[发明专利]一种实时监测风机塔筒运行状态的装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电机组领域，特别涉及一种实时监测风机塔筒运行状态的装置及方法。

背景技术

目前，随着社会的发展，世界能源消耗量持续增加，各国的能源危机形势愈发明显。但由于风能的可再生、分布广、无污染等特性，使得风能发电成为世界上可再生能源发展的重要发展方向，且风力发电机组正在向轻型、高效、高可靠性及大型化方向发展。然而，在大中型风力发电机组中，往往采用较高的塔筒来支撑风机叶轮和机舱，以便获得更多的风能。其中塔筒作为风机机组重要的承载部件，其工作环境恶劣，长期承受风载荷和重力等负载（塔筒自重，发电机组的重力）的作用，还承受风轮旋转所产生的周期性激励负载等因素将直接影响风力机的工作性能和可靠性。

一种风机塔筒倾角状态监测装置（201220258304.4）采用三个角度传感器进行实时监测风机塔筒倾角状态，使得维修人员即时了解风机塔筒的倾角状态，进而及时采取补救措施，避免故障的进一步扩大。

现有的实时监测风机塔筒运行状态的方法常采用三个方向的角度传感器测得风机塔筒偏离三个方向的角度进行处理、分析来评估塔筒的稳定性。具有以下不足：

（1）风向快速变化的复杂条件下，不能够实时准确反应风机塔筒的运行状况。

（2）不能够实时获得风机套筒上主要的可变载荷（风载荷及风轮旋转所产生的周期性激励负载）。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的缺陷,设计一种可对风力发电机风机塔筒的稳固性（倾角和扭转）进行实时监测装置，以便在风向快速变化的复杂条件下更准确地反映风机塔筒的运行状态，并及时调整风机叶轮的方向和将警报远程发送给指控中心。

一种实时监测风机塔筒运行状态的装置包括：风力发电机叶片、风机塔筒、底座和一组或两组或两组以上对应且设置于风机塔筒轴线或风机塔筒轴线的平行线上的安放于风机塔筒顶部的发射装置和安放于风机塔筒底部的凹球面接收装置组成；

上述技术方案所述接收装置为凹球面接收装置或平面接收装置，所述凹球面接收装置的凹球面的曲率半径为发射装置到接收装置的距离。

凹球面接收装置的球面上均布了一系列的激光接收头，定义塔筒轴线方向为Z轴，通过塔筒顶部的激光发射装置发射出的激光，射向凹球面激光接收装置，并且被凹球面上对应的激光接收头所接收，凹球面上均布的激光接收头，均对应着塔筒沿X、Y轴偏离的角度，凹球面激光接收装置内包含一些信号处理技术模块，通过计算一系列的激光接收头接收激光发射装置发送的激光信号的变换速率，得出塔筒沿X、Y轴偏离的角速度和加速度。

另外，此装置还可以分段安置以适应不同高度风机塔筒的运行状态监测，具体如下，塔筒顶部安置一个激光发射装置，塔筒中间部位安置一个凹球面激光接收装置，并且中间还安置一个激光发射装置，其用于向底部发射激光，塔筒底部安放一个凹球面激光接收装置，这样通过两级或者多级串联，来实现对风机塔筒的运行状态监测。

上述技术方案还具有用于监测风机塔筒的偏转角度、角速度和加速度的角运动检测装置，用于实时监测风机塔筒风速大小的风速传感器，用于实时监测风机塔筒底端三个方向的压力和扭矩的六维力传感器以及用于发出控制信号控制叶轮和机舱位姿方向运动的风机主控系统；所述角运动检测装置和风速传感器均安装在风机塔筒的顶部；所述六维力传感器安装在风机塔筒的底部；所述风机主控系统的输入端接角运动检测装置的输出端、风速传感器的输出端、六维力传感器的输出端，风机主控系统的输出端接维修预防中心。

上述技术方案所述发射装置为激光发射装置或微波发射装置或超声发射装置；所述接收装置为激光接收装置或微波接收装置或超声接收装置。

通过此风机塔筒检测装置，将实时采集风机塔筒内的角度、角速度、角加速度、以及绕Z轴的扭角和扭角的变化速率，通过通讯模块发送到外部的风机控制装置中、结合塔筒底部的压力传感器、风机塔筒顶端的风速传感器传输到风机主控系统中，风机主控系统内部设置一些阈值，当测得的这些信号超过预警阈值但低于报警阈值，风机主控系统将发出控制信号用来控制叶轮和机舱沿合适的位姿方向运动。一旦测得的这些信号超出了所设的报警阈值，风机主控系统将向维修预警中心发出报警指示，以便维修人员即时了解风机塔筒的倾角状态，进而及时采取补救措施，避免故障的进一步扩大。

一种实时监测风机塔筒运行状态的的方法，具体步骤如下：

a、在风机主控系统内部设置一些预警、报警参考阈值；