[实用新型]一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及风电技术领域，特别是涉及一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置。

背景技术

风电机组是将风能转化为电能的大型电力设备。叶片是捕获风能的主要部件，在运行过程中要承受很大范围的载荷波动。在风电机组的长期运行中，叶片可能会受结冰、风沙或自身材料性能的变化影响，造成捕风能力下降、功率损失，更可能出现叶片断裂，造成巨大的经济损失。通过监测叶片的振动状态，可以评估叶片的工作特性，探测到叶片的材料损伤或结冰状况。

目前，对风电叶片进行振动测试局限于叶片内部空间限制以及旋转工况下的信号传输。一般利用激光测振技术进行测试，该方法要求风力机停机，激光测振仪放置在塔筒周围一定距离内，确定好激光束仰角，将激光束阵列投射在叶片上，然后记录叶片振动时反射的激光信号，通过电脑分析计算，得到叶片的振动响应即模态参数。还有的方法是在叶片表面粘贴太阳能供电的无线传感器，将振动信号传输到机舱内部的接收单元进行处理。

上述两种方法虽然能够较准确地测量叶片模态参数，但都存在一定缺陷。前者需要对风机进行停机，只能定期对叶片进行监测，不能起到探测损伤的作用；而后者受限于太阳能电池板的寿命，且其裸露在外，风沙磨损会使传感器加速老化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可自行供电、并实时探测风电叶片损伤的风电叶片无线振动监测装置。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置，包括：位于风力发电机组叶片内的传感器节点和位于机舱内部的协调器；其中，所述传感器节点通过无线通信与所述协调器连接，根据协调器的控制信号进行叶片振动信号采集，并将振动信号发送给协调器进行处理，所述传感器节点包括具有自供电功能的动能电池模块。

进一步地，所述传感器节点布置在近叶尖处的叶片内腔的腹板上。

进一步地，所述动能电池模块包括：动能采集装置，包括固定在两个方向上的定子线圈、弹簧和磁性块，所述磁性块通过弹簧连接在定子线圈内部，通过所述磁性块随风电叶片旋转或振动时的往复运动将动能转化为电能；整流电路，与所述动能采集装置连接，用于将动能采集装置转化的电能转换为直流电能；锂电池，与所述整流电流连接，用于储存直流电能；以及保护电路，与所述动能采集装置和锂电池连接，用于监视充、放电过程。

进一步地，所述传感器节点还包括：传感器、单片机及无线通信模块；所述传感器，由动能电池模块供电，并由单片机控制采集风电叶片的振动信号；单片机，由动能电池模块供电，通过无线通讯模块接收来自协调器的控制信号，并将从传感器采集到的振动信号发送至协调器。

进一步地，在所述传感器及单片机之间还设置有信号调理电路，用于对风电叶片的振动信号进行整形、滤波。

进一步地，所述传感器为3轴加速度传感器，所述3轴加速度传感器的Y轴指向轮毂，X轴与风电叶片法线方向平行。

进一步地，所述3轴加速度传感器为电容式传感器。

进一步地，所述协调器包括：单片机，用于通过无线通信发送采集控制信号给所述传感器节点，并接收所述传感器节点发送的振动信号，进行存储、计算和处理；和无线通信模块，用于实现无线通信。

进一步地，所述协调器上还扩展有GPRS远程无线通信模块。

进一步地，所述无线通信模块满足2.4GHz频段短距离无线通信协议。

进一步地，所述无线通信模块还连接有功率放大器。

由于采用上述技术方案，本实用新型至少具有以下优点：

（1）由于采用动能电池技术进行供电，将叶片旋转、振动时产生的动能转化为传感器节点工作所需的电能，传感器节点不需要外接电源线，解决了传感器节点供电的难题。

（2）由于采用无线传感器网络实现对叶片振动的监测，避免了旋转机械信号有线传输的干扰。

（3）由于传感器节点安装在叶片内部，不破坏叶片表面，受环境干扰小，可以免维护长期使用。

（4）由于采用3轴电容式加速度传感器采集叶片振动，可以实现同时采集多个方向的低频振动。

（5）由于大部分时间传感器节点处于待机状态，只有得到采样命令时才进入工作模式，这种工作模式低功耗、使用寿命长。

附图说明

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

图1是本实用新型的一种基于动能电池的风电叶片无线振动监测装置整体布置示意图。

图2A、图2B分别是叶片处于水平和侧立时传感器节点的布置示意图。