[实用新型]一种风力机叶片损伤主动自检装置

说明书

技术领域

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其涉及一种风力机叶片损伤主动自检装置。

背景技术

风力机叶片是整个风电机组设备中非常关键的部分之一，其性能与质量的好坏将直接决定整个机组是否能够可靠运行。当叶片发生事故的时候，风电场必须停止发电进行抢修，故障严重的时候甚至需要更换叶片，因此产生了高额的维修费用，给风电场带来了极大的经济损失。如果在叶片局部发生微小损伤的时候，能够及时发现这些缺陷，有针对性的进行维修，对延长叶片使用年限、减小风电场维修费用具有非常重要的意义。

叶片裂纹的扩展是造成风力机叶片失效的最主要的因素，叶片裂纹的产生不可避免，通常在机组运行两三年后即会发生。风载激励、开停机、自振、雷击雨雪沙粒都会在不同程度上加深裂纹的长度。因此，裂纹损伤的检测是非常重要的，传统的叶片损伤检测方法对检测环境和条件的要求十分苛刻，需要额外的辅助设备、并对检修工人的经验有一定的要求。同时，由于风电场的机组大量散布在数平方公里的野外复杂地形条件下，仅靠人工巡检，不仅操作困难、而且影响检测的质量。

这些年，随着测量理论和检测设备的发展，已经发展起来多种在线的叶片损伤监测方法。在实际工程中，机组因为某些问题长期停机，在环境、自重等作用下，也可能产生裂纹，因此在机组在重新启动之前，需要进行叶片损伤检测，即主动自检。而目前的主流技术均属于被动监测技术，监测必须要求机组处于运行状态，通过监测机组振动参数进行分析，无法在机组启动之前进行主动自查。同时，有些技术利用电流或红外等技术，设备昂贵、信号敏感容易产生误判。例如，申请号“201510228326.4(一种风电风机叶片裂纹损伤在线监测装置及监测方法)”属于被动监测方法，只有当叶片处于振动状态(即风力机允许)时，才能够得到监测信号；同时，该方法只能判断出风电风机叶片是否产生了裂纹，而不能判断出裂纹产生的位置。申请号“201410243931.4(一种远程监测风电叶片层间结构损失方法)”因为采用了碳纤维智能层穿管器，一方面造价较高；另一方面，测量的是叶片上的电阻率，工程上可知，各种因素(包括天气环境改变)都可以影响到电阻率，因此该方法容易受到信号干扰。申请号“201510750341.5(一种风力机叶片现场损伤监测与识别方法)”需要额外监测风速，进而对比结构薄弱处的应变与风载的关系判断叶片是否发生损伤，因此也属于被动监测，要求机组处于开机状态。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种风力机叶片损伤主动自检装置，具有抗信号干扰能力强、分析精度高的优点，无论在机组运行和停机状态，都能根据指令自动判断机组叶片的健康状况。

为了达到上述目的，本实用新型采用的技术方案为：

一种风力机叶片损伤主动自检装置，包括：多个扫频激励压电陶瓷片11，设置在风力机叶片内部，每个所述扫频激励压电陶瓷片11通过A/D转换模块111后经信号电缆112连接，信号电缆112能够提供激励所需的足够的输入电压，信号电缆112从叶片根部引入到风力机轮毂；多个信号测量压电陶瓷片12，设置在风力机叶片内部，数量与扫频激励压电陶瓷片11对应，靠近扫频激励压电陶瓷片11成对使用，并与电压放大模块121、A/D转换模块122和无线发射模块123连接，其中无线发射模态也能够用信号电缆代替；有线/无线信号接收发射模块13，安装在风力机轮毂内，与信号电缆112连接或接收无线发射模块123输出的信号；数据处理模块14，与有线/无线信号接收发射模块13连接，并通过信号电缆连接到机舱的数据总线传入监控的中控系统/计算机15上。

所述扫频激励压电陶瓷片11由基于改性锆钛酸铅压电陶瓷材料组成，压电陶瓷材料上下两面被电极覆盖，植埋入电气绝缘机械基板中；根据预先设置的频带范围，输出正弦扫频压力信号，正弦扫频压力信号以等间距频率呈线性增长，要求至少0.1Hz的分辨率，扫频作用时间根据设置给定。

所述信号测量压电陶瓷片12由基于改性锆钛酸铅压电陶瓷材料组成，压电陶瓷材料上下两面被电极覆盖，植埋入电气绝缘机械基板中；通过监测叶片的振动，输出正负电压信号。

可选地，扫频激励压电陶瓷片11数量根据监测需要进行布置，信号测量压电陶瓷片12数量与扫频激励压力陶瓷片11对应。

所述扫频激励压电陶瓷片11和信号测量压电陶瓷片12的位置由叶片共振模态分析确定，一般置于振动敏感区域或叶片易损坏区域，不得置于叶片前四阶主振型的节线上。

可选地，如果信号测量压电陶瓷片12采用信号电缆连接模式，则有线/无线信号接收发射模块13只具备有线功能。