[发明专利]低风速风电机组轴向力动态监测装置及其监测方法和机组

权利要求书

1.一种低风速风电机组轴向力动态监测装置，所述风电机组包括叶片，其特征在于，所述监测装置包括应变片组、数据采集仪、数据传输装置和服务器；

所述应变片组包括两组，用于监测叶片的应变，两组应变片组分别安装在靠近叶片根部不同距离的圆柱段前缘内腔上并沿叶片轴向方向设置，每组应变片组包括两个用于分别安装在前缘内腔两侧的上下相对的应变片，分别位于叶片的迎风面和背风面；

所述数据采集仪用于采集应变片组的测量数据信息；

所述数据传输装置用于将采集信息传输到服务器；

所述服务器用于对采集信息进行分析判断并根据计算结果与预设的报警值进行比对给出是否报警的指示。

2.根据权利要求1所述的低风速风电机组轴向力动态监测装置，其特征在于，所述数据传输装置包括机组网线、塔底控制柜、风场环网、环网交换机、核心交换机。

3.根据权利要求1或2所述的低风速风电机组轴向力动态监测装置，其特征在于，所述服务器为风场监控中心服务器。

4.根据权利要求1或2所述的低风速风电机组轴向力动态监测装置，其特征在于，所述应变片为T型应变片。

5.一种低风速风电机组，其特征在于，包括权利要求1至4任一所述的低风速风电机组轴向力动态监测装置。

6.根据权利要求5所述的低风速风电机组，其特征在于，两组应变片组分别安装在靠近叶片根部不同距离的圆柱段前缘内腔上并沿叶片轴向设置，每组应变片组的两个应变片分别安装在前缘内腔两侧的上下相对的位置，所述数据采集仪安装在轮毂里。

7.一种低风速风电机组轴向力动态监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：数据采集仪采集应变片组的测量数据信息并传输到服务器，在叶片的靠近根部不同距离的圆柱段前缘内腔上的两组应变片组，两组应变片组为沿叶片轴向方向设置的第一应变片组和第二应变片组，其中第一应变片组更靠近叶片根部，每组应变片组的两个应变片分别安装在叶片前缘内腔上下相对的两侧，分别位于叶片的迎风面和背风面；

S2：服务器根据第一应变片组和第二应变片组的有效测量结果，将第一应变片组和第二应变片组测得的应变分别为ε₁、ε₂，为方便计算，将作用在叶片上的均布载荷简化为力F，则叶片的受力F的计算公式为：

式(1)中，ε₁、ε₂分别为第一应变片组和第二应变片组测得的应变，E为叶片材料的弹性模量，W为抗弯截面系数，a为第一应变片组和第二应变片组之间的力臂；

S3：则，由此计算得到风电机组的总轴向力F₀：

F₀＝3*F (2)

每支叶片根部的弯矩M₀的计算公式为：

M₀＝F*(L+a+b) (3)

式(3)中，(L+a+b)为力F的力臂，其中b为第一应变片到叶片根部的力臂，a为第一应变片组和第二应变片组之间的力臂，L为第二应变片到力F受力点的力臂，叶片受力情况F与悬臂梁的受力一致，根据悬臂梁的计算方法得到力臂L；

S4：服务器根据F₀和M₀的数值与设计值对比，并设定预警值，服务器将比对分析结果反馈到风场监控系统，风场监控系统根据分析结果给出是否报警的指示。

8.根据权利要求7所述的低风速风电机组轴向力动态监测方法，其特征在于，所述步骤S4中，预警值包括：当F₀超过设计值5％时或M₀超过设计值5％时，则进行报警。

9.根据权利要求7或8所述的低风速风电机组轴向力动态监测方法，其特征在于，预警值还包括：当两支叶片的M₀的偏差超过5％时，则进行报警。

10.根据权利要求7至9任一所述的低风速风电机组轴向力动态监测方法，其特征在于，所述步骤S2中，将叶片上的力看成均布载荷并简化为力F，叶片受力情况与悬臂梁的受力一致，根据悬臂梁的计算方法得到F和L，计算过程为：

1)根据第一应变片组和第二应变片组测得的应变ε₁、ε₂分别计算得到应力：

σ₁＝E*ε₁ (3)

σ₂＝E*ε₂ (4)

其中，式(3)、式(4)中，σ₁、σ₂分别为第一应变片组和第二应变片组计算得到的应力，ε₁、ε₂分别为第一应变片组和第二应变片组测得的应变，E为叶片材料的弹性模量；

2)根据计算得到的应力值σ₁、σ₂，再由梁的弯曲特性计算第一应变片组和第二应变片组两处的弯矩，如下：

3)由此得到弯矩M₁、M₂，根据叶片受力情况，计算叶片的受力F，计算如下：

4)根据式(3)～式(7)得到式(1)计算得到力F，根据力F计算力臂L。