本發(fā)明涉及風力機狀態(tài)監(jiān)測技術領域，尤其涉及一種海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

背景技術：

由于海上風資源豐富，具有發(fā)電量大、發(fā)電時間長、不占用土地、可大規(guī)模開發(fā)等優(yōu)勢，風電技術正從陸上逐步延伸到海上。海上風力發(fā)電機已經(jīng)成為世界可再生能源發(fā)展領域的熱點。但是由于海上風電場較陸上風電場的工作環(huán)境更為惡劣，如濕氣和鹽霧腐蝕、雷電和臺風的破壞、冰雪和海浪以及海上撞擊物(海冰)等，海上風電機組運行風險遠遠大于陸上機組，故障率較高，因此，對海上風電機葉片的運行狀態(tài)進有效實時監(jiān)測，及時有效地預防和監(jiān)測葉片故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

紅外熱成像檢測技術由于非接觸、大面積、遠距離以及檢測靈敏度高而廣泛用于風力機葉片故障的無損檢測，但是該方法目前只能運用在葉片靜態(tài)時候的檢測，原因是如果葉片高速旋轉，會導致紅外熱像儀不能實時接收葉片表面溫度變化而無法及時監(jiān)測風力機葉片狀態(tài)。

技術實現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能夠?qū)嵓皶r監(jiān)測風力機葉片狀態(tài)的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

一種海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：采集風力機的葉片頻率的葉片頻率采集設備，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關系的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路，接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉的葉片上的發(fā)光設備，接收所述驅(qū)動信號、以所述驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)的熱像采集設備，及接收所述熱像數(shù)據(jù)、進行故障分析的分析終端；

所述葉片頻率采集設備連接所述同步驅(qū)動電路；所述同步驅(qū)動電路連接所述發(fā)光設備及所述熱像采集設備；所述熱像采集設備連接所述分析終端。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設備為頻閃儀。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設備為測速傳感器。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設備為激光測速傳感器。

在其中一個實施例中，所述所述熱像采集設備為的型號為T420。

在其中一個實施例中，還包括對所述發(fā)光設備的發(fā)光次數(shù)進行計數(shù)的發(fā)光次數(shù)計數(shù)器、對所述熱像采集設備的采集熱像的次數(shù)進行計數(shù)的熱像采集計數(shù)器及連接所述發(fā)光次數(shù)計數(shù)器和所述熱像采集計數(shù)器的比較器；所述熱像采集計數(shù)器與所述熱像采集設備電連接；所述比較器連接所述同步驅(qū)動電路及分析終端。

在其中一個實施例中，所述葉片頻率采集設備設置在風力機的機艙上、靠近所述風力機的葉片處。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設備及所述熱像采集設備設置在風力機的塔筒上。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設備及所述熱像采集設備設置在風力機的塔筒上、所述風力機的葉片與所述塔筒平行時與所述葉片中部等高的位置處。

在其中一個實施例中，所述分析終端還與所述同步驅(qū)動電路連接；所述分析終端用于在對所述熱像采集設備采集的溫度信息進行故障分析之前，發(fā)送自鎖信號至所述同步驅(qū)動電路；在進行故障分析完成之后，發(fā)送開鎖信號至所述同步驅(qū)動電路。

上述海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，由于所述葉片頻率采集設備連接所述同步驅(qū)動電路，驅(qū)動信號的頻率與葉片頻率成整數(shù)倍關系，即，發(fā)光設備的發(fā)光頻率與葉片旋轉的葉片頻率成整數(shù)倍數(shù)關系，優(yōu)選地，發(fā)光設備的發(fā)光頻率與葉片旋轉的葉片頻率相同，即成一倍的關系；如此，使得兩者處于相對靜止的狀態(tài)，可以獲得葉片相對靜止的觀測結果；而又由于所述同步驅(qū)動電路連接所述發(fā)光設備及所述熱像采集設備，如此，熱像采集設備的采集頻率與發(fā)光設備的發(fā)光頻率相同，可以通過與發(fā)光設備發(fā)光頻率相同的熱像采集設備采集得到葉片相對靜止的熱像數(shù)據(jù)，即可以得到高速旋轉的葉片某一時刻“冰凍”的觀測效果。從而，可以分析得到風力機葉片高速運轉時風力機的葉片運行狀態(tài)，因此，該海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以及時監(jiān)測到風力機葉片狀態(tài)。

附圖說明

圖1為一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖；

圖2為一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理示意圖；

圖3為另一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的結構示意圖。

具體實施方式

為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關附圖對本發(fā)明進行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳的實施例。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實現(xiàn)，并不限于本文所描述的實施例。相反地，提供這些實施例的目的是使對本發(fā)明的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術和科學術語與屬于本發(fā)明的技術領域的技術人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術語只是為了描述具體的實施例的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術語“或/和”包括一個或多個相關的所列項目的任意的和所有的組合。

如圖1所示，為本發(fā)明一實施例的海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，包括：采集風力機的葉片頻率的葉片頻率采集設備11，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關系的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路14，接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉的葉片36上的發(fā)光設備12，接收所述驅(qū)動信號、以所述驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)的熱像采集設備13，及接收所述熱像數(shù)據(jù)、進行故障分析的分析終端15；

所述葉片頻率采集設備11連接所述同步驅(qū)動電路14；所述同步驅(qū)動電路14連接所述發(fā)光設備12及所述熱像采集設備13；所述熱像采集設備13連接所述分析終端15。

具體地，葉片頻率采集設備11的輸出端連接同步驅(qū)動電路14的輸入端；同步驅(qū)動電路14的兩個輸出端分別連接發(fā)電設備及熱像采集設備13的輸入端；熱像采集設備13的數(shù)據(jù)輸出端連接分析終端15的數(shù)據(jù)輸入端。

葉片頻率采集設備11，用于采集風力機的葉片頻率，并將該葉片頻率通過脈沖信號的形式傳輸至同步驅(qū)動電路14。同步驅(qū)動電路14，用于生成兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關系的的驅(qū)動信號，并將兩路驅(qū)動信號分別輸出至發(fā)光設備12及熱像采集設備13。發(fā)光設備12，用于接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與驅(qū)動信號頻率相同的光，照射到旋轉的葉片36上；熱像采集設備13，用于接收所述驅(qū)動信號、以驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，并將該熱像數(shù)據(jù)傳輸至分析終端15進行故障分析。需要說明的是，熱像采集設備13進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，是以圖像形式進行全景測量，采集葉片36表面熱量參數(shù)。即，熱像數(shù)據(jù)包括葉片36表面的熱量參數(shù)。具體地，熱量參數(shù)包括溫度。分析終端15，用于根據(jù)葉片36表面的熱量參數(shù)對風力機葉片故障進行分析。分析終端15可以為臺式電腦、掌上電腦、筆記本電腦、智能手機等智能終端。

上述海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的工作過程為：葉片頻率采集設備11采集風力機的葉片頻率，并將該葉片頻率通過脈沖信號的形式傳輸至同步驅(qū)動電路14；同步驅(qū)動電路14接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率成整數(shù)倍關系的驅(qū)動信號至發(fā)光設備12及熱像采集設備13；發(fā)光設備12接收所述驅(qū)動信號、發(fā)出頻率與所述驅(qū)動信號頻率相同的光并照射到旋轉的葉片36上；熱像采集設備13接收所述驅(qū)動信號、以驅(qū)動信號相同的頻率進行熱像采集得到熱像數(shù)據(jù)，并將該熱像數(shù)據(jù)傳輸至分析終端15進行故障分析。

由于所述葉片頻率采集設備11連接所述同步驅(qū)動電路14，驅(qū)動信號的頻率與葉片頻率成整數(shù)倍關系，即，發(fā)光設備12的發(fā)光頻率與葉片36旋轉的葉片頻率成整數(shù)倍數(shù)關系，優(yōu)選地，發(fā)光設備12的發(fā)光頻率與葉片36旋轉的葉片頻率相同，即成一倍的關系；如此，使得兩者處于相對靜止的狀態(tài)，可以獲得葉片36相對靜止的觀測結果；而又由于所述同步驅(qū)動電路14連接所述發(fā)光設備12及所述熱像采集設備13，如此，熱像采集設備13的采集頻率與發(fā)光設備12的發(fā)光頻率相同，可以通過與發(fā)光設備12發(fā)光頻率相同的熱像采集設備13采集得到葉片36相對靜止的熱像數(shù)據(jù)，即可以得到高速旋轉的葉片36某一時刻“冰凍”的觀測效果。從而，可以分析得到風力機葉片高速運轉時風力機的葉片36運行狀態(tài)，因此，該海上風力機葉片運行狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以及時監(jiān)測到風力機葉片狀態(tài)。

需要說明的是，由于海上風電場較陸上風電場的工作環(huán)境更為惡劣，如濕氣和鹽霧腐蝕、雷電和臺風的破壞、冰雪和海浪以及海上撞擊物(海冰)等，海上風電機組運行風險遠遠大于陸上機組，故障率較高。因此，風力機優(yōu)選為海上風力機。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設備12為頻閃儀。頻閃儀利用“頻閃效應”，當頻閃儀的照明光源閃動頻率嚴格與被測物體的轉動或運動速度相等或者是其整數(shù)倍時，兩者處于相對靜止的狀態(tài)，將獲得物體靜止的觀測結果，即可以得到高速旋轉物體某一時刻“冰凍”的觀測效果。

在其中一個實施例中，所述頻率采集設備為測速傳感器。測速傳感器測量風力機葉片的轉速。該測速傳感器可以為電渦流傳感器、霍爾傳感器、電容式開關等。

進一步地，所述頻率采集設備為激光測速傳感器。激光測速傳感器發(fā)射激光束到葉片36表面，當葉片36經(jīng)過激光光束時，激光測速傳感器接收被葉片36反射回的激光脈沖信號，控制開關接通，輸出高電平信號；相反，控制開關關斷，輸出低電平信號，最終通過控制開關接通和關斷來實現(xiàn)對風力機葉片旋轉頻率的采集。激光測速傳感器的測量精度和靈敏度受環(huán)境影響小，穩(wěn)定性高，特別適用于海上惡劣的環(huán)境下使用。

在其中一個實施例中，所述熱像采集設備13為紅外熱像儀。紅外熱像儀可以按照一定的采集頻率采集風力機葉片表面熱量參數(shù)。紅外熱像儀以圖像形式進行全景測量，能夠檢測出風力機葉片表面熱量參數(shù)的細微變化，具有高靈敏度、高效率等優(yōu)勢。

在一個較佳的實施例中，由于受到紅外熱像儀采集頻率的限制，為了更準確地進行故障分析，同步驅(qū)動電路優(yōu)選為，接收葉片頻率、輸出兩路相同且頻率與所述葉片頻率相等的驅(qū)動信號的同步驅(qū)動電路。

在本實施例中，采集頻率由驅(qū)動同步電路輸出的驅(qū)動信號決定。優(yōu)選地，所述紅外熱像儀的型號為：T420。具體地，紅外熱像儀選用美國FLIR SYSTEMS公司(美國菲力爾系統(tǒng)公司)生產(chǎn)的型號為：T420的紅外熱像儀，該紅外熱像儀的各項工作指標都能滿足系統(tǒng)的實際需求。

請參閱圖2，在其中一個實施例中，還包括對所述發(fā)光設備12的發(fā)光次數(shù)進行計數(shù)的發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16、對所述熱像采集設備13的采集熱像的次數(shù)進行計數(shù)的熱像采集計數(shù)器17及連接所述發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及所述熱像采集計數(shù)器17的比較器18；所述熱像采集計數(shù)器17與所述熱像采集設備13電連接；所述比較器18連接所述同步驅(qū)動電路14及分析終端15。

具體地，熱像采集計數(shù)器17的輸入端連接所述熱像采集設備13的頻率輸出端；比較器18的兩個輸入端分別連接發(fā)光計數(shù)器的輸出端及熱像采集計數(shù)器17的輸出端；比較器18的輸出端連接同步驅(qū)動電路14的復位端及分析終端15的又一輸入端。

如此，可以在比較器18比較發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及熱像采集計數(shù)器17的計數(shù)結果一致時，輸出可進行分析的分析信號至分析終端15；而在計數(shù)結果不一致時，輸出復位信號至同步驅(qū)動電路14；同步驅(qū)動電路14復位，重新根據(jù)葉片頻率生成兩路相同的驅(qū)動信號。進一步地，在計數(shù)結果不一致時，還可以輸出復位信號至發(fā)光次數(shù)計數(shù)器16及熱像采集計數(shù)器17使這兩個計數(shù)器均清零；或/及，輸出復位信號至分析終端15，分析終端15接收到該復位信號時，無需對該次接收到的熱像數(shù)據(jù)進行故障分析。

從而，可以保證發(fā)光設備12的發(fā)光頻率和熱像采集設備13的采集頻率嚴格同步。當兩者頻率出現(xiàn)差異時，通過控制同步驅(qū)動電路14進行復位，來調(diào)整發(fā)光設備12的發(fā)光頻率與熱像采集設備13的采集頻率嚴格同步。

請參閱圖3，風力機包括：葉片36、齒輪箱37、發(fā)電機38、塔筒39、輪轂3A、軸承箱3B。葉片36通過輪轂3A與齒輪箱37及軸承箱3B中的齒輪連接。齒輪箱37、發(fā)電機38及同步驅(qū)動電路14收容于軸承箱3B內(nèi)。發(fā)電機38通過齒輪箱37中的齒輪與輪轂3A進行能量傳遞。

在其中一個實施例中，所述葉片頻率采集設備11設置在風力機的機艙上、靠近所述風力機的葉片36處。如，葉片頻率采集設備11可以設置在風力機的機艙的底部、靠近所述風力機的葉片36處。如此，保證葉片頻率采集設備11的靈敏度同時縮短采集延遲時間。在一個具體實施例中，機艙的底部即為軸承箱3B的底部。塔筒39連接軸承箱3B，用于支撐軸承箱3B。

在其中一個實施例中，所述發(fā)光設備12及所述熱像采集設備13設置在風力機的塔筒39上。如此，盡可能對整個葉片進行全景測量。優(yōu)選地，一個可以對整個葉片進行全景測量的最佳實施方式是：所述發(fā)光設備12及所述熱像采集設備13設置在風力機的塔筒39上、所述風力機的葉片36與所述塔筒39平行時與所述葉片36中部等高的位置處。

請繼續(xù)參閱圖2，在其中一個實施例中，所述分析終端15還與所述同步驅(qū)動電路14連接。其中，所述分析終端15用于在對所述熱像采集設備13采集的溫度信息進行故障分析之前，發(fā)送自鎖信號至所述同步驅(qū)動電路14；在進行故障分析完成之后，發(fā)送開鎖信號至所述同步驅(qū)動電路14。

由于葉片旋轉頻率較快(一般為50赫茲，旋轉周期僅為0.02秒)，而分析終端15進行故障分析的時間需要1秒以上，可見，分析終端15進行故障分析的處理時間要遠遠大于葉片旋轉周期，分析終端15無法及時對熱像采集設備13采集的所有熱像數(shù)據(jù)進行故障分析。本實施例中同步驅(qū)動電路14中集成有自鎖和開鎖功能，當分析終端15接收到熱像采集設備13傳輸?shù)臒嵯駭?shù)據(jù)之后，立即反饋給同步驅(qū)動電路14一個反饋信號(具體為自鎖信號)，使同步驅(qū)動電路14進入自鎖狀態(tài)，此時同步驅(qū)動電路14無法接收葉片頻率采集設備11傳輸過來的脈沖信號，直到當故障分析完成后，分析終端15反饋給同步驅(qū)動電路14另一個反饋信號(具體為開鎖信號)，使同步驅(qū)動電路14進入開鎖狀態(tài)，此時，同步驅(qū)動電路14繼續(xù)接收葉片頻率采集設備11傳輸過來的脈沖信號。如此，整個裝置進入一個有序循環(huán)的過程，保證分析終端15有足夠的時間來對熱像數(shù)據(jù)進行有效分析，從而達到對葉片表面運行狀態(tài)的有效評估，能夠?qū)崟r監(jiān)測風力機葉片的運行狀況。

以上實施例僅表達了本發(fā)明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發(fā)明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出多個變形和改進，這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。因此，本發(fā)明專利的保護范圍應以所附權利要求為準。