[发明专利]一种风电机组叶片净空监测方法

说明书

本发明提供了一种风电机组叶片净空监测方法，采用特制带角度测量机构的叶片净空监测装置，检测每个叶片的实时变形角度，并根据风机系统中每个叶片的浆角距和叶片长度，将对应每个叶片的变形角度通过几何算法、数据融合等对叶片姿态进行拟合，并结合机组仿真信息计算实时的叶片净空值，整体监测方案采用机械结构测量，测试结果精准，能够适应各种恶劣环境条件，安全可靠，稳定性高。

技术领域

本发明涉及一种风电机组叶片净空监测方法，属于风力发电机组监测技术领域。

背景技术

风力发电机组叶片净空一直是大叶轮风力发电机、长柔叶片开发面临的重大难题，尤其在极端风况下，存在叶片塔架碰撞的风险；而一旦发生叶片塔架碰撞，轻则叶片损坏掉落，重则整个风力发电机损毁倒塌，不仅造成极大的资产损失，还有极大的安全隐患。

目前叶片净空监测主要采用以下几种方式实现：

一、利用安装于机舱尾部的底部的视频监测设备，获取风力发电机组在运行过程中的图像，图像包括风力发电机组的叶片的尖端以及塔筒；从获取的图像中确定所述风力发电机组的叶片的尖端的位置；且从获取的图像中识别所述塔筒的边缘；根据图像中确定的叶片尖端的位置和识别的塔筒的边缘，计算叶片的尖端到塔筒的边缘的距离以获得塔架净空，根据实时监测的塔架净空，从而避免叶片扫塔情况的发生。

二、利用安装于机舱尾部的的底部的毫米波雷达传感器，雷达FOV方向指向固定空域，当叶片旋转至该区域时，对反射波进行数据采集，经过雷达信号处理相关算法，并结合机组仿真信息计算实时的“净空值”，并评估叶片“扫塔”风险。

三、通过叶尖安装的红外线发射装置，发射出特定红外信号，并在风力发电机组的机舱处安装特制的红外摄像头，所述红外摄像头能够过滤无用信号并接收红外线发射装置发出的特定红外信号，并对焦在叶尖扫过塔筒时高度所在的平面和在感光元件上成像记录，通过已知的对焦平面距离和成像夹角，得出各像素点距离成像中心对应的实际距离，并通过几何关系计算出叶尖距离塔筒壁的距离，既净空距离，从而保障风力发电机组安全高效运行。

上述几种方式均通过非接触的间接方式进行监测，首先，受环境影响较大，当监测环境存在持续大雾、大雨等恶劣天气时，难以实现有效监测。其次，上述检测设备体积较大，安装工艺复杂，稳定性差，尤其在叶尖安装信号发射装置的监测技术应用范围具有较高局限性，安全系数低，当有雷电天气时，叶尖转动到高于风机机舱上部避雷装置时，设备易引雷电，甚至损坏叶片。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明提供了一种风电机组叶片净空监测方法采用机械结构测量的方式进行叶片净空监测，不受环境影响，测试结果精准，适应各种恶劣环境条件，稳定性高。

本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：提供了一种风电机组叶片净空监测方法，包括以下步骤：

S1、在风电机组的各叶片的叶根处分别布置叶片净空监测装置，叶片净空监测装置包括壳体以及壳体内部封装的PCB板、环形磁栅、传动齿轮、变速齿轮和动力齿条，其中PCB板配置有通过电气连接的电磁感应芯片和单片机，环形磁栅与传动齿轮同轴固定连接，变速齿轮由同轴的两个直径不同的子齿轮同轴固定构成，两个子齿轮分别为直径较大的第一子齿轮和直径较小的第二子齿轮，动力齿条采用弧形齿条，弧形齿条固定于金属转动杆的一端，金属转动杆通过旋转轴固定于壳体中，旋转轴与弧形齿条共圆心，金属转动杆的另一端通过开设于壳体端部的预留孔伸出于壳体之外，金属转动杆带动弧形齿条以旋转轴为轴旋转，传动齿轮与第一子齿轮外啮合，第二子齿轮与动力齿条外啮合，将碳素绳的一端连接于金属转动杆的伸出于壳体之外的一端，碳素绳的另一端固定于叶片的叶尖处；

S2、当叶片受到风力载荷发生形变时，叶片长度方向整体发生弯曲，叶尖拉动碳素绳，使金属转动杆摆动，并依次带动动力齿条、变速齿轮、传动齿轮和环形磁栅发生旋转；

S3、电磁感应芯片感应环形磁栅旋转产生的磁场变化信号，将磁场变化信号转化为电信号发送至单片机；