风力机多场参数同步监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种风力机多场参数同步监测系统，系统包括测试台架、风力机发电机组、流场监测分系统、旋转体结构动力学参数监测分系统、非旋转体结构动力学参数监测分系统、发电机输出参数监测分系统和触发集成控制分系统；流场监测分系统向测试台架的气流入口端喷入烟雾，实现叶片叶尖流场和叶尖振动位移的同步关联性监测；旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机上叶片的加速度信号和应变信号并进行经换；非旋转体结构动力学参数监测分系统实现风力机上固定部位的加速度或应变信号的经换，触发集成控制分系统实现各个分系统的工作时序控制。本实用新型专利技术能够实现风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数的同步监测，为多种场参数之间的关联性分析提供测试系统支撑。

Multi parameter synchronous monitoring system for wind turbine

The utility model discloses a multi parameter synchronous wind turbine field monitoring system, including system test bench, wind turbine generator, flow monitoring subsystem, rotating structure dynamic parameter monitoring system, non rotating structure dynamic parameter monitoring system, generator output parameter monitoring subsystem and trigger integrated control system; flow monitoring system to the test bench of air injected into the entrance end of the smoke, to achieve the monitoring of synchronous correlation of blade tip flow and tip displacement; rotating structure dynamic parameter monitoring system of wind turbine blades on the acquisition of acceleration signal and strain signal and the non rotary body structure change; dynamic parameters monitoring system the wind turbine acceleration or strain signal by changing the fixed parts of the system, implementation of each sub system trigger integrated control industry Sequential control. The utility model can realize the synchronous monitoring of the flow field parameters, the structural dynamic parameters of the wind turbine and the output parameters of the generator, and provides a test system support for the correlation analysis of various field parameters.

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及风力机多场参数协同测试
，具体涉及一种风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数的同步监测系统。
技术介绍
随着世界化石能源耗竭的加剧，风能无疑将成为人类未来能源开发的主体之一。风力机在复杂自然环境中的多用途性(如工矿企业通风节能回收、农业提水灌溉耕作、城市及乡村日常生活分布式供能、道路交通照明等)备受世界各国关注，已成为风能开发利用中新型的热点。然而，风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数间强烈的相互作用机制，严重制约着风力机多用途化过程中的使用寿命和输出功率提升。故风力机研发领域急待风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数同步测试方法和系统的诞生，以作为风力机多用途化深入发展适应性机型开发中基础研究、产品研发和检测、后期运行中健康监测等多个方面的技术支撑。风力机流场参数、结构动力学参数和发电机输出参数协同测试技术属于风力机研发领域新型的测试技术，是风力机多场参数耦合试验分析的基础技术支撑，是高性能风力机研发的基础条件和成品测验手段，是近年来随着风力机多用途化对风力机多场参数相互作用机理深入探究渴求应运而生的新型测试技术。由于之前无线旋转遥测设备、高频流场摄像机等技术研发的滞后，导致至今仍没有完备的关于风力机方面的流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数同步监测方法和系统问世。
技术实现思路
有鉴于此，本技术提供了一种风力机多场参数同步监测系统，能够实现风力机流场参数、结构动力学参数和发电机输出参数的同步监测，为风力机流场参数、结构动力学参数和发电机输出参数的关联性分析提供测试系统支撑。一种风力机多场参数同步监测系统，包括测试台架、风力机发电机组、流场监测分系统、旋转体结构动力学参数监测分系统、非旋转体结构动力学参数监测分系统、发电机输出参数监测分系统和触发集成控制分系统；所述测试台架为风洞，所述风力机发电机组位于风洞的气流出口端，所述流场监测分系统向风洞气流入口端喷入烟雾，并监测叶片叶尖部位流场，同步监测叶片叶尖的振动位移，实现叶片叶尖流场和叶尖振动位移的同步关联性监测；所述旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上叶片的加速度信号或应变信号，将加速度信号或应变信号经换为对应部件的模态振型(振动方式、最大振动位移点、节线)、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值(应力的大小和方向)；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上固定部位的加速度或应变信号，除直接采集到的加速度信号(加速度大小和方向)、应变信号(应变的大小和方向)，将加速度信号和应变信号经换为对应部件的模态振型(振动方式、最大振动位移点、节线)、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值(应力的大小和方向)；所述发电机输出参数监测分系统记录风力机发电机组的输出电流、电压、电功率和电频率；所述触发集成控制分系统实现各个分系统的工作时序控制。进一步地，所述测试台架包括风洞和支撑架；所述风洞固定连接在支撑架上；所述风洞为直流式风洞，风洞为风力发电机组提供均匀稳定的来流风速以驱动风力机叶片运转，风洞所提供风速的大小由洞体内部的轴流式风机变频工作实现。所述风力机发电机组包括塔筒、叶片、发电机和尾舵；所述发电机固定连接在塔筒的顶端，发电机的两端分别与叶片和尾舵连接。所述旋转体结构动力学参数监测分系统包括无线信号接受器、旋转体结构动力学参数监测控制电脑、无线信号发射器、加速度传感器(或应变片)和漆包线；加速度传感器(或应变片)通过漆包线与无线信号发射器中的数据线接口连接，无线信号发射器不仅可将所采集到的加速度信号(或应变值信号)以无线信号的方式传递给无线信号接受器，风力机的叶片在旋转过程中，叶片受到气动力、离心力等复合力的作用发生振动效应，振动效应的产生使叶片表面所分布的加速度传感器(或应变片)产生电脉冲信号，电脉冲信号通过漆包线和数据线接口传递给无线信号发射器；无线信号发射器通过螺栓与风力机的轮毂实现固接，并随轮毂和风力机的叶片实现同步旋转；无线信号发射器发出的无线信号通过无线信号接受器接收，并通过数据线传递给旋转体结构动力学参数监测控制电脑；所述流场监测分系统包括烟雾发生器、流场信号监测控制电脑显示器、流场信号监测控制电脑主机箱、高速信号采集器、高频流场摄相机和激光发生器；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统包括非旋转体结构动力学参数监测控制电脑、数据卡集成箱、数据采集卡、三向加速度传感器Ⅰ、三向加速度传感器Ⅱ和三向加速度传感器Ⅲ；所述发电机输出参数监测分系统负责发电机输出电流、电压、电功率、电频率等发电机实时输出参数的监测，该分系统包括发电机输出信号监测控制电脑、发电机输出信号采集器和恒温负载箱；所述触发集成控制分系统包括同步触发器Ⅰ、同步触发器Ⅱ、同步触发器Ⅲ、同步触发器Ⅳ、触发控制电脑、延时触发器Ⅰ、延时触发器Ⅱ、延时触发器Ⅲ、延时触发器Ⅳ和延时触发器Ⅴ。进一步地，上述分系统之间的整体连接关系为：所述风力机发电机组通过支撑底板固定连接在风洞的气流出口端；所述流场监测分系统的烟雾发生器设置在风洞的气流入口端，所述激光发生器位于风力机发电机的正后方，所述高频流场摄相机位于风力机发电机的叶片的正上方，高频流场摄相机顺序连接高速信号采集器、流场信号监测控制电脑主机箱和流场信号监测控制电脑显示器；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统中的三向加速度传感器Ⅰ布置在发电机顶部、所述三向加速度传感器Ⅱ布置在塔筒中部、所述三向加速度传感器Ⅲ布置在支撑底板顶部，传感器通过数据线将采集到的信号传递给数据采集卡，数据采集卡通过插槽开关和插槽安装在数据卡集成箱中，数据卡集成箱为数据采集卡提供电源及实现各数据采集卡信号的同步性；数据卡集成箱通过数据线将采集到的数据传递给非旋转体结构动力学参数监测控制电脑进行数据记录；所述触发集成控制分系统中的延时触发器Ⅰ与高频流场摄相机相连，所述延时触发器Ⅱ与旋转体结构动力学参数监测控制电脑相连，所述延时触发器Ⅲ与非旋转体结构动力学参数监测控制电脑相连；所述延时触发器Ⅳ与激光发生器上的同步触发器Ⅳ相连；所述延时触发器Ⅴ与发电机输出信号监测控制电脑相连；所述同步触发器Ⅲ与安装在烟雾发生器上的同步触发器Ⅰ相连；所述延时触发器Ⅰ、同步触发器Ⅲ、延时触发器Ⅱ、延时触发器Ⅲ、延时触发器Ⅳ和延时触发器Ⅴ并联后串联同步触发器Ⅱ再与触发控制电脑连接；发电机输出信号通过发电机底端三项电源线经塔筒底端穿出，并与发电机输出信号采集器实现连接；发电机输出信号采集器通过电源线将被测量后的电能传递给恒温负载箱进行被测电能的终端消耗；发电机输出信号采集器通过数据线将采集到的数据传递给发电机输出信号监测控制电脑进行数据记录。进一步地，所述三向加速度传感器Ⅰ、三向加速度传感器Ⅱ和三向加速度传感器Ⅲ可由应变片花代替进行应变值测量。进一步地，所述烟雾发生器上设有便携把手，使得设备便于携带和安放。有益效果：1、本技术可实现风力机流场参数、叶片/发电机/塔筒/地基结构动力学参数、发电机输出参数的同步监测，为风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数的关联性分析提供测试系统支撑，填补风力机流场参数、结构动力学参数、发电机输出参数同步监测类设备的空白。2、本技术利用同一高频流场摄相机在监测流场参数的同时获本文档来自技高网...

【技术保护点】
风力机多场参数同步监测系统，其特征在于，该系统包括：测试台架、风力机发电机组、流场监测分系统、旋转体结构动力学参数监测分系统、非旋转体结构动力学参数监测分系统、发电机输出参数监测分系统和触发集成控制分系统；所述测试台架为风洞，所述风力机发电机组位于风洞的气流出口端，所述流场监测分系统向风洞气流入口端喷入烟雾，并监测叶片叶尖部位流场，同步监测叶片叶尖的振动位移，实现叶片叶尖流场和叶尖振动位移的同步关联性监测；所述旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上叶片的加速度信号或应变信号，将加速度信号或应变信号经换为对应部件的模态振型、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上固定部位的加速度或应变信号，除直接采集到的加速度信号、应变信号，将加速度信号和应变信号经换为对应部件的模态振型、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值；所述发电机输出参数监测分系统记录风力机发电机组的输出电流、电压、电功率和电频率；所述触发集成控制分系统实现各个分系统的工作时序控制。

【技术特征摘要】
1.风力机多场参数同步监测系统，其特征在于，该系统包括：测试台架、风力机发电机组、流场监测分系统、旋转体结构动力学参数监测分系统、非旋转体结构动力学参数监测分系统、发电机输出参数监测分系统和触发集成控制分系统；所述测试台架为风洞，所述风力机发电机组位于风洞的气流出口端，所述流场监测分系统向风洞气流入口端喷入烟雾，并监测叶片叶尖部位流场，同步监测叶片叶尖的振动位移，实现叶片叶尖流场和叶尖振动位移的同步关联性监测；所述旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上叶片的加速度信号或应变信号，将加速度信号或应变信号经换为对应部件的模态振型、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统采集风力机发电机组上固定部位的加速度或应变信号，除直接采集到的加速度信号、应变信号，将加速度信号和应变信号经换为对应部件的模态振型、共振频率、阻尼、阻尼比和应力值；所述发电机输出参数监测分系统记录风力机发电机组的输出电流、电压、电功率和电频率；所述触发集成控制分系统实现各个分系统的工作时序控制。2.如权利要求1所述的风力机多场参数同步监测系统，其特征在于，所述测试台架包括风洞(1)和支撑架(2)；所述风洞(1)固定连接在支撑架(2)上；所述风洞(1)为直流式风洞，风洞(1)为风力发电机组提供均匀稳定的来流风速以驱动风力机叶片运转，风洞(1)所提供风速的大小由洞体内部的轴流式风机变频工作实现；所述风力机发电机组包括塔筒(26)、叶片(21)、发电机(23)和尾舵(24)；所述发电机(23)固定连接在塔筒(26)的顶端，发电机(23)的两端分别与叶片(21)和尾舵(24)连接；所述旋转体结构动力学参数监测分系统包括无线信号接受器(38)、旋转体结构动力学参数监测控制电脑(37)、无线信号发射器(25)、加速度传感器(39)和漆包线(40)；加速度传感器或应变片(39)通过漆包线(40)与无线信号发射器(25)中的数据线接口(43)连接，无线信号发射器(25)不仅可将所采集到的加速度信号或应变值信号以无线信号的方式传递给无线信号接受器(38)，风力机的叶片(21)在旋转过程中，叶片(21)受到气动力和离心力复合作用发生振动效应，振动效应的产生使叶片表面所分布的加速度传感器或应变片(39)产生电脉冲信号，电脉冲信号通过漆包线(40)和数据线接口(43)传递给无线信号发射器(25)；无线信号发射器(25)通过螺栓(42)与风力机的轮毂(44)实现固接，并随轮毂(44)和风力机的叶片(21)实现同步旋转；无线信号发射器(25)发出的无线信号通过无线信号接受器(38)接收，并通过数据线传递给旋转体结构动力学参数监测控制电脑(37)；所述流场监测分系统包括烟雾发生器(4)、流场信号监测控制电脑显示器(8)、流场信号监测控制电脑主机箱(9)、高速信号采集器(10)、高频流场摄相机(11)和激光发生器(20)；所述非旋转体结构动力学参数监测分系统包括非旋转体结构动力学参数监测控制电脑(36)、数据卡集成箱(35)、数据采集卡(30)、三向加速度传感器Ⅰ(22)、三向加速度传感器Ⅱ(27)和三向加速度传感器Ⅲ(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马剑龙，吕文春，汪建文，东学青，白叶飞，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：新型
国别省市：内蒙古;15