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制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种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，属于风电机组领域，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；应变片组包括两组，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；数据采集仪用于采集应变片组的测量数据信息；数据传输装置用于将采集信息传输到服务器；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。本发明专利技术利用该监测装置可以对风电机组轴向力进行有效监测，同时，还可监测叶片的运行状态，还可通过与预设报警值对比发出报警指示。

【技术实现步骤摘要】
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
本专利技术涉及风电机组领域，特别是涉及一种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。
技术介绍
在风力发电机组中，机组依靠叶片吸收风能，将风能转化为机械能，进而再将机械能转化为电能通过电网输送出去。机组的整个运行过程中，叶片是主要的受力部件，而叶片旋转平面上的力最后都要转化为轴向力作用在机组上。因此，对轴向力进行实时监测，有助于监测机组运行状态，确保机组在正常的载荷状态下运行。在现有技术中，并没有对风电机组轴向力进行实时监测的技术，只是单独对叶片或者主轴进行相关监测或者可靠性计算。技术专利《一种风电用叶片实时监测装置》提出了一种采用多个模块对叶片进行实时监测的系统。论文《极限工况下风力机主轴强度的可靠性分析》对满足静强度要求的主轴进行可靠性分析，为整机的可靠性设计方法研究打下了基础。但上述方法均是将叶片和主轴割裂开来进行分析，并没有将两者结合起来，在整机的轴向力监测上，两者是密不可分的。因此，如何创设一种针对风电机组轴向力的监测方法，能够经济有效的监测机组受力情况，保障机组在正常载荷范围内运行，成为本
人员亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种有效监测机组受力情况保障机组在正常载荷范围内运行的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。为解决上述技术问题，本专利技术提供的技术方案如下：一方面，本专利技术提供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，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。进一步地，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。进一步地，所述服务器为风场监控中心服务器。进一步地，所述应变片为T型应变片。再一方面，提供一种低风速风电机组，包括所述的低风速风电机组轴向力动态监测装置。进一步地，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。再一方面，提供一种低风速风电机组轴向力动态监测方法，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的数值分别与其设计值对比，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。进一步地，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。进一步地，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。进一步地，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。采用这样的设计后，本专利技术至少具有以下优点：1)本专利技术利用该监测装置可以对风电机组轴向力进行有效监测，同时，还可以监测叶片的运行状态，还可以通过与预设报警值对比发出报警指示。2)本专利技术的监测方法结合叶片的受力模型，利用材料受力弯曲的特点，进而推出叶片所受的力，从而计算得到机组所受的轴向力，创造性的提出了一种简单有效的监测风电机组轴向力的方法，为以后进行风电机组轴向力和叶片状态监测诊断提供了一种新思路。3)本专利技术的监测方法通过实时监测的轴向力与设计值进行比对，当机组所受的轴向力超过设计值，或者叶片受力不均超过报警值时，机组会发出报警的指示，保障机组的安全运行。附图说明上述仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明。图1是本专利技术的应变片在低风速风电机组叶片的安装位置的截面结构示意图；图2是本专利技术的两组应变片组在叶片内腔同侧的沿叶片轴向方向的安装结构示意图；图3是本专利技术的低风速风电机组的结构示意图；图4是本专利技术的低风速风电机组叶片的受力简图；图5是本专利技术的低风速风电机组轴向力动态监测方法的逻辑结构示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施例。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域技术人员。本
技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本专利技术的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。本
技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)，具有与本专利技术所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语，应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非被本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：褚景春，袁凌，蔺雪峰，王千，王晓丹，谢法，姜德旭，
申请(专利权)人：国电联合动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11