一种基于双阵列的叶片故障监测方法与设备技术

本发明专利技术涉及一种基于双阵列的叶片故障监测方法，包括以下步骤：S1、布置第一阵列，监测获取叶片故障信息；S2、定位故障；S21、估计故障方位角，得到最小故障方位角，再利用第一阵列进行定位；S22、布置第二阵列，利用第一阵列与第二阵列相配合进行故障定位。本发明专利技术还公开了一种基于双阵列的叶片故障监测设备。本发明专利技术中，第一阵列与第二阵列组合，克服了第一阵列与旋转平面的夹角增大时，定位精度会越来越低的问题；提高估算故障点的精度，极大的减少了阵列的部署数量，仅靠第一阵列与第二阵列，就完成了叶片转轴随风向转动情况下的故障定位，极大的减少了阵列的部署数量，降低了成本。

A blade fault monitoring method and equipment based on dual array

【技术实现步骤摘要】
一种基于双阵列的叶片故障监测方法与设备
本专利技术涉及风力发电塔组叶片故障监测领域，尤其涉及一种基于双阵列的叶片故障监测方法与设备。
技术介绍
随着政府对环境污染的重视，传统的基于化学能(煤炭、石油、天然气)的发电方式越来越收到限制，而核能发电又存在着前期投资巨大的问题，风力发电和太阳能发电越来越收到政府的鼓励。风力发电是一种可再生的清洁能源，环境污染小，自动化程度高，易于实现远程控制，非常适合解决人口稀少、电网不易达到的地区的供电需求，因此风力发电具有重要的经济效益和社会效益。叶片是风力发电塔组(以下简称“风机”)的关键部件，风机发电的能量来自于风力推动叶片旋转时的做功，而叶片在旋转过程中，尤其是从上方转到下方时，受力改变，并且交替变化，而风力状况又存在显著的不稳定性，这些因素回造成叶片受力不均，并形成振动，再加上叶片风吹日晒雨淋，由于其材料老化、磨损，还可能对叶片带来物理损伤，这些都会严重影响整个风机的运转效率，因此对叶片工作状况的监测就非常必要了。申请号为“CN201520203659.7”的技术专利公开了一种用于风力发电塔的叶片故障监测设备，包括：开关控制信号采集设备和参考时间信号采集设备，控制器通过计算开关控制信号和参考时间信号的时间差实现叶片故障监测。本技术对叶片直接进行监测，增加了系统的可靠性；采用非接触式激光传感器采集信号，使监测信号容易获得，可以有效地消除外来信号的影响。但是该专利需要多个传感器，造成成本过高；而且定位准确率低；还有一种方法，通过麦克风或者麦克风阵列拾取叶片转动时与气流摩擦产生的声音信号，进而通过分析声音信号判断叶片是否存在故障，并通过麦克风阵列技术对不同方向的声音分别接收来判断故障的位置。但由于风机为了最大化发电效率，会使得叶片在风力最大的方向进行转动，从而使得整组叶片会围绕塔筒0～360度范围内转动，术语叫偏航控制，这使得采用传统阵列定位的方法难以确定叶片上的故障位置。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种基于双阵列的叶片故障监测方法与设备，以解决难以确定叶片上故障位置的问题。本专利技术通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种基于双阵列的叶片故障监测方法，包括风力发电塔，风力发电塔包括塔体、叶片，所述塔体的下端固定设置于地面上，另一端通过塔筒与叶片相连，叶片以塔筒为轴心旋转的平面为故障面，包括以下步骤：S1、布置第一阵列，监测获取叶片故障信息；S2、定位故障；监测叶片故障；S21、估计故障方位角，得到最小故障方位角，再利用第一阵列进行定位；S22、布置第二阵列，利用第一阵列与第二阵列相配合进行故障定位。通过设置第一阵列位置，结合最小故障方位角获取叶片在工作过程中的故障信息，同时布置第二阵列，并且通过第一阵列与第二阵列确定方位角，从而实现精确定位叶片的故障点。作为本专利技术进一步的方案：所述第一阵列为若干个传感器与采集板一体化设置而成；采集板用于对信息进行处理。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤S1中，所述第一阵列设置于风力发电塔底部，且所述第一阵列靠近塔体的一端与塔体圆心的连线，在平行于第一阵列本体方向上投影的长度大于塔体的半径。作为本专利技术进一步的方案：所述估计故障方位角，包括利用第一阵列对扫描区域的声源进行扫描，并阵列增强，将扫描结果与训练好的故障模型进行匹配，匹配度大于设定的门限x时，即认为存在故障，此时该故障对应的方向为故障方位角；叶片旋转一圈后，即可得到获取最小故障方位角∠a；所述故障方位角为第一阵列上的几何中心点为引出的任意一条射线与第一阵列所形成的夹角。作为本专利技术进一步的方案：所述x取值为0.5≤x＜1。作为本专利技术进一步的方案：所述x取值为0.5。作为本专利技术进一步的方案：所述利用第一阵列进行定位包括：：∠a以第一阵列为轴旋转形成圆锥曲面，所述圆锥曲面与叶片转动平面相交得曲线C，计算得到曲线C与轴心O点距离最近的点。因为风力发电塔的每个叶片是相同的，且所述叶片在围绕着塔筒转动，即以塔筒为轴心O点不断旋转，叶片上的故障形成的面是圆形面，第一阵列能够对特定区域扫描，从而对圆形面采集信息，仅对其扫描区域的声源进行方向扫描，从而降低了计算复杂度，采集信息的区域为扫描区域，且该区域包括故障所有可能的运动轨迹。作为本专利技术进一步的方案：所述步骤S22包括；所述第二阵列设置于风力发电塔底部；且所述第一阵列绕着塔体圆心顺时针旋转90度后与第二阵列重合；第一阵列、第二阵列与叶片转动的平面形成的夹角分别为∠1、∠2；其中，利用公式d＝d1cos2(∠1)+d2sin2(∠1)，得到最终的故障点位置，其中，d为最终估计的故障点位置与转动轴心的距离，d1为由第一阵列估计到的故障点位置与轴心的距离，d2为第二阵列估计到的故障点位置与转动轴心的距离。通过第一阵列与第二阵列相配合，能够克服随着第一阵列与旋转平面的夹角增大，定位精度会越来越低的问题；提高估算故障点的精度。一种基于双阵列的叶片故障的监测设备，包括第一阵列、第二阵列，所述第一阵列与第二阵列部署在风力发电塔底部；其中，所述第一阵列靠近塔体的一端与塔体圆心的连线，在平行于第一阵列本体方向上投影的长度大于塔体的半径；所述第一阵列绕着塔体圆心顺时针旋转90度后能够与第二阵列重合。作为本专利技术进一步的方案：所述第一阵列、第二阵列为拾音阵列。本专利技术的优点在于：1、本专利技术通过设置第一阵列位置，获取叶片在工作过程中的故障信息，并且通过第一阵列与最小故障方位角实现定位叶片的故障点；同时通过第一阵列与第二阵列组合，克服了第一阵列与旋转平面的夹角增大时，定位精度会越来越低的问题；提高估算故障点的精度，极大的减少了阵列的部署数量，仅靠第一阵列与第二阵列，就完成了叶片转轴随风向转动情况下的故障定位，极大的减少了阵列的部署数量，降低了成本。2、本专利技术可以有效避免因叶片水平方向转动造成叶片声音被塔筒遮挡而影响拾音质量的问题，这样使得基于分析叶片转动摩擦气流产生的声音信号并获得叶片工作状况的这类监测技术可以不被叶片水平转动的位置影响，从而能够实现方便部署、运维成本低、监测效率高、延时低的叶片故障监测方案。附图说明图1为本专利技术中第一阵列与风力发电塔的位置的侧视图。图2为第一阵列、第二阵列与风力发电塔的俯视图。图3为第一阵列扫描示意图。图4为最小故障方位角形成的圆锥曲面示意图。图5为圆锥曲面与故障面相交的示意图。图6为第一阵列、第二阵列与旋转平面夹角示意图。图中，1-第一阵列，2-第二阵列，3-塔体，4-故障面所在平面，5-故障面。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双阵列的叶片故障监测方法，包括风力发电塔，风力发电塔包括塔体(3)、叶片，所述塔体(3)的下端固定设置于地面上，另一端通过塔筒与叶片相连，其特征在于，叶片以塔筒为轴心旋转的平面为故障面(5)，还包括以下步骤：/nS1、布置第一阵列(1)，监测获取叶片故障信息；/nS2、定位故障；/nS21、估计故障方位角，获取最小故障方位角，再利用第一阵列(1)进行定位；/nS22、布置第二阵列(2)，利用第一阵列(1)与第二阵列(2)与故障面(5)的夹角，进行故障定位。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于双阵列的叶片故障监测方法，包括风力发电塔，风力发电塔包括塔体(3)、叶片，所述塔体(3)的下端固定设置于地面上，另一端通过塔筒与叶片相连，其特征在于，叶片以塔筒为轴心旋转的平面为故障面(5)，还包括以下步骤：
S1、布置第一阵列(1)，监测获取叶片故障信息；
S2、定位故障；
S21、估计故障方位角，获取最小故障方位角，再利用第一阵列(1)进行定位；
S22、布置第二阵列(2)，利用第一阵列(1)与第二阵列(2)与故障面(5)的夹角，进行故障定位。


2.根据权利要求1所述的基于双阵列的叶片故障监测方法，其特征在于，所述第一阵列(1)为若干个传感器与采集板一体化设置而成。


3.根据权利要求1所述的基于双阵列的叶片故障检测方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述第一阵列(1)设置于风力发电塔底部，且所述第一阵列(1)靠近塔体(3)的一端与塔体(3)圆心的连线，在平行于第一阵列(1)本体方向上投影的长度大于塔体(3)的半径。


4.根据权利要求1所述的基于双阵列的叶片故障监测方法，其特征在于，所述获取最小故障方位角，包括；
利用第一阵列(1)对扫描区域的声源进行扫描，并阵列增强，将扫描结果与训练好的故障模型进行匹配，匹配度大于设定的门限x时，即认为存在故障，此时该故障对应的方向为故障方位角；叶片旋转一圈后，即可得到获取最小故障方位角∠a；
其中，所述故障方位角为第一阵列(1)上的几何中心点为引出的任意一条射线与第一阵列(1)所形成的夹角。


5.根据权利要求4所述的基于双阵列的叶片故障监测方法，其特征在于，所述x取值为0.5≤x＜1。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡晓宇，代金良，
申请(专利权)人：大连赛听科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21