本发明专利技术公开了一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统及方法：该系统包括安装在风机机舱底部并可竖直向下发射激光的第一激光发射器和第二激光发射器，安装在轮毂处的长焦摄像机，安装在风机塔架上的震动检测传感器和沿塔架周向间隔90°设置的四个声学检测传感器，上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器分别通过传输模块与数据收集转换模块连接。本发明专利技术所公开的海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，针对海上风力机运行的不同载荷环境，基于激光检测和声学信号特征检测，可以提升海上风力发电机的稳定性和安全性。四个声学检测传感器间隔90°成直角排列，可以在风机偏航时也能有效的检测风机噪声。
A sound wave monitoring system and method for the health status of offshore wind turbine
【技术实现步骤摘要】
一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统及方法
本专利技术属于海上风力发电机领域，特别涉及该领域中的一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统及方法。
技术介绍
传统的风机叶片安全性监测只能依靠在轮毂处的长焦摄像机获取叶片的运动形态，然后分析图片中的叶片形状，进而确定故障问题，这种方法对摄像机的性能要求较高，对问题的分析较模糊，主观性强，而且一旦叶片出现问题无法判断具体是哪一片叶片，增加运维难度。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题就是提供一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统及方法。本专利技术采用如下技术方案：一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其改进之处在于：包括安装在风机机舱底部并可竖直向下发射激光的第一激光发射器和第二激光发射器，安装在轮毂处的长焦摄像机，安装在风机塔架上的震动检测传感器和沿塔架周向间隔90°设置的四个声学检测传感器，上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器分别通过传输模块与数据收集转换模块连接，控制器与数据收集转换模块连接并可控制上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器工作，数据显示终端与控制器连接。进一步的，第一激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为6m，第二激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为3m。进一步的，在风机各叶片的叶尖处涂有不同颜色的光滑颜色涂层。进一步的，声学检测传感器为微信号听诊器。进一步的，在风机海桩基础的周向上也间隔90°设置四个声学检测传感器，所述的声学检测传感器采用微信号听诊器。进一步的，还包括设置于风机叶片叶尖在塔架上的投影位置处的声发射装置，该声发射装置通过中央处理器和执行设备与控制中心相连接，声发射装置包括声发传感器和声波传感器，中央处理器包括采集运算模块、安全监测模块和映射配置模块。一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测方法，使用上述的监测系统，其改进之处在于：风机运行过程中如果叶片触及第一激光发射器的激光时，控制器打开微信号听诊器对叶片运动的声学信号进行采集并回传至控制器，控制器根据内设的叶片故障问题诊断算法定位叶片故障类型并判断故障是否需要停机检修；如果叶片形变继续增大并触及第二激光发射器的激光时，控制器打开长焦摄像机拍摄叶片外形，根据叶片损坏程度判断是否需要停机保护叶片；此外第一激光发射器和第二激光发射器还可以通过叶片叶尖处不同颜色涂层反射回不同色谱的激光来确定出现形变较大的叶片；震动检测传感器检测风机塔架的震动信号并实时输送至控制器，如果塔架的震动距离超过设定值，则触发报警停机。进一步的，对叶片的叶尖在测量区域内的运动进行观测，获取在叶尖距离塔架的各种位置上叶尖到塔架的相应距离以及叶尖运动所产生的相应的声学信号，从各种距离中选取安全最小距离，将安全最小距离对应的声学信号设置为预警声学值，当风力机运行时通过声发射装置探测叶尖运动到测量区域时的实时声学信号，根据实时声学信号和预警声学值对风力机的运行进行安全状态监测，如果大于预警声学值，则向远端控制中心及风力机的执行设备发出预警信号，如果不大于预警声学值，则叶片与塔架不会发生碰撞，海浪破碎对基础的碰撞对载荷的影响较小，海流对基础的冲击作用小。进一步的，对所述风力机海平面上波浪的运动进行观测，获取在所述塔架与海平面处波浪撞击基础后的撞击和破碎的声学信号，选取最大波浪撞击基础的最大载荷对应的声学信号设置为预警声学值，在海平面位置安装浮筒式声发射装置，根据实时声学信号和声学预警值对风力机基础载荷运行进行安全状态监测。进一步的，对所述风力机海平面以下海流的运动进行观测，获取在所述海桩基础的声学信号，选取最大海流流过基础的最大荷载对应的声学信号设置为预警声学值，在海平面以下相应位置安装声发射装置，根据实时声学信号和声学预警值对风力机基础荷载运行进行安全状态监测。本专利技术的有益效果是：本专利技术所公开的海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，针对海上风力机运行的不同载荷环境，基于激光检测和声学信号特征检测，可以提升海上风力发电机的稳定性和安全性。四个声学检测传感器间隔90°成直角排列，可以在风机偏航时也能有效的检测风机噪声。本专利技术所公开的海上风电风机健康状态及海浪声波监测方法，相对传统方法来说，不需要太高精度的长焦摄像机，因为摄像机只作为辅助检测工具，只有在声学信号检测出故障，并且到达最大安全距离X2（即触及第二激光发射器的激光）时才开启，有针对性的对故障进行取证。本专利技术所公开的海上风电风机健康状态及海浪声波监测方法，减小了大风条件下叶片扭曲导致叶尖与塔架相碰撞的几率，提升了安全性。通过监测波浪和海流对塔架基础的载荷冲击，监测载荷波动，提高安全性。附图说明图1是本专利技术实施例1所公开监测系统的组成框图；图2是本专利技术实施例1所公开监测系统在风机上的安装位置示意图；图3是本专利技术实施例1所公开监测系统中声学检测传感器的安装位置及检测半径示意图；图4是本专利技术实施例1所公开监测系统中声发射装置与相关部件之间的连接示意图；图5是塔架的震动范围示意图；图6是本专利技术实施例1所公开监测方法中对叶片叶尖的监测流程示意图；图7是本专利技术实施例1所公开监测方法中对风力机的运行进行安全状态监测的判断示意图；图8是本专利技术实施例1所公开监测方法中对海平面上波浪的运动进行观测的流程示意图；图9是本专利技术实施例1所公开监测方法中对海平面以下海流的运动进行观测的流程示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例1，如图1，2所示，本实施例公开了一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，包括安装在风机机舱底部并可竖直向下发射激光的第一激光发射器1和第二激光发射器2，安装在轮毂处的长焦摄像机3，安装在风机塔架上的震动检测传感器4和如图3所示沿塔架周向间隔90°设置的四个声学检测传感器5（在对风电场的调研过程中发现传感器的检测位置不同，会对叶轮气动信号的采集造成影响），图中声学检测传感器的检测半径为R。上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器分别通过传输模块6与数据收集转换模块7连接，控制器8与数据收集转换模块连接并可控制上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器工作，数据显示终端9与控制器连接，数据显示终端主要为基于QT的图形界面操作系统，可以实时观测风机运行的安全健康数据。在本实施例中，第一激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为6m，第二激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为3m。在风机各叶片的叶尖处涂有不同颜色的光滑颜色涂层。声学检测传感器为微信号听诊器，是采集叶尖部分声学信号的关键器件，相对传本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：包括安装在风机机舱底部并可竖直向下发射激光的第一激光发射器和第二激光发射器，安装在轮毂处的长焦摄像机，安装在风机塔架上的震动检测传感器和沿塔架周向间隔90°设置的四个声学检测传感器，上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器分别通过传输模块与数据收集转换模块连接，控制器与数据收集转换模块连接并可控制上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器工作，数据显示终端与控制器连接。/n
【技术特征摘要】
1.一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：包括安装在风机机舱底部并可竖直向下发射激光的第一激光发射器和第二激光发射器，安装在轮毂处的长焦摄像机，安装在风机塔架上的震动检测传感器和沿塔架周向间隔90°设置的四个声学检测传感器，上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器分别通过传输模块与数据收集转换模块连接，控制器与数据收集转换模块连接并可控制上述的第一激光发射器、第二激光发射器、长焦摄像机、震动检测传感器和声学检测传感器工作，数据显示终端与控制器连接。
2.根据权利要求1所述海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：第一激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为6m，第二激光发射器发出的激光与风机塔架之间的距离为3m。
3.根据权利要求2所述海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：在风机各叶片的叶尖处涂有不同颜色的光滑颜色涂层。
4.根据权利要求3所述海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：声学检测传感器为微信号听诊器。
5.根据权利要求4所述海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：在风机海桩基础的周向上也间隔90°设置四个声学检测传感器，所述的声学检测传感器采用微信号听诊器。
6.根据权利要求5所述海上风电风机健康状态及海浪声波监测系统，其特征在于：还包括设置于风机叶片叶尖在塔架上的投影位置处的声发射装置，该声发射装置通过中央处理器和执行设备与控制中心相连接，声发射装置包括声发传感器和声波传感器，中央处理器包括采集运算模块、安全监测模块和映射配置模块。
7.一种海上风电风机健康状态及海浪声波监测方法，使用权利要求6所述的监测系统，其特征在于：风机运行过程中如果叶片触及第一激光发射器的激光时，控制器打开微信号听诊器对叶片运动的声学信号进行采集并回传至控制器，控制...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛宇，张阳，崔元贞，
申请(专利权)人：中国海洋大学，
类型：发明
国别省市：山东;37
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