一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统技术方案

本发明专利技术提出一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，通过对海上风电机组的叶片载荷、机舱载荷、塔顶载荷、塔中载荷、塔底载荷及海上基础载荷信号和风向流浪信号进行采集；采集完成后，存储载荷信号和风向流浪信号，并基于载荷信号进行应力转化的计算分析，确定所述海上风电机组关键部位的载荷受力数据。本发明专利技术使用3D式激光雷达作为气象数据采集单元，且同时还增加了水文数据采集和风机基础应力采集，整合了风、浪、流等数据与风机本体和基础的载荷数据，实现海上风电机组一体化的载荷测试，分析不同环境条件下的风机和桩基的载荷情况，有助于海上风电机组在研发过程中如何进行成本把控。本把控。本把控。

【技术实现步骤摘要】
一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统


[0001]本专利技术涉及风力发电
，尤其涉及一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统。

技术介绍

[0002]近几年海上风电发展迅速，且风电机组向大型化发展，因此海上风电机组的安全性测试是尽可能避免风机安全事故的重要手段之一。为了对海上风电机组及基础的各个主要结构部件的载荷进行测试与监测，需要使用风电机组安全测试设备进行测试。目前的测试系统针对海上安全载荷测试不能满足要求，因此本专利技术对风电机组安全性载荷测试进行了改进优化。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是提供一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，以解决现有的风机安全性载荷测试系统已不满足越来越大型化的海上风电机组的安全性载荷测试要求。
[0004]为此，本专利技术的目的在于提出一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，包括：
[0005]信号采集模块，用于对海上风电机组的载荷信号和风向流浪信号进行采集；其中，载荷信号包括叶片载荷、机舱载荷、塔顶载荷、塔中载荷、塔底载荷及海上基础载荷；
[0006]信号处理模块，用于存储载荷信号和风向流浪信号，并基于载荷信号进行应力转化的计算分析，确定海上风电机组关键部位的载荷受力数据。
[0007]其中，信号采集模块包括：叶片载荷测试单元、机舱载荷测试单元、塔顶载荷测试单元、塔中载荷测试单元、塔底载荷测试单元、单桩等海上基础载荷测试单元、浪流测试单元、3D式激光雷达单元；
[0008]其中，叶片载荷测试单元用于测量叶片的应力信号；
[0009]机舱载荷测试单元用于测量主轴的应力信号；
[0010]塔顶载荷测试单元用于测量塔顶的应力信号；
[0011]塔中载荷测试单元用于测量塔中的应力信号；
[0012]塔底载荷测试单元用于测量塔底的应力信号；
[0013]海上基础载荷测试单元用于测量风机基础的应力信号；
[0014]浪流测试单元用于测量水文数据；
[0015]3D式激光雷达单元用于测量气象信号。
[0016]其中，叶片载荷测试单元设置于被测风力发电机组的叶片上，以采集叶片根部的挥舞、摆振弯矩及扭矩信号，和叶中的挥舞、摆振弯矩信号；
[0017]叶片载荷测试单元包括叶片数据采集器、开关电源、稳压电源、多组应变传感器；叶根测点选择在叶根圆柱体过渡段内，测点应尽量靠近挥舞和摆振方向，测点位置原则上
应避开叶根螺栓至少1m以上，摆振方向应变片要避开合模缝。本专利技术中，叶片载荷测试单元用于采集3支叶片根部的挥舞、摆振及扭矩信号，和3个叶中的挥舞、摆振弯矩信号。
[0018]具体的，叶片根部测点设置于叶根圆柱体过渡段内，在叶根圆柱体过渡段截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的叶根弯矩应变片，构建叶根弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的叶根扭矩应变片，构建叶根扭矩全桥电路，将叶根弯矩全桥电路和叶根扭矩全桥电路接入叶片数据采集器；
[0019]对于大尺寸的叶片，圆柱体过渡段可能较短，此时要优先考虑叶根螺栓的影响，通过贴片截面处周长选取四个等分点，根据叶片变桨刻度线0度位置确定4个贴片位置角度，作为四等分点。
[0020]由于叶片距离地面较远，叶片载荷测试数据采集完成后通过无线通信的方式发送至塔底服务器，通过网线及交换机进一步连接至数据处理模块。
[0021]叶中测点设置于叶片上距离叶根30％
‑
50％的位置，在测点所在叶片两侧分别设置2个相差180度的叶中弯矩应变片，构建叶中弯矩全桥电路，将叶中弯矩全桥电路接入叶片数据采集器。
[0022]其中，机舱载荷测试单元安装于机舱，包括机舱数据采集器、开关电源、稳压电源、多组应力传感器，用于测量海上风电机组的俯仰弯矩、偏航弯矩及旋转扭矩；对于双馈型风电机组，主轴测点应该在轴承座之前，通常位于主轴喇叭口位置。对于直驱型风电机组，应力传感器安装于定轴上，直接测量。
[0023]若海上风电机组为双馈式风力发电机组，在双馈式风力发电机组主轴喇叭口位置指定坡度的截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的主轴弯矩应变片，构建主轴弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的主轴扭矩应变片，构建主轴扭矩全桥电路，将主轴弯矩全桥电路和主轴扭矩全桥电路接入机舱数据采集器；
[0024]若海上风电机组为直驱型风力发电机组，在定轴圆柱状上下位置壳体截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的定轴弯矩应变片，构建定轴弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的定轴扭矩应变片，构建定轴扭矩全桥电路，将定轴弯矩全桥电路和定轴扭矩全桥电路接入机舱数据采集器。
[0025]机舱载荷测试数据采集完成后通过网线及交换机连接至数据处理模块。
[0026]其中，塔顶载荷测试单元设置于塔顶平台、用于采集塔顶弯矩及扭矩载荷信号；包括塔顶数据采集器、开关电源、稳压电源、多组应力传感器；塔顶测点应远离偏航平台至少一个塔顶直径的距离，同时注意避让电缆与爬梯通道位置。
[0027]塔顶应变测点设置于远离塔顶至少一个塔筒直径的距离，在塔筒内截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的塔顶弯矩应变片，构建塔顶弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的塔顶扭矩应变片，构建塔顶扭矩全桥电路，将塔顶弯矩全桥电路和塔顶扭矩全桥电路接入塔顶数据采集器。
[0028]塔顶应变测点应远离塔顶法兰至少一个塔顶直径的距离，同时注意避让电缆与爬梯通道位置，通过在塔筒内壁粘贴刻度尺确定四个90度位置，进行打磨、贴片、防护，实现应变信号的测量。数据处理模块通过交换机实现与塔顶载荷测试单元的通讯，每个塔顶数据采集器具有唯一可识别IP，保证通讯正常。
[0029]其中，塔中载荷测试单元设置于被测海上风电机组塔筒中部，用于测量塔筒中部弯矩；包括塔中数据采集器、开关电源、稳压电源、多组应力传感器；塔中测点应在塔筒中部最近的一个平台附近进行粘贴塔顶测点。
[0030]其中，塔中应变测点设置于塔筒中部，在塔筒中部截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的塔中弯矩应变片，构建塔中弯矩全桥电路，将塔中弯矩全桥电路接入塔中数据采集器。
[0031]塔筒中部的应变测点选择要远离连接法兰至少1m，通过在塔筒内壁粘贴刻度尺确定四个90度位置，进行打磨、贴片、防护，实现应变信号的测量。塔中载荷测试单元的塔中数据采集器IP保证与数据处理模块的工控机在同一网段内，实现与数据处理模块的数据传输。
[0032]其中，塔底载荷测试单元设置于被测海上风电机组塔筒底部，用于测量塔筒底部弯矩；包括塔底数据采集器、开关电源、稳压电源、多组应力传感器；塔底测点应远离门至少1m 以上且不能选在门的斜上方。通过在塔筒内壁粘贴刻度尺确定四个90度位置，进行打磨、贴片、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，其特征在于，包括：信号采集模块，用于对海上风电机组的载荷信号和风向流浪信号进行采集；其中，所述载荷信号包括叶片载荷、机舱载荷、塔顶载荷、塔中载荷、塔底载荷及海上基础载荷；信号处理模块，用于存储所述载荷信号和风向流浪信号，并基于所述载荷信号进行应力转化的计算分析，确定所述海上风电机组关键部位的载荷受力数据。2.根据权利要求1所述的海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，其特征在于，所述信号采集模块包括：叶片载荷测试单元、机舱载荷测试单元、塔顶载荷测试单元、塔中载荷测试单元、塔底载荷测试单元、单桩等海上基础载荷测试单元、浪流测试单元、3D式激光雷达单元；其中，所述叶片载荷测试单元用于测量叶片的应力信号；所述机舱载荷测试单元用于测量主轴的应力信号；所述塔顶载荷测试单元用于测量塔顶的应力信号；所述塔中载荷测试单元用于测量塔中的应力信号；所述塔底载荷测试单元用于测量塔底的应力信号；所述海上基础载荷测试单元用于测量风机基础的应力信号；所述浪流测试单元用于测量水文数据；所述3D式激光雷达单元用于测量气象信号。3.根据权利要求2所述的海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，其特征在于，所述叶片载荷测试单元设置于被测风力发电机组的叶片上，以采集叶片根部的挥舞、摆振弯矩及扭矩信号，和叶中的挥舞、摆振弯矩信号；其中，叶片根部测点设置于叶根圆柱体过渡段内，在叶根圆柱体过渡段截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的叶根弯矩应变片，构建叶根弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的叶根扭矩应变片，构建叶根扭矩全桥电路，将所述叶根弯矩全桥电路和叶根扭矩全桥电路接入一叶片数据采集器；叶中测点设置于叶片上距离叶根30％
‑
50％的位置，在测点所在叶片两侧分别设置2个相差180度的叶中弯矩应变片，构建叶中弯矩全桥电路，将所述叶中弯矩全桥电路接入所述叶片数据采集器。4.根据权利要求2所述的海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，其特征在于，所述机舱载荷测试单元用于测量海上风电机组的俯仰弯矩、偏航弯矩及旋转扭矩；若所述海上风电机组为双馈式风力发电机组，在所述双馈式风力发电机组主轴喇叭口位置指定坡度的截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的主轴弯矩应变片，构建主轴弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的主轴扭矩应变片，构建主轴扭矩全桥电路，将所述主轴弯矩全桥电路和主轴扭矩全桥电路接入一机舱数据采集器；若所述海上风电机组为直驱型风力发电机组，在定轴圆柱状上下位置壳体截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分点设置2个相差180度的定轴弯矩应变片，构建定轴弯矩全桥电路，另外两个相对的四等分点设置2个相差180度的定轴扭矩应变片，构建定轴扭矩全桥电路，将所述定轴弯矩全桥电路和定轴扭矩全桥电路接入所述机舱数据采集器。5.根据权利要求2所述的海上风电机组一体化安全性载荷测试系统，其特征在于，所述
塔顶载荷测试单元设置于塔顶平台、用于采集塔顶弯矩及扭矩载荷信号；塔顶应变测点设置于远离塔顶法兰至少一个塔筒直径的距离，在塔筒内截面周长设置四等分点，其中两个相对的四等分...

【专利技术属性】
技术研发人员：许世森，郭小江，卢坤鹏，唐巍，董瑞，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，
类型：发明
国别省市：