一种风机叶片损伤监测装置及监测方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种叶片损伤监测装置，包括用于采集叶片音频信号的至少三组音频采集处理器；本发明专利技术采用多通道三维立体音频采集处理器的安装结构，即使在风机机舱朝向不断变更的情况下，也能够更加全方位的采集到风机叶片在复杂环境下扫过天空而产生的音频信号，同时在多通道三角立体的安装架构下，在不同方位和高度采集的音频数据中，可以减少环境噪声及多普勒效应的干扰。本发明专利技术还公开了一种叶片损伤监测方法，本发明专利技术的监测方法能够实现在线监测，本发明专利技术的监测方法中，将音频时域信号转换成音频频域信号，再进行逆推，得到三个观测点消除多普勒效应后的真实音频频域信号，能反馈出风机叶片划过最低点产生音频数据的真实性。叶片划过最低点产生音频数据的真实性。叶片划过最低点产生音频数据的真实性。

【技术实现步骤摘要】
一种风机叶片损伤监测装置及监测方法


[0001]本专利技术涉及风机叶片监测领域，具体涉及一种风机叶片损伤监测装置及监测方法。

技术介绍

[0002]由于风力发电机大多都安装在环境较恶劣的地区，容易发生故障，若没有及时预警故障，不仅会影响设备的寿命和工作效率，甚至会导致风力发电机损毁等重大事故，带来无法挽回的损失，风机叶片是风机最重要的结构，对于大型风机而言，通常风机叶片的安全直接关系着整个风机发电机组的发电效率，因此，保障风机叶片的安全成为最高等级的关注，目前而言，需要对叶片运行状态进行实时精准的在线监测，有效地保证风机叶片的运行安全。
[0003]现有技术中，风机叶片运行状态安全监测，通常采用如下两种方法：一、无人机叶尖图像拍摄法：采用无人机在风机叶片锁定时，对叶片进行设定航线的情况下进行拍摄成像，然后对拍摄的图像组进行图像识别，获取损伤叶片的高清图像，从而确定叶片的损伤情况；二、三维热像图分析法：通过检测装置，将热成像设备与风机叶片同步，通过红外成像仪采集叶片的热成像数据，构建叶片红外三维热图像进行分析和判断叶片的损伤情况。
[0004]上述监测方法存在的问题是：第一种方法，采用无人机图像拍摄，在此方案下，需对风机进行停机，且叶片锁定的情况下，才能正常的工作，同时需要投入人力对无人机进行操作，其增加了监测的人力成本，同时也无法做到不影响风机正常运行的情况下进行实时监测；第二种方法，三维热像图分析法，则存在监测装置复杂，操作困难，成本较高，也依然无法解决实时在线的监测问题。
[0005]综上所述，急需一种风机叶片损伤监测装置及监测方法以解决现有技术中如何准确的实时监测风机损伤的问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术目的在于提供一种风机叶片损伤监测装置及监测方法，以解决现有技术中如何准确的实时监测风机损伤的问题，具体技术方案如下：
[0007]一种风机叶片损伤监测装置，包括用于采集叶片音频信号的至少三组音频采集处理器；
[0008]多组音频采集处理器沿风机塔筒的周向设置且多组音频采集处理器不在同一水平面内；三组音频采集处理器均与外部解算系统连接。
[0009]以上技术方案优选的，在至少三组音频采集处理器中，第一组音频采集处理器设置在风机塔筒上，第二组音频采集处理器以及第三组音频采集处理器均设置在地面上。
[0010]以上技术方案优选的，三组音频采集处理器在水平面内投影点的连线为等边三角形；第一组音频采集处理器与叶片的最低点等高设置。
[0011]一种风机叶片损伤监测方法，采用了所述的风机叶片损伤监测装置，监测方法包
括如下步骤：
[0012]步骤S1：以风机基座几何中心为原点O，正东方向为X轴，正北方向为Y轴，垂直地面为Z轴建立三维坐标系；
[0013]步骤S2：获取t0时刻和经过t时间后，风机叶片最低点的坐标；获取风机叶片最低点从t0时刻经过t时间的线速度v
m
；
[0014]步骤S3：获取v
m
在C
i
和P
t
连线上的分量v
″
，C
i
表示某一音频采集处理器i所在的位置点；P
t
表示经过t时间后风机叶片最低点的坐标点；
[0015]步骤S4：通过分量v
″
获取音频采集处理器i所在的位置点观测到的叶片最低点的声波频率f
′
Ci
令f
′
Ci
的音频时域信号为P
′
Ci
，将P
′
Ci
转换为初始音频频域信号F(P
′
Ci
)；将F(P
′
Ci
)逆推得到真实音频频域信号F(P
Ci
)；
[0016]步骤S5：通过F(P
Ci
)与正常无损伤叶片的音频频域特征值进行比对，从而判断叶片是否出现异常或损伤。
[0017]以上技术方案优选的，所述步骤S2包括：步骤S2.1：
[0018]t0时刻风机叶片最低点的坐标点P0＝(R
Y
sinθ0，R
Y
cosθ0，H，θ0)；
[0019]经过t时间后风机叶片最低点的坐标点P
t
＝(R
Y
sinθ
t
，R
Y
cosθ
t
，H，θ
t
)；
[0020]其中，R
Y
表示风机叶片最低点沿塔筒基座中心转动的半径；θ0为t0时刻风机叶片最低点和原点O的连线与X轴的夹角；θ
t
为经过t时间后风机叶片最低点和原点O的连线在XOY平面的投影与X轴的夹角；H为风机叶片最低点距离地面的高度；
[0021]步骤S2.2：线速度v
m
如式1)所示：
[0022]v
m
＝ωR
Y
ꢀꢀ
1)；
[0023]其中，ω表示风机叶片转动的角速度。
[0024]以上技术方案优选的，步骤S3中，v
″
的获取如下：
[0025]步骤S3.1：获取线速度v
m
在C
i
和P
′
t
连线上的分量v
′
；其中，P
′
t
表示P
t
在水平面的投影点；
[0026]步骤S3.2：求解分量v
′
在C
i
和P
t
连线上的分量v
″
。
[0027]以上技术方案优选的，所述步骤S3.1中，v
′
的获取如式2)所示：
[0028][0029]其中，R
J
表示塔筒半径；η
i
为逆时针方向，C
i
和原点O的连线在基座平面的投影与X正轴的夹角。
[0030]以上技术方案优选的，所述步骤S3.2中，v
″
的获取如式3)所示：
[0031][0032]其中，R
J
表示塔简半径；η
i
为逆时针方向，C
i
和原点O的连线在基座平面的投影与X正轴的夹角；x
i
表示C
i
在X轴的坐标值；y
i
表示C
i
在Y轴的坐标值；Z
i
表示C
i
在Z轴的坐标值。
[0033]以上技术方案优选的，所述步骤S4包括：
[0034]步骤S4.1：获取声波频率f
′
Ci
，如式4)所示：
[0035][0036]其中，u为声波波速；f表示传播过程中实际产生的声波频率；
[0037]步骤S4.2：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风机叶片损伤监测装置，其特征在于，包括用于采集叶片音频信号的至少三组音频采集处理器；多组音频采集处理器沿风机塔筒的周向设置且多组音频采集处理器不在同一水平面内；三组音频采集处理器均与外部解算系统连接。2.根据权利要求1所述的风机叶片损伤监测装置，其特征在于，在至少三组音频采集处理器中，第一组音频采集处理器设置在风机塔筒上，第二组音频采集处理器以及第三组音频采集处理器均设置在地面上。3.根据权利要求2所述的风机叶片损伤监测装置，其特征在于，三组音频采集处理器在水平面内投影点的连线为等边三角形；第一组音频采集处理器与叶片的最低点等高设置。4.一种风机叶片损伤监测方法，采用了权利要求2或3所述的风机叶片损伤监测装置，其特征在于，监测方法包括如下步骤：步骤S1：以风机基座几何中心为原点O，正东方向为X轴，正北方向为Y轴，垂直地面为Z轴建立三维坐标系；步骤S2：获取t0时刻和经过t时间后，风机叶片最低点的坐标；获取风机叶片最低点从t0时刻经过t时间的线速度v
m
；步骤S3：获取v
m
在C
i
和P
t
连线上的分量v
″
，C
i
表示某一音频采集处理器i所在的位置点；P
t
表示经过t时间后风机叶片最低点的坐标点；步骤S4：通过分量v
″
获取音频采集处理器i所在的位置点观测到的叶片最低点的声波频率f
′
Ci
；令f
′
Ci
的音频时域信号为P
′
Ci
，将P
′
Ci
转换为初始音频频域信号F(P
′
Ci
)；将F(P
′
Ci
)逆推得到真实音频频域信号F(P
Ci
)；步骤S5：通过F(P
Ci
)与正常无损伤叶片的音频频域特征值进行比对，从而判断叶片是否出现异常或损伤。5.根据权利要求4所述的风机叶片损伤监测方法，其特征在于，所述步骤S2包括：步骤S2.1：t0时刻风机叶片最低点的坐标点P0＝(R
Y
sinθ0，R
Y
cosθ0，H，θ0)；经过t时间后风机叶片最低点的坐标点P
t
＝(R
Y
sinθ
t
，R
Y
cosθ
t
，H，θ
t
)；其中，R
Y
表示风机叶片最低点沿塔筒基座中心转动的半径；θ0为t0时刻风机叶片最低点和原点O的连线与X轴的夹角；θ
t
为经过t时间后风机叶片最低点和原点O的连线在XOY平面的投影与X轴的夹角；H为风机叶片最低点距离地面的高度；步骤S2.2：线速度v
m
如式1)所示：v
m
＝ωR
Y
ꢀꢀ
1)；其中，ω表示风机叶片转动的角速度。6.根据权利要求5所述的风机叶片损伤监测方法，其特征在于，步骤S3中，v
″
...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙永旭，梁晓东，谢鸿，李荣学，别克扎提，
申请(专利权)人：湖南联智监测科技有限公司，
类型：发明
国别省市：