專利名稱：風機載荷的測量裝置、系統(tǒng)和風機控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及風力發(fā)電技術領域，特別涉及一種風機載荷的測量裝置、系統(tǒng)和風機控制系統(tǒng)。
背景技術：
風力發(fā)電機組(以下簡稱風機)的載荷是風機設計、認證和安全評估的重要依據(jù)，由于現(xiàn)場風況、地形地貌、環(huán)境以及風機運轉、控制等諸多因素的影響，作用在風機葉輪和各傳力、承力部件的載荷非常復雜，很難利用仿真分析和地面試驗等手段得到準確的載荷。為此，在進行風機認證時除總體載荷分析與評估外，還需要對特定項目現(xiàn)場的風機進行現(xiàn)場載荷測試并進行分析和評估。IEC 61400-13標準對風機載荷測試內(nèi)容進行了明確的規(guī)定，但是由于風機結構復雜，載荷巨大，因此還沒有通用或專業(yè)的測力傳感器來完成風機載荷的測試?！つ壳埃瑸榱斯?jié)約成本，通常采用應變測試和現(xiàn)場載荷標定的方法進行風機載荷的測量。在風機載荷評估部位，沿載荷作用在結構的應變敏感方向上粘貼電阻應變計，具體地可根據(jù)結構傳力的特點在多個部位粘貼應變計。然后運用惠士頓電橋原理，采用1/4橋、半橋或者全橋等方式，通過測量電橋輸出信號而得出載荷，即根據(jù)測量信號計算出載荷?，F(xiàn)有技術中，通過在風機上粘貼電阻應變計以測量風機的載荷的方案具有如下技術問題(I)、由于現(xiàn)場環(huán)境惡劣，很難精確確定載荷作用在風機結構上的應變敏感方向，應變電阻計的粘貼質量難以控制，這導致電阻應變計出現(xiàn)靈敏度系數(shù)變化和電橋零點漂移的問題，從而降低了載荷的測量精確度。(2)、為了根據(jù)測量信號計算出載荷，需要現(xiàn)場對電阻應變計進行加載標定，現(xiàn)場加載標定操作難度大，周期較長，且很難實現(xiàn)風機實際載荷量程的加載標定。為節(jié)約成本以及提高效率，現(xiàn)有技術中一般采用風機組重力載荷標定的現(xiàn)場加載標定方法，但是該現(xiàn)場加載標定方法的加載標定精確度較低，從而降低了載荷的測量精確度。(3)、作用在風機結構上的載荷是多分量載荷，采用現(xiàn)有技術中的方法很難實現(xiàn)各分量載荷分解解耦測量，即各分量載荷之間存在交叉干擾，而采用現(xiàn)場標定不能消除該交叉干擾，這必然導致測量靈敏度的降低，從而降低了載荷的測量精確度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種風機載荷的測量裝置、系統(tǒng)和風機控制系統(tǒng)，用以提高載荷的測
量精確度。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風機載荷的測量裝置，包括被測承力構件、第一測量部件、第二測量部件和測量傳感器，所述被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，所述第一測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述第二測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述測量傳感器設置于所述第一測量部件和所述第二測量部件之間且分別與所述第一測量部件和所述第二測量部件連接；所述測量傳感器，用于測量出測量信號，所述測量信號用于生成載荷。可選地，所述被測承力構件的外形與所述被測部件的外形相同?？蛇x地，所述被測承力構件與所述被測部件通過固定連接方式連接，其中，固定連接方式包括法蘭螺栓方式、焊接方式、鉚接方式、粘接方式或者混凝土連接方式?？蛇x地，所述第一測量部件為圓環(huán)結構，所述第二測量部件為圓環(huán)結構。可選地，所述第一測量部件為輪輻結構，所述第二測量部件為輪輻結構?？蛇x地，所述被測承力構件的內(nèi)壁上形成有第一連接部，所述第一測量部件與所·述第一連接部連接；所述被測承力構件的內(nèi)壁上形成有第二連接部，所述第二測量部件與所述第二連接部連接?？蛇x地，所述測量傳感器包括傳感器敏感元件、第一傳感器連接端和第二傳感器連接端，所述傳感器敏感元件設置于所述第一傳感器連接端和所述第二傳感器連接端之間且分別與所述第一傳感器連接端和所述第二傳感器連接端連接，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件連接?？蛇x地，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接。可選地，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件通過第一測量部件法蘭連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件通過第二測量部件法蘭連接?？蛇x地，所述測量傳感器設置于所述被測承力構件的中心位置?？蛇x地，所述測量傳感器為多分量測力傳感器，所述測量信號為載荷信號?？蛇x地，所述測量傳感器為位移傳感器或者角度傳感器，所述測量信號為位移信號?？蛇x地，所述被測部件包括葉片或者塔架。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風機載荷的測量系統(tǒng)，包括風機載荷的測量裝置和數(shù)據(jù)處理模塊，所述風機載荷的測量裝置包括被測承力構件、第一測量部件、第二測量部件和測量傳感器，所述被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，所述第一測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述第二測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述測量傳感器設置于所述第一測量部件和所述第二測量部件之間且分別與所述第一測量部件和所述第二測量部件連接；所述測量傳感器，用于測量出測量信號，并將所述測量信號輸出至數(shù)據(jù)處理模塊；所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述測量信號生成載荷。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種風機控制系統(tǒng)，包括風機載荷的測量系統(tǒng)和主控制器，風機載荷的測量系統(tǒng)包括風機載荷的測量裝置和數(shù)據(jù)處理模塊；所述風機載荷的測量裝置，用于測量出測量信號，并將所述測量信號輸出至所述數(shù)據(jù)處理模塊；
所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述測量信號生成載荷，并將所述載荷輸出至所述主控制器；所述主控制器，用于根據(jù)所述載荷對風機進行控制?？蛇x地，所述風機控制系統(tǒng)還包括狀態(tài)監(jiān)測模塊，所述風機載荷的測量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)接口，所述狀態(tài)監(jiān)測模塊通過數(shù)據(jù)接口與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接； 所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于通過所述數(shù)據(jù)接口將所述載荷輸出至所述狀態(tài)監(jiān)測模塊；所述狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于根據(jù)所述載荷對所述風機進行監(jiān)測。本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明提供的技術方案中，風機載荷的測量裝置包括被測承力構件、第一測量部·件、第二測量部件和測量傳感器，被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，第一測量部件和第二測量部件均與被測承力構件連接，而測量傳感器設置于第一測量部件和第二測量部件之間且分別與第一測量部件和第二測量部件連接，而非直接粘貼于風機上，因此該測量裝置可在實驗室完成加載標定，無需現(xiàn)場粘貼也無需現(xiàn)場進行加載標定，從而提高了載荷的測量精確度。


圖I為本發(fā)明實施例一提供的一種風機載荷的測量裝置的結構示意圖；圖2為圖I中風機載荷的測量裝置的應用示意圖；圖3為本發(fā)明實施例二提供的一種風機載荷的測量裝置的結構示意圖；圖4為本發(fā)明實施例四提供的一種風機控制系統(tǒng)的結構示意圖。
具體實施例方式為使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖對本發(fā)明提供的風機載荷的測量裝置、系統(tǒng)和風機控制系統(tǒng)進行詳細描述。圖I為本發(fā)明實施例一提供的一種風機載荷的測量裝置的結構示意圖，圖2為圖I中風機載荷的測量裝置的應用示意圖，如圖I和圖2所示，該風機載荷的測量裝置包括被測承力構件I、第一測量部件2、第二測量部件3和測量傳感器4。被測承力構件I設置于風機的被測部件5的斷開截面處，第一測量部件2設置于被測承力構件I的內(nèi)部并與被測承力構件I連接，第二測量部件3設置于被測承力構件I的內(nèi)部并與被測承力構件I連接，測量傳感器4設置于第一測量部件2和第二測量部件3之間且分別與第一測量部件2和第二測量部件3連接。測量傳感器4用于測量出測量信號，該測量信號用于生成載荷。具體地，可將該測量信號輸出至數(shù)據(jù)處理模塊，以供數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)測量信號生成載荷。當需要對被測部件5的某一截面進行載荷的測量時，可將被測部件5從該截面處斷開，被測部件5斷開的截面為斷開截面，此時如圖2所示，被測部件5從斷開截面處被斷開為兩部分，而被測承力構件I設置于被斷開的兩部分被測部件5之間，即被測承力構件I設置于被測部件5的斷開截面處。其中，斷開截面可以為被測部件5的任意截面。被測承力構件I設置于被測部件5的斷開截面時，可同時起到將斷開的兩部分被測部件5連接的作用，從而使得該被測承力構件I成為被測部件5整體的一部分。被測承力構件I與被測部件5通過固定連接方式連接，其中，固定連接方式可包括焊接方式、鉚接方式、粘接方式或者混凝土連接方式。換言之，被測承力構件I與被測部件5可通過焊接方式、鉚接方式、粘接方式或者混凝土連接方式連接。上述焊接方式、鉚接方式、粘接方式和混凝土連接方式均為固定連接方式，從而可以使被測承力構件I牢固且可靠的設置于被測部件5的內(nèi)壁上。在上述連接方式中，鉚接方式和粘接方式均為可拆卸連接方式，從而可以方便對被測承力構件I進行拆卸。被測承力構件I負責傳遞載荷。被測承載力構件I的外形與被測部件5的外形相同，換言之，被測承載力構件I的外形與被測部件5的外形是相匹配的，從而使得被測承載力構件I能夠安裝于被測部件5的斷開截面處。例如當被測部件5為筒狀結構時，也就是說，被測部件5的截面為圓形時，為配合被測部件5的形狀，被測承力構件I可以為圓環(huán)。且被測承力構件I截面的尺寸與被測部件5的斷開截面的尺寸相匹配，以便于被測承力構件I能夠更加精確的安裝于被測部件5的斷開截面處。其中，被測部件5可以包括葉片或者塔架。當需要測量葉片的載荷時，可以將被測承力構件I安裝于葉片的斷開截面處；當需要測量塔架的載荷時，可以將被·測承力構件I安裝于塔架的斷開截面處。第一測量部件2為圓環(huán)結構，優(yōu)選地，第一測量部件2為輪輻結構。且第一測量部件2與被測承力構件I的內(nèi)壁連接。被測承力構件I的內(nèi)壁上形成有第一連接部6，第一測量部件2可與第一連接部6連接，從而實現(xiàn)第一測量部件2與被測承力構件I連接。具體地，被測承力構件I可通過螺栓連接或者鉚接等方式與第一連接部6連接。優(yōu)選地，第一連接部6與被測承力構件I一體成型。第二測量部件3為圓環(huán)結構，優(yōu)選地，第二測量部件3為輪輻結構。且第二測量部件3與被測承力構件I的內(nèi)壁連接。被測承力構件I的內(nèi)壁上形成有第二連接部7，第二測量部件3可與第二連接部7連接，從而實現(xiàn)第二測量部件3與被測承力構件I連接。具體地，被測承力構件I可通過螺栓連接或者鉚接等方式與第二連接部7連接。優(yōu)選地，第二連接部7與被測承力構件I一體成型。在實際應用中，第一測量部件2的形狀還可以為內(nèi)部是非輪輻的圓環(huán)結構，S卩第一測量部件2的結構中，外部是圓環(huán)結構，內(nèi)部為輪輻之外的其它結構；第二測量部件3的形狀還可以為內(nèi)部是非輪輻的圓環(huán)結構，即第二測量部件3的結構中，外部是圓環(huán)結構，內(nèi)部為輪輻之外的其它結構。第一測量部件2與被測承力構件I之間的連接方式可以包括整圓周連接、部分圓周連接或者非圓周連接。第二測量部件3與被測承力構件I之間的連接方式可以包括整圓周連接、部分圓周連接或者非圓周連接。測量傳感器4包括傳感器敏感元件8、第一傳感器連接端9和第二傳感器連接端10，傳感器敏感元件8設置于第一傳感器連接端9和第二傳感器連接端10之間且分別與第一傳感器連接端9和第二傳感器連接端10連接。第一傳感器連接端9與第一測量部件2連接，第二傳感器連接端10與第二測量部件3連接。本實施例中，第一傳感器連接端9與第一測量部件2通過第一測量部件法蘭11連接，第二傳感器連接端10與第二測量部件3通過第二測量部件法蘭12連接。優(yōu)選地，第一測量部件法蘭11與第一測量部件2 —體成型，第二測量部件法蘭12和第二測量部件3 —體成型。在實際應用中，第一傳感器連接端9與第一測量部件2還可通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接，第二傳感器連接端10與第二測量部件3還可通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接。上述法蘭、螺紋、摩擦、銷套和鉚接方式均為可拆卸連接方式，從而可以方便的對測量傳感器4進行拆卸。如圖I所示，傳感器敏感元件8的中心可位于測試截面上。如圖I所示，優(yōu)選地，測量傳感器4可設置于被測承力構件I的中心位置。具體地，第一傳感器連接端9與第一測量部件2的中心位置連接，第二傳感器連接端10與第二測量部件3的中心位置連接，從而實現(xiàn)了將測量傳感器4設置于被測承力構件I的中心位置。在實際應用中，測量傳感器4還可設置于被測承力構件I中偏離中心的位置。本實施例中，測量傳感器4為多分量測力傳感器。該測量傳感器4可通過測量動環(huán)傳遞到定環(huán)的載荷而得出載荷信號，此時測量信號為載荷信號。本實施例中，數(shù)據(jù)處理模塊可以采用風機中原有的數(shù)據(jù)處理模塊，或者也可以是為實現(xiàn)測量載荷這一功能而單獨設置的數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊在接收到測量傳感器輸出的測量信號后，可對該測量信號進行計算處理生成載荷。其中，載荷信號可包括力信號和力矩信號，相應地，載荷可包括力和力矩。由于測量傳感器采用多分量測力傳感器，因此測量的分量可采用I分量至6分·量，本實施例中測量傳感器測量的分量采用6分量。本實施例中，載荷可包括X分量力Fx，Y分量力Fy，Z分量力Fz，X分量力矩Mx、Y分量力矩My和Z分量力矩Mz，載荷信號包括多分量測力傳感器的X分量力信號FxI，多分量測力傳感器的Y分量力信號FyI，多分量測力傳感器的Z分量力信號FzI，多分量測力傳感器的X分量力矩信號MxI，多分量測力傳感器的Y分量力矩信號MyI，多分量測力傳感器的Z分量力矩信號MzI。具體地，數(shù)據(jù)處理模塊可根據(jù)載荷函數(shù)公式對測量信號進行計算處理生成載荷。載荷函數(shù)公式可以表示為
X] (^.1 I [Fx2
FyFvI Fv2
PFI F 2M= M i + M 2，其中，匕2為被測承力構件的X分量力信號，F(xiàn)y2為被測承力 MvMA M2
yyy
μ, M Λ Μ, 2
\ ^ A \ ^ A \ u y
構件的Y分量力信號，F(xiàn)z2為被測承力構件的Z分量力信號，Mx2為被測承力構件的X分量力矩信號，My2為被測承力構件的Y分量力矩信號，Mz2為被測承力構件的Z分量力矩信號。根據(jù)變形協(xié)調(diào)原則和小變形線性原理可知，載荷是按照剛度原則分別通過多分量測力傳感器和被測承力構件進行傳遞，其中，傳遞過程可通過如下傳遞公式表示
>；2 [^,*^1 '
K2 K· K1
P 2 k FI= f Λ。根據(jù)上述傳遞公式可將上述載荷函數(shù)變化為
Mx2 Kl
My2 kM,My\
Iki
權利要求
1.一種風機載荷的測量裝置，其特征在于，包括被測承力構件、第一測量部件、第二測量部件和測量傳感器，所述被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，所述第一測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述第二測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述測量傳感器設置于所述第一測量部件和所述第二測量部件之間且分別與所述第一測量部件和所述第二測量部件連接； 所述測量傳感器，用于測量出測量信號，所述測量信號用于生成載荷。
2.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述被測承力構件的外形與所述被測部件的外形相同。
3.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述被測承力構件與所述被測部件通過固定連接方式連接，其中，固定連接方式包括法蘭螺栓方式、焊接方式、鉚接方式、粘接方式或者混凝土連接方式。
4.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述第一測量部件為圓環(huán)結構，所述第二測量部件為圓環(huán)結構。
5.根據(jù)權利要求4所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述第一測量部件為輪輻結構，所述第二測量部件為輪輻結構。
6.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述被測承力構件的內(nèi)壁上形成有第一連接部，所述第一測量部件與所述第一連接部連接；所述被測承力構件的內(nèi)壁上形成有第二連接部，所述第二測量部件與所述第二連接部連接。
7.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述測量傳感器包括 傳感器敏感元件、第一傳感器連接端和第二傳感器連接端，所述傳感器敏感元件設置于所述第一傳感器連接端和所述第二傳感器連接端之間且分別與所述第一傳感器連接端和所述第二傳感器連接端連接，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件連接。
8.根據(jù)權利要求7所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件通過螺紋、摩擦、銷套或者鉚接方式連接。
9.根據(jù)權利要求7所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述第一傳感器連接端與所述第一測量部件通過第一測量部件法蘭連接，所述第二傳感器連接端與所述第二測量部件通過第二測量部件法蘭連接。
10.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述測量傳感器設置于所述被測承力構件的中心位置。
11.根據(jù)權利要求I所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述測量傳感器為多分量測力傳感器，所述測量信號為載荷信號。
12.根據(jù)權利要求9所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述測量傳感器為位移傳感器或者角度傳感器，所述測量信號為位移信號。
13.根據(jù)權利要求I至12任一所述的風機載荷的測量裝置，其特征在于，所述被測部件包括葉片或者塔架。
14.一種風機載荷的測量系統(tǒng)，其特征在于，包括風機載荷的測量裝置和數(shù)據(jù)處理模塊，所述風機載荷的測量裝置包括被測承力構件、第一測量部件、第二測量部件和測量傳感器，所述被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，所述第一測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述第二測量部件設置于所述被測承力構件的內(nèi)部并與所述被測承力構件連接，所述測量傳感器設置于所述第一測量部件和所述第二測量部件之間且分別與所述第一測量部件和所述第二測量部件連接； 所述測量傳感器，用于測量出測量信號，并將所述測量信號輸出至數(shù)據(jù)處理模塊； 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述測量信號生成載荷。
15.—種風機控制系統(tǒng),其特征在于,包括風機載荷的測量系統(tǒng)和主控制器，風機載荷的測量系統(tǒng)包括風機載荷的測量裝置和數(shù)據(jù)處理模塊； 所述風機載荷的測量裝置，用于測量出測量信號，并將所述測量信號輸出至所述數(shù)據(jù)處理模塊； 所述數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)所述測量信號生成載荷，并將所述載荷輸出至所述主控制器； 所述主控制器，用于根據(jù)所述載荷對風機進行控制。
16.根據(jù)權利要求15所述的風機控制系統(tǒng)，其特征在于，所述風機控制系統(tǒng)還包括狀態(tài)監(jiān)測模塊，所述風機載荷的測量系統(tǒng)還包括數(shù)據(jù)接口，所述狀態(tài)監(jiān)測模塊通過數(shù)據(jù)接口與所述數(shù)據(jù)處理模塊連接； 所述數(shù)據(jù)處理模塊還用于通過所述數(shù)據(jù)接口將所述載荷輸出至所述狀態(tài)監(jiān)測模塊； 所述狀態(tài)監(jiān)測模塊，用于根據(jù)所述載荷對所述風機進行監(jiān)測。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種風機載荷的測量裝置、系統(tǒng)和風機控制系統(tǒng)。該風機載荷的測量裝置包括被測承力構件、第一測量部件、第二測量部件和測量傳感器，被測承力構件設置于風機的被測部件的斷開截面處，第一測量部件設置于被測承力構件的內(nèi)部并與被測承力構件連接，第二測量部件設置于被測承力構件的內(nèi)部并與被測承力構件連接，測量傳感器設置于第一測量部件和第二測量部件之間且分別與第一測量部件和第二測量部件連接；測量傳感器，用于測量出測量信號，測量信號用于生成載荷。本發(fā)明提供的技術方案提高了載荷的測量精確度。
文檔編號F03D7/00GK102788655SQ201210288220
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月14日 優(yōu)先權日2012年8月14日
發(fā)明者彭云, 楊炯明 申請人:北京金風科創(chuàng)風電設備有限公司