本實(shí)用新型涉及葉片狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

風(fēng)力發(fā)電作為一種重要的可再生新能源，受到廣泛關(guān)注。而風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部位，其健康狀況直接影響到整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行。葉片的結(jié)構(gòu)和受力相當(dāng)復(fù)雜，由于葉片的工作環(huán)境十分惡劣，春夏秋冬、酷暑嚴(yán)寒、雷電、冰雹、雨雪、沙塵等隨時(shí)都有可能對風(fēng)機(jī)葉片產(chǎn)生損傷，因此葉片成為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中最容易出現(xiàn)事故的位置。據(jù)統(tǒng)計(jì)，葉片損傷產(chǎn)生的事故約占風(fēng)機(jī)總事故的三分之一。常見風(fēng)機(jī)葉片在遭受損傷之后會出現(xiàn)裂紋、分層、空隙和脫粘等典型的疲勞缺陷，這些損傷隨著葉片的運(yùn)行而不斷積累最終會導(dǎo)致葉片斷裂。在葉片產(chǎn)生疲勞缺陷到斷裂的過程中，葉片在運(yùn)行時(shí)各部分會發(fā)生不同程度應(yīng)變或形變。通常葉片發(fā)生損傷事故時(shí)必須停機(jī)維修，同時(shí)一旦葉片折斷，則很有可能損壞塔筒，這必將導(dǎo)致高額的維修費(fèi)用，也給風(fēng)電場帶來很大的經(jīng)濟(jì)損失。因此，若能有效監(jiān)測葉片的健康狀況，必能有效的減少風(fēng)機(jī)葉片造成的停機(jī)故障，避免產(chǎn)生巨額經(jīng)濟(jì)損失。

目前，風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片應(yīng)變常見的監(jiān)測手段有應(yīng)變片應(yīng)力監(jiān)測法和光纖光柵監(jiān)測法等。這些監(jiān)測方法都有著其適用的缺陷類型與優(yōu)缺點(diǎn)，其技術(shù)要求比較苛刻，監(jiān)測過程受運(yùn)行環(huán)境、天氣狀況以及其他因素的影響，而且通常需要借助復(fù)雜的檢測儀器設(shè)備和專業(yè)的分析人員的介入才能做結(jié)果判定，極大的增加了監(jiān)測成本和普及的困難程度。

因此需要一種新型的監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于此，本實(shí)用新型提供了一種新的監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的方案，以力圖解決或至少緩解上面存在的問題。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供了一種監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的系統(tǒng)，包括至少一條拉線、至少一個(gè)測量裝置、信號采集裝置以及信號處理裝置，其中至少一條拉線沿葉片內(nèi)表面軸向鋪設(shè)，每條拉線的一端固定于葉片內(nèi)表面近葉梢位置，另一端與至少一個(gè)測量裝置中的一個(gè)通過彈性元件連接，拉線隨葉片的形變帶動彈性元件發(fā)生拉伸運(yùn)動；至少一個(gè)測量裝置均固定于葉片內(nèi)表面近輪轂位置，適于根據(jù)其連接的一條拉線帶動彈性元件發(fā)生的拉伸運(yùn)動輸出測量信號；信號采集裝置分別與至少一個(gè)測量裝置和信號處理裝置連接，適于采集并傳輸至少一個(gè)測量裝置輸出的至少一個(gè)測量信號至信號處理裝置；信號處理裝置適于根據(jù)至少一個(gè)測量信號計(jì)算葉片的形變量。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中信號處理裝置還適于判斷葉片的形變量是否超過閾值，若是，則發(fā)出警報(bào)。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，還包括適于將拉線固定于葉片內(nèi)表面的一個(gè)或多個(gè)固定裝置。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中固定裝置包括與至少一條拉線位置對應(yīng)的至少一個(gè)通孔或開槽，至少一條拉線分別穿過對應(yīng)的通孔或開槽。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中拉線質(zhì)量輕、強(qiáng)度高以及伸縮量小。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中各條拉線的長度不相等。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中信號處理裝置適于根據(jù)至少一個(gè)測量信號計(jì)算葉片不同段的形變量。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中測量裝置為拉力傳感器，測量信號指示拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生的拉力。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中測量裝置為位移傳感器，測量信號指示拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生的位移。

可選地，在根據(jù)本實(shí)用新型的系統(tǒng)中，其中測量裝置為拉線式位移傳感器，所述拉線為拉線式位移傳感器的拉線。

根據(jù)本實(shí)用新型的監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的方案，通過沿葉片內(nèi)表面軸向鋪設(shè)的拉線，并通過拉線隨葉片形變帶動彈性元件的拉伸獲取葉片的形變量，因而可以快速有效且實(shí)時(shí)地反映葉片各部分的損傷狀況，同時(shí)極大地降低了監(jiān)測的成本。

附圖說明

為了實(shí)現(xiàn)上述以及相關(guān)目的，本文結(jié)合下面的描述和附圖來描述某些說明性方面，這些方面指示了可以實(shí)踐本文所公開的原理的各種方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保護(hù)的主題的范圍內(nèi)。通過結(jié)合附圖閱讀下面的詳細(xì)描述，本公開的上述以及其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更加明顯。遍及本公開，相同的附圖標(biāo)記通常指代相同的部件或元素。

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的葉片無形變時(shí)的拉線示意圖；

圖3示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的葉片形變時(shí)的拉線示意圖；以及

圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的固定裝置150的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將參照附圖更詳細(xì)地描述本公開的示例性實(shí)施例。雖然附圖中顯示了本公開的示例性實(shí)施例，然而應(yīng)當(dāng)理解，可以以各種形式實(shí)現(xiàn)本公開而不應(yīng)被這里闡述的實(shí)施例所限制。相反，提供這些實(shí)施例是為了能夠更透徹地 理解本公開，并且能夠?qū)⒈竟_的范圍完整的傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。

葉片作為風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中捕獲風(fēng)能的關(guān)鍵部位，其健康狀況直接影響到整個(gè)風(fēng)電系統(tǒng)的運(yùn)行。風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片一般很長，運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，在風(fēng)力作用下各個(gè)部位都會發(fā)生不同程度的形變。并且隨著葉片運(yùn)行時(shí)間的增長，葉片的疲勞損傷會逐漸增多，這些疲勞的積累會降低葉片運(yùn)行的可靠性，嚴(yán)重的則會導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出現(xiàn)故障。因此，葉片在運(yùn)行時(shí)的形變量的大小能夠有效的反映葉片整體的健康狀況。

圖1示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的系統(tǒng)100的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，監(jiān)測風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的葉片形變的系統(tǒng)100包括至少一條拉線110、至少一個(gè)測量裝置120、信號采集裝置130以及信號處理裝置140。

拉線110通常為質(zhì)量輕，強(qiáng)度高，伸縮量小的線材，并沿葉片內(nèi)表面軸向鋪設(shè)，其中每條拉線的間距可以相等。每條拉線110的一端固定于葉片內(nèi)表面近葉梢位置，該位置一般是葉片易發(fā)生形變的位置。拉線110的另一端則與一個(gè)對應(yīng)的測量裝置120通過彈性元件連接，例如通過彈簧連接，測量裝置120則固定于葉片內(nèi)表面近輪轂位置。

圖2和圖3分別示出了葉片正常運(yùn)行時(shí)以及葉片發(fā)生形變時(shí)的拉線的狀態(tài)示意圖。顯然地，當(dāng)葉片發(fā)生形變時(shí)，軸向鋪設(shè)的拉線110也會隨之帶動其連接的彈性元件發(fā)生拉伸運(yùn)動，與拉線通過彈性元件相連的測量裝置120根據(jù)該條拉線帶動彈性元件發(fā)生的拉伸運(yùn)動輸出測量信號?？梢岳斫獾?，拉線帶動彈性元件發(fā)生的拉伸與葉片形變程度存在直接關(guān)系，因此，可以通過監(jiān)測拉線帶動彈性元件發(fā)生的拉伸來實(shí)現(xiàn)對葉片形變程度的監(jiān)測。

在實(shí)際實(shí)施中，測量拉伸的測量裝置120通常為傳感器，例如拉力傳感器、位移傳感器等等，本實(shí)用新型對此不做限制。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，測量裝置120為拉力傳感器，當(dāng)葉片發(fā)生形變時(shí)，拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生拉力，觸動與該條拉線連接的拉力傳感器，此時(shí)拉力傳感器輸出的測量信號指示拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生的拉力。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，測量裝置120為位移傳感器，當(dāng)葉片發(fā)生形變時(shí)，拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生位移，觸動與該條拉線連接的拉力傳感器，此時(shí)拉力傳感器輸出的測量信號指示拉線帶動彈性元件拉伸產(chǎn)生的位移。

其中，測量裝置120還可以為拉線式位移傳感器，相應(yīng)鋪設(shè)在葉片內(nèi)表面的拉線則為該拉線式位移傳感器自身的拉線。

信號采集裝置130則分別與至少一個(gè)測量裝置120和信號處理裝置140連接，適于采集并傳輸至少一個(gè)測量裝置輸出的至少一個(gè)測量信號至信號處理裝置140。信號處理裝置140根據(jù)信號采集裝置130采集的至少一個(gè)測量信號計(jì)算葉片的形變量。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例，沿葉片內(nèi)表面軸向鋪設(shè)一條拉線，此時(shí)拉線110的與葉片內(nèi)表面的固定端通常位于葉梢位置，以便信號處理裝置140根據(jù)信號采集裝置130采集的測量信號計(jì)算出的葉片的形變量能夠表征葉片整體的健康程度。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，沿葉片內(nèi)表面軸向鋪設(shè)多條拉線，多條拉線的長度可以相同，即所有拉線與葉片內(nèi)表面的固定端位于同一截面圓周上。此時(shí)信號處理裝置140可以根據(jù)信號采集裝置130采集的多個(gè)測量信號計(jì)算出多個(gè)葉片的形變量，提高了結(jié)果的準(zhǔn)確度。

根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)實(shí)施例，鋪設(shè)的多條拉線的長度可以不同，即所有拉線與葉片內(nèi)表面的固定端分別位于不同的截面圓周上，如圖1所示。此時(shí)信號處理裝置140可以根據(jù)信號采集裝置130采集的多個(gè)測量信號計(jì)算出葉片不同段的形變量，分別表征葉片不同段的健康程度。

進(jìn)一步地，信號處理裝置140還可以判斷葉片的形變量是否超過閾值，若是，則發(fā)出警報(bào)，指示風(fēng)力發(fā)電設(shè)備停止運(yùn)行的同時(shí)通知工作人員設(shè)備異常。這里的閾值可以根據(jù)葉片在正常運(yùn)行時(shí)發(fā)生的形變量的正常變化范圍、以及拉線在隨葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)發(fā)生的不可避免的擺動而引起的系統(tǒng)誤差來設(shè)置。

下面以位移傳感器為例具體描述計(jì)算葉片形變量的原理。

位移傳感器輸出測量信號X，信號采集裝置130采集該信號并傳輸至信 號處理裝置140，其中X即拉線末端的位移量。信號處理裝置140通過映射關(guān)系：Y＝AX(其中A為修正系數(shù)，Y表示葉片形變量)，將傳輸出來的信號轉(zhuǎn)換為葉片的形變量信號，從而達(dá)到對葉片形變量的在線監(jiān)測。

進(jìn)一步地，如圖1所示，鋪設(shè)的拉線長度不一，因而可以實(shí)現(xiàn)葉片部分段的形變量。例如，采集得到圖1中拉線D固定位置到傳感器固定位置之間的葉片形變量數(shù)據(jù)Yd，以及拉線C固定位置到傳感器固定位置之間的葉片形變量數(shù)據(jù)Yc。通過Z＝B(Ya-Yb)(其中B為修正系數(shù)，Ya和Yb分別表示不同傳感器監(jiān)測的葉片的形變量)的映射關(guān)系，信號處理裝置140可以根據(jù)形變量數(shù)據(jù)Yd和Yc計(jì)算得到葉片上拉線D固定位置與拉線C固定位置之間部分的形變量Zc-d。

此外，基于拉線在隨葉片運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)不可避免地會發(fā)生橫向擺動的考慮，根據(jù)本實(shí)用新型的還有一個(gè)實(shí)施例，系統(tǒng)100還可以包括一個(gè)或多個(gè)固定裝置150，該固定裝置150可以將拉線固定于葉片內(nèi)表面，使布置的拉線沿著固定的軸向軌道運(yùn)動，避免拉線在隨葉片運(yùn)動時(shí)發(fā)生微弱擺動，以及鋪設(shè)多條拉線時(shí)多條拉線之間發(fā)生纏繞，而且便于安裝現(xiàn)場對不同拉線的識別。

圖4示出了根據(jù)本實(shí)用新型一個(gè)示例性實(shí)施例的固定裝置150的結(jié)構(gòu)示意圖。固定裝置150可以用粘接劑或其他可靠固定手段固定在葉片內(nèi)表面上，并包括與至少一條拉線位置對應(yīng)的至少一個(gè)通孔。各條拉線分別穿過對應(yīng)的通孔，沿著固定的軸向軌道運(yùn)動。除此之外，固定裝置150還可以包括與至少一條拉線位置對應(yīng)的至少一個(gè)開槽(與通孔類似)，也可以起到固定拉線運(yùn)動軌道的效果，本實(shí)用新型同樣對此不做限制。

綜上所述，風(fēng)電場一般地處風(fēng)力資源豐富的野外，服役環(huán)境惡劣，受載復(fù)雜，零部件的保養(yǎng)維護(hù)和監(jiān)控成本較高。而葉片作為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中重要的部件，其可靠性直接影響到風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。很多重大的風(fēng)機(jī)事故都起源于葉片斷裂，如果能對葉片斷裂進(jìn)行有效監(jiān)控將能避免發(fā)生事故，極大的減少損失。本實(shí)用新型主要通過布置拉線直觀、有效地檢測葉片受力過程中發(fā)生的形變量，從而達(dá)到對葉片健康狀況監(jiān)測的目的。同時(shí)，本實(shí)用新型的系統(tǒng)簡易、穩(wěn)定、可靠，安裝便捷，顯著降低了葉片的應(yīng)變在線監(jiān)測成本。

在此處所提供的說明書中，說明了大量具體細(xì)節(jié)。然而，能夠理解，本實(shí)用新型的實(shí)施例可以在沒有這些具體細(xì)節(jié)的情況下被實(shí)踐。在一些實(shí)例中，并未詳細(xì)示出公知的方法、結(jié)構(gòu)和技術(shù)，以便不模糊對本說明書的理解。

類似地，應(yīng)當(dāng)理解，為了精簡本公開并幫助理解各個(gè)實(shí)用新型方面中的一個(gè)或多個(gè)，在上面對本實(shí)用新型的示例性實(shí)施例的描述中，本實(shí)用新型的各個(gè)特征有時(shí)被一起分組到單個(gè)實(shí)施例、圖、或者對其的描述中。然而，并不應(yīng)將該公開的方法解釋成反映如下意圖：即所要求保護(hù)的本實(shí)用新型要求比在每個(gè)權(quán)利要求中所明確記載的特征更多特征。更確切地說，如下面的權(quán)利要求書所反映的那樣，實(shí)用新型方面在于少于前面公開的單個(gè)實(shí)施例的所有特征。因此，遵循具體實(shí)施方式的權(quán)利要求書由此明確地并入該具體實(shí)施方式，其中每個(gè)權(quán)利要求本身都作為本實(shí)用新型的單獨(dú)實(shí)施例。

本領(lǐng)域那些技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解在本文所公開的示例中的設(shè)備的模塊或單元或組件可以布置在如該實(shí)施例中所描述的設(shè)備中，或者可替換地可以定位在與該示例中的設(shè)備不同的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備中。前述示例中的模塊可以組合為一個(gè)模塊或者此外可以分成多個(gè)子模塊。

本領(lǐng)域那些技術(shù)人員可以理解，可以對實(shí)施例中的設(shè)備中的模塊進(jìn)行自適應(yīng)性地改變并且把它們設(shè)置在與該實(shí)施例不同的一個(gè)或多個(gè)設(shè)備中?？梢园褜?shí)施例中的模塊或單元或組件組合成一個(gè)模塊或單元或組件，以及此外可以把它們分成多個(gè)子模塊或子單元或子組件。除了這樣的特征和/或過程或者單元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何組合對本說明書(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的所有特征以及如此公開的任何方法或者設(shè)備的所有過程或單元進(jìn)行組合。除非另外明確陳述，本說明書(包括伴隨的權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的每個(gè)特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征來代替。

此外，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解，盡管在此所述的一些實(shí)施例包括其它實(shí)施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同實(shí)施例的特征的組合意味著處于本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)并且形成不同的實(shí)施例。例如，在下面的權(quán)利要求書中，所要求保護(hù)的實(shí)施例的任意之一都可以以任意的組合方式來使用。

此外，所述實(shí)施例中的一些在此被描述成可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的處理器或者由執(zhí)行所述功能的其它裝置實(shí)施的方法或方法元素的組合。因此，具有用于實(shí)施所述方法或方法元素的必要指令的處理器形成用于實(shí)施該方法或方法元素的裝置。此外，裝置實(shí)施例的在此所述的元素是如下裝置的例子：該裝置用于實(shí)施由為了實(shí)施該實(shí)用新型的目的的元素所執(zhí)行的功能。

如在此所使用的那樣，除非另行規(guī)定，使用序數(shù)詞“第一”、“第二”、“第三”等等來描述普通對象僅僅表示涉及類似對象的不同實(shí)例，并且并不意圖暗示這樣被描述的對象必須具有時(shí)間上、空間上、排序方面或者以任意其它方式的給定順序。

盡管根據(jù)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本實(shí)用新型，但是受益于上面的描述，本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員明白，在由此描述的本實(shí)用新型的范圍內(nèi)，可以設(shè)想其它實(shí)施例。此外，應(yīng)當(dāng)注意，本說明書中使用的語言主要是為了可讀性和教導(dǎo)的目的而選擇的，而不是為了解釋或者限定本實(shí)用新型的主題而選擇的。因此，在不偏離所附權(quán)利要求書的范圍和精神的情況下，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。對于本實(shí)用新型的范圍，對本實(shí)用新型所做的公開是說明性的，而非限制性的，本實(shí)用新型的范圍由所附權(quán)利要求書限定。