風力發電機組的裂紋檢測裝置及風力發電機組的製作方法

2023-12-12 13:58:37 1

本實用新型涉及裂紋檢測領域，尤其涉及一種風力發電機組的裂紋檢測裝置及風力發電機組。

背景技術：

日常生活或生產中設備在長期承受負載的狀態下，經常會出現應力性裂紋，這些裂紋在開始階段往往比較微小，肉眼難以分辨，如果裂紋發現的不及時，裂紋會逐漸擴大，影響設備的正常運行，並會造成安全隱患。

例如，在風力發電領域，風機葉片、輪轂、變槳軸承等都屬於旋轉類機械，體積大、重量大，並且長期承受巨大的負載，如果出現裂紋沒有及時發現會出現很嚴重的安全問題。目前，大多數檢測方法都是通過普通旋轉機械慣用的加速度(或速度)傳感器測量振動的方法來識別是否出現裂紋，然而這種方法用來測量上述設備的裂紋，檢測的靈敏度不高，不能及早發現微小的裂紋。

技術實現要素：

本實用新型提供一種風力發電機組的裂紋檢測裝置及風力發電機組，以解決現有技術中對於風力發電機組的部件裂紋檢測不能快速準確的發現裂紋的問題。

為達到上述目的，本實用新型的實施例提供一種風力發電機組的裂紋檢測裝置，裂紋檢測裝置包括至少一個光纖光柵傳感器和一個光纖光柵解調器，光纖光柵傳感器設置在風力發電機組的被檢測部件的表面；光纖光柵解調器與光纖光柵傳感器相連接。

可選地，光纖光柵傳感器包括一個光纖光柵傳感器單元；或者光纖光柵傳感器包括串聯的至少兩個光纖光柵傳感器單元。

可選地，光纖光柵傳感器單元包括光纖光柵、封裝外殼和填充物，光纖光柵設置在封裝外殼內，封裝外殼內部的剩餘空間填充有填充物。

可選地，當光纖光柵傳感器包括至少兩個光纖光柵傳感器單元時，各光纖光柵傳感器單元等間隔地粘接在被檢測部件的表面。

可選地，還包括支架，光纖光柵傳感器單元通過支架固定在被檢測部件的表面。

可選地，光纖光柵的外表面還塗抹有增強塗層。

可選地，光纖光柵解調器與主光路連接，主光路分支為多路分支光路；光纖光柵傳感器為多個，每個光纖光柵傳感器分別與一路分支光路相連接。

可選地，被檢測部件包括風力發電機組的變槳軸承、葉片、輪轂。

可選地，還包括分析裝置和報警裝置，分析裝置與光纖光柵解調器相連接，報警裝置與分析裝置相連接。

根據本實用新型的另一方面，本實用新型的實施例提供一種風力發電機組，包括前述的裂紋檢測裝置。

本實用新型具有的優點和積極效果是：

本實用新型實施例提供的裂紋檢測裝置，通過在被檢測部件的表面設置光纖光柵傳感器，並與光纖光柵解調器連接，通過檢測被檢測部件表面的應力變化導致的反射光的波長變化進而檢測裂紋的早期特徵，進行早期預警，降低風力發電機組運行風險，並提高風力發電機組運行的安全性。

附圖說明

圖1為本實用新型實施例提供的光纖光柵傳感器單元的示意性剖視圖；

圖2為本實用新型實施例提供的具有串聯的至少兩個光纖光柵傳感器單元的光纖光柵傳感器連接的示意性流程圖；

圖3為本實用新型實施例提供的至少兩個光纖光柵傳感器單元通過熔接形成光纖光柵傳感器的示意性流程圖；

圖4為本實用新型實施例提供的裂紋檢測裝置設置在變槳軸承上的示意性結構圖。

附圖標記說明：

1、光纖光柵傳感器；11、光纖光柵傳感器單元；111、光纖光柵；112、封裝外殼；113、填充物；114、增強塗層；2、光纖光柵解調器；3、主光路；31、分支光路；4、變槳軸承。

具體實施方式

下面結合附圖詳細描述本實用新型實施例的示例性實施例。

實施例一

如圖2所示，本實用新型的實施例提供一種風力發電機組的裂紋檢測裝置，裂紋檢測裝置包括至少一個光纖光柵傳感器1和光纖光柵解調器2，光纖光柵傳感器1設置在風力發電機組的被檢測部件的表面；光纖光柵解調器2與光纖光柵傳感器1相連接。

本實用新型實施例提供的裂紋檢測裝置，通過在被檢測部件的表面設置光纖光柵傳感器1，並與光纖光柵解調器2連接，通過檢測被檢測部件表面的應力變化導致的反射光的波長變化進而檢測裂紋的早期特徵，進行早期預警，降低風力發電機組運行風險，並提高風力發電機組運行的安全性。

此外，光柵光纖傳感器結構簡單、適應性強、穩定性、重複性好；與光纖之間存在天然的兼容性，易與光纖連接、低損耗、光譜特性好、可靠性高；具有非傳導性，對被測介質影響小，抗腐蝕、抗電磁幹擾，適合惡劣環境；可以將多個光纖光柵傳感器單元11串聯使用(參閱圖3)，與波分復用和時分復用系統相結合，實現分布式測量；測量信息是波長編碼的，所以光纖光柵傳感器1不受光源的光強波動、光纖連接及耦合損耗；實現對風力發電機組被測部位的高精度、無幹擾的實時監測。可實現數位化傳感，可以實現對工作在無人區的風力發電機組的裂紋的自動、實時、長期可靠地檢測。

根據本實用新型，光纖光柵傳感器1的工作原理是：光纖光柵傳感器1從雷射發射裝置接收雷射，並反射回特定波長的雷射。對於光纖光柵傳感器1，在應力變化的影響下，由其反射回的雷射波長發生偏移。光纖光柵解調器2根據檢測的偏移量判斷應力的變化，進而可以判斷出被檢測部位是否存在出現裂紋的風險或者已經出現裂紋。

可選地，光纖光柵傳感器1包括一個光纖光柵傳感器單元11；或者光纖光柵傳感器1包括串聯的至少兩個光纖光柵傳感器單元11。一個光纖光柵傳感器單元11適於對被檢測部位的某個關鍵點進行檢測；當設置串聯的至少兩個光纖光柵傳感器單元11時，可以對被檢測部位的多個位置進行檢測。

下面以光纖光柵傳感器1包括串聯的至少兩個光纖光柵傳感器單元11的方式進行具體說明。

具體地，光纖光柵解調器2包括雷射發射裝置和解調儀。雷射發射裝置用於生成雷射束，向光纖光柵傳感器1通過光纖光纜發送雷射信號。一般地，光纖光柵解調器2發送預定的一束雷射，包括多個預定波長的雷射。按照預定設置，正常狀態下每個光纖光柵傳感器單元11反射特定波長的雷射，而在外界應力的作用下光纖光柵傳感器單元11反射的雷射的波長發生了偏移或者是消失。解調儀通過比較反射回到解調儀的雷射的波長變化來觀測各個光纖光柵傳感器單元11的應力變化對其所產生的影響。

其中，光纖光柵解調器2與光纖光柵傳感器1相對匹配地設置在風力發電機組的局部待測環境中，光纖光柵解調器2設置在較為安全穩定的位置。光纖光柵解調器2可以由外部電源來供電，或者是在外部電源掉電的情況下可由其自帶的電源來供電。

具體地，如圖3所示，多個光纖光柵傳感器單元11可通過熔接的方式串聯連接形成光纖光柵傳感器1，各光纖光柵傳感器單元11分別與一個主光路3連接，並接入同一個光纖光柵解調器2進行數據處理。當需要對連接好的光纖光柵傳感器1中的光纖光柵傳感器單元11進行維修、更換時，只需要剪斷相應位置處的光纖光柵傳感器單元11，調整完畢後再重新熔接即可。光纖光柵傳感器1通過粘接等方式設置在風力發電機組的被檢測部件的表面。這樣設置可以方便地對風力發電機組的被檢測部件進行全面、系統的檢測。光纖光柵傳感器單元11也可通過預埋的方式設置在風力發電機組中被檢測部件上。

為了能夠對產生裂紋的位置精確地定位，同時為了對每個光纖光柵傳感器單元11加以區別，在本實施例提供的光纖光柵傳感器1中，各光纖光柵傳感器單元11對應的反射的特徵波長是不同的。這樣，當不同位置產生裂紋時，相應位置的光纖光柵傳感器單元11的反射波長會產生不同光纖光柵傳感器單元11的偏移量，根據光纖光柵解調器2的處理結果就能夠快速地對產生裂紋的位置進行定位。

可選地，如圖4所示，多個光纖光柵傳感器單元11串聯形成光纖光柵傳感器1。多個光纖光柵傳感器1之間並聯連接。當光纖光柵傳感器1包括至少兩個光纖光柵傳感器單元11時，光纖光柵傳感器1的多個光纖光柵傳感器單元11等間隔地粘接在被檢測部件的表面。

具體地，如圖4所示，以被測部件是風力發電機組的變槳軸承4為例進行進一步的說明。其中，多個光纖光柵傳感器單元11等間隔地粘接在變槳軸承4的內圈位置，這樣設置是為了能夠對變槳軸承4的內圈表面進行全面、實時的檢測，避免出現遺漏的檢測點，同時也有利於操作人員在軸承內圈表面出現裂紋時，能夠及時、準確地定位相應的位置。

可選地，如圖1所示，光纖光柵傳感器單元11包括光纖光柵111、封裝外殼112和填充物113，光纖光柵111設置在封裝外殼112內，封裝外殼112內部的剩餘空間填充有填充物113。

如圖1所示，具體地，在本實施例中，封裝外殼112內設置有一條光纖光柵111，其周圍填充有填充物113，用以固定光纖光柵111與封裝外殼112的相對位置，並對光纖光柵111提供保護，填充物113的材料通常是膠類。當然，在一些未示出的實施例中，也可在封裝外殼112內設置多條光纖光柵111，但需要說明的是，同一個封裝外殼112內的光纖光柵111的透光的縫隙或不透光的刻線的間距是相等的，以避免出現誤報的情況。

可選地，光纖光柵111的外表面還塗抹有增強塗層114。

參考圖1，增強塗層114的作用是增強光纖光柵111的韌性、防止其折斷。當封裝外殼112內部的空間較小時，可使用填充物113既對光纖光柵111進行定位，也對光纖光柵111提供保護，防止其彎折。優選地，增強塗層114也可以是膠類。

可選地，光纖光柵傳感器單元11還包括支架，光纖光柵傳感器單元11通過支架固定在被檢測部件的表面。

具體地，當被檢測部件的表面不適合粘接光纖光柵傳感器單元11時，可在在光纖光柵傳感器單元11的外側設置支架，再通過支架將光纖光柵傳感器單元11固定連接在被檢測部件的表面。支架可通過焊接的方式固定連接在封裝外殼112上，或通過其他方式與封裝外殼112固定連接。

可選地，如圖2所示，光纖光柵解調器2與主光路3連接，主光路3分支為多路分支光路31；光纖光柵傳感器1為多個，每個光纖光柵傳感器1分別與一路分支光路31相連接。

具體地，如圖2所示，多個光纖光柵傳感器1共用一個主光路3，多路分支光路31通過光纜續接盒與主光路3相連接，各光纖光柵傳感器1分別連接在各路分支光路31上，再通過主光路3與光纖光柵解調器2連接，用以分析數據。這樣設置可大大減少對於光源和光纖光柵解調器2的使用量，進一步節省了成本。

可選地，裂紋檢測裝置還包括分析裝置和報警裝置，分析裝置與光纖光柵解調器2相連接，報警裝置與分析裝置相連接。

具體地，當光纖光柵傳感器1檢測到部件表面出現裂紋時，分析裝置接收到光纖光柵解調器2發出的經解調後的信號，同時將分析後的信號傳遞給報警裝置，報警裝置會發出警報以通知相關操作人員裂紋的長度及具體發生的位置。

可選地，被檢測部件包括風力發電機組的變槳軸承4、葉片、輪轂。

具體地，如圖4所示，多個光纖光柵傳感器單元11依次串聯形成環形的光纖光柵傳感器1，再將光纖光柵傳感器1直接粘接在變槳軸承4的內圈位置來檢測變槳軸承4內圈是否出現裂紋。其中，呈環形的光纖光柵傳感器1需要有接入光源和光纖光柵解調器2的位置，即光纖光柵傳感器1是一個斷開的環形，首尾不連通。同理，當需要檢測葉片、輪轂或者塔筒等其他部件時，只需在被檢測部件的表面直接粘接或者通過支架固定連接一個或多個光纖光柵傳感器1即可實現對相應部件裂紋的檢測，而且，各光纖光柵傳感器1也都不是完全封閉的，均需要預留出接入光源和光纖光柵解調器2的接口。

此外，該裂紋檢測裝置不僅僅局限於應用在風力發電機組中，還可將該裂紋檢測裝置應用於其他需要檢測裂紋的設備上。

下面以將光纖光柵傳感器1粘接在變槳軸承4內圈為例，來具體說明如何安裝光纖光柵傳感器1及如何確定是否出現裂紋。具體操作步驟如下：

首先將變槳軸承4的內圈進行打磨、清潔，保證變槳軸承4內圈的清潔度，其次將光纖光柵傳感器1通過粘接的方式粘接在變槳軸承4的內圈，此時，需要打開光源，通過光纖光柵解調器2採集初始的衍射波長λ0，待變槳軸承4運行穩定後，再通過光纖光柵解調器2採集變槳軸承4穩定運行後的反射波長λ1，通過公式(λ1—λ0)*1000/k，計算出微應變值，根據微應變值判斷是否出現裂紋及裂紋開口的長度。微應變值越大，說明出現了裂紋且裂紋開口越大。其中，k為光纖光柵傳感器單元11的靈敏度係數。

實施例二

根據本實用新型的另一方面，本實用新型實施例提供一種風力發電機組，包括如前任一實施例的裂紋檢測裝置。

通過在風力發電機組上設置裂紋檢測裝置，可以有效地檢測各個關鍵位置的裂紋，實現了對風力發電機組連續覆蓋式檢測，可檢測裂紋早期故障特徵，進行早期預警，以降低機組運行風險和提高風機的安全，保證了風力發電機組的安全運轉。

本實用新型的實施例具有如下有益效果：

本實用新型實施例提供的裂紋檢測裝置，通過將多個光纖光柵傳感器設置在風力發電機組的被檢測部件的表面，可檢測裂紋早期故障特徵，進行早期預警，降低機組運行風險，並提高機組運行的安全性。同時，光纖光柵傳感器還具有抗電磁幹擾、電絕緣性能好、化學性能穩定、可實現遠距離遙控檢測、體積小、重量輕等優點，可以廣泛地應用於風力發電機組中，對各個部件進行裂紋檢測。

本實用新型實施例提供的風力發電機組，通過在風力發電機組上設置裂紋檢測裝置，可以有效地檢測各個關鍵位置的裂紋，實現了對風力發電機組連續覆蓋式檢測，可檢測裂紋早期故障特徵，進行早期預警，以降低機組運行風險和提高風機的安全，保證了風力發電機組的安全運轉。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應以所述權利要求的保護範圍為準。