一种风力发电扇叶强度模拟检测系统

文档序号:186148 发布日期:2021-11-02 浏览:19次 >En<

阅读说明:本技术 一种风力发电扇叶强度模拟检测系统 (Wind power generation flabellum intensity simulation detecting system ) 是由 王艳茹 胡敏 张浪 于 2021-09-07 设计创作,主要内容包括:本发明提供一种风力发电扇叶强度模拟检测系统,包括风力发电机,所述风力发电机包括塔体、风轮以及发电组件,所述发电组件设置在塔体顶部,所述风轮包括中心轴以及三组扇叶,所述中心轴连接在发电组件一侧,还包括检测机构、风力模拟模块以及处理器;所述检测机构包括三组检测组件,三组检测组件分别设置在三组扇叶的后侧,三组检测组件分别与处理器相连接,所述检测组件用于检测扇叶的若干点受到的压力值,本发明能够在模拟风力的情况下对扇叶的强度进行有效检测,以解决现有的风力发电机的扇叶检测过程存在缺陷的问题。(The invention provides a strength simulation detection system for fan blades of wind power generation, which comprises a wind power generator, a detection mechanism, a wind power simulation module and a processor, wherein the wind power generator comprises a tower body, a wind wheel and a power generation assembly, the power generation assembly is arranged at the top of the tower body, the wind wheel comprises a central shaft and three groups of fan blades, and the central shaft is connected to one side of the power generation assembly; the detection mechanism comprises three groups of detection assemblies, the three groups of detection assemblies are respectively arranged at the rear sides of the three groups of fan blades and are respectively connected with the processor, and the detection assemblies are used for detecting pressure values applied to a plurality of points of the fan blades.)

一种风力发电扇叶强度模拟检测系统

技术领域

本发明涉及风力发电检测技术领域,尤其涉及一种风力发电扇叶强度模拟检测系统。

背景技术

风力发电是指把风的动能转为电能。风能是一种清洁无公害的可再生能源能源,很早就被人们利用,主要是通过风车来抽水、磨面等,人们感兴趣的是如何利用风来发电。水平轴风力发电机科分为升力型和阻力型两类。升力型风力发电机旋转速度快,阻力型旋转速度慢。对于风力发电,多采用升力型水平轴风力发电机。大多数水平轴风力发电机具有对风装置,能随风向改变而转动。对于小型风力发电机,这种对风装置采用尾舵,而对于大型的风力发电机,则利用风向传感元件以及伺服电机组成的传动机构。

现有的技术中,水平轴风力发电机的扇叶是获取动力的最主要来源,也是承受风力的最直接载体,尤其是现在的风力发电机的规格越做越大,扇叶的长度较长,因此在风力较大时,通常都是关闭扇叶转动来达到保护风力发电机的目的,此时,对于扇叶的强度的考验也较大,但是在对于扇叶的强度检测时,通常是通过施加压力的方式来进行,很难在模拟风力的情况下对于扇叶的强度做到有效检测。

发明内容

针对现有技术存在的不足,本发明目的是提供一种风力发电扇叶强度模拟检测系统,能够在模拟风力的情况下对扇叶的强度进行有效检测,以解决现有的风力发电机的扇叶检测过程存在缺陷的问题。

为了实现上述目的,本发明是通过如下的技术方案来实现:一种风力发电扇叶强度模拟检测系统,包括风力发电机,所述风力发电机包括塔体、风轮以及发电组件,所述发电组件设置在塔体顶部,所述风轮包括中心轴以及三组扇叶,所述中心轴连接在发电组件一侧,还包括检测机构、风力模拟模块以及处理器;

所述检测机构包括三组检测组件,三组检测组件分别设置在三组扇叶的后侧,三组检测组件分别与处理器相连接,所述检测组件用于检测扇叶的若干点受到的压力值;

所述风力模拟模块包括风道以及风力模拟机,所述风道设置为圆柱形桶装结构,所述风道水平设置,所述风力发电机的塔体从风道的底部穿入风道的内部,所述风轮设置在风道的内腔内,所述风力模拟机设置在风道内位于扇叶的正前方位置,所述风力模拟机与处理器相连接;

所述处理器包括风力控制模块以及检测处理模块,所述风力控制模块用于控制风力模拟机的风力,所述检测处理模块用于对检测机构获取的检测数据进行处理;

所述检测处理模块包括受力处理单元,所述受力处理单元配置有第一受力处理策略,所述第一受力处理策略包括:获取若干检测组件检测的若干压力值,并将若干压力值通过第一算法得出第一受力值;当第一受力值小于第一受力阈值时,通过风力控制模块加大风力模拟机的风力;当第一受力值大于等于第一受力阈值时,记录风力控制模块的控制风力,并停止风力模拟机运作。

进一步地,所述第一算法配置为:Ps1=A1(P1+...+Pn),其中,Ps1为第一受力值,P为压力值,A1为第一比例值,n为若干检测组件的数量。

进一步地,所述受力处理单元还配置有第二受力处理策略,所述第二受力处理策略包括:设置若干检测组件中的三组为特殊组并分别标记为第一检测组、第二检测组以及第三检测组,将剩余的检测组件设置为若干普通检测组,分别获取第一检测组、第二检测组、第三检测组以及若干普通检测组检测到的第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值,将第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值通过第二算法得出第二受力值;当第二受力值小于第二受力阈值时,通过风力控制模块加大风力模拟机的风力;当第二受力值大于等于第二受力阈值时,记录风力控制模块的控制风力,并停止风力模拟机运作。

进一步地,所述第二算法配置为:

Ps2=A2(B1×Py1+B2×Py2+B3×Py3+Pp1+...+Ppm),其中,Ps2为第二受力值,Py1为第一压力值,Py2为第二压力值,Py3为第三压力值,Pp为普通压力值,m为普通检测组的数量,A2为第二比例值,B1为第一权重,B2为第二权重,B3为第三权重。

进一步地,所述检测机构还包括三组摄像头,三组摄像头分别设置在中心轴上且位于三组扇叶之间,三组摄像头分别与处理器相连接,所述摄像头用于获取扇叶的侧面图像;

所述处理器还包括存储单元,所述存储单元存储有扇叶正常状态下的图像;

所述检测处理模块还包括弯曲处理单元,所述弯曲处理单元配置有第一弯曲处理策略,所述第一弯曲处理策略包括:通过摄像头获取扇叶在受到风力模拟机吹出的风力的情况下的图像,将图像中扇叶的位置框选出,并得出扇叶的弯曲轮廓线条;将存储单元中扇叶正常状态下的图像进行框选,并得出扇叶的正常轮廓线条,选取正常轮廓线条中的若干参照点,并分别获取弯曲轮廓线条和正常轮廓线条中若干参照点之间的若干参照距离,将若干参照距离带入第三算法中得出第一弯曲值;控制风力模拟机不断加大风力,并记录第一弯曲值大于等于第一弯曲阈值时的风力。

进一步地,所述第三算法配置为:Sw1=A3(S1+...+Si),其中,Sw1为第一弯曲值,S为参照距离,A3为第三比例值,i为若干参照点的数量。

进一步地,所述弯曲处理单元还配置有第二弯曲处理策略,所述第二弯曲处理策略包括:设置若干参照点中的三点为特殊点并标记为第一点、第二点以及第三点,其余点为正常点;将弯曲轮廓线条和正常轮廓线条进行比对,并分别获取弯曲轮廓线条和正常轮廓线条中第一点、第二点、第三点以及其余正常点之间的第一距离、第二距离、第三距离以及若干正常距离,将第一距离、第二距离、第三距离以及若干正常距离带入第四算法中得出第二弯曲值;控制风力模拟机不断加大风力,并记录第二弯曲值大于等于第二弯曲阈值时的风力。

进一步地,所述第四算法配置为:

Sw2=A4(B4×Sj1+B5×Sj2+B6×Sj3+Sz1+...+Szo),其中,Sw2为第二弯曲值,Sj1为第一距离,Sj2为第二距离,Sj3为第三距离,Sz为正常距离,o为正常点的数量,A4为第四比例值,B4为第四权重,B5为第五权重,B6为第六权重。

进一步地,所述检测组件包括连接杆、若干距离传感器以及若干压力检测单元,若干距离传感器和若干压力检测单元的位置一一对应,所述连接杆与扇叶相平行,所述连接杆与扇叶之间设置有第一间隔,若干距离传感器等距设置在连接杆靠近扇叶的一侧,若干压力检测单元等距设置在连接杆靠近扇叶的一侧,若干压力检测单元的一侧设置有弹簧,所述压力检测单元的一端通过弹簧与扇叶相连接,若干距离传感器用于检测若干点扇叶的距离,若干压力检测单元用于检测若干点扇叶受到的对照压力值;

所述检测处理模块还包括对照处理单元,所述对照处理单元配置有对照处理策略,所述对照处理策略包括:分别获取若干点扇叶的距离和若干点扇叶受到的对照压力值,将若干点扇叶的距离和若干点扇叶受到的对照压力值通过第五算法得出对照值;记录对照值大于第一对照阈值时风力模拟机的风力。

进一步地,所述第五算法配置为:

Dz=C1(Ss1+...+Ssl)+C2[(Pd1+Ss1×k)+...+(Pdl+Ssl×k)],其中,Dz为对照值,Ss为扇叶的距离,Pd为对照压力值,l为若干压力检测单元和若干距离传感器的数量,k为弹簧的弹性系数,C1为第一转换系数,C2为第二转换系数。

本发明的有益效果:本发明通过获取若干检测组件检测的若干压力值,并将若干压力值通过第一算法得出第一受力值;当第一受力值小于第一受力阈值时,通过风力控制模块加大风力模拟机的风力;当第一受力值大于等于第一受力阈值时,记录风力控制模块的控制风力,并停止风力模拟机运作,通过风力模拟机进行风力模拟,再进行压力检测,能够有效模拟出在强风状态下扇叶的受力情况,从而为风力发电机的实地抗风提供了数据参考;

本发明通过设置若干检测组件中的三组为特殊组并分别标记为第一检测组、第二检测组以及第三检测组,将剩余的检测组件设置为若干普通检测组,分别获取第一检测组、第二检测组、第三检测组以及若干普通检测组检测到的第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值,将第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值通过第二算法得出第二受力值;当第二受力值小于第二受力阈值时,通过风力控制模块加大风力模拟机的风力;当第二受力值大于等于第二受力阈值时,记录风力控制模块的控制风力,并停止风力模拟机运作,该设计能够有针对性的对扇叶的强度进行检测,针对扇叶的边缘设置特殊组进行检测,能够提高对扇叶强度的检测全面性。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:

图1为本发明的系统原理框图;

图2为本发明的第一轴视图;

图3为本发明的第二轴视图;

图4为本发明的剖视图;

图5为风力发电机的结构示意图;

图6为图5中A的放大图。

图中:1、风力发电机;11、风轮;111、扇叶;112、中心轴;12、发电组件;13、塔体;2、风力模拟模块;21、风力模拟机;22、风道;3、检测机构;31、检测组件;311、距离传感器;312、压力检测单元;313、连接杆;314、弹簧;32、摄像头;4、处理器;41、风力控制模块;42、检测处理模块;421、受力处理单元;422、弯曲处理单元;423、对照处理单元;43、存储单元。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。

请参阅图1-图4,一种用于检测扇叶111强度的风力发电系统,包括风力发电机1,所述风力发电机1包括塔体13、风轮11以及发电组件12,所述发电组件12设置在塔体13顶部,所述风轮11包括中心轴112以及三组扇叶111,所述中心轴112连接在发电组件12一侧,还包括检测机构3、风力模拟模块2以及处理器4,风力模拟模块2能够模拟正常的风力,检测机构3能够对扇叶111的承受力进行检测,处理器4通过对检测数据进行处理获取扇叶111能够承受的最大风力。

请参阅图5-图6,所述检测机构3包括三组检测组件31,三组检测组件31分别设置在三组扇叶111的后侧,三组检测组件31分别与处理器4相连接,所述检测组件31用于检测扇叶111的若干点受到的压力值,扇叶111在此之前可进行强度测试,测试扇叶111最大承受压力,能够在最大多少的压力下还可以恢复到原来的形状,这一压力值可以为模拟过程中的最大承受的压力做参考。

请参阅图2-图4,所述风力模拟模块2包括风道22以及风力模拟机21,所述风道22设置为圆柱形桶装结构,所述风道22水平设置,所述风力发电机1的塔体13从风道22的底部穿入风道22的内部,所述风轮11设置在风道22的内腔内,所述风力模拟机21设置在风道22内位于扇叶111的正前方位置,所述风力模拟机21与处理器4相连接,通过设置风道22,能够使风力集中,也便于对风力进行准确的控制。

所述处理器4包括风力控制模块41以及检测处理模块42,所述风力控制模块41用于控制风力模拟机21的风力,所述检测处理模块42用于对检测机构3获取的检测数据进行处理。

所述检测处理模块42包括受力处理单元421,所述受力处理单元421配置有第一受力处理策略,所述第一受力处理策略包括:获取若干检测组件31检测的若干压力值,并将若干压力值通过第一算法得出第一受力值;当第一受力值小于第一受力阈值时,通过风力控制模块41加大风力模拟机21的风力;当第一受力值大于等于第一受力阈值时,记录风力控制模块41的控制风力,并停止风力模拟机21运作。第一受力阈值可以参考扇叶111做的强度测试中的最大承受压力。

所述第一算法配置为:Ps1=A1(P1+...+Pn),其中,Ps1为第一受力值,P为压力值,A1为第一比例值,n为若干检测组件的数量。

所述受力处理单元421还配置有第二受力处理策略,所述第二受力处理策略包括:设置若干检测组件31中的三组为特殊组并分别标记为第一检测组、第二检测组以及第三检测组,将剩余的检测组件31设置为若干普通检测组,分别获取第一检测组、第二检测组、第三检测组以及若干普通检测组检测到的第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值,将第一压力值、第二压力值、第三压力值以及若干普通压力值通过第二算法得出第二受力值;当第二受力值小于第二受力阈值时,通过风力控制模块41加大风力模拟机21的风力;当第二受力值大于等于第二受力阈值时,记录风力控制模块41的控制风力,并停止风力模拟机21运作。第一检测组、第二检测组和第三检测组可设置在扇叶111远离中心轴112的远端,该处由于位于扇叶111的边缘,受到变形力的影响也最大。

所述第二算法配置为:Ps2=A2(B1×Py1+B2×Py2+B3×Py3+Pp1+...+Ppm),其中,Ps2为第二受力值,Py1为第一压力值,Py2为第二压力值,Py3为第三压力值,Pp为普通压力值,m为普通检测组的数量,A2为第二比例值,B1为第一权重,B2为第二权重,B3为第三权重。

所述检测机构3还包括三组摄像头32,三组摄像头32分别设置在中心轴112上且位于三组扇叶111之间,三组摄像头32分别与处理器4相连接,所述摄像头32用于获取扇叶111的侧面图像;通过拍照对比,能够提高对扇叶111变形量的准确判断。

所述处理器4还包括存储单元43,所述存储单元43存储有扇叶111正常状态下的图像;先预存一张扇叶111正常状态下的图像,便于后期的拍照比对。

所述检测处理模块42还包括弯曲处理单元422,所述弯曲处理单元422配置有第一弯曲处理策略,所述第一弯曲处理策略包括:通过摄像头32获取扇叶111在受到风力模拟机21吹出的风力的情况下的图像,将图像中扇叶111的位置框选出,并得出扇叶111的弯曲轮廓线条;将存储单元43中扇叶111正常状态下的图像进行框选,并得出扇叶111的正常轮廓线条,选取正常轮廓线条中的若干参照点,并分别获取弯曲轮廓线条和正常轮廓线条中若干参照点之间的若干参照距离,将若干参照距离带入第三算法中得出第一弯曲值;控制风力模拟机21不断加大风力,并记录第一弯曲值大于等于第一弯曲阈值时的风力。通过比对参照,能够得到扇叶111的变形程度,从而获取在最大变形弯曲程度下的承受风力情况。

所述第三算法配置为:Sw1=A3(S1+...+Si),其中,Sw1为第一弯曲值,S为参照距离,A3为第三比例值,i为若干参照点的数量。

所述弯曲处理单元422还配置有第二弯曲处理策略,所述第二弯曲处理策略包括:设置若干参照点中的三点为特殊点并标记为第一点、第二点以及第三点,其余点为正常点;将弯曲轮廓线条和正常轮廓线条进行比对,并分别获取弯曲轮廓线条和正常轮廓线条中第一点、第二点、第三点以及其余正常点之间的第一距离、第二距离、第三距离以及若干正常距离,将第一距离、第二距离、第三距离以及若干正常距离带入第四算法中得出第二弯曲值;控制风力模拟机21不断加大风力,并记录第二弯曲值大于等于第二弯曲阈值时的风力。第一点、第二点和第三点设置在扇叶111远离中心轴112的远端,该处受到的弯曲变形程度也最大,该处受到的形变量的参考价值也最大。

所述第四算法配置为:Sw2=A4(B4×Sj1+B5×Sj2+B6×Sj3+Sz1+...+Szo),其中,Sw2为第二弯曲值,Sj1为第一距离,Sj2为第二距离,Sj3为第三距离,Sz为正常距离,o为正常点的数量,A4为第四比例值,B4为第四权重,B5为第五权重,B6为第六权重。

所述检测组件31包括连接杆313、若干距离传感器311以及若干压力检测单元312,若干距离传感器311和若干压力检测单元312的位置一一对应,所述连接杆313与扇叶111相平行,所述连接杆313与扇叶111之间设置有第一间隔,若干距离传感器311等距设置在连接杆313靠近扇叶111的一侧,若干压力检测单元312等距设置在连接杆313靠近扇叶111的一侧,若干压力检测单元312的一侧设置有弹簧314,所述压力检测单元312的一端通过弹簧314与扇叶111相连接,若干距离传感器311用于检测若干点扇叶111的距离,若干压力检测单元312用于检测若干点扇叶111受到的对照压力值;压力检测单元312设置为压力传感器,若干弹簧314都是统一规格制备,具有统一的弹性系数,在检测过程中,通过形变量能够获取弹簧314给与扇叶111的反作用弹力。

所述检测处理模块42还包括对照处理单元423,所述对照处理单元423配置有对照处理策略,所述对照处理策略包括:分别获取若干点扇叶111的距离和若干点扇叶111受到的对照压力值,将若干点扇叶111的距离和若干点扇叶111受到的对照压力值通过第五算法得出对照值;记录对照值大于第一对照阈值时风力模拟机21的风力。通过设置对照处理策略,能够在两种数据叠加后进行处理,有助于提高检测的准确性。

所述第五算法配置为:Dz=C1(Ss1+...+Ssl)+C2[(Pd1+Ss1×k)+...+(Pdl+Ssl×k)],其中,Dz为对照值,Ss为扇叶的距离,Pd为对照压力值,l为若干压力检测单元和若干距离传感器的数量,k为弹簧的弹性系数,C1为第一转换系数,C2为第二转换系数。

工作原理:风力模拟机21运作时通过风道22将风力吹到风力发电机1的扇叶111上,扇叶111和中心轴112处于固定状态,扇叶111受到风力后会产生形变,形变时会向后侧的连接杆313进行移动,移动时,摄像头32通过拍摄照片进行比对获取扇叶111的形变量,压力传感器能够检测若干点受到的压力值,距离传感器311能够进一步获取扇叶111的若干点形变的位移量,经过算法处理,能够获取扇叶111能够承受的最大风力值,提高了扇叶111的强度检测的模拟有效性和全面性。

最后应说明的是:以上所述实施例,仅为本发明的具体实施方式,用以说明本发明的技术方案,而非对其限制,本发明的保护范围并不局限于此,尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改、变化或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围,都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此,本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

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