一种风机叶片声音信号采集最优位置及其选取方法与流程

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机叶片声音信号采集最优位置及其选取方法。


背景技术：

2.随着新能源发电技术的发展，风力发电机组越来越多的大量应用。风力发电机组一般地处恶劣环境，风沙、冰冻、盐雾、冲击等持续性侵蚀会造成叶片损坏、故障，严重时会发生叶片断裂，不仅影响风力发电机组正常发电，还可能发生人身安全、设备安全等事故，造成较大的经济损失。
3.长期以来，叶片损坏故障多靠维护人员现场巡逻检查，通过人工耳朵听辨气动声音异常的方法来判断叶片是否工作正常，受气候影响大，效率不高。针对这些缺陷，当前，有一些电子设备通过采集叶片发出的声音信号，再进行时域、频域分析来判断叶片故障，但因为风电机组地处野外，叶片受激发出呼啸声音受各种气动噪声影响，而采集捕捉声音信号的电子设备因放置位置的不同会发生很大变化，采集到的声音信号经常不是有效信号，给通过声音信号分析叶片故障带来极大障碍。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种风机叶片声音信号采集最优位置及其选取方法，能够获得较高幅度的声压强度，采集到的声音信号的频谱分布较宽泛，能满足叶片高质量声音采集分析故障的需要，同时能叠加叶片故障所产生的声音特征，有利于进行下一步故障特征分析。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.本发明公开的一种风机叶片声音信号采集最优位置，所述最优位置位于风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影上，所述最优位置与塔筒中心点的距离为r
×
sinα，r为叶轮的旋转半径，α为风电机组正常运行产生的声压和声压级强度最大时，距离地面最近的叶片与塔筒竖直轴线之间的夹角。
7.优选地，α为50
°
。
8.本发明公开的上述风机叶片声音信号采集最优位置的选取方法，包括：
9.s1：选定风电机组主要来风方向，并根据主要来风方向确定风电机组叶轮迎风旋转平面；
10.s2：根据风电机组的规格参数，计算风电机组叶轮迎风旋转平面的半径；
11.s3：测量风电机组正常运行时产生的声压和声压级强度，当声压和声压级强度为最大值时，此时该叶片叶尖在风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影上的投影点，即为风机叶片声音信号采集最优位置。
12.优选地，s1中，叶轮旋转方向为迎风顺时针。
13.优选地，s2中，风电机组的规格参数包括风机轮毂半径和叶片长度。
14.优选地，s3中，当声压和声压级强度为最大值时，距离地面最近的叶片与塔筒竖直轴线之间的夹角为50
°
。
15.优选地，s3中，根据同一季节主要来风方向的波动范围，增设若干风机叶片声音信号采集点。
16.优选地，s3中，根据不同季节主要来风方向的改变，增设若干风机叶片声音信号采集点。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明公开的风机叶片声音信号采集最优位置，位置点的设置简单，能够获得较高幅度的声压强度，采集到的声音信号的频谱分布较宽泛，能满足叶片高质量声音采集分析故障的需要，同时能叠加叶片故障所产生的声音特征，有利于进行下一步故障特征分析。
19.由于风电场风电机组大多布置在环境恶劣的野外，针对叶片损伤的检测，越来越多采用收集声音信号进行时频域分析的电子检测装置来实现，但前端采集的声音信号的品质有很大差别，有些甚至不能反映叶片故障所产生的声音特征，对后续故障分析造成较大影响。本发明公开的上述风机叶片声音信号采集最优位置的选取方法，通过确定风电机组的叶轮迎风旋转平面，当风电机组正常运行产生的声压和声压级强度为最大值时，将此时该叶片叶尖在风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影上的投影点确定为风机叶片声音信号采集最优位置。风电机组叶轮旋转扫风时发出的气动声音主要产生于叶片前缘端，当风电机组产生的声压和声压级强度最大时，此时的叶尖垂直向下到地面位置的投影点采集声音信号获得的声压和声压级也最大。通过在该点设置声音信号采集装置，一是可以采集到较高幅度的声压强度；二是声音信号的频谱分布较宽泛，介于0到8khz范围内，满足叶片高质量声音采集分析故障的需要；三是采集到声音信号能叠加叶片故障所产生的声音特征，有利于进一步特征分析。
20.进一步地，经过试验，当风电机组叶轮顺时针旋转到与12点时钟方向夹角130
°
时，产生的声压和声压级强度最大，此时距离地面最近的叶片与塔筒竖直轴线之间的夹角为50
°
。
21.进一步地，同一季节中，主要来风方向可能存在小范围的波动，根据波动范围增设若干风机叶片声音信号采集点，能够有效提高信号采集的精度。
22.进一步地，不同季节由于季节来风的原因，风场每台风电机组受到来风方向的影响，叶轮旋转会有一到两个主要来风旋转平面，根据来风方向的改变增设若干风机叶片声音信号采集点，能够有效提高信号采集的精度。
附图说明
23.图1为风电机组迎风旋转平面正视图；
24.图2为风机叶片声音信号采集最优位置的示意图。
25.图中：1为塔筒，2为叶片，3为轮毂，4为风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影。
具体实施方式
26.下面以附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释
而不是限定。
27.如图1和图2，本发明的风机叶片声音信号采集最优位置，位于风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影4上，即图中ob所在的线段，所述最优位置与塔筒中心点o的距离为r
×
sinα，r为叶轮的旋转半径，叶轮的旋转半径r＝轮毂半径 叶片长度；α为风电机组正常运行产生的声压和声压级强度最大时，距离地面最近的叶片与塔筒竖直轴线之间的夹角，α一般为50
°
。b为叶轮的最大旋转半径投影点。
28.上述风机叶片声音信号采集最优位置的选取方法，包括：
29.s1：选定风电机组主要来风方向，并根据主要来风方向确定风电机组叶轮迎风旋转平面；叶轮旋转通常为顺时针旋转。
30.s2：根据风电机组的规格参数，计算风电机组叶轮迎风旋转平面的半径；风电机组的规格参数包括风机轮毂3半径和叶片2长度。
31.s3：测量风电机组正常运行时产生的声压和声压级强度，当声压和声压级强度为最大值时，此时该叶片2叶尖在风电机组叶轮迎风旋转平面在地面的垂直投影4上的投影点d，即为风机叶片声音信号采集最优位置。经过试验，当风电机组叶轮顺时针旋转到与12点时钟方向夹角130
°
时，产生的声压和声压级强度最大，此时距离地面最近的叶片2与塔筒1竖直轴线之间的夹角为50
°
。
32.来风方向改变，最优位置d点随之改变，但最优位置d点与旋转平面在同一平面上。
33.在本发明的一个较优的实施例中，根据同一季节主要来风方向的波动范围，增设若干风机叶片声音信号采集点。同一季节中，主要来风方向可能存在小范围的波动，根据波动范围增设若干风机叶片声音信号采集点，能够有效提高信号采集的精度。
34.在本发明的一个较优的实施例中，根据不同季节主要来风方向的改变，增设若干风机叶片声音信号采集点。不同季节由于季节来风的原因，风场每台风电机组受到来风方向的影响，叶轮旋转会有一到两个主要来风旋转平面，根据来风方向的改变增设若干风机叶片声音信号采集点，能够有效提高信号采集的精度。
35.需要说明的是，以上所述仅为本发明实施方式的一部分，根据本发明所描述的系统所做的等效变化，均包括在本发明的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实例做类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均属于本发明的保护范围。