一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置

1.本实用新型涉及风力发电机动平衡技术领域，特别是涉及一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置。


背景技术：

2.大型风力发电机在服役过程中叶片易遭受结冰、沙尘堆积、冰雹、砂尘等外来硬物的冲击损伤，造成叶片质量不平衡，使得发动机转子系统产生振动问题，如无法得到有效控制，长时间积累会造成发电机发电量不足，使用年限缩短，严重的可能会产生安全事故，从而造成重大经济损失。
3.现役大型风力发电机振动控制问题多采用现场法离线动平衡，国内外近年有采用机器视觉、光纤传感、无人机除冰等先进技术，但均会存在不同程度的可靠性不高、平衡效果不理想、操作耗时较长、维护成本高等缺陷，目前应用成熟的工程动平衡技术主要有两种方式：一种是现场动平衡，另一种是机上动平衡。
4.机上动平衡一般采用大型动平衡机对转子实施动平衡过程，通常用于生产制造中的转子平衡性检验和校正，可有效消除转子在加工、装配时形成的原始不平衡；现场动平衡通常采用现场动平衡仪在旋转机械原机组工况下对转子实施动平衡，一般用于转子安装后的整机动平衡检验校正。
5.虽然当前市场上机上动平衡类产品种类众多，能够满足各种机械系统转子的动平衡需求，但仍然存在以下三方面不足。机上动平衡只能将旋转机械的转子进行拆卸后实施动平衡，也只能对转子本身存在的不平衡量进行校正，而对于受机械系统支承条件及转子实际安装工况条件影响下的转子不平衡缺乏平衡对策。并且离线平衡后的转子经运输和重新安装等操作环节后，在正式服役之前也不能保证之前的平衡精度。所以，当转子在工况下运行时依旧会产生不平衡振动。对于某些特殊转子，普通的机上动平衡显然无法满足其平衡需求。如大型水电、核电机组，其转子重量和尺寸过于巨大，几乎没有与之相匹配的机上平衡设备对其实施离线平衡校正；又如高温汽轮机转子在运行时由于温度过高易产生弹性翘曲变形，停机后变形现象则消失，故需要对其进行特殊的热动平衡。由于机上动平衡机通常体积和重量较大，一般固定安置在工厂、车间等场所。实施机上平衡时需要将转子从系统中拆卸下来，再运输到平衡机上安装后进行动平衡校正，考虑到转子系统启停机和拆卸过程步骤繁琐，此种平衡方法耗时长也不经济。
6.因此，市场上急需一种新型的风力机叶片动平衡装置，用于解决上述问题。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的是提供一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用步进电机调整平衡滑块的位置，从而调整叶片的质量分布，已达到叶片动平衡的技术效果，整个过程操作简单。
8.为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：
9.本实用新型公开了一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置，包括：
10.直线驱动装置，所述直线驱动装置固定于风力机的叶片上；
11.平衡滑块，所述平衡滑块设置于所述直线驱动装置上，所述直线驱动装置用于带动所述平衡滑块沿着风力机的叶片做往复直线运动；
12.检测装置，所述检测装置包括振动传感器，所述振动传感器设置于所述风力机的轮毂上；
13.控制器，所述直线驱动装置和所述检测装置均与所述控制器电连接。
14.优选的，所述直线驱动装置包括步进电机和丝杆，所述步进电机固定于风力机的叶片上，所述丝杆的一端与所述步进电机的输出轴传动连接，所述平衡滑块上设有螺纹孔，所述螺纹孔处设有内螺纹，所述丝杆的外壁上设有外螺纹，所述丝杆与所述螺纹孔螺纹连接，所述步进电机与所述控制器电连接。
15.优选的，风力机的叶片上设有两个限位挡板，两个所述限位挡板分别位于所述丝杆的两端，两个所述限位挡板用于限定所述平衡滑块的位移量。
16.优选的，所述步进电机为抱闸步进电机。
17.优选的，所述检测装置还包括光电传感器，所述光电传感器固定于风力机上，所述光电传感器与所述控制器电连接。
18.优选的，所述控制器为计算机。
19.本实用新型相对于现有技术取得了以下技术效果：
20.1、不需要人工去进行繁琐的操作，通过振动传感器的数据采集以及控制器的计算即可知道不平衡大小及位置；
21.2、整个装置结构简单且制造成本低；
22.3、接收到控制器的控制信号后，平衡滑块能够快速相应，从而达到快速实现叶片动平衡的技术效果；
23.4、步进电机为抱闸步进电机，能够将平衡滑块锁死在预计位置；
24.5、设置限位挡板能够限制平衡滑块的移动范围，防止其脱出。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为实施例一大型风力机叶片智能在线动平衡装置的结构示意图；
27.图2为实施例三中计算转子应加平衡重量方向示意图；
28.图3为实施例三中转子应加平衡重量分解示意图；
29.图4为实施例三中应加平衡量的矢量分解图；
30.图中：1-轮毂；2-限位挡板；3-平衡滑块；4-丝杆；5-叶片。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行
清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.本实用新型的目的是提供一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置，用于解决上述现有技术中存在的技术问题，利用步进电机调整平衡滑块的位置，从而调整叶片的质量分布，已达到叶片动平衡的技术效果，整个过程操作简单。
33.为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
34.实施例一、
35.如图1所示，本实施例提供了一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置，包括：
36.直线驱动装置，直线驱动装置固定于风力机的叶片5上，一般来说，每个风力机上设有三个叶片5，需要在每个叶片5上设置一个直线驱动装置；
37.平衡滑块3，平衡滑块3为一常见的矩形块，平衡滑块3设置于直线驱动装置上，一个直线驱动装置上连接一个平衡滑块3，直线驱动装置用于带动平衡滑块3沿着风力机的叶片5的长度方向上做往复直线运动，平衡滑块3与叶片5滑动连接；
38.检测装置，检测装置包括振动传感器，振动传感器设置于风力机的轮毂1上，需要说明的是，风力机的轮毂1就是叶片5安装部(中心回转轴端部)；
39.控制器，直线驱动装置和检测装置均与控制器电连接，控制器用于接收检测装置发出的检测信号，并进行计算，从而控制直线驱动装置的运行。
40.实际使用时，通过振动传感器检测到的振幅值，并将数据传输给控制器中，利用控制器计算出要达到叶片5动平衡时平衡滑块3所需要移动的位移。然后驱动控制器，控制器通过直线驱动装置来调整平衡滑块3的具体位置，根据计算结果调整三个平衡滑块3的具体位置后，即可达到叶片5动平衡的技术效果。
41.于本实施例中，直线驱动装置包括步进电机和丝杆4，步进电机固定于风力机的叶片5上，丝杆4的一端与步进电机的输出轴传动连接，平衡滑块3上设有螺纹孔，螺纹孔处设有内螺纹，丝杆4的外壁上设有外螺纹，丝杆4与螺纹孔螺纹连接，从而形成常见的丝杆螺母副结构。步进电机与控制器电连接，利用控制器可以控制步进电机的启动与关闭、正转与反转。使用时，利用控制器控制步进电机启动，步进电机带动丝杆4转动，平衡滑块3与叶片5滑动连接(平衡滑块3与叶片5直接接触，所以当丝杆4转动时，由于叶片5的限制作用，不会使得平衡滑块3与丝杆4同步转动)，从而使得平衡滑块3沿着丝杆4前后移动，从而实现调整平衡滑块3的位置的技术效果。步进电机的电源通过导电滑环和电刷与风力机内部的总电源连接，具体的连接关系为现有技术，因此不多做赘述，轮毂1中心处为空心结构，因此方便连接的电线穿过。此外，直线驱动装置还可以替换为其他结构，如气缸或液压缸等，只要能够实现平衡滑块3在叶片5上直线滑动均可。
42.于本实施例中，风力机的叶片5上设有两个限位挡板2，两个限位挡板2分别位于丝杆4的两端，两个限位挡板2用于限定平衡滑块3的位移量。具体的，在每个限位挡板2上设置一个限位开关，限位开关与控制器电连接，当平衡滑块3移动到限位开关附近，限位开关检测到平衡滑块3的位置信号，并且将位置信号传输于控制器上，然后再通过控制器来控制平衡滑块3的运行。
43.于本实施例中，步进电机为抱闸步进电机。当失电时，能够实现步进电机的输出轴不转，保持平衡滑块3的位置不动。
44.于本实施例中，检测装置还包括光电传感器，光电传感器固定于风力机上，可以固定在风力机的一个定子上，也可以固定在支撑主体上均可，光电传感器与控制器电连接。在实际测量过程中，应保持叶片5的转动速度始终均速，利用光电传感器检测叶片5的转动速度，从而便于测量与调整。
45.于本实施例中，控制器为计算机，也可以是其他类型的控制装置。优选的，控制器与风力机自身的控制系统为一控制系统，这样便于操作。
46.实施例二、
47.本实施例提供了一种大型风力机叶片智能在线动平衡装置的使用方法，包括以下步骤：
48.1、先利用振动传感器检测振幅值，并判断振幅值是否是大于设定值a0；
49.2、当振幅值大于设定值a0时，将第一叶片5、第二叶片5和第三叶片5分别移动到s1、s2和s3的位置处(需要说明的是，s1、s2和s3位置的确立是：以轮毂1为中心，以原始振幅a0一般扩大1000倍为半径画圆与三块叶片5相对应的辐射线交于s1、s2、s3)；
50.3、通过三点法画圆求得应加平衡量q；
51.4、将q矢量分解至相邻两个叶片5上，分别为q1和q2，并换算为平衡滑块3位置r1和r2；
52.5、通过控制器控制两个相邻叶片5上平衡滑块3移动，使其到达预计的位置r1和r2处；
53.6、稳定后测得振动响应值a1，如果振幅值依然大于a0，则重复步骤2-步骤5中的过程；如果振幅值小于a0时，则完成动平衡过程。
54.实施例三、
55.如图2-图3所示，本实施例提供了实施例二中三点法的具体画法，包括以下步骤：
56.1、在风力发电机中以轮毂1为中心引出以三块叶片5为端面相对应的辐射线a、b、c，且将ab、bc、ca三个端面视为对应三个相位第一相位、第二相位、第三相位；
57.2、以轮毂1为中心，一般以原始振幅a0扩大1000倍为半径画圆，与三块叶片5相对应的辐射线交于s1、s2、s3；
58.3、控制平衡滑块3移动至s1，以s1为圆心，测得此时振幅a01与a0扩大相同的比例，并以a01为半径画圆，按此顺序，以s2、s3为圆心，以相应的振幅a02、a03为半径，分别画圆或圆弧，三个圆(图中并未体现完整的圆，仅以圆弧代表即可)交于b点，ob方向即为转子应加平衡重量方向，由于实际过程中振幅测量会出现误差，三个圆不能交于一点，会构成一个三角形，这种情况取三角形中心点；
59.4、按照比例尺，反求出ob相对应的振幅a1，a1即为试加重量p引起的振幅；
60.5、求出应加平衡量q＝pa0/a1；
61.6、加重方向由图3所示，由s1为起点，顺转θ角，为应加平衡方向；
62.b点出现在哪个相位即将应加平衡量q分解至相应的叶片5内直线驱动装置上，此时控制器控制步进电机使三个叶片5上的平衡滑块3在丝杠上分别移到相应的位置。
63.图4为应加平衡量的矢量分解图，其中r1，r2为矢量分解后同一相位滑块应移动位
置；为质径积表示转子上各个离心惯性力的相对大小和方向均为矢量，其中q是应加平衡量；m为滑块质量；为分解至x轴上的质径积；为分解至y轴上的质径积；为画图过程中应加的矢量。
64.具体计算过程如下：
[0065][0066][0067]
∠aos2＝120
°‑
(90
°‑
θ)-θ＝30
°
；
[0068][0069][0070][0071][0072][0073][0074][0075][0076][0077][0078][0079][0080]
通过上述计算即可得出r1和r2的具体数值，然后控制器即可根据计算来调整相邻两个叶片5上的平衡滑块3需要滑动的具体数值。
[0081]
本说明书中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本实用新型的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。