一种模块化风电叶片监测结构、系统及方法

技术领域

本公开涉及风电叶片制造技术领域，尤其涉及一种模块化风电叶片监测结构、系统及方法。

背景技术

风电叶片是风电机组中将自然界风能转换为风力发电机组电能的核心部件，随着技术的发展竞争的激烈，大型化、轻型化风电叶片逐渐成为叶片领域的发展主流；

发明人知晓的相关技术中，为了便于大型化风电叶片的制造、运输和安装，开始采用模块化技术制造风电叶片，然而发明人发现，模块化叶片虽然便于安装，但连接点众多，如何测试连接点的结构强度成了亟待解决的问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本公开总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。

发明内容

鉴于以上技术问题中的至少一项，本公开提供了一种模块化风电叶片监测结构、系统及方法，采用新型连接结构，并通过在连接结构处设置监测点，对风电叶片进行实时监测，以提高模块化连接的连接监测可靠性。

根据本公开的第一方面，提供一种模块化风电叶片监测结构，该风电叶片包括叶根模块、叶中模块和叶尖模块，三者在叶片长度方向固定连接；

其中，所述叶中模块在叶片宽度方向分块连接，包括前缘模块、中间箱型模块和后缘模块，所述叶根模块与所述中间模块的连接处、所述叶中模块与所述叶尖模块的连接处、所述前缘模块与所述中间箱型模块的连接处以及所述中间箱型模块与所述后缘模块的连接处均具有监测点。

在本公开的一些实施例中，所述叶根模块与叶中模块的连接面处，以及所述叶中模块与所述叶尖模块的连接面处贴附有应变片。

在本公开的一些实施例中，所述叶根模块与叶中模块对接面处，以及所述叶中模块与叶尖模块对接面处具有截面为L型的粘接法兰，该粘接法兰伸入至相对模块的内壁处，所述应变片通过复合材料补强层覆盖在对接面处的内壁上。

在本公开的一些实施例中，所述中间箱型模块包括主腹板、与主腹板两端连接的梁帽、后缘腹板和中间壳体，所述中间壳体一侧与所述后缘腹板的一端连接，另一端与同一侧的所述梁帽连接。

在本公开的一些实施例中，所述梁帽内侧在所述主腹板厚度方向上的至少一侧上具有应变传感器。

在本公开的一些实施例中，所述后缘腹板的两侧具有应变传感器。

在本公开的一些实施例中，所述后缘模块靠近所述中间壳体位置处具有应变片。

根据本公开的第二方面，还提供了一种模块化风电叶片监测系统，包括：

设置在如本公开第一方面所述的模块化风电叶片监测结构上的监测点处的应变传感器；

处理器，与所述应变传感器电连接，用于判断监测点处的应变值是否大于设定阈值；

报警器，与所述处理器电连接，用于在监测到监测点处的应变值大于设定阈值时，发出警报。

在本公开一些实施例中，所述模块化风电叶片的PS面、SS面、前缘以及后缘处具有加速度传感器，用于监测风电叶片的受力；

所述处理器还与风电叶片的驱动件电连接，当所述处理器监测到监测点处的应变值大于设定阈值时，控制所述驱动件降低转速，以实现及时卸载。

根据本公开第三方面，还提供了一种模块化风电叶片监测方法，应用如本公开第二方面所述的模块化风电叶片监测系统，包括以下步骤：

预埋应变传感器于风电叶片连接点处，并在风电叶片的PS面、SS面、前缘和后缘位置处固定加速度传感器；

驱动叶片承受设定载荷，监测在该载荷下的应变值是否超过设定阈值；

若超过设定阈值，则发出报警，并驱动叶片卸载；

若在设定载荷下，应变值异常增大，超过设定阈值的20%，则判定连接发生损坏。

本公开的有益效果为：本公开通过在长度方向将风电叶片分为叶根模块、叶中模块以及叶尖模块，实现了风电叶片的模块化，便于大型叶片的制造加工，并且对叶中模块在宽度方向上设置为前缘模块、中间箱型模块和后缘模块，中间模块的设置，提高了在宽度方向上的结构强度，并且通过在各模块连接处设置监测点的方式，实现对风电叶片的结构强度的监测，与相关技术相比，可以监测连接点处的数据，便于对风电叶片的性能进行评估，也为风电叶片的模块化积累了数据基础。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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公开中记载的一些实施例，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。

图1为本公开实施例中模块化风电叶片的结构示意图；

图2为本公开实施例中模块化风电叶片叶中模块的横向剖视图；

图3为本公开实施例中图1中的监测点布置图示意图；

图4为本公开实施例中图2中的监测点布置示意图；

图5为本公开实施例中叶根模块与叶中模块的连接面剖视结构示意图；

图6为本公开实施例中主腹板与梁帽的连接面剖视结构示意图；

图7为本公开实施例中后缘腹板与中间壳体的连接面剖视结构示意图；

图8为本公开实施例中后缘模块的剖视结构示意图；

图9为本公开实施例中模块化风电叶片监测系统原理图。

具体实施方式

下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本公开的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本公开的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本公开。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示的模块化风电叶片监测结构，该风电叶片包括叶根模块10、叶中模块20和叶尖模块30，三者在叶片长度方向固定连接；在本公开实施例中，三者的固定连接为结构胶粘接成型，并且在结构胶固化后，通过碳纤维或者玻璃纤维强化层进行铺贴加强；

如图2中所示，在本公开实施例中，叶中模块20在叶片宽度方向分块连接，包括前缘模块21、中间箱型模块22和后缘模块23，通过中间箱型模块22的设置，使得叶中模块20的整体结构强度得以加强，进一步，为了实现各模块连接点的监测，如图3和图4中的画圈部分，叶根模块10与中间模块的连接处、叶中模块20与叶尖模块30的连接处、前缘模块21与中间箱型模块22的连接处以及中间箱型模块22与后缘模块23的连接处均具有监测点。通过各监测点的设置，并且在监测点处设置应变传感器50的方式，实现对各连接点处实时应变的监测，以实现对整体叶片的应力监测；

在上述实施例中，通过在长度方向将风电叶片分为叶根模块10、叶中模块20以及叶尖模块30，实现了风电叶片的模块化，便于大型叶片的制造加工，并且对叶中模块20在宽度方向上设置为前缘模块21、中间箱型模块22和后缘模块23，中间模块的设置，提高了在宽度方向上的结构强度，并且通过在各模块连接处设置监测点的方式，实现对风电叶片的结构强度的监测，与相关技术相比，可以监测连接点处的数据，便于对风电叶片的性能进行评估，也为风电叶片的模块化积累了数据基础。

在上述实施例的基础上，进一步的，如图5中所示，在本公开实施例中，叶根模块10与叶中模块20的连接面处，以及叶中模块20与叶尖模块30的连接面处贴附有应变片40。这里的应变片40为片状结构，其贴附在对接面的内壁处，当对接面处发生例如台阶或者空隙等缺陷时，能够从应变片40上感知到数据，通过该种结构的设置，可以实现对接面连接情况的监测；

具体的，请继续参照图5，在本公开实施例中，叶根模块10与叶中模块20对接面处，以及叶中模块20与叶尖模块30对接面处具有截面为L型的粘接法兰11，该粘接法兰11伸入至相对模块的内壁处，应变片40通过复合材料补强层12覆盖在对接面处的内壁上。这里的截面为L型的粘接法兰11，是指与在两个对接模块的其中一者上设置的连接法兰，该法兰的延伸面设置在内部，通过与两对接模块的另一者对接，实现L型的粘接法兰11伸入至另一者内部，然后通过在对接面处注入结构胶的方式，在注胶时，结构胶注入至L型粘接法兰11与另一个模块的内壁之间的间隙中，从而提高粘接面的连接强度；并且在在本公开实施例中，在靠近L型粘接法兰11处的厚度加厚，对溢出的结构胶也呈朝向远离对接面逐渐变薄的楔形结构，一方面可以降低应力集中的情况，另一方面也便于对应变片40的固定；在本公开实施例中，应变片40的固定方式为粘接，并且通过复合材料加强层进一步覆盖，以提高固定的可靠性。

如图6中所示，在本公开实施例中，请继续参照图2，中间箱型模块22包括主腹板22a、与主腹板22a两端连接的梁帽22b、后缘腹板22c和中间壳体22d，中间壳体22d一侧与后缘腹板22c的一端连接，另一端与同一侧的梁帽22b连接。在具体进行连接时，粘接面设置为倾斜面，以提高连接的强度，并且在粘接固定后，通过多层补强层进行覆盖，以进一步提高连接的结构强度；

进一步地，如图6中所示，在本公开实施例中，梁帽22b内侧在主腹板22a厚度方向上的至少一侧上具有应变传感器50。这里的应变传感器50为朝向主腹板22a的长度方向设置，通过这种设置，可以检测到连接面处是否产生局部变形，或者应力集中情况；这里需要指出的是，在本公开实施例中，应变传感器50可以仅在一侧设置，也可以两侧均设置；

如图 7中所示，在本公开实施例中，后缘腹板22c的两侧具有应变传感器50。这里的两侧，可以是固定在后缘腹板22c厚度方向上的两侧，也可以如图7中所示，一侧固定在后缘腹板22c上，另一侧固定在与之连接的中间壳体22d上，同样的，应变传感器50也是沿着后缘腹板22c的长度方向布置，以实现对接面处的应力监测。

在本公开实施例中，如图8中所示，后缘模块23靠近中间壳体22d位置处具有应变片40。这里的应变片40贴附在后缘模块23内壁上，并且沿着叶中模块20宽度方向贴附，通过复合材料补强层12进一步固定，从而实现对后缘处受力的监测分析；

在本公开的另一方面，还提供了一种如图9中所示的模块化风电叶片监测系统，包括：

设置在上述模块化风电叶片监测结构上的监测点处的应变传感器50；

处理器，与应变传感器50电连接，用于判断监测点处的应变值是否大于设定阈值；

报警器，与处理器电连接，用于在监测到监测点处的应变值大于设定阈值时，发出警报。

通过上述系统的设置，可以实现对模块化叶片连接的监测，并且通过处理器设置，可以分析出在风电叶片运行时个点的受力情况，进而实现对缺陷处的修正，以提高叶片的整体连接强度。

在本公开实施例中，模块化风电叶片的PS面、SS面、前缘以及后缘处具有加速度传感器，用于监测风电叶片的受力；这里的PS面为风电叶片的背风面，SS面为风电叶片的迎风面，通过加速度传感器的设置，可以进一步监测风电叶片的载荷情况；

处理器还与风电叶片的驱动件电连接，当处理器监测到监测点处的应变值大于设定阈值时，控制驱动件降低转速，以实现及时卸载。

在本公开实施例中，还提供了一种模块化风电叶片监测方法，应用上述模块化风电叶片监测系统，包括以下步骤：

预埋应变传感器50于风电叶片连接点处，并在风电叶片的PS面、SS面、前缘和后缘位置处固定加速度传感器；

驱动叶片承受设定载荷，监测在该载荷下的应变值是否超过设定阈值；

若超过设定阈值，则发出报警，并驱动叶片卸载；

若在设定载荷下，应变值异常增大，超过设定阈值的20%，则判定连接发生损坏。

在本公开实施例中，通过上述加速度传感器以及应变传感器50的设置，可以监测该位置处的载荷，当叶片承受一定载荷后，可以监测到监测点处的应变值；通过对应变和载荷的分析，可以实现以下的作用；第一方面，可以设置安全阈值进行提前预判，以降低连接位置处破坏的风险，比如应变达到了设计的5000微应变的阈值，此时可以通过处理器控制风机及时卸载，让叶片承受的载荷降低，确保连接处的连接安全性；第二方面，可以监控是否发生破坏，例如在监测点处，在一定载荷下，应变异常增大，超过了平时正常情况的20%，则判断该处可能发生损坏，此时派运维人员前往查看，如果破坏可以及时维修，降低进一步破坏的风险；第三方面，可以对模块化连接处在运行时的受力情况进行实时监控，为后续的研究提供宝贵的数据基础，有利于模块化叶片的技术发展。

本行业的技术人员应该了解，本公开不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本公开的原理，在不脱离本公开精神和范围的前提下，本公开还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本公开范围内。本公开要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。