風力發(fā)電設(shè)備中的槳葉監(jiān)控：“減少高達80%的故障停機時間”

就BLADEcontrol®系統(tǒng)在風機覆冰監(jiān)測和槳葉狀態(tài)監(jiān)測的應(yīng)用方面，采訪魏德米勒監(jiān)測系統(tǒng)負責人Daniel Brenner博士和營銷負責人John Reimers博士

覆冰在風力發(fā)電設(shè)備中如何形成？在哪兒形成？

一般而言，結(jié)冰可以在任何地方形成，特別是在雨雪天氣。但形成的冰層通常很薄。當風機運轉(zhuǎn)時，經(jīng)?？梢姳谌~片前緣上形成。當空氣中的冰粒太大不能轉(zhuǎn)變成葉片周圍的氣流時，冰層就產(chǎn)生了。也就是說，冰粒撞擊葉片前緣并積聚形成冰層。前緣上產(chǎn)生的冰的厚度根據(jù)顆粒的密度而變化，顆粒的密度又取決于溫度和空氣壓力。前緣上的冰構(gòu)成冰塊盡可能地在表面堆積，從而形成厚冰層。這就是為什么保守的BLADEcontrol®模型專注于解決冰塊的堆積。

結(jié)冰的溫度各不相同，它們各是什么？是何種氣候條件導致它們的發(fā)生？

冰通常在大約零度的溫度下形成。如果溫度遠低于零度，空氣中幾乎沒有水分，這意味著只能形成少量的冰。冰的形成條件取決于大量不同的參數(shù)。由于冰粒大小是無法測量的，因此冰的形成有時是不可預測的。

風力發(fā)電機葉片上的覆冰會導致什么問題?

前緣的冰會改變槳葉的氣流，從而降低能量產(chǎn)出。不同的槳葉輪廓對冰層的形成有不同程度的敏感度。

在風機運行時也有冰從葉片上掉下來的風險，這對周邊地區(qū)構(gòu)成風險，因此一般都被禁止。有時冰塊可能會撞擊并損壞下一片槳葉，所以風機本身也受到冰層的危害。 同時，如果冰塊從葉片上不均勻地掉落，這可能會導致風機傳動系統(tǒng)的不平衡，從而增加了負載，降低了使用壽命。

這對于風機的經(jīng)濟可行性會導致什么后果？

由于性能降低和停機時間的增加，結(jié)冰降低了風機的發(fā)電量。根據(jù)冰層凍結(jié)位置，覆冰檢測的類型是停機時間的重要因素并可能降低整個項目的盈利能力。

冰層會對人們造成什么風險？

槳葉上的覆冰尤為關(guān)鍵，因為在葉片尖端高達250公里/小時的高速度下意味著冰可以被拋出很長的距離。計算理論投擲距離的最古老和最保守的公式，是輪轂高度和轉(zhuǎn)子直徑之和的1.5倍，而這些裝置比現(xiàn)在要小得多。 這個公式是否仍然適用于兩倍高的風機目前還不清楚。然而，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的風險半徑總是高于固定系統(tǒng)的風險半徑，這就是為什么德國的審批當局禁止在冰凍發(fā)生的過程中使用風力發(fā)電設(shè)備的原因。在這種情況下，冰的厚度一旦對周邊地區(qū)構(gòu)成風險，就被認為是“嚴重的”。一般來說，冰層的厚度被假定為1.5至2厘米。

魏德米勒提供什么解決方案以防止葉片上的冰層形成？

魏德米勒BLADEcontrol®槳葉監(jiān)控系統(tǒng)可以檢測槳葉上的結(jié)冰狀況，并在墜冰對周圍地區(qū)造成威脅前關(guān)閉設(shè)備。該系統(tǒng)不能主動防止冰層形成。根據(jù)風機的地理位置和氣候條件，當冰層形成時停止風機以防止進一步的冰凍，這是明智的。當外部條件發(fā)生變化時，風機又重新啟動。然而，在德國，標準的方法是在可能對周邊地區(qū)造成風險的冰層形成初期自動發(fā)出信號（停機）。與在風機外殼上進行結(jié)冰測量的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的特別優(yōu)點在于：風機被停機后，即靜止狀態(tài)時仍然測量覆冰狀態(tài)。這意味著一旦冰融化或掉落，（達到安全條件時）風機就可以自動啟動。在其他偵測系統(tǒng)中，當風機報告為無冰時，仍需要目視檢查葉片，以確保沒有冰塊，然后手動啟動，這顯然增加了停機時間。

BLADEcontrol®適用于各種風力發(fā)電設(shè)備嗎？ 系統(tǒng)安裝在哪里？

BLADEcontrol®適用于各個制造商。 其最重要的先決條件是輪轂中的電源。在所有現(xiàn)代化風機中都是如此，其僅在某些亞兆瓦級機型中不能使用。還必須將特定的風機運行數(shù)據(jù)傳送到BLADEcontrol®，例如風速，功率和俯仰角。在槳葉內(nèi)部的加速度傳感器測量信號，這些信號匯集在輪轂中，然后通過WiFi或集電環(huán)傳輸?shù)椒治鰡卧小?分析單元連接到風機使測量結(jié)果和安裝數(shù)據(jù)得以交換。

冰凍檢測有多精確？ 它是基于什么測量原理？以及如何確定不同水平的冰層形成？

冰層的形成增加了槳葉的重量。 這種增加的重量降低了包括葉片在內(nèi)的所有彈性體的自然振動速度。頻率的相對變化與質(zhì)量的相對變化成反比。 BLADEcontrol® 測量出這種變化。該系統(tǒng)敏感程度足以檢測出明顯低于危險限度的冰層?；谌~片上的質(zhì)量分布的假設(shè)，這種比例可以確定質(zhì)量的變化以及冰層的厚度。如果葉片上冰層的實際分布與假設(shè)不一致（例如，在雨雪天氣中），風機會在監(jiān)測到比威脅安全原因厚度更薄的冰層時提前停機。在這種情況下，停機以防止風機中的不平衡是明智的。

系統(tǒng)向風機控制單元發(fā)出的命令是什么？

BLADEcontrol®只向風機控制單元發(fā)送信號，風機如何反應(yīng)是操作員的責任。 默認情況下，信號包括冰層形成狀態(tài)、諸如輕微的冰凍或是嚴重冰凍，以及有關(guān)系統(tǒng)、界面、網(wǎng)絡(luò)和其他參數(shù)的功能信息。如果使用槳葉損傷監(jiān)控功能，在嚴重損害的情況下，也會傳輸信號，通過停機來響應(yīng)這些信號。調(diào)整和擴展信號范圍以滿足客戶的要求，例如，包括冰層形成準確信息的冰凍指數(shù)傳輸。

使用BLADEcontrol®，有數(shù)據(jù)可以證明風機的經(jīng)濟盈利能力有所提高？

與測量風機（機艙）外殼上冰層形成的系統(tǒng)相比，風機的測量數(shù)據(jù)表明BLADEcontrol®可減少高達80％的停機時間。這取決于風機位置，也就是說安裝此系統(tǒng)在一個冬天內(nèi)便可收回成本。BLADEcontrol®通過槳葉損壞監(jiān)控可以在偵測葉片早期損傷，從而使葉片的維修成本降低。我們還可以證明槳葉狀態(tài)監(jiān)控可防止葉片破損所產(chǎn)生的高達六位數(shù)的維護成本。

除風機外，該系統(tǒng)還能應(yīng)用于何處？ 是否能在該領(lǐng)域進行研究或進一步發(fā)展？

自然振動分析的應(yīng)用在許多領(lǐng)域都是有意義的。 然而，魏德米勒監(jiān)測系統(tǒng)將注意力聚焦于風力行業(yè)。 我們的重點主要是將系統(tǒng)的功能擴展到兩個方面：一方面，這種技術(shù)也可以用來監(jiān)控未來的塔筒和基座，而另一方面，擴展傳感器平臺進行有助于提高風機發(fā)電量的精確分析。這里的方法包括斜流分析，這意味著風機并不處在其發(fā)電的最佳位置，以及檢測俯仰角誤差，質(zhì)量不平衡和空氣動力學不平衡。

                                                                                                                           本頁面信息涉及廣告內(nèi)容