一種風機葉片的在線監測方法及節點布置方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電機葉片的運行狀態在線監測領域，特別是涉及一種基于Zigbee協議的風機葉片的在線監測方法及節點布置方法。
【背景技術】
[0002]隨著大型風力發電技術越來越成熟，大功率風力發電機已經逐步占據了風電市場。風機葉片是風力發電機中的核心部位，隨著風機功率的提高，風機葉片的長度也進一步增加。目前最為活躍的風機單機容量在1.5MW?2.5MW，其輪轂高度已經達到60?100米，葉片長度達到35?50米，由于風電場一般地處開闊的邊遠地帶或是海邊，周圍建筑物相對較低，所以風機葉片更容易受到雷擊的損傷以及惡劣環境的侵蝕。
[0003]目前，大型風力發電機葉片是一種復合材料制成的薄殼結構，主要由根部、主梁、外殼組成，如圖1所示。
[0004]根部要承受葉片的主要旋轉載荷，對強度的要求較高，一般由金屬材料制成，根部的金屬法蘭通過預留螺旋孔的方式與輪轂連接。葉片根部一般不會出現故障，一旦出現了的裂紋對風機來說將是毀滅性的。意味著風機葉片必須要換掉。所以風機葉片的根部不是本系統監測的對象。
[0005]主梁一般由碳纖維增強型復合材料或者碳纖維與玻璃纖維混合的復合材料制成，結構上主要有D型、O型、矩形及雙拼槽鋼(又稱C型)等形式。本發明以最常見的矩形梁為例進行設計，如圖4所示。葉片主梁最容易出現的故障是主梁表面的腐蝕，如果在近海或者海上風電場中，由于空氣中含有較高的腐蝕性成分，如果葉片表面出現沙眼或者裂紋，在雨天葉片內部將會進水，導致葉片內部濕度較高，如果長時間不進行清理，將會對主梁的材料造成一定程度的腐蝕，影響主梁的運行強度。
[0006]風機葉片外殼主要由玻璃纖維復合材料加上泡沫填充物以及蒙皮組成。蒙皮表面會涂上保護漆以增加葉片的防腐蝕、防磨損、防高溫等性能。當今國際上最常用涂層的是溶劑型聚氨酯底漆加上溶劑型彈性聚氨酯面的組合，它可以有效的提高風機葉片的環境適應能力。葉片外殼最容易出現的故障主要有雷擊造成的表面燒灼以及高溫爆裂、葉尖或邊緣裂開等故障，尤其是葉尖部位更是雷擊的重災區。
[0007]當今的風機葉片防雷就是根據IEC 62305-1的I級保護水平設計，在葉尖處安裝接閃器，并在葉片內部或表面布置引下導線，將雷電流引到地下，葉片的防雷水平得到了很大的提升。在這種情況下雷擊對葉片造成嚴重的損害的幾率很小，大多數情況下都是比較輕的損害，如葉片開裂、葉片表面的燒灼等，一般不會影響風機的正常運行。但是這種小的損害破壞了風機葉片表面的光滑性，被污染的葉片遭受雷擊的概率更大，而且在遭受雷擊時受到的破壞面積也將更大，實有必要對其及時監測處理。
[0008]然而，當前風電場對于風機葉片的以上傷害，只有目視檢測。對于葉片表面的檢查由運行人員定期的利用高分辨率望遠鏡對葉片進行目視觀察。而葉片內部的監測則由運行人員定期到風機機艙內部利用肉眼觀察葉片內部是否出現漏光、腐蝕等現象。這種檢測方法的弊端顯而易見，不僅檢測時間周期長而且人工檢測有盲目性和主觀性，不利于對風機葉片損害的即時發現和維修，增加了風機葉片嚴重損害的幾率。
[0009]因此，為了彌補葉片故障檢測只有目視檢測的弊端，本發明提出了一種利用無線傳感器網絡動態監測風機葉片運行狀態的技術，通過監測雷擊過程中的溫度和亮度以及濕度的變化，來提醒運行人員對指定葉片的指定部位進行目視檢測，及時發現傷害。而基于對風機葉片結構的分析，將檢測節點布置到風機葉片的內部將是一件非常困難的事情，因為越是接近葉片尖端，內部空間越小，現場考察證明，人只能進入到風機葉片的1/3位置，再往里不僅空間不允許，而且也比較危險。所以實有必要提出一種有效的節點布置方法。

【發明內容】

[0010]為克服上述現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種風機葉片的在線監測方法及節點布置方法，其通過設計一套擺動式微型發電機能量供給機制，能夠很好的解決布置在風機葉片上傳感器節點能量供給的問題，從而改變了因為能量供給問題一直無法實現風機葉片在線監測的現狀，且本發明裝置結構簡單，體積小，安裝方便，成本低廉，適用壽命長久，在安裝后對風機的運作沒有影響。
[0011]為達上述及其它目的，本發明提出一種風機葉片的在線監測方法，包括如下步驟:
[0012]步驟一，利用抽拉式的節點布置方法，在該風機葉片的葉尖部位布置密度較大的無線傳感器節點，在該風機葉片的中部布置相對較少的起中轉作用的無線傳感器節點，在該風機葉片的根部布置少量的無線傳感器節點；
[0013]步驟二，利用葉片內部布置的各無線傳感器節點來檢測風機葉片內部的溫度、濕度以及光亮度來實現對葉片狀態的監測。
[0014]進一步地，于步驟一中，將所有的無線傳感器節點首先固定在一塊與該風機葉片縱向形狀相同的板子上面，然后在該風機主梁的腹板上固定若干個可旋轉的支撐柱，以抽拉的形式將節點布置在該風機葉片內部。
[0015]為達到上述目的，本發明還提供一種用于風機葉片狀態監測的節點布置方法，包括如下步驟:
[0016]步驟一，將所有的無線傳感器節點固定在一塊與葉片縱向形狀相同的抽拉板上面；
[0017]步驟二，在風機主梁的腹板上固定若干個可旋轉的支撐柱，該抽拉板通過該些可旋轉的支撐住卡在腹板上面；
[0018]步驟三，以抽拉的形式將各無線傳感器節點布置在風機葉片內部。
[0019]進一步地，于步驟一中，在該抽拉板相對風機葉片的葉尖部位固定密度較大的無線傳感器節點，在該抽拉板相對風機葉片的中部固定相對較少的起中轉作用的無線傳感器節點，在該抽拉板相對風機葉片的根部固定少量的無線傳感器節點。
[0020]進一步地，該風機葉片的30-40米的部位為葉片尖端，在該葉尖區域布置6-10個無線傳感器節點。
[0021]進一步地，該風機葉片的10-30米的部位為葉片的中部，在該葉尖中部布置4-8個無線傳感器節點。
[0022]進一步地，該風機葉片的5-10米的部位為葉片根部，該葉片根部布置2-4個無線傳感器節點。
[0023]進一步地，該抽拉板采用分段的形式。
[0024]與現有技術相比，本發明一種風機葉片的在線監測方法及節點布置方法利用ZigBee網絡的低功耗、自組網、抗干擾性能強等特點，將ZigBee模塊應用到風機葉片的雷擊監測，并且對Zigbee節點的布置方法進行了獨特的設計，本發明設計的一種風機葉片的在線監測方法及節點布置方法不僅結構簡單，操作方便，而且有利于無線節點的更換和維修，彌補了 ZigBee節點能量有限，工作壽命不長的缺點，使整個系統更具有可行性和可操作性。
【附圖說明】
[0025]圖1為風機葉片的總體結構圖；
[0026]圖2為本發明一種風機葉片的監測方法的步驟流程圖；
[0027]圖3為本發明一種用于風機葉片狀態監測的節點布置方法的步驟流程圖；
[0028]圖4為本發明較佳實施例中無線監測節點在葉片中的分布圖；
[0029]圖5為本發明較佳實施例中無線監測節點在葉片中的布置方式圖。
【具體實施方式】
[0030]以下通過特定的具體實例并結合【附圖說明】本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭示的內容輕易地了解本發明的其它優點與功效。本發明亦可通過其它不同的具體實例加以施行或應用，本說明書中的各項細節亦可基于不同觀點與應用，在不背離本發明的精神下進行各種修飾與變更。
[0031]圖2為本發明一種風機葉片的在線監測方法的步驟流程圖。如圖2所示，本發明一種風機葉片的在線監測方法，包括如下步驟:
[0032]步驟201，利用抽拉式的節點布置方法，在風機葉片的葉尖部位布置密度較大的無線傳感器節點，在風機葉片的中部布置相對較少的起中轉作用的無線傳感器節點，在風機葉片的根部布置少量的無線傳感器節點。
[0033]本發明主要是對風機的葉片進行監測，一個風機最多只有三個葉片，而且風機的葉片最容易收到損傷的部位集中在葉尖，所以，本發明在葉尖部位布置密度較大的節點，以提高系統監測的可靠性，在葉片的中部布置相對較少的節點，葉片中部的節點采用一方面負責采集數據，另一方面作為系統的路由節點，