風(fēng)力發(fā)電設(shè)備中的槳葉監(jiān)控：“減少高達(dá)80%的故障停機(jī)時(shí)間”

就BLADEcontrol®系統(tǒng)在風(fēng)機(jī)覆冰監(jiān)測(cè)和槳葉狀態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用方面，采訪魏德米勒監(jiān)測(cè)系統(tǒng)負(fù)責(zé)人Daniel Brenner博士和營(yíng)銷負(fù)責(zé)人John Reimers博士

覆冰在風(fēng)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(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)?？梢姳谌~片前緣上形成。當(dāng)空氣中的冰粒太大不能轉(zhuǎn)變成葉片周圍的氣流時(shí)，冰層就產(chǎn)生了。也就是說(shuō)，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(dǎo)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(yuǎn)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(wú)法測(cè)量的，因此冰的形成有時(shí)是不可預(yù)測(cè)的。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的覆冰會(huì)導(dǎo)致什么問題?

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

在風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)也有冰從葉片上掉下來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，這對(duì)周邊地區(qū)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，因此一般都被禁止。有時(shí)冰塊可能會(huì)撞擊并損壞下一片槳葉，所以風(fēng)機(jī)本身也受到冰層的危害。 同時(shí)，如果冰塊從葉片上不均勻地掉落，這可能會(huì)導(dǎo)致風(fēng)機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)的不平衡，從而增加了負(fù)載，降低了使用壽命。

這對(duì)于風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)可行性會(huì)導(dǎo)致什么后果？

由于性能降低和停機(jī)時(shí)間的增加，結(jié)冰降低了風(fēng)機(jī)的發(fā)電量。根據(jù)冰層凍結(jié)位置，覆冰檢測(cè)的類型是停機(jī)時(shí)間的重要因素并可能降低整個(gè)項(xiàng)目的盈利能力。

冰層會(huì)對(duì)人們?cè)斐墒裁达L(fēng)險(xiǎn)？

槳葉上的覆冰尤為關(guān)鍵，因?yàn)樵谌~片尖端高達(dá)250公里/小時(shí)的高速度下意味著冰可以被拋出很長(zhǎng)的距離。計(jì)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(gè)公式是否仍然適用于兩倍高的風(fēng)機(jī)目前還不清楚。然而，旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)半徑總是高于固定系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)半徑，這就是為什么德國(guó)的審批當(dāng)局禁止在冰凍發(fā)生的過(guò)程中使用風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的原因。在這種情況下，冰的厚度一旦對(duì)周邊地區(qū)構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)，就被認(rèn)為是“嚴(yán)重的”。一般來(lái)說(shuō)，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(cè)槳葉上的結(jié)冰狀況，并在墜冰對(duì)周圍地區(qū)造成威脅前關(guān)閉設(shè)備。該系統(tǒng)不能主動(dòng)防止冰層形成。根據(jù)風(fēng)機(jī)的地理位置和氣候條件，當(dāng)冰層形成時(shí)停止風(fēng)機(jī)以防止進(jìn)一步的冰凍，這是明智的。當(dāng)外部條件發(fā)生變化時(shí)，風(fēng)機(jī)又重新啟動(dòng)。然而，在德國(guó)，標(biāo)準(zhǔn)的方法是在可能對(duì)周邊地區(qū)造成風(fēng)險(xiǎn)的冰層形成初期自動(dòng)發(fā)出信號(hào)（停機(jī)）。與在風(fēng)機(jī)外殼上進(jìn)行結(jié)冰測(cè)量的系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)的特別優(yōu)點(diǎn)在于：風(fēng)機(jī)被停機(jī)后，即靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)仍然測(cè)量覆冰狀態(tài)。這意味著一旦冰融化或掉落，（達(dá)到安全條件時(shí)）風(fēng)機(jī)就可以自動(dòng)啟動(dòng)。在其他偵測(cè)系統(tǒng)中，當(dāng)風(fēng)機(jī)報(bào)告為無(wú)冰時(shí)，仍需要目視檢查葉片，以確保沒有冰塊，然后手動(dòng)啟動(dòng)，這顯然增加了停機(jī)時(shí)間。

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

BLADEcontrol®適用于各個(gè)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(fēng)機(jī)中都是如此，其僅在某些亞兆瓦級(jí)機(jī)型中不能使用。還必須將特定的風(fēng)機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)傳送到BLADEcontrol®，例如風(fēng)速，功率和俯仰角。在槳葉內(nèi)部的加速度傳感器測(cè)量信號(hào)，這些信號(hào)匯集在輪轂中，然后通過(guò)WiFi或集電環(huán)傳輸?shù)椒治鰡卧小?分析單元連接到風(fēng)機(jī)使測(cè)量結(jié)果和安裝數(shù)據(jù)得以交換。

冰凍檢測(cè)有多精確？ 它是基于什么測(cè)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(dòng)速度。頻率的相對(duì)變化與質(zhì)量的相對(duì)變化成反比。 BLADEcontrol® 測(cè)量出這種變化。該系統(tǒng)敏感程度足以檢測(cè)出明顯低于危險(xiǎn)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(shí)際分布與假設(shè)不一致（例如，在雨雪天氣中），風(fēng)機(jī)會(huì)在監(jiān)測(cè)到比威脅安全原因厚度更薄的冰層時(shí)提前停機(jī)。在這種情況下，停機(jī)以防止風(fēng)機(jī)中的不平衡是明智的。

系統(tǒng)向風(fēng)機(jī)控制單元發(fā)出的命令是什么？

BLADEcontrol®只向風(fēng)機(jī)控制單元發(fā)送信號(hào)，風(fēng)機(jī)如何反應(yīng)是操作員的責(zé)任。 默認(rèn)情況下，信號(hào)包括冰層形成狀態(tài)、諸如輕微的冰凍或是嚴(yán)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(yán)重?fù)p害的情況下，也會(huì)傳輸信號(hào)，通過(guò)停機(jī)來(lái)響應(yīng)這些信號(hào)。調(diào)整和擴(kuò)展信號(hào)范圍以滿足客戶的要求，例如，包括冰層形成準(zhǔn)確信息的冰凍指數(shù)傳輸。

使用BLADEcontrol®，有數(shù)據(jù)可以證明風(fēng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)盈利能力有所提高？

與測(cè)量風(fēng)機(jī)（機(jī)艙）外殼上冰層形成的系統(tǒng)相比，風(fēng)機(jī)的測(cè)量數(shù)據(jù)表明BLADEcontrol®可減少高達(dá)80％的停機(jī)時(shí)間。這取決于風(fēng)機(jī)位置，也就是說(shuō)安裝此系統(tǒng)在一個(gè)冬天內(nèi)便可收回成本。BLADEcontrol®通過(guò)槳葉損壞監(jiān)控可以在偵測(cè)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(dá)六位數(shù)的維護(hù)成本。

除風(fēng)機(jī)外，該系統(tǒng)還能應(yīng)用于何處？ 是否能在該領(lǐng)域進(jìn)行研究或進(jìn)一步發(fā)展？

自然振動(dòng)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(cè)系統(tǒng)將注意力聚焦于風(fēng)力行業(yè)。 我們的重點(diǎn)主要是將系統(tǒng)的功能擴(kuò)展到兩個(gè)方面：一方面，這種技術(shù)也可以用來(lái)監(jiān)控未來(lái)的塔筒和基座，而另一方面，擴(kuò)展傳感器平臺(tái)進(jìn)行有助于提高風(fēng)機(jī)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(fēng)機(jī)并不處在其發(fā)電的最佳位置，以及檢測(cè)俯仰角誤差，質(zhì)量不平衡和空氣動(dòng)力學(xué)不平衡。

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