主题发言

何雄伟:风机载荷长效监测黑科技—EMS应变测量系统

2020-11-05    东方风力发电网

      何雄伟:尊敬的各位领导、业内的专家和同行朋友们:大家早上好。今天非常荣幸能代表公司在这里给大家介绍我们公司自主研发的一款可以运用于风机载荷测量的产品和系统。

       我不知道在座的各位在这之前是否有接触过我们的品牌或者产品,所以我首先非常简短的介绍一下我们公司。我们的公司成立于1965年,是一个总部位于瑞典的公司,名字叫做LeineLinde,我们公司目前在全世界范围内,在光电编码器或者相关的一些产品和系统方面是绝对领先的一个生产制造商,特别是在一些苛刻的应用场合的应用里面,我们的优势更加突出。

       我们公司专注于风电行业超过25年,完全具备自研和生产的能力。下面的一些产品是我们运用在风电上面的目前最主要的一些编码器的产品,其中包括个偏航的编码器、发电机的编码器等等,在国内双倍行的发电机的编码器领域,我们的产品占到80%以上的市场份额。

       我们专注于风电超过25年,所以我们目前服务于全世界范围内最主要的风机制造商,国内的主流的主要的项目,远景、海装等等,他们从第一台风机开始就是我们的用户,一直到现在。国外的像西门子等等都是我们全球性的战略合作伙伴。当然,在这里我们只现实了一些主要的主机厂,这些主机厂的背后更多的是千千万万的终端用户。像刚才夏总的龙源(北京)风电工程技术有限公司和陈总的广核新能源控股有限公司都是我们常年的客户,当然我们的东西你们可能没有关注到,因为我们的产品比较小。

       今天我主要介绍的是我们公司的EMS,就是应变测量系统方案,当然我们可以提供非常灵活的这样一个解决方案给到用户,我们可以提供不同层面的解决方案,当然,最直接的是我们可以只提供最底层的传感器,也就是检测硬件传感器,我们也可以提供传感器之外的一些扩展的传感器库的支持,可以帮助客户更加快捷方便的获得传感器的数据。当然我们也可以更多的提供一些系统的组件产品,能够帮助客户更快的搭建整个的测量系统,我们也可以提供一个完整的包括软件、运算等等这些的一个完整的测量系统,可以帮助客户直接来获得载荷的数据,包括直接做一些监测的功能。

       这是我们的应变测量系统,目前在风机上面的最主要的或者是最典型的两个应用。右边的这个上面是一个叶片的载荷检测测量系统的基本构成,下部是一个塔筒的载荷构成,我们是每个叶片装四个传感器,从叶片出来,可以配置我们的网关,或者说进一步配置我们的处理单元,和软件构成一个完整的系统,像网关和处理单元,用户也可以用自己的硬件系统来实现。塔筒其实整个的一个配置方案几乎也是一样的,在塔筒的上部和下部可以各装四个传感器来同时检测塔筒的整个的载荷。在叶片的载荷监测方面也有现在的主机厂从降本的角度来算,也有只采用两个传感器的,就是在他主要的叶片的受力方向上面装两个传感器。

       这是我们开发的这个系统里面最重要的一个部件,也就是最直接的现场的底层的传感器,我们的这个产品的技术和现在市场上常用的或者传统的技术是采用的完全不一样的技术。我们是一个有55年技术沉淀的专业的编码器的制造商,所以我们的产品基于我们最成熟的技术,编码器的技术,所以这个产品最核心的检测布线是一个超高清度的编码器,这个编码器的识别精度可以达到5纳米。大家现在讨论芯片的技术讨论的很多,5纳米代表的是现在最先进的一个芯片的技术,实际上也代表了现在最先进的或者所能达到的最高的一个鉴衡认证中心的领域的规范。

       所以说我们的这个传感器可以达到非常高的精度,我们的叶片检测分辨率可以达到0.025微应变,同时还可以做到正负5000微应变的范围。同时我们采用的是和被检测布线可以达到温度自适应的效果,在整个测量过程中间,是不需要做额外的温度补偿计算或者说补偿换算的。

       编码器技术是一个非常非常成熟的技术,所以说我们的整个产品有非常高的可靠性,我们的产品可以达到IP66以上的防护等级,工作温度可以从零下40度到零上100度,我们的产品符合IEC61400相应的一些防雷保护的要求。我们的整个测量是一个无应力的测量,使它能够达到一个更长效的可靠测量。

       传统的叶片和光纤的测量产品,他是需要在安装以后,跟部件表面非常好的结合以后,直接感应它的应变来达到测量结果的,所以说它的测量过程中间,整个动作的过程都对产品是有应力作用的,时间长了以后,数据的有效性就会受到很大的影响。我们的产品是以应变带来测量臂的移动来感应的,所以说可以达到非常好的长效测量。

       我们的产品因为基于编码器的技术,所以它有自诊断的功能,它可以实时监测自身的工作温度,也可以实时监测自身的工作状态。当自身的工作状态出错的时候他可以直接向外报警,也就是说用户不需要看到它数据处错以后才去检查这个现场的传感器就能知道我的传感器是不是正常的工作。

       这是我们产品最基本的一个测量的原理,蓝色的部分是一个核心的,就是超高精度的编码器,下面有一个标准200毫米的测量臂,这个测量臂可以有不同的材质,塔筒你可以采用是钢的,叶片检测的时候可以选择玻璃钢材质的测量臂,在现场使用的过程中间,都不需要任何额外的温度补偿。

        我们也可以提供系统的组件,这个组件最主要包括两个产品,一个是我们叫网关,网关是把我的传感器的数据集成到网关,把它转化成,把传感器的这个编码器的输出结果数据,转化成现在主要的一些主控系统所能接受的通讯协议。下面的是一个PDB,它是我们自己开发的一个中央处理单元,它主要的作用就是起到对所有传感器的数据进行处理、储存的作用,包括里面有一些专业的运行软件,可以直接帮用户来进行载荷的一些计算,比如说叶片的载荷计算,同时也可以实现现场的一些监控的功能。

       这是我们的传感器跟现在市场上原来传统的应变测量传感器的对比。其实我刚才多少已经提到了一些差异,但是这边我们主要介绍两个差异。一个是测量范围的差异,我们的传感器刚才我讲到了我们可以做到正负5000个微应变的测量范围,传统的都是在1000个微应变的测量范围。我们有更宽的工作温度,我们可以一直到零上一百度,像光纤的方案可能只能做到零上五十五度,这个是有非常大的差异的。

       那么这些差异在实际应用中间到底带来什么样的好处?第一个刚才各位专家都提到了,现在整个机组的容量变的越来越大,国内低风速的风场带来的低风速的风机设计,也带来了整个风机叶片的长度和重量变的越来越大,这个使在叶片根部的受理也会越来越大。我们说正负1000微应变的测量范围,在应变检测方面,特别是在风机上面,可能越来越不能满足这样的一个测量要求。

       得益于我们这个传感器的设计和更宽的测量范围,我们的传感器在现场使用的时候非常方便,而且在安装和运输的过程中间也具备更低的敏感性。这个是指传统的一些产品,因为它有非常小的测量范围,所以说它不允许在使用的过程中间或者在运输、储存的过程中间有过大的弯折,如果你有过大的弯折可能就会使这个产品在运用过程中失效。我们的产品是可以移动的,就是你不管怎么动这个测量臂,都不会影响我们产品的寿命或者是数据检测的有效性。

       我们刚才说到了温度,在温度方面,我们跟很多现在在做相应载荷研发,或者是已经做到的塔筒的载荷监控系统的主机厂也好,很多的最终用户也好进行沟通,很大的一个痛点,就是说当在高温的场合,数据的漂移,特别是光纤的产品,温度高了以后他会非常的敏感,就会产生数据漂移,这是一个非常大的痛点,而使用我们的产品,没有任何这方面数据漂移的影响。

       基于我们不同的测量原理,所以说我们的产品在安装的过程中间,我们对整个安装面的要求非常的低,也就是表面粗糙度的要求非常的低,因为我们是靠测量臂的应变带动测量臂的移动来感应这个应变的,所以说我们对安装面,只要求不大于1个毫米的粗糙度,我们都可以直接安装,不需要做任何额外的处理。现在塔筒包括叶片直接生产出来的叶片和塔筒都是可以满足直接安装的。而像传统的产品,它都是需要对每一个安装表面位置都要做额外的打磨处理,使它的平整度粗糙度达到一定的要求以后才能够安装,才能够保证数据的有效性。根据我们所有用过我们产品的用户的反馈,我们在实际的安装过程中,我们至少可以给用户节省50%以上的安装时间。特别是在一些批量的安装,或者是安装量比较大的场合,这个优势会体现的非常非常明显。

       特别是我们在塔筒上开发了磁吸式安装方式,就是我的产品直接可以在塔筒上吸上去,几秒钟就可以完成整个安装过程,这是传统产品完全没有任何办法来比拟的。这是我们现场安装的一些照片,最右边的是叶片里面的载荷监测的安装照片,左边的是塔筒的。大家可以看一下,左上角的这个图是塔筒里面安装,上部是我们的传感器,下部贴了两块的是传统的应变片,传统的应变片贴了两块,不是说是有两个应变片,一个是温度测量元件,而我们只需要安装一个传感器就可以了,就是我刚才说的磁吸式的,直接吸上去就可以了,非常非常方便,我们也可以反复的利用。

       虽然我们的技术是基于我们55年的编码器的沉淀的技术,非常非常成熟,但是作为一个新开发的产品,我们仍然经历了非常漫长的开发和验证的过程,我们做了全面的产品和系统的实验,来确保产品推向市场,能够是一个满足所有各种工况的性能。所以说我们做了各种类型的性能的实验,包括直接安装于叶根部的疲劳试验,叶片的长度都是大于50米的。我们也做了大量的验证产品和精度和可靠性的实验,大量和传统应变片的实验室和现场风机上实地的验证对比实验。我们也做了各种类型的环境实验、防护等级的、高低温的,湿热的,包括系统的雷击的实验等等。也有运行的实验,比如说加速的疲劳的实验,整个的实验是大于3.3亿次的负载动作,在1500个微应变的动作幅度做的,200+的风机安装。

       下面我简单介绍几个实验,因为我们的产品运用在风机上面,雷击是风机可能遭受的一种很自然的一种影响,所以说我们的产品特别是装在叶片里面或者说塔筒里的时候,是否能够抗击雷击的影响非常非常的重要。所以我们在2015年的10月份,委托德国的一家EHN公司,他是专门做防雷实验的,我们委托他们做了实验,我们测试了几种不同系统的硬件架构,最大的测试电流达到了200千安,也测试了不同的电流,做到20千安每微妙的测试标准,测试结果都是能够证明产品符合相应的IEC的规范标准的。

       这个是我们在德国的一家专业的叶片生命周期疲劳试验台上同步做的一个传感器的一个实验,也就是说这个叶片开发完,他需要做一个生命周期的疲劳试验,我们把传感器装上去,同步来做整个叶片的生命周期我们是不是能够完整跟随和满足要求。我们在这个里面安装了传统电阻式的应变片来做对比的实验,最后我们对整个的测试结果做对比和评估。这个实验是在2014年底完成的,我特别要提一下,在整个的实验周期、实验被迫终止了几次,是因为传统的应变片失效,需要重新去对它进行安装,所以说实验被迫终止了几次,但是我们的整个产品,从安装到整个实验结束都是能够完全正常的工作。

       这是一个加速的疲劳试验,就这一个实验我们整个做了15个月,整个的负载动作周期是3.33亿次,每一个动作都是执行1500个微应变,整个测试结果以后,我们检测整个的传感器,我们没有发现任何疲劳的整个痕迹,整个连接部件也没有任何裂缝,轴承各个方面都是很正常,测量的整个数据滞后也是非常非常的小,所以我们非常确定整个产品可以满足长效的检测可靠性的要求。

       这是一个我们利用我们在现场一个三兆瓦120米的风轮直径的风机上做的叶片载荷监测的实时数据做的一个模拟动画,左侧的这个动画所显示的每个叶片的载荷都是根据现场的实时数据完成的。大家都可以看到,在实际的工况下,每一个叶片的载荷是在实时的变化的,而且每一个叶片的载荷都是不一样的,而且可能会存在非常大的差异。所以说没有叶片的整个载荷的监测,整个风机不是在一个最好的动态下面运行的,所以说现在几乎每一个主机厂都在开发系统,就是为了使风机更好的载荷,同时可以降本,而且还可以增效。

       做一个非常简短的总结,我们的EMS应变测量系统基本上可以做到哪些。第一个我们的产品非常的经久耐用,我们可以允许非常快捷、简易的安装。第二个我们可以做到更高的精度,更实时的数据传输,刚才没有讲更实时的数据传输,我现在简单讲一下,因为我们是一个数字式的编码器,所以我们的直接传感器出来数据就是数字信号,所以说现在可以把我们的信号直接接入到大部分的控制系统里面,而传统的一些产品它都是需要把信号做转换处理的。比如说把模拟的信号转化成数字信号,这个转化是需要时间的,它是会造成整个数据的延迟,这个是已经在很多测试过或者使用过我们产品的客户那里已经得到明确的验证和证实的。第三个我们可以做到25年+的长效检测,也就是在整个风机的全生命周期我们都可以有效地工作。第四个是我们的产品部需要温度的补偿,可以更加准确和可靠的反馈检测数据。第五个我们可以适应一些极限的工况,特别是高温和一些极限的风况。

       根据使用我们产品客户的一些反馈,在闭环式的独立变桨应用中至少可以降低10%的结构载荷,这个可以大大节省客户的制造成本,或者说改造以后的整个风机的成本。当然,运用我们的系统也可以实现风机运行中叶片和塔筒的结构载荷的实时测量,计算和储存建立风机全生命周期的结构载荷数据库,也可以做实时的一些监控。刚才介绍的几位领导都提到了全生命周期的数据库或者说这样的一个长效的检测监控的重要性,我们可以帮助你们实现这样的结果。

       这是我们在全球范围内的一些分公司或者代理商的分布,所以说不管是您现在的项目是在国内还是说以后到国外,我们都可以给到您非常直接和快速的支持。

       最后是几个二维码,中间的二维码是我们公司的官网,大家扫描这个二维码可以直接登录我们的官网,可以看到我们公司所有的产品,当然也包括我今天介绍的应变测量系统的相关产品。左边的是我个人的微信二维码,右边的是我们在国内负责应变测量系统销售的客户经理赵经理的微信二维码,大家可以扫描,如果对我介绍的产品感兴趣的话,可以扫描我们的二维码,直接加我们的微信。因为今天的时间非常有限,我能讲的内容也非常有限,如果大家感兴趣的话可以加我们的微信,我们后续可以做更多的交流。当然,就是这几天会后有机会我们都可以做交流。

       谢谢大家。(内容来自现场速记,未经本人审核,如有不妥请联系修改)