一種風電機組塔筒測量裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供了一種風電機組塔筒測量裝置，設置在塔筒的內部，塔筒包括至少兩個連接筒，相鄰兩個連接筒相接觸的端部分別設有法蘭，通過螺栓將兩個連接筒上的法蘭固定連接，測量裝置包括分別固定在相接觸的兩個連接筒法蘭上的傳感器組，傳感器組包括傾斜傳感器和加速度傳感器，傾斜傳感器和加速度傳感器分別與固定在塔筒內的數(shù)據(jù)控制裝置連接，能夠得到塔筒的非線性變形曲線，更好的體現(xiàn)了塔筒在實際應用中的非線性變形，使得測量結果更加精準，準確判斷塔筒的傾斜狀況，及時采取措施進行維護，并且裝置簡單，成本低。
【專利說明】一種風電機組塔筒測量裝置【技術領域】
[0001]本實用新型屬于風電機組塔筒測量的【技術領域】，特別涉及一種風電機組塔筒測量裝置。
【背景技術】
[0002]風電機組的塔筒是風力發(fā)電機組中的承重部件，在風力發(fā)電機組中主要起支撐作用，同時吸收機組震動。塔筒承受著推力、彎矩和扭矩負荷等復雜多變的載荷，使得風力發(fā)電機組運行過程中，塔筒會出現(xiàn)一定幅度的搖擺和扭曲等變形；此外，塔筒還會受到材料變形、零部件失效以及地基沉降等因素的影響，產(chǎn)生傾斜。塔筒過大的傾斜變形會影響風力發(fā)電機組的正常運行，嚴重的還會產(chǎn)生安全事故，因此，需要對塔筒的傾斜變形進行實時監(jiān)測。
[0003]目前，在對塔筒進行傾斜變形測量時，通常是在塔筒上安裝多個GPS接收機，根據(jù)GPS測量數(shù)據(jù)來繪制得到塔筒的傾斜變形曲線，這種方式成本較高，且在計算塔筒變形時，未考慮塔筒的非線性變形的特點，通常是基于單一傾角和剛體變形來計算得到塔筒的變形量，導致計算得到塔筒的變形曲線不準確。此外，現(xiàn)有技術中也有通過在塔筒上設置傾斜傳感器的方式，來檢測塔筒的傾斜變形，其測量得到的塔筒的變形曲線仍舊為線性變形曲線，而非塔筒的真實變形曲線，導致測量結果不準確。
實用新型內容
[0004]為了克服現(xiàn)有的測量裝置得出的塔筒的變形曲線為線性變形曲線，從而導致測量結果不準確的缺點，本實用新型提供一種風電機組塔筒測量裝置，能夠得到塔筒的非線性變形曲線，更好的體現(xiàn)了塔筒在實際應用中的非線性變形，使得測量結果更加精準，準確判斷塔筒的傾斜狀況，及時采取措施進行維護，并且裝置簡單，成本低。
[0005]本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是:一種風電機組塔筒測量裝置，設置在塔筒的內部，塔筒包括至少兩個連接筒，相鄰兩個連接筒相接觸的端部分別設有法蘭，通過螺栓將兩個連接筒上的法蘭固定連接，其特征在于，測量裝置包括分別固定在相接觸的兩個連接筒法蘭上的傳感器組，傳感器組包括傾斜傳感器和加速度傳感器，傾斜傳感器和加速度傳感器分別與固定在塔筒內的數(shù)據(jù)控制裝置連接。
[0006]優(yōu)選的，相接觸的兩個連接筒包括上部連接筒和下部連接筒，在上部連接筒的端部和下部連接筒的端部分別設有法蘭，法蘭沿圓周方向向塔筒內部延伸形成外邊沿，傳感器組設置在法蘭的外邊沿上。
[0007]傾斜傳感器和加速度傳感器設有若干個，均勻分布在上部連接筒法蘭的外邊沿上、下部連接筒法蘭的外邊沿上。
[0008]優(yōu)選的，加速度傳感器設置在傾斜傳感器上。
[0009]優(yōu)選的，加速度傳感器與傾斜傳感器為相鄰設置，若干個相鄰設置的加速度傳感器和傾斜傳感器間隔設置在上部連接筒法蘭的外邊沿上、下部連接筒法蘭的外邊沿上。[0010]數(shù)據(jù)控制裝置包括接收/發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)信號的收發(fā)控制器、對數(shù)據(jù)信號進行收集的數(shù)據(jù)收集器和監(jiān)控中心，傾斜傳感器、加速度傳感器分別通過傳感器連接線與收發(fā)控制器連接，收發(fā)控制器通過數(shù)據(jù)收集器與監(jiān)控中心連接。
[0011]數(shù)據(jù)控制裝置包括接收/發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)信號的收發(fā)控制器、對數(shù)據(jù)信號進行收集的數(shù)據(jù)收集器和監(jiān)控中心，傾斜傳感器、加速度傳感器、數(shù)據(jù)收集器和監(jiān)控中心均為無線信號傳輸，收發(fā)控制器為具有無線射頻功能的RF收發(fā)控制器。
[0012]在塔筒內至少設有一個儲放平臺，收發(fā)控制器、數(shù)據(jù)收集器均固定在塔筒內的儲放平臺上。
[0013]本實用新型的有益效果是，能夠得到塔筒的非線性變形曲線，更好的體現(xiàn)了塔筒在實際應用中的非線性變形，使得測量結果更加精準，準確判斷塔筒的傾斜狀況，及時采取措施進行維護，并且裝置簡單，成本低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]下面結合附圖對本實用新型所述的風電機組塔筒測量裝置進行具體說明。
[0015]圖1是本實用新型的風電機組塔筒測量裝置的整體結構示意圖；
[0016]圖2是本實用新型的塔筒法蘭上傳感器組的一種設置方式的結構示意圖；
[0017]圖3是本實用新型的塔筒法蘭上傳感器組的另一種設置方式的結構示意圖；
[0018]圖4是本實用新型的塔筒法蘭上傳感器組的俯視結構示意圖；
[0019]圖5是本實用新型的塔筒法蘭螺栓張開的結構示意圖；
[0020]圖6是本實用新型的三節(jié)塔筒數(shù)據(jù)控制裝置一種設置方式的整體結構示意圖；
[0021]圖7是本實用新型的三節(jié)塔筒數(shù)據(jù)控制裝置另一種設置方式的整體結構示意圖。
[0022]如圖所示，塔筒1，法蘭2，上部連接筒3，下部連接筒4，傳感器組5，傾斜傳感器6，加速度傳感器7，螺栓8，外邊沿9，收發(fā)控制器10，數(shù)據(jù)收集器11，監(jiān)控中心12，儲放平臺13，頂部連接筒14，中間連接筒15，底部連接筒16。
【具體實施方式】
[0023]如圖1所示，本實用新型所述的風電機組塔筒的測量裝置，設置在塔筒I的內部。塔筒I包括至少兩個連接筒，相鄰的兩個連接筒相接觸的端部分別設有法蘭2，通過螺栓8將兩個連接筒上的法蘭固定連接，從而將兩個連接筒連接在一起，多個連接筒之間通過法蘭2、螺栓8連接在一起，形成塔筒I。
[0024]如圖1、2、3所示，相接觸的兩個連接筒包括上部連接筒3和下部連接筒4，上部連接筒3和下部連接筒4相接觸的端部分別焊接有法蘭2，通過螺栓8將兩個法蘭固定連接在一起。測量裝置包括分別固定在相接觸的兩個連接筒法蘭上的傳感器組5，在上部連接筒的法蘭2上設有傳感器組5，在下部連接筒法蘭2上也設有傳感器組5。傳感器組5設置有若干個，包括傾斜傳感器6和加速度傳感器7，通過傾斜傳感器6和加速度傳感器7獲得塔筒傾斜角和加速度的數(shù)據(jù)信號。傾斜傳感器6和加速度傳感器7分別與數(shù)據(jù)控制裝置連接，數(shù)據(jù)控制裝置固定在塔筒I內，用于將傳感器組獲得數(shù)據(jù)信號接收、收集、處理并繪制出塔筒的傾斜變形曲線，對塔筒進行實時的監(jiān)測。數(shù)據(jù)控制裝置通過導線與電源連接，通過電源對數(shù)據(jù)控制裝置供電，使數(shù)據(jù)控制裝置正常工作。[0025]如圖2、3、4所示，連接筒端部的法蘭2沿圓周方向向塔筒內部延伸形成一圈外邊沿9，外邊沿9與法蘭2相固定，固定方式可以為焊接、螺栓連接等。在上部連接筒法蘭的外邊沿9上設有傳感器組5，在下部連接筒法蘭的外邊沿9上也設有傳感器組5，將上部連接筒、下部連接筒的傾斜狀態(tài)同時測量、監(jiān)測，使得測量結果更加準確，及時掌握塔筒傾斜狀態(tài)。
[0026]如圖4所示，傾斜傳感器6和加速度傳感器7設有若干個，均勻分布在上部連接筒法蘭的外邊沿9上、與上部連接筒相接觸的下部連接筒法蘭的外邊沿9上。傾斜傳感器6用于測量連接筒的傾斜角，加速度傳感器7用于測量連接筒的加速度，根據(jù)測量得出的傾斜角、加速度進行相應的計算，得出塔筒的傾斜變形曲線。
[0027]如圖2所示，加速度傳感器7設置在傾斜傳感器6上，與傾斜傳感器疊加設置在連接筒法蘭的外邊沿9上。并且傾斜傳感器6在法蘭的外邊沿9上為間隔設置，均勻分布。
[0028]如圖3所示，還可以是，加速度傳感器7與傾斜傳感器6為相鄰設置，形成一個組合。若干個加速度傳感器7與傾斜傳感器6相鄰設置組成多個組合，多個組合間隔設置在連接筒法蘭的外邊沿9上，并且均勻分布。
[0029]在同一個法蘭外邊沿上設置的若干個傾斜傳感器、加速度傳感器分別與數(shù)據(jù)控制裝置連接，數(shù)據(jù)控制裝置將上部連接筒法蘭外邊沿上、下部連接筒法蘭外邊沿上的若干個傾斜傳感器、加速度傳感器獲得的數(shù)據(jù)信號進行收集、處理。
[0030]如圖1所示，在上部連接筒法蘭的外邊沿9、下部連接筒法蘭的外邊沿9分別設有傳感器組5，傳感器組中的傾斜傳感器6測量上部連接筒3、下部連接筒4的傾斜情況，及時檢測上部連接筒3和下部連接筒4，準確的判斷上部連接筒3、下部連接筒4的傾斜變形。通過上部連接筒法蘭外邊沿上的加速度傳感器和下部連接筒法蘭外邊沿上的加速度傳感器的測量值，判斷上部連接筒法蘭與下部連接筒法蘭之間是否出現(xiàn)開合現(xiàn)象，從而進一步判斷固定上部連接筒法蘭與下部連接筒法蘭之間的螺栓是否失效，避免螺栓失效導致的塔筒的傾斜或倒塌。
[0031]在確定上部連接筒法蘭與下部連接筒法蘭之間是否出現(xiàn)開合現(xiàn)等不良變形時，可根據(jù)加速度傳感器測量值中，沿塔筒軸向方向的分量來確定。當上部連接筒上的加速度傳感器和下部連接筒上的加速度傳感器測量的沿塔筒軸向分量相差較大時，就可以判定上部連接筒法蘭與下部連接筒法蘭之間出現(xiàn)開合等不良變形現(xiàn)象，螺栓可能失效。
[0032]如圖5所示，當上部連接筒法蘭與下部連接筒法蘭張開時，說明連接兩個法蘭之間的螺栓可能發(fā)生變形，螺栓可能失效。此時，通過上部連接筒法蘭上的加速度傳感器和下部連接筒法蘭上的加速度傳感器檢測得到的加速度值，確定兩法蘭之間開合角的大小，以確定螺栓是否失效，并可及時通知相關工作人員進行處理，避免因螺栓失效而導致塔筒的傾斜或倒塌。
[0033]如圖1所示，數(shù)據(jù)控制裝置包括收發(fā)控制器10、數(shù)據(jù)收集器11和監(jiān)控中心12，收發(fā)控制器10用于接收、發(fā)送由傳感器組獲得的數(shù)據(jù)信號；數(shù)據(jù)收集器11用于對數(shù)據(jù)信號進行收集；監(jiān)控中心12將數(shù)據(jù)收集器收集的數(shù)據(jù)進行相應的運算，得出塔筒的傾斜變形方程，確定塔筒的傾斜變形曲線。在塔筒的內部至少設有一個儲放平臺13，儲放平臺可以設置在相接觸的兩個連接筒法蘭的上部或下部。收發(fā)控制器10、數(shù)據(jù)收集器11均固定在儲放平臺13上。傾斜傳感器6、加速度傳感器7分別通過傳感器連接線與收發(fā)控制器10連接，收發(fā)控制器10通過連接線與數(shù)據(jù)收集器11連接，將獲得的數(shù)據(jù)信號傳輸至數(shù)據(jù)收集器11中，對數(shù)據(jù)信號進行收集匯總。數(shù)據(jù)收集器11再通過連接線與監(jiān)控中心12連接，將收集的數(shù)據(jù)信號進行計算、處理。
[0034]可以在相接觸每兩段連接筒處設有收發(fā)控制器10、數(shù)據(jù)收集器11，將相接觸的上部連接筒端部的傳感器組5、下部連接筒端部的傳感器組5獲得的數(shù)據(jù)信號進行收集，并傳輸至監(jiān)控中心12。舉例說明，如圖6所示，塔筒由三段連接筒組成，頂部連接筒14、中間連接筒15和底部連接筒16之間分別通過法蘭固定，在頂部連接筒與中間連接筒之間的法蘭上、中間連接筒與底部連接筒之間的法蘭上都均設有若干個傳感器組，即在頂部連接筒的端部法蘭上設有若干個傳感器組，在中間連接筒與頂部連接筒相接觸的上端部法蘭上設有若干個傳感器組，在底部連接筒的端部法蘭上設有若干個傳感器組，在中間連接筒與底部連接筒相接觸的下端部法蘭上也設有若干個傳感器組。并且，在頂部連接筒與中間連接筒相接觸處設有儲放平臺13，在儲放平臺上固定有收發(fā)控制器10、數(shù)據(jù)收集器11，接收/發(fā)送、收集頂部連接筒法蘭上傳感器組與中間連接筒上端部法蘭上傳感器組的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心12 ;在中間連接筒與底部連接筒相接觸處設有儲放平臺13，在儲放平臺上固定有收發(fā)控制器10、數(shù)據(jù)收集器11，接收/發(fā)送、收集中間連接筒下端部法蘭上傳感器組與底部連接筒法蘭上傳感器組的數(shù)據(jù)信號，并將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心12。
[0035]如圖7所示，也可以是在塔筒的中心位置處設有儲放平臺13，在儲放平臺上固定有一個收發(fā)控制器10、一個數(shù)據(jù)收集器11，每段連接筒上的傳感器組分別與收發(fā)控制器、數(shù)據(jù)收集器連接，將每段連接筒上傳感器組獲取的數(shù)據(jù)信號統(tǒng)一的收集在一個數(shù)據(jù)收集器內，由數(shù)據(jù)收集器將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心12。
[0036]傾斜傳感器6、加速度 傳感器7、數(shù)據(jù)收集器11和監(jiān)控中心12也可以采用具有無線傳輸功能的裝置，收發(fā)控制器10為具有無線射頻功能的RF收發(fā)控制器，通過無線信號傳輸將數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心12。
[0037]在利用上述的傾斜傳感器6和加速度傳感器7對塔筒的傾斜變形進行測量時，可根據(jù)測量得到的多個時刻的值，確定塔筒的變形量。具體地，將塔筒所受到的風載荷分成三部分，分別為靜態(tài)的風載荷、準靜態(tài)的風載荷(即風速變化緩慢的風載荷)以及快速變動的風載荷，對應地，將塔筒的變形，可分解成與上述不同風載荷下的變形的疊加，即將塔筒變形分解為靜態(tài)變形、準靜態(tài)變形和動態(tài)變形三部分，該三部分變形疊加就可得到塔筒的變形。
[0038]根據(jù)測量得到的傾斜角和加速度，獲得靜態(tài)變形量、準靜態(tài)變形量和動態(tài)變形量，并根據(jù)靜態(tài)變形量、準靜態(tài)變形量和動態(tài)變形量確定塔筒的傾斜變形方程，X(h, t) = (m+n Δ t)hr+chscos ω Λ t,其中，Λ t=t-t0,為測量時刻t相對測量周期開始時刻h的時間增量；X(h，t)為塔筒的變形方程，即塔筒的h高度處在t時刻的水平位移量；(m+n Δ t)hr為塔筒的靜態(tài)準靜態(tài)變形方程，chscos? Δ t為塔筒的動態(tài)變形方程;m為塔筒的靜態(tài)變形量，η為塔筒的準靜態(tài)變形量，r為靜態(tài)變形指數(shù)，ω、s、c為動態(tài)變形量,在一個周期內基本保持穩(wěn)定。再根據(jù)塔筒的傾斜變形方程，確定塔筒的傾斜變形曲線。
[0039]本實用新型所述的風電機組塔筒測量裝置，在相接觸的上部連接筒、下部連接筒端部的法蘭上分別設有傳感器組5，傳感器組中的傾斜傳感器6能夠及時的檢測上部連接筒3、下部連接筒的傾斜狀況，可準確的判定哪段連接筒的傾斜，工作人員可相應的進行維護。傳感器組中的加速度傳感器7判斷相接觸的上部連接筒法蘭和下部連接筒法蘭之間的開合情況，判斷螺栓是否失效，避免因螺栓失效導致的塔筒的傾斜或倒塌。本測量裝置能夠得到塔筒的非線性變形曲線，更好的體現(xiàn)了塔筒在實際應用中的非線性變形，使得測量結果更加精準，準確判斷塔筒的傾斜狀況，及時采取措施進行維護，而且裝置簡單，節(jié)約成本。
[0040]以上所述僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭露如上，然而并非用以限定本實用新型，任何熟悉本專利的技術人員在不脫離本實用新型技術方案范圍內，當可利用上述提示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據(jù)本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本實用新型方案的范圍內。
【權利要求】
1.一種風電機組塔筒測量裝置，設置在塔筒的內部，所述塔筒(I)包括至少兩個連接筒，相鄰兩個連接筒相接觸的端部分別設有法蘭(2)，通過螺栓(8)將兩個連接筒上的法蘭固定連接，其特征在于，所述測量裝置包括分別固定在相接觸的兩個連接筒法蘭上的傳感器組(5)，所述傳感器組(5)包括傾斜傳感器(6)和加速度傳感器(7)，所述傾斜傳感器(6)和加速度傳感器(7 )分別與固定在塔筒內的數(shù)據(jù)控制裝置連接。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述相接觸的兩個連接筒包括上部連接筒(3)和下部連接筒(4)，在上部連接筒的端部和下部連接筒的端部分別設有法蘭(2)，所述法蘭(2)沿圓周方向向塔筒內部延伸形成外邊沿(9)，所述傳感器組(5 )設置在法蘭的外邊沿(9 )上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述傾斜傳感器(6)和加速度傳感器(7)設有若干個，均勻分布在上部連接筒法蘭的外邊沿上、下部連接筒法蘭的外邊沿上。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述加速度傳感器(7)設置在傾斜傳感器(6)上。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述加速度傳感器(7)與傾斜傳感器(6)為相鄰設置，所述若干個相鄰設置的加速度傳感器(7)和傾斜傳感器(6 )間隔設置在上部連接筒法蘭的外邊沿上、下部連接筒法蘭的外邊沿上。
6.根據(jù)權利要求1所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)控制裝置包括接收/發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)信號的收發(fā)控制器(10)、對數(shù)據(jù)信號進行收集的數(shù)據(jù)收集器(11)和監(jiān)控中心(12)，所述傾斜傳感器(6)、加速度傳感器(7)分別通過傳感器連接線與收發(fā)控制器(10)連接，所述收發(fā)控制器(10)通過數(shù)據(jù)收集器(11)與監(jiān)控中心(12)連接。
7.根據(jù)權利要求1所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，所述數(shù)據(jù)控制裝置包括接收/發(fā)送傳感器數(shù)據(jù)信號的收發(fā)控制器(10)、對數(shù)據(jù)信號進行收集的數(shù)據(jù)收集器(11)和監(jiān)控中心(12)，所述傾斜傳感器(6)、加速度傳感器(7)、數(shù)據(jù)收集器(11)和監(jiān)控中心(12)均為無線信號傳輸，所述收發(fā)控制器(10)為具有無線射頻功能的RF收發(fā)控制器。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的一種風電機組塔筒測量裝置，其特征在于，在所述塔筒內至少設有一個儲放平臺(13)，所述收發(fā)控制器(10)、數(shù)據(jù)收集器(11)均固定在塔筒內的儲放平臺(13)上。
【文檔編號】F03D11/00GK203742907SQ201420115051
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月13日 優(yōu)先權日:2014年3月13日
【發(fā)明者】苗繼春, 趙建軍, 朱建軍 申請人:北京唐浩電力工程技術研究有限公司, 赤峰華源新力科技有限公司