一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置制造方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，设置在塔筒的内部，塔筒包括至少两个连接筒，两个相接触的连接筒为上部连接筒和下部连接筒，在上部连接筒的端部和下部连接筒的端部分别设有法兰，通过螺栓将两个连接筒上的法兰固定连接，倾斜变形监测装置包括设置在上部连接筒法兰上的若干传感器组、设置在下部连接筒法兰上的若干方向传感器和若干振动传感器，传感器组设置的位置与方向传感器设置的位置相对应，若干振动传感器间隔设置在上部连接筒法兰上和下部连接筒法兰上，测量结果准确度高，获得塔筒倾斜变形曲线，能够准确的判定塔筒的倾斜方向，方便工作人员的维护、修理，及时检测塔筒的振动情况，并且装置简单，成本低。
【专利说明】一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于风电机组塔筒测量的【技术领域】，特别涉及一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置。
【背景技术】
[0002]风电机组的塔筒是风力发电机组中的承重部件，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。塔筒承受着推力、弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，使得风力发电机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形；此外，塔筒还会受到材料变形、零部件失效以及地基沉降等因素的影响，产生倾斜。塔筒过大的倾斜变形会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此，需要对塔筒的倾斜变形进行实时监测。
[0003]目前，在对塔筒进行倾斜变形测量时，通常是在塔筒上安装多个GPS接收机，根据GPS测量数据来绘制得到塔筒的倾斜变形曲线，这种方式成本较高，且在计算塔筒变形时，未考虑塔筒的非线性变形的特点，通常是基于单一倾角和刚体变形来计算得到塔筒的变形量，导致计算得到塔筒的变形曲线不准确。此外，现有技术中也有通过在塔筒上设置倾斜传感器的方式，来检测塔筒的倾斜变形，其测量得到的塔筒的变形曲线仍旧为线性变形曲线，而非塔筒的真实变形曲线，导致测量结果不准确。
[0004]—般来讲,塔筒倾斜时倾斜的方向不能准确判定，给工作人员的维修、抢救的工作带来了困难。并且，当遇到飓风、地震时，塔筒容易受到剧烈的冲击，影响塔筒倾斜变形测量的数据，进而不能准确的确定倾斜变形曲线。
实用新型内容
[0005]为了克服现有技术中测量数据不准确、倾斜方向不能确定的缺点，本实用新型提供一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，测量结果准确度高，获得塔筒真实的倾斜变形曲线，能够准确的判定塔筒的倾斜方向，方便工作人员的维护、修理，及时检测塔筒的振动情况，避免塔筒的损坏，并且装置简单，成本低。
[0006]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，设置在塔筒的内部，塔筒包括至少两个连接筒，两个相接触的连接筒为上部连接筒和下部连接筒，在上部连接筒的端部和下部连接筒的端部分别设有法兰，通过螺栓将两个连接筒上的法兰固定连接，其特征在于，倾斜变形监测装置包括设置在上部连接筒法兰上的若干传感器组、设置在下部连接筒法兰上的若干确定塔筒倾斜方向的方向传感器和若干振动传感器，传感器组设置的位置与方向传感器设置的位置相对应，若干振动传感器间隔设置在上部连接筒法兰上和下部连接筒法兰上。
[0007]在上部连接筒的法兰上设有向塔筒中心延伸的上部悬挂臂，下部连接筒的法兰上设有向塔筒中心延伸的下部悬挂臂，上部悬挂臂和下部悬挂臂设置在同一垂直线上，在上部悬挂臂上设有传感器组和振动传感器，在下部悬挂臂上设有方向传感器和振动传感器，方向传感器的设置位置与传感器组的设置位置相对应。
[0008]上部悬挂臂、下部悬挂臂分别设有若干个，每对上部悬挂臂与下部悬挂臂均设置在同一垂直线上，在每个上部悬挂臂上均设有一个传感器组和一个振动传感器，在每个下部悬挂臂上均设有一个方向传感器和一个振动传感器，传感器组与方向传感器设置的位置相对应，上部悬挂臂、下部悬挂臂分别沿上部连接筒法兰、下部连接筒法兰的圆周方向均匀分布。
[0009]传感器组设置在上部悬挂臂远离法兰的端部，方向传感器设置在下部悬挂臂远离法兰的端部，振动传感器分别设置在上部悬挂臂、下部悬挂臂的中心位置处。
[0010]上部连接筒法兰上设有若干螺栓孔，在相邻两个螺栓孔之间固定有上部悬挂臂，下部连接筒法兰上设有若干螺栓孔，在相邻两个螺栓孔之间固定有下部悬挂臂，上部悬挂臂与下部悬挂臂为平行设置，并且具有一间距。
[0011]传感器组包括倾斜传感器和加速度传感器，加速度传感器设置在倾斜传感器上，或者加速度传感器与倾斜传感器相邻设置。
[0012]倾斜变形监测装置还包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器、对数据信号进行收集的数据收集器和控制中心，传感器组、方向传感器和振动传感器均与收发控制器连接，收发控制器通过数据收集器与控制中心连接。
[0013]在塔筒内至少设有一个储放平台，储放平台设置在相接触两个连接筒法兰的上部或下部，在储放平台上设有收发控制器和数据收集器。
[0014]控制中心包括根据数据收集器收集的数据信号进行计算得到变形方程的数据计算单元、根据变形方程得到倾斜变形曲线的曲线获取单元和对各传感器测量数据进行低通滤波的滤波降噪单元，滤波降噪单元、数据计算单元、曲线获取单元依次通过连接线连接。
[0015]控制中心还包括根据振动传感器的数据信号进行检测的振动检测单元和根据振动检测单元判断进行报警的报警单元，振动检测单元与报警单元连接。
[0016]本实用新型的有益效果是，一、兼顾塔筒倾斜和非线性变形，获得塔筒真实的倾斜变形曲线，提高了塔筒倾斜变形测量的准确性，测量结果准确度高；二、在测量塔筒倾斜角度的同时，可以准确确定塔筒的倾斜方向，方便工作人员进行维护、修理；三、传感器组、方向传感器、振动传感器分别设置有若干个，不仅提高了测量的灵敏度，而且在其中一个传感器出现故障不能正常工作时，其他的传感器可以正常工作，避免了测量数据的遗漏、错误；四、及时监测塔筒的振动情况，在遇到飓风、地震等剧烈冲击时，可以发出警报，通知工作人员作出相应的处理，避免塔筒的损坏，并且可判断传感器获取的数据是否准确；五、倾斜变形监测装置简单，成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]下面结合附图对本实用新型所述的风电机组塔筒倾斜变形监测装置进行具体说明。
[0018]图1是本实用新型风电机组塔筒倾斜变形监测装置的整体结构示意图；
[0019]图2是本实用新型倾斜变形监测装置中传感器一种设置方式的结构示意图；
[0020]图3是本实用新型倾斜变形监测装置中传感器另一种设置方式的结构示意图；
[0021]图4是本实用新型倾斜变形监测装置中传感器设置的俯视结构示意图；[0022]图5是本实用新型倾斜变形监测装置的整体流程结构示意图。
[0023]如图所示，塔筒1，上部连接筒2，下部连接筒3，法兰4，螺栓5，传感器组6，方向传感器7，振动传感器8，上部悬挂臂9，下部悬挂臂10，螺栓孔11，倾斜传感器12，加速度传感器13，收发控制器14，数据收集器15，控制中心16，储放平台17，数据计算单元18，曲线获取单元19，振动检测单元20，滤波降噪单元21，报警单元22。
【具体实施方式】
[0024]如图1所示，本实用新型所述的风电机组塔筒倾斜变形监测装置，设置在塔筒的内部。塔筒I包括至少两个连接筒，相邻的两个连接筒相接触的端部分别设有法兰4，通过螺栓5将两个连接筒上的法兰4固定连接，从而将两个连接筒连接在一起，多个连接筒之间通过法兰4、螺栓5连接在一起，形成塔筒I。
[0025]如图1、2、3所示，两个相接触的连接筒为上部连接筒2和下部连接筒3，在上部连接筒的端部、下部连接筒的端部分别设有法兰4，通过螺栓5将两个连接筒上的法兰4相固定。倾斜变形监测装置包括若干传感器组6、若干方向传感器7和若干振动传感器8，在上部连接筒法兰上设有若干传感器组6，传感器组6用于测量连接筒的倾斜角度和加速度。在下部连接筒法兰上设有若干确定塔筒倾斜方向的方向传感器7，方向传感器设置的位置与上部连接筒上设有传感器组的位置相对应。若干振动传感器8间隔设置在上部连接筒法兰上和下部连接筒法兰上，用于测量塔筒的振动，对飓风、地震等剧烈冲击进行报警。
[0026]如图2、3、4所示，在上部连接筒法兰上设有向塔筒中心延伸的上部悬挂臂9，在下部连接筒法兰上设有向塔筒中心延伸的下部悬挂臂10，上部悬挂臂9与下部悬挂臂10为相对设置，且处于同一垂直线上。上部悬挂臂9的一端固定在上部连接筒法兰上，另一端悬空设置，在上部悬挂臂9上设有传感器组6和振动传感器8，传感器组6对塔筒进行测量倾斜角和加速度，振动传感器8检测塔筒受到的振动情况，判断是否受到飓风、地震等剧烈冲击，进行报警，通知相关工作人员进行相应的处理。下部悬挂臂10的一端固定在下部连接筒法兰上，另一端悬空设置，在下部悬挂臂10上设有方向传感器7和振动传感器8。方向传感器设置的位置与传感器组设置的位置相对应，在传感器组6测量塔筒倾斜角度的同时，方向传感器7将处于此倾角的塔筒的倾斜方向进行测定，准确的获得塔筒倾斜的角度和方向，更好的为塔筒的倾斜进行定位，方便工作人员的维护、修理。在上部悬挂臂9和下部悬挂臂10上均设有振动传感器8，振动传感器8分别检测上部连接筒和下部连接筒的振动情况，方便判断是哪段连接筒发生振动，对于轻微的振动情况，工作人员可针对发生振动的连接筒采取相应的措施；对于飓风、地震等振动，工作人员可以针对整个连接筒采取相应的措施；并且可以提高振动传感器的准确度，更好的检测塔筒的振动，也可以防止其中一个振动传感器不能正常工作时，无法检测塔筒振动导致的塔筒损坏、倾斜、倒塌。
[0027]如图2、3、4所示，为了提高传感器的灵敏性，保证传感器测量的数据更为准确，传感器组6设置在上部悬挂臂远离法兰的端部，方向传感器7设置在下部悬挂臂远离法兰的端部，振动传感器8分别设置在上部悬挂臂的中心位置处、下部悬挂臂的中心位置处。
[0028]如图2、3、4所示，上部悬挂臂9、下部悬挂臂10分别设有若干个，每对上部悬挂臂9与下部悬挂臂10均为相对设置，处于同一垂直线上。在每个上部悬挂臂上均设有一个传感器组6和一个振动传感器8，在每个下部悬挂臂上均设有一个方向传感器7和一个振动传感器8，传感器组6与方向传感器7设置的位置相对应。上部悬挂臂9沿上部连接筒法兰的圆周方向均匀分布，下部悬挂臂10沿下部连接筒法兰的圆周方向均匀分布。
[0029]上部悬挂臂上的传感器组6、下部悬挂臂上的方向传感器7沿塔筒的内径均匀设置，可以检测塔筒各个方位的倾斜状况，并且对倾斜的方向予以确定。若干传感器组6、若干方向传感器7起到多重保护的作用，当其中一个传感器出现故障、不能正常工作时，其他的传感器可以继续进行测量数据，有效地避免了因传感器的故障导致的数据的遗漏、错误，致使塔筒的倾斜监测受到影响。若干振动传感器8沿塔筒的法兰圆周方向均匀分布，可以检测各个方向的振动，从而判断在此方向时传感器组、方向传感器测得的数据是否准确，而且检测塔筒是否受到剧烈的冲击，避免剧烈冲击导致的塔筒的倾斜、损坏、倒塌。在同一个方向上，上部悬挂臂上、下部悬挂臂上均设有振动传感器，在此方向上检测塔筒振动时，避免其中一个振动传感器无法正常工作导致的振动检测不准确。
[0030]如图4所示，上部连接筒法兰上设有若干螺栓孔11，在相邻两个螺栓孔之间固定有上部悬挂臂9 ;下部连接筒法兰上设有若干螺栓孔11，在相邻两个螺栓孔之间固定有下部悬挂臂10。上部悬挂臂9与下部悬挂臂10为平行设置，并且两者之间具有一间距。
[0031]如图2、3所示，传感器组6包括倾斜传感器12和加速度传感器13，倾斜传感器12用于测量连接筒的倾斜角，加速度传感器13用于测量连接筒的加速度，根据测量得出的倾斜角、加速度进行相应的计算，得出塔筒的倾斜变形曲线。
[0032]如图2所示，加速度传感器13设置在倾斜传感器12上，与倾斜传感器12叠加设置在上部悬挂臂的远离法兰的端部。
[0033]如图3所示，还可以是，加速度传感器13与倾斜传感器12为相邻设置，形成一个组合，设置在上部悬挂臂的远离法兰的端部。
[0034]如图1、5所示，倾斜变形监测装置还包括收发控制器14、数据收集器15和控制中心16，收发控制器14用于接收、发送由传感器组获得的数据信号；数据收集器15用于对数据信号进行收集；控制中心16将数据收集器收集的数据进行相应的运算，得出塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。在塔筒的内部至少设有一个储放平台17，储放平台17可以设置在相接触的两个连接筒法兰的上部或下部。收发控制器14、数据收集器15均固定在储放平台17上。
[0035]如图1、5所示，若干传感器组6、若干方向传感器7和若干振动传感器8分别通过传感器连接线与收发控制器14连接，收发控制器14通过连接线与数据收集器15连接，将获得的数据信号传输至数据收集器15中，对数据信号进行收集汇总。数据收集器15再通过连接线与控制中心16连接，将收集的数据信号进行计算、处理。
[0036]倾斜传感器12、加速度传感器13、方向传感器7、振动传感器8、收发控制器14、数据收集器15和控制中心16也可以采用具有无线传输功能的装置，通过无线信号传输将数据传输至控制中心16。收发控制器14可以为具有无线射频功能的RF收发控制器。
[0037]如图5所示，控制中心16包括数据计算单元18、曲线获取单元19和滤波降噪单元21。数据计算单元18，用于根据数据收集器收集的数据信号进行计算得到塔筒的倾斜变形方程；曲线获取单元19，用于根据塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线；滤波降噪单元21，对各传感器测量的数据进行低通滤波，降低高频噪音干扰，提高测量数据的准确度。在控制中心内滤波降噪单元21通过连接线与数据计算单元18连接，对数据信号进行滤波降噪处理，确保数据计算得到的变形方程更为准确。数据计算单元18通过连接线与曲线获取单元19连接，根据数据计算单元得到的倾斜变形方程获得倾斜变形曲线。
[0038]如图5所示,控制中心16还包括振动检测单元20和报警单元22。振动检测单元20，根据振动传感器的数据信号进行检测，判断是否报警；报警单元22，根据振动检测单元的判断进行报警。振动检测单元20与报警单元22通过连接线连接，由数据收集器15传递的数据信号经过振动检测单元的检测，对振动进行分析判断之后，报警单元22进行报警。
[0039]当塔筒遭遇到飓风、地震等的剧烈冲击时，振动传感器8将数据信号传递到控制中心16，控制中心的振动检测单元20经过逻辑判断，当判定为剧烈冲击时，向报警单元22发出报警信息，相关工作人员根据报警信息做出相应的处理，同时，也告知工作人员此时得到的塔筒的倾斜角度、加速度、方向数据可能不准确，由此得出的塔筒的变形曲线也是不准确的，以便工作人员对此时测量的塔筒变形曲线进行处理。
[0040]在利用上述的倾斜传感器12和加速度传感器13对塔筒的倾斜变形进行测量时，可根据测量得到的多个时刻的值，确定塔筒的变形量。具体地，将塔筒所受到的风载荷分成三部分，分别为静态的风载荷、准静态的风载荷(即风速变化缓慢的风载荷)以及快速变动的风载荷，对应地，将塔筒的变形，可分解成与上述不同风载荷下的变形的叠加，即将塔筒变形分解为静态变形、准静态变形和动态变形三部分，该三部分变形叠加就可得到塔筒的变形。
[0041]根据测量得到的倾斜角和加速度，获得静态变形量、准静态变形量和动态变形量，并根据静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，X(h, t) = (m+n Δ t)hr+chscos ω Λ t,其中，Λ t=t-t0,为测量时刻t相对测量周期开始时刻h的时间增量；X(h，t)为塔筒的变形方程，即塔筒的h高度处在t时刻的水平位移量；(m+n Δ t)hr为塔筒的静态准静态变形方程，chscos? Δ t为塔筒的动态变形方程;m为塔筒的静态变形量，η为塔筒的准静态变形量，r为静态变形指数，ω、s、c为动态变形量,在一个周期内基本保持稳定 。再根据塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。
[0042]本实用新型风电机组塔筒倾斜变形监测装置，在塔筒法兰上设有悬挂臂，在上部悬挂臂上设有传感器组6，测量塔筒的倾斜角和加速度，进而确定塔筒的倾斜变形方程，获得塔筒真实的倾斜变形曲线，提高了塔筒倾斜变形测量的准确性，测量结果准确度高。在下部悬挂臂10上与传感器组相对应的位置处设有方向传感器7，测量塔筒倾斜角的具体倾斜方向，方便工作人员进行维护、修理。在上部悬挂臂9、下部悬挂臂10上分别设有振动传感器8，将塔筒的振动进行检测，在遇到飓风、地震等剧烈冲击时，可以及时采取措施，避免塔筒的损坏，并且可判断传感器获取的数据是否准确。传感器组6、方向传感器7、振动传感器8分别设置有若干个，不仅提高了测量的灵敏度，而且在其中一个传感器出现故障不能正常工作时，其他的传感器可以正常工作，避免了测量数据的遗漏、错误；并且装置简单，成本低。
[0043]以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。
【权利要求】
1.一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，设置在塔筒的内部，所述塔筒(I)包括至少两个连接筒，两个相接触的连接筒为上部连接筒(2)和下部连接筒(3)，在所述上部连接筒的端部和下部连接筒的端部分别设有法兰(4)，通过螺栓(5)将两个连接筒上的法兰固定连接，其特征在于，所述倾斜变形监测装置包括设置在上部连接筒法兰上的若干传感器组(6)、设置在下部连接筒法兰上的若干确定塔筒倾斜方向的方向传感器(7)和若干振动传感器(8)，所述传感器组设置的位置与方向传感器设置的位置相对应，所述若干振动传感器(8 )间隔设置在上部连接筒法兰上和下部连接筒法兰上。
2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，在所述上部连接筒的法兰上设有向塔筒中心延伸的上部悬挂臂(9)，所述下部连接筒的法兰上设有向塔筒中心延伸的下部悬挂臂(10)，所述上部悬挂臂(9)和下部悬挂臂(10)设置在同一垂直线上，在所述上部悬挂臂(2)上设有传感器组(6)和振动传感器(8)，在下部悬挂臂(10)上设有方向传感器(7)和振动传感器(8)，所述方向传感器的设置位置与传感器组的设置位置相对应。
3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，所述上部悬挂臂(9)、下部悬挂臂(10)分别设有若干个，每对上部悬挂臂与下部悬挂臂均设置在同一垂直线上，在每个上部悬挂臂上均设有一个传感器组(6)和一个振动传感器(8)，在每个下部悬挂臂上均设有一个方向传感器(7 )和一个振动传感器(8 )，所述传感器组(6 )与方向传感器(7)设置的位置相对应，所述上部悬挂臂(9)、下部悬挂臂(10)分别沿上部连接筒法兰、下部连接筒法兰的圆周方向均匀分布。
4.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，所述传感器组(6)设置在上部悬挂臂远离法兰的端部，所述方向传感器(7)设置在下部悬挂臂远离法兰的端部，所述振动传感器(8)分别设置在上部悬挂臂、下部悬挂臂的中心位置处。
5.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，所述上部连接筒法兰上设有若干螺栓孔(11)，在相邻两个螺栓孔之间固定有上部悬挂臂(9)，所述下部连接筒法兰上设有若干螺栓孔(11)，在相邻两个螺栓孔之间固定有下部悬挂臂(10)，所述上部悬挂臂(9)与下部悬挂臂(10)为平行设置，并且具有一间距。
6.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，所述传感器组(6)包括倾斜传感器(12)和加速度传感器(13)，所述加速度传感器(13)设置在倾斜传感器(12)上，或者所述加速度传感器(13)与倾斜传感器(12)相邻设置。
7.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，所述倾斜变形监测装置还包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器(14)、对数据信号进行收集的数据收集器(15)和控制中心(16)，所述传感器组(6)、方向传感器(7)和振动传感器(8)均与收发控制器(14)连接，所述收发控制器(14)通过数据收集器(15)与控制中心(16)连接。
8.根据权利要求7所述的一种风电机组塔筒倾斜变形监测装置，其特征在于，在塔筒内至少设有一个储放平台(17)，所述储放平台(17)设置在相接触两个连接筒法兰的上部或下部，在所述储放平台(17)上设有收发控制器(14)和数据收集器(15)。
【文档编号】G01B21/32GK203785660SQ201420140285
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2014年3月26日 优先权日:2014年3月26日
【发明者】苗继春, 赵建军, 张爱民 申请人:北京唐浩电力工程技术研究有限公司, 赤峰华源新力科技有限公司