一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统及方法技术方案

本发明专利技术提供了一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统及方法，包括：在风机塔筒上节选塔筒段作为监测区段，在监测区段内沿圆周均匀配置多条以纵向张紧于塔筒壁上电阻丝，使各电阻丝以有效张紧长度的变化量同步监测区段上各方位点在工作负载下的变形量，通过监测各条电阻丝的电阻变化量取得对监测区段多参照位点的负载变形数据，并依据由监测区段负荷应变模型和塔筒全高有限元模型所解析出的安全限值实现对塔筒倾翻负载的安全监测。其以电阻丝对区段长度上的风机塔筒负载形变进行宏观尺度的监测，避免了采用在塔筒壁粘贴应变片监测所受到的筒壁局部组织差异影响，以及粘贴质量及时效性影响等问题。本发明专利技术易于施行，方便检校，且稳定可靠、成本低廉。

【技术实现步骤摘要】
一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统及方法
本专利技术涉及应力测量
，具体而言，涉及一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统及方法。
技术介绍
风力发电机组的风机塔筒安全监测不仅涉及昂贵的设备财产保全，也关系着风电企业和电网的正常生产运营。近年间发生的数起风机恶性倒塔事故，其影响和带来的直接财产损失均十分巨大，因此风机塔筒安全问题日益成为风电设备管理的重点关注问题之一。而有关风机塔筒的安全负载监测目前尚未有成熟方案。构想中的技术路线是通过风机塔筒形态在线监测系统对风机塔筒形变(或应力)进行监测，在监测到风机塔筒出现危险形变(或者危险应力)时，适时调控风机运行姿态，以减弱风机塔筒的工作负载，避免出现风电机级倾覆的重大灾害事故，是目前探索的运行安全模式。虽然风机选型及风机塔筒设计均根据所在风场的测风数据进行了科学的载荷计算及特性匹配，但由于自然风的复杂性，特别是风的波动性，以及风切变、风湍流的影响，人们已经发现仅通过风速测量难以对运行中的风机塔筒负荷进行有效估量。因此，如何在风电机组运行中通过对塔筒负荷的有效实时监测，及时预判风险，控制风机进入运行规避显得尤为重要。现行相关技术中，监测风机塔筒形变或者风机塔筒应力的方法是：在风机塔筒顶部或机舱架底部装设倾角传感器，通过该倾角传感器监测参考平面因风机塔筒受力挠曲引起的变形倾角，依据该变形倾角进行与风机塔筒负荷应力相关的预警监测。但，上述监测方法存在如下问题：①风机工作以及受风力引起的风机塔筒顶端参考平面倾斜，并非静力稳定态。风力的瞬时波动，风速分布的不均匀以及庞大叶轮的动平衡偏差等均会导致风机塔筒的晃动或者摇摆；因而，通过基于重力探测方式工作的倾角传感器无法在实际测量中排除风机塔筒晃动、摇摆时的横向“加速度”影响。②风机塔筒本身刚性极大，计算表明其在极限负载条件下的顶部挠变角仅有1°～2°，即便从静态看，倾角传感器也难于实现有效的鉴别精度；或者说，从控制目标衡量，无论是工程意义上的设置精度，还是实际控制中的偏差影响，都将很大程度的影响监测控制的有效性。为了解决上述倾角传感器存在的问题，理论研究上还提供了一种监测风机塔筒形变或者风机塔筒应力的方法，即在风机塔筒壁上贴应变片，但，这种方法对于风机塔筒这种大型结构体存在如下问题：①应变片只能测量局部点的应力；而风机塔筒作为大型粗制构件，其微小局部间的组织及材性差异难于控制，不可避免的影响在有关参照点贴应变片所获测量值间采取综合运算处理的可信度。②或为了抑制前述①中的偏差，在各个参照点粘贴大量应变片进行数据综合，这时则会带来系统复杂、成本高企，和增大日后维护难度。③风力发电机组普遍要求≥20年低维护长效运行，粘贴的应变片很难在如此漫长的时间内经受陪伴风机耐受温差、湿度变化以及风场气象侵蚀下保持测量稳定，不出现开粘和老化变质问题。综上，专利技术人通过在相关领域的研究实践认为：行业中至今尚未有相关风机塔筒安全监测的理想有效的技术解决方式。
技术实现思路
本专利技术提供了一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统及方法，其通过在塔筒上节选塔筒段作为监测区段，在监测区段内沿圆周均匀配置多条以纵向张紧于塔筒壁上电阻丝，使各电阻丝以有效张紧长度的变化量同步监测区段上各方位点在工作负载下的变形量，通过监测各条电阻丝的电阻变化量取得对监测区段多参照位点的负载变形数据，并依据由监测区段负荷应变模型和塔筒全高有限元模型所解析出的安全限值实现对塔筒倾翻负载的安全监测。第一方面，本专利技术实施例提供了一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统，包括：风机塔筒、电阻丝、测控单元和监控系统；在圆形截面的所述风机塔筒上纵向节选监控区段，并在所述监控区段中以区段高度为跨距，沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧电阻丝；所述电阻丝沿所述监控区段圆周均匀布置多条，所述电阻丝的数量满足：对所述监控区段圆周各向求解纵向弯曲应力的数学分析模型对数据参照位点的需要；并且各条所述电阻丝被调整为具有相同的基准张紧阻值；通过所述测控单元测定多条所述电阻丝的阻值相对于基准值的阻值变动量，得到各个所述电阻丝对应的所述监控区段圆周参照位点的负荷变形数据；通过所述数学分析模型对各个所述参照位点的负荷变形数据进行综合运算处理，得到所述监控区段圆周上的最大应变方向和最大应变值；根据所述监控区段的材料力学特性，将所述最大应变方向对应的最大应变值转换为所述监控区段的最大即时应力；通过所述监控系统实时监控所述最大即时应力的变化情况，并在所述最大即时应力大于等于区段危险应力限值时，启动监控预警；其中，所述区段危险应力限值是根据所述风机塔筒的整体有限元极限承载模型确定的。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述监控区段包括：所述风机塔筒中的特定区段，和/或，所述风机塔筒中的非特定区段；其中，所述特定区段包括所述风机塔筒中的典型危险区段。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，在所述监控区段中以区段高度为跨距沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧至少3条所述电阻丝；通过所述测控单元分别对各条电阻丝的阻值变动量进行精确测量，并依据与所述参照位点的数量相关的数学分析模型对所述阻值变动量进行运算处理，得到所述监控区段的最大应变方向和最大应变值。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，在所述圆形截面的风机塔筒的监控区段中沿圆周均匀布置4×N条电阻丝，且N≥2，以组成N个十字轴交叉阻值监测全桥单元；通过对N个阻值监测全桥单元的电桥平衡偏差数据测定，辅以对各相邻监测全桥单元的偏差数据比较及综合运算处理，得到对所述监控区段最大应变方向和最大应变值的系统监测。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，在所述圆形截面的风机塔筒的监控区段中沿圆周均布置8条电阻丝，将8条电阻丝以每4条电阻丝呈正交十字分布的设置方式组成两个监测全桥单元。结合第一方面的第三种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，在所述圆形截面的风机塔筒的监控区段中沿圆周均布置12条电阻丝，将12条电阻丝以每4条电阻丝呈正交十字分布的设置方式组成三个监测全桥单元。结合第一方面，本专利技术实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，在所述监控区段中以区段高度为跨距沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧电阻丝，要求：所述电阻丝的基准张紧伸长量大于所述监控区段对应危险应力限值的最大压应力侧压缩变形量；且所述电阻丝最大弹性伸长量大于其基准张紧伸长量与所述监控区段对应危险应力限值的最大拉应力侧伸长变形量之和。结合第一方面、第一方面的第一种可能的实施方式至第六种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述的监测风机塔筒倾翻负荷的系统，还包括固定部件；所述电阻丝的两端均通过固定部件固定设置在所述风机塔筒的侧壁上；或者，所述电阻丝的两端均通过固定部件固定设置在两个风机塔筒之间连接的法兰上；或者，所述电阻丝的一端通过所述固定部件固定设置在所述风机塔筒的侧壁上，其另一端通过所述固定部件固定设置在两个风机塔筒之间连接的法兰上。结合第一方面的第七种可能的实施方式，本专利技术实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述的监本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，包括：风机塔筒、电阻丝、测控单元和监控系统；在圆形截面的所述风机塔筒上纵向节选监控区段，并在所述监控区段中以区段高度为跨距，沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧电阻丝；所述电阻丝沿所述监控区段圆周均匀布置多条，所述电阻丝的数量满足：对所述监控区段圆周各向求解纵向弯曲应力的数学分析模型对数据参照位点的需要；并且各条所述电阻丝被调整为具有相同的基准张紧阻值；通过所述测控单元测定多条所述电阻丝的阻值相对于基准值的阻值变动量，得到各个所述电阻丝对应的所述监控区段圆周参照位点的负荷变形数据；通过所述数学分析模型对各个所述参照位点的负荷变形数据进行综合运算处理，得到所述监控区段圆周上的最大应变方向和最大应变值；根据所述监控区段的材料力学特性，将所述最大应变方向对应的最大应变值转换为所述监控区段的最大即时应力；通过所述监控系统实时监控所述最大即时应力的变化情况，并在所述最大即时应力大于等于区段危险应力限值时，启动监控预警；其中，所述区段危险应力限值是根据所述风机塔筒的整体有限元极限承载模型确定的。

【技术特征摘要】
1.一种监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，包括：风机塔筒、电阻丝、测控单元和监控系统；在圆形截面的所述风机塔筒上纵向节选监控区段，并在所述监控区段中以区段高度为跨距，沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧电阻丝；所述电阻丝沿所述监控区段圆周均匀布置多条，所述电阻丝的数量满足：对所述监控区段圆周各向求解纵向弯曲应力的数学分析模型对数据参照位点的需要；并且各条所述电阻丝被调整为具有相同的基准张紧阻值；通过所述测控单元测定多条所述电阻丝的阻值相对于基准值的阻值变动量，得到各个所述电阻丝对应的所述监控区段圆周参照位点的负荷变形数据；通过所述数学分析模型对各个所述参照位点的负荷变形数据进行综合运算处理，得到所述监控区段圆周上的最大应变方向和最大应变值；根据所述监控区段的材料力学特性，将所述最大应变方向对应的最大应变值转换为所述监控区段的最大即时应力；通过所述监控系统实时监控所述最大即时应力的变化情况，并在所述最大即时应力大于等于区段危险应力限值时，启动监控预警；其中，所述区段危险应力限值是根据所述风机塔筒的整体有限元极限承载模型确定的。2.根据权利要求1所述的监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，所述监控区段包括：所述风机塔筒中的特定区段，和/或，所述风机塔筒中的非特定区段；其中，所述特定区段包括所述风机塔筒中的典型危险区段。3.根据权利要求1所述的监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，在所述监控区段中以区段高度为跨距沿纵向贴近风机塔筒壁固定并张紧至少3条所述电阻丝；通过所述测控单元分别对各条电阻丝的阻值变动量进行精确测量，并依据与所述参照位点的数量相关的数学分析模型对所述阻值变动量进行运算处理，得到所述监控区段的最大应变方向和最大应变值。4.根据权利要求1所述的监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，在所述圆形截面的风机塔筒的监控区段中沿圆周均匀布置4×N条电阻丝，且N≥2，以组成N个十字轴交叉阻值监测全桥单元；通过对N个阻值监测全桥单元的电桥平衡偏差数据测定，辅以对各相邻监测全桥单元的偏差数据比较及综合运算处理，得到对所述监控区段最大应变方向和最大应变值的系统监测。5.根据权利要求4所述的监测风机塔筒倾翻负荷的系统，其特征在于，在所述圆形截面的风机塔筒的监控区段中沿圆周均...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱道升，
申请(专利权)人：三一重型能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11