一种风力机塔筒螺栓故障预警方法及系统技术方案

本发明专利技术提供的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法及系统，包括以下步骤：步骤1，获取每个法兰上每个连接螺栓在设定时间段内的预紧力；步骤2，判断每个连接螺栓的每个预紧力是否满足报警阈值，若不满足，则进入步骤3，步骤3，计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，以及该法兰对应的离散率；步骤4，将每个连接螺栓对应的离散率和每个法兰对应的离散率分别与对应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障；本发明专利技术解决了目前已应用的塔筒螺栓监测技术仅通过判断单个螺栓预紧力是否低于其阈值来进行故障判断及报警，从而造成报警不及时或不准确的问题。成报警不及时或不准确的问题。成报警不及时或不准确的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种风力机塔筒螺栓故障预警方法及系统


[0001]本专利技术属于风力发电领域，具体涉及一种风力机塔筒螺栓故障预警方法及系统。

技术介绍

[0002]风力发电机属于大型装备，零件与零件之间的连接常采用高强度螺栓连接。风机塔筒的安全性能主要取决于高强度螺栓的连接可靠性，由于风速的大小和强度是随机变化的，因此塔筒螺栓常处于变载荷的作用下，更容易发生疲劳破坏，如果螺栓连接在高强度的动态载荷下断裂失效，且断裂数目增多，就会导致风机塔筒的折断使风机发生倒塌事故。同时，由于螺栓的疲劳破坏起初很难被发现，又很难预防，因此，对风机塔筒法兰处螺栓松动或断裂进行损伤识别监测，防止因连接螺栓失效或断裂而造成重大运行事故，具有意义重大。
[0003]现有风机塔筒法兰链接螺栓损失监测方法大多基于有限元分析、连续连续体振动微分方程法、线性累积损伤理论等数学方法，利用ANSYS等仿真软件，以振动模态分析技术进行螺栓损伤及疲劳寿命的仿真研究。
[0004]而这些监测方法多停留在理论研究阶段，难以应用到工程实际当中。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种风力机塔筒螺栓故障预警方法及系统，解决了现有技术中存在的上述不足。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]本专利技术提供的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，获取每个法兰上每个连接螺栓在设定时间段内的预紧力；
[0009]步骤2，判断每个连接螺栓的每个预紧力是否满足报警阈值，若不满足，则进入步骤3，
[0010]步骤3，计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，以及该法兰对应的离散率；
[0011]步骤4，将每个连接螺栓对应的离散率和每个法兰对应的离散率分别与对应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障。
[0012]优选地，步骤3中，计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，具体方法是：
[0013]计算每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差；
[0014]根据每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差计算得到每个连接螺栓对应的离散率。
[0015]优选地，步骤3中，计算该法兰对应的离散率的具体方法是：
[0016]计算每个法兰上所有连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差；
[0017]根据得到的平均值和方差计算得到该法兰对应的离散率。
[0018]优选地，步骤4中，将每个连接螺栓对应的离散率和该法兰对应的离散率分别与对
应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障，具体方法是：
[0019]当每个连接螺栓对应的离散率和该法兰对应的离散率均大于等于对应的预设阈值时，则对应的连接螺栓发生故障，发出预警；否则，所有的连接螺栓正常。
[0020]一种风力机塔筒螺栓故障预警系统，包括：
[0021]数据获取单元，用于获取每个法兰上每个连接螺栓在设定时间段内的预紧力；
[0022]判断单元，用于判断每个连接螺栓的每个预紧力是否满足报警阈值，若不满足，则进入离散率计算单元，
[0023]离散率计算单元，用于计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，以及该法兰对应的离散率；
[0024]故障判断单元，用于将每个连接螺栓对应的离散率和每个法兰对应的离散率分别与对应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障。
[0025]优选地，所述离散率计算单元包括：
[0026]子离散率计算单元，用于计算每个连接螺栓对应的离散率；
[0027]法兰离散率计算单元，用于计算每个法兰平台对应的离散率。
[0028]优选地，所述子离散率计算单元包括：
[0029]平均值计算模块，用于计算每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值；
[0030]方差计算模块，用于计算每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的方差；
[0031]离散率计算模块，用于根据每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差计算得到每个连接螺栓对应的离散率。
[0032]优选地，所述法兰离散率计算单元包括：
[0033]法兰平均值计算模块，用于计算每个法兰上所有连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值；
[0034]法兰方差计算模块，用于计算每个法兰上所有连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的方差；
[0035]法兰离散率计算模块，用于根据得到的平均值和方差计算得到该法兰对应的离散率。
[0036]一种风力机塔筒螺栓故障预警设备，包括：
[0037]一个或多个处理器、存储器及一个或多个程序，其中一个或多个程序存储在所述存储器中并被配置为所述一个或多个处理器执行，所述一个或多个程序包括用于执行任一方法的指令。
[0038]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0039]本专利技术提供的本专利技术提供的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，针对现有螺栓状态监测方法的不足，为了提高螺栓监测的有效性、及时性，该方法通过安装在塔筒螺栓上的专用传感器采集到的螺栓预紧力数据，采用大数据离群算法计算一个法兰平台单个螺栓一天内所有预紧力数据的离散率，再计算出该法兰所有螺栓设定时间段内所有预紧力数据离散率，通过交叉比对提前发现并预警螺栓预紧力的异常变化，并准确定位异常螺栓点位；本专利技术弥补了部分风机塔筒螺栓监测方法尚未应用于工程实际的不足，同时解决了目前已应用的塔筒螺栓监测技术仅通过判断单个螺栓预紧力是否低于其阈值来进行故障判断及报
警，从而造成报警不及时或不准确的问题。
附图说明
[0040]图1是本专利技术的流程示意图；
[0041]图2是实施例数据图；
[0042]图3是实施例第23号螺栓正常情况下的离散率；
[0043]图4是实施例第23号螺栓异常情况下的离散率；
[0044]图5是本专利技术的系统结构示意图。
具体实施方式
[0045]下面结合附图，对本专利技术进一步详细说明。
[0046]如图1至图5所示，本专利技术提供的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，包括以下步骤：
[0047]步骤1，由安装在塔筒连接螺栓上的预紧力传感器采集每个连接螺栓预紧力，将所有连接螺栓对应的预紧力组成原始数据；
[0048]步骤2，将原始数据按照不同的法兰平台位置在本地数据库进行分类存储，本专利以其中的任一法兰平台为例进行说明，螺栓预紧力分别标记为：
[0049]1#螺栓F
11
、F
12
、F
13
…
F
1n
[0050]2#螺栓F
21
、F
22
、F
23
…
F
2n
[0051]3#螺栓F
31
、F
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取每个法兰上每个连接螺栓在设定时间段内的预紧力；步骤2，判断每个连接螺栓的每个预紧力是否满足报警阈值，若不满足，则进入步骤3，步骤3，计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，以及该法兰对应的离散率；步骤4，将每个连接螺栓对应的离散率和每个法兰对应的离散率分别与对应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障。2.根据权利要求1所述的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，其特征在于，步骤3中，计算置于每个法兰上每个连接螺栓对应的离散率，具体方法是：计算每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差；根据每个连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差计算得到每个连接螺栓对应的离散率。3.根据权利要求1所述的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，其特征在于，步骤3中，计算该法兰对应的离散率的具体方法是：计算每个法兰上所有连接螺栓在设定时间段内所有预紧力对应的平均值和方差；根据得到的平均值和方差计算得到该法兰对应的离散率。4.根据权利要求1所述的一种风力机塔筒螺栓故障预警方法，其特征在于，步骤4中，将每个连接螺栓对应的离散率和该法兰对应的离散率分别与对应的预设阈值进行比对，根据比对结构判断连接螺栓是否故障，具体方法是：当每个连接螺栓对应的离散率和该法兰对应的离散率均大于等于对应的预设阈值时，则对应的连接螺栓发生故障，发出预警；否则，所有的连接螺栓正常。5.一种风力机塔筒螺栓故障预警系统，其特征在于，包括：数据获取单元，用于获取每个法兰上每个连接螺栓在设定时间段内的预紧力；判断单元，用于判断每个连接螺栓的每个预紧力是否满足...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩斌，景涛，贺少华，王忠杰，刘洋，
申请(专利权)人：西安热工研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：