风力发电机塔架运行状态监控装置制造方法及图纸

风力发电机塔架运行状态监控装置，包括振动或／和稳态加速度检测传感器以及受力方向检测传感器的传感器组、故障信息处理器，所述传感器组含按照地理坐标设置安装在塔架上层，使塔架整体在南北方向振动的加速度传感器与东西方向振动的加速度传感器，以及使敏感塔架绕其对称中心Ｏ显现扭转振动的加速度传感器和检测外作用Ｙ方向相对塔架东西方向并以东方为参考之极坐标的传感器Ｊ；敏感东西、南北横向振动的传感器和敏感扭转振动传感器与塔架对称中心Ｏ等距离安装；敏感南北振动的传感器的敏感轴指向北方，敏感东西方向振动的传感器的敏感轴指向东方；敏感南北振动的传感器与敏感扭转振动的传感器安装在同一位置，敏感东西振动的传感器与敏感扭转振动的传感器安装在同一位置；并且敏感扭转振动的传感器的敏感轴指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径Ｒ的圆的反时针切线方向，敏感扭转振动的传感器的敏感轴则指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径Ｒ的圆的顺时针切线方向。

Wind turbine tower running state monitoring device

Wind turbine tower operation state monitoring device, including vibration or / and steady state acceleration sensor and the sensor group, the direction of the force sensor for detection of fault information processor, the sensor group according to geographical coordinates is arranged on the upper tower, the tower of the whole body vibration acceleration sensor in the north-south direction and east-west direction vibration acceleration sensor. And the sensitive tower around the center of symmetry O show the torsional vibration acceleration sensor and the detection effect of Y tower and east-west direction relative to the direction with Oriental sensor J reference polar coordinates; sensitive things, North and South transverse vibration and sensitive torsional vibration sensor and the center tower symmetric O distance sensor sensitive axis north-south installation; the vibration of the north, the east-west direction of the vibration sensor sensitive sensitive Axis pointing East; sensor sensitive vibration and torsional vibration of civil sensitive installation in the same position, sensor sensitive things and vibration sensitive torsional vibration are installed in the same position; and the torsion vibration sensitive sensitive axis sensor to sensor installation position relative to the distance of the center tower called the radius R of the circular counter clockwise tangential direction sensitive axis sensor sensitive torsional vibration is pointing to the sensor installation position relative to the distance of the center tower called the R radius of the circle clockwise tangential direction.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械塔架故障诊断技术，尤其是一种风力发电机塔架运行状态监控装 置，属于机械故障检测与诊断技术的范畴，主要用于以振动、稳态加速度检测分析技术在 线检测、诊断风力发电的塔架的故障。
技术介绍
现有建筑、工业、电力设施中经常使用塔架结构。多数塔架没有故障检测装置，而是 采用自信是充分保守的设计规范来保障安全。以致不仅时有意外事故发生，如风力发电机 因运转共振损毁，更何况由于缺乏对于这些设施与环境关系的认知手段，以致很难提出中 肯的设计要求与改进意见。因此，为保障上述机械塔架系统的安全运行，以及通过实现对 塔架与环境条件相互关系的认知使之作为设计创新的依据，需要专利技术风力发电机塔架运行状态监控装置。中国专利ZL02809032.2公开了一种风力发电设备和控制其的方法，这种控制风力 发电设备的方法，主要是通过设于风力发电机塔架顶部短舱内的两个定向在平面内，并且 互相垂直的加速度传感器实现对基本平行于转子叶片平面方向上的振动，以及同时监测垂 直于转子叶片平面方向上的振动。企图通过对由此获取的振动位移量来判断风力发电机塔 架是否处于安全运行状态；从而通过其它技术手段来调整转子的转速使风力发电机保持正 常运转功能。但是，根据本专利技术人对风力发电机运行状态的研究风力发电机的运行除了与本身的 机械结构状态密切相关外，还受到所处环境下风力、风向、风速以及周围环境的影响，更 由于风力发电机的风叶片具有很大的转动半径，因此会有更多的不可预知的因素影响塔架 及发电机组的正常运行。譬如风力发电机的塔架除了受到与转子轴向平行的风力和平行 于叶轮平面的不平衡力作用外，还会受到左右两侧边风力不同的侧向力的作用，在这种侧 向力作用下形成的扭切力或许对塔架和风机构件的作用将是更具破坏力，而如果仅仅使用 检测与主轴平行的和横向垂直的加速度传感器，则要么因该传感器安装在塔架转动的对称 中心而不能敏感扭转振动，要么则因该传感器不是安装在塔架转动的对称中心而将扭转振 动误认为是横向振动，给正确的监控带来决策错误；除了上述平行于转轴的和垂直于转轴 的横向振动外，还有由于固定塔架地脚松动等因素在上述风力作用下发生的与平行于转轴 的和垂直于转轴的这两个方向不同的振动不能识别；甚至也因为使用振动传感器而不是能够监测稳态加速度的传感器而不能识别塔架倾斜及其方位状态。因此，为现有的风力发电机提供更为全面反映运行状态的监控装置，是保证风力发电 机安全运行的必备措施。
技术实现思路
本专利技术的目的旨在提供一种能够全面监控风力发电机运行状态的塔架运行状态监控 装置，即实现适时运行监控，同时也提高风机的运行使用寿命。这种风力发电机塔架运行状态监控装置，包括振动或/和稳态加速度检测传感器以及受 力方向检测传感器的传感器组1、并经采集传感器组信号和对传感器组的信号进行分析诊 断的故障信息处理器2，把传感器组1检测的信号通过电缆传输给故障信息处理器2，其 特征在于传感器组1含有安装在塔架上层、按照东南西北地理坐标设置，使敏感塔架整 体在南北方向振动的加速度传感器N1与东西方向振动的加速度传感器E1，以及使敏感塔架绕其对称中心0显现扭转振动的加速度传感器N2、 E2和检测外作用Y方向相对塔架东 西方向并以东方为参考之极坐标的传感器J;敏感东西、南北横向振动的传感器El、 Nl 和敏感扭转振动传感器E2、 N2与塔架对称中心0等距离安装；敏感南北振动的传感器 N1的敏感轴指向北方N，敏感东西方向振动的传感器E1的敏感轴指向东方E;敏感南北 振动的传感器Nl与敏感扭转振动的传感器N2安装在同一位置，敏感东西振动的传感器 El与敏感扭转振动的传感器E2安装在同一位置；并且敏感扭转振动的传感器E2的敏感 轴指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径R的圆的反时针切线方向，敏感扭 转振动的传感器N2的敏感轴则指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径R的 圆的顺时针切线方向。所述故障信息处理器2含有AD接口电路21，还含有由微处理器运行的分析诊断系统 22;各传感器输出的加速度信号N1、 N2、 El、 E2、及受力方向角的信号J分别接到故障 信息处理器2的AD接口电路21的对应输入端N1、 N2、 El、 E2、 J，并由故障信息处理 器的分析诊断系统22中的软件按照公式-NZ=[(N2-E1)_ (E2-Nl) ]/2 (1)计算塔架相对于其对称中心0的扭振信号；按照公式nl=Nl+E2+NZ (2)和公式el=El+N2-NZ (3)计算塔架整体真实的横向振动；按照公式y:el conj+nl sinj (4)计算塔架横向振动在受力方向Y轴的振动分量；按照公式P:el sinj+nl conj (5)计算塔架横向振动在Y轴的正交方向X轴(与Y垂直向右)的振动分量； 并且根据传感器(Nl、 N2)的信息及计算式F:tg—'(N1/N2) (6-1)、根据传感器(El、 E2)的信息及计算式F二 tg—、E2/E1) (6-2)计算获取塔架的倾斜的主方位角；根据传感器(Nl、 N2)的信息及计算式Q=sin—'((2NlN2sin2F广5/g ) (7-1)、根据传 感器E1、 E2的信息及计算式Q:sin—'((2ElE2sin2Fr'Vg ) (7-2)获得塔架的倾斜的主倾斜 角。所述故障信息处理器2还含有实现相对地理坐标N、 E的N轴方向的振动加速度Jnl、 E轴方向的振动加速度Jel以及相对塔架对称中心的垂直线的扭转振动加速度JNZ分离的， 并将对应的加速度信号JNZ、 Jnl、 Jel运算为振幅的分离运算器23;传感器加速度信 号N1、 N2、 El、 E2接到分离运算器23的输入端N1、 N2、 El、 E2，分离运算器输出的 振幅信号NZ、 nl、 el接到故障信息处理器的AD接口对应的NZ、 nl、 el信号输入端； AD接口电路21将采集得到的信息N1、 N2、 El、 E2、 J、 nl、 el、 NZ送到分析诊断系统 22进行故障诊断。所述分离运算器23含有按照计算式NZ-[ (N2-E1) - (E2-N1) ]/2计算扭转振动的运 算器31、按照计算式nl=Nl+E2+NZ计算N方向振动的运算器32，按照计算式 el-El+N2-NZ计算E方向振动的运算器33，以及对NZ、 nl、 el对应的加速度振动信号运 算为振幅信号的重积分器34、 35、 36; Nl、 N2、 El、 E2传感器的输出信号接到按公式 NZ=[ (N2-E1) - (E2-N1) ]/2设计的运算器31的输入端N1、 N2、 El、 E2,运算器31的 输出端JNZ接到重积分器34的输入端JNZ，重积分器34的输出端NZ输出振幅信号NZ; 传感器N1、 E2的信号接到按公式nhNl+E2+NZ设计的运算器32的输入端Nl、 E2，运 算器31的输出端JNZ接到运算器32的输入端JNZ，运算器32的输出端Jnl的输出信号 Jnl接到重积分器35的输入端Jnl，重积分器35的输出端nl输出振幅信号nl;传感器 N2、 El的信号接到按公式el=El+N2-NZ设计的运算器33的输入端N2、 El，运算器31 的输出端JNZ接到运算器33的输入端JNZ，运算本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力发电机塔架运行状态监控装置，包括振动或／和稳态加速度检测传感器以及受力方向检测传感器的传感器组（１）、采集传感器组信号和对传感器组的信号进行分析诊断的故障信息处理器（２），把传感器组（１）检测的信号通过电缆传输给故障信息处理器（２），其特征在于：传感器组（１）含有安装在塔架上层、按照东南西北地理坐标设置，使敏感塔架整体在南北方向振动的加速度传感器（Ｎ１）与东西方向振动的加速度传感器（Ｅ１），以及使敏感塔架绕其对称中心Ｏ显现扭转振动的加速度传感器（Ｎ２、Ｅ２）和检测外作用Ｙ方向相对塔架东西方向并以东方为参考之极坐标的传感器（Ｊ）；敏感东西、南北横向振动的传感器（Ｅ１、Ｎ１）和敏感扭转振动传感器（Ｅ２、Ｎ２）与塔架对称中心Ｏ等距离安装；敏感南北振动的传感器（Ｎ１）的敏感轴指向北方Ｎ，敏感东西方向振动的传感器（Ｅ１）的敏感轴指向东方Ｅ；敏感南北振动的传感器（Ｎ１）与敏感扭转振动的传感器（Ｎ２）安装在同一位置，敏感东西振动的传感器（Ｅ１）与敏感扭转振动的传感器（Ｅ２）安装在同一位置；并且敏感扭转振动的传感器（Ｅ２）的敏感轴指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径Ｒ的圆的反时针切线方向，敏感扭转振动的传感器（Ｎ２）的敏感轴则指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径Ｒ的圆的顺时针切线方向。...

【技术特征摘要】
1、一种风力发电机塔架运行状态监控装置，包括振动或/和稳态加速度检测传感器以及受力方向检测传感器的传感器组(1)、采集传感器组信号和对传感器组的信号进行分析诊断的故障信息处理器(2)，把传感器组(1)检测的信号通过电缆传输给故障信息处理器(2)，其特征在于传感器组(1)含有安装在塔架上层、按照东南西北地理坐标设置，使敏感塔架整体在南北方向振动的加速度传感器(N1)与东西方向振动的加速度传感器(E1)，以及使敏感塔架绕其对称中心O显现扭转振动的加速度传感器(N2、E2)和检测外作用Y方向相对塔架东西方向并以东方为参考之极坐标的传感器(J)；敏感东西、南北横向振动的传感器(E1、N1)和敏感扭转振动传感器(E2、N2)与塔架对称中心O等距离安装；敏感南北振动的传感器(N1)的敏感轴指向北方N，敏感东西方向振动的传感器(E1)的敏感轴指向东方E；敏感南北振动的传感器(N1)与敏感扭转振动的传感器(N2)安装在同一位置，敏感东西振动的传感器(E1)与敏感扭转振动的传感器(E2)安装在同一位置；并且敏感扭转振动的传感器(E2)的敏感轴指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径R的圆的反时针切线方向，敏感扭转振动的传感器(N2)的敏感轴则指向传感器安装位置相对塔架对称中心之距离为半径R的圆的顺时针切线方向。2、 根据权利要求1所述的风力发电机塔架运行状态监控装置，其特征在于故障信 息处理器(2)含有AD接口电路(21)，还含有由微处理器运行的分析诊断系统(22);各 传感器的输出信号(Nl、 N2、 El、 E2、 J)分别接到故障信息处理器(2)的AD接口电 路(21)的对应输入端(Nl、 N2、 El、 E2、 J)，并由故障信息处理器的分析诊断系统(22) 中的软件按照公式NZ=[(N2-El)- (E2-Nl) ]/2 (1)计算塔架相对于其对称中心0的扭 振信号；按照公式nl=Nl+E2+NZ (2)和公式el=El+N2-NZ (3)计算塔架整体真实的横向 振动按照公式y二el conj+nl sinj (4)计算塔架横向振动在受力方向Y轴的振动分量； 按照公式P-el sinj+nl conj (5)塔架横向振动在Y轴的正交方向X轴(与Y垂直向右) 的振动分量；并且根据传感器(Nl、 N2)的信息及计算式F= tg(Nl/N2) (6-1)、根据传 感器(El、 E2)的信息及计算式F= tg—、E2/E1) (6-2)计算获取塔架的倾斜的主方位角； 根据传感器(Nl、 N2)的信息及计算式Q=sin—'((2NlN2sin2F)。'5/g ) (7-1)、根据传感器(El、 E2)的信息及计算式(^sin—'((2ElE2sin2Fr7g ) (7-2)获得塔架的倾斜的主倾斜 角。3、 根据权利要求1或2或3所述的风力发电机塔架运行状态监控装置，其特征在于: 所述故障信息处理器(2)还含有实现相对地理坐标N、 E的N轴方向的振动加速度Jnl、 E轴方向的振动加速度Jel以及相对塔架对称中心的垂直线的扭转振动加速度JNZ分离的，并将对应的加速度信号JNZ、 Jnl、 Jel运算为振幅的分离运算器(23);传感器加速度 信号(Nl、 N2、 El、 E2)接到分离运算器(23)的输入端(Nl、 N2、 El、 E2)，分离运 算器输出的振幅信号NZ、 nl、 el接到故障信息处理器的AD接口对应的NZ、 nl、 el信 号输入端；AD接口电路(21)将采集得到的信息(Nl、 N2、 El、 E2、 J、 nl、 el、 NZ) 送到分析诊断系统(22)进行故障诊断。4、 根据权利要求3所述的风力发电机塔架运行状态监控装置，其特征在于所述分 离运算器(23)含有按照计算式NZ=[(N2-E1)- (E2-N1) ]/2计算扭转振动的运算器(31)、 按照计算式nl-Nl+E2+NZ计算N方向振动的运算器(32)，按照计算式el=El+N2-NZ计 算E方向振动的运算器(33)，以及对NZ、 nl、 el对应的加速度振动信号运算为振幅信号 的重积分器(34、 35、 36); Nl、 N2、 El、 E2传感器的输出信号接到按公式NZ=[(N2-E1)-(E2-N1) ]/2设计的运算器(31)的输入端(Nl、 N2、 El、 E2)，运算器(31)的输出端 JNZ接到重积分器(34)的输入端JNZ，重积分器(34)的输出端NZ输出振幅信号NZ; 传感器(Nl、 E2)的信号接到按公式nl=Nl+E2+NZ设计的运算器(32)的输入端N1、 E2，运算器(31)的输出端JNZ接到运算器(32)的输入端JNZ,运算器(32)的输出端 Jnl的输出信号Jnl接到重积分器(35)的输入端Jnl，重积分器(35)的输出端nl输出 振幅信号nl;传感器N2、 El的信号接到按公式el=El+N2-NZ设计的运算器(33)的输 入端N2、 El，运算器(31)的输出端JNZ接到运算器(33)的输入端JNZ，运算器(33) 的输出端Jel输出的Jel信号接到重积分器(36)的输入端Jel，重积分器(36)的输出端 el输出振幅信号el。5、 根据权利要求4所述的风力发电机塔架运行状态监控装置，其特征在于按照公式 NZ呵(N2-El)-(E2-Nl)]/2设计的运算器(31)含有运放(OPl-l OPl-3)、电阻器(R1 R10)， 其中电阻器R1-R2-2R3， R4=R5=2R6， R7=R8， R9=R10;并且N1信号接到电阻器(Rl) 的一端，电阻器R1的另一端接运放(0P1-1)的负输入端，N2信号接电阻器(R2)的一 端，电阻器(R2)的另一端接运放(OP1-1)的副输入端，运放(0P1-1)的输出端与...

【专利技术属性】
技术研发人员：唐德尧，
申请(专利权)人：唐德尧，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]