CN104963928A - 一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统 - Google Patents

一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统，包括依次连接的螺栓、两端各设置有垫片的传感器(或无垫片)、风力发电机的部件、垫圈、螺纹环、螺母、感应传输装置、PLC数据采集器、数据传输装置、服务器、终端。用户通过本系统的终端可以实时监控风力发电机螺栓预紧力的具体数据所处的状态,进而判断风力发电机螺栓是否需要进行维护。通过本发明的机械结构设计使风力发电机螺栓预紧力在最初安装时就更加精确并实现防松功能，然后通过实时监控系统，仅在系统显示风力发电机机螺栓预紧力接近失效警示值或达到失效警示值时才对其进行人工维护，从而大大减少风力发电机螺栓人工维护的次数。

Description

一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统
技术领域
本发明涉及一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统，尤其是一种通过扭矩或拉伸等传统方法就能精确地拧紧风力发电机上的螺栓,并使螺母相对不容易松动起到防松作用，使螺栓上的预紧力能够相对保持在一定安全范围内(螺栓预紧力没有失效的范围内),螺栓预紧力所处的状态通过传感器经过PLC数据采集器转换为数据可以实时传输到服务器(电脑或云端)，用户通过终端(PC、平板电脑或智能移动)可通过互联网实时监控风力发电机上的螺栓预紧力所处状态的数据的系统。
背景技术
风力发电机是由多节塔筒、机舱和叶片等大型部件组成，每个部件的装配均使用大量的螺栓相互连接。螺栓连接也是机械行业中常用的一种连接方式，很多重型设备为方便拆卸和维修，机械零部件连接均大量采用螺栓连接。现有的风力发电机螺栓连接通常会使用传统的普通螺纹螺母进行锁紧，通过扭矩或拉伸等传统的拧紧方法来紧固风力发电机的法兰、轴承圈，轴承座等需要连接部件的螺母。通过扭矩或拉伸等传统拧紧方法将普通螺纹的螺母锁紧，由于位于同一部位不同位置的螺母与风力发电机的部件(法兰、轴承圈或其他需要连接部件)接触面的摩擦力是不均匀的，扭矩转换成螺栓预紧力后会造成很大的误差；而这种误差的存在，会使风力发电机等大型机械设备部件连接容易产生松动，螺栓预紧力无法始终保持原先设备工业设计时的要求，因此可能会发生风力发电机倒塌，石油石化设备漏气、漏油等严重的生产安全事故。
由于目前风力发电机的连接螺栓容易松动并且没有实现实时监控，其风力发电机的连接螺栓完全处于失控的状态下。风力发电企业为了提高风力发电机的运行安全性，通常采取的方法是每3个月、半年或一年派专业的机械工程师带上专业的螺栓拧紧设备(扭矩或拉伸的螺栓拧紧设备)，爬到每台风力发电机上面对相关螺栓螺母进行逐个检查，行业内称为风力发电机螺栓定维。在风力发电机螺栓定维工作中，检查每台风力发电机螺栓是否松动，需要花费3个工程师1天的时间。为了确保工程师作业时的安全，在风力发电机螺栓定维工作时，风力发电机必需停止发电，这将减少风力发电机机的发电量，造成损失。风力发电机企业每年需要在螺栓预紧力定期维护工作上，在人工，购买或租赁检查螺栓是否松动的设备，因停机造成的风电量减少等方面花费巨大。
风力发电及螺栓连接的精确紧固并防松及监测的问题，已经成为我国新能源、重型装备业发展的一个瓶颈，并严重影响我们风机智能化水平向更高台阶发展的能力。
发明内容
为克服上述已有技术的不足，本发明提供了一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统。
具体技术方案如下：
一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统，所述系统包括依次连接的螺栓、传感器、风力发电机部件、垫圈、螺纹环、螺母；
所述传感器两端可设有垫片或没有垫片；
所述传感器上连接有感应传输线或无线传输装置并通过该感应传输线或无线传输装置连接PLC数据采集器，所述PLC数据采集器与服务器(电脑或云端)相连，所述服务器(电脑或云端)与智能终端连接。
所述垫圈靠近所述风力发电机部件一侧具有与所述发电机部件的表面啮合的端面齿。
所述垫圈内部具有内花键齿，所述螺纹环具有微小外花键，所述内花键齿与所述微小外花键相互配合。
所述风力发电机的部件包括法兰、轴承圈、轴承座或其他需要连接的部件。
所述传感器是独立的环形传感器，或为与螺栓一体设置的传感器。
所述螺栓一端是螺钉头、另一端是配合螺母的螺纹；或者，所述螺栓的两端都是配合螺母的螺纹，用螺母旋在所述螺栓一端的螺纹上替代螺钉头。
所述PLC数据采集器的数据传输和存储的时间点和时间长度根据需求进行设置。
在螺母被扭矩或拉力等传统螺栓拧紧方法作用下，螺栓将产生预紧力，当螺栓在受力的情况下，垫圈端面齿将与风力发电机的相关部件(法兰、轴承圈、轴承座或其他需要连接的部件)的表面会啮合，使之不会产生相对转动，垫圈的另外一个表面为精度相对较高的加工平面与螺母接触，使螺母与垫圈的摩擦力相对均匀，进而使使用扭矩或拉伸等传统的螺栓拧紧方法能够使螺栓产生精确的预紧力。由于垫圈与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)啮合且不会转动，而螺纹环又通过内外花键与垫圈配合，所以螺纹环也不会相互转动，只能沿着垫圈内花键上下位移，螺纹环与螺栓通过螺纹啮合，当螺栓被螺母拧紧拉伸后由于螺纹环不会转动而被迫不能转动，只能向上位移。当螺母拧紧后与垫圈、螺纹环形成双螺母效果起到保持螺栓预紧力，起到防松的作用。螺母与螺栓头把垫片，传感器，风力发电机的部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)，垫圈，螺纹环都夹在中间，传感器得到的压力等于螺栓上的预紧力，传感器的形变通过感应传输线(或无线)连接到PLC数据采集器转换为数据，PLC数据采集器通过数据传输线(或无线)把数据传输到服务器(电脑或云端)，用户通过终端(PC、平板电脑或智能移动)可以实时监控风力发电机螺栓预紧力具体数据所处的状态，进而判断螺栓是否需要进行维护。
通过本发明的机械结构设计使风力发电机螺栓预紧力在最初安装时就更加精确并实现防松功能，然后通过实时监控系统，仅在系统显示风力发电机机螺栓预紧力接近失效警示值或达到失效警示值时才对其进行人工维护，从而大大减少风力发电机螺栓人工维护的次数，达到大大减少风力发电机螺栓定期维护的费用。
进一步，所述系统，可以应用在风力发电机的螺栓上，也可以应用在拥有类似螺栓的其他行业的设备上。
进一步，所述垫圈拥有内花键，其中一个表面有端面齿或其他类似能使其与接触部件表面啮合功能的其他形状，另一表面为相对平整的加工平面。
进一步，所述传感器感应到的形变可以通过有线或无线的方式传输给PLC数据采集器。
进一步，所述PLC数据采集器转换得到数据可以通过有线或无线的方式传输给服务器(电脑或云端)。
进一步，所述服务器(电脑或云端)上的数据可以通过有线或无线或互联网的方式传输给终端(PC、平板电脑或智能移动)。
本发明的有益效果在于：通过本发明的机械结构设计，使风力发电机螺栓在通过扭矩或拉伸等传统的螺栓拧紧方法就获得精确的预紧力并实现防松功能，通过传感器和互联网技术使得用户可以对风力发电机螺栓预紧力进行实时的掌握和监控，进而判断风力发电机螺栓是否需要进行维护。在监测到螺栓预紧力处于相对安全的区域时，则不需要派专业工程师对螺栓进行检查和维护，并可以通过螺栓预紧力变化趋势等数据进行分析，做到在螺栓预紧力达到危险值前，提前安排螺栓维护，避免安全事故的发生。全面做到仅在系统显示风力发电机机螺栓预紧力接近失效警示值或达到失效警示值时才对其进行人工维护，从而大大减少风力发电机螺栓人工维护的次数，达到大大减少风力发电机螺栓定期维护的费用。
本发明每年可为风力发电企业，尤其是海上风力发电企业节约大量的螺栓定检和维护的费用，提高发电时间，提高风力发电机运行可靠性和安全性；可以通过结合螺栓预紧力的数据和风力发电机的其他数据进行大数据分析，找出相关性，进而优化风力发电机的设计。
附图说明
图1为实施例1的系统的传感器面视角示意图；
图2为实施例1的系统的垫圈、螺母面视角示意图；
图3为实施例1的系统带传感器的螺栓连接部分的分解示意图；
图4为实施例1的系统带传感器的螺栓连接部分的剖视图；
图5为实施例1的系统不带传感器的螺栓连接部分的分解示意图；
图6为实施例1的系统不带传感器的螺栓连接部分的剖视图；
图7为实施例1的系统的垫圈的截面图。
标号说明：
1螺栓；2垫片；3传感器；4风力发电机的部件；
5螺纹环；6垫圈；7螺母；8感应传输线(或无线)；
9PLC数据采集器；10数据传输线(或无线)；
11服务器(电脑或云端)；12互联网连接线12(或无线)
13终端(PC、平板电脑或智能移动等)。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1
请参阅图1、2、3，本实施例的系统包括：螺栓1、垫片2、传感器3、风力发电机的部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4、螺纹环5、垫圈6、螺母7、感应传输线(或无线)8、PLC数据采集器9、数据传输线(或无线)10、服务器(电脑或云端)11、终端(PC、平板电脑或智能移动)12。垫片2设置在传感器3的两侧，与传感器3一起套在螺栓1上，螺栓1穿过风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4，把传感器3和垫片2压在螺栓头1和风力发电机的相关部件(法兰、轴承圈、轴承座等)4其中一个表面之间，垫圈6其中一个表面具有端面齿与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4另一个表面接触，在螺栓1受力的情况下与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4的表面啮合且不会产生相对转动，垫圈6的另外一个表面为精度相对较高的加工平面与螺母7接触，垫圈6内部有一个内花键齿，与螺纹环5的微小外花键配合。由于垫圈6与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4啮合且不会转动，而螺纹环5又通过内外花键与垫圈6配合，所以螺纹环5也不会相互转动，只能沿着垫圈6内花键上下位移，螺纹环5与螺栓1通过螺纹啮合，当螺栓1被螺母7拧紧拉伸后由于螺纹环5不会转动而被迫不能转动，只能向上位移，当螺母7拧紧后与垫圈6、螺纹环5形成双螺母效果起到保持螺栓1预紧力的防松作用，螺母7与螺栓头1把垫片2，传感器3，风力发电机的部件(法兰、轴承圈、轴承座等)4，垫圈6，螺纹环5都夹在中间，传感器3得到的压力等于螺栓1上的预紧力，传感器3的形变通过感应传输线8(或无线)连接到PLC数据采集器9转换为数据，PLC数据采集器9通过数据传输线10(或无线)把数据传输到服务器(电脑或云端)11，互联网连接线12(或无线)，用户通过终端13(PC、平板电脑或智能移动等)可以实时监控风力发电机螺栓预紧力具体数据所处的状态。
请参阅附图4、图5，螺栓1穿过风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4和垫圈6，垫圈6其中一个表面具有端面齿与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4另一个表面接触，在螺栓1受力的情况下与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4的表面啮合且不会产生相对转动，垫圈6的另外一个表面为精度相对较高的加工平面与螺母7接触，垫圈6内部有一个内花键齿，与螺纹环5的微小外花键配合，由于垫圈6与风力发电机的相关部件(法兰或轴承圈或其他需要连接的部件)4啮合且不会转动，而螺纹环5又通过内外花键与垫圈6配合，所以螺纹环5也不会相互转动，只能沿着垫圈6内花键上下位移，螺纹环5与螺栓1通过螺纹啮合，当螺栓1被螺母7拧紧拉伸后由于螺纹环5不会转动而被迫不能转动，只能向上位移，当螺母7拧紧后与垫圈6、螺纹环5形成双螺母效果起到保持螺栓1预紧力的防松作用可以风力发电机螺栓预紧力具体数据保持在安全状态下。
图6为本实施例的不带传感器的螺栓连接部分剖视图。
图7为本实施例的螺栓预紧力保持并实时监测的系统的垫圈端部截面图。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明的实施范围。任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更改与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所界定范围为准。

Claims (7)

1.一种减少风力发电机螺栓定期维护次数的系统，其特征在于，所述系统包括依次连接的螺栓、传感器、风力发电机部件、垫圈、螺纹环、螺母；
所述传感器两端可设有垫片或没有垫片；
所述传感器上连接有感应传输线或无线传输装置并通过该感应传输线或无线传输装置连接PLC数据采集器，所述PLC数据采集器与电脑或云端服务器相连，所述电脑或云端服务器与智能终端连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述垫圈靠近所述风力发电机部件一侧具有与所述发电机部件的表面啮合的端面齿。
3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述垫圈内部具有内花键齿，所述螺纹环具有微小的外花键，所述内花键齿与所述微小的外花键相互配合。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述风力发电机的部件包括法兰、轴承圈或轴承座。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述传感器是独立的环形传感器，或为与螺栓一体设置的传感器。
6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述螺栓一端是螺钉头、另一端是配合螺母的螺纹；或者，所述螺栓的两端都是配合螺母的螺纹，用螺母旋在所述螺栓一端的螺纹上替代螺钉头。
7.根据权利要求1或5所述的系统，其特征在于，所述PLC数据采集器的数据传输和存储的时间点和时间长度根据需求进行设置。
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