CN107121118B - 一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法，包括如下步骤：1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；2)控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个初始参考静态刚度圆，获取每个初始参考静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01、半径R1和圆心02、半径R2；3)此时的圆心01和圆心02的矢量差即为安装后的塔筒的同轴度和垂直度；4)当检修或者验收时，控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的倾角数据进行数据拟合。

Description

一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法

技术领域

本发明涉及风电塔筒领域，特别涉及一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法。

背景技术

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化，零部件失效以及地基沉降等因素的影响，发生倾斜。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，需要对风电机组基础沉降及塔筒安全进行实时检测，而如何通过获得的塔筒倾斜数据来评价塔筒结构是否安全健康，这一直没有一个很好的解决办法。

目前，使用固定的倾斜率(一个经验值，来源于标准)作为塔筒倾斜的报警，各厂家机型风机塔筒的高度，塔筒内壁厚度都不一样，导致各种类型的塔筒的刚度不相同，使用一个固定的倾斜率对不同种类塔筒作为评判标准，不能做到精准报警。目前无法得知塔筒初始安装的倾斜率，塔筒结构的实际刚度特性，塔筒法兰螺栓连接是否松动，塔筒结构是否有损伤等。

针对目前还没有一种能够检测静态时候(即检修时候或安装后验收时候)风电机组塔筒结构安全的方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种风电机组塔筒结构安全静态分析方法，以解决上述问题。

本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；

2)控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个初始参考静态刚度圆，获取每个初始参考静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01、半径R1和圆心02、半径R2；

3)此时的圆心01和圆心02的矢量差即为安装后的塔筒的同轴度和垂直度；

4)当检修或者验收时，控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的倾角数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆，获取每个当前静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01’、半径R1’和圆心02’、半径R2’，

将圆心01、半径R1与圆心01’、半径R1’对比，

4.1)如果当前圆心01’偏离初始圆心01，可判定为以下情况中的至少一种：

a、可判断塔筒出现变形，圆心01与圆心01’的矢量差为偏离大小，即为变形的程度，

b、塔基出现不均匀沉降；

4.2)如当前圆半径R1’比初始圆半径R1大，可判定为以下情况中的至少一种：

c、塔基松动不牢固；

d、塔筒刚度变弱；

4.3)当双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆,当前静态刚度圆在某个圆弧边外围具有较多个数据点较大偏离圆弧时，可判断塔筒360°刚度不均匀，此方向的刚度较弱，导致此方向刚度较弱，是塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹造成。

由于采用了如上的技术方案，本发明通过双轴动态倾角传感器获得的数据拟合刚度圆的方法，能够快速检测到安装后的塔筒的同轴度和垂直度；而且还能在检修或者验收时，快速检测出可判断塔筒出现变形、塔基出现不均匀沉降、塔基松动不牢固、塔筒刚度变弱、塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明一种实施例的塔筒在静态时的受力分析图。

图2是本发明一种实施例其中一个静态刚度圆的拟合示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

在对本发明进行描述之前，先对风力机组塔筒结构进行分析，结合图1和图2所示，由于塔筒100为圆筒结构，所以塔筒100的360°各方向的刚度EI相等的。根据风力机组静态受力分析，在风机110停止顺桨时，环境风速未达到风机切入风速的低风速状态下，风机塔筒的受力可简化为塔筒100自身固有重力G与由于机舱和塔筒重心偏离而产生的固定力矩M。

固定力矩M会让塔筒产生挠角Θ。机舱120可旋转360°，根据公式挠角Θ＝M*H/EI，H为塔筒高度，由于M,H为固定值，塔筒360°各方向的刚度EI相等。所以机舱120旋转360°，Θ矢量的模相等。相当于塔筒旋转一周塔顶倾角轨迹为一个圆，这个圆命名为静态刚度圆，其中圆心为塔筒安装的初始倾斜，圆半径为力矩M所产生的挠角。

基于上述固有的客观情况，以下对本发明进行描述。

一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法，包括如下步骤：

1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；

2)控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个初始参考静态刚度圆，获取每个初始参考静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01、半径R1和圆心02、半径R2；

3)此时的圆心01和圆心02的矢量差即为安装后的塔筒的同轴度和垂直度；

4)当检修或者验收时，控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的倾角数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆，获取每个当前静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01’、半径R1’和圆心02’、半径R2’，

将圆心01、半径R1与圆心01’、半径R1’对比，

4.1)如果当前圆心01’偏离初始圆心01，可判定为以下情况中的至少一种：

a、可判断塔筒出现变形，圆心01与圆心01’的矢量差为偏离大小，即为变形的程度，

b、塔基出现不均匀沉降；

4.2)如当前圆半径R1’比初始圆半径R1大，可判定为以下情况中的至少一种：

c、塔基松动不牢固；

d、塔筒刚度变弱；

4.3)当双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆，当前静态刚度圆在某个圆弧边外围具有较多个数据点较大偏离圆弧时，可判断塔筒360°刚度不均匀，此方向的刚度较弱，导致此方向刚度较弱，是塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹造成。

本发明通过双轴动态倾角传感器获得的数据拟合刚度圆的方法，能够快速检测到安装后的塔筒的同轴度和垂直度；而且还能在检修或者验收时，快速检测出可判断塔筒出现变形、塔基出现不均匀沉降、塔基松动不牢固、塔筒刚度变弱、塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹等问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种风电机组塔筒静态刚度圆分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；

2)控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个初始参考静态刚度圆，获取每个初始参考静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01、半径R1和圆心02、半径R2；

3)此时的圆心01和圆心02的矢量差即为安装后的塔筒的同轴度和垂直度；

4)当检修或者验收时，控制风机绕塔筒顶端偏航旋转一周，分别对两个双轴动态倾角传感器所获得的倾角数据进行数据拟合，每个双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆，获取每个当前静态刚度圆的圆心和半径，即可得到两组拟合数据：圆心01’、半径R1’和圆心02’、半径R2’，

将圆心01、半径R1与圆心01’、半径R1’对比，

4.1)如果当前圆心01’偏离初始圆心01，可判定为以下情况中的至少一种：

a、可判断塔筒出现变形，圆心01与圆心01’的矢量差的模为偏离大小，即为变形的程度，

b、塔基出现不均匀沉降；

4.2)如当前圆半径R1’比初始圆半径R1大，可判定为以下情况中的至少一种：

c、塔基松动不牢固；

d、塔筒刚度变弱；

4.3)当双轴动态倾角传感器拟合出一个当前静态刚度圆,当前静态刚度圆在某个圆弧边外围具有较多个数据点较大偏离圆弧时，可判断塔筒360°刚度不均匀，此方向的刚度较弱，导致此方向刚度较弱，是塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹造成。