CN109737923A - 一种风力发电机塔筒垂直度检测方法 - Google Patents

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彭喜林
杨青松
李红
查海林
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Abstract

本发明公开了一种风力发电机塔筒垂直度检测方法，包括以下步骤：步骤一，测量不同高度处塔壁对应的圆周坐标和高程值；步骤二，计算不同高度处对应的圆心坐标和高程值；步骤三，计算不同高度处相对于塔筒底部的圆心偏差△d和高度偏差△H；步骤四，对于某一个高度，圆心偏差除以高度偏差得到的商即为塔筒在该高度的倾斜率。本发明不受基台稳定性影响，可直接获取塔筒自身的垂直情况，且外业效率高、劳动强度低、精度高、可靠性强、成本低。

Description

一种风力发电机塔筒垂直度检测方法
技术领域
本发明特别涉及一种风力发电机塔筒垂直度检测方法。
背景技术
风力发电机塔筒为为底部半径大、顶部半径小的圆台，一般高度为55m～80m，也有超过100m甚至140m的超高塔筒。为保障风力发电机安全运行，塔筒安装时应保证其具有较好的垂直状态，且在运行过程中应对其垂直度进行检测(倾斜率一般要求小于3‰)。
目前，风力发电机塔筒检测主要通过水准测量和自动监测等技术。
水准测量是以塔筒与基台(即风机平台，利用混凝土将安装环浇筑在山体中形成的平台)紧密连接形成刚体为前提，一般在基台上沿主风向和其垂直方向布设2对水准标志(AC、BD，其距离分别为LAC、LBD)，采用水准测量的方法获取水准标志之间的高差变化(hAC、hBD)，计算倾斜率(分别为hAC/LAC和hBD/LBD)，进而判断塔筒的垂直度。水准测量方法简单易行、精度高、成本较低，但劳动强度大，且当塔筒和基台之间出现松动即塔筒与基台非为刚体时，该方法无效。
自动监测是在塔筒不同位置(一般在塔底、中部、顶部)安装传感器(如倾斜仪)，自动测取塔筒不同位置的倾斜率，进而判断塔筒的垂直度。该方法自动化程度高，可长期连续观测，但成本高，且受振动等其他因素影响，容易出现错判或漏判；尤其是塔筒初始垂直度不清楚的情况下，更容易出现错判。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种风力发电机塔筒垂直度检测方法，不受基台稳定性影响，可直接获取塔筒自身的垂直情况，且外业效率高、劳动强度低、精度高、可靠性强、成本低。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一，测定不同高度处塔壁对应的圆周坐标和高程值；
步骤二，计算不同高度处对应的圆心坐标和高程值；
步骤三，计算不同高度处相对于塔筒底部的圆心偏差△d和高度偏差△H；
步骤四，对于某一个高度，圆心偏差除以高度偏差得到的商即为塔筒在该高度的倾斜率。
作为一种优选方式，步骤一中包括：测量塔筒底部塔壁圆周坐标TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、和对应的高程值HBi(i＝1,2,...l)，测量塔筒中部塔壁圆周坐标TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)和对应的高程值HMj(j＝1,2,...m)，测量塔筒顶部塔壁圆周坐标TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)和对应的高程值HTk(k＝1,2,...n)，其中l、n、m为整数；
步骤二中包括：利用TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、HBi(i＝1,2,...l)计算塔筒底部对应的圆心坐标Ob(xy)和相应的高程值HB；利用TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)、HMj(j＝1,2,...m)计算塔筒中部对应的圆心坐标Om(xy)和相应的高程值HM；利用TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)、HTk(k＝1,2,...n)计算塔筒顶部对应的圆心坐标Ot(xy)和相应的高程值HT；
步骤三中包括：计算塔筒中部相对于塔筒底部的圆心偏差△dm和高度偏差△Hm，其中，△dm＝|Om(xy)Ob(xy)|、△Hm＝(HM-HB)；计算塔筒顶部相对于塔筒底部的圆心偏差△dt和高度偏差△Ht，其中，△dt＝|Ot(xy)Ob(xy)|、△Ht＝(HT-HB)；
步骤四中包括：计算塔筒中部的倾斜率：ρm＝△dm/△Hm；计算塔筒顶部的倾斜率：ρt＝△dt/△Ht。
作为一种优选方式，所述步骤二中，圆心坐标采用数值拟合方法计算。
作为一种优选方式，所述步骤二中，高程值采用平均值法计算。
作为一种优选方式，所述步骤二中，l、n、m的取值范围均为15～30。
作为一种优选方式，所述步骤一中利用全站仪进行测量。
与现有技术相比，本发明利用全站仪获取塔筒不同高度(一般包括塔底、中部、顶部等三个位置)塔壁圆周坐标，采用数据拟合获取相应的圆心坐标，利用圆心坐标计算倾斜率，进而判断塔筒的倾斜情况即垂直度；不受基台稳定性影响，可直接获取塔筒自身的垂直情况，且外业效率高、劳动强度低、精度高、可靠性强、成本低。
附图说明
图1为本发明原理图。
具体实施方式
本发明基本原理是：获取塔筒不同高度的圆心O，计算其相对塔筒底部圆心Ob的水平偏差△d和相对高差△H、则对应的倾斜率为△d/△H；其中，塔筒某一高度处的圆心O和其对应的高程用全站仪方法获得：利用全站仪测量塔筒不同高度的高程值及相应塔壁外侧圆周坐标，一般选择塔底(Ob)、中部(Om)和塔顶(Ot))三个位置，每个位置在同一高度处沿塔筒外壁圆周按一定间隔测定若干个点(简称测点)，获取各测点的坐标值和高程值，各测点的坐标应在同一坐标系统下；然后利用测点坐标计算对应的塔壁圆周圆心的坐标值和高程值；进而计算不同高度处圆心相对塔筒底部圆心的水平偏差和高程差，计算对应高度处的塔筒倾斜率，进而确定塔筒的垂直度。
参见表1、表2、表3和图1。表1、表2和表3为某塔筒底部、中部、顶部塔壁圆周坐标、对应的圆心坐标和相应的倾斜率；图1为塔筒底部、中部、顶部塔壁圆周水平投影及圆心位置示意图。
风力发电机塔筒垂直度检测方法包括以下步骤：
步骤一，测定不同高度处塔壁对应的圆周坐标和高程值；
步骤二，计算不同高度处对应的圆心坐标和高程值；
步骤三，计算不同高度处相对于塔筒底部的圆心偏差(水平偏差)△d和高度偏差(相对高差)△H；
步骤四，对于某一个高度，圆心偏差除以高度偏差得到的商即为塔筒在该高度的倾斜率。
因塔筒倾斜为一个小角度，则其倾斜率可按ρ＝△d/△H计算。可根据需要，计算塔筒不同高度(位置)处的倾斜率。利用倾斜率ρ，即可说明风机塔筒垂直度情况，该意可表示为某高度处塔筒倾斜率为ρ或塔筒与水平面不垂直且偏差为ρ。
优选地，步骤一中包括：
测量塔筒底部塔壁圆周坐标TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、和对应的高程值HBi(i＝1,2,...l)，
测量塔筒中部塔壁圆周坐标TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)和对应的高程值HMj(j＝1,2,...m)，
测量塔筒顶部塔壁圆周坐标TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)和对应的高程值HTk(k＝1,2,...n)，
其中l、n、m为整数；
步骤二中包括：
利用TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、HBi(i＝1,2,...l)计算塔筒底部对应的圆心坐标Ob(xy)和相应的高程值HB；
利用TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)、HMj(j＝1,2,...m)计算塔筒中部对应的圆心坐标Om(xy)和相应的高程值HM；
利用TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)、HTk(k＝1,2,...n)计算塔筒顶部对应的圆心坐标Ot(xy)和相应的高程值HT；
步骤三中包括：
计算塔筒中部相对于塔筒底部的圆心偏差△dm和高度偏差△Hm，其中，△dm＝|Om(xy)Ob(xy)|、△Hm＝(HM-HB)；
计算塔筒顶部相对于塔筒底部的圆心偏差△dt和高度偏差△Ht，其中，△dt＝|Ot(xy)Ob(xy)|、△Ht＝(HT-HB)；
步骤四中包括：
计算塔筒中部的倾斜率：ρm＝△dm/△Hm；
计算塔筒顶部的倾斜率：ρt＝△dt/△Ht。
所述步骤二中，圆心坐标采用数值拟合方法计算。高程值采用平均值法计算。l、n、m的取值范围均为15～30。
所述步骤一中利用全站仪进行测量。
表1
表2
表3
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是局限性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一，测量不同高度处塔壁对应的圆周坐标和高程值；
步骤二，计算不同高度处对应的圆心坐标和高程值；
步骤三，计算不同高度处相对于塔筒底部的圆心偏差△d和高度偏差△H；
步骤四，对于某一个高度，圆心偏差除以高度偏差得到的商即为塔筒在该高度的倾斜率。
2.如权利要求1所述的风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，
步骤一中包括：
测量塔筒底部塔壁圆周坐标TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、和对应的高程值HBi(i＝1,2,...l)，
测量塔筒中部塔壁圆周坐标TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)和对应的高程值HMj(j＝1,2,...m)，
测量塔筒顶部塔壁圆周坐标TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)和对应的高程值HTk(k＝1,2,...n)，
其中l、n、m为整数；
步骤二中包括：
利用TBi(xiyi)(i＝1,2,...l)、HBi(i＝1,2,...l)计算塔筒底部对应的圆心坐标Ob(xy)和相应的高程值HB；
利用TMj(xjyj)(j＝1,2,...m)、HMj(j＝1,2,...m)计算塔筒中部对应的圆心坐标Om(xy)和相应的高程值HM；
利用TTk(xkyk)(k＝1,2,...n)、HTk(k＝1,2,...n)计算塔筒顶部对应的圆心坐标Ot(xy)和相应的高程值HT；
步骤三中包括：
计算塔筒中部相对于塔筒底部的圆心偏差△dm和高度偏差△Hm，其中，△dm＝|Om(xy)Ob(xy)|、△Hm＝(HM-HB)；
计算塔筒顶部相对于塔筒底部的圆心偏差△dt和高度偏差△Ht，其中，△dt＝|Ot(xy)Ob(xy)|、△Ht＝(HT-HB)；
步骤四中包括：
计算塔筒中部的倾斜率：ρm＝△dm/△Hm；
计算塔筒顶部的倾斜率：ρt＝△dt/△Ht。
3.如权利要求2所述的风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤二中，圆心坐标采用数值拟合方法计算。
4.如权利要求2所述的风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤二中，高程值采用平均值法计算。
5.如权利要求2所述的风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤二中，l、n、m的取值范围均为15～30。
6.如权利要求2所述的风力发电机塔筒垂直度检测方法，其特征在于，所述步骤一中利用全站仪进行测量。
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