CN110388951B - 一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风力发电机组螺栓松动监测装置，包括一组以上的检测组件，各检测组件均包括安装于风力发电机组叶根螺栓或塔筒螺栓上并随螺栓同步转动的激光发射组件、激光接收组件和多个激光反射组件；激光发射组件沿预定方向发出激光，经多个激光反射组件依次反射后形成检测光路，激光接收组件以是否接收到激光来判断检测光路上的螺栓是否松脱转动。本发明还公开了一种监测方法，包括以下步骤：S01、激光发射组件发出激光，依次经各激光反射组件进行反射并形成检测光路；S02、当激光接收组件接收到激光，则判断检测光路上的螺栓未松动；否则判断螺栓松动。本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置及方法均具有检测及时、精准可靠等优点。

Description

一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法

技术领域

本发明主要涉及风力发电技术领域，特指一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法。

背景技术

风电机组叶根螺栓联接和塔筒螺栓联接均呈均布式圆周分布，螺栓联接失效的方式常为螺母松脱或螺杆断裂导致的螺母掉落。风电机组塔筒螺栓联接失效可能会导致塔筒倾覆，叶根螺栓联接失效可能会导致叶片掉落，对风电机组均造成严重损失。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单、检测精准可靠的风力发电机组螺栓松动监测装置及方法。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种风力发电机组螺栓松动监测装置，包括一组以上的检测组件，各检测组件均包括激光发射组件、激光接收组件和多个激光反射组件，所述激光发射组件、激光接收组件和多个激光反射组件均安装于风力发电机组叶根螺栓或塔筒螺栓上并随螺栓同步转动；所述激光发射组件沿预定方向发出激光，经多个所述激光反射组件依次反射后形成检测光路，所述激光接收组件以是否接收到激光来判断检测光路上的螺栓是否松脱转动。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述激光发射组件包括第一支座和激光发射器，所述第一支座中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述激光发射器固定安装于所述第一支座的圆周侧。

所述第一支座的底部设置有第一环形托板，所述第一支座的上方设置有与第一环形托板相对应的第一环形上盖，所述第一支座的外周侧设置有第一环形围板；所述第一支座、第一环形上盖与第一环形围板之间围合形成用于容纳所述激光发射器的第一空腔，所述第一空腔上设有发射孔，所述激光发射器固定安装于所述第一空腔并朝向所述发射孔。

所述第一环形上盖通过粘贴方式或者紧固件固定在所述第一支座的上方，所述第一环形围板围合在所述第一支座的周侧并通过粘贴方式或者紧固件与所述第一环形上盖和第一支座连接。

所述第一支座为磁性第一支座。

所述磁性第一支座为带开关的电磁铁或永磁体。

所述激光接收组件包括第二支座和激光接收器，所述第二支座中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述激光接收器固定安装于所述第二支座的圆周侧。

所述第二支座的底部设置有第二环形托板，所述第二支座的上方设置有与第二环形托板相对应的第二环形上盖，所述第二支座的外周侧设置有第二环形围板；所述第二支座、第一环形上盖与第二环形围板之间围合形成用于容纳所述激光接收器的第二空腔，所述第二空腔上设有接收孔，所述激光接收器固定安装于所述第二空腔内并朝向所述接收孔。

所述第二环形上盖通过粘贴方式或者紧固件固定在所述第二支座的上方，所述第二环形围板围合在所述第二支座的周侧并通过粘贴方式或者紧固件与所述第二环形上盖和第二支座连接。

所述第二支座为磁性第二支座。

所述磁性第二支座为带开关的电磁铁或永磁体。

所述激光反射组件包括第三支座和反光片，所述第三支座中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述反光片安装于所述第三支座的外圆周侧。

所述反光片为弧形反光片，铺设于所述第三支座的外圆周侧，所述弧形反光片的弧长小于所述第三支座的外圆周长。

所述弧形反光片通过粘贴方式或紧固件紧固在所述第三支座的外圆周侧。

所述弧形反光片的弧长为第三支座的外圆周长的1/4～3/4。

所述弧形反光片的弧长为第三支座的半外圆周长。

所述反光片为平面反光片。

所述平面反光片通过粘贴方式或紧固件安装在第三支座的外圆周侧。

所述第三支座为磁性第三支座。

所述磁性第三支座为带开关的电磁铁或永磁体。

所述检测组件的数量为1～5组，覆盖所有的叶根螺栓或塔筒螺栓。

本发明还公开了一种基于如上所述的风力发电机组螺栓松动监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S01、各检测组件中的所述激光发射组件发出激光，经各激光反射组件依次进行反射，并形成检测光路；

S02、当所述激光接收组件接收到激光时，则判断检测光路上的螺栓未松脱转动；否则判断检测光路上的其中一个或多个螺栓松脱转动。

作为上述技术方案的进一步改进：

所述激光发射组件、激光反射组件和激光接收组件套设于螺栓的螺头上，并通过磁力吸附在螺头以及螺头下方的垫片上。

所述激光发射组件位于所述风力发电机组叶根或塔筒顶部的螺栓上，斜向下发出激光。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置及监控方法，通过在圆周分布的叶根螺栓或塔筒螺栓上安装激光发射组件、激光接收组件和多个激光反射组件，通过激光发射组件发射激光，并通过激光反射组件依次进行反射形成检测光路，再通过激光接收组件是否接收到激光来判断检测光路上的螺栓是否松脱转动；不仅仅结构简单、检测精准可靠，更重要的是能够第一时间检测出螺栓松脱而转动的情况，避免螺栓完全松脱而导致的重大安全事故。

本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置及监控方法，激光发射组件、激光接收组件和激光反射组件均直接套装在螺栓的螺头（螺母）上，安装方便；而且均通过磁力吸附在螺栓及垫片上，能够保证其安装的稳固性，从而提高检测的可靠性。

本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置及监控方法，激光反射组件上的反光片的弧长可调，从而能够调整螺栓旋转角度的检测阈值，从而可以针对不同的情况进行检测精度的调整。

本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置及监控方法，可以在同一圆周上的螺栓设置多套检测组件，尽量减少检测光路上的螺栓数量，从而提高检测的精度以及可靠性。

附图说明

图1为本发明在具体应用时的实施例图。

图2为本发明的激光发射组件的主视图。

图3为图2的B-B视图。

图4为本发明的激光发射组件的左视图。

图5为本发明的激光发射组件的俯视图。

图6为图5的A-A视图。

图7为本发明的激光接收组件的主视图。

图8为本发明的激光接收组件的B-B视图。

图9为本发明的激光接收组件的左视图。

图10为本发明的激光接收组件的俯视图。

图11为图10的A-A视图。

图12为本发明的激光反射组件的主视图。

图13为图12的B-B视图。

图14为本发明的激光反射组件的左视图。

图15为本发明的激光反射组件的俯视图。

图16为图15的A-A视图。

图中标号表示：1、激光发射组件；101、第一支座；1011、第一环形托板；102、第一环形上盖；103、第一环形围板；104、第一空腔；105、激光发射器；2、激光接收组件；201、第二支座；2011、第二环形托板；202、第二环形上盖；203、第二环形围板；204、第二空腔；205、激光接收器；3、激光反射组件；301、第三支座；302、反光片。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

如图1所示，本实施例的风力发电机组螺栓松动监测装置，包括一组以上的检测组件，每组检测组件包括一个激光发射组件1、一个激光接收组件2和多个激光反射组件3；其中激光发射组件1、激光接收组件2和多个激光反射组件3均安装于风力发电机组叶根螺栓或塔筒螺栓上并随螺栓同步转动，最终检测组件覆盖风力发电机组所有叶根螺栓或塔筒螺栓，其中叶根螺栓或塔筒螺栓呈圆周均匀分布；当螺栓未松动时，激光发射组件1沿初始方向发射的激光依次经各激光反射组件3反射后被激光接收组件2接收，其中激光经过的路线为检测光路；当安装激光发射组件1或者激光接收组件2的螺栓松动而旋转一定角度时，激光发射组件1或激光接收组件2发射或接收激光的角度发生变化，从而导致激光接收组件2接收不到激光；而当其它安装激光反射组件3螺栓松动而转动时，激光反射组件3同步转动，从而导致不能反射激光，激光不能沿既定的检测光路反射，激光接收组件2仍接收不到激光；因此，通过激光接收组件2是否接收到激光可判断检测光路上螺栓是否松脱旋转。本发明的风力发电机组螺栓松动监测装置，通过在圆周分布的螺栓上安装激光发射组件1、激光接收组件2和多个激光反射组件3，通过激光发射组件1发射激光以是否被激光接收组件2所接收来判断螺栓是否松脱转动，不仅结构简单，而且检测精准可靠，更重要的是能够第一时间检测出螺栓松脱而转动的情况，避免螺栓完全松脱而导致的重大安全事故。

如图2至图6所示，本实施例中，激光发射组件1包括第一支座101和激光发射器105，第一支座101的中间设有与螺栓的螺头（六边形的螺母）相匹配的内六边形通孔（当然，空腔的形状与螺母的形状相匹配，也可以为其它形状），即第一支座101可以随着松脱的螺母旋转而旋转，激光发射器105则固定安装于第一支座101的外圆周侧；具体地，第一支座101的整体为外圆内六边形的柱体，其底部设置有第一环形托板1011，第一支座101的上方设置有与第一环形托板1011相对应的第一环形上盖102，第一支座101的外周侧设置有第一环形围板103；第一支座101、第一环形上盖102与第一环形围板103之间围合形成用于容纳激光发射器105的第一空腔104，第一空腔104上设有发射孔（图3中C点），激光发射器105安装于第一空腔104内，并朝第一空腔104上预留的发射孔（图3中的C孔）向外以预设角度发射激光。具体地，第一环形上盖102通过粘贴方式固定在第一支座101的上方，第一环形围板103围合在第一支座101的周侧并通过粘贴方式与第一环形上盖102和第一支座101连接。当然，在其它实施例中，第一支座101、第一环形上盖102和第一环形围板103之间通过紧固件（如螺钉）进行连接。另外，第一支座101为磁性第一支座101（如带开关的电磁铁或永磁体），可以吸附在螺母及螺母下方的垫片上，保证安装的稳固性，避免掉落。其中第一环形上盖102和第一支座101均为轻质铝合金材质。

如图7至图11所示，本实施例中，激光接收组件2的结构同激光发射组件1类似，具体包括第二支座201和激光接收器205，第二支座201的中间设有与螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，即第二支座201可以随着松脱的螺母旋转而旋转，其中第二支座201的整体为外圆内六边形的柱体，激光接收器205安装于第二支座201的外圆周侧；具体地，第二支座201的底部设置有第二环形托板2011，第二支座201的上方设置有与第二环形托板2011相对应的第二环形上盖202，第二支座201的外周侧设置有第二环形围板203；第二支座201、第一环形上盖102与第二环形围板203之间围合形成用于容纳激光接收器205的第二空腔204，第二空腔204内设有接收孔，激光接收器205安装于第二空腔204内并朝向接收孔以便于接收激光。具体地，第二环形上盖202通过粘贴方式固定在第二支座201的上方，第二环形围板203围合在第二支座201的周侧并通过粘贴方式与第二环形上盖202和第二支座201连接。当然，在其它实施例中，第二支座201、第二环形上盖202和第二环形围板203之间通过紧固件（如螺钉）进行连接。另外，第二支座201为磁性第二支座（如带开关的电磁铁或永磁体），可以吸附在螺母及螺母下方的垫片上，保证安装的稳固性，避免掉落。其中第二环形上盖202和第二支座201均为轻质铝合金材质。

如图12至图16所示，本实施例中，激光反射组件3包括第三支座301和反光片302，第三支座301的中部设有与螺栓相匹配的内六边形通孔，即第三支座301可以随着松脱的螺母旋转而旋转，其中第三支座301的整体为外圆内六边形的柱体，反光片302为弧形反光片，铺设于第三支座301的外圆周侧，反光片302的弧长为第三支座301的半圆周长（弧长为1/4～3/4外圆周长）。只有激光照射至弧形反光片上时，才能对激光起到一定的反射作用；而当螺母松动并转动时，弧形反光片302的同步转动，位置发生变化，激光照射至非反光片302的区域时，激光无法反射出去，整个检测光路就断了，激光接收器205则无法接收到激光信号。同理，第三支座301为磁性第三支座（如带开关的电磁铁或永磁体），可以吸附在螺母及螺母下方的垫片上。当然，可以适当调整弧形反光片302的弧长来调整其在第三支座301外圆周侧的覆盖区域，从而改变螺母松脱旋转角度的检测阈值。即弧形反光片302的弧长越短，在第三支座301上的覆盖区域越小，螺母即使旋转较小角度，激光就会照射到非反光片201的区域，从而导致激光接收器205接收不到激光。而当弧形反光片的弧长越长，在第三支座301上的覆盖区域越大（非覆盖区域越小），螺母旋转较大角度后，激光才会照射到非反光片302的区域，激光才不会被激光接收器205接收。当然，弧形反光片302也可以用平面反光片来代替，可以通过粘贴方式或紧固件紧固在第三支座301的外圆周侧。另外在一些特殊情况下，如果需要绕过螺栓之间的障碍物时，可以增加其它一些辅助的反光片调整其检测光路，保证检测的可操作性。

本实施例中，检测组件的数量为1～5组，可根据实际情况进行选择，其中检测组件的数量越多，单个检测光路上的螺栓越少，检测精度更高。

如图1所示，本发明还公开了一种基于如上所述的风力发电机组螺栓松动监测装置的监测方法，包括以下步骤：

S01、各检测组件中的激光发射组件1发出激光，依次经各激光反射组件3进行反射后形成检测光路；

S02、当激光接收组件2接收到激光时，则判断检测光路上的风力发电机组螺栓未松脱转动；否则判断螺栓松脱转动。

本实施例中，激光发射组件1安装于风力发电机组叶根或塔筒顶部的螺栓上，易于识别，从而提高检测操作的便利性。

下面结合一具体实施例对本发明的监测方法做进一步说明：

如图1所示，其中采用一组检测组件，即一个激光发射组件1、一个激光接收组件2和18个激光反射组件3；

由1#号位置处螺母加装的激光发射组件1将光束射向14#位置处螺母加装的激光反射组件3；

进而，反射至7#位置处螺母加装的激光反射组件3；

进而，反射至20#位置处螺母加装的激光反射组件3；

进而至13#→6 #→19#→12#→5#→18#→11#→4#→17#→10#→3#→16#→9#→2#→15#激光反射组件3；

最后，激光束被8#位置处螺母加装的激光接收器205接收；至此，所有螺母均在同一条检测光路中；

当1#位置处的螺母松脱旋转时，激光发射器105的光束将不能正确的射向14#位置，将使8#位置处激光接收器205接收不到激光信号；

当2～7#及9～20#位置处任一位置或几个位置处的螺母松脱旋转至一定程度时，对应的激光反射组件3将不能反射信号，将使8#位置处激光接收器205接收不到光信号；

当8#位置处的螺母松脱旋转时至一定程度时，激光接收器205将接收不到光信号。

在实际应用中，塔筒和叶根螺栓的个数多于此例，螺栓分布的分度圆直径也大于此例，但原理是一样的，不再举例进行说明。

以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，包括一组以上的检测组件，各检测组件均包括激光发射组件(1)、激光接收组件(2)和多个激光反射组件(3)，所述激光发射组件(1)、激光接收组件(2)和多个激光反射组件(3)均安装于风力发电机组叶根螺栓或塔筒螺栓上并随螺栓同步转动；所述激光发射组件(1)沿预定方向发出激光，经多个所述激光反射组件(3)依次反射后形成检测光路，所述激光接收组件(2)以是否接收到激光来判断检测光路上的螺栓是否松脱转动；

所述激光反射组件(3)包括第三支座(301)和反光片(302)，所述第三支座(301)中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述反光片(302)安装于所述第三支座(301)的外圆周侧；

所述反光片(302)为弧形反光片，铺设于所述第三支座(301)的外圆周侧，所述弧形反光片的弧长小于所述第三支座(301)的外圆周长；

或者所述反光片(302)为平面反光片。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述激光发射组件(1)包括第一支座(101)和激光发射器(105)，所述第一支座(101)中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述激光发射器(105)固定安装于所述第一支座(101)的圆周侧。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第一支座(101)的底部设置有第一环形托板(1011)，所述第一支座(101)的上方设置有与第一环形托板(1011)相对应的第一环形上盖(102)，所述第一支座(101)的外周侧设置有第一环形围板(103)；所述第一支座(101)、第一环形上盖(102)与第一环形围板(103)之间围合形成用于容纳所述激光发射器(105)的第一空腔(104)，所述第一空腔(104)上设有发射孔，所述激光发射器(105)固定安装于所述第一空腔(104)并朝向所述发射孔。

4.根据权利要求3所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第一环形上盖(102)通过粘贴方式或者紧固件固定在所述第一支座(101)的上方，所述第一环形围板(103)围合在所述第一支座(101)的周侧并通过粘贴方式或者紧固件与所述第一环形上盖(102)和第一支座(101)连接。

5.根据权利要求2所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第一支座(101)为磁性第一支座。

6.根据权利要求5所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述磁性第一支座为带开关的电磁铁或永磁体。

7.根据权利要求1至6中任意一项所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述激光接收组件(2)包括第二支座(201)和激光接收器(205)，所述第二支座(201)中间设有与所述螺栓的螺头相匹配的内六边形通孔，所述激光接收器(205)固定安装于所述第二支座(201)的圆周侧。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第二支座(201)的底部设置有第二环形托板(2011)，所述第二支座(201)的上方设置有与第二环形托板(2011)相对应的第二环形上盖(202)，所述第二支座(201)的外周侧设置有第二环形围板(203)；所述第二支座(201)、第一环形上盖(102)与第二环形围板(203)之间围合形成用于容纳所述激光接收器(205)的第二空腔(204)，所述第二空腔(204)上设有接收孔，所述激光接收器(205)固定安装于所述第二空腔(204)内并朝向所述接收孔。

9.根据权利要求8所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第二环形上盖(202)通过粘贴方式或者紧固件固定在所述第二支座(201)的上方，所述第二环形围板(203)围合在所述第二支座(201)的周侧并通过粘贴方式或者紧固件与所述第二环形上盖(202)和第二支座(201)连接。

10.根据权利要求7所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第二支座(201)为磁性第二支座。

11.根据权利要求10所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述磁性第二支座为带开关的电磁铁或永磁体。

12.根据权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述弧形反光片通过粘贴方式或紧固件紧固在所述第三支座(301)的外圆周侧。

13.根据权利要求12所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述弧形反光片的弧长为第三支座(301)的外圆周长的1/4～3/4。

14.根据权利要求13所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述弧形反光片的弧长为第三支座(301)的半外圆周长。

15.根据权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述平面反光片通过粘贴方式或紧固件安装在第三支座(301)的外圆周侧。

16.根据权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述第三支座(301)为磁性第三支座。

17.根据权利要求16所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述磁性第三支座为带开关的电磁铁或永磁体。

18.根据权利要求1至6中任意一项所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征在于，所述检测组件的数量为1～5组，覆盖所有的叶根螺栓或塔筒螺栓。

19.一种基于权利要求1至18中任意一项所述的风力发电机组螺栓松动监测装置的监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01、各检测组件中的所述激光发射组件(1)发出激光，经各激光反射组件(3)依次进行反射，并形成检测光路；

S02、当所述激光接收组件(2)接收到激光时，则判断检测光路上的螺栓未松脱转动；否则判断检测光路上的其中一个或多个螺栓松脱转动。

20.根据权利要求19所述的监测 方法，其特征在于，所述激光发射组件(1)、激光反射组件(3)和激光接收组件(2)套设于螺栓的螺头上，并通过磁力吸附在螺头以及螺头下方的垫片上。

21.根据权利要求20所述的监测 方法，其特征在于，所述激光发射组件(1)位于所述风力发电机组叶根或塔筒顶部的螺栓上，斜向下发出激光。

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