CN111894816B - 风力发电机组的螺栓监测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机组的螺栓监测系统，包括安装于轴承外圈基座上的第一及第二传感器以及控制系统。其中，第一传感器指向螺栓的默认安装位置，第二传感器指向所述螺栓变形后退出的位置，控制系统通过分析第一及第二传感器的计数，判断螺栓的状态。

Description

风力发电机组的螺栓监测系统及方法

技术领域

本发明涉及风电技术领域，特别涉及风力发电机组的螺栓检测系统及方法。

背景技术

高强度连接螺栓是大功率风力发电机组最常见，且关键的传力连接部件，其常用于轮毂与转轴及变桨轴承连接、塔筒法兰连接等重大结构部件间。所述高强度连接螺栓承受了来自叶片传递的气动载荷、大部件自身的重力载荷和热载荷。这些载荷通过高强度连接螺栓组传递到各主要受力结构上，同时使螺栓承受轴向力、弯矩、横向力和扭矩组合载荷的作用。因此，高强度螺栓的稳定直接关系到风力发电机组的安全运行和相关作业人员的安全，一旦其出现断裂或掉落，应及时进行检修或维护。

现有的对于高强度连接螺栓的监测系统及方法结构复杂，成本高，同时在风机的运行环境下可靠性差，难以进行大规模的推广及应用。

发明内容

针对现有技术中的部分或全部问题，本发明一方面提供一种风力发电机组的螺栓监测系统，用于监测轴承高强度连接螺栓，所述螺栓监测系统包括：

传感器组，所述传感器组包括：

第一传感器，安装于轴承外圈基座上，且指向螺栓的默认安装位置；以及

第二传感器，安装于轴承外圈基座上，且指向螺栓变形后退出的位置；以及

控制系统，所述控制系统与所述第一传感器及第二传感器可通信地连接，所述控制系统用于基于所述传感器组发送的检测数据，判断螺栓当前状态。

在此，术语“螺栓的默认安装位置”是指应当安装螺栓的位置。由于螺栓在运行过程中可能掉落或偏离原来的安装位置，因此所述默认安装位置应当被配置为对应于本来应当安装螺栓的位置。术语“螺栓退出的位置”是指，螺栓由于变形、断裂、被不期望地旋拧、机械振动等因素而偏离原来的位置以后所到达的位置，例如螺栓松脱以后所处的位置。

进一步地，所述传感器组通过机械支架固定安装于轴承外圈基座上。

进一步地，所述第一传感器和/或所述第二传感器为接近传感器。

进一步地，所述第一传感器和/或所述第二传感器为限位传感器。

进一步地，所述控制系统安装于计算机和/或移动设备上。

进一步地，所述传感器组通过网络通信与所述控制系统可通信地连接。

进一步地，所述传感器组通过线缆与所述控制系统可通信地连接。

本发明另一方面提供一种基于所述风力发电机组的螺栓监测系统的风力发电机组的螺栓监测方法，包括：

第一传感器及第二传感器检测螺栓数目，并发送给控制系统；

所述控制系统根据所述第一传感器及第二传感器检测的螺栓数目，判断当前螺栓状态：

若轴承转动一圈时，所述第一传感器的计数等于轴承上安装的螺栓数量，且所述第二传感器的计数为零，则表明螺栓状态正常；

若轴承转动一圈时，所述第一传感器的计数等于轴承上安装的螺栓数量，且所述第二传感器的计数不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂伸出；

若轴承转动一圈时，所述第一传感器的计数不等于轴承上安装的螺栓数量，且所述第二传感器的计数为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落；以及

若轴承转动一圈时，所述第一传感器的计数不等于轴承上安装的螺栓数量，且所述第二传感器的计数不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落或伸出；以及

若存在异常，所述控制系统发出警告。

本发明提供的一种风力发电机组的螺栓监测系统及方法，通过在轴承外圈安装传感器来测量螺栓数目，然后控制系统基于传感器传输的数据判断螺栓状态，算法智能高效，整体结构简单，成本低，监测效率高，同时由于采用的是非接触式的监测方法，其稳定性高，且不会影响螺栓的定期维护。

附图说明

为进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出本发明一个实施例的一种风力发电机组的螺栓监测系统的示意图；

图2示出本发明一个实施例的一种风力发电机组的螺栓监测系统的传感器安装示意图；

图3示出本发明一个实施例的一种风力发电机组的螺栓监测方法的流程示意图；以及

图4示出本发明一个实施例的一种风力发电机组的螺栓监测系统的控制系统的实时显示示意图。

具体实施方式

以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免模糊本发明的发明点。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明并不限于这些特定细节。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按正确比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了阐述该具体实施例，而不是限定各步骤的先后顺序。相反，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了实现轴承高强度连接螺栓断裂和/或掉落的监测，本发明提供一种风力发电机组的螺栓监测系统及方法。下面结合实施例附图对本发明的方案做进一步描述。

图1示出本发明一个实施例的一种风力发电机组的螺栓监测系统的示意图。如图1所示，一种风力发电机组的螺栓监测系统，包括传感器组101以及控制系统102。

所述传感器组101安装于轴承外圈基座上，包括第一传感器1011以及第二传感器1012，在本发明的一个实施例中，所述第一传感器1011以及第二传感器1012的安装示意图如图2所示：

所述第一传感器1011通过机械支架1013安装于轴承外圈基座001上，且指向螺栓002的默认安装位置，用于检测默认安装位置是否均有螺栓，进而可以判断是否存在螺栓脱落，所述螺栓002安装于轴承内圈上，相对于轴承外圈转动；以及

所述第二传感器1012通过机械支架1013安装于轴承外圈基座001上，且指向螺栓002变形后退出的位置，用于检测是否存在螺栓退出。

在本发明的一个实施例中，所述第一传感器1011以及第二传感器1012均为接近传感器，每检测到一个螺钉，其内部计数加一。

在本发明的又一个实施例中，所述第一传感器1011以及第二传感器1012为接近传感器或限位传感器。

所述控制系统102与所述传感器组101可通信地连接，所述控制系统102基于轴承旋转一周后，所述传感器组101的内部计数的数值，判断螺栓当前状态，如果存在异常，则发出报警。在本发明的一个实施例中，所述控制系统102安装于计算机和/或移动设备上，所述移动设备包括但不限于个人平板电脑、手机、PDA等设备。在本发明的一个实施例中，所述传感器组101的内部计数的数值通过网络通信发送至安装有所述控制系统102的计算机和/或移动设备上。在本发明的又一个实施例中，所述传感器组101的内部计数的数值通过线缆，以电压或电流等电气信号的形式，传输至安装有所述控制系统102的计算机和/或移动设备上。

在本发明的一个实施例中，所述控制系统102可以将所述第一传感器1011以及第二传感器1012的计数结果通过图形化的形式显示出来，如图4所示，根据该图形化显示，可以准确判断故障螺栓的位置。

基于本发明实施例中的一种风力发电机组的螺栓监测系统，本发明还提供一种风力发电机组的螺栓监测方法，其流程如图3所示，包括：

步骤301，采集数据。所述第一传感器1011及第二传感器1012监测并统计螺栓数目，并将其内部计数发送给所述控制系统102，其中，所述第一传感器1011统计的为当前螺栓002的默认安装位置上存在的螺栓数量，所述第二传感器1012统计的为当前退出的螺栓数量；

步骤302，状态判断。轴承旋转一周后，所述控制系统根据所述第一传感器1011及第二传感器1012发送的内部计数，判断当前螺栓状态：

若所述第一传感器1011的内部计数等于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器1012的内部计数为零，则表明螺栓状态正常；

若所述第一传感器1011的内部计数等于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器1012的内部计数不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂伸出，所述第二传感器1012的内部计数即为断裂伸出的螺栓数量；在本发明的一个实施例中，还可以通过所述控制系统102的图形化显示，进一步确定所述伸出螺栓的位置；

若轴承转动一圈时，所述第一传感器1011的内部计数小于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器1012的内部计数为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落，且所述第一传感器1011的内部计数与轴承上应安装的螺栓数量的差值即为掉落的螺栓数量；在本发明的一个实施例中，还可以通过所述控制系统102的图形化显示，进一步确定所述脱落螺栓的位置；

若轴承转动一圈时，所述第一传感器1011的内部计数小于轴承上安装的螺栓数量，且所述第二传感器1012的内部计数不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落或伸出；在本发明的一个实施例中，还可以通过所述控制系统102的图形化显示，进一步确定所述伸出及脱落螺栓的具体数量及位置；以及

若轴承转动一圈时，所述第一传感器1011的内部计数大于轴承上安装的螺栓数量，则表明出现异常；以及

最后，在步骤303，发出报警。若存在异常，所述控制系统102发出报警。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (7)

1.一种风力发电机组的螺栓监测系统，其特征在于，包括：

传感器组，包括：

第一传感器，其安装于轴承外圈基座上，且指向螺栓的默认安装位置，其中，所述螺栓安装于轴承内圈上，并且能够相对于所述轴承外圈基座转动；以及

第二传感器，其安装于轴承外圈基座上，且指向所述螺栓退出的位置，其中，所述第一传感器和所述第二传感器为具有计数功能的接近传感器或限位传感器；以及

控制系统，所述控制系统与所述传感器组可通信地连接，所述控制系统被配置为能够基于第一和第二传感器发送的数据，判断螺栓当前状态。

2.如权利要求1所述的螺栓监测系统，其特征在于，所述传感器组通过机械支架固定安装于轴承外圈基座上。

3.如权利要求1所述的螺栓监测系统，其特征在于，所述控制系统安装于计算机和/或移动设备上。

4.如权利要求3所述的螺栓监测系统，其特征在于，所述传感器组通过网络通信与所述控制系统可通信地连接。

5.如权利要求3所述的螺栓监测系统，其特征在于，所述传感器组通过线缆，以电流和/或电压的形式将检测结果发送给所述控制系统。

6.一种风力发电机组的螺栓监测方法，其特征在于，其基于如权利要求1-5任一权利要求所述的螺栓监测系统实施，所述螺栓监测方法包括步骤：

所述第一传感器及所述第二传感器检测螺栓数目，并发送给所述控制系统；

轴承转动一周后，所述控制系统根据所述第一传感器及第二传感器发送的螺栓数目，判断当前螺栓状态：

若所述第一传感器发送的螺栓数目等于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器发送的螺栓数目为零，则表明螺栓状态正常；

若所述第一传感器发送的螺栓数目等于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器发送的螺栓数目不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂伸出；

若所述第一传感器发送的螺栓数目小于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器发送的螺栓数目为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落；以及

若轴承转动一圈时，所述第一传感器发送的螺栓数目小于轴承上应安装的螺栓数量，且所述第二传感器发送的螺栓数目不为零，则表明存在一个或多个螺栓断裂掉落或伸出；以及

若存在异常，所述控制系统发出警告。

7.如权利要求6所述的螺栓监测方法，其特征在于，还包括，所述控制系统通过图形化形式，实时显示所述传感器组的计数状态，并根据所述计数状态，对故障螺栓进行定位。

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