CN112344909A - 风机塔筒倾斜监测方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风机塔筒倾斜监测方法及装置，方法包括以下步骤：S1，采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；S2，构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；S3，基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向。本发明通过测量各测量点的沉降高度并计算出塔筒倾斜方向和倾斜角度的方式，不仅降低了测量塔筒倾斜角度的误差，而且还能够测量出不均匀沉降。

Description

风机塔筒倾斜监测方法及装置

技术领域

本发明涉及一种风机塔筒倾斜监测方法及装置，属于风力发电设备技术领域。

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形、零部件失效以及地基沉降等因素的影响，产生倾斜。

经过长期运行，在这些复杂载荷作用下将有可能引起基础结构不均匀沉降，进而引起风机塔筒倾斜。如果塔筒倾斜角度过大，将会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生倒塔等安全事故，从而造成极大损失。因此，需要对塔筒的倾斜角度进行定期测量。

传统塔筒倾斜角度的测量方法是将倾角传感器粘贴在塔筒壁上，塔筒倾斜时，倾角传感器会测出倾斜角度。但是，采用倾角传感器测量塔筒倾斜角度的误差较大。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了一种风机塔筒倾斜监测方法及装置，能够降低测量塔筒倾斜角度的误差。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是：

第一方面，本发明实施例提供的一种风机塔筒倾斜监测方法，包括以下步骤：

S1，采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；

S2，构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；

S3，基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S1中，所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

作为本实施例一种可能的实现方式，风机塔筒倾斜监测方法在步骤S1之前，还包括：

在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述步骤S2具体包括：

构建3个沉降测量点所在平面，设B点是最大沉降点、C点是最小沉降点、A点是中间沉降点，则A、B、C三点所在平面

为塔筒基座沉降倾斜后所在平面；

构建过点B且平行于水平面的平面β；

构建垂直于平面β的线段BC所在平面α；

过点C做垂直于平面β的垂线CC′与平面β相交于点C′；

过点A做垂直于平面β的垂线AA′与平面β相交于点A′；

延长线段CA，与平面β相交于点D，连接BD两点，线段BD即是平面β与平面

的交线；

连接C′D两点，点A′处于线段C′D上；

构建平面ΔA′BC′，平面ΔA′BC′即是ΔABC在平面β上的投影；

ΔBC′D是ΔBCD在平面β上的投影。

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S3中，求解塔筒基座的倾斜角度的具体过程为：

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；(△ABC是等边三角形，BC的长度由实际测量得知)

由于平面β平行于水平面，所以平面

与平面β的夹角即是塔筒基座的倾斜角度，求塔筒基座的倾斜角度即求∠COC′：

其中：

作为本实施例一种可能的实现方式，在步骤S3中，求解塔筒基座的倾斜方向的具体过程为

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；

以B点作为极点，以线段BC′作为极轴，建立极坐标系，C′O在该极坐标系内的角度∠η即为塔筒的倾斜方向；若BC在现实中的地理坐标被测量出来，则根据相应换算，则可得出C′O(塔筒倾斜方向)在地理坐标系中的相应位置；

根据下式求解∠η：

其中：

第二方面，本发明实施例提供的一种风机塔筒倾斜监测装置，包括：

沉降数据采集模块，用于采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；

平面构建模块，用于构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；

倾斜角度及倾斜方向求解模块，用于基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

作为本实施例一种可能的实现方式，风机塔筒倾斜监测装置还包括：

测量点设置模块，用于在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点。

本发明实施例的技术方案可以具有的有益效果如下：

本发明通过测量各测量点的沉降高度并计算出塔筒倾斜方向和倾斜角度的方式，不仅降低了测量塔筒倾斜角度的误差，而且还能够测量出不均匀沉降。

附图说明：

图1是根据一示例性实施例示出的一种风机塔筒倾斜监测方法的流程图；

图2是根据一示例性实施例示出的一种构建的平面示意图；

图3是根据一示例性实施例示出的一种建立的极坐标系示意图图；

图4是根据一示例性实施例示出的一种风机塔筒倾斜监测装置的结构图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

图1是根据一示例性实施例示出的风机塔筒倾斜监测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例提供的一种风机塔筒倾斜监测方法，包括以下步骤：

S1，采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据。

在采集沉降数据之前，首先在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点，采用静力水准仪测量出A、B、C三点的沉降高度。

所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

S2，构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面，如图2所示。

构建3个沉降测量点所在平面，设B点是最大沉降点、C点是最小沉降点、A点是中间沉降点，则A、B、C三点所在平面

为塔筒基座沉降倾斜后所在平面；

构建过点B且平行于水平面的平面β；

构建垂直于平面β的线段BC所在平面α；

过点C做垂直于平面β的垂线CC′与平面β相交于点C′；

过点A做垂直于平面β的垂线AA′与平面β相交于点A′；

延长线段CA，与平面β相交于点D，连接BD两点，线段BD即是平面β与平面

的交线；

连接C′D两点，点A′处于线段C′D上；

构建平面ΔA′BC′，平面ΔA′BC′即是ΔABC在平面β上的投影；

ΔBC′D是ΔBCD在平面β上的投影。

S3，基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向，如图3所示。

求解塔筒基座的倾斜角度的具体过程为：

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；(△ABC是等边三角形，BC的长度由实际测量得知)

由于平面β平行于水平面，所以平面

与平面β的夹角即是塔筒基座的倾斜角度，求塔筒基座的倾斜角度即求倾斜角度∠COC′：

其中：

求解塔筒基座的倾斜方向的具体过程为：

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；

以B点作为极点，以线段BC′作为极轴，建立极坐标系，C′O在该极坐标系内的角度∠η即为塔筒的倾斜方向；若BC在现实中的地理坐标被测量出来，则根据相应换算，则可得出C′O(塔筒倾斜方向)在地理坐标系中的相应位置；

根据下式求解∠η：

其中：

本发明通过测量沉降高度并计算出塔筒倾斜方向和倾斜角度的方式，不仅降低了测量塔筒倾斜角度的误差，而且还能够测量出不均匀沉降。

如图4所示，本发明实施例提供的一种风机塔筒倾斜监测装置，包括：

沉降数据采集模块，用于采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；

平面构建模块，用于构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；

倾斜角度及倾斜方向求解模块，用于基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向。

作为本实施例一种可能的实现方式，所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

作为本实施例一种可能的实现方式，风机塔筒倾斜监测装置还包括：

测量点设置模块，用于在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点。

利用本发明风机塔筒倾斜监测装置进行风机塔筒倾斜监测的具体过程如下。

将A、B、C三支静力水准仪分别均匀安装在塔筒底部的圆形基座上。经过一段时间，A、B、C三点会跟随塔筒基座分别发生一定距离的沉降。

将第四只静力水准仪T安装在距离风机100CM外的地点，作为基准点。基准点不会发生沉降。

正常状态下塔筒基座平面平行于水平面。

经过一段时间，A、B、C三点分别发生了不同高度的沉降，沉降情况如图2所示。在此情况下作图分析。

构建3个沉降测量点所在平面，假定B点是最大沉降点、C点是最小沉降点、A点是中间沉降点。

静力水准仪可测量出A、B、C三点的沉降高度，进而可得出CC′和AA′的长度。BC、BD、CD长度已知。

平面

是塔筒基座沉降倾斜后所在平面，ΔABC在此平面上。

平面β是过点B且平行于水平面的平面。

平面α⊥平面β，线段BC在平面α上。

过点C做垂直于平面β的垂线CC′与平面β相交于点C′。

过点A做垂直于平面β的垂线AA′与平面β相交于点A′。

延长线段CA，与平面β相交于点D，连接BD，BD即是平面β与平面

的交线。

连接C′D，点A′处于线段C′D上。

ΔA′BC′是ΔABC在平面β上的投影。

ΔBC′D是三角形ΔBCD在平面β上的投影。

如图3所示，过点C作垂直于BD的线段CO与BD相交于点O，连接C′O，由于△BC′D是△BCD在平面β上的投影，则C′O⊥BD。∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角。

由于平面β平行于水平面，所以平面

与平面β的夹角即是塔筒基座的倾斜角度，求塔筒基座的倾斜角度即求倾斜角度∠COC′：

其中：

以B点作为极点，以线段BC′作为极轴，建立极坐标系。求塔筒的倾斜角度，即求线段C′O在极坐标系内的角度。设此角为∠η，∠η即为塔筒的倾斜方向。若线段BC在现实地理坐标系中的位置被测量出来，则根据相应换算，则可得出C′O(塔筒倾斜方向)在地理坐标系中的相应位置。

根据下式求∠η：

其中：

本发明测量的倾斜率更加准确，并且在测量出倾斜角度的同时可以测量基础沉降的高度。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，作为模块显示的部件可以是或者也可以不是物理模块，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络模块上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请提供的实施例中的各功能模块可以集成在一个处理模块中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，包括以下步骤：

S1，采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；

S2，构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；

S3，基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向。

2.根据权利要求1所述的风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，在步骤S1中，所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

3.根据权利要求1所述的风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，在步骤S1之前，还包括：

在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，所述步骤S2具体包括：

构建3个沉降测量点所在平面，设B点是最大沉降点、C点是最小沉降点、A点是中间沉降点，则A、B、C三点所在平面

为塔筒基座沉降倾斜后所在平面；

构建过点B且平行于水平面的平面β；

构建垂直于平面β的线段BC所在平面α；

过点C做垂直于平面β的垂线CC′与平面β相交于点C′；

过点A做垂直于平面β的垂线AA′与平面β相交于点A′；

延长线段CA，与平面β相交于点D，连接BD两点，线段BD即是平面β与平面

的交线；

连接C′D两点，点A′处于线段C′D上；

构建平面ΔA′BC′，平面ΔA′BC′即是ΔABC在平面β上的投影；

ΔBC′D是ΔBCD在平面β上的投影。

5.根据权利要求4所述的风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，在步骤S3中，求解塔筒基座的倾斜角度的具体过程为：

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；

由于平面β平行于水平面，所以平面

与平面β的夹角即是塔筒基座的倾斜角度，求塔筒基座的倾斜角度即求∠COC′：

其中：

6.根据权利要求4所述的风机塔筒倾斜监测方法，其特征是，在步骤S3中，求解塔筒基座的倾斜方向的具体过程为

过点C作垂直于BD的线段CO，线段CO与BD相交于点O，连接C′O，则C′O⊥BD，∠COC′即为平面

与平面β的一个二面角；

以B点作为极点，以线段BC′作为极轴，建立极坐标系，C′O在该极坐标系内的角度∠η即为塔筒的倾斜方向；

根据下式求解∠η：

其中：

7.一种风机塔筒倾斜监测装置，其特征是，包括：

沉降数据采集模块，用于采集塔筒底部的圆形基座上3个沉降测量点相对基准点的沉降数据；

平面构建模块，用于构建3个沉降测量点所在平面、过最大沉降点的水平面和过最大、最小沉降点的垂直平面；

倾斜角度及倾斜方向求解模块，用于基于构建的平面求解塔筒基座的倾斜角度和倾斜方向。

8.根据权利要求7所述的风机塔筒倾斜监测装置，其特征是，所述3个沉降测量点均匀分布在塔筒周围的圆形基座上且3个沉降测量点与塔筒的距离相等。

9.根据权利要求7所述的风机塔筒倾斜监测装置，其特征是，还包括：

测量点设置模块，用于在塔筒底部的圆形基座上设置3个沉降测量点,在远离塔筒底部的地面设置基准点。

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