CN112796953A - 一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质 - Google Patents

一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质，属于风电机组监测技术领域。通过移传感器监测法兰轴向相对位移，对塔筒主要部件应力和已消耗疲劳寿命值进行分析、统计、预警，当塔筒各主要部位已消耗的疲劳寿命值达到设定阈值时发出报警信息，为实施塔筒安全控制策略提供监测依据。可实现全自动化处理，计算效率高，实时在线监测塔筒各主要部位疲劳寿命，当塔筒各主要部位已消耗的疲劳寿命值达到设定阈值时发出报警信息，为实施塔筒安全控制策略提供监测依据，避免因塔筒疲劳损伤过大而造成设备损伤。

Description

一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质
技术领域
本发明属于风电机组监测技术领域，涉及一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质。
背景技术
风电机组是需要长期运行的发电设备，近年来风力发电爆发式的增长对风电机组的长期安全稳定运行带来了巨大的挑战。风力发电机组是由叶轮迎风转动带动风电机转动，将风能转换为机械能，再转换为电能的设备，由叶轮、机舱、塔筒及基础组成，其中塔筒与基础固定连接在大地上，用于支撑和维持机舱及叶轮转动。塔筒要承受风电机组整体载荷并将载荷传递到机组基础上。在载荷冲击的影响下，塔筒的状态将发生衰退，即塔筒运行时的参数达不到设计标准。若塔筒的状态严重衰退，可能导致风电机组发生严重故障，甚至造成风电机组倒塌。因此，为了保证塔筒处于正常运行状态，需要对风电机组塔使用筒寿命进行准确有效评估，以保证风电机组的安全。
目前对风电机组塔筒寿命评估主要的方法有塔筒载荷的型式试验、载荷预测评估、风电机组状态监测等，现有技术方案存在如下问题：
(1)因为载荷测试的投入大，大规模需要的费用很高，因此风电机组往往只是在定型阶段对样机进行载荷的型式试验，并未对服役期间的风电机组进行载荷监控。
(2)少数开展的风电机组载荷预测评估中，叶片由于载荷来源单一、受载情况相对简单，因此叶片载荷取得了较好的预测效果。然而，由于塔筒受载十分复杂，对塔筒载荷的预测评估与实测载荷误差较大，并不能满足实际应用的精度要求。
(3)目前市场上的风电机组状态监测系统主要有数据采集与监视控制系统或在线状态监测系统，以数据采集与监视控制系统信号、转速信号或振动信号作为风电机组状态的评价指标，但这种单一评价方式并不一定能全面反映风电机组塔筒的运行状态，无法及时全面了解风电机组塔筒存在的故障隐患和对风电机组塔筒寿命情况进行准确有效评估。
综上所述，现有技术虽然对塔筒寿命评估有一定的贡献，但仍存在较多的不足之处，无法满足众多实际工程中的应用需求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术中，无法对塔筒载荷和寿命进行准确有效预测评估的缺点，提供一种风电机组塔筒寿命预测方法、系统、设备及存储介质。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种风电机组塔筒寿命预测方法，待测风电机组的塔筒筒体上安装有若干个连接件，连接件与塔筒筒体的连接处安装有位移传感器，连接件为法兰，法兰与塔筒筒体的连接处设有焊缝，塔筒筒体上设有筒体环段，法兰上套设有螺栓，包括如下步骤：
S1：通过位移传感器测量位移数据，并将位移数据传输至上位机中进行处理；
S2：基于上位机处理后的数据计算每一层法兰盘上的工作载荷；
S3：通过S2的法兰盘工作载荷计算得到各层法兰盘及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据；
S4：利用S3的各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据对塔筒内各部件进行寿命计算，预测风电机组塔筒的寿命。
优选地，所述位移传感器为分体式位移传感器。
优选地，S2所述法兰盘工作载荷的计算过程包括以下步骤：
步骤21)对于第j层法兰，法兰上设有螺栓，设该法兰上各个螺栓预警初始的预紧力为F0，对法兰上所有螺栓施加预紧力F0且无工作载荷作用状态下位移传感器上两个测量点的间距为L1，垫片及连接件总厚度为L2，螺栓刚度为C1，螺栓连接处垫片与连接件整体的刚度为C2；
然后在预紧力F0作用下，螺栓连接处垫片与连接件整体被压缩量为F0/C2，通过公式(1)～公式(3)分别计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
S_bolt＝F1/A (1)
F1＝F0+ΔF1 (2)
F2＝ΔF1+ΔF2 (3)
式中，A表示螺栓最小直径处的截面积，ΔF1表示螺栓拉力增加值，ΔF2表连接处垫片与连接件整体的压紧力减小值；
情况(a)，当位移传感器的两个测量点所测的法兰盘轴向相对位移为向法兰盘外侧增加ΔL，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL≤(L1/L2)×F0/C2时，ΔF1和ΔF2分别通过公式(4)和公式(5)计算：
ΔF1＝k1×(L2/L1)×ΔL×C1 (4)
ΔF2＝k1×(L2/L1)×ΔL×C2 (5)
式中，k1表示位移传感器的两个测量点所测的法兰轴向相对位移增加△L时，螺栓长度变化量与(L2/L1)×ΔL之间的比例系数；
情况(b)，当位移传感器的两个测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰外侧增加ΔL，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL＞(L1/L2)×F0/C2时，ΔF2＝F0，螺栓拉力增加值ΔF1通过以下公式计算：
ΔF1＝k2×(L2/L1)×ΔL×C1 (6)
式中，k2表示螺栓长度增加值与上垫片与下垫片外缘间距增加值的比例系数；
情况(c)，当位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰内侧减少ΔL时，垫片与连接件整体受到压紧性外载荷作用，
ΔF1＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C1 (7)
ΔF2＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C2 (8)
式中，k3表示位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移减小△L时，螺栓长度变化量与(L2/L1)×ΔL所成的比例系数；
步骤22)设位移传感器的测量精度为ΔL_1，将位移传感器的测量位移量ΔL转换为以测量精度为基准的表示形式：
Figure BDA0002927913170000041
在主风向可能出现的拉伸方向上，法兰轴向位移最大值为ΔL_+Nmax；在主风向可能出现的压缩方向上，法兰轴向位移最大值为ΔL_-Mmax，其中，-Mmax≤i≤+Nmax；
用F2_i_j_r表示第j层法兰的第r个螺栓连接处在主风向测量位移量为ΔL_i时所受的外部载荷，将各个螺栓连接处的外部载荷对过法兰中心、且与螺栓中心距离螺栓所在圆半径的轴线上取力矩，将各力矩按照矢量相加，得到在测量位移量为ΔL_i时作用在第j层法兰上的外部弯矩载荷T_flange_i_j，结合该法兰所受的重力载荷G_flange_j，得到该法兰的工作载荷W_flange_i_j；
步骤23)重复步骤21)至步骤22)，得到各层法兰在不同测量位移下的工作载荷。
优选地，步骤S3所述各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据，具体包括以下应力数据：
1)第j层法兰在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_i_j，此时该法兰工作载荷记为W_flange_i_j；
2)与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_meld_i_j，此时该焊缝工作载荷记为W_flange_meld_i_j；
3)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_tower_i_j_p，此时该塔筒筒体环段工作载荷记为W_tower_i_j_p；
4)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段下部环焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_环_i_j_p，此时该塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷记为W_meld_环_i_j_p；
5)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段纵向焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_纵_i_j_p，此时该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷记为W_meld_纵_i_j_p；
其中1≤j≤n1，1≤p≤nj，n1表示法兰的总层数，nj表示第j层与第j+1层法兰盘之间的塔筒筒体环段总数。
优选地，步骤S4所述的寿命计算具体过程为：
首先基于各层法兰盘相关部位的应力数据获取疲劳累积损伤函数，疲劳损伤函数包括各层法兰的疲劳累积损伤函数、与各层法兰相连且位于法兰下部焊缝的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段下部环焊缝的疲劳累积损伤函数和各塔筒筒体环段纵向焊缝的疲劳累积损伤函数，分别对不同的疲劳累积损伤函数设置疲劳累积损伤阈值；
然后对各个部位的疲劳累积损伤函数进行实时监测，得到实时疲劳损伤值；
最后将不同部位的疲劳累积损伤阈值与各个部位对应的实时疲劳损伤值对比，实现对风电机组塔筒寿命的预测。
优选地，所述的疲劳累积损伤函数的具体计算过程为：
步骤41)根据法兰的性状建立第j层法兰在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000061
式中，k_time_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用时间影响系数，k_direction_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用方向影响系数，N_flange_i_j表示第j层法兰出现疲劳损坏时第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的循环作用次数，n_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000062
表示第j层法兰在不同工作载荷W_flange_i_j和相应循环次数n_flange_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000063
时表示第j层法兰已达到疲劳寿命终值；
步骤42)根据焊缝的性状建立与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000071
其中，k_time_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用时间影响系数，k_direction_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用方向影响系数，N_flange_meld_i_j表示该焊缝出现疲劳损坏时焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的循环作用次数，n_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000072
表示该焊缝在不同焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j和相应循环次数n_flange_meld_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000073
时表示该焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤43)根据塔筒筒体环段的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000074
其中，k_time_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用方向影响系数，N_tower_i_j_p表示该塔筒筒体环段出现疲劳损坏时塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的循环作用次数，n_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000075
表示塔筒筒体环段在不同塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p和相应循环次数n_tower_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000081
时表示该塔筒筒体环段已达到疲劳寿命终值；
步骤44)根据焊缝的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段下部环焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000082
其中，k_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_环_i_j_p表示该塔筒筒体环段下部环焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_环_i_j_p的循环作用次数，n_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000083
表示塔筒筒体环段下部环焊缝在不同塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p和相应循环次数n_meld_环_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000084
时表示该塔筒筒体环段下部环焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤45)根据焊缝的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段纵向焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000085
其中，k_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_纵_i_j_p的循环作用次数，n_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000091
表示塔筒筒体环段纵向焊缝在不同塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p和相应循纵向次数n_meld_纵_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000092
时表示该塔筒筒体环段纵向焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤46)根据螺栓的性状建立第j层法兰位于主风向的一个螺栓在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000093
其中，k_time_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用时间影响系数，k_direction_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用方向影响系数，N_bolt_i_j表示该螺栓出现疲劳损坏时螺栓拉力的循环作用次数，n_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000094
表示该螺栓在不同螺栓拉力F1_i_j和螺栓拉力相应循环次数n_bolt_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000095
时表示该螺栓已达到疲劳寿命终值。
一种风电机组塔筒寿命预测系统，包括：
位移数据获取模块，与位移传感器电连接，接收位移传感器传输的位移数据；
数据处理模块，与位移数据获取模块相交互，接收位移数据获取模块中的位移数据，并对位移数据进行处理，包括工作载荷计算单元和应力数据计算单元，工作载荷计算单元是基于位移数据计算法兰盘上的工作载荷；应力数据计算单元是基于法兰盘上的工作载荷计算法兰盘相关部位的应力数据；
评估模块，与数据处理模块相交互，基于法兰相关部位的应力数据对塔筒内各部件的寿命进行计算，并预计风电机组塔筒的寿命。
一种移动终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述风电机组塔筒寿命预测方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述风电机组塔筒寿命预测方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明公开了一种风电机组塔筒寿命预测方法，通过位移传感器监测法兰轴向相对位移，从而对塔筒主要部件应力和已消耗疲劳寿命值进行分析、统计、预警，可实现全自动化处理，计算效率高，实时在线监测塔筒各主要部位疲劳寿命，避免因塔筒疲劳损伤过大而造成设备损伤。
进一步地，通过位移传感器有效采集到法兰轴向相对位移的变化，进而计算得到法兰螺栓应力、螺栓拉力、法兰工作载荷，根据法兰工作载荷可计算出各层法兰、与各层法兰相连且位于法兰下部的焊缝、各塔筒筒体环段、各塔筒筒体环段下部环焊缝、各塔筒筒体环段纵向焊缝的应力，分别对上述各部位所受应力进行统计分析，对塔筒各主要部位建立疲劳累积损伤函数，可计算出塔筒各主要部位已消耗的疲劳寿命值，当塔筒各主要部位已消耗的疲劳寿命值达到设定阈值时发出报警信息，为实施塔筒安全控制策略提供监测依据。
进一步地，各疲劳累积损伤函数中的影响系数可通过理论计算、CAE分析或试验测试得到。
本发明还公开一种风电机组塔筒寿命预测系统，包括位移数据获取模块，与位移传感器电连接，接收位移传感器传输的位移数据；数据处理模块，与位移数据获取模块相交互，接收位移数据获取模块中的位移数据，并对位移数据进行处理，包括工作载荷计算单元和应力数据计算单元，工作载荷计算单元是基于位移数据计算法兰盘上的工作载荷；应力数据计算单元是基于法兰盘上的工作载荷计算法兰盘及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据；评估模块，与数据处理模块相交互，基于法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据对塔筒内各部件的寿命进行计算，并预计风电机组塔筒的寿命。
附图说明
图1为本发明风电机组塔筒寿命预测方法中位移传感器的分布状态示意图；
图2为本发明风电机组塔筒寿命预测方法中位移传感器的安装状态侧视图；
图3为本发明的实施例4中分体式位移传感器的整体结构示意图；
图4为本发明风电机组塔筒寿命预测方法中位移传感器的布置图；
图5为本发明风电机组塔筒寿命预测方法中法兰连接结构示意图；
图6为本发明风电机组塔筒寿命预测方法中的风电机组塔筒结构示意图；
图7为本发明风电机组塔筒寿命预测方法的流程图；
图8为本发明风电机组塔筒寿命预测系统的示意图；
图9为本发明一示例性实施例示出的一种电子终端设备的结构图。
其中：1-壳体，2-限位块，3-电路板，4-导杆，5-滑动基体，6-磁铁，7-磁体，8-限位弹簧，9-盖板，10-高精度位移传感器，11-上法兰，12-下法兰，13-螺栓，14-上垫片，15-下垫片，16-第j层法兰位于主风向的一个螺栓，17-第j层法兰，18-与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝，19-位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段纵向焊缝，20-位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段下部环焊缝，21-存储器，22-处理器，23-接口，24-通信组件，25-电子终端设备。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
实施例1
一种风电机组塔筒寿命预测方法，如图1和图4所示，风电机组的塔筒筒体上安装有若干个连接件，塔筒筒体上设有筒体环段，连接件与塔筒筒体的连接处安装有位移传感器10，如图5所示，连接件包括上法兰11和下法兰12，上法兰11和下法兰12上设有螺栓13，上法兰11和螺栓13之间设有上垫片14，下法兰12和螺栓13之间设有下垫片15。
方法的实施，如图7所示，包括以下步骤：
S1：通过位移传感器10测量位移数据，并将位移数据传输至上位机中进行处理；
S2：基于上位机处理后的数据计算每一层法兰盘上的工作载荷；
S3：通过S2的法兰盘工作载荷计算得到各层法兰盘及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据；
S4：利用S3的各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据对塔筒内各部件进行寿命计算，预测风电机组塔筒的寿命。
实施例2
除以下内容外，其余内容均与实施例1相同。
位移传感器10为分体式位移传感器，位移传感器10包括限位块2和位移传感器本体，限位块2和位移传感器本体分别固定在两个相互连接的连接件上。将位移传感器10均匀安装在法兰连接处的内圆周或外圆周上，且将位移传感器10中相互分离的限位块2和传感器本体分别固定于两个相互连接的法兰上。
实施例3
一种风电机组塔筒寿命预测方法，如图2和图3所示，包括以下步骤：
S1、将高精度位移传感器10均匀安装在法兰连接处的内圆周或外圆周上，且将高精度位移传感器10中相互分离的限位块2和传感器本体分别固定于两个相互连接的法兰上；
S2、当塔筒受到外部载荷作用时，上法兰11和下法兰12轴向相对位移发生变化，安装于一对法兰上的限位块2和传感器本体(壳体1)之间发生相对位移，高精度位移传感器10上的磁铁6在电磁感应芯片表面上发生滑动，高精度电磁感应芯片周围的磁场发生线性变化，高精度电磁感应芯片捕捉磁场的变化，将电磁感应信号传输至单片机；温度传感芯片采集环境温度数据，并将环境温度数据传输至单片机；同时振动传感芯片采样外界的振动讯号，然后内部转化为电平信号传输至单片机。
S3、单片机将接收到的电磁感应信号进行数据转换为位移数据，将接收到的电平信号进行数据转换为振动数据，基于环境温度数据和振动数据对位移数据进行修正处理，获得修正后的位移数据。
S4、利用修正后的位移数据计算每一层法兰工作载荷，具体包括以下过程：
步骤41)对于第j层法兰，设该法兰上各个螺栓预警初始预紧力为F0，对法兰上所有螺栓施加预紧力F0且无工作载荷作用状态下高精度位移传感器两测量点间距为L1，垫片及连接件总厚度为L2，螺栓刚度为C1，螺栓连接处垫片与连接件整体的刚度为C2，连接件包括上法兰和下法兰；
步骤42)在预紧力F0作用下，螺栓连接处垫片与连接件整体被压缩量为F0/C2，根据以下情况分别计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
(a)当高精度位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰外侧增加ΔL时，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL≤(L1/L2)×F0/C2，通过以下公式计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
S_bolt＝F1/A (1)
F1＝F0+ΔF1 (2)
F2＝ΔF1+ΔF2 (3)
式中，A表示螺栓最小直径处的截面积，ΔF1表示螺栓拉力增加值，ΔF2表示连接处垫片与连接件整体的压紧力减小值，分别通过以下公式计算：
ΔF1＝k1×(L2/L1)×ΔL×C1 (4)
ΔF2＝k1×(L2/L1)×ΔL×C2 (5)
式中，k1表示高精度位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移增加△L时，螺栓长度与(L2/L1)×ΔL所成的比例系数；
(b)当高精度位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰外侧增加ΔL时，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL＞(L1/L2)×F0/C2，通过以下公式计算计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
S_bolt＝F1/A (1)
F1＝F0+ΔF1 (2)
F2＝ΔF1+ΔF2 (3)
式中，ΔF2＝F0，螺栓拉力增加值ΔF1通过以下公式计算：
ΔF1＝k2×(L2/L1)×ΔL×C1 (6)
式中，k2表示螺栓长度增加值与上垫片与下垫片外缘间距增加值的比例系数；
(c)当高精度位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰内侧减少ΔL时，垫片与连接件整体受到压紧性外载荷作用，通过以下公式计算计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
S_bolt＝F1/A (1)
F1＝F0+ΔF1 (2)
F2＝ΔF1+ΔF2 (3)
ΔF1＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C1 (7)
ΔF2＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C2 (8)
式中，k3表示高精度位移传感器的两测量点所测法兰轴向相对位移减小△L时，螺栓长度与(L2/L1)×ΔL所成的比例系数；
步骤43)设高精度位移传感器的测量精度为ΔL_1，将高精度位移传感器的测量位移量ΔL转换为以测量精度为基准的表示形式：
Figure BDA0002927913170000151
在主风向可能出现的拉伸方向法兰轴向位移最大值为ΔL_+Nmax，在主风向可能出现的压缩方向法兰轴向位移最大值为ΔL_-Mmax，-Mmax≤i≤+Nmax；
用F2_i_j_r表示第j层法兰的第r个螺栓连接处在主风向测量位移量为ΔL_i时所受的外部载荷，将各个螺栓连接处的外部载荷对过法兰中心、且与螺栓中心距离螺栓所在圆半径的轴线取力矩，将各力矩按矢量相加，得到在测量位移量为ΔL_i时作用在第j层法兰上的外部弯矩载荷T_flange_i_j，再结合该法兰所受的重力载荷G_flange_j，得到该法兰的工作载荷W_flange_i_j；
步骤44)重复步骤41)至步骤43)，得到各层法兰在不同测量位移下的工作载荷。
S5、通过法兰工作载荷计算得到各层法兰相关部位的应力数据，具体包括以下法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段的应力数据：
如图6所示，第j层法兰17在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_i_j，此时该法兰工作载荷记为W_flange_i_j；
与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝18在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_meld_i_j，此时该焊缝工作载荷记为W_flange_meld_i_j；
位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_tower_i_j_p，此时该塔筒筒体环段工作载荷记为W_tower_i_j_p；
位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段下部环焊缝20在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_环_i_j_p，此时该塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷记为W_meld_环_i_j_p；
位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段纵向焊缝19在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_纵_i_j_p，此时该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷记为W_meld_纵_i_j_p；
其中1≤j≤n1，1≤p≤nj，n1表示法兰总层数，nj表示第j层与第j+1层法兰间塔筒筒体环段总数。
S6、利用各层法兰相关部位的应力数据对塔筒各部件进行寿命计算，具体包括以下过程：
步骤61)、根据法兰的性状(材质、结构、工作环境等指标)建立第j层法兰在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000171
其中，k_time_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用时间影响系数，当W_flange_i_j作用时间不同时，对法兰疲劳寿命的影响会存在差异，考虑到该影响因素，引入系数k_time_flange_i_j，k_time_flange_i_j应综合考虑产品材质参数和各次工作载荷W_flange_i_j作用时间数据，可通过试验得到；
k_direction_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用方向影响系数，当风向与主风向不同时，虽然得到的工作载荷大小与W_flange_i_j相同，但方向不同，对法兰疲劳寿命的影响会存在差异，考虑到该影响因素，引入系数k_direction_flange_i_j，k_direction_flange_i_j应综合考虑产品材质参数和各次工作载荷W_flange_i_j作用方向数据，可通过试验得到；
N_flange_i_j表示第j层法兰出现疲劳时法兰工作载荷W_flange_i_j的循环作用次数，n_flange_i_j表示第j层法兰施加法兰工作载荷W_flange_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000172
表示第j层法兰在不同工作载荷W_flange_i_j和相应循环次数n_flange_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000173
时表示第j层法兰已达到疲劳寿命终值，可能会发生疲劳损坏；
步骤62)、与步骤61)类似地，根据焊缝的性状(焊缝的材质、结构、工作环境等指标)建立与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000181
其中，k_time_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用时间影响系数，k_direction_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用方向影响系数，N_flange_meld_i_j表示该焊缝出现疲劳损坏时焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的循环作用次数，n_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000182
表示该焊缝在不同焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j和相应循环次数n_flange_meld_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000183
时表示该焊缝已达到疲劳寿命终值，可能会发生疲劳损坏；
步骤63)、与步骤61)类似地，根据塔筒筒体环段的性状(塔筒筒体的材质、结构、工作环境等指标)建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000184
其中，k_time_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用方向影响系数，N_tower_i_j_p表示该塔筒筒体环段出现疲劳损坏时塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的循环作用次数，n_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000185
表示塔筒筒体环段在不同塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p和相应循环次数n_tower_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000191
时表示该塔筒筒体环段已达到疲劳寿命终值，可能会发生疲劳损坏；
步骤64)、与步骤61)类似地，根据焊缝的性状(焊缝的材质、结构、工作环境等指标)建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段下部环焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000192
其中，k_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_环_i_j_p表示该塔筒筒体环段下部环焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_环_i_j_p的循环作用次数，n_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000193
表示塔筒筒体环段下部环焊缝在不同塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p和相应循环次数n_meld_环_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000194
时表示该塔筒筒体环段下部环焊缝已达到疲劳寿命终值，可能会发生疲劳损坏；
步骤65)、与步骤61)类似地，根据焊缝的性状(焊缝的材质、结构、工作环境)建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段纵向焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000201
其中，k_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_纵_i_j_p的循环作用次数，n_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000202
表示塔筒筒体环段纵向焊缝在不同塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p和相应循环次数n_meld_纵_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000203
时表示该塔筒筒体环段纵向焊缝已达到疲劳寿命终值，可能会发生疲劳损坏；
步骤66)、与步骤61)类似地，根据螺栓的性状(螺栓的材质、结构、工作环境等指标)建立第j层法兰位于主风向的一个螺栓16在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure BDA0002927913170000204
其中，k_time_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用时间影响系数，k_direction_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用方向影响系数，N_bolt_i_j表示该螺栓出现疲劳损坏时螺栓拉力的循环作用次数，n_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure BDA0002927913170000205
表示该螺栓在不同螺栓拉力F1_i_j和螺栓拉力相应循环次数n_bolt_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure BDA0002927913170000211
时表示该螺栓已达到疲劳寿命终值，可能发生疲劳损坏；
以上各疲劳累积损伤函数中的影响系数可通过理论计算、CAE分析或试验测试得到；
步骤67)、对以上所述各层法兰的疲劳累积损伤函数、与各层法兰相连且位于法兰下部焊缝的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段下部环焊缝的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段纵向焊缝的疲劳累积损伤函数分别设置阈值，通过对各个部位的疲劳累积损伤函数进行实时监测，实现塔筒主要部位寿命预测。
需要说明的是，实施例3中使用的高精度位移传感器是是公开号为CN211503995U、名称为“一种高精度间隙检测传感器”的中国实用新型专利中的位移传感器，结构如图3所示，包括相互分离的壳体1和限位块2，壳体1内安装有电路板3和导杆4，导杆4上套设有能够滑动基体5，滑动基体5的内端设有滑块，滑块套接在导杆4上并能够沿导杆4滑动，滑动基体5的外端伸出壳体1，滑动基体5的外端设有磁体7，磁体7的一端通过磁力吸附固定在限位块2上，滑动基体5上固定有磁铁6，电路板3抵接在磁铁6的下表面，所述电路板3内设有单片机电磁感应芯片、温度传感芯片和振动传感芯片，单片机分别与电磁感应芯片、温度传感芯片和振动传感芯片电连接。导杆4的两端分别套设有限制滑块移动的限位弹簧8。限位弹簧8位于滑块的左右两侧，并限制滑块在自由状态下处于导杆4上的中间位置。壳体1的顶部开口，顶部开口处设有盖板9。高精密磁铁周围的磁场强度是稳定不变的，当间隙发生相对移动时，高精密磁铁相对高精度电磁感应芯片同步移动，高精密电磁感应芯片周围的磁场就会发生线性变化，从而输出对应磁场强度变化的电信号到单片机内，经过单片机运算将电信号转换为位移信号，并输出对应的位移信号到上位机，以实现位移的测量，精度可达0.5μm，可保持微米级精度持续监测产品的相对位移。上述实施例中使用的电路板为PCB板，磁铁为高精密磁铁，电磁感应芯片为高精度电磁感应芯片。
实施例4
一种风电机组塔筒寿命预测系统，如图8所示，包括：
位移数据获取模块，与位移传感器10电连接，接收位移传感器10传输的位移数据；
数据处理模块，与位移数据获取模块相交互，接收位移数据获取模块中的位移数据，并对位移数据进行处理，包括工作载荷计算单元和应力数据计算单元，工作载荷计算单元是基于位移数据计算法兰盘上的工作载荷；应力数据计算单元是基于法兰盘上的工作载荷计算法兰盘相关部位的应力数据；
评估模块，与数据处理模块相交互，基于法兰相关部位的应力数据对塔筒内各部件的寿命进行计算，并预计风电机组塔筒的寿命。
实施例5
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令、至少一段程序、代码集或指令集，所述至少一条指令、所述至少一段程序、所述代码集或所述指令集在被处理器执行时实现上述风电机组塔筒寿命预测方法。本发明方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。其中，所述计算机存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(MO)等)、光学存储器(例如CD、DVD、BD、HVD等)、以及半导体存储器(例如ROM、EPROM、EEPROM、非易失性存储器(NANDFLASH)、固态硬盘(SSD))等。
实施例6
在示例性实施例中，还提供一种电子终端设备25，如图9所示，包括存储器21、处理器22以及存储在所述存储器21中并可在所述处理器22上运行的计算机程序，所述处理器22执行所述计算机程序时实现本发明方法的步骤。处理器可能是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital SignalProcessor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable GateArray，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通信组件24用于该电子终端设备25与其他设备之间进行有线或无线通信。无线通信，例如Wi-Fi，蓝牙，近场通信(NearFieldCommunication，简称NFC)，2G、3G、4G或5G，或它们中的一种或几种的组合，因此相应的该通信组件24可以包括：Wi-Fi模块，蓝牙模块，NFC模块。
综上所述，本发明提供的一种风电机组塔筒寿命预测方法，通过主风向法兰轴向位移值来建立塔筒各主要部位疲劳累积损伤函数，通过位移传感器监测法兰轴向相对位移，对塔筒主要部位应力和已消的耗疲劳寿命进行分析、统计、预警，从而实现全自动化处理，计算效率高，实时在线监测塔筒各主要部位疲劳寿命，避免因塔筒疲劳损伤过大而造成设备损伤。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风电机组塔筒寿命预测方法，待测风电机组的塔筒筒体上安装有若干个连接件，连接件与塔筒筒体的连接处安装有位移传感器(10)，连接件为法兰，法兰与塔筒筒体的连接处设有焊缝，塔筒筒体上设有筒体环段，法兰上设有螺栓，其特征在于，包括如下步骤：
S1：通过位移传感器(10)测量法兰的位移数据，并将位移数据传输至上位机中进行处理；
S2：基于上位机处理后的数据计算每一层法兰上的工作载荷；
S3：通过S2的法兰盘工作载荷计算得到各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据；
S4：利用S3的各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据对塔筒内各部件进行寿命计算，预测风电机组塔筒的寿命。
2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒寿命预测方法，其特征在于，所述位移传感器(10)为分体式位移传感器。
3.根据权利要求1所述的风电机组塔筒寿命预测方法，其特征在于，S2所述法兰盘工作载荷的计算过程包括以下步骤：
步骤21)对于第j层法兰，法兰上设有螺栓，螺栓一端设有垫片，设该法兰上各个螺栓预警初始的预紧力为F0，对法兰上所有螺栓施加预紧力F0且无工作载荷作用状态下位移传感器(10)上两个测量点的间距为L1，垫片及连接件总厚度为L2，螺栓刚度为C1，螺栓连接处垫片与连接件整体的刚度为C2；
然后在预紧力F0作用下，螺栓连接处垫片与连接件整体被压缩量为F0/C2，通过公式(1)～公式(3)分别计算螺栓应力S_bolt、螺栓拉力F1和螺栓连接处的外部载荷F2：
S_bolt＝F1/A (1)
F1＝F0+ΔF1 (2)
F2＝ΔF1+ΔF2 (3)
式中，A表示螺栓最小直径处的截面积，ΔF1表示螺栓拉力增加值，ΔF2表连接处垫片与连接件整体的压紧力减小值；
情况(a)，当位移传感器(10)的两个测量点所测的法兰盘轴向相对位移为向法兰盘外侧增加ΔL，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL≤(L1/L2)×F0/C2时，ΔF1和ΔF2分别通过公式(4)和公式(5)计算：
ΔF1＝k1×(L2/L1)×ΔL×C1 (4)
ΔF2＝k1×(L2/L1)×ΔL×C2 (5)
式中，k1表示位移传感器(10)的两个测量点所测的法兰轴向相对位移增加△L时，螺栓长度变化量与(L2/L1)×ΔL之间的比例系数；
情况(b)，当位移传感器(10)的两个测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰外侧增加ΔL，该螺栓连接处受到拉伸性外载荷作用，且ΔL＞(L1/L2)×F0/C2时，ΔF2＝F0，螺栓拉力增加值ΔF1通过以下公式计算：
ΔF1＝k2×(L2/L1)×ΔL×C1 (6)
式中，k2表示螺栓长度增加值与上垫片与下垫片外缘间距增加值的比例系数；
情况(c)，当位移传感器(10)的两测量点所测法兰轴向相对位移为向法兰内侧减少ΔL时，垫片与连接件整体受到压紧性外载荷作用，
ΔF1＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C1 (7)
ΔF2＝k3×(L2/L1)×(-ΔL)×C2 (8)
式中，k3表示位移传感器(10)的两测量点所测法兰轴向相对位移减小△L时，螺栓长度变化量与(L2/L1)×ΔL所成的比例系数；
步骤22)设位移传感器(10)的测量精度为ΔL_1，将位移传感器(10)的测量位移量ΔL转换为以测量精度为基准的表示形式：
Figure FDA0002927913160000031
在主风向可能出现的拉伸方向上，法兰轴向位移最大值为ΔL_+Nmax；在主风向可能出现的压缩方向上，法兰轴向位移最大值为ΔL_-Mmax，其中，-Mmax≤i≤+Nmax；
用F2_i_j_r表示第j层法兰的第r个螺栓连接处在主风向测量位移量为ΔL_i时所受的外部载荷，将各个螺栓连接处的外部载荷对过法兰中心、且与螺栓中心距离螺栓所在圆半径的轴线上取力矩，将各力矩按照矢量相加，得到在测量位移量为ΔL_i时作用在第j层法兰上的外部弯矩载荷T_flange_i_j，结合该法兰所受的重力载荷G_flange_j，得到该法兰的工作载荷W_flange_i_j；
步骤23)重复步骤21)至步骤22)，得到各层法兰在不同测量位移下的工作载荷。
4.根据权利要求1所述的风电机组塔筒寿命预测方法，其特征在于，步骤S3所述各层法兰及相关焊缝、塔筒筒体环段部位的应力数据，具体包括以下应力数据：
1)第j层法兰在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_i_j，此时该法兰工作载荷记为W_flange_i_j；
2)与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_flange_meld_i_j，此时该焊缝工作载荷记为W_flange_meld_i_j；
3)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_tower_i_j_p，此时该塔筒筒体环段工作载荷记为W_tower_i_j_p；
4)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段下部环焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_环_i_j_p，此时该塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷记为W_meld_环_i_j_p；
5)位于第j层法兰下部的第p个塔筒筒体环段纵向焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i时的应力S_meld_纵_i_j_p，此时该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷记为W_meld_纵_i_j_p；
其中1≤j≤n1，1≤p≤nj，n1表示法兰的总层数，nj表示第j层与第j+1层法兰盘之间的塔筒筒体环段总数。
5.根据权利要求1所述的风电机组塔筒寿命预测方法，其特征在于，步骤S4所述的寿命计算具体过程为：
首先基于各层法兰盘相关部位的应力数据获取疲劳累积损伤函数，疲劳损伤函数包括各层法兰的疲劳累积损伤函数、与各层法兰相连且位于法兰下部焊缝的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段的疲劳累积损伤函数、各塔筒筒体环段下部环焊缝的疲劳累积损伤函数和各塔筒筒体环段纵向焊缝的疲劳累积损伤函数，分别对不同的疲劳累积损伤函数设置疲劳累积损伤阈值；
然后对各个部位的疲劳累积损伤函数进行实时监测，得到实时疲劳损伤值；
最后将不同部位的疲劳累积损伤阈值与相应部位的实时疲劳损伤值对比，实现对风电机组塔筒寿命的预测。
6.根据权利要求1所述的风电机组塔筒寿命预测方法，其特征在于，所述的疲劳累积损伤函数的具体计算过程为：
步骤41)根据法兰的性状建立第j层法兰在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000051
式中，k_time_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用时间影响系数，k_direction_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的作用方向影响系数，N_flange_i_j表示第j层法兰出现疲劳损坏时第j层法兰工作载荷W_flange_i_j的循环作用次数，n_flange_i_j表示第j层法兰工作载荷W_flange_i_j已循环作用次数；
对于
Figure FDA0002927913160000052
表示第j层法兰在不同工作载荷W_flange_i_j和相应循环次数n_flange_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000053
时表示第j层法兰已达到疲劳寿命终值；
步骤42)根据焊缝的性状建立与第j层法兰相连且位于该法兰下部的焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000054
其中，k_time_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用时间影响系数，k_direction_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的作用方向影响系数，N_flange_meld_i_j表示该焊缝出现疲劳损坏时焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j的循环作用次数，n_flange_meld_i_j表示焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure FDA0002927913160000055
表示该焊缝在不同焊缝工作载荷W_flange_meld_i_j和相应循环次数n_flange_meld_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000061
时表示该焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤43)根据塔筒筒体环段的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000062
其中，k_time_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的作用方向影响系数，N_tower_i_j_p表示该塔筒筒体环段出现疲劳损坏时塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p的循环作用次数，n_tower_i_j_p表示塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p已循环作用次数；
对于
Figure FDA0002927913160000063
表示塔筒筒体环段在不同塔筒筒体环段工作载荷W_tower_i_j_p和相应循环次数n_tower_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000064
时表示该塔筒筒体环段已达到疲劳寿命终值；
步骤44)根据焊缝的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段下部环焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000065
其中，k_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_环_i_j_p表示该塔筒筒体环段下部环焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_环_i_j_p的循环作用次数，n_meld_环_i_j_p表示塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p已循环作用次数；
对于
Figure FDA0002927913160000071
表示塔筒筒体环段下部环焊缝在不同塔筒筒体环段下部环焊缝工作载荷W_meld_环_i_j_p和相应循环次数n_meld_环_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000072
时表示该塔筒筒体环段下部环焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤45)根据焊缝的性状建立位于第j层法兰下部第p个塔筒筒体环段纵向焊缝在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000073
其中，k_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用时间影响系数，k_direction_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p的作用方向影响系数，N_meld_纵_i_j_p表示该塔筒筒体环段纵向焊缝出现疲劳损坏时工作载荷W_meld_纵_i_j_p的循环作用次数，n_meld_纵_i_j_p表示塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p已循环作用次数；
对于-Mmax≤i≤+Nmax，
Figure FDA0002927913160000074
表示塔筒筒体环段纵向焊缝在不同塔筒筒体环段纵向焊缝工作载荷W_meld_纵_i_j_p和相应循纵向次数n_meld_纵_i_j_p作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000081
时表示该塔筒筒体环段纵向焊缝已达到疲劳寿命终值；
步骤46)根据螺栓的性状建立第j层法兰位于主风向的一个螺栓在主风向测量位移量为ΔL_i的疲劳累积损伤函数：
Figure FDA0002927913160000082
其中，k_time_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用时间影响系数，k_direction_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j的作用方向影响系数，N_bolt_i_j表示该螺栓出现疲劳损坏时螺栓拉力的循环作用次数，n_bolt_i_j表示螺栓拉力F1_i_j已循环作用次数；
对于
Figure FDA0002927913160000083
表示该螺栓在不同螺栓拉力F1_i_j和螺栓拉力相应循环次数n_bolt_i_j作用后已消耗的疲劳寿命，当
Figure FDA0002927913160000084
时表示该螺栓已达到疲劳寿命终值。
7.一种风电机组塔筒寿命预测系统，其特征在于，包括：
位移数据获取模块，与位移传感器(10)电连接，接收位移传感器(10)传输的位移数据；
数据处理模块，与位移数据获取模块相交互，接收位移数据获取模块中的位移数据，并对位移数据进行处理，包括工作载荷计算单元和应力数据计算单元，工作载荷计算单元是基于位移数据计算法兰盘上的工作载荷；应力数据计算单元是基于法兰盘上的工作载荷计算法兰盘相关部位的应力数据；
评估模块，与数据处理模块相交互，基于法兰相关部位的应力数据对塔筒内各部件的寿命进行计算，并预计风电机组塔筒的寿命。
8.一种电子终端设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至6任一项所述风电机组塔筒寿命预测方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6任一项所述风电机组塔筒寿命预测方法的步骤。
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