CN112990665A

CN112990665A - 风力机塔架螺栓松动的报警系统、报警方法、报警装置

Info

Publication number: CN112990665A
Application number: CN202110202018.XA
Authority: CN
Inventors: 杨涛; 张琛; 胡迪; 孙甜; 何新兵; 肖焕秀; 张家盛
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2021-02-23
Filing date: 2021-02-23
Publication date: 2021-06-18

Abstract

本发明属于螺栓松动实时监测技术领域，公开了一种风力机塔架螺栓松动的报警系统、报警方法、报警装置，信号转换模块将因螺栓松动产生的电阻变化量，转化成电流或电压信号；信号采集模块采集转换后的电流或电压信号，并进行编码；信号传输模块将采集的编码后的电流或电压信号传输至信号接收模块；信号接收模块接收传输的编码后的电流或电压信号，并进行解码；分析判断模块分析解码得到松动的螺栓的数量；并判断松动的螺栓的数量是否超出预设阈值；报警模块，当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警。本发明可以实现对螺栓松动的自动检测，节省了大量人力物力，检测精度高，完善和发展了螺栓松动检测系统。

Description

风力机塔架螺栓松动的报警系统、报警方法、报警装置

技术领域

本发明属于螺栓松动实时监测技术领域，尤其涉及一种风力机塔架螺栓松动的报警系统、报警方法、报警装置。

背景技术

目前，近年来，随着环境恶化、化石能源短缺等问题的不断加剧，世界各国不断加大对新能源发展的重视。风能作为一种技术发展较为成熟的清洁能源，储存量丰富、分布广泛，风力发电机装机容量逐年上升且势头不减。2019年，风电新增并网装机容量0.26亿千瓦，累计达到2.10亿千瓦；其中陆上风电新增并网装机容量0.24亿千瓦，累计达到2.04亿千瓦。预计到2050年风电装机规模可以达到300亿千瓦，生产电量占到全国总消耗量的80％。

然而，由于风力机所处工作环境复杂，风速的不确定性导致塔架所受的载荷波动较大。螺栓连接是大型风力机塔架各段塔筒及塔架与塔基之间的唯一连接方式，螺栓在随机风载荷作用下，承受拉、压循环作用，螺纹发生塑性变形会导致螺栓预紧力减小甚至消失，最终引起塔架螺栓连接失效，造成塔架倒塌等灾难性的后果。2018年某风电场发生两台风电机组倒塌事故，造成了两台机组全部报废，其事故原因是由于长时间未对法兰处松动螺栓进行及时紧固，从而导致塔架倒塌。

在这个背景下，需要发明一个能够对螺栓松动实时监测的装置，当螺栓松动数量超过一定阈值时发出报警，为运维人员提供科学指导，减少事故的发生。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：

(1)目前为防止此类事故出现，主要的解决办法是工人定期用力矩扳手检查螺栓的预紧力，此方法既费时又费力，也不能彻底消除螺栓松动问题，而且可能会由于螺栓受到超过屈服强度的拉力后，其金相组织发生变化，即使再次紧固，螺栓也将会在外力的作用下产生塑性变形，甚至造成螺栓的断裂。

(2)类似地，划线法也需要大量的人力物力，且检测结果极度依赖工作人员的现场经验，无法做到螺栓松动的自动检测与报警。

(3)而预埋应变片的方法检测精度低，报警效果差，应变片长时间处于巨大扭转应力下极易失效，不能够及时检测出螺栓松动并进行安全评估与处理。

解决以上问题及缺陷的难度为：

风力机塔架螺栓数量众多，塔架内部电子电气干扰强，如何及时、准确、经济地实现螺栓松动的自动检测与报警是现有的一大难题。

解决以上问题及缺陷的意义为：

通过对螺栓松动报警系统、报警方法、报警装置的研究，能够降低风力机塔架螺栓松动现场检测成本，提高检测准确率，减少风力机塔架倒塌事故的发生，为风电行业的长期稳定经济性运行提供科学的技术手段与方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种风力机塔架螺栓松动的报警系统、报警方法、报警装置。

本发明是这样实现的，一种风力机塔架螺栓松动的报警系统，所述风力机塔架螺栓松动的报警系统包括：

信号转换模块，用于将因螺栓松动产生的电阻变化量，转化成电流或电压信号；

信号采集模块，用于采集转换后的电流或电压信号，并进行编码；

信号传输模块，用于将采集的编码后的电流或电压信号传输至信号接收模块；

信号接收模块，用于接收传输的编码后的电流或电压信号，并进行解码；

分析判断模块，用于分析解码得到松动的螺栓的数量；并判断松动的螺栓的数量是否超出预设阈值；

报警模块，用于当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警；

电源模块，用于为系统提供电力支持。

进一步，所述风力机塔架螺栓松动的报警系统还包括：

评估处理模块，用于基于得到的螺栓松动数量对安全风险进行评估，并调取相应的处理方案。

本发明的另一目的在于提供一种应用于所述风力机塔架螺栓松动的报警系统的风力机塔架螺栓松动的报警装置，所述风力机塔架螺栓松动的报警装置设置有：

导线；

所述导线一端粘贴在螺母侧面，一端粘贴在螺栓底部，用于连接螺母和螺栓；

所述导线串联有电阻。

本发明的另一目的在于提供一种构建所述风力机塔架螺栓松动的报警装置的风力机塔架螺栓松动的报警装置构建方法，所述风力机塔架螺栓松动的报警装置构建方法包括：

将螺栓预紧后，使用胶水将导线两端分别粘贴在螺栓底部与螺母侧面；同时将导线与电阻串联，即可。

本发明的另一目的在于提供一种应用于所述风力机塔架螺栓松动的报警系统的风力机塔架螺栓松动的报警方法，所述风力机塔架螺栓松动的报警方法包括：

步骤一，采集电路中因螺栓松动产生的电阻变化量，并转化成电流或电压信号；

步骤二，获取转换后的电流或电压信号，将电流或电压信号进行编码传输；

步骤三，对电流或电压信号进行解码分析，得到松动的螺栓的数量；并判断松动的螺栓的数量是否超出预设阈值；

步骤四，当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警。

进一步，所述风力机塔架螺栓松动的报警方法还包括：

基于得到的螺栓松动数量对安全风险进行评估，并调取相应的处理方案。

进一步，所述对电流或电压信号进行解码分析，得到松动的螺栓的数量包括：

通过分析电流信号的变化，确定松动的螺栓数量：

其中，n表示松动螺栓数量，0≤n≤N；I表示螺栓均未发生松动时电路中的电流，I'表示电路实时监测的电流，N表示待监测螺栓数量；

螺栓均未发生松动时电路中的电流I如下：

电路实时监测的电流I'如下：

其中，U表示电路电源供电电压R。

本发明另一目的在于提供一种信息数据处理终端，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。

本发明另一目的在于提供一种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，使得所述处理器执行所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。

本发明另一目的在于提供一种风力发电机，所述风力发电机执行所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。

结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：

本发明通过螺栓松动产生的位移量使螺栓底部与螺母之间的连接导线断开，通过开关的作用使该信号转化成电路中电阻的变化；通过对该信号的转换、采集、传输、接收和分析得出风力机塔架螺栓松动数量，当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警，从而实现螺栓松动的自动监测及报警。

本发明检测装置简单、原理清晰、成本低廉、可重复使用，能节省大量人力物力。

本发明检测精度高，能自动分析出螺栓松动数量，做到及时报警并进行安全评估与处理。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警系统结构示意图。

图2是本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警方法流程图。

图3是本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警装置结构示意图。

图中：1、信号转换模块；2、信号采集模块；3、信号传输模块；4、信号接收模块；5、分析判断模块；6、报警模块；7、电源模块；8、评估处理模块；9、螺栓；10、螺母；11、导线。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种风力机塔架螺栓松动的报警系统及报警方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。

如图1所示，本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警系统包括：

信号转换模块1，用于将因螺栓松动产生的电阻变化量，转化成电流或电压信号；

信号采集模块2，用于采集转换后的电流或电压信号，并进行编码；

信号传输模块3，用于将采集的编码后的电流或电压信号传输至信号接收模块；

信号接收模块4，用于接收传输的编码后的电流或电压信号，并进行解码；

分析判断模块5，用于分析解码得到松动的螺栓的数量；并判断松动的螺栓的数量是否超出预设阈值；

报警模块6，用于当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警；

电源模块7，用于为系统提供电力支持；

评估处理模块8，用于基于得到的螺栓松动数量对安全风险进行评估，并调取相应的处理方案。

如图2所示，本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警装置设置有：

导线11；

导线11一端粘贴在螺母10侧面，一端粘贴在螺栓9底部，用于连接螺母10和螺栓9；

导线11串联有电阻。

本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警装置构建方法包括：

如图3所示，本发明实施例提供的风力机塔架螺栓松动的报警方法包括以下步骤：

S101，采集电路中因螺栓松动产生的电阻变化量，并转化成电流或电压信号；

S102，获取转换后的电流或电压信号，将电流或电压信号进行编码传输；

S103，对电流或电压信号进行解码分析，得到松动的螺栓的数量；并判断松动的螺栓的数量是否超出预设阈值；

S104，当松动的螺栓的数量超出预设阈值时发送报警信号进行报警；同时基于得到的螺栓松动数量对安全风险进行评估，并调取相应的处理方案。

本发明实施例提供的对电流或电压信号进行解码分析，得到松动的螺栓的数量包括：

通过分析电流信号的变化，确定松动的螺栓数量：

螺栓均未发生松动时电路中的电流I如下：

电路实时监测的电流I'如下：

其中，U表示电路电源供电电压R。

下面结合具体实施例对本发明的技术效果作进一步描述。

实施例1：

一个风力机塔架螺栓松动的报警方法包括：

步骤一：螺栓松动产生的位移量使粘贴在螺母与螺栓两端且与电路相连的导线断开，使电路中的电阻发生变化。

步骤二：通过对电阻信号的收集，传输，接收和分析，得出塔架各段塔筒连接处螺栓松动的数量，若超过一定的阈值则发出报警。

进一步，所述风力机塔架螺栓松动的报警方法包括：

第一步：安装螺栓松动报警装置。

第二步：螺栓松动产生的位移量使螺栓底部与螺母侧面的连接导线断开，使电路中的电阻信号变化。

第三步：通过信息采集模块采集电阻变化的信息，通过信息发射模块将电阻信号处理传输到信号接收模块中，信号接收模块接收传输过来的电阻信号，进行处理传输给螺栓松动监测系统。

第四步：螺栓松动监测系统分析得出螺栓松动数量，对安全风险进行评估，并调取相应的处理方案。

在本发明中，所述第一步中,将导线一端粘贴在螺母侧面，一端粘贴在螺栓底部，要求螺母与螺栓之间的导线绷直，将导线与电路连接。

所述第二步中，对待监测的螺栓进行分组，将同一组的导线连接起来，组成并联电路，连接到信息采集模块。

所述第四步之后，重新紧固螺栓后，将断开的导线重新连接。

本发明还提供了一种实施风力机塔架的报警系统包括：

信息采集模块：该模块将因为螺栓松动产生的电阻变化量，转化成电流或电压信号，分组进行信息的采集，并将信息发送给信息传输模块。

信息传输模块：用于编码收集电流或电压信息，将编码后的信息传输给信息接收模块。

信息接收模块：用于解码传过来的信息，并将信息传输给螺栓松动监测系统中。

螺栓松动监测系统：用于分析传输过来的信息，得出松动的螺栓的数量，若超过一定阈值，则发出报警信号。

电源模块：用于为整个电路以及信号采集模块，信息传输模块供电。

本发明还提供了一种实施风力机塔架螺栓松动监测的报警装置，包括导线，电阻。所述导线，用于连接螺母和螺栓，当螺母和螺栓因为松动而产生相对位移量时，会拉断导线，导致电路断开。

所述电阻，用于与导线串联，导线未断开时，电阻接入电路；导线断开后，电阻接出电路，电路电流或电压发生变化。

本发明的另一目的在于提供一种能够储存用户输入的程序的介质，所储存的计算机程序能够使电子设备执行权利要求1-5任意一项所属风力机塔架螺栓松动的报警方法。

本发明的另一目的在于提供一种能够储存在计算机中的计算机程序，用于提供给用户能够实施权利要求1-5中任意一项螺栓松动的报警方法的能力。

实施例2：

本发明提供的风力机塔架螺栓松动的报警报警方法包括：

第一步：安装螺栓松动报警装置。将螺栓预紧后，使用胶水将导线两端分别粘贴在螺栓底部与螺母侧面；

第二步：当螺栓发生松动时，螺栓松动产生的位移量使螺栓底部与螺母侧面的连接导线断开，使电路中的电阻发生变化。螺栓松动报警电路如图3所示，每个连接导线均串联一个电阻，与同组待监测的螺栓组成并联电路；

第三步：信息采集模块将因为螺栓松动产生的电阻变化量，转化成电流或电压信号，信息由信息传输模块与接收模块经编码/解码处理后，传输给螺栓松动监测系统中进行分析，得出松动的螺栓的数量，若超过一定阈值，则发出报警信号；

第四步：将松动的螺栓重新紧固螺栓，按照图2所示粘贴好连接导线。

其中，所述第二步螺栓松动报警电路中，假设电路电源供电电压为U,同一分组待监测螺栓数量为N，每个连接导线电阻近似为0，且与之串联的电阻阻值相等，均为R。

当待监测螺栓均未发生松动时，报警电路中电流为

当发生松动螺栓数量为n时(0≤n≤N)，报警电路中电流为

因此，通过监测报警电路中电流的变化，可以实时获取监测螺栓松动情况。

由(1)(2)可得，松动螺栓数量：

式中，I为测螺栓均未发生松动时报警电路中的电流，I'为报警电路实时监测的电流，N为待监测螺栓数量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种风力机塔架螺栓松动的报警系统，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警系统包括：

电源模块，用于为系统提供电力支持。

2.如权利要求1所述风力机塔架螺栓松动的报警系统，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警系统还包括：

3.一种应用于如权利要求1-2任意一项所述风力机塔架螺栓松动的报警系统的风力机塔架螺栓松动的报警装置，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警装置设置有：

导线；

所述导线串联有电阻。

4.一种构建如权利要求3所述风力机塔架螺栓松动的报警装置的风力机塔架螺栓松动的报警装置构建方法，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警装置构建方法包括：

5.一种应用于如权利要求1-2任意一项所述风力机塔架螺栓松动的报警系统的风力机塔架螺栓松动的报警方法，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警方法包括：

6.如权利要求5所述风力机塔架螺栓松动的报警方法，其特征在于，所述风力机塔架螺栓松动的报警方法还包括：

7.如权利要求5所述风力机塔架螺栓松动的报警方法，其特征在于，所述对电流或电压信号进行解码分析，得到松动的螺栓的数量包括：

通过分析电流信号的变化，确定松动的螺栓数量：

螺栓均未发生松动时电路中的电流I如下：

电路实时监测的电流I'如下：

其中，U表示电路电源供电电压R。

8.一种信息数据处理终端，其特征在于，所述信息数据处理终端包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行权利要求5～7任意一项所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。

9.一种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，使得所述处理器执行权利要求5～7任意一项所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。

10.一种风力发电机，其特征在于，所述风力发电机执行权利要求5～7任意一项所述风力机塔架螺栓松动的报警方法。