CN113107786B - 风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备，方法包括：实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和各个振动传感器感应的振动速度；根据各个动应变计的敏感长度和感应的应变数据，计算各个动应变计对应的间隙位移；分析各个动应变计对应的间隙位移和各个振动传感器感应的振动速度，确定法兰盘的目标间隙安全系数和目标振动安全系数；根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和安全性能评估规则，评估法兰盘的安全性能，得到安全性能评估信息。本方案基于法兰盘的振动速度和应变数据两个参量对法兰盘进行安全性能评估，提高了法兰盘安全监测的准确性和可靠性，相比于超声波探测，降低了安装程序的复杂性和监测成本。

Description

风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备

技术领域

本发明涉及结构安全监测技术领域，具体涉及一种风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备。

背景技术

随着风力发电的迅猛增长，市场对风电塔筒的需求量也越来越大，而作为风电塔筒关键连接件的塔筒法兰盘也越来越受到重视。风电塔筒法兰盘是风电塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，是风力发电设备的重要部件。目前，风电塔筒法兰盘损伤现象普遍存在，为了及时发现风电塔筒法兰盘的损伤，避免引起法兰盘严重损伤或风电塔筒倒塌事故，降低日常维修成本，对于风电塔筒法兰盘的安全性能监测尤为重要。

现有技术中，对风电塔筒法兰盘的安全性能通常采用应变计或超声波探测进行监测，但是应变计的输出值对外部荷载作用等较敏感，此方法的监测结果的可靠性与准确性较差；超声波探测受环境温度影响较大，需要采取温漂补偿，从而提高了安装程序的复杂性和监测成本。

因此，如何提高风电塔筒法兰盘安全性能监测的准确性，降低监测与成本安装程序的复杂性是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备，以解决现有技术中应变计监测结果的可靠性与准确性较差，超声波探测安装程序的复杂性和监测成本较高的问题。

为实现以上目的，本发明采用如下技术方案：

一种风电塔筒法兰盘安全监测方法，包括：

实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在所述法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；

根据各个所述动应变计感应的应变数据和各个所述动应变计的敏感长度，计算各个所述动应变计对应的间隙位移；

对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数；

对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数；

根据所述目标间隙安全系数、所述目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对所述法兰盘的安全性能进行评估，得到所述法兰盘的安全性能评估信息。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数，包括：

对每个第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数；

计算第二预设时长范围内所有所述动应变计对应的所有单位间隙安全系数的均值，得到所述法兰盘的目标间隙安全系数；

其中，所述第二预设时长范围包含至少一个所述第一预设时长范围。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述对每个第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数，包括：

利用每个所述第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移，计算每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值和间隙波动峰峰值；

根据每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值，计算每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值增量；

对每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的间隙波动峰峰值和预先设置的第一安全预警值进行对比，确定每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第一间隙预警系数；

对每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的间隙等效均值增量和预先设置的第二安全预警值进行对比，确定每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第二间隙预警系数；

根据每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第一间隙预警系数和第二间隙预警系数，利用预设的间隙安全系数计算规则，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述间隙安全系数计算规则为：C1＝0.2×A1+0.8×B1；

其中，C1表示所述单位间隙安全系数；A1表示所述第一间隙预警系数；B1表示所述第二间隙预警系数。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数，包括：

对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数；

计算所述第二预设时长范围内所有所述单位振动安全系数的均值，得到所述法兰盘的目标振动安全系数。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数，包括：

对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行互功率谱计算，确定每个所述第一预设时长范围对应的振动互功率谱图；

从所述振动互功率谱图中提取每个所述第一预设时长范围对应的第二阶固有频率值；

根据每个所述第一预设时长范围对应的所述振动互功率谱图和所述第二阶固有频率值，确定每个所述第一预设时长范围对应的相位差值和互功率谱幅度值；

利用第一跳变判断规则，根据每个所述第一预设时长范围对应的相位差值是否出现第一预设跳变现象，确定每个所述第一预设时长范围对应的第一振动预警系数；

利用第二跳变判断规则，根据每个所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值是否出现第二预设跳变现象，确定每个所述第一预设时长范围对应的第二振动预警系数；

根据每个所述第一预设时长范围对应的所述第一振动预警系数和所述第二振动预警系数，利用预设的振动安全系数计算规则，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述振动安全系数计算规则为：C2＝0.5×A2+0.5×B2；

其中，C2表示所述单位振动安全系数；A2表示所述第一振动预警系数；B2表示所述第二振动预警系数。

进一步地，上述风电塔筒法兰盘安全监测方法中，所述第一跳变判断规则为：计算当前所述第一预设时长范围对应的相位差值与上一个所述第一预设时长范围对应的相位差值之间差值，再计算所述差值的绝对值；所述第一预设跳变现象为：所述绝对值大于第一预设数值；

所述第二跳变判断规则为：将当前所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值除以上一个所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值，得到商值；所述第二预设跳变现象为：所述商值大于第二预设数值。

本发明还提供了一种风电塔筒法兰盘安全监测装置，包括：

获取模块，用于实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在所述法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；

计算模块，用于根据各个所述动应变计感应的应变数据和各个所述动应变计的敏感长度，计算各个所述动应变计对应的间隙位移；

第一确定模块，用于对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数；

第二确定模块，用于对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数；

评估模块，用于根据所述目标间隙安全系数、所述目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对所述法兰盘的安全性能进行评估，得到所述法兰盘的安全性能评估信息。

本发明还提供了一种风电塔筒法兰盘安全监测设备，包括：动态数据采集仪、处理器、若干个动应变计和若干个振动传感器；

所有所述动应变计均匀设置在法兰盘环形内部；

所有所述振动传感器均匀设置在所述法兰盘的上盘和下盘处；

所述处理器、所有所述动应变计和所有所述振动传感器分别与所述动态数据采集仪相连；

所述动应变计用于实时感应所述法兰盘上所述动应变计设置位置的应变数据；

所述振动传感器用于实时感应所述法兰盘上所述振动传感器设置位置的振动速度；

所述动态数据采集仪用于实时采集所有所述动应变计感应的应变数据和所有所述振动传感器感应的振动速度，并将所有所述应变数据和所有所述振动速度发送给所述处理器；

所述处理器至少用于执行上述风电塔筒法兰盘安全监测方法。

一种风电塔筒法兰盘安全监测方法、装置和设备，方法包括：实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；根据各个动应变计感应的应变数据和各个动应变计的敏感长度，计算各个动应变计对应的间隙位移；对各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定法兰盘的目标间隙安全系数；对各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定法兰盘的目标振动安全系数；根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对法兰盘的安全性能进行评估，得到法兰盘的安全性能评估信息。采用本发明的技术方案，可以基于法兰盘的振动速度和动应变数据两个参量对法兰盘进行安全性能评估，提高了风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性，并且相比于超声波探测，降低了安装程序的复杂性和监测成本。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的流程图；

图2是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的另一流程图；

图3是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的另一流程图；

图4是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测装置一种实施例提供的结构示意图；

图5是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测设备一种实施例提供的结构框图；

图6是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测设备一种实施例提供的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

图1是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的流程图，如图1所示，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测方法具体包括如下步骤：

S101、实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度。

本实施例中，需要在风机塔筒的法兰盘上设置动应变计和振动传感器，其中，动应变计设置在法兰盘的环形内部，优选设置4个动应变计，法兰盘为环形，因此，需要以90度间隔对动应变计进行均匀设置，法兰盘分为上、下两个盘，是通过螺栓紧固成1个法兰盘，动应变计的两边安装底座需要分别分布在法兰盘的上盘和下盘(即法兰盘间隙两侧)。振动传感器需要设置在法兰盘的上盘和下盘，优选设置2个振动传感器，振动传感器分别在法兰盘的上盘和下盘对应设置，优选将安装在下盘的振动传感器称为法兰盘的参考点，安装在上盘的振动传感器称为法兰盘的测试点。

各个动应变计可以感应应变数据，各个振动传感器可以感应振动速度，动态数据采集仪可以采集各个动应变计感应的应变数据和各个振动传感器感应的振动速度，并将所有应变数据和振动速度发送到处理器。因此，处理器可以实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度。

S102、根据各个动应变计感应的应变数据和各个动应变计的敏感长度，计算各个动应变计对应的间隙位移。

获取到各个动应变计感应的应变数据后，可以将每个动应变计感应的应变数据乘以该动应变计的敏感长度，从而计算处该动应变计对应的间隙位移。因此，本实施例可以计算出各个动应变计对应的间隙位移。其中动应变计的敏感元件为该动应变计上的应变片，因此，动应变计的敏感长度为应变片的长度。

S103、对各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定法兰盘的目标间隙安全系数。

计算出各个动应变计对应的间隙位移后，处理器需要对各个动应变计对应的间隙位移进行分析，从而确定设置各个动应变计的法兰盘的目标间隙安全系数。具体步骤如下所述：

第一，对每个第一预设时长范围内的各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数。

本实施例预先设置了第一预设时长范围，第一预设时长范围优选为1分钟。本实施例需要对每一分钟内的每个动应变计对应的所有间隙位移进行分析，从而得到每一分钟的各个动应变计对应的单位间隙安全系数。即，如果法兰盘设置了4个动应变计，那么根据每一分钟内4个动应变计对应的所有间隙位移，便会计算出每一分钟对应的4个单位间隙安全系数。其中，每个动应变计每分钟优选可以采集60s×200Hz个数据，因此，每分钟内每个动应变计对应的间隙位移也包括60s×200Hz个。每一分钟对应的每个单位间隙安全系数均是通过对每个动应变计对应的60s×200Hz个间隙位移分析出的。

第二，计算第二预设时长范围内所有动应变计对应的所有单位间隙安全系数的均值，得到法兰盘的目标间隙安全系数。

确定了每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数后，需要计算出第二预设时长范围内所有动应变计对应的所有单位间隙安全系数的均值，从而得到法兰盘的目标间隙安全系数。其中，第二预设时长范围包含至少一个第一预设时长范围。本实施例中第二预设时长范围优选为1天，即，每一分钟对应4个单位间隙安全系数，一天包含24×60分钟，因此一天内所有单位间隙安全系数的个数为24×60×4，本实施例将24×60×4个单位间隙安全系数的均值作为该法兰盘一天的目标间隙安全系数。

S104、对各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定法兰盘的目标振动安全系数。

获取到各个振动传感器对应的振动速度后，处理器需要对各个振动传感器对应的振动速度进行分析，从而确定设置各个振动传感器的法兰盘的目标振动安全系数。具体步骤如下所述：

第一，对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。

本实施例需要对每个第一预设时长范围内各个振动传感器感应的振动速度进行分析。其中，第一预设时长范围优选为1分钟，每个法兰盘上设置的振动传感器的数量优选为2个，一个设置在法兰盘上盘，一个设置在法兰盘下盘，每个振动传感器每分钟可以感应60s×200Hz个数据，因此，对每一分钟内每个振动传感器感应到的60s×200Hz个振动速度进行分析，可以确定每一分钟对应的单位振动安全系数，即每一分钟对应1个单位振动安全系数。

第二，计算第二预设时长范围内所有单位振动安全系数的均值，得到法兰盘的目标振动安全系数。

确定了每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数后，需要计算出第二预设时长范围内所有单位振动安全系数的均值，从而得到设置了各个振动传感器的法兰盘的目标振动安全系数。其中，第二预设时长范围优选为1天，一天包含24×60分钟，因此一天内所有单位振动安全系数的个数为24×60，本实施例将24×60个单位振动安全系数的均值作为该法兰盘一天的目标振动安全系数。

S105、根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对法兰盘的安全性能进行评估，得到法兰盘的安全性能评估信息。

本实施例预先设置有法兰盘的安全性能评估规则，确定了法兰盘的目标间隙安全系数和目标振动安全系数之后，处理器需要根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对法兰盘的安全性能进行评估，得到法兰盘的安全性能评估信息。其中，法兰盘的安全性能评估信息包括安全性能评估等级，并且安全性能评估等级分为：正常、疲劳工作、频繁疲劳工作、松动预警和松动警告。表1为法兰盘安全性能评估规则表，如表1所示，处理器可以根据目标间隙安全系数和目标振动安全系数，与表1进行匹配，从而得出，法兰盘的安全性能评估等级，并将其作为法兰盘的安全性能评估信息。

表1

本实施例通过对法兰盘的振动速度和动应变数据两个参量进行法兰盘安全性能的分析评估，可以提高风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性，并且相比于超声波探测，本实施例不需要采取温漂补偿，因此降低了安装程序的复杂性和监测成本。本实施例对风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性较高，这样可以及时发现风电塔筒法兰盘的损伤，避免引起法兰盘严重损伤或风电塔筒倒塌事故，降低日常维修成本。

本实施例中，并不限定步骤S102～S103与步骤S104之间的执行顺序，即，既可以先执行步骤S102～S103，再执行步骤S104；也可以先执行步骤S104，再执行步骤S102～S103。

本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测方法，实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；根据各个动应变计感应的应变数据和各个动应变计的敏感长度，计算各个动应变计对应的间隙位移；对各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定法兰盘的目标间隙安全系数；对各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定法兰盘的目标振动安全系数；根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对法兰盘的安全性能进行评估，得到法兰盘的安全性能评估信息。采用本发明的技术方案，可以基于法兰盘的振动速度和动应变数据两个参量对法兰盘进行安全性能评估，提高了风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性，并且相比于超声波探测，降低了安装程序的复杂性和监测成本。

进一步地，图2是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的另一流程图，如图2所示，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测方法中，步骤“对每个第一预设时长范围内的各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数”，具体包括如下步骤：

S201、利用每个第一预设时长范围内的各个动应变计对应的间隙位移，计算每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值和间隙波动峰峰值。

处理器需要计算出每个第一预设时长范围内各个动应变计对应的所有间隙位移的等效均值和波动峰峰值，作为间隙等效均值和间隙波动峰峰值。即，根据步骤S103中的内容可知，每一分钟内的每个动应变计可以对应有60s×200Hz个间隙位移，本实施例需要计算出该一分钟对应的每个动应变计对应的间隙等效均值和间隙波动峰峰值，由于优选设置了4个动应变计，因此，每一分钟均对应有4个间隙等效均值和4个间隙波动峰峰值。

S202、根据每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值，计算每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值增量。

本实施例还需要根据每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值，计算每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值增量。即，将当前第一预设时长范围的第一个动应变计对应的间隙等效均值减去上一个第一预设时长范围的第一动应变计对应的间隙等效均值，便能得出当前第一预设时长范围的第一动应变计对应的间隙等效均值增量。因此，由于优选设置了4个动应变计，每个第一预设时长范围均对应有4个间隙等效均值增量。

S203、对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙波动峰峰值和预先设置的第一安全预警值进行对比，确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数。

本实施例中预先设置有第一安全预警值，处理器对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙波动峰峰值分别与第一安全预警值进行对比，并根据对比结果确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数。由于优选设置了4个动应变计，每个第一预设时长范围均对应有4个间隙波动峰峰值，因此，每个第一预设时长范围对应有4个第一间隙预警系数。

具体地，每个间隙波动峰峰值与第一安全预警值进行比较，如果间隙波动峰峰值大于第一安全预警值，则确定该间隙波动峰峰值对应的第一间隙预警系数为1，如果间隙波动峰峰值不大于第一安全预警值，则确定该间隙波动峰峰值对应的第一间隙预警系数为0。其中，第一安全预警值的设置需要取至少监测1个月间隙波动峰峰值且最大风速达到25m/S以上的间隙波动峰峰值中的最大值的1.2～2倍作为第一安全预警值。

S204、对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙等效均值增量和预先设置的第二安全预警值进行对比，确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第二间隙预警系数。

本实施例中预先设置有第二安全预警值，处理器对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙等效均值增量分别与第二安全预警值进行对比，并根据对比结果确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第二间隙预警系数。由于优选设置了4个动应变计，每个第一预设时长范围均对应有4个间隙等效均值增量，因此，每个第一预设时长范围对应有4个第二间隙预警系数。

具体地，每个间隙等效均值增量与第二安全预警值进行比较，如果间隙等效均值增量大于第二安全预警值，则确定该间隙等效均值增量对应的第二间隙预警系数为1，如果间隙等效均值增量不大于第二安全预警值，则确定该间隙等效均值增量对应的第二间隙预警系数为0。其中，第二安全预警值的设置需要取至少监测1个月间隙等效均值且最大风速达到25m/S以上的间隙等效均值的平均值作为等效均值初始值，然后其他间隙等效均值减去这个等效均值初始值，得出每个第一预设时长范围的均值增量。取这些均值增量中最大值的1.2～2倍作为第二安全预警值。

S205、根据每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数和第二间隙预警系数，利用预设的间隙安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数。

根据上述内容可以确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数和第二间隙预警系数，处理器可以利用预设的间隙安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数。由于优选设置了4个动应变计，每个第一预设时长范围均对应有4个第一间隙预警系数和4个第二间隙预警系数，因此，每个第一预设时长范围对应有4个单位间隙安全系数。

本实施例中间隙安全系数计算规则优选为：C1＝0.2×A1+0.8×B1。其中，C1表示单位间隙安全系数；A1表示第一间隙预警系数；B1表示第二间隙预警系数。

本实施例中，并不限定步骤S203与步骤S204之间的执行顺序，即，既可以先执行步骤S203，再执行步骤S204；也可以先执行步骤S204，再执行步骤S203。

进一步地，图3是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测方法一种实施例提供的另一流程图，如图3所示，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测方法中，步骤“对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数”，具体包括如下步骤：

S301、对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行互功率谱计算，确定每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图。

处理器需要对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行互功率谱计算，确定每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图。其中，设置在法兰盘上盘位置的振动传感器优选为振动测点传感器，设置在法兰盘下盘位置的振动传感器优选为振动参考点传感器。本实施例中振动传感器的设置数量优选为2个，互功率谱图主要是针对这两个振动传感器感应的振动速度互功率谱计算确定的，即互功率谱图是针对振动测点和振动参考点的数据。

S302、从振动互功率谱图中提取每个第一预设时长范围对应的第二阶固有频率值。

确定了每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图后，需要从每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图中提取对应的第二阶固有频率值，从而确定每个第一预设时长范围对应的第二阶固有频率值。

S303、根据每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图和第二阶固有频率值，确定每个第一预设时长范围对应的相位差值和互功率谱幅度值。

从每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图中，确定当处于第二阶固有频率值时，振动测点和振动参考点之间的相位差值和互功率谱幅度值(即互功率谱比值)，从而得到每个第一预设时长范围对应的相位差值和互功率谱幅度值。

S304、利用第一跳变判断规则，根据每个第一预设时长范围对应的相位差值是否出现第一预设跳变现象，确定每个第一预设时长范围对应的第一振动预警系数。

处理器可以利用第一跳变判断规则，判断每个第一预设时长范围对应的相位差值是否出现第一预设跳变现象，并根据判断结果确定每个预设时长范围对应的第一振动预警系数。如果判断出第一预设时长范围对应的相位差值出现第一预设跳变现象，则确定该第一预设时长范围对应的第一振动预警系数为1，如果判断出第一预设时长范围对应的相位差值未出现第一预设跳变现象，则确定该第一预设时长范围对应的第一振动预警系数为0。

其中，第一跳变判断规则为：计算当前的第一预设时长范围对应的相位差值与上一个第一预设时长范围对应的相位差值之间的差值，再计算该差值的绝对值。第一预设跳变现象为：该绝对值大于第一预设数值。第一预设数值优选为10，如果绝对值大于10，则说明当前的第一预设时长范围对应的相位差值出现了一次突然跳变现象。

S305、利用第二跳变判断规则，根据每个第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值是否出现第二预设跳变现象，确定每个第一预设时长范围对应的第二振动预警系数。

处理器可以利用第二跳变判断规则，判断每个第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值是否出现第二预设跳变现象，并根据判断结果确定每个预设时长范围对应的第二振动预警系数。如果判断出第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值出现第二预设跳变现象，则确定该第一预设时长范围对应的第二振动预警系数为1，如果判断出第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值未出现第二预设跳变现象，则确定该第一预设时长范围对应的第二振动预警系数为0。

其中，第二跳变判断规则为：计算当前的第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值除以上一个第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值之间的商值。第二预设跳变现象为：该商值大于第二预设数值。第二预设数值优选为10，如果商值大于10，则说明当前的第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值出现了一次突然跳变现象。

S306、根据每个第一预设时长范围对应的第一振动预警系数和第二振动预警系数，利用预设的振动安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。

本实施例预先设置有振动安全系数计算规则，处理器可以根据确定的每个第一预设时长范围对应的第一振动预警系数和第二振动预警系数，利用振动安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。每个第一预设时长范围对应有1个单位振动安全系数。

其中，振动安全系数计算规则为：C2＝0.5×A2+0.5×B2。其中，C2表示单位振动安全系数；A2表示第一振动预警系数；B2表示第二振动预警系数。

本实施例中，并不限定步骤S304与步骤S305之间的执行顺序，即，既可以先执行步骤S304，再执行步骤S305；也可以先执行步骤S305，再执行步骤S304。

进一步地，本实施例风电塔筒法兰盘安全监测方法，在执行步骤S101时，处理器还需要进行带通滤波，其中，需要设置带通滤波截止频率，带通滤波截止频率的设置是基于实测的一段数据分析出风电塔筒法兰盘的第2阶固有频率值，按照该第2阶固有频率值的0.7～1.3倍的范围设置。

为了更全面，对应于本发明实施例提供的风电塔筒法兰盘安全监测方法，本申请还提供了风电塔筒法兰盘安全监测装置。

图4是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测装置一种实施例提供的结构示意图，如图4所示，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置包括：获取模块11、计算模块12、第一确定模块13、第二确定模块14和评估模块15。

获取模块11，用于实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；

计算模块12，用于根据各个动应变计感应的应变数据和各个动应变计的敏感长度，计算各个动应变计对应的间隙位移；

第一确定模块13，用于对各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定法兰盘的目标间隙安全系数；

第二确定模块14，用于对各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定法兰盘的目标振动安全系数；

评估模块15，用于根据目标间隙安全系数、目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对法兰盘的安全性能进行评估，得到法兰盘的安全性能评估信息。

本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置，可以基于法兰盘的振动速度和应变数据两个参量对法兰盘进行安全性能评估，提高了风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性，并且相比于超声波探测，降低了安装程序的复杂性和监测成本。

进一步地，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置中，第一确定模块13包括：间隙分析单元和间隙计算单元。

间隙分析单元，用于对每个第一预设时长范围内的各个动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数；

间隙计算单元，用于计算第二预设时长范围内所有动应变计对应的所有单位间隙安全系数的均值，得到法兰盘的目标间隙安全系数；其中，第二预设时长范围包含至少一个第一预设时长范围。

具体地，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置中，间隙分析单元具体用于：

利用每个第一预设时长范围内的各个动应变计对应的间隙位移，计算每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值和间隙波动峰峰值；

根据每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值，计算每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的间隙等效均值增量；

对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙波动峰峰值和预先设置的第一安全预警值进行对比，确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数；

对每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的间隙等效均值增量和预先设置的第二安全预警值进行对比，确定每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第二间隙预警系数；

根据每个第一预设时长范围的每个动应变计对应的第一间隙预警系数和第二间隙预警系数，利用预设的间隙安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围的各个动应变计对应的单位间隙安全系数。

其中，间隙安全系数计算规则为：C1＝0.2×A1+0.8×B1。C1表示单位间隙安全系数；A1表示第一间隙预警系数；B1表示第二间隙预警系数。

进一步地，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置中，第二确定模块14包括：振动分析单元和振动计算单元。

振动分析单元，用于对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数；

振动计算单元，用于计算第二预设时长范围内所有单位振动安全系数的均值，得到法兰盘的目标振动安全系数。

进一步地，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测装置中，振动分析单元具体用于：

对每个第一预设时长范围内的各个振动传感器感应的振动速度进行互功率谱计算，确定每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图；

从振动互功率谱图中提取每个第一预设时长范围对应的第二阶固有频率值；

根据每个第一预设时长范围对应的振动互功率谱图和第二阶固有频率值，确定每个第一预设时长范围对应的相位差值和互功率谱幅度值；

利用第一跳变判断规则，根据每个第一预设时长范围对应的相位差值是否出现第一预设跳变现象，确定每个第一预设时长范围对应的第一振动预警系数；

利用第二跳变判断规则，根据每个第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值是否出现第二预设跳变现象，确定每个第一预设时长范围对应的第二振动预警系数；

根据每个第一预设时长范围对应的第一振动预警系数和第二振动预警系数，利用预设的振动安全系数计算规则，确定每个第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。

其中，第一跳变判断规则为：计算当前第一预设时长范围对应的相位差值与上一个第一预设时长范围对应的相位差值之间差值，再计算差值的绝对值；第一预设跳变现象为：绝对值大于第一预设数值。第二跳变判断规则为：将当前第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值除以上一个第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值，得到商值；第二预设跳变现象为：商值大于第二预设数值。振动安全系数计算规则为：C2＝0.5×A2+0.5×B2。C2表示单位振动安全系数；A2表示第一振动预警系数；B2表示第二振动预警系数。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

图5是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测设备一种实施例提供的结构框图；图6是本发明的风电塔筒法兰盘安全监测设备一种实施例提供的结构示意图。如图5和图6所示，本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测设备包括：动态数据采集仪23、处理器24、若干个动应变计21和若干个振动传感器22。

所有动应变计21均匀设置在法兰盘3环形内部；所有振动传感器22均匀设置在法兰盘3的上盘和下盘处；处理器24、所有动应变计21和所有振动传感器22分别与动态数据采集仪23相连。

动应变计21用于实时感应法兰盘3上动应变计21设置位置的应变数据；振动传感器22用于实时感应法兰盘3上振动传感器22设置位置的振动速度；动态数据采集仪23用于实时采集所有动应变计21感应的应变数据和所有振动传感器22感应的振动速度，并将所有应变数据和所有振动速度发送给处理器24；处理器24至少用于执行上述实施例的风电塔筒法兰盘安全监测方法。

本实施例中每个法兰盘3上优选设置4个动应变计21和2个振动传感器22。每个法兰盘3以90度的间隔朝环形均匀安装4个动应变计21。动应变计21的两边安装底座需分别分布在法兰盘间隙两侧的法兰盘3上，如图6所示。2个振动传感器22分别安装在法兰盘3的上、下盘处，测量方向为水平主风方向(风电场日常主要风向)，如图6所示。

本实施例中振动传感器22的性能指标需要满足以下几点：第一，有效频带优于1～30Hz；第二，灵敏度大于200V.s/m；第三，分辨率优于0.001mm/s；第四，最大测量量程优于0.05m/s。振动传感器22的型号优选采用QZ2012。

本实施例中动应变计21的性能指标需要满足以下几点：第一，有效频带优于0～10Hz；第二，灵敏度大于0.1毫伏/微应变；第三，最大测量量程优于3000微应变；第四，分辨率优于1微应变。动应变计21的型号优选采用QZDB-A。

本实施例中动态数据采集仪23的型号优选采用G01NET-5-F，采样频率设置为200Hz。

本实施例的风电塔筒法兰盘安全监测设备，可以基于法兰盘的振动速度和应变数据两个参量对法兰盘进行安全性能评估，提高了风电塔筒法兰盘安全监测的准确性和可靠性，并且相比于超声波探测，降低了安装程序的复杂性和监测成本。

可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，包括：

实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在所述法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；

根据各个所述动应变计感应的应变数据和各个所述动应变计的敏感长度，计算各个所述动应变计对应的间隙位移；

对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数；

对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数；

根据所述目标间隙安全系数、所述目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对所述法兰盘的安全性能进行评估，得到所述法兰盘的安全性能评估信息。

2.根据权利要求1所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数，包括：

对每个第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数；

计算第二预设时长范围内所有所述动应变计对应的所有单位间隙安全系数的均值，得到所述法兰盘的目标间隙安全系数；

其中，所述第二预设时长范围包含至少一个所述第一预设时长范围。

3.根据权利要求2所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述对每个第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数，包括：

利用每个所述第一预设时长范围内的各个所述动应变计对应的间隙位移，计算每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值和间隙波动峰峰值；

根据每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值，计算每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的间隙等效均值增量；

对每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的间隙波动峰峰值和预先设置的第一安全预警值进行对比，确定每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第一间隙预警系数；

对每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的间隙等效均值增量和预先设置的第二安全预警值进行对比，确定每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第二间隙预警系数；

根据每个所述第一预设时长范围的每个所述动应变计对应的第一间隙预警系数和第二间隙预警系数，利用预设的间隙安全系数计算规则，确定每个所述第一预设时长范围的各个所述动应变计对应的单位间隙安全系数。

4.根据权利要求3所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述间隙安全系数计算规则为：C1＝0.2×A1+0.8×B1；

其中，C1表示所述单位间隙安全系数；A1表示所述第一间隙预警系数；B1表示所述第二间隙预警系数。

5.根据权利要求2所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数，包括：

对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数；

计算所述第二预设时长范围内所有所述单位振动安全系数的均值，得到所述法兰盘的目标振动安全系数。

6.根据权利要求5所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数，包括：

对每个所述第一预设时长范围内的各个所述振动传感器感应的振动速度进行互功率谱计算，确定每个所述第一预设时长范围对应的振动互功率谱图；

从所述振动互功率谱图中提取每个所述第一预设时长范围对应的第二阶固有频率值；

根据每个所述第一预设时长范围对应的所述振动互功率谱图和所述第二阶固有频率值，确定每个所述第一预设时长范围对应的相位差值和互功率谱幅度值；

利用第一跳变判断规则，根据每个所述第一预设时长范围对应的相位差值是否出现第一预设跳变现象，确定每个所述第一预设时长范围对应的第一振动预警系数；

利用第二跳变判断规则，根据每个所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值是否出现第二预设跳变现象，确定每个所述第一预设时长范围对应的第二振动预警系数；

根据每个所述第一预设时长范围对应的所述第一振动预警系数和所述第二振动预警系数，利用预设的振动安全系数计算规则，确定每个所述第一预设时长范围对应的单位振动安全系数。

7.根据权利要求6所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述振动安全系数计算规则为：C2＝0.5×A2+0.5×B2；

其中，C2表示所述单位振动安全系数；A2表示所述第一振动预警系数；B2表示所述第二振动预警系数。

8.根据权利要求6所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法，其特征在于，所述第一跳变判断规则为：计算当前所述第一预设时长范围对应的相位差值与上一个所述第一预设时长范围对应的相位差值之间差值，再计算所述差值的绝对值；所述第一预设跳变现象为：所述绝对值大于第一预设数值；

所述第二跳变判断规则为：将当前所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值除以上一个所述第一预设时长范围对应的互功率谱幅度值，得到商值；所述第二预设跳变现象为：所述商值大于第二预设数值。

9.一种风电塔筒法兰盘安全监测装置，其特征在于，包括：

获取模块，用于实时获取设置在法兰盘上的各个动应变计感应的应变数据和设置在所述法兰盘上的各个振动传感器感应的振动速度；

计算模块，用于根据各个所述动应变计感应的应变数据和各个所述动应变计的敏感长度，计算各个所述动应变计对应的间隙位移；

第一确定模块，用于对各个所述动应变计对应的间隙位移进行分析，确定所述法兰盘的目标间隙安全系数；

第二确定模块，用于对各个所述振动传感器感应的振动速度进行分析，确定所述法兰盘的目标振动安全系数；

评估模块，用于根据所述目标间隙安全系数、所述目标振动安全系数和预先设置的安全性能评估规则，对所述法兰盘的安全性能进行评估，得到所述法兰盘的安全性能评估信息。

10.一种风电塔筒法兰盘安全监测设备，其特征在于，包括：动态数据采集仪、处理器、若干个动应变计和若干个振动传感器；

所有所述动应变计均匀设置在法兰盘环形内部；

所有所述振动传感器均匀设置在所述法兰盘的上盘和下盘处；

所述处理器、所有所述动应变计和所有所述振动传感器分别与所述动态数据采集仪相连；

所述动应变计用于实时感应所述法兰盘上所述动应变计设置位置的应变数据；

所述振动传感器用于实时感应所述法兰盘上所述振动传感器设置位置的振动速度；

所述动态数据采集仪用于实时采集所有所述动应变计感应的应变数据和所有所述振动传感器感应的振动速度，并将所有所述应变数据和所有所述振动速度发送给所述处理器；

所述处理器至少用于执行权利要求1-8任一项所述的风电塔筒法兰盘安全监测方法。

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