CN114104975A - 一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法 - Google Patents

一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及风电塔施工的领域，尤其是涉及一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法。一种风电塔自提升监测控制系统，包括内塔筒提升装置、内塔筒监测装置、处理器、内塔筒调节装置；内塔筒提升装置，用于为内塔筒提供提升动力；内塔筒监测装置，监测内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度；处理器，获取内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度数据，并输出调节数据；内塔筒调节装置，根据调节数据调整内塔筒姿态至内塔筒和外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差和扭转角度偏差小于各自的预设值。当内塔筒相对外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差或扭转角度偏差超出预设值时，调节修正内塔筒的位置和姿态。

Description

一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法
技术领域
本申请涉及风电塔施工的领域，尤其是涉及一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法。
背景技术
目前，风电市场逐渐向中部和南部低风速地区偏移，这些地区年平均风速低、地表粗糙度大、低空区域湍流强度大，因此许多厂家开始尝试使用高塔筒方案提高发电量。
其中有一种自提升式风电塔，它可以摆脱对超大型吊车的依赖。该风电塔在高度较低时采用小型吊车将机舱和叶轮全部吊装完毕，然后采用液压千斤顶将内塔筒一点一点向上提升，直至达到最终设计高度。这种工艺虽然省去了吊装成本，但对提升的要求十分苛刻，其中内塔筒的位置、姿态最为重要，因此需要在内塔筒提升的过程中保持内塔筒相对外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差、扭转角度偏差都在一定的范围内。
本申请的目标是提供一种监测、控制内塔筒位置和姿态的方法，实现内塔筒提升过程中的高精度控制。
发明内容
为了实现内塔筒提升过程中的高精度控制，本申请提供一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法。
第一方面，本申请提供一种风电塔自提升监测控制系统，采用如下的技术方案：
一种风电塔自提升监测控制系统，包括内塔筒提升装置、内塔筒监测装置、处理器、内塔筒调节装置；
内塔筒提升装置，用于为内塔筒提供提升动力；
内塔筒监测装置，用于监测内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度；
处理器，获取内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度数据，并输出调节数据；
内塔筒调节装置，根据调节数据调整内塔筒姿态至内塔筒和外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差和扭转角度偏差小于各自的预设值。
通过采用上述技术方案，通过内塔筒提升装置提供动力来推动内塔筒上升，内塔筒上升的过程中内塔筒监测装置实时监测内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度。当内塔筒相对外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差或扭转角度偏差超出预设值时，即可通过内塔筒调节装置来反馈调节修正内塔筒的位置和姿态。
优选的，所述内塔筒监测装置包括安装于内塔筒下端、用于监测和外塔筒内表面间距的至少三个第一距离传感器，所有第一距离传感器绕内塔筒周向一圈设置；还包括安装于外塔筒上端、用于监测和内塔筒外表面间距的至少三个第二距离传感器，所有第二距离传感器绕外塔筒周向一圈设置。
通过采用上述技术方案，通过绕周向一圈设置的第一距离传感器和第二距离传感器来配合监测内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度。当外塔筒窄面上的第二距离传感器和正对的内塔筒窄面上的第一距离传感器监测的距离值不相同时，意味着内塔筒相对外塔筒发生了竖直倾斜，并可以通过将上述的第一距离传感器和第二距离传感器测得的值相比较得知内塔筒相对外塔筒的倾斜方向和角度。当不同内塔筒窄面上的第一距离传感器监测的距离值不相同或者不同外塔筒窄面上的第二距离传感器监测的距离值不相同时，意味着内塔筒相对外塔筒的位置发生了偏移，可以通过将所有内塔筒窄面上的第一距离传感器测得的值相比较或者将所有外塔筒窄面上的第二距离传感器测得的值相比较，得到内塔筒相对外塔筒位置偏移的方向和距离。
优选的，所述第一距离传感器设置有至少六个，第一距离传感器以两个为一组设置在不同的内塔筒窄面上；所述第二距离传感器设置有至少六个，第二距离传感器以两个为一组设置在不同的外塔筒窄面上。
通过采用上述技术方案，通过两两一组的距离传感器配合来检测内塔筒相对外塔筒的水平扭转角度。当同一内塔筒窄面上的两个第一距离传感器监测的距离值不相同，或者同一外塔筒窄面上的两个第二距离传感器监测的距离值不相同时，意味着内塔筒相对外塔筒发生了水平扭转，并可以通过同面的两个第一距离传感器或第二距离传感器测得的值相比较得知内塔筒相对外塔筒的扭转方向和角度。
优选的，所有内塔筒窄面上的第一距离传感器均处于同一高度，且同一内塔筒窄面上的两个第一距离传感器间隔开设置，所有的外塔筒窄面上的第二距离传感器均位于同一高度，且同一外塔筒窄面上的两个第二距离传感器间隔开设置。
通过采用上述技术方案，在同一高度上间隔设置的距离传感器方便根据各个测得的距离值计算得到内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度和水平扭转角度。
优选的，所述第一距离传感器和第二距离传感器均为位移计。
通过采用上述技术方案，使用位移计来精确测量内塔筒和外塔筒之间的间距，避免内塔筒或外塔筒表面空隙结构造成的测量误差。
优选的，所述内塔筒调节装置包括至少三组上推力机构和三组下推力机构，每组上推力机构均包括至少一个安装在外塔筒上的上线性动力源，所述上线性动力源的施力方向垂直于外塔筒窄面或外塔筒宽面方向，所述下推力机构包括至少一个安装在内塔筒上的下线性动力源，所述下线性动力源的施力方向垂直于内塔筒窄面或内塔筒宽面。
通过采用上述技术方案，通过三组上推力机构和三组下推力机构配合在各个方向上对内塔筒施加作用力，实现对内塔筒上下两端位置的分别调整，因此不但能够调节内塔筒相对外塔筒的位置偏差，还能够调节内塔筒的竖直倾斜角度。
优选的，每组所述下推力机构包括至少两个安装在内塔筒上的下线性动力源，同组的下线性动力源的施力方向垂直于同一内塔筒窄面或内塔筒宽面，且同组的下线性动力源位于同一高度并间隔设置。
通过采用上述技术方案，通过设置至少两个下线性动力源作为下推力机构，使得同组的两个下线性动力源一个外推、一个回退时就能够控制内塔筒的水平扭转角度。
优选的，每组所述上推力机构包括至少两个安装在外塔筒上的上线性动力源，同组的上线性动力源的施力方向垂直于同一外塔筒窄面或外塔筒宽面，且同组的上线性动力源位于同一高度并间隔设置。
通过采用上述技术方案，通过设置至少两个上线性动力源作为上推力机构，使得同组的两个上线性动力源一个外推、一个回退时就能够控制内塔筒的水平扭转角度。
第二方面，本申请提供一种风电塔自提升姿态控制方法，采用如下的技术方案：
一种风电塔自提升姿态控制方法，包括：
获取内塔筒相对外塔筒的位置和姿态数据；
判断内塔筒相对外塔筒的同轴度偏差是否大于预设值；
判断内塔筒相对外塔筒的竖直倾斜角度偏差是否大于预设值；
判断内塔筒相对外塔筒的扭转角度偏差是否大于预设值；
若任一项判断的结果为是，则输出内塔筒恢复至合适姿态需要的调节数据。
通过采用上述技术方案，监测获取内塔筒相对外塔筒的位置和姿态，当同轴度、竖直倾斜角度、扭转角度偏差大于预设值时，输出调节数据使得内塔筒调节装置可以根据调节数据复位内塔筒。
优选的，通过所有的第一距离传感器和第二距离传感器监测内塔筒各个部位和外塔筒之间的间距来获取内塔筒相对外塔筒的位置和姿态数据；内塔筒调节装置接收调节数据，并根据调节数据通过上推力机构和下推力机构配合将内塔筒的位置和姿态恢复。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.通过内塔筒提升装置提供动力来推动内塔筒上升，内塔筒上升的过程中内塔筒监测装置实时监测内塔筒相对外塔筒的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度；当内塔筒相对外塔筒的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差或扭转角度偏差超出预设值时，即可通过内塔筒调节装置来反馈调节修正内塔筒的位置和姿态。
附图说明
图1是内塔筒和外塔筒下端的截面图；
图2是内塔筒和外塔筒上端的截面图；
图3是内塔筒、外塔筒上端和上推力机构配合的结构示意图；
图4是内塔筒、外塔筒下端和下推力机构配合的结构示意图；
图5是调整内塔筒相对外塔筒的水平扭转角度的示意图（图中箭头表示施力杆件活动方向）；
图6是调整内塔筒相对外塔筒的竖直倾斜角度的示意图（图中箭头表示施力杆件活动方向）。
附图标记说明：1、内塔筒；2、外塔筒；3、第一距离传感器；4、第二距离传感器；5、上推力机构；6、下推力机构。
具体实施方式
以下结合附图1-6对本申请作进一步详细说明。
如图1和图2所示，风电塔包括内塔筒1和外塔筒2，内塔筒1横截面的外圈呈十二边形，外塔筒2横截面的内圈同样呈十二边形。内塔筒1横截面外圈包括六段等长的内塔筒1长边和六段等长的内塔筒1短边，内塔筒1长边和内塔筒1短边相互间隔设置。外塔筒2横截面的内圈包括六段等长的外塔筒2长边和六段等长的外塔筒2短边，外塔筒2长边和外塔筒2短边相互间隔设置，且每个外塔筒2短边的位置正对向一个内塔筒1短边。将截取出外塔筒2短边的面命名为外塔筒窄面，将截取出外塔筒2长边的面命名为外塔筒宽面，将截取出内塔筒1短边的面命名为内塔筒窄面，将截取出内塔筒1长边的面命名为内塔筒宽面。
本申请实施例公开一种风电塔自提升监测控制系统及其姿态控制方法。
风电塔自提升监测控制系统包括内塔筒提升装置、内塔筒监测装置、处理器、内塔筒调节装置。
内塔筒提升装置，用于为内塔筒1提供提升动力，可以选用液压千斤顶。
如图1和图2所示，内塔筒监测装置，用于监测内塔筒1相对外塔筒2的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度。内塔筒监测装置包括安装于内塔筒窄面下端、用于监测和外塔筒2内表面之间间距的六个第一距离传感器3；第一距离传感器3可以选用位移计，依靠位移计伸缩杆的伸缩量计量间距。六个第一距离传感器3以两个为一组设置在不同的内塔筒窄面上，且相邻的两个内塔筒窄面中仅有一个上设置有第一距离传感器3。所有内塔筒窄面上的第一距离传感器3均处于同一高度，且同一内塔筒窄面上的两个第一距离传感器3间隔开设置。内塔筒监测装置还包括安装于外塔筒窄面上端、用于监测和内塔筒1外表面之间间距的六个第二距离传感器4，第二距离传感器4亦可以选用位移计，第二距离传感器4安装的外塔筒窄面与安装有第一距离传感器3的内塔筒窄面正对。六个第二距离传感器4以两个为一组设置在不同的外塔筒窄面上，且相邻的两个外塔筒窄面中仅有一个上设置有第二距离传感器4。所有的外塔筒窄面上的第二距离传感器4均位于同一高度，且同一外塔筒窄面上的两个第二距离传感器4间隔开设置。通过所有第一距离传感器3和第二距离传感器4测得的数据即可判断内塔筒1相对外塔筒2的同轴度、竖直倾斜角度、扭转角度。
处理器，获取所有的第一距离传感器3和第二距离传感器4监测得到的数据，输出将内塔筒1调节至与外塔筒2的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差、扭转角度偏差小于预设值时的调节数据。
如图3和图4所示，内塔筒调节装置，根据调节数据调整内塔筒1姿态至内塔筒1和外塔筒2的同轴度偏差、竖直倾斜角度和扭转角度偏差小于各自的预设值。内塔筒调节装置包括三组上推力机构5和三组下推力机构6，三组上推力机构5均布安装在外塔筒2上端的周向一圈上，三组下推力机构6均布安装在内塔筒1下端的周向一圈上。每组上推力机构5包括至少一个安装在外塔筒2上的上线性动力源（图中展示为一个），上线性动力源的施力方向垂直于外塔筒窄面或外塔筒宽面指向内塔筒1的中心方向。每组下推力机构6包括至少一个安装在内塔筒1上的下线性动力源（图中展示为两个），下线性动力源的施力方向垂直于内塔筒窄面或内塔筒宽面。当每组上推力机构5的上线性动力源数量设置为一个时，每组下推力机构6的下线性动力源数量设置为至少两个；当每组下推力机构6的下线性动力源数量设置为一个时，每组上推力机构5的下线性动力源设置为至少两个。同组的所有下线性动力源的施力方向垂直于同一内塔筒窄面或内塔筒宽面，且同组的所有下线性动力源位于同一高度并间隔设置。同组的所有上线性动力源的施力方向垂直于同一外塔筒窄面或外塔筒宽面，且同组的所有上线性动力源位于同一高度并间隔设置。
具体使用过程：
通过六个第一距离传感器3和六个第二距离传感器4实时监测。
如图5所示，当同一外塔筒窄面上的两个第一距离传感器3监测的距离值不相同，或者同一内塔筒窄面上的两个第二距离传感器4监测的距离值不相同时，意味着内塔筒1相对外塔筒2发生了水平扭转，并可以通过同面的两个第一距离传感器3或第二距离传感器4测得的值相比较得知内塔筒1相对外塔筒2的扭转方向和角度。当扭转角度大于预设值时，可以通过下推力机构6配合，同一组推力机构的两个线性动力源一个外推一个回退，对内塔筒1进行纠偏。
如图6所示，当外塔筒窄面上的第二距离传感器4和正对的内塔筒窄面上的第一距离传感器3监测的距离值不相同时，意味着内塔筒1相对外塔筒2发生了竖直倾斜，并可以通过将上述的第一距离传感器3和第二距离传感器4测得的值相比较得知内塔筒1相对外塔筒2的倾斜方向和角度。当竖直倾斜角度大于预设值时，可以通过上推力机构5和下推力机构6配合伸缩对内塔筒1进行纠偏。
当不同内塔筒窄面上的第一距离传感器3监测的距离值不相同或不同外塔筒窄面上的第二距离传感器4监测的距离值不相同时，意味着内塔筒1相对外塔筒2的位置发生了偏移，可以通过将所有不同外塔筒窄面上的第一距离传感器3或第二距离传感器4测得的值相比较得知内塔筒1相对外塔筒2位置偏移的方向和距离。当内塔筒1和外塔筒2的同轴度偏差大于预设值时，通过三组上推力机构5和三组下推力机构6相配合将内塔筒1复位。
一种风电塔自提升姿态控制方法，包括：
通过所有的第一距离传感器3和第二距离传感器4监测内塔筒1各个部位和外塔筒2之间的间距，以此来判断内塔筒1相对外塔筒2的位置和姿态数据。
向处理器输送内塔筒1相对外塔筒2的位置和姿态数据。
处理器根据已经得到的内塔筒1相对外塔筒2的位置和姿态数据判断内塔筒1相对外塔筒2的同轴度偏差是否大于预设值、判断内塔筒1相对外塔筒2的竖直倾斜角度偏差是否大于预设值、判断内塔筒1相对外塔筒2的扭转角度偏差是否大于预设值。若任一项判断的结果为是，则输出内塔筒1恢复至合适姿态需要的调节数据。
内塔筒调节装置根据调节数据通过上推力机构5和下推力机构6配合将内塔筒1的位置和姿态恢复。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，包括内塔筒提升装置、内塔筒监测装置、处理器、内塔筒调节装置；
内塔筒提升装置，用于为内塔筒(1)提供提升动力；
内塔筒监测装置，用于监测内塔筒(1)相对外塔筒(2)的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度；
处理器，获取内塔筒(1)相对外塔筒(2)的位置、竖直倾斜角度、水平扭转角度数据，并输出调节数据；
内塔筒调节装置，根据调节数据调整内塔筒(1)姿态至内塔筒(1)和外塔筒(2)的同轴度偏差、竖直倾斜角度偏差和扭转角度偏差小于各自的预设值。
2.根据权利要求1所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，所述内塔筒监测装置包括安装于内塔筒(1)下端、用于监测和外塔筒(2)内表面间距的至少三个第一距离传感器(3)，所有第一距离传感器(3)绕内塔筒(1)周向一圈设置；还包括安装于外塔筒(2)上端、用于监测和内塔筒(1)外表面间距的至少三个第二距离传感器(4)，所有第二距离传感器(4)绕外塔筒(2)周向一圈设置。
3.根据权利要求2所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，所述第一距离传感器(3)设置有至少六个，第一距离传感器(3)以两个为一组设置在不同的内塔筒窄面上；所述第二距离传感器(4)设置有至少六个，第二距离传感器(4)以两个为一组设置在不同的外塔筒窄面上。
4.根据权利要求3所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，所有内塔筒窄面上的第一距离传感器(3)均处于同一高度，且同一内塔筒窄面上的两个第一距离传感器(3)间隔开设置，所有的外塔筒窄面上的第二距离传感器(4)均位于同一高度，且同一外塔筒窄面上的两个第二距离传感器(4)间隔开设置。
5.根据权利要求2所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，所述第一距离传感器(3)和第二距离传感器(4)均为位移计。
6.根据权利要求1所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，所述内塔筒调节装置包括至少三组上推力机构(5)和三组下推力机构(6)，每组上推力机构(5)均包括至少一个安装在外塔筒(2)上的上线性动力源，所述上线性动力源的施力方向垂直于外塔筒窄面或外塔筒宽面方向，所述下推力机构(6)包括至少一个安装在内塔筒(1)上的下线性动力源，所述下线性动力源的施力方向垂直于内塔筒窄面或内塔筒宽面。
7.根据权利要求6所述的风电塔自提升监测控制系统，其特征在于，每组所述下推力机构(6)包括两个安装在内塔筒(1)上的下线性动力源，同组的两个下线性动力源的施力方向垂直于同一内塔筒窄面或内塔筒宽面，且同组的两个下线性动力源位于同一高度并间隔设置。
8.根据权利要求6所述的风电塔自提升系统，其特征在于，每组所述上推力机构(5)包括至少两个安装在外塔筒(2)上的上线性动力源，同组的上线性动力源的施力方向垂直于同一外塔筒窄面或外塔筒宽面，且同组的上线性动力源位于同一高度并间隔设置。
9.一种风电塔自提升姿态控制方法，其特征在于，包括：
获取内塔筒(1)相对外塔筒(2)的位置和姿态数据；
判断内塔筒(1)相对外塔筒(2)的同轴度偏差是否大于预设值；
判断内塔筒(1)相对外塔筒(2)的竖直倾斜角度偏差是否大于预设值；
判断内塔筒(1)相对外塔筒(2)的扭转角度偏差是否大于预设值；
若任一项判断的结果为是，则输出内塔筒(1)恢复至合适姿态需要的调节数据。
10.根据权利要求9所述的风电塔自提升姿态控制方法，其特征在于，通过所有的第一距离传感器(3)和第二距离传感器(4)监测内塔筒(1)各个部位和外塔筒(2)之间的间距来获取内塔筒(1)相对外塔筒(2)的位置和姿态数据；内塔筒调节装置接收调节数据，并根据调节数据通过上推力机构(5)和下推力机构(6)配合将内塔筒(1)的位置和姿态恢复。
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