CN114166485A - 一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，将状态监测垫圈、塔基控制器、中控室监控站依次通信连接，状态监测垫圈判断螺栓预紧状态，及时发现螺栓疲劳断裂、螺母松动等现象，塔基控制器对状态监测垫圈采集的各螺栓的预紧状态信息进行收集，并进行逻辑组态判断，形成单个螺栓或区域成组螺栓状态判断，将判断结果及报警信息传送至中控室监控站，中控室监控站显示状态监测垫圈采集的各螺栓预紧状态及报警信息，并对风机运行所有数据包括螺栓状态信息进行存储，及时提醒监控人员进行状态查看及维护；可以解决螺栓断裂、螺母松动等不易及时发现的问题。

Description

一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法

技术领域

本发明涉及一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，能判断风电机塔筒螺栓断裂、螺母松动状态。

背景技术

近几年风电机组倒塔事故频发，目前风电机组基本采用多节塔筒方式，每节塔筒之间采用螺栓进行连接紧固，风机运行时，塔筒因长期受载荷作用（工况变化、偏航、变桨等）振动频繁、摆动幅度较大，容易造成螺栓疲劳断裂、螺母松动脱落等问题。

目前监测方法主要有转角监测法、力矩监测法、螺栓轴力传感器监测、压力垫圈传感器监测和双层碟形垫圈间隙监测法，与本发明相关的是压力垫圈传感器监测法和双层碟形垫圈间隙监测法，压力传感器垫圈采集弱电模拟量毫安电流信号，易受干扰，且无法多个串联或并联成组监控，成本较高；双层碟形垫圈间隙监测法需现场调整敏感元件的敏感度，且敏感螺钉现场易振动松脱，降低了敏感元件的敏感度，易引起状态误报或漏报。

发明内容

为克服现有垫圈易受干扰、不能成组监控、成本高、易误报或漏报等缺点，本发明提供一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，将状态监测垫圈、塔基控制器、中控室监控站依次通信连接，状态监测垫圈判断螺栓预紧状态，及时发现螺栓疲劳断裂、螺母松动等现象，塔基控制器对状态监测垫圈采集的各螺栓的预紧状态信息进行收集，并进行逻辑组态判断，形成单个螺栓或区域成组螺栓状态判断，将判断结果及报警信息传送至中控室监控站，中控室监控站显示状态监测垫圈采集的各螺栓预紧状态及报警信息，并对风机运行所有数据包括螺栓状态信息进行存储，及时提醒监控人员进行状态查看及维护；

所述状态监测垫圈包括垫圈本体，所述垫圈本体为环形结构，所述垫圈本体的内侧安装有凸环，所述垫圈本体上设置有穿线孔；所述凸环上设置有动触点固定柱，所述动触点固定柱的材质为绝缘非金属材料，所述动触点固定柱的端部固定有动触点，所述动触点的材质为金属导电材料，建议铜质材料；所述垫圈本体上设置有静触点固定弹性片，所述静触点固定弹性片的材质为绝缘非金属弹性材料，所述静触点固定弹性片的端部固定有静触点，所述静触点的材质为金属导电材料，建议铜质材料；所述动触点和静触点相向布置；所述垫圈本体上设置有定位柱，所述凸环上设置有定位筒，所述定位筒套装在定位柱的外部，所述定位筒上套装有弹簧，所述弹簧的两端分别与垫圈本体和凸环接触；所述定位筒和定位柱用于凸环的定位，防止凸环因受螺母的摩擦力而偏斜；所述弹簧用于顶起凸环，在螺母松动或者螺栓断裂的情况下，所述弹簧顶起凸环，使动触点和静触点分离。

进一步的，所述中控室监控站包括显示器和历史数据服务器，所述显示器用于显示状态监测垫圈采集的各螺栓预紧状态及报警信息，所述历史数据服务器用于对风机运行的所有数据包括螺栓状态信息的存储。

进一步的，在螺母松动或螺栓断裂的状态下，所述凸环凸出于垫圈本体的外侧面，所述凸环可采用绝缘非金属材料，在螺母紧固的状态下，所述凸环下凹于垫圈本体的外侧面，所述凸环凸出或下凹于垫圈本体的外侧面程度不同表示螺母的紧固程度不同，所述凸环完全下凹于垫圈本体的外侧面时，表示螺母无松动、螺栓无断裂。

进一步的，所述穿线孔内贯穿有传输信号的预制线缆，所述预制线缆的两端引出线为插接端子形式，方便现场拆接线，所述预制线缆的引出线以及动静触点之间的预制线缆的外部做绝缘处理。

进一步的，所述凸环、定位筒、定位柱、弹簧、动触点、动触点固定柱、静触点和静触点固定弹性片设置有四组，每组凸环、定位筒、定位柱、弹簧、动触点、动触点固定柱、静触点和静触点固定弹性片分别以穿线孔为起点均匀布置，相邻两组中的动触点或静触点通过预制线缆相连。

进一步的，每个状态监测垫圈的引出线引入到塔基控制器的开关量模块输入通道中，通过塔基控制器内部逻辑进行判断；或者多根预制线缆的引出线就地相互串联成组，再接入到塔基控制器的开关量模块输入通道中。

进一步的，螺栓状态结果通过开关量通断状态监测，不受电磁干扰等影响，并可成组串联使用降低成本，可靠性较高，适用于室外风电机组的环境。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：利用垫圈内部凸环受力移动，使四组动触点移动分别与静触点通断闭合的监测方法，可实时监测风机塔筒螺栓预紧状态，及时在线发现螺栓疲劳断裂、螺母松动等现象，并准确定位故障螺栓位置，供检修人员及时维护，保障风电机组运行安全。可以解决螺栓断裂、螺母松动等不易及时发现的问题。并且基于开关量通断状态监测，不受电磁干扰等影响，并可成组串联使用降低成本，可靠性较高，适用于室外风电机组的环境。

附图说明

图1是本发明用于风机塔筒螺栓状态在线监测的监测原理图；

图2是本发明状态监测垫圈的平面俯视图；

图3是本发明状态监测垫圈凸环松弛状态AC剖面示意图；

图4是本发明状态监测垫圈凸环受力状态AC剖面示意图；

图5是本发明静触点和静触点固定弹性片剖面示意图；

图6是本发明凸环松弛时动静触点状态示意图；

图7是本发明凸环受力时动静触点状态示意图。

图中：状态监测垫圈1、塔基控制器2、中控室监控站3、垫圈本体4、凸环5、穿线孔6、动触点7、动触点固定柱8、静触点9、静触点固定弹性片10、定位筒11、定位柱12、弹簧13、预制线缆14。

具体实施方式

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例。

参见图1至图7，本实施例中，一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，将状态监测垫圈1、塔基控制器2、中控室监控站3依次通信连接，状态监测垫圈1判断螺栓预紧状态，及时发现螺栓疲劳断裂、螺母松动等现象，塔基控制器2对状态监测垫圈1采集的各螺栓的预紧状态信息进行收集，并进行逻辑组态判断，形成单个螺栓或区域成组螺栓状态判断，将判断结果及报警信息传送至中控室监控站3，中控室监控站3显示状态监测垫圈1采集的各螺栓预紧状态及报警信息，并对风机运行所有数据包括螺栓状态信息进行存储，及时提醒监控人员进行状态查看及维护。

状态监测垫圈1包括垫圈本体4，垫圈本体4为环形结构，垫圈本体4的内侧安装有凸环5，垫圈本体4上设置有穿线孔6；凸环5上设置有动触点固定柱8，动触点固定柱8的材质为绝缘非金属材料，动触点固定柱8的端部固定有动触点7，动触点7的材质为金属导电材料，建议铜质材料；垫圈本体4上设置有静触点固定弹性片10，静触点固定弹性片10的材质为绝缘非金属弹性材料，静触点固定弹性片10的端部固定有静触点9，静触点9的材质为金属导电材料，建议铜质材料；动触点7和静触点9相向布置；垫圈本体4上设置有定位柱12，凸环5上设置有定位筒11，定位筒11套装在定位柱12的外部，定位筒11上套装有弹簧13，弹簧13的两端分别与垫圈本体4和凸环5接触；定位筒11和定位柱12用于凸环5的定位，防止凸环5因受螺母的摩擦力而偏斜；弹簧13用于顶起凸环5，在螺母松动或者螺栓断裂的情况下，弹簧13顶起凸环5，使动触点7和静触点9分离。

在螺母松动或螺栓断裂的状态下，凸环5凸出于垫圈本体4的外侧面，凸环5可采用绝缘非金属材料，在螺母紧固的状态下，凸环5下凹于垫圈本体4的外侧面，凸环5凸出或下凹于垫圈本体4的外侧面程度不同表示螺母的紧固程度不同，凸环5完全下凹于垫圈本体4的外侧面时，表示螺母无松动、螺栓无断裂。

穿线孔6内贯穿有传输信号的预制线缆14，预制线缆14的两端引出线为插接端子形式，方便现场拆接线，预制线缆14的引出线以及动静触点9之间的预制线缆14的外部做绝缘处理。

凸环5、定位筒11、定位柱12、弹簧13、动触点7、动触点固定柱8、静触点9和静触点固定弹性片10设置有四组，每组凸环5、定位筒11、定位柱12、弹簧13、动触点7、动触点固定柱8、静触点9和静触点固定弹性片10分别以穿线孔6为起点均匀布置，共A、B、C、D四组。

如图3所示，凸环5在不受外力松弛状态下，由于弹簧13的弹力作用，并受定位筒11和定位柱12的定位作用下，被顶到垫圈本体4内环卡位处，这时位于A、B、C、D四个位置分别固定于动触点固定柱8和静触点固定弹性片10的动触点7与静触点9之间是分离状态。A组静触点9和B组静触点9通过预制线缆14连接在一起，B组动触点7和C组动触点7通过预制线缆14连接在一起，C组静触点9和D组静触点9通过预制线缆14连接在一起，如图6所示，两根预制线缆14分别从A组动触点7和D组动触点7引出。任一组动触点7和静触点9断开，则从穿线孔6外的预制线缆14引出线端点测量时，预制线缆14呈断开状态，表示螺栓状态异常，存在螺栓断裂、螺母松动状态情况。

如图4所示，凸环5在受螺母挤压力的受力状态下，克服弹簧13的弹力作用，并受定位筒11和定位柱12的定位作用下，凸环5移动，与垫圈本体4内环卡位处分离，受挤压力足够大时，这时位于A、B、C、D四个位置分别固定于动触点固定柱8和静触点固定弹性片10的动触点7跟静触点9之间呈接触闭合状态。其中，A组静触点9和B组静触点9通过预制线缆14连接在一起，B组动触点7和C组动触点7通过预制线缆14连接在一起，C组静触点9和D组静触点9通过预制线缆14连接在一起，如图7所示，两根预制线缆14分别从A组动触点7和D组动触点7引出。四组动触点7和静触点9全部闭合，则从穿线孔6外的两根预制线缆14引出线端点测量时，预制线缆14呈闭合状态，表示不存在螺栓断裂、螺母松动等现象。

如图5所示，静触点9固定于静触点固定弹性片10上，静触点固定弹性片10有足够的弹性余量，使得动触点7受凸环5的作用力与静触点9接触紧密又不至于受力过大，以免造成触点摩擦受损严重接触不良。

如图6-7所示，预制线缆14引出线的两端为插接端子形式，方便现场拆接线，预制线缆14引出线和动静触点之间的预制线缆14外部需做绝缘处理。每个状态监测垫圈1的引出线引入到塔基控制器2的开关量模块输入通道中，通过塔基控制器2内部逻辑进行判断；或者多根预制线缆14的引出线就地相互串联成组，再接入到塔基控制器2的开关量模块输入通道中，以节省控制器模块的投入成本。

本说明书中未作详细描述的内容均属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

虽然本发明已以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，其特征是，将状态监测垫圈（1）、塔基控制器（2）、中控室监控站（3）依次通信连接，状态监测垫圈（1）判断螺栓预紧状态，及时发现螺栓疲劳断裂、螺母松动现象，塔基控制器（2）对状态监测垫圈（1）采集的各螺栓的预紧状态信息进行收集，并进行逻辑组态判断，形成单个螺栓或区域成组螺栓状态判断，将判断结果及报警信息传送至中控室监控站（3），中控室监控站（3）显示状态监测垫圈（1）采集的各螺栓预紧状态及报警信息，并对风机运行所有数据进行存储，及时提醒监控人员进行状态查看及维护；

所述状态监测垫圈（1）包括垫圈本体（4），所述垫圈本体（4）为环形结构，所述垫圈本体（4）的内侧安装有凸环（5），所述垫圈本体（4）上设置有穿线孔（6）；所述凸环（5）上设置有动触点固定柱（8），所述动触点固定柱（8）的材质为绝缘非金属材料，所述动触点固定柱（8）的端部固定有动触点（7），所述动触点（7）的材质为金属导电材料；所述垫圈本体（4）上设置有静触点固定弹性片（10），所述静触点固定弹性片（10）的材质为绝缘非金属弹性材料，所述静触点固定弹性片（10）的端部固定有静触点（9），所述静触点（9）的材质为金属导电材料；所述动触点（7）和静触点（9）相向布置；所述垫圈本体（4）上设置有定位柱（12），所述凸环（5）上设置有定位筒（11），所述定位筒（11）套装在定位柱（12）的外部，所述定位筒（11）上套装有弹簧（13），所述弹簧（13）的两端分别与垫圈本体（4）和凸环（5）接触；所述定位筒（11）和定位柱（12）用于凸环（5）的定位，防止凸环（5）因受螺母的摩擦力而偏斜；所述弹簧（13）用于顶起凸环（5），在螺母松动或者螺栓断裂的情况下，所述弹簧（13）顶起凸环（5），使动触点（7）和静触点（9）分离。

2.根据权利要求1所述的风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，其特征是，在螺母松动或螺栓断裂的状态下，所述凸环（5）凸出于垫圈本体（4）的外侧面，所述凸环（5）采用绝缘非金属材料，在螺母紧固的状态下，所述凸环（5）下凹于垫圈本体（4）的外侧面，所述凸环（5）凸出或下凹于垫圈本体（4）的外侧面程度不同表示螺母的紧固程度不同。

3.根据权利要求1所述的风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，其特征是，所述穿线孔（6）内贯穿有传输信号的预制线缆（14），所述预制线缆（14）的两端引出线为插接端子形式。

4.根据权利要求1所述的风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，其特征是，所述凸环（5）、定位筒（11）、定位柱（12）、弹簧（13）、动触点（7）、动触点固定柱（8）、静触点（9）和静触点固定弹性片（10）设置有四组，每组凸环（5）、定位筒（11）、定位柱（12）、弹簧（13）、动触点（7）、动触点固定柱（8）、静触点（9）和静触点固定弹性片（10）分别以穿线孔（6）为起点均匀布置，相邻两组中的动触点（7）或静触点（9）通过预制线缆（14）相连。

5.根据权利要求1所述的风电机塔筒螺栓状态在线监测方法，其特征是，每个状态监测垫圈（1）的引出线引入到塔基控制器（2）的开关量模块输入通道中，通过塔基控制器（2）内部逻辑进行判断；或者多根预制线缆（14）的引出线就地相互串联成组，再接入到塔基控制器（2）的开关量模块输入通道中。

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