CN114263571B - 一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法，属于风电机组装置技术领域；该系统包括可固定装配在螺栓上的检测机构，以及用于检测螺栓松动的光源和用于光束感应的光感应装置，该检测机构设置有用于光束通过的测量孔，所述光源发出的光束可通过测量孔；本发明解决了传统螺栓紧靠维运人员定期维护，不能及时有效发现风电塔筒螺栓松动的问题，由于塔筒为多段结构，而为了高效的实现对区域螺栓松动检测，利用该检测系统来实现对于每段连接的片区螺栓统一管理，从而避免了风电机组在日常运作中出现松动不能及时发现带来的安全隐患，提高了维护效率以及风电机组的安全性能。

Description

一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法

技术领域

本发明涉及一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法，属于风电机组装置技术领域。

背景技术

塔筒是风力发电机组中重要的支撑部件，风力发电机组在运行中会对塔筒产生横向、纵向的综合性的力。通常塔筒都由若干段组成，段与段之间通过高强度螺栓(M36及以上)连接，因塔筒的震动，随着时间的推移，存在连接螺栓上的螺母松动的可能，螺母松动的大概率会致螺栓断裂，进而演变成有倒塌的风险。

目前预防塔筒螺栓松动的方式通常都是定期维护，查看螺母力矩线，这样的手段极其落后，一旦螺母松动，不能及时发现并排除风险，且一台风力发电机组成百上千的螺栓，人工逐个检查费事费力。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法，该系统能够直观的判定松动螺栓所处的大致位置，在风电机组日常维护中，操作人员也会针对各个部件进行维护，通过该结构的设计能够使维运人员快速找到螺栓松动的区域，并对该区域进行着重的维护。

本发明采用的技术方案如下：

一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，包括可固定装配在螺栓上的检测机构，以及用于检测螺栓松动的光源和用于光束感应的光感应装置，该检测机构设置有用于光束通过的测量孔，所述光源发出的光束可通过测量孔，通过测量孔内侧壁对光束遮挡以使光感应器对光束检测信号消失，从而判别有松动的螺栓。

进一步的，包括多个检测机构，每一个所述检测机构分别固定设置于一个螺栓上。

进一步的，所述检测机构包括壳体，所述壳体内部开设有测量孔，所述测量孔为长条形通孔且贯穿壳体，在所述测量孔的后端还设置有光线调整装置以使光束进入到下一个检测机构。

进一步的，所述光线调整装置包括设置于壳体顶部的旋钮，所述旋钮通过转动轴穿过壳体的顶部，在壳体的内部设置有反光镜，所述反光镜固定设置于转动轴的另一端，通过旋钮控制反光镜的反射角度。

进一步的，所述壳体的两端部所在壳体还设置有平面透镜以用于光束的通过和遮挡灰尘。

进一步的，所述壳体的两端还设置有遮光罩。

进一步的，每个检测机构设置有一个光源和一个光感应器；

或者，多个检测机构采用一个光源/多个光感应器，一个光感应器/多个光感应器；

一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的方法，采用上述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，

a、制作检测机构，并在检测机构内制作长度为l，孔径为d的测量孔；

b、将检测机构固定装配在待检测的螺栓上，待所有检测机构装配完成后，开启光源，使光束从第一个检测机构的测量孔进入端进入；

c、光线进入后使其进入到光线调整装置的反射镜上，通过调整反射镜使管线进入到下一个检测机构，依次使每个检测装置内均有光束通过。

进一步的，当螺母松动后，相对初始位置发生了角度偏转α，此时激光在测量孔内的行径长度b以及光束偏离的位移宽度a受到偏转角度α的影响，当b≤l，或者a≥d时，激光就无法从测量孔另一侧穿出，从而实现松动的检测。

进一步的，根据几何关系tanα＝a/b，当a取可测量内最大值d，b取可测量范围内最小值l时，可以得到最大精度值α，设定螺母初始安装角度偏离6°为螺栓松动。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法解决了传统螺栓紧靠维运人员定期维护，不能及时有效发现风电塔筒螺栓松动的问题，由于塔筒为多段结构，而为了高效的实现对区域螺栓松动检测，利用该检测系统来实现对于每段连接的片区螺栓统一管理，从而避免了风电机组在日常运作中出现松动不能及时发现带来的安全隐患，提高了维护效率以及风电机组的安全性能；

2、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法在结构设计上与传统的结构设计相对比，本设计的结构简单，其实施相对更加容易，由于单部件均为廉价的部件，且不需要非常高的精度，其可以精准的实现对区域的螺栓进行监控，其装配方式简单，调试方法也相对更加简单，通过该方式利用低成本的方式有效促进风电机组维护的效率提高；

3、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法有效的实现风电机组塔筒螺栓松动的检测，尤其根据螺栓的动作原理，借助几何关系有效的可使螺栓在偏移目标定量的基础上其松动的情况使得信号缺失，实现松动的检测，其对于控制系统的要求低，且对于实际装配的精度要求也更低，实现装配螺栓的同时完成整个结构的装配，不影响原有的施工进度，且进一步提升了整个装置后期维护的效率。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明检测机构正视图；

图3是本发明检测机构俯视图；

图4是本发明检测机构正视图的剖视图；

图5是本发明检测机构俯视图的剖视图；

图6是本发明检测机构的装配示意图；

图7是本发明检测机构装配的俯视图；

图8是本发明测量原理初始位置图；

图9是本发明螺栓偏移的原理图

图中标记：1-螺栓，2-光源，3-光感应器，4-壳体，5-测量孔，6-旋钮，7-转动轴，8-反光镜，9-平面透镜，10-遮光罩，11-固定装配板，12-连接板。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

一种用于风电机组监控塔筒螺栓1松动的系统，如图1所示，包括可固定装配在螺栓1上的检测机构，以及用于检测螺栓1松动的光源2和用于光束感应的光感应装置，该检测机构设置有用于光束通过的测量孔5，所述光源2发出的光束可通过测量孔5，通过测量孔5内侧壁对光束遮挡以使光感应器3对光束检测信号消失，从而判别有松动的螺栓1。

本实施例中，通过光源2发出光束，在检测机构设置有测量孔5，管束引入通过测量孔5，而在设计中，检测机构使固定在螺栓1上的，随着螺栓1的松动，会带动检测机构的转动，而检测机构的转动会是原光束平行于测量孔5轴线的装配区域偏移，在一定的情况下，光束偏离至与测量孔5的侧壁接触，从而使得光束不能正常的通过光束，当无光束传出后，光感应器3则无法获取光束信号，从而判定螺栓1已经松动。通过该方式的结构设计，其工作原理相对于传统结构而言更具简单的优势，在实施上，更具备实施条件，其成本低，安装要求也较低。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，包括多个检测机构，每一个所述检测机构分别固定设置于一个螺栓1上。一个螺栓1配置一个检测机构，而单独的一个检测机构加工简单，其成本低，相对运维的成本和效率而言，其成本是非常低的。

在上述具体结构设计基础上，作为更加优化的设计，所述检测机构包括壳体4，所述壳体4内部开设有测量孔5，所述测量孔5为长条形通孔且贯穿壳体4，在所述测量孔5的后端还设置有光线调整装置以使光束进入到下一个检测机构。在该结构的设计上，其壳体4采用一体成型，并采用数控加工成型。更加具体的，所述壳体4通过固定装配板11装配于螺栓1上。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，所述壳体4的底部设置有连接板12，所述连接板12固定装配在壳体4的底部下方，所述连接板12通过小螺栓1和螺母固定连接在固定装配板11上。作为更加稳定的结构，以及结合待检测螺栓1的抖动有限，在所述小螺栓1与连接板12之间，或者/和固定装配板11与螺栓1之间采用点焊固定。作为更加具体的描述，所述固定装配板11上设置有与螺栓1顶部匹配的内六角通孔。

在上述具体结构的设计上，所述连接板12与固定装配板11之间还设置有垫片，并且通过调整垫片的厚度来调整检测机构的高度。并且在装配时，可有效的利用小螺栓1来固定检测机构的角度。

基于上述具体结构结构设计基础上，作为更加具体的设计，所述光线调整装置包括设置于壳体4顶部的旋钮6，所述旋钮6通过转动轴7穿过壳体4的顶部，在壳体4的内部设置有反光镜8，所述反光镜8固定设置于转动轴7的另一端，通过旋钮6控制反光镜8的反射角度。在该结构的设计中，其主要的目的是为了一个光源2可用于多个检测机构，利用该方式的设计使得整个结构简单化，且使现场的电路相对变化不大。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，所述壳体4的两端部所在壳体4还设置有平面透镜9以用于光束的通过和遮挡灰尘。在具体的设计中，所述平面透镜9通过密封圈装配于壳体4上，并以此可以遮挡灰尘进入到测量孔5当中。

作为更加具体的设计，进一步优化的，所述壳体4的两端还设置有遮光罩10。其可以有效的观察入射光束的情况。作为更加具体的设计，在此当中，光束采用有色光，例如：红色激光，即红外线。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，每个检测机构设置有一个光源2和一个光感应器3；

或者，多个检测机构采用一个光源2/多个光感应器3，一个光感应器3/多个光感应器3。

作为具体的描述：作为优选的方式，在本实施例中，采用一个光源2以及一个光感应器3。作为光源2的补充，也可以在不同的点设置一个光源2和一个光感应器3，以实现前后的衔接。当然，也可以采用一个光源2和多个光感应器3，例如，上述的反射镜采用三菱镜，使光束一分为二，一个为检测信号一个为进入下一个检测机构用于检测的光束。

实施例2

一种用于风电机组监控塔筒螺栓1松动的方法，采用实施例1的一种用于风电机组监控塔筒螺栓1松动的系统，包括以下步骤：

a、制作检测机构，并在检测机构内制作长度为l，孔径为d的测量孔5；

b、将检测机构固定装配在待检测的螺栓1上，待所有检测机构装配完成后，开启光源2，使光束从第一个检测机构的测量孔5进入端进入；

c、光线进入后使其进入到光线调整装置的反射镜上，通过调整反射镜使管线进入到下一个检测机构，依次使每个检测装置内均有光束通过。

在上述实施例中，作为具体的描述，先将检测机构调整好，使光束按照目标的方式通过测量孔5，待检测机构的高度以及角度调整好之后，将固定装配板11通过点焊固定在螺栓1上。进一步的，将小螺栓1与连接板12也采用点焊的方式进行固定，避免小螺栓1的松动。主要的说明，检测机构的制造成本低，其在维护时可采用直接拆除，其本身就是属于易耗品，因此可采用破坏的方式拆除。

在上述具体结构的设计基础上，作为更加具体的设计，当螺母松动后，相对初始位置发生了角度偏转α，此时激光在测量孔5内的行径长度b以及光束偏离的位移宽度a受到偏转角度α的影响，当b≤l，或者a≥d时，激光就无法从测量孔5另一侧穿出，从而实现松动的检测。

在上述具体结构的设计中，为了提高检测精度，根据几何关系tanα＝a/b，当a取可测量内最大值d，b取可测量范围内最小值l时，可以得到最大精度值α，设定螺母初始安装角度偏离6°为螺栓1松动。

上述的设计中，基于要求螺母初始安装角度偏离6°，又根据几何关系tanα＝a/b的情况，可以得出长度为l，孔径为d的值，作为更好的加工，以及降低生产成本，测量孔5孔径d选择为6mm，行径长度b(测量孔5的长度)为58mm。

在上述具体结构中，光源2采用激光发射器，其产生用于测量的激光，设备选型采用635纳米波长单模圆光斑激光器，功率为70Mw,光束直径为1.5mm。

更加具体的，光感应器3用于感应激光信号，当接收到激光信号时，感应器开关断开，当失去激光信号后，感应器开关闭合。感应器开关外接远程监控系统，实现了检测报警功能。激光感应器3设备选型为对射式光电开关，接收635nm波长红光。

综上所述：

1、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法解决了传统螺栓紧靠维运人员定期维护，不能及时有效发现风电塔筒螺栓松动的问题，由于塔筒为多段结构，而为了高效的实现对区域螺栓松动检测，利用该检测系统来实现对于每段连接的片区螺栓统一管理，从而避免了风电机组在日常运作中出现松动不能及时发现带来的安全隐患，提高了维护效率以及风电机组的安全性能；

2、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法在结构设计上与传统的结构设计相对比，本设计的结构简单，其实施相对更加容易，由于单部件均为廉价的部件，且不需要非常高的精度，其可以精准的实现对区域的螺栓进行监控，其装配方式简单，调试方法也相对更加简单，通过该方式利用低成本的方式有效促进风电机组维护的效率提高；

3、本发明的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统及方法有效的实现风电机组塔筒螺栓松动的检测，尤其根据螺栓的动作原理，借助几何关系有效的可使螺栓在偏移目标定量的基础上其松动的情况使得信号缺失，实现松动的检测，其对于控制系统的要求低，且对于实际装配的精度要求也更低，实现装配螺栓的同时完成整个结构的装配，不影响原有的施工进度，且进一步提升了整个装置后期维护的效率。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：包括可固定装配在螺栓(1)上的检测机构，以及用于检测螺栓(1)松动的光源(2)和用于光束感应的光感应器(3)，所述检测机构包括壳体(4)，所述壳体(4)内部开设有测量孔(5)，所述测量孔(5)为长条形通孔且贯穿壳体(4)，在所述测量孔(5)的后端还设置有光线调整装置以使光束进入到下一个检测机构，所述光源(2)发出的光束通过测量孔(5)内侧壁对光束遮挡以使光感应器(3)对光束检测信号消失，从而判别有松动的螺栓(1)。

2.如权利要求1所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：包括多个检测机构，每一个所述检测机构分别固定设置于一个螺栓(1)上。

3.如权利要求1所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：所述光线调整装置包括设置于壳体(4)顶部的旋钮(6)，所述旋钮(6)通过转动轴(7)穿过壳体(4)的顶部，在壳体(4)的内部设置有反光镜(8)，所述反光镜(8)固定设置于转动轴(7)的另一端，通过旋钮(6)控制反光镜(8)的反射角度。

4.如权利要求1所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：所述壳体(4)的两端部还设置有平面透镜(9)以用于光束的通过和遮挡灰尘。

5.如权利要求1所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：所述壳体(4)的两端还设置有遮光罩(10)。

6.如权利要求2所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：每个检测机构设置有一个光源(2)和一个光感应器(3)；

或者，多个检测机构采用一个光源(2)和多个光感应器(3)。

7.一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的方法，采用权利要求1-6任一项所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的系统，其特征在于：

a、制作检测机构，并在检测机构内制作长度为l，孔径为d的测量孔；

b、将检测机构固定装配在待检测的螺栓上，待所有检测机构装配完成后，开启光源，使光束从第一个检测机构的测量孔进入端进入；

c、光线进入后使其进入到光线调整装置的反射镜上，通过调整反射镜使管线进入到下一个检测机构，依次使每个检测装置内均有光束通过。

8.如权利要求7所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的方法，其特征在于：当螺母松动后，相对初始位置发生了角度偏转α，此时激光在测量孔内的行径长度b以及光束偏离的位移宽度a受到偏转角度α的影响，当b≤l，或者a≥d时，激光就无法从测量孔另一侧穿出，从而实现松动的检测。

9.如权利要求8所述的一种用于风电机组监控塔筒螺栓松动的方法，其特征在于：根据几何关系 tanα=a/b，当a取可测量内最大值d，b取可测量范围内最小值l时，得到最大精度值α，设定螺母初始安装角度偏离6°为螺栓松动。