CN115387967A - 塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 - Google Patents
塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN115387967A CN115387967A CN202210759846.8A CN202210759846A CN115387967A CN 115387967 A CN115387967 A CN 115387967A CN 202210759846 A CN202210759846 A CN 202210759846A CN 115387967 A CN115387967 A CN 115387967A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- vibration
- test
- tower
- area
- tower drum
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 40
- 238000001514 detection method Methods 0.000 title claims abstract description 26
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 12
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims description 148
- 238000012422 test repetition Methods 0.000 claims description 20
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 18
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims description 11
- 238000005070 sampling Methods 0.000 claims description 11
- YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N (+)-Biotin Chemical compound N1C(=O)N[C@@H]2[C@H](CCCCC(=O)O)SC[C@@H]21 YBJHBAHKTGYVGT-ZKWXMUAHSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N virginiamycin-S1 Natural products CC1OC(=O)C(C=2C=CC=CC=2)NC(=O)C2CC(=O)CCN2C(=O)C(CC=2C=CC=CC=2)N(C)C(=O)C2CCCN2C(=O)C(CC)NC(=O)C1NC(=O)C1=NC=CC=C1O FEPMHVLSLDOMQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 6
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 3
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 3
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 claims description 3
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 3
- 235000017166 Bambusa arundinacea Nutrition 0.000 description 2
- 235000017491 Bambusa tulda Nutrition 0.000 description 2
- 241001330002 Bambuseae Species 0.000 description 2
- 235000015334 Phyllostachys viridis Nutrition 0.000 description 2
- 239000011425 bamboo Substances 0.000 description 2
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 2
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 2
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000013480 data collection Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 239000004576 sand Substances 0.000 description 1
- 238000005488 sandblasting Methods 0.000 description 1
- 230000011218 segmentation Effects 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
本发明涉及一种塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法，测点的布置方法：先将整个塔筒的表面划分成网格状，每个网格均为一检测区域，并设置测点，而后利用多次预测试，增加或删减测点，避免对重点区域漏检，对安全区域重复检测，从而提高检测的准确性，而网格化设置使得用户可获知每个测点的具体位置，为后续加固塔筒提供基础。本发明的塔筒应力分析方法，基于合理布置的测点，采集每个测点的振动值，确定塔筒局部强度薄弱区域，确定塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷和水平载荷，并由塔筒局部强度薄弱区域的振动值确定塔筒的状态，从而实现对塔筒的全方位监测，并在塔筒处于故障状态时对塔筒进行加固处理，保证风电机组的正常工作。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法。
背景技术
目前，风电机组塔筒位于戈壁滩、草原，龙卷风、沙尘暴等地区，这些环境一般伴随强风暴，强风暴会对塔筒结构产生具有巨大力矩，具体体现在风载荷。风荷载是塔筒结构的主要控制荷载,其直接影响着塔筒结构的可靠度水平，在风力作用下，塔筒结构两侧不均匀受力是引起不平衡张力的主要原因，也是导致塔筒损坏甚至倒塌的主要原因之一。
具体的，塔筒在不同等级的风力环境中，承受着一定纵向不平衡载荷，塔筒的刚度是随风荷载而变化的，使得塔筒及基础结构产生疲劳损伤。现有专利一种大兆瓦风电机组塔筒固有频率监测装置及方法(CN 113279920 A)中公开了在塔筒不同高度采集振动信号，并将振动信号与预设阈值进行比对，根据比对结果判定风力发电机组塔筒是否异常，其中的数据采集构件沿风力发电机组塔筒的轴向间隔设置，只考虑了塔筒不同高度上的振幅不一样，其上的监测区域分布并不合理，无法对塔筒进行全面的监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的缺陷，从而提供一种塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种塔筒应力检测测点的布置方法，包括如下步骤：
步骤一、将塔筒本体和塔筒底座的表面划分成网格状，每个网格均为一检测区域，并将每个网格的中心点作为测点；
步骤二、在每个所述测点上安装振动传感器，振动传感器用于检测对应对应测试区域的振动值；
步骤三、进行若干次预测试，并记录每次预测试中的每个测试区域的振动值；
步骤四、分析所有所述测试区域的振动值中的不合格振动值和合格振动值，并以不合格振动值的数量计算测试重复率，若测试重复率低于设定要求，则完成测点布置，若测试重复率高于设定要求，则删减合格振动值对应的所述测试区域中的测点，增加不合格振动值对应的所述测试区域中的测点，直至测试重复率低于设定要求。
优选地，所述步骤四还包括：
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中均小于设定阈值，且变化幅值小于设定幅值，则将该测试区域的振动值记为合格振动值；
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中至少一次大于设定阈值，则将该测试区域的振动值记为不合格振动值；
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中的变化幅值大于设定幅值，则将该测试区域的振动值记为不合格振动值；
对于不合格振动值对应的所述测试区域，采用加密设置网格，即在测试区域对应的网格中再划分调整网格，并在调整网格的中心点增设测点及振动传感器，每个调整网格均为新的测试区域，增设的测点和振动传感器用于检测新的测试区域的振动值。
优选地，所述步骤四还包括：
所述测试重复率＝[M-4*(3+n)]/M，其中，M为预测试结束时测点的总数，n为预测试过程中确定的不合格振动值的数量。
优选地，所述步骤一还包括：
对于圆柱形的塔筒本体，将塔筒本体的侧壁展开成平面，根据塔筒本体的分节情况，划分成矩阵状的若干网格，每个网格均为一测试区域，每个网格的中心点为测点，
对于方形的塔筒底座，将塔筒底座的每个边等分成网格，每个等分段的网格均为一测试区域，每个等分段的网格的中心点为测点；
测点上对应设有振动传感器，对每个所述振动传感器进行编号，所述振动传感器的坐标表示为[i,j],i为矩阵中网格的横坐标，j为矩阵中网格的纵坐标。
优选地，所述振动传感器为三轴振动传感器，用于对所述测点X、Y、Z三个不同方向的振动进行测量记录。
为实现上述目的，本发明还采用了如下技术方案：
一种塔筒应力分析方法，包括如下步骤：
步骤一、采用上述所述风电机组塔筒应力检测测点的布置方法布置测点；
步骤二、完成测点步骤后，开始振动值采集，获得每个测点采集的振动值；
步骤三、汇集所有测点的振动值，将大于设定阈值的振动值定义为振动大值，将振动大值对应的所述测试区域定义为塔筒局部强度薄弱区域；
步骤四、对塔筒局部强度薄弱区域进行受力分析，计算垂直载荷和水平载荷；
步骤五、由步骤二、步骤三和步骤四中获得的塔筒局部强度薄弱区域的振动值及受力分析特征，判断塔筒的运行状态分析，确定塔筒处于正常状态或故障状态，若处于故障状态，则提示机组不能维持正常工作，需派人检修，对塔筒进行加固处理。
优选地，所述步骤二还包括：
在测试开始之前，对所述振动传感器进行配置和坐标确定；
开始测试后，控制每个所述振动传感器的采样时间为3-5s，每个所述振动传感器的采样数据不少于10个，同时记录振动值采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素，工作状况包括机组电流、机组电压、绕组温度、冷却油温度；环境因素包括环境温度和环境风速；
所述步骤三还包括：
结合采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素判断振动大值。
优选地，所述步骤四还包括：
塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷为Pc＝K*Gz+Gf，其中，K为风电机组的动力系数，Gz为该区域的自身重力，Gf为该区域的倾斜重力；
塔筒局部强度薄弱区域的水平载荷为Ps＝K*Gj+P+Tz，其中，P为风载荷，K为动力系数，Gj为该区域的径向重力，Tz为为该区域的径向应力。
优选地，所述步骤五还包括：
对每个振动大值的对应测试区域的所有振动值进行频谱分析，确定是否发生共振；若发生共振，则认为塔筒处于故障状态。
优选地，所述步骤五还包括：
若判断塔筒局部强度薄弱区域发生共振，则需根据塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷确定不平衡影响因素S，再由不平衡影响因素S确定塔筒局部强度薄弱区域的加固重量；
不平衡影响因素S＝G/m*g,其中，G为塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷，m为塔筒质量，g为9.81；
由不平衡影响因素S与1的差值判断对应的测点的受力强度T；
根据测点加固重量计算公式，测点加固重量PG＝T*m*g。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
上述技术方案中所提供的塔筒应力检测测点的布置方法，先将整个塔筒的表面划分成网格状，每个网格均为一检测区域，并将每个网格的中心点作为测点，保证对塔筒的每个位置都能够进行检测，而后利用多次预测试，增加或删减测点，避免对重点区域漏检，对安全区域重复检测，从而提高检测的准确性，而网格化设置使得用户可获知每个测点的具体位置，为后续加固塔筒提供基础。
上述技术方案中所提供的塔筒应力分析方法，采用上述的测点布置方法，基于合理布置的测点，采集每个测点的振动值，确定塔筒局部强度薄弱区域，确定塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷和水平载荷，并由塔筒局部强度薄弱区域的振动值确定塔筒的状态，从而实现对塔筒的全方位监测，并在塔筒处于故障状态时对塔筒进行加固处理，保证风电机组的正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明的实施方式中提供的塔筒示意图。
图2为图1所示的塔筒本体的侧壁展开示意图，其显示了初步网格划分及测点分布示意图。
图3为图1所示的塔筒底座的测点布置示意图。
图4为图2所示的塔筒本体的侧壁展开示意图，其显示了调整后的网格划分及测点分布示意图。
附图标记说明：
1、塔筒本体；11、上部；12、中部；13、下部；2、塔筒底座；3、测点；4、测试区域。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
由于风电机组的塔筒尺寸非常大，很少由一体式钢结构支撑，塔筒的生产工艺一般如下：数控切割机切割钢板，卷板机将钢板卷板成型，若干卷板点焊定位，初步定位后，进行内外纵缝的焊接，检查圆度，如有问题，进行二次较圆，单节筒体焊接完成后，进行内外环缝、直线度等公差检查；而后焊接法兰，进行焊缝无损探伤和平面度检查，并采用喷砂、喷漆处理，完成内件安装和成品检验后，运输至安装现场；塔筒一般分为上中下三节，也有两节的结构，在安装现场采用螺丝等紧固件拼装成完整塔筒。因此，一节塔筒的振动情况与另一节塔筒的振动情况并不完全相同，同时，现有的塔筒振动检测一般只按照塔筒的不同高度设置测点，未考虑塔筒不同周向方向的振动情况，导致测量不全面，测量结果无法准确反映塔筒的真实情况；而由于每个塔筒的实际安装情况和所处环境的区别，单纯按照不同高度设置测点无法适配每个塔筒的振动情况，由此，需要设计一种测点布置方法，适用于不同塔筒，且能全面反馈塔筒每个部位的振动情况。
基于此，如附图1至附图4，本发明实施例提供了一种塔筒应力检测测点的布置方法，包括如下步骤：
步骤一、将塔筒本体1和塔筒底座2的表面划分成网格状，每个网格均为一检测区域，并将每个网格的中心点作为测点3；该步骤中的网格划分为初步划分。
对塔筒本体1的侧壁需要采用多测点3和多方位的布置，通过多方位多测点3测试，对测试数据全面进行分析；另外，若是由于塔筒底座2的联接强度不足引起振动的，也需要对塔筒底座2进行多方位多测点3的测试。具体划分方式为，对于圆柱形的塔筒本体1，将塔筒本体1的侧壁展开成平面，根据塔筒本体1的分节情况，划分成矩阵状的若干网格，每个网格均为一测试区域4，每个网格的中心点为测点3；对于方形的塔筒底座2，将塔筒底座2的每个边等分成网格，每个等分段的网格均为一测试区域4，每个等分段的网格的中心点为测点3。
具体为，以三节式的塔筒本体1为例，依据分节情况，将塔筒本体1分为上部11、中部12和下部13，将上部11、中部12和下部13的侧壁依次展开成平面，可从塔筒本体1的东向开始展开，而后在平面上划分出矩阵状的若干网格，如附图2所示。每个网格均为一测试区域4，每个网格的中心点为测点3，对测点3按网格进行编号，以附图2中的网格横纵坐标为例，横向具有6个网格，纵向具有9个网格，则每个网格对应的测点3坐标为[i,j]，i为矩阵中网格的横坐标，j为矩阵中网格的纵坐标，i和j均为整数，且，1≤i≤6,1≤j≤9，从而确定每个测点3在塔筒本体1的位置，编号时，可将上部11、中部12和下部13的平面统一编号，也可以进行区分，以便快速查找到每个测点3的位置，比如，上部11的测点3坐标为[i上,j上]，中部12的测点3坐标为[i中,j中]，下部13的测点3坐标为[i下,j下]。而对于方形的塔筒底座2，如附图3所示，将塔筒底座2的每个边等分成网格，每个等分段的网格均为一测试区域4，每个等分段的网格的中心点为测点3，同样的，对塔筒底座2的每个测点3进行编号，其编号方式为，按照东、南、西、北的方向和顺序进行编号，东边测点3的坐标为[i东,j东]，i东＝1,1≤j东≤4，当然，在其他实施方式中，横向测点3的数量大于等于2时，1≤i东≤横向测点3的数量；北边测点3的坐标为[i北,j北]，1≤i北≤4，j北＝1，在其他实施方式中，纵向测点3的数量大于等于2时，1≤j北≤横向测点3的数量。
由此进行初步的测点3布置，保证测点3的全面性，可较全面地反应塔筒各个不同部位振动水平，提高测试数据的科学性和可靠性，便于全面掌握整个塔筒的表面振动特性，适用于同类型不同塔筒的表面振动特性对比分析，可避免部分振动测点3遗漏。对塔筒本体1的上部11、中部12和下部13均进行网格化，有利于针对塔筒的每节均进行单独监测，对塔筒本体1的上部11振动、上部11轴承处振动、塔筒本体1的中部12振动、中部12轴承处振动、塔筒本体1的下部13振动、下部13轴承处振动以及塔筒底座2振动进行全面监测，旨在为塔筒技改及加固提供建议。
步骤二、在每个测点3上安装振动传感器，振动传感器用于检测对应对应测试区域4的振动值；具体的，振动传感器为三轴振动传感器，用于对测点3X、Y、Z三个不同方向的振动进行测量记录，从而掌握测试区域4的各个方向的振动情况，为后续调整测点3位置提供有利依据。
步骤三、进行若干次预测试，并记录每次预测试中的每个测试区域4的振动值；由于每个塔筒的实际安装情况和所处环境的区别，按照经验初步划分的网格及布置的测点3可能存在偏差，与当前的塔筒的具体情况无法完全匹配，因此，需要进行若干预测试，获得每次预测试的每个测试区域4的振动情况，以此对测点3进行调整。
步骤四、分析所有测试区域4的振动值中的不合格振动值和合格振动值，并以不合格振动值的数量计算测试重复率，若测试重复率低于设定要求，则完成测点3布置，若测试重复率高于设定要求，则删减合格振动值对应的测试区域4中的测点3，增加不合格振动值对应的测试区域4中的测点3，直至测试重复率低于设定要求。
本步骤中，需要基于国家标准和行业标准，对所有测试区域4的所有振动值进行区分塔筒的振动形式主要有侧向弯曲振动、前后弯曲振动和扭转振动，而引起塔筒振动的原因主要有，风载荷对塔筒产生的动载荷，机舱和风轮重力对塔筒的重力载荷，惯性载荷和控制系统的运行载荷，由此，振动值的区分方式需要结合每次预测试期间的风电机组的风载荷、运行情况和环境因素，以排除风电机组正常运行时对塔筒的振动影响。
具体的，若某个测试区域4的振动值在若干次预测试中均小于设定阈值，且变化幅值小于设定幅值，则将该测试区域4的振动值记为合格振动值；即，当某个测试区域4，比如附图2中所示的测点3[4,3],在多次预测试中，其振动值均接近0，且基本不发生变化，则认为测点3[4,3]的振动值为合格振动值，在后续调整测点3时，去掉该测点3，如附图4所示；
若某个测试区域4的振动值在若干次预测试中至少一次大于设定阈值，则将该测试区域4的振动值记为不合格振动值；即，当某个测试区域4，比如附图2中所示的测点3[4,2],在五次预测试中有一次的振动值大于设定阈值，则认为测点3[4,2]的振动值为不合格振动值，在后续调整测点3时，测点3[4,2]的对应测试区域4采用加密设置网格，增设测点3的方式，如附图4所示，在测点3[4,2]的对应测试区域4内再划分调整网格，并在调整网格的中心点增设测点3及振动传感器，每个调整网格均为新的测试区域4，即设置若干下级测点3，测点3的坐标也变为下级坐标[4.a,2.b],1≤a≤4，1≤b≤2，增设的测点3和振动传感器用于检测新的测试区域4的振动值。
若某个测试区域4的振动值在若干次预测试中的变化幅值大于设定幅值，则将该测试区域4的振动值记为不合格振动值；即，当某个测试区域4，比如附图2中所示的测点3[2,4],在五次预测试的每次振动值的变化很大，超过了设定幅值，则认为测点3[2,4]的振动值为不合格振动值，在后续调整测点3时，测点3[2,4]的对应测试区域4采用加密设置网格，增设测点3的方式，如附图4所示，在测点3[2,4]的对应测试区域4内再划分调整网格，并在调整网格的中心点增设测点3及振动传感器，每个调整网格均为新的测试区域4，即设置若干下级测点3，测点3的坐标也变为下级坐标[2.c,4.d],1≤c≤4，1≤d≤2，增设的测点3和振动传感器用于检测新的测试区域4的振动值。
在每次布置测点3之后，都要进行若干预测试，优选地，每次的预测试建议在不同的环境因素下进行，以此全面观察不同环境因素下的测点3振动值，优化测点3布置情况。
采用上述方法统计不合格振动值的数量之后，计算测试重复率，以减少合格振动值的数量，避免测点3和传感器的浪费，具体的，若测试重复率低于设定要求，则完成测点3布置，若测试重复率高于设定要求，则删减合格振动值对应的测试区域4中的测点3，增加不合格振动值对应的测试区域4中的测点3，直至测试重复率低于设定要求。
基于长期的工作经验和实验测试所得，测试重复率＝[M-4*(3+n)]/M，其中，M为预测试结束时测点3的总数，n为预测试过程中确定的不合格振动值的数量，由此计算测试重复率，从而调整测点3的总数和布置情况，尽量对不合格振动值对应的测试区域4进行高精度地、详尽地测试，以使对塔筒的振动监控更准确。
本发明还公开了一种塔筒应力分析方法，包括如下步骤:
步骤一、采用上述实施例的风电机组塔筒应力检测测点3的布置方法布置测点3，经过初步的网格划分和后续的调整网格，获取最适合当前塔筒的最优化的测点3的布置方式，为后续长时间地、精确地监控打下基础；
步骤二、完成测点3步骤后，开始振动值采集，获得每个测点3采集的振动值；具体的，在测试开始之前，对振动传感器进行配置和坐标确定，振动传感器的坐标与对应的测点3坐标一致，在振动传感器中进行关联配置，使得振动传感器每次传出的振动值均带有测点3坐标，避免若干振动传感器之间的通道混淆。同时，保证每个振动传感器牢固稳定地固定在测点3上，且由于振动传感器为三轴振动传感器，其安装方向也需要与三轴方向对应，降低测试误差。
开始测试后，控制每个振动传感器的采样时间为3-5s，每个振动传感器的采样数据不少于10个，同时记录每个测点3的X、Y、Z三个不同方向振动值，同时记录振动值采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素，工作状况包括机组电流、机组电压、绕组温度、冷却油温度；环境因素包括环境温度和环境风速；工作状态由风电机组的控制系统获得，环境温度和环境风速可由风电机组自带的检测设备测得。
需要控制采样的总时长和时间间隔，由于不同季节的风载荷不同，一天内的不同时间段的风载荷也不同，必要时，按季节或全天连续进行振动数据采集。
步骤三、汇集所有测点3的振动值，将大于设定阈值的振动值定义为振动大值，将振动大值对应的测试区域4定义为塔筒局部强度薄弱区域；振动大值的判断方法记载在国家标准和行业标准，具体在此不再赘述，需要主要的是，需结合采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素判断振动大值。
对于塔筒局部强度薄弱区域，可在下次采样时，控制采样时间间隔和采样总时长，进行重复采样和重点监测。
步骤四、对塔筒局部强度薄弱区域进行受力分析，计算垂直载荷和水平载荷；具体的载荷计算公式为：
塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷为Pc＝K*Gz+Gf，其中，K为动力系数，Gz为自身重力，Gf为倾斜重力；K为风电机组的动力系数，可从风电机组的控制系统获得，Gz为测试区域4的自身重力，若塔筒局部强度薄弱区域位于塔筒本体1上，则由塔筒本体1的自重除以网格数，需要注意的是，若是存在调整网格，则网格数不代表实际网格数量，而是将所有网格如测试区域4的网格划分方式进行划分，使每个网格的面积相等，而后确定网格数，再由塔筒本体1的自重除以网格数确定该测试区域4的自身重力Gz；Gf为测试区域4的倾斜重力，由该测试区域4的倾斜角乘以自身重力Gz，该测试区域4的倾斜角由倾角传感器测得，即在安装振动传感器时，在测点3同样设置一倾角传感器，在振动传感器并建立信号连接，对外发送振动数据和倾斜角数据，以计算塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷。
塔筒局部强度薄弱区域的水平载荷为Ps＝K*Gj+P+Tz，其中，P为风载荷，可由风电机组的系统获得当前的风载荷，K为风电机组的动力系数，Gj为该区域的径向重力，具体为：Gj＝风电机组的总重力-Pc，Pc为垂直载荷，风电机组的总重力包括塔筒顶部的风轮、机舱自身重力、塔筒重力；Tz为为该区域的径向应力，具体为，Ts＝K(P-Gf)，P为风载荷，Gf为该测试区域的倾斜重力，由上述方法可得，K为风电机组的动力系数。
步骤五、由步骤二、步骤三和步骤四中获得的塔筒局部强度薄弱区域的振动值及受力分析特征，判断塔筒的运行状态分析，确定塔筒处于正常状态或故障状态，若处于故障状态，则提示机组不能维持正常工作，需派人检修，对塔筒进行加固处理。
由步骤二和步骤三获得塔筒局部强度薄弱区域的所有振动值，而后对每个振动大值的对应测试区域4的所有振动值进行频谱分析，确定是否发生共振；若发生共振，则认为塔筒处于故障状态。具体方法为，将振动大值的对应测试区域4的所有振动值通过傅里叶变换得到传递函数，即为频率特性函数，取出传递函数的有限数据拟合得到工况模态参数，即塔筒局部强度薄弱区域的固有频率值和主振频，从而在设计、制造以及使用过程中，使塔筒本体1的各个区域及塔筒底座2的固有频率远离塔筒的主振频。具体方法为，在塔筒局部强度薄弱区域增加重量，以改变其固有频率。
若判断塔筒局部强度薄弱区域发生共振，则需根据塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷确定不平衡影响因素S，再由不平衡影响因素S确定塔筒局部强度薄弱区域的加固重量；不平衡影响因素S＝G/m*g,其中，G为塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷，由步骤四计算所得，m为塔筒质量，从塔筒设计手册可知，g为9.81；不平衡影响因素S的计算公式为基于长期的工作经验和实验测试所得的经验公式。
由不平衡影响因素S与1的差值判断对应的测点3的受力强度T，根据测点3加固重量计算公式，测点3加固重量PG＝T*m*g。比如S的值为1.05，与1的差值为0.05，则T＝0.05,测点3加固重量PG＝T*m*g＝0.05*塔筒质量*9.81，通过在测点3增设加固重量，使塔筒局部强度薄弱区域的振动值偏离塔筒振动的主振频。
采用上述方法，确定所有塔筒局部强度薄弱区域和对应区域应该增加的加固重量，确定塔筒加固策略，有效保障风电塔筒安全稳定运行，避免突发性故障和渐发故障的发生。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
Claims (10)
1.一种塔筒应力检测测点的布置方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将塔筒本体和塔筒底座的表面划分成网格状，每个网格均为一检测区域，并将每个网格的中心点作为测点；
步骤二、在每个所述测点上安装振动传感器，振动传感器用于检测对应对应测试区域的振动值；
步骤三、进行若干次预测试，并记录每次预测试中的每个测试区域的振动值；
步骤四、分析所有所述测试区域的振动值中的不合格振动值和合格振动值，并以不合格振动值的数量计算测试重复率，若测试重复率低于设定要求，则完成测点布置，若测试重复率高于设定要求，则删减合格振动值对应的所述测试区域中的测点，增加不合格振动值对应的所述测试区域中的测点，直至测试重复率低于设定要求。
2.根据权利要求1所述的布置方法，其特征在于，所述步骤四还包括：
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中均小于设定阈值，且变化幅值小于设定幅值，则将该测试区域的振动值记为合格振动值；
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中至少一次大于设定阈值，则将该测试区域的振动值记为不合格振动值；
若某个测试区域的振动值在若干次预测试中的变化幅值大于设定幅值，则将该测试区域的振动值记为不合格振动值；
对于不合格振动值对应的所述测试区域，采用加密设置网格，即在测试区域对应的网格中再划分调整网格，并在调整网格的中心点增设测点及振动传感器，每个调整网格均为新的测试区域，增设的测点和振动传感器用于检测新的测试区域的振动值。
3.根据权利要求1所述的布置方法，其特征在于，所述步骤四还包括：
所述测试重复率＝[M-4*(3+n)]/M，其中，M为预测试结束时测点的总数，n为预测试过程中确定的不合格振动值的数量。
4.根据权利要求2所述的布置方法，其特征在于，所述步骤一还包括：
对于圆柱形的塔筒本体，将塔筒本体的侧壁展开成平面，根据塔筒本体的分节情况，划分成矩阵状的若干网格，每个网格均为一测试区域，每个网格的中心点为测点，
对于方形的塔筒底座，将塔筒底座的每个边等分成网格，每个等分段的网格均为一测试区域，每个等分段的网格的中心点为测点；
测点上对应设有振动传感器，对每个所述振动传感器进行编号，所述振动传感器的坐标表示为[i,j],i为矩阵中网格的横坐标，j为矩阵中网格的纵坐标。
5.根据权利要求2所述的布置方法，其特征在于，所述振动传感器为三轴振动传感器，用于对所述测点X、Y、Z三个不同方向的振动进行测量记录。
6.一种塔筒应力分析方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、采用权利要求1至5任一项所述塔筒应力检测测点的布置方法布置测点；
步骤二、完成测点步骤后，开始振动值采集，获得每个测点采集的振动值；
步骤三、汇集所有测点的振动值，将大于设定阈值的振动值定义为振动大值，将振动大值对应的所述测试区域定义为塔筒局部强度薄弱区域；
步骤四、对塔筒局部强度薄弱区域进行受力分析，计算垂直载荷和水平载荷；
步骤五、由步骤二、步骤三和步骤四中获得的塔筒局部强度薄弱区域的振动值及受力分析特征，判断塔筒的运行状态分析，确定塔筒处于正常状态或故障状态，若处于故障状态，则提示机组不能维持正常工作，需派人检修，对塔筒进行加固处理。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述步骤二还包括：
在测试开始之前，对所述振动传感器进行配置和坐标确定；
开始测试后，控制每个所述振动传感器的采样时间为3-5s，每个所述振动传感器的采样数据不少于10个，同时记录振动值采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素，工作状况包括机组电流、机组电压、绕组温度、冷却油温度；环境因素包括环境温度和环境风速；
所述步骤三还包括：
结合采集过程中的风电机组的工作状况以及环境因素判断振动大值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，
所述步骤四还包括：
塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷为Pc＝K*Gz+Gf，其中，K为风电机组的动力系数，Gz为该区域的自身重力，Gf为该区域的倾斜重力；
塔筒局部强度薄弱区域的水平载荷为Ps＝K*Gj+P+Tz，其中，P为风载荷，K为动力系数，Gj为该区域的径向重力，Tz为为该区域的径向应力。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，
所述步骤五还包括：
对每个振动大值的对应测试区域的所有振动值进行频谱分析，确定是否发生共振；若发生共振，则认为塔筒处于故障状态。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述步骤五还包括：
若判断塔筒局部强度薄弱区域发生共振，则需根据塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷确定不平衡影响因素S，再由不平衡影响因素S确定塔筒局部强度薄弱区域的加固重量；
不平衡影响因素S＝G/m*g,其中，G为塔筒局部强度薄弱区域的垂直载荷，m为塔筒质量，g为9.81；
由不平衡影响因素S与1的差值判断对应的测点的受力强度T；
根据测点加固重量计算公式，测点加固重量PG＝T*m*g。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210759846.8A CN115387967A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202210759846.8A CN115387967A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115387967A true CN115387967A (zh) | 2022-11-25 |
Family
ID=84117654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202210759846.8A Pending CN115387967A (zh) | 2022-06-29 | 2022-06-29 | 塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN115387967A (zh) |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104050358A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-17 | 国网青海省电力公司电力科学研究院 | 一种动态的电抗器振动测点优化及测试方法 |
| CN105389436A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-09 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种输电塔带电加固补强方法 |
| CN108151870A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-12 | 武昌船舶重工集团有限公司 | 一种基于频响函数的施工质量问题检测方法 |
| KR20180071131A (ko) * | 2016-12-19 | 2018-06-27 | 한국해양과학기술원 | 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법 |
| RU2678511C1 (ru) * | 2018-02-19 | 2019-01-29 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Способ проведения резонансных испытаний рабочих лопаток в составе турбомашины |
| CN110296855A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-01 | 上海中认尚科新能源技术有限公司 | 一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法 |
| CN112253406A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-22 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种海上风电机组的环境荷载预测方法与振动预控制系统 |
| CN113205036A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-03 | 同济大学 | 一种基础设施外部侵害振源感知及定位方法 |
| WO2021212680A1 (zh) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种基于动态网格划分的非标零件载荷分析方法及系统 |
-
2022
- 2022-06-29 CN CN202210759846.8A patent/CN115387967A/zh active Pending
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104050358A (zh) * | 2014-05-29 | 2014-09-17 | 国网青海省电力公司电力科学研究院 | 一种动态的电抗器振动测点优化及测试方法 |
| CN105389436A (zh) * | 2015-11-16 | 2016-03-09 | 国网山东省电力公司电力科学研究院 | 一种输电塔带电加固补强方法 |
| KR20180071131A (ko) * | 2016-12-19 | 2018-06-27 | 한국해양과학기술원 | 풍력발전 타워의 보강 및 증고를 위한 구조 보강체 및 시공방법 |
| CN108151870A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-12 | 武昌船舶重工集团有限公司 | 一种基于频响函数的施工质量问题检测方法 |
| RU2678511C1 (ru) * | 2018-02-19 | 2019-01-29 | Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" | Способ проведения резонансных испытаний рабочих лопаток в составе турбомашины |
| CN110296855A (zh) * | 2019-07-05 | 2019-10-01 | 上海中认尚科新能源技术有限公司 | 一种评估风力发电机组高柔塔架抗涡激性能的检测方法 |
| WO2021212680A1 (zh) * | 2020-04-23 | 2021-10-28 | 南京英尼格玛工业自动化技术有限公司 | 一种基于动态网格划分的非标零件载荷分析方法及系统 |
| CN112253406A (zh) * | 2020-09-29 | 2021-01-22 | 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司 | 一种海上风电机组的环境荷载预测方法与振动预控制系统 |
| CN113205036A (zh) * | 2021-04-28 | 2021-08-03 | 同济大学 | 一种基础设施外部侵害振源感知及定位方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 尹少平;冯沫;王灵梅;郭跃年;: "大型风电机组塔筒应力监测点的选取与预警", 计算机测量与控制, no. 02, 25 February 2018 (2018-02-25) * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN108195535B (zh) | 基于非线性激振特征的螺栓结合部松动检测方法及系统 | |
| JP7013787B2 (ja) | 風力発電用風車の状態監視装置、状態監視方法、及び状態監視システム | |
| CN103344694B (zh) | 一种检测在役支柱瓷绝缘子裂纹缺陷的方法 | |
| CN101532919B (zh) | 用于工程结构健康诊断的动静结合方法 | |
| CN111504587A (zh) | 一种立式水轮发电机导轴承支架振动特性评估系统及方法 | |
| Rebelo et al. | Structural monitoring of a wind turbine steel tower—Part I: System description and calibration | |
| CN109211390B (zh) | 输电塔振动及强度安全测试和评估方法 | |
| Deines et al. | Modal analysis and SHM investigation of CX-100 wind turbine blade | |
| CN113670547A (zh) | 超导电缆振动试验与抗振性能测试方法 | |
| CN113900381A (zh) | 一种基于物联网的钢结构远程健康监测平台及应用方法 | |
| CN108825447B (zh) | 一种风力机监测方法及系统 | |
| CN115387967A (zh) | 塔筒应力检测测点的布置方法及应力分析方法 | |
| RU2194978C2 (ru) | Способ контроля технического состояния пролетных строений | |
| RU2515130C1 (ru) | Сейсмометрический способ мониторинга технического состояния зданий и/или сооружений | |
| RU2767263C1 (ru) | Способ комплексной оценки показателей, определяющих техническое состояние трубопроводных систем, и система мониторинга для его реализации | |
| CN112432694B (zh) | 基于分布式光纤传感器的工业厂房动力监测方法 | |
| CN113686378A (zh) | 一种水轮机顶盖运行状态监测方法 | |
| KR100463727B1 (ko) | 구조체 건전성 평가방법 및 장치 | |
| CN109283246B (zh) | 一种风力发电机叶片受损位置定位检测系统 | |
| CN116150836B (zh) | 确定基础环的锚固安全性的方法 | |
| Than Soe | Vibration-based finite element model updating and structural damage identification | |
| Ma et al. | Structural health monitoring of wind turbine support structures: status and applications | |
| Konieczny et al. | Technical condition diagnosing of the cableway supports’ foundations | |
| RU2696673C1 (ru) | Способ обработки измерений и анализа динамических характеристик строительных конструкций в режиме квазиреального времени и система обработки измерений и анализа динамических характеристик строительных конструкций в режиме квазиреального времени | |
| Shendiapina et al. | Setting the problem of designing monitoring systems for engineering structures and methods of its solution |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |