CN203742907U - 一种风电机组塔筒测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电机组塔筒测量装置，设置在塔筒的内部，塔筒包括至少两个连接筒，相邻两个连接筒相接触的端部分别设有法兰，通过螺栓将两个连接筒上的法兰固定连接，测量装置包括分别固定在相接触的两个连接筒法兰上的传感器组，传感器组包括倾斜传感器和加速度传感器，倾斜传感器和加速度传感器分别与固定在塔筒内的数据控制装置连接，能够得到塔筒的非线性变形曲线，更好的体现了塔筒在实际应用中的非线性变形，使得测量结果更加精准，准确判断塔筒的倾斜状况，及时采取措施进行维护，并且装置简单，成本低。

Description

一种风电机组塔筒测量装置

技术领域

本实用新型属于风电机组塔筒测量的技术领域，特别涉及一种风电机组塔筒测量装置。

背景技术

风电机组的塔筒是风力发电机组中的承重部件，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。塔筒承受着推力、弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，使得风力发电机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形；此外，塔筒还会受到材料变形、零部件失效以及地基沉降等因素的影响，产生倾斜。塔筒过大的倾斜变形会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此，需要对塔筒的倾斜变形进行实时监测。

目前，在对塔筒进行倾斜变形测量时，通常是在塔筒上安装多个GPS接收机，根据GPS测量数据来绘制得到塔筒的倾斜变形曲线，这种方式成本较高，且在计算塔筒变形时，未考虑塔筒的非线性变形的特点，通常是基于单一倾角和刚体变形来计算得到塔筒的变形量，导致计算得到塔筒的变形曲线不准确。此外，现有技术中也有通过在塔筒上设置倾斜传感器的方式，来检测塔筒的倾斜变形，其测量得到的塔筒的变形曲线仍旧为线性变形曲线，而非塔筒的真实变形曲线，导致测量结果不准确。

实用新型内容

为了克服现有的测量装置得出的塔筒的变形曲线为线性变形曲线，从而导致测量结果不准确的缺点，本实用新型提供一种风电机组塔筒测量装置，能够得到塔筒的非线性变形曲线，更好的体现了塔筒在实际应用中的非线性变形，使得测量结果更加精准，准确判断塔筒的倾斜状况，及时采取措施进行维护，并且装置简单，成本低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风电机组塔筒测量装置，设置在塔筒的内部，塔筒包括至少两个连接筒，相邻两个连接筒相接触的端部分别设有法兰，通过螺栓将两个连接筒上的法兰固定连接，其特征在于，测量装置包括分别固定在相接触的两个连接筒法兰上的传感器组，传感器组包括倾斜传感器和加速度传感器，倾斜传感器和加速度传感器分别与固定在塔筒内的数据控制装置连接。

优选的，相接触的两个连接筒包括上部连接筒和下部连接筒，在上部连接筒的端部和下部连接筒的端部分别设有法兰，法兰沿圆周方向向塔筒内部延伸形成外边沿，传感器组设置在法兰的外边沿上。

倾斜传感器和加速度传感器设有若干个，均匀分布在上部连接筒法兰的外边沿上、下部连接筒法兰的外边沿上。

优选的，加速度传感器设置在倾斜传感器上。

优选的，加速度传感器与倾斜传感器为相邻设置，若干个相邻设置的加速度传感器和倾斜传感器间隔设置在上部连接筒法兰的外边沿上、下部连接筒法兰的外边沿上。

数据控制装置包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器、对数据信号进行收集的数据收集器和监控中心，倾斜传感器、加速度传感器分别通过传感器连接线与收发控制器连接，收发控制器通过数据收集器与监控中心连接。

数据控制装置包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器、对数据信号进行收集的数据收集器和监控中心，倾斜传感器、加速度传感器、数据收集器和监控中心均为无线信号传输，收发控制器为具有无线射频功能的RF收发控制器。

在塔筒内至少设有一个储放平台，收发控制器、数据收集器均固定在塔筒内的储放平台上。

本实用新型的有益效果是，能够得到塔筒的非线性变形曲线，更好的体现了塔筒在实际应用中的非线性变形，使得测量结果更加精准，准确判断塔筒的倾斜状况，及时采取措施进行维护，并且装置简单，成本低。

附图说明

下面结合附图对本实用新型所述的风电机组塔筒测量装置进行具体说明。

图1是本实用新型的风电机组塔筒测量装置的整体结构示意图；

图2是本实用新型的塔筒法兰上传感器组的一种设置方式的结构示意图；

图3是本实用新型的塔筒法兰上传感器组的另一种设置方式的结构示意图；

图4是本实用新型的塔筒法兰上传感器组的俯视结构示意图；

图5是本实用新型的塔筒法兰螺栓张开的结构示意图；

图6是本实用新型的三节塔筒数据控制装置一种设置方式的整体结构示意图；

图7是本实用新型的三节塔筒数据控制装置另一种设置方式的整体结构示意图。

如图所示，塔筒1，法兰2，上部连接筒3，下部连接筒4，传感器组5，倾斜传感器6，加速度传感器7，螺栓8，外边沿9，收发控制器10，数据收集器11，监控中心12，储放平台13，顶部连接筒14，中间连接筒15，底部连接筒16。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型所述的风电机组塔筒的测量装置，设置在塔筒1的内部。塔筒1包括至少两个连接筒，相邻的两个连接筒相接触的端部分别设有法兰2，通过螺栓8将两个连接筒上的法兰固定连接，从而将两个连接筒连接在一起，多个连接筒之间通过法兰2、螺栓8连接在一起，形成塔筒1。

如图1、2、3所示，相接触的两个连接筒包括上部连接筒3和下部连接筒4，上部连接筒3和下部连接筒4相接触的端部分别焊接有法兰2，通过螺栓8将两个法兰固定连接在一起。测量装置包括分别固定在相接触的两个连接筒法兰上的传感器组5，在上部连接筒的法兰2上设有传感器组5，在下部连接筒法兰2上也设有传感器组5。传感器组5设置有若干个，包括倾斜传感器6和加速度传感器7，通过倾斜传感器6和加速度传感器7获得塔筒倾斜角和加速度的数据信号。倾斜传感器6和加速度传感器7分别与数据控制装置连接，数据控制装置固定在塔筒1内，用于将传感器组获得数据信号接收、收集、处理并绘制出塔筒的倾斜变形曲线，对塔筒进行实时的监测。数据控制装置通过导线与电源连接，通过电源对数据控制装置供电，使数据控制装置正常工作。

如图2、3、4所示，连接筒端部的法兰2沿圆周方向向塔筒内部延伸形成一圈外边沿9，外边沿9与法兰2相固定，固定方式可以为焊接、螺栓连接等。在上部连接筒法兰的外边沿9上设有传感器组5，在下部连接筒法兰的外边沿9上也设有传感器组5，将上部连接筒、下部连接筒的倾斜状态同时测量、监测，使得测量结果更加准确，及时掌握塔筒倾斜状态。

如图4所示，倾斜传感器6和加速度传感器7设有若干个，均匀分布在上部连接筒法兰的外边沿9上、与上部连接筒相接触的下部连接筒法兰的外边沿9上。倾斜传感器6用于测量连接筒的倾斜角，加速度传感器7用于测量连接筒的加速度，根据测量得出的倾斜角、加速度进行相应的计算，得出塔筒的倾斜变形曲线。

如图2所示，加速度传感器7设置在倾斜传感器6上，与倾斜传感器叠加设置在连接筒法兰的外边沿9上。并且倾斜传感器6在法兰的外边沿9上为间隔设置，均匀分布。

如图3所示，还可以是，加速度传感器7与倾斜传感器6为相邻设置，形成一个组合。若干个加速度传感器7与倾斜传感器6相邻设置组成多个组合，多个组合间隔设置在连接筒法兰的外边沿9上，并且均匀分布。

在同一个法兰外边沿上设置的若干个倾斜传感器、加速度传感器分别与数据控制装置连接，数据控制装置将上部连接筒法兰外边沿上、下部连接筒法兰外边沿上的若干个倾斜传感器、加速度传感器获得的数据信号进行收集、处理。

如图1所示，在上部连接筒法兰的外边沿9、下部连接筒法兰的外边沿9分别设有传感器组5，传感器组中的倾斜传感器6测量上部连接筒3、下部连接筒4的倾斜情况，及时检测上部连接筒3和下部连接筒4，准确的判断上部连接筒3、下部连接筒4的倾斜变形。通过上部连接筒法兰外边沿上的加速度传感器和下部连接筒法兰外边沿上的加速度传感器的测量值，判断上部连接筒法兰与下部连接筒法兰之间是否出现开合现象，从而进一步判断固定上部连接筒法兰与下部连接筒法兰之间的螺栓是否失效，避免螺栓失效导致的塔筒的倾斜或倒塌。

在确定上部连接筒法兰与下部连接筒法兰之间是否出现开合现等不良变形时，可根据加速度传感器测量值中，沿塔筒轴向方向的分量来确定。当上部连接筒上的加速度传感器和下部连接筒上的加速度传感器测量的沿塔筒轴向分量相差较大时，就可以判定上部连接筒法兰与下部连接筒法兰之间出现开合等不良变形现象，螺栓可能失效。

如图5所示，当上部连接筒法兰与下部连接筒法兰张开时，说明连接两个法兰之间的螺栓可能发生变形，螺栓可能失效。此时，通过上部连接筒法兰上的加速度传感器和下部连接筒法兰上的加速度传感器检测得到的加速度值，确定两法兰之间开合角的大小，以确定螺栓是否失效，并可及时通知相关工作人员进行处理，避免因螺栓失效而导致塔筒的倾斜或倒塌。

如图1所示，数据控制装置包括收发控制器10、数据收集器11和监控中心12，收发控制器10用于接收、发送由传感器组获得的数据信号；数据收集器11用于对数据信号进行收集；监控中心12将数据收集器收集的数据进行相应的运算，得出塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。在塔筒的内部至少设有一个储放平台13，储放平台可以设置在相接触的两个连接筒法兰的上部或下部。收发控制器10、数据收集器11均固定在储放平台13上。倾斜传感器6、加速度传感器7分别通过传感器连接线与收发控制器10连接，收发控制器10通过连接线与数据收集器11连接，将获得的数据信号传输至数据收集器11中，对数据信号进行收集汇总。数据收集器11再通过连接线与监控中心12连接，将收集的数据信号进行计算、处理。

可以在相接触每两段连接筒处设有收发控制器10、数据收集器11，将相接触的上部连接筒端部的传感器组5、下部连接筒端部的传感器组5获得的数据信号进行收集，并传输至监控中心12。举例说明，如图6所示，塔筒由三段连接筒组成，顶部连接筒14、中间连接筒15和底部连接筒16之间分别通过法兰固定，在顶部连接筒与中间连接筒之间的法兰上、中间连接筒与底部连接筒之间的法兰上都均设有若干个传感器组，即在顶部连接筒的端部法兰上设有若干个传感器组，在中间连接筒与顶部连接筒相接触的上端部法兰上设有若干个传感器组，在底部连接筒的端部法兰上设有若干个传感器组，在中间连接筒与底部连接筒相接触的下端部法兰上也设有若干个传感器组。并且，在顶部连接筒与中间连接筒相接触处设有储放平台13，在储放平台上固定有收发控制器10、数据收集器11，接收/发送、收集顶部连接筒法兰上传感器组与中间连接筒上端部法兰上传感器组的数据信号，并将数据传输至监控中心12；在中间连接筒与底部连接筒相接触处设有储放平台13，在储放平台上固定有收发控制器10、数据收集器11，接收/发送、收集中间连接筒下端部法兰上传感器组与底部连接筒法兰上传感器组的数据信号，并将数据传输至监控中心12。

如图7所示，也可以是在塔筒的中心位置处设有储放平台13，在储放平台上固定有一个收发控制器10、一个数据收集器11，每段连接筒上的传感器组分别与收发控制器、数据收集器连接，将每段连接筒上传感器组获取的数据信号统一的收集在一个数据收集器内，由数据收集器将数据传输至监控中心12。

倾斜传感器6、加速度传感器7、数据收集器11和监控中心12也可以采用具有无线传输功能的装置，收发控制器10为具有无线射频功能的RF收发控制器，通过无线信号传输将数据传输至监控中心12。

在利用上述的倾斜传感器6和加速度传感器7对塔筒的倾斜变形进行测量时，可根据测量得到的多个时刻的值，确定塔筒的变形量。具体地，将塔筒所受到的风载荷分成三部分，分别为静态的风载荷、准静态的风载荷(即风速变化缓慢的风载荷)以及快速变动的风载荷，对应地，将塔筒的变形，可分解成与上述不同风载荷下的变形的叠加，即将塔筒变形分解为静态变形、准静态变形和动态变形三部分，该三部分变形叠加就可得到塔筒的变形。

根据测量得到的倾斜角和加速度，获得静态变形量、准静态变形量和动态变形量，并根据静态变形量、准静态变形量和动态变形量确定塔筒的倾斜变形方程，X(h,t)=(m+n△t)h^r+ch^scosω△t，其中，△t=t-t₀，为测量时刻t相对测量周期开始时刻t₀的时间增量；X(h,t)为塔筒的变形方程，即塔筒的h高度处在t时刻的水平位移量；(m+n△t)h^r为塔筒的静态准静态变形方程，ch^scosω△t为塔筒的动态变形方程；m为塔筒的静态变形量，n为塔筒的准静态变形量，r为静态变形指数，ω、s、c为动态变形量，在一个周期内基本保持稳定。再根据塔筒的倾斜变形方程，确定塔筒的倾斜变形曲线。

本实用新型所述的风电机组塔筒测量装置，在相接触的上部连接筒、下部连接筒端部的法兰上分别设有传感器组5，传感器组中的倾斜传感器6能够及时的检测上部连接筒3、下部连接筒的倾斜状况，可准确的判定哪段连接筒的倾斜，工作人员可相应的进行维护。传感器组中的加速度传感器7判断相接触的上部连接筒法兰和下部连接筒法兰之间的开合情况，判断螺栓是否失效，避免因螺栓失效导致的塔筒的倾斜或倒塌。本测量装置能够得到塔筒的非线性变形曲线，更好的体现了塔筒在实际应用中的非线性变形，使得测量结果更加精准，准确判断塔筒的倾斜状况，及时采取措施进行维护，而且装置简单，节约成本。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型方案的范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组塔筒测量装置，设置在塔筒的内部，所述塔筒（1）包括至少两个连接筒，相邻两个连接筒相接触的端部分别设有法兰（2），通过螺栓（8）将两个连接筒上的法兰固定连接，其特征在于，所述测量装置包括分别固定在相接触的两个连接筒法兰上的传感器组（5），所述传感器组（5）包括倾斜传感器（6）和加速度传感器（7），所述倾斜传感器（6）和加速度传感器（7）分别与固定在塔筒内的数据控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述相接触的两个连接筒包括上部连接筒（3）和下部连接筒（4），在上部连接筒的端部和下部连接筒的端部分别设有法兰（2），所述法兰（2）沿圆周方向向塔筒内部延伸形成外边沿（9），所述传感器组（5）设置在法兰的外边沿（9）上。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述倾斜传感器（6）和加速度传感器（7）设有若干个，均匀分布在上部连接筒法兰的外边沿上、下部连接筒法兰的外边沿上。

4.根据权利要求3所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述加速度传感器（7）设置在倾斜传感器（6）上。

5.根据权利要求3所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述加速度传感器（7）与倾斜传感器（6）为相邻设置，所述若干个相邻设置的加速度传感器（7）和倾斜传感器（6）间隔设置在上部连接筒法兰的外边沿上、下部连接筒法兰的外边沿上。

6.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述数据控制装置包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器（10）、对数据信号进行收集的数据收集器（11）和监控中心（12），所述倾斜传感器（6）、加速度传感器（7）分别通过传感器连接线与收发控制器（10）连接，所述收发控制器（10）通过数据收集器（11）与监控中心（12）连接。

7.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，所述数据控制装置包括接收/发送传感器数据信号的收发控制器（10）、对数据信号进行收集的数据收集器（11）和监控中心（12），所述倾斜传感器（6）、加速度传感器（7）、数据收集器（11）和监控中心（12）均为无线信号传输，所述收发控制器（10）为具有无线射频功能的RF收发控制器。

8.根据权利要求6或7所述的一种风电机组塔筒测量装置，其特征在于，在所述塔筒内至少设有一个储放平台（13），所述收发控制器（10）、数据收集器（11）均固定在塔筒内的储放平台（13）上。