CN203772258U - 一种风电机组塔筒综合监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种风电机组塔筒综合监测装置，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，综合监测装置包括设置在塔筒顶部的第一倾角传感器、设置在塔筒底座的第二倾角传感器和传感器组，传感器组分别设置在相接触的两个连接筒端部的法兰上，第一倾角传感器、第二倾角传感器分别与数据处理器连接，传感器组与数据控制装置连接，不仅监测塔筒的整体变形情况，而且对各个连接筒的变形可以更好的检测，得到塔筒中心在水平方向的偏移量和塔筒的非线性变形曲线，全面、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，测量结果更加精准，成本低。

Description

一种风电机组塔筒综合监测装置

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综合监测装置。

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。现有技术中也有通过在塔筒上设置倾斜传感器的方式，来监测塔筒的倾斜变形，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。此外，现有技术中的监测装置测量的具有局限性，不能从塔筒的各个倾斜点进行全面监测，导致监测的结果准确性低。

实用新型内容

为了克服现有的测量装置监测不全面、测量结果不准确、装置成本高的缺点，本实用新型提供一种风电机组塔筒综合监测装置，不仅监测塔筒的整体的变形情况，而且对塔筒的各个连接筒的变形可以更好的检测，得到塔筒中心在水平方向的偏移量和塔筒的非线性变形曲线，全面、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，测量结果更加精准，成本低。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种风电机组塔筒综合监测装置，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，综合监测装置包括设置在塔筒顶部的第一倾角传感器、设置在塔筒底座的第二倾角传感器和传感器组，传感器组分别设置在相接触的两个连接筒端部的法兰上，第一倾角传感器、第二倾角传感器分别与数据处理器连接，传感器组与数据控制装置连接。

塔筒的顶部、底座上分别设有顶部平台、底座平台，在顶部平台上固定有第一倾角传感器，在底座平台上固定有第二倾角传感器。

第一倾角传感器设置在顶部平台的中心处，第二倾角传感器设置在底座平台的中心处。

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，在法兰上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。

传感器组设置有若干个，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均匀分布在相接触的两个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。

第一倾角传感器、第二倾角传感器通过传感器连接线与数据处理器连接。

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。

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，不仅监测塔筒的整体的变形情况，而且对塔筒的各个连接筒的变形可以更好的检测，得到塔筒顶部中心相对于塔筒底座中心在水平方向上的偏移量、塔筒底座中心在水平方向上的偏移量和塔筒的非线性变形曲线，全面、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，测量结果更加精准，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综合监测装置进行具体说明。

图1是本实用新型的风电机组塔筒综合监测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流程结构示意图；

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流程结构示意图。

如图所示，塔筒1，法兰2，螺栓3，第一倾角传感器4，第二倾角传感器5，传感器组6，数据处理器7，顶部平台8，底座平台9，上部连接筒10，下部连接筒11，外边沿12，倾斜传感器13，加速度传感器14，收发控制器15，数据收集器16，监控中心17，储放平台18，顶部连接筒19，中间连接筒20，底部连接筒21。

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综合监测装置，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3将两个连接筒上的法兰2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3连接在一起，形成塔筒1。

如图1、2所示，综合监测装置包括第一倾角传感器4、第二倾角传感器5和传感器组6，第一倾角传感器4设置在塔筒的顶部，用于检测塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据，具体地，第一倾角传感器4用于测量塔筒中心线相对于水平面的倾角变化量；第二倾角传感器5设置在塔筒的底座上，用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据，具体地，第二倾角传感器5用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据。传感器组6为若干个，分别设置在相接触的两个连接筒端部的法兰2上，用于获得塔筒倾斜角和加速度的数据信号，根据倾斜角和加速度进行相应的计算，得出塔筒的倾斜变形的非线性变形曲线。

如图1所示，第一倾角传感器4、第二倾角传感器5分别与数据处理器7连接，将第一倾角传感器4、第二倾角传感器5获得的第一倾角数据、第二倾角数据传输至数据处理器7中，数据处理器7用于根据第一倾角数据计算得到塔筒顶部中心相对于塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量，根据第二倾角数据计算得到塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量。

在上述技术的基础上，综合监测装置还包括显示器，显示器与数据处理器连接，将数据处理器计算的数据进行处理之后，将风电机组塔筒的形态以动态曲线的方式，通过显示器显示，为监测人员提供实时的监测结果，监测人员可以通过显示器直观地监测塔筒形态的变化。

如图1所示，在塔筒1的顶部、底座上分别设有顶部平台8、底座平台9，顶部平台8、底座平台9均为与塔筒的内径相匹配的圆板，与塔筒的内壁相固定。在顶部平台8上固定有第一倾角传感器4，在底座平台9上固定有第二倾角传感器5，固定方式可以为焊接、螺栓、铆接等。为了使第一倾角传感器、第二倾角传感器更加准确的测量塔筒中心线相对于竖直线的倾角数据、底座中心线相对于竖直线的倾角数据，则第一倾角传感器4设置在顶部平台的中心处，第二倾角传感器5设置在底座平台的中心处，使得测量结果更加精准，更能准确的反应塔筒倾斜情况。

如图1所示，第一倾角传感器4、第二倾角传感器5通过传感器连接线与数据处理器7连接，将第一倾角传感器4、第二倾角传感器5获得的第一倾角数据、第二倾角数据传输至数据处理器7中。数据处理器7根据第一倾角数据、第二倾角数据计算出第一偏移量、第二偏移量，再根据第一偏移量和第二偏移量监测塔筒的整体的变形情况。

也可以将第一倾角传感器4、第二倾角传感器5和数据处理器7采用具有无限传输功能的设备，通过无线信号进行传输数据。

如图1所示，相接触的两个连接筒包括上部连接筒10和下部连接筒11，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，在上部连接筒的法兰2上、在下部连接筒法兰2上均设有传感器组6。传感器组6与数据控制装置连接，用于将传感器组获得数据信号接收、收集、处理并进行绘制出塔筒的倾斜变形曲线，对塔筒进行实时的监测。

如图2、3、4所示，在连接筒端部的法兰2上沿圆周方向向塔筒内部延伸形成一圈外边沿12，外边沿12与法兰2相固定，固定方式可以为焊接、螺栓连接等。传感器组6分别设置在上部连接筒法兰的外边沿12上和下部连接筒法兰的外边沿12上，将上部连接筒10、下部连接筒11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2、3、4所示，传感器组6设置有若干个，包括倾斜传感器13和加速度传感器14。倾斜传感器13和加速度传感器14设有若干个，均匀分布在上部连接筒法兰的外边沿12上、与上部连接筒相接触的下部连接筒法兰的外边沿12上。倾斜传感器13用于测量连接筒的倾斜角，加速度传感器14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14设置在倾斜传感器13上，与倾斜传感器13叠加设置在连接筒法兰的外边沿12上。并且倾斜传感器13在法兰的外边沿12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14与倾斜传感器13为相邻设置，形成一个组合。若干个加速度传感器14与倾斜传感器13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12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、2、3、4所示，在上部连接筒法兰的外边沿12、下部连接筒法兰的外边沿12分别设有传感器组6，传感器组中的倾斜传感器测量上部连接筒、下部连接筒的倾斜情况，及时监测上部连接筒10和下部连接筒11，准确的判断上部连接筒、下部连接筒的倾斜变形。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3是否失效，避免螺栓失效导致塔筒的倾斜或倒塌。

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。如图5所示，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3可能失效，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15、数据收集器16和监控中心17，收发控制器15用于接收、发送由传感器组获得的数据信号；数据收集器16用于对数据信号进行收集；监控中心17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18，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15、数据收集器16均固定在储放平台18上。倾斜传感器13、加速度传感器14分别通过传感器连接线与收发控制器15连接，收发控制器15通过连接线与数据收集器16连接，将获得的数据信号传输至数据收集器16中，对数据信号进行收集汇总。数据收集器16再通过连接线与监控中心17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15、数据收集器16，将相接触的上部连接筒端部的传感器组6、下部连接筒端部的传感器组6获得的数据信号进行收集，并传输至监控中心17。举例说明，如图6所示，塔筒由三段连接筒组成，顶部连接筒19、中间连接筒20和底部连接筒21之间分别通过法兰2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传感器组6，即在顶部连接筒的端部法兰上设有传感器组6，在中间连接筒与顶部连接筒相接触的上端部法兰上设有传感器组6，在底部连接筒的端部法兰2上设有传感器组6，在中间连接筒与底部连接筒相接触的下端部法兰2上也设有传感器组6。并且，在顶部连接筒与中间连接筒相接触处设有储放平台18，在储放平台上固定有收发控制器15、数据收集器16，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17；在中间连接筒与底部连接筒相接触处设有储放平台18，在储放平台上固定有收发控制器15、数据收集器16，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17。

如图7所示，也可以是在塔筒的中心位置处设有储放平台18，在储放平台上固定有一个收发控制器15、一个数据收集器16，每段连接筒上的传感器组6分别与收发控制器15、数据收集器16连接，将每段连接筒上传感器组6获取的数据信号统一的收集在一个数据收集器16内，由数据收集器16将数据传输至监控中心17。

倾斜传感器13、加速度传感器14、数据收集器16和监控中心17也可以采用具有无线传输功能的设备，收发控制器15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17。

本实用新型所述的风电机组塔筒综合监测装置，在塔筒的顶部、底座分别设置有第一倾角传感器4、第二倾角传感器5，第一倾角传感器4检测塔筒中心线相对于竖直线的第一倾角数据，第二倾角传感器5用于检测塔筒底座中心线相对于竖直线的第二倾角数据，数据处理器7通过第一倾角数据、第二倾角数据计算得到塔筒顶部中心相对于塔筒底座中心在水平方向上的第一偏移量、塔筒底座中心在水平方向上的第二偏移量，根据偏移量监测塔筒的整体的变形情况。在塔筒的各个连接筒相接触的端部法兰2上设有传感器组6，传感器组中的倾斜传感器13能够及时的检测上部连接筒10、下部连接筒11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14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。

本实用新型所述的风电机组塔筒综合监测装置，不仅检测塔筒的整体变形情况，而且对塔筒的各个连接筒的变形可以更好的检测，全面、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，测量结果更加精准，成本低。

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 (10)

1.一种风电机组塔筒综合监测装置，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（3）将两个连接筒上的法兰固定连接，其特征在于，所述综合监测装置包括设置在塔筒顶部的第一倾角传感器（4）、设置在塔筒底座的第二倾角传感器（5）和传感器组（6），所述传感器组（6）分别设置在相接触的两个连接筒端部的法兰（2）上，所述第一倾角传感器（4）、第二倾角传感器（5）分别与数据处理器（7）连接，所述传感器组（6）与数据控制装置连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述塔筒的顶部、底座上分别设有顶部平台（8）、底座平台（9），在所述顶部平台（8）上固定有第一倾角传感器（4），在所述底座平台（9）上固定有第二倾角传感器（5）。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述第一倾角传感器（4）设置在顶部平台的中心处，所述第二倾角传感器（5）设置在底座平台的中心处。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述相接触的两个连接筒包括上部连接筒（10）和下部连接筒（11），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），在法兰上沿圆周方向向塔筒内部延伸形成外边沿（12），所述传感器组（6）设置在法兰的外边沿（12）上。

5.根据权利要求4所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述传感器组设置有若干个，包括倾斜传感器（13）和加速度传感器（14），所述倾斜传感器（13）和加速度传感器（14）均匀分布在相接触的两个连接筒法兰的外边沿（12）上。

6.根据权利要求5所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述加速度传感器（14）设置在倾斜传感器（13）上。

7.根据权利要求5所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述加速度传感器（14）与倾斜传感器（13）为相邻设置，所述若干个相邻设置的加速度传感器（13）和倾斜传感器（14）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。

8.根据权利要求1所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，所述第一倾角传感器（4）、第二倾角传感器（5）通过传感器连接线与数据处理器（7）连接。

9.根据权利要求5所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，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（15）、对数据信号进行收集的数据收集器（16）和监控中心（17），所述倾斜传感器（13）、加速度传感器（14）分别通过传感器连接线与收发控制器（15）连接，所述收发控制器（15）通过数据收集器（16）与监控中心（17）连接。

10.根据权利要求9所述的一种风电机组塔筒综合监测装置，其特征在于，在所述塔筒内至少设有一个储放平台（18），所述收发控制器（15）、数据收集器（16）均固定在塔筒内的储放平台（18）上。