CN217712820U - 一种风电机组塔筒法兰监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风电机组塔筒法兰监测设备，包括：激励螺线框，所述激励螺线框用于输出监测电磁场；中央输出螺线框，用于输出监测电磁场的磁场变化；激励信号源，用于使激励螺线框输出监测电磁场，所述激励信号源与所述激励螺线框电连接；输出信号处理装置，用于根据中央输出螺线框的磁场变化输出电信号，所述输出信号处理装置与中央输出螺线框电连接；所述激励螺线框包括两组且对称设置于所述中央输出螺线框两侧，且所述激励信号源使两组激励螺线框生成强度相同、方向相反的电磁场。本实用新型的风电机组塔筒法兰监测设备操作简便、使用成本低、监测结果准确性高。

Description

一种风电机组塔筒法兰监测设备

技术领域

本实用新型涉及风力发电机组监测领域，尤其涉及一种风电机组塔筒法兰监测设备。

背景技术

风电机组塔筒法兰是风力发电机组塔筒的关键连接件、支撑件和受力件，是风力发电设备的重要部件，风电机组的工作环境和大型化的设备本身对风电机组零部件的可靠性提出了更高要求。风电机组塔筒法兰的连接中受到几何结构、材料、边界条件、载荷及接触等复杂的非线性耦合问题及其对高周疲劳的特殊设计要求等多方面因素的影响，使得塔筒法兰成为风电机组运行过程中易出现故障的部位之一，风电机组塔筒法兰要在野外可靠使用20年以上，经受各种极恶劣天气和复杂的风力交变载荷，长期在50～80m高处承受着拉伸、弯曲及剪切等作用力，使得塔筒法兰易产生疲劳裂纹，若不及时处理，法兰连接结构将会产生不可修复的损伤，严重时甚至发生倒塔事故，因此，对风电机组的塔筒法兰连接进行定期监测，及时了解法兰运行状况，提前预警并及时修复故障，具有十分重要的意义。

公开号CN214660644U的实用新型专利公开了一种风力发电机组塔筒法兰监测工具，塔筒由若干节塔筒段依次连接而成，两两塔筒段之间通过各自法兰对接，两个对接法兰之间采用多颗配套的螺栓和螺母锁紧；所述监测设备包括钢板应变计和采集器，其中，所述钢板应变计有多个，并沿法兰的周向均布在两个对接法兰上，用于实时监测两个对接法兰之间的受力变化，且每两个对接法兰配置有一个采集器，两个对接法兰上的钢板应变计分别与采集器相连接，所述采集器与风力发电机组的主控系统相连接，将钢板应变计上采集到的数据传输给主控系统进行监测控制。其不足之处在于：该方案使用的应变计容易受环境温度变化的影响，且风电机组工况变化频繁，导致塔筒法兰在正常状态下也会产生应力波动较大，从而影响检测结果的准确性，而且应变计固定安装在塔筒上，成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本实用新型提供了一种操作简便、成本低廉、测量结果准确性高的风电机组塔筒法兰监测设备。

为了实现上述发明目的，本实用新型提供了一种风电机组塔筒法兰监测设备，包括：

激励螺线框，激励螺线框用于输出监测电磁场；

中央输出螺线框，用于输出监测电磁场的磁场变化；

激励信号源，用于使激励螺线框输出监测电磁场，激励信号源与激励螺线框电连接；

输出信号处理装置，用于根据中央输出螺线框的磁场变化输出电信号，输出信号处理装置与中央输出螺线框电连接；

激励螺线框包括两组且对称设置于中央输出螺线框两侧，且激励信号源使两组激励螺线框生成强度相同、方向相反的电磁场。

进一步的，中央输出螺线框与两侧激励螺线框之间铰接连接。

进一步的，中央输出螺线框与激励螺线框之间通过框架转轴铰接连接，框架转轴用于调节中央输出螺线框与激励螺线框之间的夹角。

进一步的，框架转轴上下两侧垂直设置有框架支撑臂。

进一步的，框架支撑臂与框架转轴之间铰接连接，框架支撑臂以框架转轴为中心沿水平方向转动。

进一步的，框架支撑臂末端设置有框架卡轮。

进一步的，框架支撑臂设置为弹性伸缩臂。

进一步的，框架卡轮由磁性材料制成。

进一步的，激励螺线框和中央输出螺线框由具有弹性的非柔性材料制成。

进一步的，输出信号处理装置包括用于滤除背景噪声干扰的滤波器。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：采用电磁电磁互感效应来监测法兰裂纹，监测结果可靠性高，不受环境温度及机组运行工况的影响；通过将框架支撑臂设为弹性伸缩臂以及框架卡轮带磁性，使监测设备可吸附在塔筒内壁，推动监测装置即可快速监测整个法兰的损伤情况，操作简便；基于电磁互感原理对法兰裂纹进行监测，因此不需要改变方案中任何设备的几何尺寸、材质或装配关系，只需调整激励螺线框的激励信号源强度及信号频率，便可以方便地调整测量精度；可通过框架转轴调节激励螺线框和中央输出螺线框的夹角来调节输出螺线框的感应距离，可适用于多种安装环境，且能在激励信号源强度及信号频率一定的情况下，进一步调整测量精度。

附图说明

图1为本实用新型实施例的一种结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的俯视图。

其中，附图标记为：1、中央输出螺线框；2、激励螺线框；3、激励信号源；4、输出信号处理装置；5、框架转轴；6；框架支撑臂；7；框架卡轮。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面结合附图描述本实用新型的实施例。

如图1-3所示，一种风电机组塔筒法兰监测设备，包括：激励螺线框2，激励螺线框2用于输出监测电磁场；中央输出螺线框1，中央输出螺线框1用于输出监测电磁场的磁场变化；激励信号源3，用于使激励螺线框2输出监测电磁场，激励信号源3与激励螺线框2电连接；输出信号处理装置4，用于根据中央输出螺线框1的磁场变化输出电信号，输出信号处理装置4与中央输出螺线框1电连接；激励螺线框2包括两组且对称设置于中央输出螺线框1两侧，且激励信号源使两组激励螺线框生成强度相同、方向相反的电磁场。当测量装置开始工作时，位于中央输出螺线框1两侧的激励螺线框2在激励信号源3的作用下产生的电磁场，且两侧的激励螺线框2产生的电磁场强度相同，方向相反。两组激励螺线框2产生的电磁场在中央输出螺线框1中实现动态平衡，使得输出信号处理装置4在法兰正常时输出的感应电压信号趋近于零，当法兰出现损伤时，由于裂痕间隙的存在，使得法兰的导电和导磁性能都出现局部变化，该变化将破坏中央输出螺线框1的中电磁场平衡，进而使输出信号处理装置4产生感应信号。并且该感应信号的强度和法兰裂纹的损伤位置及裂纹大小有关，当法兰裂纹处于其中一组激励螺线框2的中心位置时，输出信号处理装置4中产生的感应信号强度达到最大值，当裂纹位置处于远离激励螺线框2的位置或者中央输出螺线框1的中心位置时，输出信号处理装置4中产生的感应信号在去除背景噪声干扰后趋近于零。

作为一种实现方式，中央输出螺线框1与激励螺线框2之间通过框架转轴5铰接连接，框架转轴用于调节中央输出螺线框1与激励螺线框2之间的夹角。在两侧的激励螺线框2结构相同且对称设置时，通过框架转轴5可使中央输出螺线框1和激励螺线框2均贴合在法兰内壁上，由于法兰为圆筒型结构，因此，框架转轴5可保证中央输出螺线框1和两侧的激励螺线框夹角相同，从而保证两侧的激励螺线框2产生的电磁场在中央输出螺线框1中达到动态平衡，确保在法兰无裂纹的情况下输出信号处理装置输出的感应信号在去除背景噪声干扰后趋近于零。

作为一种实现方式，框架转轴5上下两侧垂直设置有框架支撑臂6，框架支撑臂6与框架转轴5之间铰接连接，框架支撑臂6以框架转轴5为中心沿水平方向转动，框架支撑臂6末端设置有框架卡轮7，框架支撑臂6设置为弹性伸缩臂，框架卡轮7由磁性材料制成。框架支撑臂6用于使整个监测装置能够安装在塔筒法兰上，通过上下两侧的框架支撑臂6使整个监测装置夹持在塔筒法兰上，并通过将框架支撑臂6设置为弹性伸缩臂使得监测装置与法兰形成紧密得贴合，保证测量准确性的同时实现快速简便的安装，使监测设备使用更加方便；框架卡轮7则能够使监测设备在与法兰紧密贴合的情况下进行移动监测，磁性材料制成的框架卡轮7能够使监测装置吸附在塔筒法兰上，同时，框架卡轮7转动时能够带动整个监测装置在法兰的圆周上滑动绕行，完成360度无死角的裂纹监测。在另外的实施例中，还可通过在框架卡轮7上安装动力装置，并通过远程遥控装置控制动力装置的工作，从而实现监测装置的远距离操控，实现远距离的线上监测。

作为一种实现方式，激励螺线框2和中央输出螺线框1均由具有弹性的非柔性材料制成。激励螺线框2和中央输出螺线框1采用弹性的非柔性材料能够进一步确保激励螺线框2以及中央输出螺线框1与法兰内壁贴合，进一步提高测量的准确性。

作为一种实现方式，输出信号处理装置4包括用于滤除背景噪声干扰的滤波器。由于监测装置在法兰上的移动过程中不可避免的会因为背景噪声的干扰，而会对监测结果产生一定的影响，因此，为了进一步提高监测的准确性，需要在输出信号处理装置4中设置滤波器以滤除监测装置在移动过程中因为背景噪声产生的干扰，其中，有两个频率的信号是在测量过程中必定会出现的背景噪声信号，需要通过设置相应频率的滤波器来滤除这两个频率的背景噪声信号对测量结果的干扰，具体频率如下：

其中，N为法兰的螺栓总数，T为监测设备绕行法兰一周所用的时间，D为法兰直径，d为框架卡轮7的直径。

作为一种实现方式，为了能够实现对风电机组塔筒法兰的损伤情况进行快速、准确、方便的监测，需要更加测量需求对中央输出螺线框1和激励螺线框2的大小进行适应性设置，使监测设备的尺寸与法兰尺寸相匹配，本实施例以一种常用的尺寸关系为例，中央输出螺线框1的宽度b₁和激励螺线框2的宽度b₂满足如下关系：

其中，D为法兰直径，N为法兰的螺栓总数，M为螺线框覆盖的螺栓数，M通常取值为2到5个。同时，中央输出螺线框1和激励螺线框2的高度均设置为法兰高度。这样的设置即保证了测量的准确性又兼顾了测量的效率。

在监测设备在法兰上绕行整数圈时，输出信号处理装置4获得的故障信号记性标记，包括对故障信号的强度、相位、位置进行标记，并根据绕行的角速度进行信号强化，然后将监测设备在法兰以反方向绕行同样的整数圈，并根据绕行的角速度进行信号强化，看是否能够在相同位置获得相同强度，相反相位的故障信号，通过上述方法可以准确定位法兰裂纹的位置。

综上所述，本实用新型的风电机组塔筒法兰监测设备采用电磁电磁互感效应来监测法兰裂纹，监测结果可靠性高，不受环境温度及机组运行工况的影响；通过将框架支撑臂设为弹性伸缩臂以及框架卡轮带磁性，使监测设备可吸附在塔筒内壁，推动监测装置即可快速监测整个法兰的损伤情况，操作简便；基于电磁互感原理对法兰裂纹进行监测，因此不需要改变方案中任何设备的几何尺寸、材质或装配关系，只需调整激励螺线框的激励信号源强度及信号频率，便可以方便地调整测量精度；可通过框架转轴调节激励螺线框和中央输出螺线框的夹角来调节输出螺线框的感应距离，可适用于多种安装环境，且能在激励信号源强度及信号频率一定的情况下，进一步调整测量精度。

以上结合具体实施方式描述了本发明的技术方案，但需要说明的是，上述的这些描述只是为了解释本发明的方案，而不能以任何方式解释为对发明保护范围的具体限制。基于此处的解释，本领域的技术人员在不付出创造性劳动即可联想到本发明的其他具体实施方式或等同替换，都将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，包括：

激励螺线框，所述激励螺线框用于输出监测电磁场；

中央输出螺线框，用于输出监测电磁场的磁场变化；

激励信号源，用于使激励螺线框输出监测电磁场，所述激励信号源与所述激励螺线框电连接；

输出信号处理装置，用于根据中央输出螺线框的磁场变化输出电信号，所述输出信号处理装置与中央输出螺线框电连接；

所述激励螺线框包括两组且对称设置于所述中央输出螺线框两侧，且所述激励信号源使两组激励螺线框生成强度相同、方向相反的电磁场。

2.根据权利要求1所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述中央输出螺线框与两侧激励螺线框之间铰接连接。

3.根据权利要求2所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述中央输出螺线框与所述激励螺线框之间通过框架转轴铰接连接，所述框架转轴用于调节所述中央输出螺线框与所述激励螺线框之间的夹角。

4.根据权利要求3所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述框架转轴上下两侧垂直设置有框架支撑臂。

5.根据权利要求4所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述框架支撑臂与所述框架转轴之间铰接连接，所述框架支撑臂以框架转轴为中心沿水平方向转动。

6.根据权利要求4所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述框架支撑臂末端设置有框架卡轮。

7.根据权利要求4所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述框架支撑臂设置为弹性伸缩臂。

8.根据权利要求6所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述框架卡轮由磁性材料制成。

9.根据权利要求1所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述激励螺线框和所述中央输出螺线框由具有弹性的非柔性材料制成。

10.根据权利要求1所述的风电机组塔筒法兰监测设备，其特征在于，所述输出信号处理装置包括用于滤除背景噪声干扰的滤波器。

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