[发明专利]一种预应力钢索混凝土风电塔筒永久在线监测系统

说明书

一种预应力钢索混凝土风电塔筒永久在线监测系统预应力钢索混凝土风电塔筒，克服了传统钢制塔筒的动力性能不足的弱点，满足了目前风机发展对于塔筒的高度需求，具有施工造价低、耐久性高等特点，成为风电塔筒的技术发展新趋势。为满足预应力钢索混凝土塔筒规范性设计、生产、施工安装和运行管理的要求，开展永久在线监测，监测预应力钢索的性能和技术指标是否符合设计的规定，监测塔筒基础的不均匀沉降和塔身的振动模态和倾斜，建立国家级预应力钢索混凝土塔筒设计、生产、运行管理数据库，从而实现产业科学化、规范化健康发展。

技术领域

风电基础建设工程技术领域。

背景技术

风电作为绿色环保能源，目前在全球范围内得到广泛重视。随着风电技术产业地快速发展，风机塔筒的平均高度不断被突破。传统的钢制塔筒阻尼小、动刚度差，当风电机组增大容量时，钢制塔筒的局限性则显现出来，成为风电技术发展的瓶颈。预应力钢索混凝土风电塔筒，采取预制混凝土筒节或现场浇筑筒体、筒体中间均匀布置预应力钢索，通过钢索的张拉，增强混凝土塔筒的稳定性。这种新型的塔筒克服了传统钢制塔筒的动力性能不足的弱点，满足了目前风机发展对于塔筒的高度需求，具有施工造价低、耐久性高等优势，成为风电塔筒的技术发展新趋势。

发明内容

预应力钢索混凝土风电塔筒是由动态特性不同的两种结构体组合在一起的，塔筒的筒壁是钢筋混凝土结构，塔筒壁中采用张拉加载的预应力钢索，形成稳定性较强的塔筒结构。永久在线监测系统主要监测单元为钢索预应力监测单元、塔筒振动监测单元、基础不均匀沉降监测单元及辅助监测单元等四部分。

预应力钢索是核心构件，其服役状况直接关系到混凝土塔筒的安全运营与寿命。因此，对预应力钢索混凝土风电塔筒实施在线监测，及时了解预应力钢索服役状态是十分必要的。预应力钢索的安全监测，主要是通过监测预应力钢索的索力变化，判断钢索服役状况，评定其安全性。钢索的损伤变化会在其本身的索力变化和相邻索力的变化上表现出来。通过对索力的监测，不仅能为总体评价其技术状况提供依据，同时也可以在一定程度上发现预应力钢索的紧固系统、防护系统是否完好，也可以更好地理解塔筒结构承载机理，验证设计理论，从而指导设计。

预应力钢索混凝土风电塔筒的静力分析和动力分析与全钢制式的塔筒相比具有显著的差别。在风载荷、风机载荷及自重载荷组合条件下，预应力钢索混凝土风电塔筒的形变规律和动态响应等方面，目前缺少研究和技术资料。进行预应力钢索混凝土塔筒的振动监测，建立预应力钢索混凝土塔筒在自然条件下的振动模态分析的数据库，为风电塔筒制造业开展技术创新和技术优化奠定了基础。

风电场运营过程中，风机塔筒基础沉降状况直接关系到风机运行过程中的安全性。文献显示：地质地层不均匀、施工工艺不当等因素都会造成建筑物产生不均匀沉降或沉降过大。风机对基础不均匀沉降有较强的敏感性，设置塔筒基础沉降监测单元，能及时反馈风机本身因基础不均匀沉降而产生的偏移情况，有效预防出现不均匀沉降对风电机组安全生产运行造成的危害。

辅助监测单元，主要监测关键部件的应力变化趋势、金属法兰面内部缺陷及塔顶的倾斜度，并将风机运行工况参数（如风速、风向、转速等）引入塔筒监测系统，便于建立塔筒性态评价体系。

开展预应力钢索混凝土风电塔筒的实时在线监测，主要监测单元包括:

（1）预应力钢索的应力状态单元；

（2）塔筒的振动模态单元；

（3）基础的不均匀沉降单元；

（4）辅助监测单元（应力、声发射、倾斜监测及工况参数）；

（5）预应力钢索混凝土塔筒的性态评价体系。

技术方案