[发明专利]在线监测风力发电机螺栓紧固应力的系统及方法

说明书

本发明提供一种在线监测风力发电机螺栓紧固应力的系统及方法，包括监测探头、温度传感器、数据采集处理设备、以及监控系统。通过对具体的风机、叶片和螺栓的准确定位，实现对具体某一螺栓的准确位置监控；通过实时监控超声波检测的风力发电机的风叶根部整圈联接螺栓的紧固应力，并基于螺栓所处环境的温度变化导致的应变误差进行校正，从而获得某一螺栓的较准确的实际紧固应力，判断螺栓是否出现松脱或断裂情况，并及时进行预警和故障判断，让运维人员能随时掌握叶根螺栓健康状况，填补了目前风力发电机螺栓无在线实时监测系统的空白。

技术领域

本发明涉及风力发电机监测技术领域，具体来说，涉及一种在线监测风力发电机螺栓紧固应力的系统及方法。

背景技术

风力发电是大规模利用可再生新能源的重要途径，随着全球风电产业的迅猛发展，装机规模和单机容量不断扩大。风电叶片是风力发电机捕获风能的核心部件，多采用10.9级高强度螺栓与主机联接。风电叶片的联接螺栓在运转中承受交变载荷，工作载荷大、受力复杂，常因振动松脱、疲劳甚至断裂而导致风电机组运行事故，给国家和企业造成巨大的经济损失。此外，由于螺栓安装操作不规范、螺栓质量差等因素导致的风电机组运行故障也屡见不鲜。早期安装的风电机组，螺栓联接零件已经进入损耗周期，因此导致的故障也逐渐显现。目前，各个风场运维人员对螺栓只进行定期检查，常因人为差错而遗留事故隐患。在现有风力发电机组中，还缺乏集螺栓工作状态实时监测及故障分析诊断于一体的有效手段和设备。

CN201310378100.3提供了一种测量螺栓组预紧力的方法，它克服了现有普通轴力计螺栓预紧力测量装置只能对单个螺纹紧固件使用的不足，能够测量多个螺栓的预紧力，但是不能实时在线的监测螺栓的预紧力。CN201310235117.3公开了一种能够实时在线的监测螺栓预紧力的新方法，通过在紧固件和被紧固物体之间安装一个螺纹紧固件预紧力测量装置来监测螺栓预紧力的变化，但是该方法不利于小型螺栓预紧力的测量。CN200720087776.7测量预紧力的原理与CN201310235117.3相似，不过是通过垫片传感器来监测预紧力的变化，但是由于螺栓的尺寸并不固定，预紧力测量装置需要专门定做以满足测量的需要。CN201320360112.9提供了一种预紧力测量机构，包括测量装置、驱动装置和为驱动装置提供动力的动力装置，该方法是一种主动测量预紧力的方法，而不是监测连接结构正常服役状态下预紧力变化情况的方法。通过上述发明和实用新型的对象可知，没有专门的针对风力发电机螺栓紧固应力监测系统及监测方法。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提供了一种在线监测风力发电机螺栓紧固应力的系统及方法，通过实时在线监测风力发电机各个特定螺栓的紧固应力，为风力发电机的故障分析诊断提供有效手段和设备。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一方面，本发明提供一种在线监测风力发电机螺栓紧固应力的系统，包括安装在风力发电机的叶片根部整圈联接螺栓的端部的监测探头、磁吸在叶片根部整圈连接螺栓的温度传感器、与监测探头和温度传感器连接的数据采集处理设备、以及监控风力发电机各个螺栓预紧力的监控系统；

其中所述数据采集处理设备包括数据处理系统，用于对风机信息、螺栓信息、监测探头和温度传感器采集的数据进行数据处理和分析；

所述监控系统用于对上传数据进行计算，计算螺栓预紧力并温度补偿，判断预紧力是否在正常范围，从而发出对应的警报信息。

进一步地，所述监测探头包括叶片根部整圈联接螺栓、旋紧装置、耦合层、超声波传感器和传感器接线端；

所述旋紧装置从上至下依次包括安装孔、嵌套孔和螺栓孔；

所述超声波传感器探头底部的凸出外缘嵌套在旋紧装置嵌套孔内；

所述超声波传感器本体贯穿安装在安装孔内；