[发明专利]塔架振动的螺栓松动故障动态仿真平台、仿真系统及方法

说明书

本发明属于风力发电机塔架安全监测技术领域，公开了一种塔架振动的螺栓松动故障动态仿真平台、仿真系统及方法，塔架模型由钢板焊接而成，用于根据不同风力发电机的功率和塔架型号尺寸，在通过等比例缩小建模仿真后，确定其刚度和结构满足要求下进行模型加工；法兰通过厚钢板打孔焊接的方式与塔架连接用于通过高强度螺栓将两塔架进行连接，法兰孔数和孔径大小根据具体要求确定；螺栓通过扭力扳手与法兰连接；基座用于防止塔架下端左右摇晃；摆动装置利用一根钢管焊接在塔架上；底座为固定风力机塔架基座的混凝土块，用于防止底端发生摇晃。本发明能够对螺栓松动故障的监测和故障特征提取实验提供较大的帮助。

技术领域

本发明属于风力发电机塔架安全监测技术领域，尤其涉及一种塔架振动的螺栓松动故障动态仿真平台、仿真系统及方法。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：近年来随着全球气候环境的不断恶化和化石能源的日益枯竭，新能源逐渐走进人们的视野。风能作为发展较为成熟的一种清洁与可再生能源装机容量得到快速增长。由于风力发电机组的工作环境较为复杂，处于地面层形成的剪切风、阵风和台风之中，风力机塔架作为机组重要的承载部件，属于典型细长薄壳结构，其底端固定，顶端自由且承受机舱和风轮的重力和气动载荷，该结构形式容易发生振动和失稳。随着机组的单机容量不断增大，重量和外型尺寸随之增大，塔架的高度也随之增加，作用在塔架上的重力载荷和气动载荷交变性和时变性更加显著。近年来，塔架在风电机组运行过程中倒塌或失稳的事故时有发生，由于风力发电机塔架时有法兰螺栓连接而成，如何对螺栓进行实时监测是目前的研究方向和重点，但是实际情况下无法在风力机塔架上进行相关动态实验，目前阶段主要是仿真模拟研究，因此迫切需要一种动态模拟风力机塔架振动的螺栓松动故障研究的实验台。

综上所述，现有技术存在的问题是：目前对风机塔架螺栓松动检测较为广泛的方式主要是划线法和磁附法，划线法的基本原理是在拧紧螺栓或其他紧固件后，用记号笔在螺母和螺钉上画出连续且清晰的直线，并且可以长时间保持颜色，以便检测人员可以使用其他设备观察螺栓或紧固零件的管路是否放错了位置，并进一步判断结构连接部位的螺栓是否松动以及松动程度。但是该方法只能用于塔架结构较小、螺栓较少的设备、检查人员应有清晰的视野的情况下。磁附法的基本原理是通过在螺栓的底端装有磁性块和塑料环件。当螺栓松动时，螺母会向下移动，将磁铁和塑料环向下推。当磁性块移动到一定程度时，磁性块逐渐从螺杆底部脱离，直到磁铁块受到螺杆的磁力小于其自身重力和螺母的向下推力时，磁铁块和塑料环一起下落。工作人员可根据丢失的磁铁块或塑料环的编号将松动的螺栓进行锁紧，并及时预紧或更换。在这种方法中，磁块受重力、风、雨等多种因素的影响，容易脱落。因此，检测精度较低，且只能在垂直方向检测连接螺栓。

另外还有许多学者也提出了许多各种传感器的检测方式和方法，但是大多只是静态的检测不同螺栓松动的情况下进行的实验，并且风力发电机的塔筒时动态变化的，所以存在一些问题，比如塔筒螺栓动态性松动状态是什么情况；动态与静态下的松动状态的状态结果是否一致以及存在什么区别等问题。

现有技术无法在实际风力发电机塔架螺栓上进行相关的螺栓松动故障特征实验研究；仿真模拟的结果无法得到验证。

解决上述技术问题的难度：摆动装置的选择与设计；螺栓松动检测方案的制定；应变传感器螺栓预埋技术。

解决上述技术问题的意义：通过本发明的动态试验台能够帮助研究人员对螺栓的动态松动研究提供了实验基础，并且能对静态分析和有限元仿真结果进行验证性实验研究，对螺栓松动的检测技术探索进行验证实验等。本发明对螺栓松动检测技术的发展有很大的帮助和重要的意义。

发明内容

针对现有技术存在的实际风力发电机塔架螺栓上进行相关的螺栓松动故障特征实验研究的问题，仿真模拟的结果无法得到验证的问题和探究新的螺栓松动故障监测方法无法实验验证等问题，本发明提供了一种塔架振动的螺栓松动故障动态仿真平台、仿真系统及方法。

本发明是这样实现的，一种塔架振动的螺栓松动故障动态仿真平台，包括：