[发明专利]风力发电机组塔架的安全监测方法、监测系统及处理终端

权利要求书

1.一种风力发电机组塔架的安全监测方法，其特征在于，所述风力发电机组塔架的安全监测方法包括：

对塔架动力学特性数据进行采集与存储；并基于采集数据进行塔架载荷分析以及塔架的承载力的判断；同时对分析结果数据进行列表和曲线的可视化显示与打印；

所述风力发电机组塔架的安全监测方法包括以下步骤：

步骤一，根据风力机塔架的结构类型和材料特点布置相应的传感器设备，并对数据采集方式以及数据存储方式进行设置；

步骤二，基于设置的数据采集方式利用布置的传感器设备对风力机运行过程中塔架的振动、应力应变以及螺栓松动及其他相关动力学特性进行监测以及数据采集；

步骤三，将传感器输出的电信号转化为数字信号；同时基于设置的数据存储方式对采集的数据进行存储；

步骤四，通过力学分析算法对采集的数据进行分析，并对塔架进行状态识别和故障诊断；并利用显示设备进行监测数据以及分析、诊断结果的显示；所述步骤四中，通过力学分析算法对采集的数据进行分析包括：

松动的螺栓简化为在受到环境荷载作用的结构上附加一个结构晃动整体荷载作用所产生的整体蕴动，结构运动方程表达为

式中，M、C和K分别为单自由度系统的质量、阻尼和回复力系数；F^w(t)为风激励，F^s(t)为上部结构晃动过程中上部结构作用于下部结构的晃动整体荷载；

结构受到外界简谐激励x(t)＝Acos(ωt)时，Faltinsen将晃动整体荷载处理为：

其中：为晃动整体荷载滞后于结构运动的相位差，ω为简谐激励的原频率；

(2)式变换为：

将(3)式带入结构运动方程(1)得：

从变形后的运动方程看出，将晃动整体荷载的影响，附加到结构运动原来的阻尼和恢复力系数上，令：

从(5)式，上部晃荡附加阻尼C_s和附加恢复力系数K_s的大小由上部晃动整体荷载幅值F_a和相位差决定，通过F_a和的大小来对塔架进行状态识别和故障诊断；

所述对塔架进行状态识别和故障诊断包括：对载荷水平、振动响应、应力应变、螺栓松动、疲劳寿命进行识别，并对螺栓松动、塔架疲劳寿命、失稳应变及其他故障进行诊断预警。

2.如权利要求1所述风力发电机组塔架的安全监测方法，其特征在于，步骤一中，所述传感器设备包括有加速度传感器、电阻应变片、以及压电阻抗片以完成对风力机运行过程中塔架的振动、应力应变以及螺栓松动的动力学特性的监测。

3.如权利要求1所述风力发电机组塔架的安全监测方法，其特征在于，步骤一中，所述对数据采集方式进行设置包括：

通过设置每台风力机所设传感器的数目、采集的时间间隔及其他相关采集参数对数据采集方式进行设置。

4.如权利要求1所述风力发电机组塔架的安全监测方法，其特征在于，步骤一中，所述对数据存储方式进行设置包括：通过设置存储格式、存储位置对数据存储方式进行设置。

5.一种实施如权利要求1-4任意一项所述风力发电机组塔架的安全监测方法的风力发电机组塔架的安全监测系统，其特征在于，所述风力发电机组塔架的安全监测系统包括：

数据采集模块，用于基于设置的采集参数利用振动加速度传感器、电阻应变片和压电阻抗片对振动加速度、应力应变、螺栓松紧状态数据进行采集；并将振动加速度传感器、电阻应变片和压电阻抗片输出信号转化为对应的数字量；

数据存储模块，包括存储单元、接收管理单元以及存储控制单元；用于接收采集的数据，并基于设置的存储参数进行数据存储；

数据分析模块，用于分析采集的载荷水平、振动响应、应力应变、螺栓松动、疲劳寿命及其他数据，并对塔架进行状态识别和故障诊断；

监控显示模块，用于利用显示单元显示采集的数据以及识别结果以及诊断结果；

系统配置模块，包括采集设置单元以及存储设置单元；用于对数据采集以及存储参数进行设置；同时用于进行参数配置错误查验。