一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种监测风力发电机装置，特别是涉及一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置。


背景技术：

2.变桨轴承螺栓作为风力发电机上的重要连接部件，由于其受到外部的冲击、振动和高温等影响，螺栓连接处可能出现松动、分离、断裂甚至脱落，进而影响结构的安全和使用性能，甚至导致变桨轴承的损坏引起灾难性的后果。尤其是对于一些工作在恶劣环境下的风力发电机来说，其安全程度和疲劳损伤往往难以直接判断，或者其松紧情况经常被忽视。为了避免因变桨轴承螺栓的失效而引起事故后果，对变桨轴承螺栓处进行在线状态监测，可以起到降低事故的发生率和预防重大事故的作用。
3.现有技术中对螺栓的检测传统做法是定期对连接螺栓进行检查，查看螺栓是否出现角位移，若有，就必须对螺栓重新进行预紧。然而风力发电机叶片位于几十米以上的高空，除了定期检验成本高并伴有人身安全的风险之外，还必须停止风力发电机的工作，此外，人工检查还存在着因人而异的检查结果，很难保证检查结果的准确性和可靠性。现有技术中对螺栓在线监测的有：压电阻抗技术、图像处理、经验模式分解技术等。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，该装置将磁力传感器与螺帽上的磁片对应地安装在螺栓螺帽的侧面，利用磁力传感器监测螺栓顶部磁片的旋转位移变化，磁力传感器记录下磁片的磁场变化情况，从而判断螺栓是否安全，并发出报警，降低风力发电机发生重大故障的风险。
5.本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述装置包括支撑架、螺纹副、进给螺栓、连接螺栓、小螺母、盖板、接触片、被测螺栓、永磁片、转动板、大螺母；磁力传感器安装在外部套筒侧面，定位套筒套在外部套筒内，靠螺栓的六角螺帽侧面定位，外部套筒与底座采用螺纹连接，底座粘在所对应的螺栓连接的轴承面上，永磁片吸附于螺栓的螺帽顶端，将永磁片的s极与磁力传感器相对；信号处理器包含有线或无线信号传输功能模块。
7.所述的一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述磁力感应装置相互并联设置。
8.所述的一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述霍尔元件焊在电路板，并安装在底板上。
9.所述的一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述霍尔元件与磁片之间的感应距离为5-7.5mm。
10.所述的一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述引脚式霍尔元件对磁片磁场感应距离最远为17.5mm。
11.所述的一种在线监测风力发电机变桨轴承螺栓装置，所述贴片式霍尔元件对磁片磁场感应距离最远为10mm。
12.本实用新型的优点与效果是：
13.1.本实用新型磁力传感器采用的是霍尔磁力传感器，它是一种基于霍尔效应电子元件，可以检测周围磁场及其变化，其工作特点为：当传感器周围的磁场很弱或不存在时，霍尔元件内部电路导通；当传感器周围磁场变强时，霍尔元件内部电路断开。将长度充磁的条形磁片吸附到螺栓的螺帽顶端，使能被霍尔元件感应到的s极靠近磁力传感器。将磁力传感器与螺帽上的磁片对应地安装在螺栓螺帽的侧面，距磁片7-10mm。利用磁力传感器监测螺栓顶部磁片的旋转位移变化。当螺栓发生松动或断裂时，螺栓会发生回转或是脱落，螺帽上的磁片也同样转动一定的角度或是随螺栓一起脱落，此时，根据磁力传感器将记录下磁片的磁场变化情况，从而判断螺栓是否发生故障。
14.2.本实用新型实现对风力发电机变桨轴承螺栓的在线监测，当螺栓发生松动或断裂等故障时，及时发现故障螺栓，并发出报警，将变桨轴承螺栓的故障位置发送给相关运维的技术人员，从而能够保证变桨轴承螺栓链接的可靠度，避免因变桨轴承螺栓的松动或断裂而引发的叶片掉落等事故的发生，降低风力发电机发生重大故障的风险。
附图说明
15.图1 为本实用新型螺栓在线监测装置剖视图；
16.图2 为本实用新型螺栓在线监测装置俯视图；
17.图3 为本实用新型螺栓在线监测装置等轴测图；
18.图4 为本实用新型螺栓在线监测装置局部放大图；
19.图5 为本实用新型实验台三维图；
20.图6 为本实用新型实验台二维图；
21.图7 为本实用新型实验完成标记；
22.图8为本实用新型霍尔磁力传感器模块；
23.图9为本实用新型整接线及传感器模块细节情况。
24.图中部件：支撑架1、螺纹副2、进给螺栓3、连接螺栓4、小螺母5、盖板6、接触片7、被测螺栓8、永磁片9、转动板10、大螺母11。
具体实施方式
25.下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。
26.本实用新型利用磁力传感器监测螺栓上永磁片的位移情况，从而判断螺栓是否出现故障。本实用新型装置包括支撑架1、螺纹副2、进给螺栓3、连接螺栓4、小螺母5可选用m12螺母、盖板6、接触片7、被测螺栓8、永磁片9、转动板10、大螺母11可选用m24螺母。磁力传感器安装在外部套筒侧面，定位套筒套在外部套筒内，靠螺栓的六角螺帽侧面定位，外部套筒与底座采用螺纹连接，底座粘在所对应的螺栓连接的轴承面上，永磁片吸附于螺栓的螺帽顶端，将永磁片的s极与磁力传感器相对。所述外部套筒、定位套筒、底座采用非导磁材料制作，信号处理器包含有线或无线信号传输功能模块。
实施例
27.（1）推动下层连接体，使螺栓旋转一定的角度；逆时针旋转直至磁感应开关断开，指示灯熄灭，标定此时旋转位置为断开位置，记为；然后顺时针旋转下层连接体直至磁感应开关重新闭合，指示灯亮起，标定此时旋转位置为回转闭合位置，记为。
28.（2）重新固定磁感应开关，使开关与永磁体之间的距离相距增加5mm，重复上述实验，得到断开位置与回转闭合位置、。
29.（3）重复步骤（1）、（2），直到指示灯不再亮起或回转不能使开关闭合为止。
30.（4）更换不同型号的永磁片，并在螺帽上选择与之前标定基准面相邻侧面为新的基准面，重复步骤（1）、（2）、（3），分别得到相对应的断开位置与回转闭合位置。至此，一次结束。
31.实验过程中，实际操作步骤如图5、图6所示。
32.利用引脚式和贴片式两种霍尔元件对两种尺寸型号的长度充磁磁片分别进行多组试验， 试验结果如下表：
33.5片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0034][0035]
6片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0036][0037]
7片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0038][0039]
8片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0040][0041]
9片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0042][0043]
10片厚度充磁磁片对贴片式霍尔元件感应实验数据：
[0044][0045]
标识的数据为较为稳定的试验数据。
[0046]
从实验数据汇总表中可以看出，随着磁片不断增多，磁场不断加强，磁力也随之增大，感应距离随之增大。在5-7.5mm处的感应效果最好。
[0047]
长度充磁磁片对引脚式霍尔元件感应实验数据：
[0048]
[0049][0050]
经过实验中发现，不同型号的霍尔元件对应不同尺寸型号的磁片，其稳定的感应距离均保持在一个较近的位置，即5-7.5mm，过近的距离会导致霍尔元件对每次螺栓因松动而旋转的角度感应相差较大；过远的距离会导致磁片的磁场强度较弱，不足以触发霍尔元件发生报警。
[0051]
从实验的数据中发现，引脚式霍尔元件对磁片磁场反应更为灵敏，感应距离较远，感应距离最远可达到17.5mm；贴片式霍尔元件对磁片磁场反应相对较弱，感应距离最远为10mm。
[0052]
将12枚磁力感应装置相互并联，将焊在电路板上的霍尔元件按平，安装在之前设计的底板上。由于每个感应装置的磁力感应位置不同，只能逐一对每个装置进行测试。结果表明，当螺栓发生松动回转时，每个装置都能够正常的感应出磁力的变化，从而证明这种监测装置有效、可行。