塔筒螺栓疲劳预测方法及预测系统与流程

本发明属于风电技术领域，尤其涉及一种用于风力发电机的塔筒上的塔筒螺栓疲劳预测方法及预测系统。

背景技术：

风力发电机塔筒采用螺栓进行连接，在风力发电机工作的过程中，受风力产生的扭矩以及塔筒自身的重量等因素影响，塔筒圆周上的螺栓会有不同程度的疲劳，这些疲劳在累积一定程度以后会导致螺栓失效，从而影响到整个塔筒的稳定性。

为了避免塔筒螺栓因为疲劳而失效，常用的是采用对风力发电机进行定期保养的方法，但是由于风力发电机塔筒上的螺栓众多，如果一次性全部进行保养，必然带来人工成本的上升，而且全部螺栓保养一次的效率也偏低。

在实践中，一般是由人工定期抽检，具体的做法是：抽检10％按年检力矩进行紧固，如发现有一颗螺栓松动(被旋紧达到20°以上)，则整个节点的螺栓全部紧固一遍。显然，这样的保养策略存在着偶然性、随机性，并不能通过这样的把疲劳严重的螺栓全部检出。所以采用人工定期抽检的方式并不能消除螺栓疲劳的安全隐患，而在抽检的过程中，被抽检的螺栓必然存在着不同程度的疲劳，由于抽检的盲目性，对于疲劳程度较轻的螺栓也只能一个一个进行排除，存在着人力财力的浪费。

而事实上，即使是按照10％的比例进行抽检，对一个风力发电机完成一次抽检，也需要花费大量的精力。

现有技术中，对于风力发电机塔筒螺栓的疲劳寿命进行分析的方法，大豆停留在整体上进行分析的层面，无法针对单独螺栓进行疲劳强度计算，所以现在的大多数论文都仅仅停留在理论研究层面。实践中，对于疲劳损伤程度高的螺栓，无法通过理论分析的方式检出，也无法提供螺栓疲劳状态的整体监测和预警。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种塔筒螺栓疲劳预测方法及预测系统，解决当前技术无法检出风力发电机上偏劳损伤程度高的螺栓的问题。

第一方面，本发明实施例提供一种塔筒螺栓疲劳预测方法，包括：

实时检测风速V、风向α以及风力发电机的偏航角度ω，其中所述偏航角度指向所述风向α；

获得塔筒上待测螺栓的方位角β，并确定所述待测螺栓所在位置的塔筒的直径D以及所述待测螺栓的方位角β与风向α的夹角θ；

获得所述待测螺栓的预紧应力F0；

获得所述待测螺栓上方的塔筒及机舱对所述待测螺栓施加的静止载荷应力F1；

获得所述机舱对所述待测螺栓施加的偏心载荷应力F2；

获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面对所述待测螺栓施加的迎风载荷应力F3；

获得所述机舱的叶轮对所述待测螺栓施加的转动载荷应力F4；

获得所述待测螺栓的总应力F：总应力F＝预紧应力F0+静止载荷应力F1+偏心载荷应力F2+迎风载荷应力F3+转动载荷应力F4；

在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，得到待测螺栓的疲劳损耗Wn。

可选择地，获得所述待测螺栓上方的塔筒及机舱对所述待测螺栓施加的静止载荷应力F1，包括：

获得塔筒的重量G1；

获得机舱的重量G2；

根据塔筒的重量G1和机舱的重量G2计算所述待测螺栓分担的静止载荷应力F1，例如可以采用以下公式进行计算：F1＝K1*(G1+G2)/n，其中，K1是无量纲系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数。

可选择地，获得所述机舱对所述待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，包括：

获得机舱的重量G2；

获得机舱的重心偏离塔筒的中心线的距离D；

根据所述重量G2和所述距离d计算所述待测螺栓的偏心载荷应力F2，例如可以采用以下公式进行计算：F2＝K2*G2*d*cosθ/n，其中，K2是无量纲系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数。

可选择地，获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面对所述待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，包括：

获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面的面积S1，以及所述待测螺栓上方的塔筒的高度H；

根据所述面积S1、所述风速V、所述直径D和所述高度H计算所述待测螺栓分担的迎风载荷应力F3，例如可以采用以下公式进行计算：F3＝K3*S1*H*cosθ/n*D，其中，K3是修正系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数。

可选择地，获得所述机舱的叶轮对所述待测螺栓施加的转动载荷应力F4，包括：

获得所述叶轮的迎风面的面积S2；

获得所述叶轮的转速v；

获得所述叶轮的叶片相对于迎风面的偏转角度φ；

根据所述面积S2、所述转速v、所述风速V、所述偏转角度φ、所述高度H、所述直径D计算所述待测螺栓分担的转动载荷应力F4，例如可以采用以下公式进行计算：F4＝K4*V*H*S2*v²*cosφ/n*D，其中K4是修正系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数。

可选择地，所述在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，包括：

根据总应力F与时间的关系，直接对总应力F进行累积求和；或者，

根据总应力F与时间、应力疲劳关系式的关系，对总应力F进行归一化处理后再进行累积求和。

可选择地所述对总应力F进行归一化处理，包括根据应力疲劳关系式，将所述总应力F换算为预设应力Fs条件下的疲劳频次。

对总应力F进行累积时，采用离散检测的方式获得所述总应力F，或者，采用连续检测的方式获得所述总应力F。

可选择地，本发明实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法，还包括：

检测所述待测螺栓位置的所述塔筒圆周上全部螺栓的疲劳损耗Wn；

将获得的疲劳损耗Wn与预设阈值Wx进行比较，当Wn≥Wx时，输出对应的Wn、以及Wn对应的螺栓所在位置信息；

当获得的疲劳损耗Wn都不满足Wn≥Wx时，输出所述全部螺栓的疲劳损耗的最大值Wmax、以及所述最大值Wmax对应的螺栓所在位置信息。

本发明提供的塔筒螺栓疲劳预测方法，准确判断塔筒上螺栓的疲劳损伤程度，为塔筒的螺栓检修提供准确定位，节约机组检修成本。

第二方面，本发明实施例还提供一种塔筒螺栓疲劳预测系统，包括：

检测器，用于实时检测风速V、风向α以及风力发电机的偏航角度ω，其中所述偏航角度指向所述风向α；

控制器，用于获得塔筒上待测螺栓的方位角β，并确定所述待测螺栓所在位置的塔筒的直径D以及所述待测螺栓的方位角β与风向α的夹角θ；

获得所述待测螺栓的预紧应力F0；

获得所述待测螺栓上方的塔筒及机舱对所述待测螺栓施加的静止载荷应力F1；

获得所述机舱对所述待测螺栓施加的偏心载荷应力F2；

获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面对所述待测螺栓施加的迎风载荷应力F3；

获得所述机舱的叶轮对所述待测螺栓施加的转动载荷应力F4；

获得所述待测螺栓的总应力F：总应力F＝预紧应力F0+静止载荷应力F1+偏心载荷应力F2+迎风载荷应力F3+转动载荷应力F4；

以及，在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，得到待测螺栓的疲劳损耗Wn。

所述控制器获得所述待测螺栓上方的塔筒及机舱对所述待测螺栓施加的静止载荷应力F1，包括：

获得塔筒的重量G1；

获得机舱的重量G2；

根据塔筒的重量G1和机舱的重量G2计算所述待测螺栓分担的静止载荷应力F1，例如可以采用以下公式进行计算：F1＝K1*(G1+G2)/n，其中，K1是无量纲系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数；

和/或，所述控制器获得所述机舱对所述待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，包括：

获得机舱的重量G2；

获得机舱的重心偏离塔筒的中心线的距离D；

根据所述重量G2和所述距离d计算所述待测螺栓的偏心载荷应力F2，例如可以采用以下公式进行计算：F2＝K2*G2*d*cosθ/n，其中，K2是无量纲系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数；

和/或，所述控制器获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面对所述待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，包括：

获得所述待测螺栓上方的塔筒的迎风面的面积S1，以及所述待测螺栓上方的塔筒的高度H；

根据所述面积S1、所述风速V、所述直径D和所述高度H计算所述待测螺栓分担的迎风载荷应力F3，例如可以采用以下公式进行计算：

F3＝K3*S1*H*cosθ/n*D，其中，K3是修正系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数；

和/或，所述控制器获得所述机舱的叶轮对所述待测螺栓施加的转动载荷应力F4，包括：

获得所述叶轮的迎风面的面积S2；

获得所述叶轮的转速v；

获得所述叶轮的叶片相对于迎风面的偏转角度φ；

根据所述面积S2、所述转速v、所述风速V、所述偏转角度φ、所述高度H、所述直径D计算所述待测螺栓分担的转动载荷应力F4，例如可以采用以下公式进行计算：F4＝K4*V*H*S2*v²*cosφ/n*D，其中K4是修正系数，n是所述待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数。

可选择地，所述控制器在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，包括：

根据总应力F与时间的关系，直接对总应力F进行累积求和；或者，

根据总应力F与时间、应力疲劳关系式的关系，对总应力F进行归一化处理后再进行累积求和。

可选择地，所述对总应力F进行归一化处理，包括根据应力疲劳关系式，将所述总应力F换算为预设应力Fs条件下的疲劳频次。

对总应力F进行累积时，采用离散检测的方式获得所述总应力F，或者，采用连续检测的方式获得所述总应力F。

可选择地，所述控制器，还用于检测所述待测螺栓位置的所述塔筒圆周上全部螺栓的疲劳损耗Wn；

将获得的疲劳损耗Wn与预设阈值Wx进行比较，当Wn≥Wx时，输出对应的Wn、以及Wn对应的螺栓所在位置信息给报警器；

当获得的疲劳损耗Wn都不满足Wn≥Wx时，输出所述全部螺栓的疲劳损耗的最大值Wmax、以及所述最大值Wmax对应的螺栓所在位置信息报警器；

所述报警器，用于输出声音信号、光信号和/或电子信号。

本发明提供的塔筒螺栓疲劳预测系统，能够准确判断塔筒上螺栓的疲劳损伤程度，为塔筒的螺栓检修提供准确定位，节约机组检修成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例所述塔筒螺栓疲劳预测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例所述塔筒螺栓疲劳预测系统的模块示意图；

图3是塔筒圆周上的螺栓受力示意图；

图4是应力疲劳曲线；

图5是本发明实施例所述塔筒螺栓疲劳预测方法的示意图；

图6是经过预定的时间T之后检测到的塔筒上的螺栓应力累积示意图。

图中：

10、检测器；20、控制器；30、报警器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

下面将详细描述本发明的各个方面的特征和示例性实施例。在下面的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供对本发明的全面理解。但是，对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明可以在不需要这些具体细节中的一些细节的情况下实施。下面对实施例的描述仅仅是为了通过示出本发明的示例来提供对本发明的更好的理解。本发明决不限于下面所提出的任何具体配置和算法，而是在不脱离本发明的精神的前提下覆盖了元素、部件和算法的任何修改、替换和改进。在附图和下面的描述中，没有示出公知的结构和技术，以便避免对本发明造成不必要的模糊。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

如图1、图3-图5所示，第一方面，本发明实施例提供一种塔筒螺栓疲劳预测方法，包括：

实时检测风速V、风向α以及风力发电机的偏航角度ω，其中偏航角度指向风向α；

获得塔筒上待测螺栓的方位角β，并确定待测螺栓所在位置的塔筒的直径D以及待测螺栓的方位角β与风向α的夹角θ；

获得待测螺栓的预紧应力F0，通常地，预紧应力F0是在塔筒安装的时候，根据安装的需要而由工程师进行设定；

获得待测螺栓上方的塔筒及机舱对待测螺栓施加的静止载荷应力F1，由于在风力发电机静止状态下，塔筒上的螺栓也会承受由塔筒及上面机舱的重量带来的应力作用，在计算应力载荷时需要将这部分内容纳入考量，以使计算结果更准确；

获得机舱对待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，由于机舱的重心一般不在塔筒的中心线上，所以机舱的偏心安装的方式，会给塔筒带来偏心扭矩，这个偏心扭矩作用在塔筒的螺栓上时，就形成了偏心载荷应力F2；

获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面对待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，每个塔筒在受到风力作用时，塔筒的迎风面都会承受风力带来的弯矩作用，这部分弯矩作用在塔筒上的螺栓上形成迎风载荷应力F3；

获得机舱的叶轮对待测螺栓施加的转动载荷应力F4，叶轮在旋转的过程中会对机舱施加力的作用，由机舱将这部分力的作用施加在塔筒的螺栓上，从而形成转动载荷应力F4；

获得待测螺栓的总应力F：总应力F＝预紧应力F0+静止载荷应力F1+偏心载荷应力F2+迎风载荷应力F3+转动载荷应力F4；

在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，得到待测螺栓的疲劳损耗Wn。

本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法，风力发电机的塔筒、机舱的相关参数，根据风速和风向信息，就可以得到塔筒圆周上的螺栓承受的应力，通过实时检测的方式得到的应力数据累积之后，可以判断螺栓的疲劳损伤程度；特别是在风速、风向变化的工作环境中，可以提前预估到疲劳损伤大的螺栓，从而为检修和维护提供可靠的参考，省去了全部检修螺栓带来的时间成本和人力成本的上升。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，获得待测螺栓上方的塔筒及机舱对待测螺栓施加的静止载荷应力F1，包括：

获得塔筒的重量G1；

获得机舱的重量G2；

根据塔筒的重量G1和机舱的重量G2计算待测螺栓分担的静止载荷应力F1，例如可以采用以下公式进行计算：F1＝K1*(G1+G2)/n，其中，K1是无量纲系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得。根据已知的上述参数，可以经过计算得到静止载荷应力F1，但是对静止应力载荷F1的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到静止载荷应力F1。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，获得机舱对待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，包括：

获得机舱的重量G2；

获得机舱的重心偏离塔筒的中心线的距离D；

根据重量G2和距离d计算待测螺栓的偏心载荷应力F2，例如可以采用以下公式进行计算：F2＝K2*G2*d*cosθ/n，其中，K2是无量纲系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得。根据已知的上述参数，可以经过计算得到偏心载荷应力F2，但是对偏心载荷应力F2的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到偏心载荷应力F2。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面对待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，包括：

获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面的面积S1，以及待测螺栓上方的塔筒的高度H；

根据面积S1、风速V、直径D和高度H计算待测螺栓分担的迎风载荷应力F3，例如可以采用以下公式进行计算：F3＝K3*S1*H*cosθ/n*D，其中，K3是修正系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得。根据已知的上述参数，可以经过计算得到迎风载荷应力F3，但是对迎风载荷应力F3的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到迎风载荷应力F3。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，获得机舱的叶轮对待测螺栓施加的转动载荷应力F4，包括：

获得叶轮的迎风面的面积S2；

获得叶轮的转速v；

获得叶轮的叶片相对于迎风面的偏转角度φ；

根据面积S2、转速v、风速V、偏转角度φ、高度H、直径D计算待测螺栓分担的转动载荷应力F4，例如可以采用以下公式进行计算：

F4＝K4*V*H*S2*v²*cosφ/n*D，其中K4是修正系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得。根据已知的上述参数，可以经过计算得到转动载荷应力F4，但是对转动载荷应力F4的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到转动载荷应力F4。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，包括：

根据总应力F与时间的关系，直接对总应力F进行累积求和，可以得到一定时间内的应力累积，根据应力累积之后的结果可以判断疲劳损伤的情况，从而为工作人员提供参考；或者，

根据总应力F与时间、应力疲劳关系式的关系，对总应力F进行归一化处理后再进行累积求和，由于不同的应力条件下的疲劳损伤是不同的，所以将不同的应力以指定应力Fs为参考进行计算，从而可以得到更准确的疲劳损伤。举例来说，假如指定应力Fs为6MPa，对应的应力循环次数为Q1＝2×10⁶次，检测的应力F是8MPa，对应的应力循环次数为Q2＝10⁶次，检测的应力是1MPa，对应的应力循环次数为无限循环。那么在进行归一化处理时，不用将1MPa的应力纳入统计(因为1MPa的应力不会带来疲劳损伤)；持续时间t1的8MPa，归一化为6MPa应力时，等效为t1*Q1/Q2＝2*t1时间，在进行频次计算的时候就可以根据等效时间来计算。

在通过计算机进行归一化处理时，也可以不采用特定的公式关系，根据实际经验，将不同应力下的应力循环次数与指定应力Fs的应力循环次数之间的对应关系统计成表格，将相应的数据录入计算机程序中，由计算机根据表格所列的数据进行处理。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法中，应力疲劳关系式为：S^m*N＝C；S＝C*Nⁿ；e^ms*N＝C；N*△σ^m＝C；(S-S_f)^m*N＝C中的任意一个；以上公式是常用的S-N疲劳关系公式，根据螺栓的材料不同，都有对应的疲劳关系公式，这在本领域技术人员是熟知的，所使用的的疲劳关系式也不限于以上所列；

和/或，对总应力F进行归一化处理，包括根据应力疲劳关系式，将总应力F换算为预设应力Fs条件下的疲劳频次。

对总应力F进行累积时，采用离散检测的方式获得总应力F，或者，采用连续检测的方式获得总应力F。

如图6所示，可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测方法，还包括：

检测待测螺栓位置的塔筒圆周上全部螺栓的疲劳损耗Wn；

将获得的疲劳损耗Wn与预设阈值Wx(例如，如图6中所示的预设阈值Wx＝6)进行比较，当Wn≥Wx时，输出对应的Wn、以及Wn对应的螺栓所在位置信息；此时可以检修疲劳损耗Wn超过预设阈值Wx的螺栓，而不需要检修全部螺栓。

当获得的疲劳损耗Wn都不满足Wn≥Wx时(例如，如图6中所示的预设阈值Wx＝8)，输出全部螺栓的疲劳损耗的最大值Wmax、以及最大值Wmax对应的螺栓所在位置信息。此时，只需要检修疲劳损耗的最大值Wmax对应的螺栓即可，而不需要检修全部螺栓。

本发明提供的塔筒螺栓疲劳预测方法，准确判断塔筒上螺栓的疲劳损伤程度，为塔筒的螺栓检修提供准确定位，节约机组检修成本；在螺栓的疲劳达到或超过预设阈值时，预防螺栓因过疲劳而断裂情况的发生；同时，通过本方法可以采集到塔筒圆周任意位置的螺栓的疲劳强度累积情况，从而为优化塔筒设计及螺栓的安装提供准确的数据支撑。

第二方面，如图2-图5所示，本发明实施例还提供一种塔筒螺栓疲劳预测系统，包括：

检测器10，用于实时检测风速V、风向α以及风力发电机的偏航角度ω，其中偏航角度指向风向α；

控制器20，用于获得塔筒上待测螺栓的方位角β，并确定待测螺栓所在位置的塔筒的直径D以及待测螺栓的方位角β与风向α的夹角θ；

获得待测螺栓的预紧应力F0，通常地，预紧应力F0是在塔筒安装的时候，根据安装的需要而由工程师进行设定；

获得待测螺栓上方的塔筒及机舱对待测螺栓施加的静止载荷应力F1，由于在风力发电机静止状态下，塔筒上的螺栓也会承受由塔筒及上面机舱的重量带来的应力作用，在计算应力载荷时需要将这部分内容纳入考量，以使计算结果更准确；

获得机舱对待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，由于机舱的重心一般不在塔筒的中心线上，所以机舱的偏心安装的方式，会给塔筒带来偏心扭矩，这个偏心扭矩作用在塔筒的螺栓上时，就形成了偏心载荷应力F2；

获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面对待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，每个塔筒在受到风力作用时，塔筒的迎风面都会承受风力带来的弯矩作用，这部分弯矩作用在塔筒上的螺栓上形成迎风载荷应力F3；

获得机舱的叶轮对待测螺栓施加的转动载荷应力F4，叶轮在旋转的过程中会对机舱施加力的作用，由机舱将这部分力的作用施加在塔筒的螺栓上，从而形成转动载荷应力F4；

获得待测螺栓的总应力F：总应力F＝预紧应力F0+静止载荷应力F1+偏心载荷应力F2+迎风载荷应力F3+转动载荷应力F4；

以及，在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，得到待测螺栓的疲劳损耗Wn。

本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统，风力发电机的塔筒、机舱的相关参数，根据风速和风向信息，就可以得到塔筒圆周上的螺栓承受的应力，通过实时检测的方式得到的应力数据累积之后，可以判断螺栓的疲劳损伤程度；特别是在风速、风向变化的工作环境中，可以提前预估到疲劳损伤大的螺栓，从而为检修和维护提供可靠的参考，省去了全部检修螺栓带来的时间成本和人力成本的上升。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器20获得待测螺栓上方的塔筒及机舱对待测螺栓施加的静止载荷应力F1，包括：

获得塔筒的重量G1；

获得机舱的重量G2；

根据塔筒的重量G1和机舱的重量G2计算待测螺栓分担的静止载荷应力F1，例如可以采用以下公式进行计算：F1＝K1*(G1+G2)/n，其中，K1是无量纲系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得；根据已知的上述参数，可以经过计算得到静止载荷应力F1，但是对静止应力载荷F1的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到静止载荷应力F1。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器20获得机舱对待测螺栓施加的偏心载荷应力F2，包括：

获得机舱的重量G2；

获得机舱的重心偏离塔筒的中心线的距离D；

根据重量G2和距离d计算待测螺栓的偏心载荷应力F2，例如可以采用以下公式进行计算：F2＝K2*G2*d*cosθ/n，其中，K2是无量纲系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得，本公式的其他参数均能够直接获得；根据已知的上述参数，可以经过计算得到偏心载荷应力F2，但是对偏心载荷应力F2的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到偏心载荷应力F2。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器20获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面对待测螺栓施加的迎风载荷应力F3，包括：

获得待测螺栓上方的塔筒的迎风面的面积S1，以及待测螺栓上方的塔筒的高度H；

根据面积S1、风速V、直径D和高度H计算待测螺栓分担的迎风载荷应力F3，例如可以采用以下公式进行计算：F3＝K3*S1*H*cosθ/n*D，其中，K3是修正系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得；根据已知的上述参数，可以经过计算得到迎风载荷应力F3，但是对迎风载荷应力F3的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到迎风载荷应力F3。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器20获得机舱的叶轮对待测螺栓施加的转动载荷应力F4，包括：

获得叶轮的迎风面的面积S2；

获得叶轮的转速v；

获得叶轮的叶片相对于迎风面的偏转角度φ；

根据面积S2、转速v、风速V、偏转角度φ、高度H、直径D计算待测螺栓分担的转动载荷应力F4，例如可以采用以下公式进行计算：F4＝K4*V*H*S2*v²*cosφ/n*D，其中K4是修正系数，n是待测螺栓所在位置的塔筒圆周的螺栓总数，本公式的其他参数均能够直接获得。根据已知的上述参数，可以经过计算得到转动载荷应力F4，但是对转动载荷应力F4的计算，并不局限于以上提供的公式，本领域技术人员也可以根据以上的参数采用其他的方法计算得到转动载荷应力F4。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器20在预定的时间T范围内对总应力F进行累积，包括：

根据总应力F与时间的关系，直接对总应力F进行累积求和，可以得到一定时间内的应力累积，根据应力累积之后的结果可以判断疲劳损伤的情况，从而为工作人员提供参考；或者，

根据总应力F与时间、应力疲劳关系式的关系，对总应力F进行归一化处理后再进行累积求和，由于不同的应力条件下的疲劳损伤是不同的，所以将不同的应力以指定应力Fs为参考进行计算，从而可以得到更准确的疲劳损伤。举例来说，假如指定应力Fs为6MPa，对应的应力循环次数为Q1＝2×10⁶次，检测的应力F是8MPa，对应的应力循环次数为Q2＝10⁶次，检测的应力是1MPa，对应的应力循环次数为无限循环。那么在进行归一化处理时，不用将1MPa的应力纳入统计(因为1MPa的应力不会带来疲劳损伤)；持续时间t1的8MPa，归一化为6MPa应力时，等效为t1*Q1/Q2＝2*t1时间，在进行频次计算的时候就可以根据等效时间来计算。

在通过计算机进行归一化处理时，也可以不采用特定的公式关系，根据实际经验，将不同应力下的应力循环次数与指定应力Fs的应力循环次数之间的对应关系统计成表格，将相应的数据录入计算机程序中，由计算机根据表格所列的数据进行处理。

可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，应力疲劳关系式为：S^m*N＝C；S＝C*Nⁿ；e^ms*N＝C；N*△σ^m＝C；(S-S_f)^m*N＝C中的任意一个；以上公式是常用的S-N疲劳关系公式，根据螺栓的材料不同，都有对应的疲劳关系公式，这在本领域技术人员是熟知的，所使用的的疲劳关系式也不限于以上所列。

和/或，对总应力F进行归一化处理，包括根据应力疲劳关系式，将总应力F换算为预设应力Fs条件下的疲劳频次。

对总应力F进行累积时，采用离散检测的方式获得总应力F，或者，采用连续检测的方式获得总应力F。

如图6所示，可选择地，本实施例提供的塔筒螺栓疲劳预测系统中，控制器10，还用于检测待测螺栓位置的塔筒圆周上全部螺栓的疲劳损耗Wn；

将获得的疲劳损耗Wn与预设阈值Wx(例如，如图6中所示的预设阈值Wx＝6)进行比较，当Wn≥Wx时，输出对应的Wn、以及Wn对应的螺栓所在位置信息给报警器30；此时可以检修疲劳损耗Wn超过预设阈值Wx的螺栓，而不需要检修全部螺栓。

当获得的疲劳损耗Wn都不满足Wn≥Wx时(例如，如图6中所示的预设阈值Wx＝8)，输出全部螺栓的疲劳损耗的最大值Wmax、以及最大值Wmax对应的螺栓所在位置信息报警器30；此时，只需要检修疲劳损耗的最大值Wmax对应的螺栓即可，而不需要检修全部螺栓。

报警器30用于输出声音信号、光信号和/或电子信号。风电场的值班人员可以得知报警信号，从而提示维护人员作出快速反应，保证风力发电机塔筒的安全。

本发明提供的塔筒螺栓疲劳预测系统，能够准确判断塔筒上螺栓的疲劳损伤程度，为塔筒的螺栓检修提供准确定位，节约机组检修成本；在螺栓的疲劳达到或超过预设阈值时，预防螺栓因过疲劳而断裂情况的发生；同时，通过本方法可以采集到塔筒圆周任意位置的螺栓的疲劳强度累积情况，从而为优化塔筒设计及螺栓的安装提供准确的数据支撑。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。