新型风机塔筒状态实时检测装置及其监控系统的制作方法

本实用新型属于风力发电技术领域，尤其是一种新型风机塔筒状态实时检测装置及其监控系统。

背景技术：

目前，随着社会的发展，世界能源消耗量持续增加，各国的能源危机形势愈实用新型显。但由于风能的可再生、分布广、无污染等特性，使得风能发电成为世界上可再生能源发展的重要发展方向，且风力发电机组正在向轻型、高效、高可靠性及大型化方向发展。然而，在大中型风力发电机组中，往往采用较高的塔筒来支撑风机叶轮和机舱，以便获得更多的风能。其中塔筒作为风机机组重要的承载部件，其工作环境恶劣，长期承受风载荷和重力等负载(包括塔筒自重和发电机组的重力)的作用，还承受风轮旋转所产生的周期性激励负载等因素将直接影响风力机的工作性能和可靠性。

现有的实时监测风机塔筒运行状态的方法常采用三个方向的角度传感器测得风机塔筒偏离三个方向的角度进行处理、分析来评估塔筒的稳定性。如：一种风机塔筒倾角状态监测装置(ZL201220258304.4)采用三个角度传感器进行实时监测风机塔筒倾角状态，使得维修人员及时了解风机塔筒的倾角状态，进而及时采取补救措施，避免故障的进一步扩大。但是，其存在以下问题：(1)风向快速变化的复杂条件下，不能够实时准确反应风机塔筒的运行状况；(2)不能够实时获得风机套筒上主要的可变载荷(风载荷及风轮旋转所产生的周期性激励负载)。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、速度快且准确性高的新型风机塔筒状态实时检测装置及其监控系统。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种新型风机塔筒状态实时检测装置，包括支撑体、起升架及检测控制电路，所述支撑体包括支撑体本体、三个支撑体气动伸缩杆和三个支撑体气动吸盘，所述三个支撑体气动伸缩杆一端均布固装在支撑体本体的侧端，该支撑体气动伸缩杆的另一端与支撑体气动吸盘安装在一起；所述起升架包括起升架本体、三个连杆、三个起升架气动伸缩杆和三个起升架气动吸盘，所述起升架本体的底部可旋转安装在支撑体本体内，所述三个连杆的一端通过销钉均布安装在起升架本体的顶部侧端，三个连杆的另一端通过销钉与三个起升架气动伸缩杆一端铰接在一起，三个起升架气动伸缩杆的另一端与三个起升架气动吸盘相连接；所述连杆与支撑架本体之间的销钉内部与连杆啮合在一起，该销钉外端连接起升架第一电机，该起升架第一电机通过控制两个关节电机的旋转驱动连杆的转动并带动起升架气动伸缩杆向上或向下转动；所述连杆与气动伸缩杆之间的销钉内部与起升架气动伸缩杆啮合，该销钉外端连接起升架第二电机，起升架第二电机旋转驱动起升架气动伸缩杆向上或向下转动并带动起升架气动吸盘向上或向下转动；所述检测控制电路包括可编程控制器、气动源、电源、气动马达、陀螺仪、视频传感器和无线传输模块，所述视频传感器和陀螺仪经放大器、滤波器及AD转换器后传送给可编程控制器，可编程控制器与电源、气动马达及无线通信模块相连接，所述气动马达由气动源提供动力并驱动上述气动伸缩杆、支撑体气动吸盘工作，可编程控制器通过上述电机控制连杆及气动伸缩杆工作，无线通信模块用于连接风机控制调节装置。

所述无线通信模块采用GPRS无线通信模块。

所述可编程控制器采用西门子S7-400控制器。

一种新型风机塔筒状态实时检测装置的监控系统，包括新型风机塔筒状态实时检测装置、安装在套筒底部的力传感器、安装在风机塔筒顶部的风速传感器和风力控制调节装置，力传感器和风速传感器通过放大器、滤波器、AD转换器传送至风机控制调节装置，该风力控制调节装置通过无线方式与新型风机塔筒状态实时检测装置相连接，该风机控制调节装置还与机舱和叶轮、维修预警中心相连接。

所述风力控制调节装置通过GPRS方式与新型风机塔筒状态实时检测装置相连接。

所述力传感器为六维度力传感器。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实时检测装置通过视频传感器采集塔筒内部裂纹及变形等信息，通过陀螺仪主要采集塔筒的角速度和加速度信息并通过GPRS无线通信模块发送给维修预警中心，能够在风向快速变化的复杂条件下更准确地反映风机塔筒的运行状态，保证了风机塔筒征程运行。

2、本实时监控系统通过安装在套筒底部的六维度力传感器实时检测风机塔筒底部的三个方向的压力和扭矩、通过安装在风机塔筒顶部的风速传感器实时监测风速，并根据阈值控制叶轮和机舱沿合适的位姿方向运动，或向维修预警中心发出预警，以便维修人员及时了解风机塔筒的状态，进而及时采取补救措施，避免故障的进一步扩大。

附图说明

图1是本实用新型的新型风机塔筒状态实时检测装置的整体结构图；

图2是本实用新型的支撑体结构图；

图3是本实用新型的起升架结构图；

图4是本实用新型的风机塔筒状态实时监控系统的连接图；

图5是本实用新型的检测控制电路的处理过程示意图；

其中，1-支撑体本体，2-支撑体气动伸缩杆，3-支撑体气动吸盘，4-起升架本体，5-起升架第一电机，6-起升架气动伸缩杆，7-起升架气动吸盘，8-起升架第二电机，9-连杆。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型实施例做进一步详述：

一种新型风机塔筒状态实时检测装置，包括支撑体本体、起升架及检测控制电路，所述起升架可旋转安装在支撑体本体上，所述检测控制电路安装在支撑体本体内。

如图1及图2所示，所述支撑体包括支撑体本体(1)、三个支撑体气动伸缩杆(2)和三个支撑体气动吸盘(3)。所述支撑体本体为圆筒体，三个支撑体气动伸缩杆(2)一端均布固装在支撑体本体(1)的侧端，支撑体气动伸缩杆(2)的另一端与支撑体气动吸盘(3)安装在一起。

如图1级图3所示，所述起升架包括起升架本体(4)、三个连杆(9)、三个起升架气动伸缩杆(6)和三个起升架气动吸盘(7)；所述起升架本体(4)为柱状结构且其底部安装在支撑体本体内，三个连杆(9)的一端通过销钉均布安装在起升架本体的顶部侧端，三个连杆(9)的另一端通过销钉与三个起升架气动伸缩杆(6)一端铰接在一起，三个起升架气动伸缩杆(6)的另一端与三个起升架气动吸盘(7)相连接。支撑架本体(4)与连杆(9)之间的销钉内部与连杆(9)啮合在一起，销钉外端连接起升架第一电机(5)，该起升架第一电机(5)通过控制两个关节电机的旋转，并驱动连杆(9)的转动，进而带动起升架气动伸缩杆(6)向上或向下转动。所述连杆(9)与气动伸缩杆(6)之间的销钉内部与起升架气动伸缩杆(6)啮合，该销钉外端连接起升架第二电机(8)，通过控制起升架第二电机(8)的旋转，驱动起升架气动伸缩杆(6)向上或向下转动，进而带动起升架气动吸盘(7)向上或向下转动。

如图4所示，支撑体内部安装的检测控制电路包括可编程控制器、气动源、电源、气动马达、陀螺仪、视频传感器和GPRS无线传输模块，视频传感器用于采集装置周围的塔筒内部具体情况(如裂纹、重大变形等)，陀螺仪主要采集塔筒的角速度和加速度信息，所述视频传感器和陀螺仪经放大器、滤波器及AD转换器后传送给可编程控制器，可编程控制器与电源、气动马达、电机及GPRS无线通信模块相连接，所述气动马达由气动源提供动力并驱动气动伸缩杆和气动吸盘工作，所述电机控制连杆和气动伸缩杆工作，GPRS无线通信模块与风机控制调节装置相连接，可编程控制器通过GPRS无线模块将陀螺仪、视频传感器采集的数据传送给风机控制装置。在本实施例中，可编程控制器采用西门子S7-400控制器实现采集控制功能。

新型风机塔筒状态实时检测装置与风机控制调节装置、安装在套筒底部的六维度力传感器、安装在风机塔筒顶部的风速传感器构成风机塔筒状态实时监控系统，如图4所示。所述六维度力传感器用于风机塔筒底部的三个方向的压力和扭矩，风速传感器用于监测风速；六维度力传感器和风速传感器采集的数据通过放大器、滤波器、AD转换器传送至风机控制调节装置。该风机控制调节装置通过GPRS方式接收新型风机塔筒状态实时检测装置发送的视频数据及陀螺仪数据。在风机控制系统内部设置一些阈值，当检测上述六维度力传感器、风速传感器、陀螺仪、视频传感器等数据低于此阈值时，风机控制调节装置将发出控制信号用来控制叶轮和机舱沿合适的位姿方向运动；一旦测得六维度力传感器、风速传感器、陀螺仪、视频传感器的数据超出了所设的阈值时，风机控制系统将向维修预警中心发出报警指示，以便维修人员及时了解风机塔筒的状态，进而及时采取补救措施，避免故障的进一步扩大。

如图5所示，本新型风机塔筒状态实时检测装置的工作过程为：

将新型风机塔筒状态实时检测装置置于风机塔筒中，其支撑体下端的三个支撑架气动伸缩杆，通过可编程控制器发出的命令驱动气动伸缩杆伸缩到风机塔筒内壁边缘，支撑杆气动吸盘与风机塔筒内壁接触，通过可编程控制器控制气动马达向气动吸盘吸气，使得支撑体能够稳定支撑在风机塔筒内，否则继续调整气动伸缩杆的伸缩量以及气动吸盘的吸力，直到支撑体能够稳定支撑在风机塔筒内为止。同时，调整起升架上的电机和气动马达，使得起升架上的连杆和气动伸缩杆远离塔筒内壁，并且对起升架上的吸盘进行放气，使得其不对内壁有吸附作用。

起升架上的三条连杆、三个气动伸缩杆在电机和气动马达的驱动下，连杆和气动伸缩杆能够向上或者向下伸展，并使得气动吸盘与风机塔筒内壁接触，通过控制气动马达向气动吸盘吸气。使得起升架能够稳定支撑在风机塔筒内，否则继续调整连杆的位移，气动伸缩杆的伸缩量以及气动吸盘的吸力，直到起升架能够稳定支撑在风机塔筒内为止。

通过对支撑体下端的气动伸缩杆末端的吸盘放气，并收缩气动伸缩杆，使得与塔筒内壁脱离；通过控制起升架连杆的电机旋转，将抬起支撑体，并使之向上或者向下运动。

依次完成以上动作，使得新型风机塔筒状态实时检测装置，将沿着风机塔筒向上或向下运动。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。