一种风电机组塔筒动态刚度圆分析方法与流程

本发明涉及风电塔筒领域，特别涉及一种风电机组塔筒动态刚度圆分析方法。

背景技术：

风电机组的塔筒是风力发电机组中的承重部件，在风力发电机组中主要起支撑作用，同时吸收机组震动。塔筒承受着推力，弯矩和扭矩负荷等复杂多变的载荷，使得风力发电机组运行过程中，塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形；此外，塔筒还会受到材料变化，零部件失效以及地基沉降等因素的影响，发生倾斜。塔筒过大的倾斜变形会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此，需要对风电机组基础沉降及塔筒安全进行实时检测，而如何通过获得的塔筒倾斜数据来评价塔筒结构是否安全健康，这一直没有一个很好的解决办法。

目前，使用固定的倾斜率(一个经验值，来源于标准)作为塔筒倾斜的报警，各厂家机型风机塔筒的高度，塔筒内壁厚度都不一样，导致各种类型的塔筒的刚度不相同，使用一个固定的倾斜率对不同种类塔筒作为评判标准，不能做到精准报警。目前无法得知塔筒初始安装的倾斜率，塔筒结构的实际刚度特性，塔筒法兰螺栓连接是否松动，塔筒结构是否有损伤等。

而且目前还没有一种风电机组塔筒在工作运行状态下能够检测其结构安全的方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术的上述不足和缺陷，提供一种风电机组塔筒动态刚度圆分析方法，以解决上述问题。

一种风电机组塔筒动态刚度圆分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；

2)风机开始运行初期正常运行一段时间，期间风机至少在3个不同风向中达到发电额定功率，此期间双轴动态倾角传感器的倾斜角度数据记录到数据库中，数据绘出堆积图，此图转换成照片，通过机器视觉处理计算出堆积图形状的内切圆，此内切圆为风机初始最大刚度圆，分别内切拟合出两个顶部初始最大刚度圆和底部初始最大刚度圆，顶部初始最大刚度圆的圆心01、半径r1，底部初始最大刚度圆的圆心02、半径r2；

3)当风电机组塔筒在运行的过程中，顶部和底部的双轴动态倾角传感器所获得的倾斜数据不在上述的顶部初始最大刚度圆和底部初始最大刚度圆内时，发出报警信号；

4)当风电机组塔筒运行一段时间后，将这段时间内的顶部和底部的双轴动态倾角传感器所获得的倾斜数据绘出堆积图，此图转换成照片，通过机器视觉处理计算出堆积图形状的内切圆，分别内切拟合出两个当前顶部最大刚度圆和当前底部最大刚度圆，当前顶部最大刚度圆的圆心01’、半径r1’，当前底部最大刚度圆的圆心02’、半径r2’。

将圆心01、半径r1与圆心01’、半径r1’对比，

4.1)如果当前圆心01’偏离初始圆心01，可判定为以下情况中的至少一种：

a、可判断塔筒出现变形，圆心01与圆心01’的矢量差为偏离大小，即为变形的程度，

b、塔基出现不均匀沉降；

4.2)如当前圆半径r1’比初始圆半径r1大，可判定为以下情况中的至少一种：

c、塔基松动不牢固；

d、塔筒刚度变弱；

4.3)当双轴动态倾角传感器拟合出一个当前最大刚度圆在某个圆弧边外围具有较多个数据点较大偏离圆弧时，可判断塔筒360°刚度不均匀，此圆弧边处方向的刚度较弱，导致此方向刚度较弱，是塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹造成。

由于采用了如上的技术方案，本发明通过双轴动态倾角传感器获得的数据计算出最大刚度圆的方法，能实时在线快速检测出可判断塔筒出现变形、塔基出现不均匀沉降、塔基松动不牢固、塔筒刚度变弱、塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹等问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中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是本发明一种实施例的塔筒在工作运行状态下的受力分析图。

图2是本发明一种实施例其中一个初始最大刚度圆的拟合示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。

在对本发明进行描述之前，先对风力机组塔筒结构进行分析，结合图1和图2所示，由于塔筒100为圆筒结构，所以塔筒100的360°各方向的刚度ei相等的。风机塔筒的受力可简化为塔筒自身固有重力g、风载荷f所产生的力矩与塔筒重心偏离而产生的固定力矩m。由于偏航控制的作用，叶片110正对着风，所以风载荷f所产生的力矩与m相反,固定力矩m会让塔筒产生挠角θ，所以公式挠角θ＝(m*h-f*h²/2)/ei，h为塔筒高度。f随风速而变，风速越大，f越大；当风机达到额定功率时，f达到最大值fmax；当风速继续增大时，风力发电机组控制系统会调整桨叶角度，保证转矩恒定，然而f会随着桨叶角的变化而变小。根据公式推算，在不同的风向达到额定功率后，所形成的倾角堆积图内切一个圆，这个圆命名为参考最大刚度圆，风机在正常运行不会超出这个最大刚度圆。

基于上述固有的客观情况，以下对本发明进行描述。

一种风电机组塔筒动态刚度圆分析方法，包括如下步骤：

1)在风电机组塔筒安装完成后，在塔筒顶端和底部各安装一个双轴动态倾角传感器；

2)风机开始运行初期正常运行一段时间，期间风机至少在3个不同风向中达到发电额定功率，此期间双轴动态倾角传感器的倾斜角度数据记录到数据库中，数据绘出堆积图，此图转换成照片，通过机器视觉处理计算出堆积图形状的内切圆，此内切圆为风机初始最大刚度圆，分别内切拟合出两个顶部初始最大刚度圆和底部初始最大刚度圆，顶部初始最大刚度圆的圆心01、半径r1，底部初始最大刚度圆的圆心02、半径r2；

3)当风电机组塔筒在运行的过程中，顶部和底部的双轴动态倾角传感器所获得的倾斜数据不在上述的顶部初始最大刚度圆和底部初始最大刚度圆内时，发出报警信号；

4)当风电机组塔筒运行一段时间后，将这段时间内的顶部和底部的双轴动态倾角传感器所获得的倾斜数据绘出堆积图，此图转换成照片，通过机器视觉处理计算出堆积图形状的内切圆，分别内切拟合出两个当前顶部最大刚度圆和当前底部最大刚度圆，当前顶部最大刚度圆的圆心01’、半径r1’，当前底部最大刚度圆的圆心02’、半径r2’。

将圆心01、半径r1与圆心01’、半径r1’对比，

4.1)如果当前圆心01’偏离初始圆心01，可判定为以下情况中的至少一种：

a、可判断塔筒出现变形，圆心01与圆心01’的矢量差为偏离大小，即为变形的程度，

b、塔基出现不均匀沉降；

4.2)如当前圆半径r1’比初始圆半径r1大，可判定为以下情况中的至少一种：

c、塔基松动不牢固；

d、塔筒刚度变弱；

4.3)当双轴动态倾角传感器拟合出一个当前最大刚度圆在某个圆弧边外围具有较多个数据点较大偏离圆弧时，可判断塔筒360°刚度不均匀，此圆弧边处方向的刚度较弱，导致此方向刚度较弱，是塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹造成。

本发明通过双轴动态倾角传感器获得的数据计算拟合出最大刚度圆的方法，能实时在线快速检测出可判断塔筒出现变形、塔基出现不均匀沉降、塔基松动不牢固、塔筒刚度变弱、塔筒法兰螺栓固定松动或塔筒有伤痕、裂纹等问题。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。