CN103759708A - 塔架的倾斜度的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种塔架的倾斜度的测量方法，包括：在塔架上设置多个测量点，多个测量点处于同一水平面且处于同一圆周上，多个测量点与同一水平面上的塔架的中心轴上的中心点构成多条测量线，且至少存在两条测量线之间的夹角不为180度；测量多个测量点在多条测量线的方向上产生的多个第一位移，第一位移为多个测量点相对于塔架未发生倾斜时的各个测量点的原始位置的位移；根据多个第一位移，计算在塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移，虚拟点与多个测量点处于同一圆周上；根据第二位移和多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算倾斜度。本发明的塔架的倾斜度的测量方法，测量方式简单，无需水平仪等复杂设备，并且提高了倾斜度的测量精度。

Description

塔架的倾斜度的测量方法

技术领域

本发明涉及一种测量方法，尤其是一种塔架的倾斜度的测量方法

背景技术

近年来大功率风力发电机和低风速区风力发电机的应用增加很快，这些风机的轮毂都设置得较高，并且荷载也很大，这使得风机对基础环以及与基础环连接的塔架本体的倾斜更为敏感。为此，在将整个风机安装后，需要测量风机塔架的倾斜度。现有技术的倾斜度测量方法如下：

方法1：通过一人在塔架外架设水准仪，一人手持标尺观测基础环与塔架连接的法兰对之间的缝隙，通过该缝隙的大小变化来推测塔架的倾斜度。但是，由于缝隙较宽，导致测量结果误差大，同时由于风电厂风速也很大，也不便于测量。

方法2：通过两人在塔架内架设水准仪和标尺，观测基础环与塔架连接法兰对之间的缝隙或观测基础环顶法兰下侧或观测塔架底法兰上侧，通过测量缝隙的大小变化或者基础环上法兰的水平度或者塔架下法兰的水平度来测量塔架的倾斜度。但是，由于塔架内有设备阻挡，光线黑暗，不便于测量，而且法兰本身存在误差，而且由于法兰内倾等因素，导致最终计算出的倾斜度误差较大。

综上所述，发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术存在如下缺陷：对于倾斜度的测量，都是通过观测基础环的上法兰和塔架本体的底部的下法兰的连接部位的垂直位移来计算塔架的倾斜度，但是，由于塔架的安装结构以及环境因素等，垂直位移非常难于测量，对于垂直位移的测量精度就难以保证，进而也导致倾斜度的误差极大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔架的倾斜度的测量方法，以提高倾斜度的测量精度。

为了实现上述目的，本发明提供了一种塔架的倾斜度的测量方法，包括：在塔架上设置多个测量点，所述多个测量点处于同一水平面且处于同一圆周上，所述多个测量点与所述同一水平面上的塔架的中心轴上的中心点构成多条测量线，并且至少存在两条测量线之间的夹角不为180度；

测量所述多个测量点在所述多条测量线的方向上产生的多个第一位移，所述第一位移为所述多个测量点相对于所述塔架未发生倾斜时的各个所述测量点的原始位置的位移；

根据所述多个第一位移，计算在所述塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移，所述虚拟点与所述多个测量点处于所述同一圆周上，所述第二位移为在所述虚拟点与所述中心点构成的直线上，相对于所述塔架未发生倾斜时的所述虚拟点的原始位置的位移；

根据所述第二位移和所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算所述塔架的倾斜度。

本发明的塔架的倾斜度的测量方法，通过测量设置在塔架上的各个测量点的水平位移，进而计算出塔架的实际倾斜度，与现有技术的测量方法相比，测量方式更加简单，无需水平仪等复杂设备，并且相对于现有技术中的测量基础环与塔架本体的连接部分的垂直位移而言，测量各个测量点的水平位移能够获得更高的精度，由此，提高了倾斜度的测量精度。

附图说明

通过下面结合附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1为本发明实施例一的倾斜度的测量方法的原理示意图一。

图2为本发明实施例一的倾斜度的测量方法的原理示意图二。

图3为本发明实施例一的倾斜度的测量方法的原理示意图三。

图4为本发明实施例一的倾斜度的测量方法的测量点设置方式的示意图。

图5为本发明实施例一的倾斜度的测量方法的测量点设置方式的局部放大图。

图6为本发明实施例二的倾斜度的测量方法的测量点设置方式的示意图。

图7为本发明实施例三的倾斜度的测量方法的测量点设置方式的示意图。

具体实施方式

以下，将参照附图来详细说明本发明的实施例。

本发明的总体思想是通过测量塔架上的多个测量点在水平方向上产生的位移，来间接测量塔架的倾斜度。

本发明的测量原理如图1所示，未发生倾斜时塔架1的状态如实线表示的长方体所示，发生倾斜后的塔架如虚线表示的倾斜体所示，图中所示出的塔架的倾斜方向为沿着纸面向右倾斜，倾斜度为θ。在该塔架上选择一点E，由于塔架发生倾斜，该E点会沿着水平方向移动到E’点，如果我们能够求出线段EE’的长度，即E点由于塔架倾斜而在水平方向的位移，则在E点的高度H已知的情况下，就可以求出倾斜度θ。不过，在实际的测量中，很难直观地预测或判断出塔架的实际倾斜方向。因此，在塔架上设置了多个测量点，通过测量多个测量点的位移值，计算出在塔架的实际倾斜方向上的对应点的位移，即图1中的线段EE’的长度，进而求出倾斜度θ。

以下通过几个实施例来进一步介绍本发明的技术方案。

实施例一

本实施例的塔架的倾斜度的测量方法包括如下步骤：

步骤一：在塔架上设置多个测量点，多个测量点处于同一水平面且处于同一圆周上，多个测量点与同一水平面上的塔架的中心轴上的中心点构成多条测量线，并且至少存在两条测量线之间的夹角不为180度；在实施例中，为了便于说明，测量线定义为以中心点为起始点经过测量点的射线。

步骤二：测量多个测量点在多条测量线的方向上产生的多个第一位移，第一位移为多个测量点相对于塔架未发生倾斜时的各个测量点的原始位置的位移。

步骤三：根据多个第一位移，计算在塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移，虚拟点与多个测量点处于同一圆周上，第二位移为在虚拟点与中心点构成的直线上，相对于塔架未发生倾斜时的虚拟点的原始位置的位移。本实施例中的虚拟点，对应于前面提到的图1中的E点。

步骤四：根据第二位移和多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算塔架的倾斜度。

根据以上的操作，通过测量设置塔架上的各个测量点的水平位移，可以求得塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的位移，进而可以计算出塔架的倾斜度，与现有技术中测量基础环与塔架本体连接的法兰部位的垂直方向的位移的技术方案相比，降低了测量难度，也提高了塔架的倾斜度的测量精度。

由于风机在运行过程中，载荷分布不均，其倾斜方向并不固定，不过，只要存在测量线之间的夹角不是180度的两个测量点就可以计算出塔架的任意的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移，即只要这两个测量点和中心点这三个点不处于同一条直线上即可。因为无论塔架实际上向哪个方向倾斜，都能在这两个测量点上产生位移分量，只不过位移可能是正也可能是负。为了便于说明，在本申请中，以靠近中心点的方向为正，远离中心点的方向为负。通过这两个测量点上产生位移分量，即第一位移，根据几何关系，即可以求出虚拟点的第二位移。不过，为了能够更好的在塔架的整个四周的范围内测量其倾斜度，优选对测量点进行如下设置：在多条测量线中，至少有两条测量线的夹角为90度，或者至少有三条测量线构成如下情况：第一测量线与第三测量线之间的角度大于90度，第二测量线位于第一测量线和第三测量线之间，第二测量线与第一测量线和第三测量线之间的夹角均小于90度。

进一步地，在将多个测量点如上面那样设置后，在一般情况下，塔架的倾斜将会导致多个点发生位移变化。因此，在上述的步骤三中，可以包括：选择在多个测量点的同符号的第一位移中，排在前两位的两个第一位移，排在前两位的两个第一位移对应的测量线之间的夹角为90度以下；根据排在前两位的两个第一位移，计算虚拟点的第二位移，其中，关于位移的符号，如上面所提到的，可以以靠近中心点的方向为正，远离中心点方向为负。

由此，通过上面的测量点的设置方式，无论塔架向那个方向倾斜，都能将塔架的倾斜量很好地反映在至少两个测量点上，从而能够方便地、全方位地进行塔架的倾斜度的测量。此外，通过选择同方向的位移排在前两位的两个第一位移进行计算，即选择了位移变化最大的两个测量点的测量值进行计算，此时，塔架的实际倾斜方向应当位于这两个测量点对应的测量线之间，由此，能够更加准确地测量出塔架的倾斜度。

下面结合附图来进一步说明本实施例的测量原理，如图2和图3所示，图中的圆环标识塔架，塔架外圆周上的叉形表示所选择的测量点，中心处的叉形表示中心点，实心箭头表示塔架可能的倾斜方向，正方形所示的点为在塔架的可能的倾斜方向上的虚拟点。此外，为了便于说明，在图2和图3中示出了x轴和y轴。

如图2所示，在存在两个测量点（图中示出的两个测量点分别位于x轴和y轴上）的情况下，并且这两个测量点与中心点构成的测量线之间的夹角为90度时，根据几何学原理，无论塔架向哪个方向倾斜，例如，在图2中实心箭头所示的任何一个倾斜方向上，虚拟点的第二位移都会在x轴和y轴上产生位移分量，即，图中两个测量点的第一位移。根据塔架的倾斜方向所在的区域不同，投影到x轴和y轴的位移分量的符号也不同。例如，当塔架的倾斜方向在x轴和y轴的正向之间的区域时，两个测量点产生的第一位移都是远离中心点的，即该第一位移都是正值，当塔架的倾斜方向在x轴的负向和y轴的负向之间的区域时，两个测量点所产生的第一位移都是靠近中心点的，即该第一位移为负值。图中的x轴和y轴是为了便于说明而设置的，实际的计算中，无论第一位移是正值还是负值，只要能够确定位移具体方向，通过几何关系都能够求得塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移。

一般而言，在多个测量点发生位移时，找到位移量变化排在前两位的测量点，根据这两个测量点的位移就可以计算出塔架在实际倾斜方向的虚拟点的第二位移。不过，如果测量点分布的范围较大，例如，有的测量点在塔架的正面，而另外的测量点在塔架的背面，在这种情况下，有可能会出现如下情况：正面的测量点的第一位移等于或大致等于背面测量点的位移，只不过位移方向不同，或者说符号不同。对此，可以在选择用于计算的第一位移时加上上面的限定条件：即选择在多个测量点的第一位移中，排在前两位的两个第一位移，并且该两个第一位移对应的测量线之间的夹角为90度以下。

需要说明的是，对于塔架在实际倾斜方向的虚拟点的第二位移的计算，不限于使用排在前两位的第一位移，也可以使用两个测量点以上的第二位移进行计算，只不过，使用排在前两位的第一位移进行计算，较为简单和方便。

如图3所示，图3选取了三个测量点，只要这三个测量点对应的测量线覆盖了90度以上的范围，并且中间的一条测量线与其他两个测量线之间的夹角小于90度，在这种情况下，就能将塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移反映到至少两条测量线上。如图3所示，在x轴和y轴的正向之间的区域中，在实心箭头所示出的塔架的实际倾斜方向上，虚拟点所产生的第二位移，就会在第二测量点12所对应的第二测量线和第三测量点13所对应的第三测量线上产生位移分量，该位移分量就是第二测量点12和第三测量点13的第一位移，即第二测量点12所产生的第一位移和第三测量点13所产生的第一位移是与该虚拟点所产生的第二位移相关的。在第二测量线与第三测量点13之间的夹角已知的情况下，只要测得第二测量点12的第一位移和第三测量点13的第一位移，就可以求出该虚拟点所产生的第二位移。同理，在图3中x轴的负向和y轴的负向之间的虚拟点所产生的第二位移，也会在第一测量点11所对应的第一测量线和第二测量点12所对应的第二测量线上产生位移分量，只不过，在这种情况下，该位移分量为负值，即第一测量点11和第二测量点12所产生的第一位移为负值。依据几何原理，同样可以根据第一测量点11和第二测量点12所产生的第一位移计算得出虚拟点所产生的第二位移。

在本发明中，塔架1包括了塔架本体2和用于固定塔架本体的基础环3，如图4和图5所示，基础环的下部埋在风机混凝土基础4中，上部露出，基础环的顶部设置有上法兰，该上法兰与塔架本体的下端部的下法兰连接，从而固定塔架本体2，在图4和图5中，将整个法兰连接部位示出为法兰结构5。在本发明中，测量点6可以设置在塔架的任何位置，即既可以设置在塔架本体2上，也可以设置在与塔架连接的基础环3上。优选地，设置在塔架本体2的下部，或者设置在基础环3的上部接近塔架本体2的部位，这样更加便于测量。在图4和图5中，所示出的情况为，测量点6设置在塔架的基础环3上。此外，在本实施例中，可以认为塔架的根部为基础环3的最下端，该部分已经埋入了风机混凝土基础4中的，在这种情况下，如图4和图5所示，测量点的高度H为测量点到基础环3的最下端的距离，即在本实施例中，将基础环3的最下端作为倾斜基准面。

对于各个测量点的位移测量，可以采用如下方式：

在测量线的延长线上对应于多个测量点设置多个测距仪，在塔架未发生倾斜的状态下，多个测距仪与多个测量点之间的距离是相等的；获取多个测距仪所检测到的距离的变化值，作为第一位移。测距仪可以设置在如图4所示的混凝土基础上。测距仪优选为激光测距仪。需要说明的是，在本发明的实施例中，对于各个测量点的位移测量的方式不限于测距仪，也可以使用现有技术中的其它位移检测设备，只要能够检测到各个测量点的位移变化即可。

作为未发生倾斜的初始状态可以为在刚安装完塔架本体后的状态，也可以为在塔架上部安装完风机之后的状态，在初始状态下，对应多个测量点设置测距仪，并使各个测距仪测正对塔架的侧壁，并且到各个测量点的距离相等。之后，当风机运转后，塔架发生倾斜时，就可以通过各个测距仪测量到塔架上的测量点的位移变化。

本实施例的测量方法所需的仪器较为简单，例如仅使用测距仪即可，而不需要现有技术中的水准仪等复杂的设备，在架好仪器后，在测量的过程中，人为介入因素少，因此，测量操作较为简单，并且精度高。

实施例二

如图6所示，在本实施例中，在塔架上设置六个测量点，例如，分别为1a、1b、1c、1d、1e、1f，各个测量点对应的测量线之间的夹角为60度，即6个测量点将圆周等分。

在设置了六个测量点的情况下，当发生倾斜时，在如图6所示的坐标系中，以靠近中心点方向为正，远离中心点为负。在这种情况下，上述实施例一的步骤三可以具体为：选择三个正的第一位移中数值排在前两位的两个第一位移，根据数值排在前两位的两个第一位移，计算虚拟点的第二位移。当然，作为等同的技术方案，也可以选择三个负的第一位移中，排在前两位的两个第一位移（即，绝对值排在前两位的第一位移）来进行计算。需要说明的是，在本实施例中，方向的正负只是为了说明技术方案而设定的，在实际的计算中，可以根据需要灵活设定位移的正负向，不限于本实施例所规定的正负向规定或者符号的规定。

实际上，只要该排在前两位的两个第一位移对应的测量线之间的夹角为90度以下，就能够保证塔架实际倾向的方向位于这两条测量线之间或者测量线的相反方向的延长线之间。

进一步地，设排在前两位的两个第一位移为△A和△B，虚拟点的第二位移为△θ，则可以具体为采用下式（1）计算虚拟点的第二位移：

……………………………式（1）。

在求出了虚拟点的第二位移为△θ后，进一步地，可以设多个测量点相对于倾斜基准面的高度为H，则上述实施例一中的步骤四可以具体为采用下式（2）计算倾斜度θ：

θ=Δθ/H……………………………………………………式（2）。

本实施例通过选取六个测量点，能够在整个圆周范围内检测到塔架的倾斜情况，并且通过选择数值排在前两位的两个第一位移，可以更加精确地计算塔架的倾斜度。

实施例三

如图7所示，在本实施方式中，设置四个测量点，例如，分别为2a、2b、2c、2d，各个测量点对应的测量线之间的夹角为90度，即4个测量点将圆周等分。

在设置了四个测量点的情况下，按照图7示出的标准的x轴和y轴坐标系，这四个点都在x轴和y轴上，仍然以朝向中心点方向为正，远离中心点的方向为负。当发生倾斜时，一般会测量到两个正的第一位移和两个负的第一位移，在这种情况下，上述实施例一的步骤三可以具体为：根据两个正的第一位移计算虚拟点的第二位移。当然，作为等同的技术方案，也可以选择两个负的第一位移的绝对值来计算虚拟点的第二位移。

进一步地，设排在前两位的两个第一位移为△A和△B（此处可以选择两个正的第一位移作为△A和△B），虚拟点的第二位移为△θ，则可以采用下式（3）计算虚拟点的第二位移：

……………………………………式（3）。

鉴于cos90°=0，sin90°=1，则该公式（3）可以进一步简化为下式（4）：

$\mathrm{\Δ\θ}=\sqrt{\mathrm{\Δ}{B}^2+\mathrm{\Δ}{A}^2}$ ……………………………………式（4）。

在求出了虚拟点的第二位移为△θ后，进一步地，可以设多个测量点相对于倾斜基准面的高度为H，可以使用上述实施例二的式（2）来计算倾斜度θ。

本实施例通过选取四个测量点，能够在整个圆周范围内检测到塔架的倾斜情况。相对于上述实施例二而言，测量点数减少了，所需要的测距仪的数量也减少了，以更加简单的方式测量出塔架的倾斜度，并且能够保证一定的测量精度。

尽管已参照优选实施例表示和描述了本发明，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行各种修改和变换。

Claims (10)

1.一种塔架的倾斜度的测量方法，其特征在于，包括：

在塔架上设置多个测量点，所述多个测量点处于同一水平面且处于同一圆周上，所述多个测量点与所述同一水平面上的塔架的中心轴上的中心点构成多条测量线，并且至少存在两条测量线之间的夹角不为180度；

测量所述多个测量点在所述多条测量线的方向上产生的多个第一位移，所述第一位移为所述多个测量点相对于所述塔架未发生倾斜时的各个所述测量点的原始位置的位移；

根据所述多个第一位移，计算在所述塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移，所述虚拟点与所述多个测量点处于所述同一圆周上，所述第二位移为在所述虚拟点与所述中心点构成的直线上，相对于所述塔架未发生倾斜时的所述虚拟点的原始位置的位移；

根据所述第二位移和所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算所述塔架的倾斜度。

2.根据权利要求1所述测量方法，其特征在于，在所述多条测量线中，至少有两条测量线的夹角为90度，或者至少有三条测量线构成如下情况：第一测量线与第三测量线之间的角度大于90度，第二测量线位于所述第一测量线和所述第三测量线之间，所述第二测量线与所述第一测量线和所述第三测量线之间的夹角均小于90度。

3.根据权利要求2所述测量方法，其特征在于，以靠近中心点的方向为正，远离中心点方向为负，则在根据所述多个第一位移，计算在所述塔架的实际倾斜方向上的虚拟点的第二位移的步骤中，包括：

选择在所述多个测量点的同符号的第一位移中，排在前两位的两个第一位移，所述排在前两位的两个第一位移对应的测量线之间的夹角为90度以下；

根据所述排在前两位的两个第一位移，计算所述虚拟点的第二位移。

4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述测量点为六个，所述各个测量线之间的夹角为60度。

5.根据权利要求4所述的测量方法，其特征在于，所述排在前两位的两个第一位移为△A和△B，所述虚拟点的第二位移为△θ，则根据所述排在前两位的两个第一位移，计算所述虚拟点的第二位移的步骤具体为采用如下公式计算所述虚拟点的第二位移：

6.根据权利要求5所述的测量方法，其特征在于，所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度为H，所述倾斜度为θ，则根据所述第二位移和所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算所述倾斜度的步骤具体为采用如下公式计算所述倾斜度：

θ=Δθ/H。

7.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述测量点为四个，所述各个测量线之间的夹角为90度。

8.根据权利要求7所述的测量方法，其特征在于，所述排在前两位的两个第一位移为△A和△B，所述虚拟点的第二位移为△θ，则根据所述排在前两位的两个第一位移，计算所述虚拟点的第二位移的步骤具体为采用如下公式计算所述虚拟点的第二位移：

$\mathrm{\Δ\θ}=\sqrt{\mathrm{\Δ}{B}^2+\mathrm{\Δ}{A}^2}.$

9.根据权利要求8所述的测量方法，其特征在于，所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度为H，所述倾斜度为θ，则根据所述第二位移和所述多个测量点相对于倾斜基准面的高度，计算所述倾斜度的步骤具体为采用如下公式计算所述倾斜度：

θ=Δθ/H。

10.根据权利要求1所述的测量方法，其特征在于，测量所述多个测量点在所述测量线的方向上产生的第一位移包括：

在所述测量线的延长线上对应于所述多个测量点设置多个测距仪，在所述塔架未发生倾斜的状态下，所述多个测距仪与所述多个测量点之间的距离是相等的；

获取所述多个测距仪所检测到的距离的变化值，作为所述第一位移。

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