CN112281935A - 一种风机基础环的动态监测***及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种风机基础环的动态监测***及方法。该风机基础环的动态监测***包括：水准气泡、装置盒、单轴倾角传感器、激光位移传感器、数据采集模块、装置固定支架、调平螺母、磁性固定支座、激光反射面板、电阻应变片和数据处理终端。应用本发明可以快速、有效地对风机基础环的竖向位移进行动态地监测。

Description

一种风机基础环的动态监测***及方法
技术领域
本申请涉及工程结构监测技术领域，尤其涉及一种风机基础环的动态监测***及方法。该***和方法是一种考虑基础环弹性变形的风机基础环的竖向位移动态监测***及方法。
背景技术
近年来不断有风机出现了基础环与周边混凝土脱开，引起风机塔筒晃动过大而导致风机报警停机，无法正常运行、甚至倒塔的安全事故。因此，需要对风机的基础环进行实时监测，以尽量避免出现相应的安全事故。
现有技术中的监测技术通常是采用倾角仪对风机塔筒的倾角进行检测，该监测技术实际上是对风机的塔筒设备进行监测，其监测结果反映的是塔筒设备的变形量，而不能直接反映风电基础对基础环的锚固能力变化，也就是说，不能对安全裕度较低的薄弱部位，亦即基础环周边混凝土损伤程度进行监测和预警。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种风机基础环的动态监测***及方法，从而可以快速、有效地对风机基础环的竖向位移进行动态地监测。
本发明的技术方案具体是这样实现的：
一种风机基础环的动态监测***，该风机基础环的动态监测***包括：水准气泡、装置盒、单轴倾角传感器、激光位移传感器、数据采集模块、装置固定支架、调平螺母、磁性固定支座、激光反射面板、电阻应变片和数据处理终端；
所述装置固定支架包括：侧板和顶板；
所述磁性固定支座的内侧与所述装置固定支架的侧板的外侧固定连接；所述磁性固定支座的外侧固定于风机的基础环上的法兰的侧壁上；
所述装置盒的顶部通过多个调平螺母与所述装置固定支架的顶板连接；
所述水准气泡设置在所述装置盒的顶部；
所述单轴倾角传感器和数据采集模块设置在所述装置盒内；
所述激光位移传感器设置在所述装置盒的底部；
所述单轴倾角传感器和激光位移传感器分别通过数据线与所述数据采集模块连接；
所述激光反射面板设置在风机的基础混凝土的顶面上与所述激光位移传感器相对应的位置；
所述电阻应变片设置在风机的基础环的内侧壁上；所述电阻应变片通过数据线与所述数据采集模块连接；
所述数据采集模块通过数据线与所述数据处理终端连接。
较佳的，所述风机基础环的动态监测***还包括：交互显示界面；
所述交互显示界面设置在所述装置盒的侧面，与所述数据采集模块连接；
所述交互显示界面，用于同步显示风机基础环的动态监测***的相应数据，并通过所述交互显示界面设置单轴倾角传感器和激光位移传感器的采样频率。
较佳的，所述风机基础环的动态监测***还包括：电源接口和数据传输接口；
所述电源接口的一端分别与单轴倾角传感器和激光位移传感器连接，另一端与外部电源连接；
所述数据传输接口的一端分别与单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片连接，另一端与所述数据处理终端连接。
较佳的，所述风机基础环的动态监测***还包括：报警器；
所述数据处理终端，还用于当计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，向所述报警器发送报警指令；
所述报警器，用于根据报警指令进行报警。
较佳的，所述激光反射面板通过锚栓固定于风机的基础混凝土的顶面。
较佳的，预先设置单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片的采样频率，且使得单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片的采样频率一致。
较佳的，所述采样频率为每秒采集5次。
本发明还提出了一种风机基础环的动态监测方法，该方法包括如下步骤：
在待监测的风机的基础环上预先设置多个测点位置；
在各个测点位置上分别安装如权利要求1～7中任意一项的风机基础环的动态监测***；
在风电机组运行前，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片测量得到的数据，得到一个初始状态的测量值，并将该测量值作为初始基准值传输至数据处理终端；
在风电机组开始运行后，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，并将测量得到的数据通过数据采集模块传输至数据处理终端；
数据处理终端根据接收到的初始基准值以及单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移和动态弹性变形。
较佳的，通过如下的公式计算得到风机的基础环在测点处的相对竖向位移：
di＝Li cosθi-(εi-ε0)H-L0cosθ0；
其中，di为时刻i时的风机基础环在测点处的相对竖向位移，L0为在风电机组运行前激光位移传感器测量得到的距离值，ε0为在风电机组运行前电阻应变片测量得到的应变值，θ0为在风电机组运行前单轴倾角传感器测量得到的倾角值，Li为在风电机组开始运行后的时刻i时激光位移传感器测量得到的距离值，εi为在风电机组开始运行后的时刻i时电阻应变片测量得到的应变值，θi为在风电机组开始运行后的时刻i时单轴倾角传感器测量得到的倾角值，H为风机的基础环的总高度。
较佳的，该方法还包括：
当数据处理终端计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，进行报警。
如上可见，在本发明中的风机基础环的动态监测***及方法中，由于在监测***中设置了单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片，因此可以测量得到相应的倾角值、***至风机的基础混凝土的顶面的距离值以及基础环在风荷载作用下的动态应变值，并根据倾角值、距离值和动态应变值分别计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移，以及在风荷载作用下该风机的基础环在测点处的动态弹性变形，因此可以快速、有效、直观地对风机基础环的竖向位移进行动态的监测和预警，从而可以有效地节省风电场人力和时间运维成本，大大提高风电场后期运维效率，提高经济效益，避免出现倒塔等重大安全事故。
附图说明
图1为本发明一个具体实施例中的风机基础环的动态监测***的侧面剖视图。
图2为本发明一个具体实施例中的风机基础环的动态监测***的俯视图。
图3为本发明一个具体实施例中的交互显示界面的示意图。
图4为本发明一个具体实施例中的测点布置示意图。
图5为本发明一个具体实施例中的风机基础环的动态监测方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步详细的说明。
在本发明的技术方案中，提出了一种风机基础环的动态监测***。
如图1～图2所示，本发明实施例中的风机基础环的动态监测***包括：水准气泡1、装置盒2、单轴倾角传感器4、激光位移传感器5、数据采集模块6、装置固定支架9、调平螺母10、磁性固定支座11、激光反射面板12、电阻应变片14和数据处理终端(图中未示出)；
其中，所述装置固定支架9包括：侧板和顶板；
所述磁性固定支座11的内侧与所述装置固定支架9的侧板的外侧固定连接所述磁性固定支座11的外侧固定于风机的基础环上的法兰13的侧壁上；
所述装置盒2的顶部通过多个调平螺母10与所述装置固定支架9的顶板连接；
所述水准气泡1设置在所述装置盒2的顶部；
所述单轴倾角传感器4和数据采集模块6设置在所述装置盒2内；
所述激光位移传感器5设置在所述装置盒2的底部；
所述单轴倾角传感器4和激光位移传感器5分别通过数据线与所述数据采集模块6连接；
所述激光反射面板12设置在风机的基础混凝土的顶面上与所述激光位移传感器5相对应的位置；
所述电阻应变片14设置在风机的基础环的内侧壁上；所述电阻应变片14通过数据线15与所述数据采集模块6连接；
所述数据采集模块6通过数据线与所述数据处理终端连接。
在安装上述风机基础环的动态监测***时，可以先将磁性固定支座11的外侧固定于风机的基础环上的法兰13的侧壁上然后通过调节多个(例如，3个)调平螺母，并配合观察水准气泡的情况，以实现整个装置的水平安装。然后，将激光反射面板12固定在风机的基础混凝土的顶面上，并使得该激光反射面板12与所述高精度激光位移传感器5的位置相互对应；该激光反射面板12可以用于反射激光位移传感器5发出的激光。由于该激光反射面板12的表面很光滑，因此可以降低风机的基础环的顶面上的基础混凝土表面不平整对测量结果的不利影响。同时，再将电阻应变片14设置在风机的基础环的内侧壁上，并通过数据线15与数据采集模块6连接。
在安装好上述风机基础环的动态监测***后，即可通过其中的单轴倾角传感器4测量得到相应的倾角值，即基础环上的法兰在垂直于基础环测点切线平面内的倾角值，该倾角值可以反映该动态监测***所在测点处与风机基础环的切线相垂直的平面内的水平角度的变化，该倾角值可以通过数据线传输至数据采集模块6，并通过该数据采集模块6传输至数据处理终端；同时，可以通过上述动态监测***中的高精度激光位移传感器5测量得到该高精度激光位移传感器5至风机的基础混凝土的顶面的距离，该距离值可以通过数据线传输至数据采集模块6，并通过该数据采集模块6传输至数据处理终端；另外，还可以通过上述动态监测***中的电阻应变片14测量得到该测点处的基础环在风荷载作用下的动态应变值，该应变值可以通过数据线传输至数据采集模块6，并通过该数据采集模块6传输至数据处理终端。
而上述数据处理终端可以根据所接收到的倾角值、距离值以及应变值，计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移，还可以根据所接收到的应变值计算得到在风荷载作用下该风机的基础环在测点处的动态弹性变形。
因此，通过上述的风机基础环的动态监测***，即可实现对风机基础环的动态竖向位移以及动态弹性变形的远程实时监控，
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，可以预先设置单轴倾角传感器4、激光位移传感器5以及电阻应变片14的采样频率，且使得单轴倾角传感器4、激光位移传感器5以及电阻应变片14的采样频率一致。
在本发明的技术方案中，可以根据实际应用情况的需要，预先设置单轴倾角传感器4、激光位移传感器5以及电阻应变片14的采样频率。
例如，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述采样频率可以是每秒采集5次。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述风机基础环的动态监测***中还可以进一步包括：交互显示界面3；
所述交互显示界面3设置在所述装置盒2的侧面，与所述数据采集模块6连接，用于同步显示风机基础环的动态监测***的相应数据，并可通过所述交互显示界面3设置单轴倾角传感器4和激光位移传感器5的采样频率。
例如，作为示例，如图3所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，所述相应数据可以包括但不限于：采样频率、基准距离L0、初始倾角θ0、初始应变ε0、实时距离L、实时倾角θ和实时应变ε。
通过上述所显示的相应数据，工作人员可以从上述交互显示界面3上实时获知相应的数据，并可通过该交互显示界面3设置单轴倾角传感器4、激光位移传感器5以及电阻应变片14的采样频率。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述风机基础环的动态监测***中还可以进一步包括：电源接口7和数据传输接口8；
所述电源接口7的一端分别与单轴倾角传感器4和激光位移传感器5连接，另一端与外部电源(例如，风电塔筒内部电源***)连接；
所述数据传输接口8的一端分别与单轴倾角传感器4、激光位移传感器5和电阻应变片14连接，另一端与所述数据处理终端连接(例如，通过风电机组信号传输线路与所述数据处理终端连接，将测量数据传输至设置在风电场监控室中的数据处理终端)。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述风机基础环的动态监测***中还可以进一步包括：报警器；
所述数据处理终端，还用于当计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，向所述报警器发送报警指令；
所述报警器，用于根据报警指令进行报警。
因此，通过上述的报警器，还可以实现预警或报警的功能。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述激光反射面板12通过锚栓固定于风机的基础混凝土的顶面。
另外，在本发明的技术方案中，基于上述的风机基础环的动态监测***，还提出了一种风机基础环的动态监测方法。
图5为本发明一个具体实施例中的风机基础环的动态监测方法的流程示意图。如图5所示，本发明一个具体实施例中的风机基础环的动态监测方法可以包括如下步骤：
步骤51，在待监测的风机的基础环上预先设置多个测点位置。
在本发明的技术方案中，由于风荷载360度的不确定性，因此需要在多个测点位置分别设置上述风机基础环的动态监测***，对多个测点位置进行动态监控，从而可以得到更为全面的监测数据。因此，在本步骤中，可以在待监测的风机的基础环上预先设置多个测点位置。
例如，作为示例，如图4所示，在本发明的一个较佳的具体实施例中，可以沿着风机基础环的整个圆周预先设置4个等距离的测点位置；其中，在风机基础环对应主风向的位置处须设置一个测点位置(即图4中的装置1所在的位置)，其余每隔90度设置一个测点位置(即图4中的装置2～4所在的位置)。
步骤52，在各个测点位置上分别安装上述风机基础环的动态监测***。
在安装上述风机基础环的动态监测***时，可以将动态监测***中的磁性固定支座11的外侧固定于风机的基础环上的法兰13的侧壁上，利用磁性固定支座11的强大磁性，固定于基础环上的法兰侧壁上，同时，也实现了设备的快速固定安装。
步骤53，在风电机组运行前，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片测量得到的数据，得到一个初始状态的测量值(L0，θ0，ε0)，并将该测量值作为初始基准值传输至数据处理终端。
步骤54，在风电机组开始运行后，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，并将测量得到的数据通过数据采集模块传输至数据处理终端。
步骤55，数据处理终端根据接收到的初始基准值以及单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移和动态弹性变形。
因此，通过上述的步骤51～55，即可通过上述的风机基础环的动态监测方法，实现对风机基础环的动态竖向位移以及动态弹性变形的远程实时监控。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，可以通过如下的公式计算得到风机的基础环在测点处的相对竖向位移：
di＝Li cosθi-(εi-ε0)H-L0cosθ0 (1)
其中，di为时刻i时的风机基础环在测点处的相对竖向位移，L0为在风电机组运行前激光位移传感器测量得到的距离值，ε0为在风电机组运行前电阻应变片测量得到的应变值，θ0为在风电机组运行前单轴倾角传感器测量得到的倾角值，Li为在风电机组开始运行后的时刻i时激光位移传感器测量得到的距离值，εi为在风电机组开始运行后的时刻i时电阻应变片测量得到的应变值，θi为在风电机组开始运行后的时刻i时单轴倾角传感器测量得到的倾角值，H为风机的基础环的总高度。
另外，作为示例，在本发明的另一个较佳的具体实施例中，所述风机基础环的动态监测方法还可以进一步包括：
当数据处理终端计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，进行报警。
综上所述，在上述的风机基础环的动态监测***和方法中，由于在监测***中设置了单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片，因此可以测量得到相应的倾角值、***至风机的基础混凝土的顶面的距离值以及基础环在风荷载作用下的动态应变值，并根据倾角值、距离值和动态应变值分别计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移，以及在风荷载作用下该风机的基础环在测点处的动态弹性变形，因此可以快速、有效、直观地对风机基础环的竖向位移进行动态的监测和预警，从而可以有效地节省风电场人力和时间运维成本，大大提高风电场后期运维效率，降低运维成本，提高经济效益，避免出现倒塔等重大安全事故。
另外，本发明中的风机基础环的动态监测***和方法操作简单、实用性较强、可实现对风电基础环动态竖向位移的实时监测，实现对风电基础关键部位的精细监控预警，避免基础环与基础混凝土脱开甚至倒塔的风险，保证风电机组正常运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (10)

1.一种风机基础环的动态监测***，其特征在于，该风机基础环的动态监测***包括：水准气泡、装置盒、单轴倾角传感器、激光位移传感器、数据采集模块、装置固定支架、调平螺母、磁性固定支座、激光反射面板、电阻应变片和数据处理终端；
所述装置固定支架包括：侧板和顶板；
所述磁性固定支座的内侧与所述装置固定支架的侧板的外侧固定连接；所述磁性固定支座的外侧固定于风机的基础环上的法兰的侧壁上；
所述装置盒的顶部通过多个调平螺母与所述装置固定支架的顶板连接；
所述水准气泡设置在所述装置盒的顶部；
所述单轴倾角传感器和数据采集模块设置在所述装置盒内；
所述激光位移传感器设置在所述装置盒的底部；
所述单轴倾角传感器和激光位移传感器分别通过数据线与所述数据采集模块连接；
所述激光反射面板设置在风机的基础混凝土的顶面上与所述激光位移传感器相对应的位置；
所述电阻应变片设置在风机的基础环的内侧壁上；所述电阻应变片通过数据线与所述数据采集模块连接；
所述数据采集模块通过数据线与所述数据处理终端连接。
2.根据权利要求1所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于，所述风机基础环的动态监测***还包括：交互显示界面；
所述交互显示界面设置在所述装置盒的侧面，与所述数据采集模块连接；
所述交互显示界面，用于同步显示风机基础环的动态监测***的相应数据，并通过所述交互显示界面设置单轴倾角传感器和激光位移传感器的采样频率。
3.根据权利要求1所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于，所述风机基础环的动态监测***还包括：电源接口和数据传输接口；
所述电源接口的一端分别与单轴倾角传感器和激光位移传感器连接，另一端与外部电源连接；
所述数据传输接口的一端分别与单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片连接，另一端与所述数据处理终端连接。
4.根据权利要求1所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于，所述风机基础环的动态监测***还包括：报警器；
所述数据处理终端，还用于当计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，向所述报警器发送报警指令；
所述报警器，用于根据报警指令进行报警。
5.根据权利要求1所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于：
所述激光反射面板通过锚栓固定于风机的基础混凝土的顶面。
6.根据权利要求1所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于：
预先设置单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片的采样频率，且使得单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片的采样频率一致。
7.根据权利要求6所述的风机基础环的动态监测***，其特征在于：
所述采样频率为每秒采集5次。
8.一种风机基础环的动态监测方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
在待监测的风机的基础环上预先设置多个测点位置；
在各个测点位置上分别安装如权利要求1～7中任意一项的风机基础环的动态监测***；
在风电机组运行前，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器以及电阻应变片测量得到的数据，得到一个初始状态的测量值，并将该测量值作为初始基准值传输至数据处理终端；
在风电机组开始运行后，通过单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，并将测量得到的数据通过数据采集模块传输至数据处理终端；
数据处理终端根据接收到的初始基准值以及单轴倾角传感器、激光位移传感器和电阻应变片实时采集测量得到的数据，计算得到该风机的基础环在测点处的相对竖向位移和动态弹性变形。
9.根据权利要求8所述的风机基础环的动态监测方法，其特征在于，通过如下的公式计算得到风机的基础环在测点处的相对竖向位移：
di＝Licosθi-(εi-ε0)H-L0cosθ0；
其中，di为时刻i时的风机基础环在测点处的相对竖向位移，L0为在风电机组运行前激光位移传感器测量得到的距离值，ε0为在风电机组运行前电阻应变片测量得到的应变值，θ0为在风电机组运行前单轴倾角传感器测量得到的倾角值，Li为在风电机组开始运行后的时刻i时激光位移传感器测量得到的距离值，εi为在风电机组开始运行后的时刻i时电阻应变片测量得到的应变值，θi为在风电机组开始运行后的时刻i时单轴倾角传感器测量得到的倾角值，H为风机的基础环的总高度。
10.根据权利要求8所述的风机基础环的动态监测方法，其特征在于，该方法还包括：
当数据处理终端计算得到的相对竖向位移大于预设的位移阈值时，进行报警。
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