CN204313881U - 风机塔筒安全运行监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及塔筒状态监测装置技术领域，是一种风机塔筒安全运行监测装置，其包括塔筒本体、声波检测列、振动监测列、应变传感器、温度传感器、数据转换模块和数据处理器；塔筒本体包括至少两段由上至下依次分布的塔筒段，任意两相邻的塔筒段均通过法兰盘固定安装在一起；每段塔筒段均有上下贯通的内孔且所有内孔均相通并形成通径孔，其使用方法为：第一步，将数据处理器通过数据线与监测中心的服务器电连接在一起。本实用新型能实现对塔筒本体使用过程的实时监测，及时发现或预防其可能出现的螺栓断裂或形变，有效避免立柱不稳或倒塌事故的发生，为业主降低经济损失的风险。

Description

风机塔筒安全运行监测装置

技术领域

本实用新型涉及塔筒状态监测装置技术领域，是一种风机塔筒安全运行监测装置。

背景技术

风力发电是将风机架设在几十米高的塔架上，而塔架往往安装在风力资源丰富的偏远郊野，其运行环境恶劣，难以用常规巡视手段监测。风力发电塔筒属于自立式高耸结构，风载荷通常是引起结构侧向位移和振动的主要因素，由分析可知塔筒除了自身的重力外，还要受到风轮和机舱的重力作用以及作用在塔身上的风载荷，另外还要受到通过风轮作用在塔筒顶端的气动载荷、偏转力、陀螺力和陀螺力距等。目前风机塔架往往在安装试运行后基本任其自然，而未架设任何监测设备，由此无法对塔架的运行实现有效监测，这对风机的运行存在潜在的威胁，严重时会造成倒塌事故，给业主造成很大的经济损失。

发明内容

本实用新型提供了一种风机塔筒安全运行监测装置，克服了上述现有技术之不足，其能有效解决现有风机塔架在安装试运行后任其自然，存在无法有效监测、严重时会造成倒塌事故的问题。

本实用新型的技术方案是通过以下措施来实现的：一种风机塔筒安全运行监测装置，包括塔筒本体、声波检测列、振动监测列、应变传感器、温度传感器、数据转换模块和数据处理器；塔筒本体包括至少两段由上至下依次分布的塔筒段，任意两相邻的塔筒段均通过法兰盘固定安装在一起；每段塔筒段均有上下贯通的内孔且所有内孔均相通并形成通径孔；对应每个法兰盘位置的通径孔内侧均沿圆周均布有至少三个应变传感器；通径孔内侧沿圆周分别固定有两列声波检测列和两列振动监测列；一列声波监测列包括至少三个间隔分布的声波传感器，另一列声波监测列包括至少一个声波传感器；一列振动监测列包括至少三个间隔分布的振动监测传感器，另一列振动监测列包括至少一个振动监测传感器；通径孔内侧的上部和下部均固定安装有温度传感器；每个声波传感器、振动监测传感器和应变传感器的输出端上均电连接有一个数据转换模块，每个数据转换模块的输出端和每个温度传感器的输出端均与数据处理器的各个对应端口电连接在一起，数据处理器上固定有能交换数据的通信接口。

下面是对上述实用新型技术方案的进一步优化或/和改进：

上述对应每个法兰盘位置的通径孔内侧均可沿圆周均布有四个应变传感器。

上述数据转换模块可包括信号调理电路和模数转换电路，信号调理电路的输出端和模数转换电路的输入端电连接在一起，声波传感器、振动监测传感器和应变传感器的各个输出端分别与对应的各个信号调理电路的输入端电连接在一起，模数转换电路的输出端与数据处理器电连接在一起。

上述还可包括报警装置，报警装置的输入端与数据处理器电连接在一起

本实用新型结构合理而紧凑，使用方便，其通过声波传感器、振动监测传感器、应变传感器、温度传感器和数据处理器的组合，并通过数据线建立监测中心与数据处理器之间的数据信号交换，使监测中心可根据所得数据进行实况模拟，并进行相应的数据分析，即可判断塔筒本体的相应情况，实现对塔筒本体的实时监测和故障预警；从而实现对塔筒本体使用过程的实时监测，及时发现或预防其可能出现的螺栓断裂或形变等情况，有效避免立柱不稳或倒塌事故的发生，为业主降低经济损失的风险。

附图说明

附图1为本实用新型实施例一的主视剖视结构示意图。

附图2为本实用新型实施例一的电路框图。

附图3为本实用新型实施例三的流程图。

附图中的编码分别为：1为应变传感器，2为温度传感器，3为模数转换电路，4为数据处理器，5为塔筒段，6为法兰盘，7为通径孔，8为声波传感器，9为振动监测传感器，10为报警装置，11为信号调理电路。

具体实施方式

本实用新型不受下述实施例的限制，可根据本实用新型的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。

在本实用新型中，为了便于描述，各部件的相对位置关系的描述均是根据说明书附图1的布图方式来进行描述的，如：前、后、上、下、左、右等的位置关系是依据说明书附图1的布图方向来确定的。

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步描述：

如附图1、2所示，该风机塔筒安全运行监测装置包括塔筒本体、声波检测列、振动监测列、应变传感器1、温度传感器2、数据转换模块和数据处理器4；塔筒本体包括至少两段由上至下依次分布的塔筒段5，任意两相邻的塔筒段5均通过法兰盘6固定安装在一起；每段塔筒段5均有上下贯通的内孔且所有内孔均相通并形成通径孔7；对应每个法兰盘6位置的通径孔7内侧均沿圆周均布有至少三个应变传感器1；通径孔7内侧沿圆周分别固定有两列声波检测列和两列振动监测列；一列声波监测列包括至少三个间隔分布的声波传感器8，另一列声波监测列包括至少一个声波传感器8；一列振动监测列包括至少三个间隔分布的振动监测传感器9，另一列振动监测列包括至少一个振动监测传感器9；通径孔7内侧的上部和下部均固定安装有温度传感器2；每个声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的输出端上均电连接有一个数据转换模块，每个数据转换模块的输出端和每个温度传感器2的输出端均与数据处理器4的各个对应端口电连接在一起，数据处理器4上固定有能交换数据的通信接口。根据需求，声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1、温度传感器2和数据处理器4均可采用现有公知技术。在使用时，可通过将数据线一端接入通信接口，另一端接入监测中心的服务器，由此可建立监测中心与数据处理器4之间的数据信号交换，通过监测中心可对数据处理器4进行调试和设定，且当声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1和温度传感器2监测到数据后可将数据直接或通过数据转换模块发送至数据处理器4，然后由数据处理器4处理后转发至监测中心，此时，监测中心可根据所得数据进行实况模拟，并进行相应的数据分析，即可判断塔筒本体的相应情况，实现对塔筒本体的实时监测和故障预警；这样可实现对塔筒本体使用过程的实时监测，及时发现或预防其可能出现的螺栓断裂或形变等情况，有效避免立柱不稳或倒塌事故的发生，为业主降低经济损失的风险。

可根据实际需要，对上述能风机塔筒安全运行监测装置作进一步优化或/和改进：

如附图1、2所示，对应每个法兰盘6位置的通径孔7内侧均沿圆周均布有四个应变传感器1。

如附图1、2所示，数据转换模块包括信号调理电路11和模数转换电路3，信号调理电路11的输出端和模数转换电路3的输入端电连接在一起，声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的各个输出端分别与对应的各个信号调理电路11的输入端电连接在一起，模数转换电路3的输出端与数据处理器4电连接在一起。根据需求，信号调理电路11和模数转换电路3均可采用现有公知技术；信号调理电路11可用于放大、滤波所测信号；模数转换电路3可将所得的模拟信号变换为数字信号，发送给数据处理器4。

如附图1、2所示，还包括报警装置10，报警装置10的输入端与数据处理器4电连接在一起。在使用时，可在数据处理器4内设定声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1和温度传感器2所监测数据的合理范围，当其监测的数据超出对应的合理范围时，则向报警装置10发出警示信号。

上述实施例的风机塔筒安全运行监测装置的使用方法，包括如下步骤：第一步，将数据处理器4通过数据线与监测中心的服务器电连接在一起，并接通声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1、温度传感器2、数据转换模块和数据处理器4的电源后，其均自行完成初始化和自检；

第二步，声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1和温度传感器2开始数据采集；同时数据处理器4读取温度传感器2检测的数据，并对其数据是否在预设的正常范围内进行判断，当其检测数据不在正常范围内时，则重新进行温度传感器2检测数据的读取，当其检测数据不在正常范围内的判断超过三次时，则由数据处理器4向监测中心发出预警信号，等待人工恢复；当其检测数据在正常范围内时，则进入下一步；

第三步，通过数据转换模块将声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1采集的数据分别转化为声波信号、振动信号和应变信号；同时数据处理器4根据其接收到的温度传感器2的检测数据进行声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的阈值确定程序；阈值确定程序具体为：数据处理器4将温度传感器2的检测数据与预先存储在其内的阈值选取数据中的温度范围进行比较，然后得出在对应的温度值下，声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的合理阈值，然后进入下一步；

第四步，数据处理器4将其接收到的振动信号和应变信号与经过阈值确定程序得出的声振动监测传感器9和应变传感器1的合理阈值分别进行比较，当振动信号和应变信号均在其合理阈值内时，则返回第二步；当振动信号或/和应变信号不在其合理阈值内时，则向监测中心发出预警信号，并进入下一步；

第五步，由数据处理器4根据不在合理阈值内的振动信号或/和应变信号分别计算出对应的振动故障定位区域或/和应变故障定位区域，同时由数据处理器4将其接收到的声波信号与经过阈值确定程序得出的声波传感器8的合理阈值进行比较；

当声波信号不在其合理阈值内时，则由数据处理器4根据其检测信号计算出对应的声波故障定位区域，并联合振动故障定位区域或/和应变故障定位区域取其交集作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且振动信号也在其合理阈值内时，则应变故障定位区域作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且应变信号也在其合理阈值内时，则振动故障定位区域作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且振动信号和应变信号均不在其合理阈值内时，则取振动故障定位区域和应变故障定位区域的交集作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步。

如附图3所示，上述实施例的风机塔筒安全运行监测装置的使用方法，包括如下步骤：

第一步，将数据处理器4通过数据线与监测中心的服务器电连接在一起，并接通声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1、温度传感器2、信号调理电路11和模数转换电路3和数据处理器4的电源后，其均自行完成初始化和自检；

第二步，声波传感器8、振动监测传感器9、应变传感器1和温度传感器2开始数据采集；同时数据处理器4读取温度传感器2检测的数据，并对其数据是否在预设的正常范围内进行判断，当其检测数据不在正常范围内时，则重新进行温度传感器2检测数据的读取，当其检测数据不在正常范围内的判断超过三次时，则由数据处理器4向监测中心和报警装置10发出预警信号，等待人工恢复；当其检测数据在正常范围内时，则进入下一步；

第三步，通过信号调理电路11和模数转换电路3将声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1采集的数据分别转化为声波信号、振动信号和应变信号；同时数据处理器4根据其接收到的温度传感器2的检测数据进行声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的阈值确定程序；阈值确定程序具体为：数据处理器4将温度传感器2的检测数据与预先存储在其内的阈值选取数据中的温度范围进行比较，然后得出在对应的温度值下，声波传感器8、振动监测传感器9和应变传感器1的合理阈值，然后进入下一步；

第四步，数据处理器4将其接收到的振动信号和应变信号与经过阈值确定程序得出的声振动监测传感器9和应变传感器1的合理阈值分别进行比较，当振动信号和应变信号均在其合理阈值内时，则返回第二步；当振动信号或/和应变信号不在其合理阈值内时，则向监测中心和报警装置10发出预警信号，并进入下一步；

第五步，由数据处理器4根据不在合理阈值内的振动信号或/和应变信号分别计算出对应的振动故障定位区域或/和应变故障定位区域，同时由数据处理器4将其接收到的声波信号与经过阈值确定程序得出的声波传感器8的合理阈值进行比较；

当声波信号不在其合理阈值内时，则由数据处理器4根据其检测信号计算出对应的声波故障定位区域，并联合振动故障定位区域或/和应变故障定位区域取其交集作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且振动信号也在其合理阈值内时，则应变故障定位区域作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且应变信号也在其合理阈值内时，则振动故障定位区域作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步；

若声波信号在其合理阈值内，且振动信号和应变信号均不在其合理阈值内时，则取振动故障定位区域和应变故障定位区域的交集作为故障定位结果，然后存储相关数据，同时返回第二步。在使用时，数据处理器4也可通过无线方式与监测中心的服务器电连接在一起，当其采用无线方式时，可在数据处理器4上电连接一个现有公知的无线信号收发模块；当未安装报警装置10时，可只向监测中心发出预警信号。根据需求，由数据处理器4根据不在合理阈值内的声波信号、振动信号和应变信号分别计算出对应的声波故障定位区域、振动故障定位区域和应变故障定位区域为现有公知技术。

以上技术特征构成了本实用新型的实施例，其具有较强的适应性和实施效果，可根据实际需要增减非必要的技术特征，来满足不同情况的需求。

Claims (5)

1.一种风机塔筒安全运行监测装置，其特征在于包括塔筒本体、声波检测列、振动监测列、应变传感器、温度传感器、数据转换模块和数据处理器；塔筒本体包括至少两段由上至下依次分布的塔筒段，任意两相邻的塔筒段均通过法兰盘固定安装在一起；每段塔筒段均有上下贯通的内孔且所有内孔均相通并形成通径孔；对应每个法兰盘位置的通径孔内侧均沿圆周均布有至少三个应变传感器；通径孔内侧沿圆周分别固定有两列声波检测列和两列振动监测列；一列声波监测列包括至少三个间隔分布的声波传感器，另一列声波监测列包括至少一个声波传感器；一列振动监测列包括至少三个间隔分布的振动监测传感器，另一列振动监测列包括至少一个振动监测传感器；通径孔内侧的上部和下部均固定安装有温度传感器；每个声波传感器、振动监测传感器和应变传感器的输出端上均电连接有一个数据转换模块，每个数据转换模块的输出端和每个温度传感器的输出端均与数据处理器的各个对应端口电连接在一起，数据处理器上固定有能交换数据的通信接口。

2.根据权利要求1所述的风机塔筒安全运行监测装置，其特征在于对应每个法兰盘位置的通径孔内侧均沿圆周均布有四个应变传感器。

3.根据权利要求1或2所述的风机塔筒安全运行监测装置，其特征在于数据转换模块包括信号调理电路和模数转换电路，信号调理电路的输出端和模数转换电路的输入端电连接在一起，声波传感器、振动监测传感器和应变传感器的各个输出端分别与对应的各个信号调理电路的输入端电连接在一起，模数转换电路的输出端与数据处理器电连接在一起。

4.根据权利要求1或2所述的风机塔筒安全运行监测装置，其特征在于还包括报警装置，报警装置的输入端与数据处理器电连接在一起。

5.根据权利要求3所述的风机塔筒安全运行监测装置，其特征在于还包括报警装置，报警装置的输入端与数据处理器电连接在一起。