一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)及方法技術(shù)方案

本發(fā)明專利技術(shù)提供一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)，包括多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)和PC機(jī)系統(tǒng)。每個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)包括若干個(gè)安裝在塔筒內(nèi)壁同一水平面上的無(wú)線終端測(cè)量裝置，所述無(wú)線終端測(cè)量裝置用于測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)，多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)沿塔筒高度方向依次分布；PC機(jī)系統(tǒng)，與各無(wú)線終端測(cè)量裝置通過(guò)無(wú)線傳輸連接，用于對(duì)所有無(wú)線終端測(cè)量裝置的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，得出整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值。本發(fā)明專利技術(shù)還提供了進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組塔筒整體載荷測(cè)量的方法。本發(fā)明專利技術(shù)解決了在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)塔筒整體載荷無(wú)法測(cè)量的問(wèn)題，簡(jiǎn)單可靠，便于推廣。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及風(fēng)電
，特別是涉及。
技術(shù)介紹
近年來(lái)隨著風(fēng)力發(fā)電不斷地發(fā)展，風(fēng)電場(chǎng)裝機(jī)容量逐年上升，風(fēng)力發(fā)電所占的比例越來(lái)越大，已逐漸成為了一種常規(guī)能源。隨著對(duì)風(fēng)電機(jī)組性能要求越來(lái)越高，作為支撐整個(gè)機(jī)組的重要基礎(chǔ)，風(fēng)電機(jī)組的塔筒在設(shè)計(jì)時(shí)的載荷計(jì)算也愈發(fā)重要。眾所周知，塔筒即由鋼材料構(gòu)成的一個(gè)圓形筒狀結(jié)構(gòu)，因此在相同材料和結(jié)構(gòu)條件下，塔筒壁厚度越厚，采用的鋼材料越多，其載荷等級(jí)就越高，但其成本也會(huì)急劇增加。因此，塔筒設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，是要通過(guò)理論計(jì)算以及仿真和試驗(yàn)，在獲得足夠載荷要求的前提下，盡量減少鋼材料的使用，以達(dá)到保證安全的前提下盡量減小成本。 在現(xiàn)行的塔筒設(shè)計(jì)中，由于受其尺寸等客觀條件的影響，其載荷測(cè)試多采用理論計(jì)算和仿真為主，然后再針對(duì)分節(jié)的塔筒部件進(jìn)行模擬測(cè)試。對(duì)于塔筒整體的測(cè)試，尤其是在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)塔筒整體載荷的測(cè)試，到目前仍未見(jiàn)相關(guān)的報(bào)道。然而，作為復(fù)雜控制系統(tǒng)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的基礎(chǔ)性支撐部件，塔筒的整體載荷測(cè)試顯得尤為重要，尤其是在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)剛吊裝完成或運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間的風(fēng)電機(jī)組塔筒進(jìn)行載荷測(cè)試，將為風(fēng)電機(jī)組的進(jìn)一步優(yōu)化提供可靠的試驗(yàn)依據(jù)。由此可見(jiàn)，現(xiàn)有的風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量技術(shù)，仍存在有不足和缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。如何實(shí)現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)塔筒整體載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，實(shí)屬當(dāng)前業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供，以實(shí)現(xiàn)在風(fēng)電場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)塔筒整體載荷進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量，從而克服現(xiàn)有的塔筒載荷測(cè)量采用理論計(jì)算和仿真模擬的不足。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)，包括多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)，每個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)包括若干個(gè)安裝在塔筒內(nèi)壁同一水平面上的無(wú)線終端測(cè)量裝置，所述無(wú)線終端測(cè)量裝置用于測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)，多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)沿塔筒高度方向依次分布；PC機(jī)系統(tǒng)，與各無(wú)線終端測(cè)量裝置通過(guò)無(wú)線傳輸連接，用于對(duì)所有無(wú)線終端測(cè)量裝置的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，得出整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述無(wú)線終端測(cè)量裝置包括應(yīng)力傳感器，用于完成應(yīng)力信號(hào)采集，將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；應(yīng)力處理電路，用于對(duì)應(yīng)力電信號(hào)進(jìn)行采集、濾波和數(shù)字化處理；單片機(jī)系統(tǒng)，用于對(duì)數(shù)字化處理之后的應(yīng)力信號(hào)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算、數(shù)據(jù)處理得到應(yīng)力數(shù)據(jù)，并完成整個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置的邏輯控制；無(wú)線收發(fā)模塊，用于將經(jīng)單片機(jī)系統(tǒng)計(jì)算、處理得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線發(fā)送出去。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述應(yīng)力傳感器采用測(cè)量精度較高的全橋式應(yīng)力片連接方式。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述單片機(jī)系統(tǒng)包括應(yīng)力計(jì)算模塊，用于對(duì)數(shù)字化處理之后的應(yīng)力信號(hào)進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算，得到應(yīng)力數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊，用于對(duì)應(yīng)力計(jì)算模塊得到的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到處理后的應(yīng)力數(shù)據(jù)；電池模塊，用于無(wú)線終端測(cè)量裝置的能量供應(yīng)；邏輯控制模塊，用于控制電池模塊和控制處理后的應(yīng)力數(shù)據(jù)的發(fā)送。作為進(jìn)一步的改進(jìn),所述無(wú)線收發(fā)模塊由Zigbee模塊構(gòu)成。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述無(wú)線終端測(cè)量裝置通過(guò)在其底部配備的永久性磁鐵安裝在塔筒內(nèi)壁上。 作為進(jìn)一步的改進(jìn)，所述在塔筒內(nèi)壁同一水平面上的若干個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置均勻分布。此外，本專利技術(shù)還提供了一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量方法，包括以下步驟:A、分別測(cè)量風(fēng)電機(jī)組塔筒不同高度第i個(gè)位置上設(shè)置的j個(gè)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)σ u，i取I n之間的自然數(shù)，η彡2，j取I m之間的自然數(shù)，m彡4 ;B、將所有測(cè)得的應(yīng)力數(shù)據(jù)(σ η、σ 12. . . σ lm) . . . ( ση1> On2. .. Onm)通過(guò)無(wú)線發(fā)送給PC機(jī)系統(tǒng)；C、PC機(jī)系統(tǒng)對(duì)所有測(cè)得的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，得出整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟A中所述應(yīng)力數(shù)據(jù)σ υ，是由測(cè)量位置的應(yīng)力信號(hào)在轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后，經(jīng)濾波及數(shù)字化處理后計(jì)算分析得到的。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟B中所述無(wú)線發(fā)送由Zigbee無(wú)線通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)。作為進(jìn)一步的改進(jìn)，步驟C中所述整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值的計(jì)算公式為應(yīng)力最大值σmax=max { ( σ η, σ 12· · · σ lm) · · · ( σ η1, σ . σ J } j e=f7 j J= ^應(yīng)力平均值:CTave= —S η /=1 J=I由于采用上述技術(shù)方案，本專利技術(shù)至少具有以下優(yōu)點(diǎn)(I)通過(guò)沿塔筒高度方向依次分布多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)風(fēng)電機(jī)組塔筒整體載荷的測(cè)量；(2)采用無(wú)線傳輸數(shù)據(jù)的方式，減少了塔筒內(nèi)長(zhǎng)距離線路安裝的工作量；(3)無(wú)線終端裝置采用電池供電，解決了塔筒內(nèi)難以供電的問(wèn)題；(4)無(wú)線終端裝置底部配備永久性磁鐵，可直接吸附在塔筒內(nèi)壁，減少了設(shè)備安裝的工作量；(5)本專利技術(shù)無(wú)需對(duì)風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何改造，也無(wú)需與風(fēng)電機(jī)組進(jìn)行任何信息通訊，設(shè)備簡(jiǎn)單可靠，拆裝容易，便于推廣。附圖說(shuō)明上述僅是本專利技術(shù)技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本專利技術(shù)的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖I是無(wú)線終端測(cè)量裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是測(cè)量子系統(tǒng)在風(fēng)電機(jī)組塔筒中的安裝示意圖。圖3是本專利技術(shù)風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式本專利技術(shù)的一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)，包括沿塔筒高度方向依次分布的多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)，每個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)包括若干個(gè)安裝在塔筒內(nèi)壁同一水平面上的無(wú)線終端測(cè)量裝置；PC機(jī)系統(tǒng)，與各無(wú)線終端測(cè)量裝置通過(guò)無(wú)線傳輸連接，用于對(duì)所有無(wú)線終端測(cè)量裝置的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，得出整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值。其中，如圖I所示，無(wú)線終端測(cè)量裝置包括應(yīng)力傳感器、應(yīng)力處理電路、單片機(jī)系統(tǒng)和無(wú)線收發(fā)模塊。應(yīng)力傳感器由應(yīng)力片構(gòu)成，將風(fēng)電機(jī)組塔筒的應(yīng)力信號(hào)轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的電信號(hào)。為了測(cè)量精度，應(yīng)力片可以采用通用的全橋式連接方式。同時(shí)應(yīng)盡量選擇風(fēng)小的時(shí) 候，停機(jī)狀態(tài)下安裝應(yīng)力傳感器，以減小風(fēng)對(duì)塔筒載荷的影響。應(yīng)力處理電路將應(yīng)力傳感器測(cè)量的電信號(hào)進(jìn)行采集、濾波和數(shù)字化處理，便于后續(xù)單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)算和處理。單片機(jī)系統(tǒng)是由單片機(jī)組成的嵌入式系統(tǒng)，內(nèi)置應(yīng)力計(jì)算模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、邏輯控制模塊，并且由電池模塊進(jìn)行供電。應(yīng)力計(jì)算模塊對(duì)應(yīng)力處理電路處理的應(yīng)力信號(hào)進(jìn)行計(jì)算，得到應(yīng)力數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊對(duì)應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，得到處理后的應(yīng)力數(shù)據(jù)σ，然后在邏輯控制模塊的控制下，將數(shù)據(jù)發(fā)送給后續(xù)的無(wú)線收發(fā)模塊。單片機(jī)系統(tǒng)的電池模塊由邏輯控制模塊進(jìn)行管理，當(dāng)系統(tǒng)未進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量時(shí)，邏輯控制模塊控制電池模塊進(jìn)行休眠，減少電能消耗，以延長(zhǎng)測(cè)量工作時(shí)間。無(wú)線收發(fā)模塊可采用便于無(wú)線組網(wǎng)的Zigbee模塊實(shí)現(xiàn)。由于Zigbee無(wú)線通訊協(xié)議可以將每個(gè)模塊都設(shè)置成為終端設(shè)備或者路由設(shè)備，因此便于實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳感網(wǎng)絡(luò)的建立。本專利技術(shù)中的無(wú)線終端測(cè)量裝置，均采用設(shè)置為終端的Zigbee模塊。每個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置底部配備永久性磁鐵，可直接吸附安裝于塔筒內(nèi)壁。安裝時(shí)，無(wú)線終端測(cè)量裝置在塔筒內(nèi)壁均勻分布，且在同一水平面上。如圖2所示，圖中Sn、Si2、Si3、Si4為吸附安裝于塔筒第i個(gè)位置上的4個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置，測(cè)量時(shí)，4個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，得到應(yīng)力數(shù)據(jù)σ η、σ i2、σ i3、σ i4。若干個(gè)無(wú)線終端測(cè)量裝置組成一個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)，如圖3所示，以4個(gè)為例，位于塔筒內(nèi)不同高度的η個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)(Sn、S12, S13、S14) . . . (Snl、Sn2, Sn3> Sn4)，將實(shí)時(shí)測(cè)本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種風(fēng)電機(jī)組塔筒載荷測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于，包括：多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)，每個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)包括若干個(gè)安裝在塔筒內(nèi)壁同一水平面上的無(wú)線終端測(cè)量裝置，所述無(wú)線終端測(cè)量裝置用于測(cè)量相應(yīng)點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)，多個(gè)測(cè)量子系統(tǒng)沿塔筒高度方向依次分布；PC機(jī)系統(tǒng)，與各無(wú)線終端測(cè)量裝置通過(guò)無(wú)線傳輸連接，用于對(duì)所有無(wú)線終端測(cè)量裝置的應(yīng)力數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和統(tǒng)計(jì)分析，得出整個(gè)塔筒的載荷數(shù)值。

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：汪正軍，紀(jì)國(guó)瑞，潘磊，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：