一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法与流程

1.本技术涉及风电技术领域，特别是涉及一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法。


背景技术：

2.本部分的陈述仅仅是提到了与本技术相关的背景技术，并不必然构成现有技术。
3.现有风电机组螺栓松动监测手段，通常采用超声、力环、应变片、光栅等方式，在经济性、工程性的限制下，均无法对数量众多的螺栓进行轴力监测，导致监测的应用意义大打折扣。
4.现有的超声波监测方式，系统发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差与螺栓的变形量的关系，最终由系统依据公式可得到当前状态下的螺栓的预紧力。现有的加速度传感器测量方式，加装加速度传感器，根据加速度传感器的信号一致性，测量出法兰间隙变化、振动异常，进而发现部分螺栓松动或焊缝开裂情况，对叶片螺栓测量效果较差。现有的应变片测量方式，将预埋应变片在螺栓内部、加应变片在螺栓下面、贴应变片在表面，螺栓受力变形，应变片的敏感栅随之变形，产生电阻值变化，需要改变螺栓机理结构。
5.现有螺栓监测技术存在的问题如下：
6.(1)监测成本高：现有螺栓轴力监测技术，一般需要对所监测的螺栓增加传感器部分，使得对多螺栓的监测成本大幅增加；
7.(2)工程实施复杂：对于每一根使用接触式的螺栓轴力监测技术的螺栓，都需要使用导线或者无线的方式，甚至需要现场标定，导致现场施工复杂、工程成本大幅增加；
8.(3)改变螺栓连接结构：某些螺栓监测技术，如：应变片、光栅、力环的方式，会改变或损坏螺栓连接结构，使得螺栓监测的必要性大幅降低；
9.(4)监测螺栓的数量不足：由于监测成本的限制，接触式螺栓监测技术只能对螺栓进行抽样监测，无法做到对螺栓群中大部分螺栓进行监测，导致监测的意义大幅降低。


技术实现要素：

10.为了解决现有技术的不足，本技术提供了一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法，安装方便，当螺栓发生松动等问题时，可及时发出报警提示，提醒工作人员检修，从而消除安全隐患，减少运维人工成本。
11.第一方面，本技术提供了一种风力发电机组螺栓松动监测装置；
12.一种风力发电机组螺栓松动监测装置，包括磁铁组件、场角度测量组件和结构固定件；
13.所述结构固定件沿高度方向的一端套设于螺母；
14.所述结构固定件的内部为中空结构，所述磁铁组件水平设置于所述结构固定件的内部且位于螺栓的尾端，所述磁铁组件的n-s极方向沿螺栓径向设置；
15.所述场角度测量组件设置于所述结构固定件内部且位于所述磁铁组件的上方。
16.进一步的，还包括变送器；所述场角度测量组件与所述变送器通信，所述变送器与系统主机通信。
17.进一步的，还包括供电模块和微动开关；所述供电模块与所述微动开关电连接，所述微动开关与所述磁场角度测量组件电连接。
18.进一步的，所述结构固定件的内部设置有磁铁组件和场角度测量组件的容置空间，所述结构固定件的下端开设有安装孔，所述安装孔的形状大小与螺母的水平截面的形状大小匹配。
19.第二方面，本技术提供了一种风力发电机组螺栓松动监测方法；
20.一种风力发电机组螺栓松动监测方法，包括如下步骤：
21.获取采样开始信号，进行磁场角度采样；对采集的数据依次进行数据滤波和卡尔曼滤波；
22.发出通讯信号，通过变送器将测量结果数据发送至系统主机；
23.获取采样结束信号，进入休眠状态。
24.进一步的，还包括：
25.获取安装信号和拆卸信号，记录间隔时间以监测定期维检螺栓紧固人员是否按期维检及维检时间。
26.进一步的，采样频率为50hz，采样点数大于100点。
27.对采样的数据进行数据滤波的具体步骤为：
28.连续取n个采样值作为一个队列，队列长度固定为n，将采样获得的一个新数据放入队尾并提出队尾的数据；
29.将队列中的n个数据进行算术平均运算，获取新的滤波结果。
30.进一步的，n为4～12。
31.进一步的，所述场角度测量组件的启动间隔大于1小时。
32.与现有技术相比，本技术的有益效果是：
33.1、安装方便，当螺栓发生松动等问题时，可及时发出报警提示，提醒工作人员检修，从而消除安全隐患，减少运维人工成本；
34.2、内置微动开关，可以自动记录传感器被从螺栓上拿下到重新安装就位的动作过程，记录时间及次数，辅助监控定期维检螺栓紧固人员是否按期维检及维检时间；
35.3、针对旋转型螺栓松动状态，监测螺母反旋角度，属于主动防护措施，能够实时监测固定螺栓的工作状态，当螺栓发生松动时，及时发出报警提示；实现了进口高精度测量组件国产化，确保设备的抗干扰性及长期稳定性的同时，成本降低80％，解决了螺栓松动监测价格昂贵的问题；
36.4、价格低廉、测量准确可靠；无需布线，即插即用，无线通讯，无损安装；内置电源，连续使用8年以上。
附图说明
37.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本技术的进一步理解，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
38.图1为本技术实施例提供的结构示意图；
39.图2为本技术实施例提供的流程示意图；
40.其中，1、螺栓；2、螺母；3、结构固定件；4、磁铁组件；5、场角度测量组件。
具体实施方式
41.应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本技术提供进一步的说明。除非另有指明，本技术使用的所有技术和科学术语具有与本技术所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
42.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
43.在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
44.实施例一
45.接下来，结合图1对本实施例公开的一种风力发电机组螺栓松动监测装置进行详细说明。
46.本实施例提供了一种风力发电机组螺栓松动监测装置，包括磁铁组件4、场角度测量组件5、结构固定件3、变送器、供电模块和微动开关。
47.螺母2穿过螺柱沿长度方向的一端，与螺栓1螺纹连接。结构固定件3为六棱柱结构，结构固定件3的内部为中空结构，开设有磁铁组件4、场角度测量组件5、螺母2和螺栓1的容置空间，结构固定件3的沿高度方向的底端开设有安装孔，安装孔与螺母2沿水平方向的截面匹配。结构固定件3通过安装孔安装于螺母2；磁铁组件4水平安装于结构固定件3的内部、位于螺栓1的尾端，磁铁组件4的n-s极方向沿螺栓1径向设置；场角度测量组件5安装于结构固定件3内部、位于磁铁组件4的上方。
48.场角度测量组件5与变送器通过信号线通信连接，变送器与系统主机无线通信连接，供电模块与微动开关电连接，微动开关与磁场角度测量组件5电连接且设置于磁场角度测量组件5。
49.本实施例中，磁铁组件4由高强度钕磁铁制成，场角度测量组件5为kmt32b磁场角度测量芯片，变送器采集kmt32b磁场角度测量芯片测量的磁场强度数据，通过无线或rs485形式上传数据至系统主机。
50.风力发电机组螺栓松动监测装置的工作方式如下：
51.将结构固定件3通过安装孔卡接于螺母2，当螺母2发生松动时，磁铁组件4和场角度测量组件5的相对位置发生变化，场角度测量组件5采集的磁场强度数据发生变化，系统主机监测到磁场强度数据发生变化时且超出磁场强度数据变化阈值时，发出螺栓1松动报警。
52.通过微动开关自动记录场角度测量组件5被从螺栓1上拿下到重新安装就位的动作过程，记录时间及次数，辅助监控定期维检螺栓1紧固人员是否按期维检及维检时间。
53.本实施例提供的风力发电机组螺栓松动监测装置，针对旋转型螺栓1松动状态，监测螺母2反旋角度，属于主动防护措施，能够实时监测固定螺栓1的工作状态，当螺栓1发生松动时，及时发出报警提示。
54.实施例二
55.结合图2，本实施例公开了一种基于风力发电机组螺栓1松动监测装置的风力发电机组螺栓1松动监测方法，包括如下步骤：
56.s1、场角度测量组件5启动，进行磁场角度采样；对采集的数据依次进行数据滤波和卡尔曼滤波，通过数据滤波消除周期性干扰，通过卡尔曼滤波对数据进行修正；具体的，场角度测量组件5为电池供电，需降低功耗，将场角度测量组件5设置为定时模式，定时》1小时唤醒一次，电池为场角度测量组件5供电，场角度测量组件5启动。由于风力发电机组内部存在干扰磁场，在做好磁场屏蔽的同时，需要对采样进行优化，采样频率取50hz，采样点数》1000点。
57.对采集的数据进行数据滤波的具体步骤为：
58.连续取n个采样值作为一个队列，队列长度固定为n，将采样获得的一个新数据放入队尾并提出队尾的数据；
59.将队列中的n个数据进行算术平均运算，获取新的滤波结果；其中，n为4～12。
60.在本实施例中，场角度测量组件5连续采样10次再执行步骤s2。
61.s2、发出通讯信号，通过变送器将测量结果数据发送至系统主机；具体的，场角度测量组件5发出通讯信号至变送器，唤醒变送器的通讯功能，通过变送器将测量结果数据发送至系统主机。
62.s3、获取采样结束信号，进入休眠状态，等待下一次唤醒；其中，场角度测量组件5为定时模式，工作时长结束，场角度测量组件5关闭，电池不再为场角度测量组件5供电，场角度测量组件5进入休眠状态。
63.在一些实施例中，还包括获取安装信号和拆卸信号，记录间隔时间以监测定期维检螺栓1紧固人员是否按期维检及维检时间。具体的，通过微动开关记录场角度测量组件5被从螺栓1上拿下到重新安装就位的动作过程，记录时间及次数，辅助监控定期维检螺栓1紧固人员是否按期维检及维检时间；当场角度测量组件5从螺栓1上拿下时，微动开关失去受力，记录拆卸信号；当场角度测量组件安装于螺栓1时，微动开关受力，记录安装信号。
64.在一些实施例中，系统主机接收测量结果数据并与预设的正常范围的磁场强度数据比较，若超出正常范围，则发出螺栓松动的报警提示。
65.上述实施例中对各个实施例的描述各有侧重，某个实施例中没有详述的部分可以参见其他实施例的相关描述。
66.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。

技术特征：
1.一种风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征是，包括磁铁组件、场角度测量组件和结构固定件；所述结构固定件沿高度方向的一端套设于螺母；所述结构固定件的内部为中空结构，所述磁铁组件水平设置于所述结构固定件的内部且位于螺栓的尾端，所述磁铁组件的n-s极方向沿螺栓径向设置；所述场角度测量组件设置于所述结构固定件内部且位于所述磁铁组件的上方。2.如权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征是，还包括变送器；所述场角度测量组件与所述变送器通信，所述变送器与系统主机通信。3.如权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征是，还包括供电模块和微动开关；所述供电模块与所述微动开关电连接，所述微动开关与所述磁场角度测量组件电连接。4.如权利要求1所述的风力发电机组螺栓松动监测装置，其特征是，所述结构固定件的内部设置有磁铁组件和场角度测量组件的容置空间，所述结构固定件的下端开设有安装孔，所述安装孔的形状大小与螺母的水平截面的形状大小匹配。5.一种基于权利要求1-4任一项所述的风力发电机组螺栓松动监测装置的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，包括如下步骤：场角度测量组件启动，进行磁场角度采样；对采集的数据依次进行数据滤波和卡尔曼滤波；发出通讯信号，通过变送器将测量结果数据发送至系统主机；获取采样结束信号，进入休眠状态。6.如权利要求5所述的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，还包括：获取安装信号和拆卸信号，记录间隔时间以监测定期维检螺栓紧固人员是否按期维检及维检时间。7.如权利要求5所述的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，采样频率为50hz，采样点数大于100点。8.如权利要求5所述的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，对采样的数据进行数据滤波的具体步骤为：连续取n个采样值作为一个队列，队列长度固定为n，将采样获得的一个新数据放入队尾并提出队尾的数据；将队列中的n个数据进行算术平均运算，获取新的滤波结果。9.如权利要求8所述的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，n为4～12。10.如权利要求5所述的风力发电机组螺栓松动监测方法，其特征是，所述场角度测量组件的启动间隔大于1小时。

技术总结
本发明公开了一种风力发电机组螺栓松动监测装置及方法，属于风电技术领域。包括磁铁组件、场角度测量组件和结构固定件；所述结构固定件沿高度方向的一端套设于螺母；所述结构固定件的内部为中空结构，所述磁铁组件水平设置于所述结构固定件的内部且位于螺栓的尾端，所述磁铁组件的N-S极方向沿螺栓径向设置；所述场角度测量组件设置于所述结构固定件且位于所述磁铁组件的上方。安装方便，当螺栓发生松动等问题时，可及时发出报警提示，提醒工作人员检修，从而消除安全隐患，减少运维人工成本。解决了现有技术中存在“监测成本高、工程实施复杂、需改变螺栓连接结构和监测螺栓数量不足”的问题。的问题。的问题。


技术研发人员：赵世柏 赵小伟 唐婉莹 刘世涛 孙岩 刘嵩 刘传玺
受保护的技术使用者：国核信息科技有限公司
技术研发日：2022.12.27
技术公布日：2023/6/27