本發(fā)明涉及風(fēng)電機(jī)組監(jiān)測(cè)，具體為風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由多個(gè)組件組成，包括高精度傳感器、法蘭螺栓間隙采集儀、數(shù)據(jù)處理器、同步采集主站、無(wú)線通信設(shè)備以及上位機(jī)系統(tǒng)等。該系統(tǒng)通過(guò)在風(fēng)機(jī)的葉片和塔筒法蘭部位安裝傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)螺栓的松動(dòng)情況。傳感器將監(jiān)測(cè)到的法蘭間隙數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉瘍x，再通過(guò)無(wú)線通訊或有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳送到上位機(jī)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析和顯示。整個(gè)系統(tǒng)的原理基于螺栓的松動(dòng)或斷裂會(huì)導(dǎo)致法蘭面間隙的變化，通過(guò)高精度位移傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)這些變化，進(jìn)行故障預(yù)警和分析，保障風(fēng)電機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行。

2、盡管風(fēng)電機(jī)組螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠有效監(jiān)測(cè)法蘭間隙變化，但該系統(tǒng)仍存在一些缺陷。系統(tǒng)對(duì)傳感器的安裝精度要求較高，若安裝不當(dāng)可能導(dǎo)致測(cè)量誤差，影響監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。系統(tǒng)主要依賴于傳感器的準(zhǔn)確性，若傳感器出現(xiàn)故障或失效，會(huì)錯(cuò)過(guò)警報(bào)信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，解決了系統(tǒng)對(duì)傳感器的安裝精度要求較高安裝不當(dāng)可能導(dǎo)致測(cè)量誤差；系統(tǒng)主要依賴于傳感器的準(zhǔn)確性，傳感器出現(xiàn)故障或失效，會(huì)錯(cuò)過(guò)警報(bào)信號(hào)。

2、為實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)：風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括：

3、傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊；

4、多個(gè)安裝于風(fēng)機(jī)葉片法蘭和塔筒法蘭處的高精度法蘭螺栓間隙傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭間隙；

5、多通道的法蘭螺栓間隙采集儀，用于接收所述法蘭螺栓間隙傳感器輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集；

6、數(shù)據(jù)處理器，用于接收所述采集儀的數(shù)據(jù)，并通過(guò)無(wú)線通訊或有線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸至上位機(jī)；

7、上位機(jī)系統(tǒng)，用于存儲(chǔ)，分析，報(bào)警和顯示所述法蘭螺栓間隙數(shù)據(jù)，并進(jìn)行故障預(yù)警；

8、所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括一體化安裝導(dǎo)向系統(tǒng)，適用于保證法蘭螺栓間隙傳感器的精準(zhǔn)安裝；

9、所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括故障預(yù)測(cè)模塊，通過(guò)以下模型預(yù)測(cè)螺栓松動(dòng)或斷裂故障：

10、

11、其中，σfailure表示故障預(yù)測(cè)概率，a,b,c,λ為預(yù)設(shè)參數(shù)，t為時(shí)間變量。

12、優(yōu)選的，所述一體化安裝導(dǎo)向系統(tǒng)包括：

13、安裝工裝，確保傳感器安裝面與待監(jiān)測(cè)法蘭面保持平行，并確保安裝誤差不超過(guò)2°；

14、定位塊，用于固定傳感器，使其準(zhǔn)確定位；

15、結(jié)構(gòu)膠，用于確保傳感器與法蘭面的可靠連接，且膠層厚度大于1cm，避免中空。

16、優(yōu)選的，所述法蘭螺栓間隙傳感器為位移型傳感器，能夠測(cè)量法蘭面之間的微小位移變化，分辨率為0.5μm，所述數(shù)據(jù)處理器包含無(wú)線通訊模塊，用于將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸至遠(yuǎn)程風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器。

17、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步包括基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)警模塊，用于根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測(cè)預(yù)警閾值，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，所述上位機(jī)系統(tǒng)包括故障診斷模塊，用于在發(fā)生故障時(shí)提供詳細(xì)的故障報(bào)告，并給出具體的故障位置和類型。

18、優(yōu)選的，所述法蘭螺栓間隙采集儀通過(guò)rs485接口與多個(gè)法蘭螺栓間隙傳感器連接，并支持最多16個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)同時(shí)采集，所述傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊采用基于模型的故障檢測(cè)算法，該算法能夠在傳感器數(shù)據(jù)異常時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出失效報(bào)警。

19、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步包括基于法蘭間隙變化公式的實(shí)時(shí)計(jì)算模塊，能夠?qū)鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預(yù)緊力的變化量，并對(duì)該變化量進(jìn)行分析，所述公式為：

20、

21、其中，f為螺栓預(yù)緊力變化量，k為法蘭剛度系數(shù)，δx為法蘭間隙的變化量，l為法蘭間隙的初始值，所述法蘭間隙變化公式進(jìn)一步優(yōu)化為：

22、

23、其中，δp為螺栓預(yù)緊力變化的百分比，fnew為當(dāng)前時(shí)刻的預(yù)緊力值，fold為歷史預(yù)緊力值。

24、優(yōu)選的，所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步包括基于多維度優(yōu)化模型的故障預(yù)測(cè)模塊，所述故障預(yù)測(cè)模塊利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)以下復(fù)雜模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和報(bào)警：

25、

26、其中，σfailure表示故障預(yù)測(cè)概率，a,b,c,λ為預(yù)設(shè)參數(shù)，t為時(shí)間變量。

27、優(yōu)選的，所述數(shù)據(jù)處理器包括基于復(fù)合動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，所述復(fù)合動(dòng)力學(xué)模型考慮了風(fēng)電機(jī)組負(fù)載，氣候變化及設(shè)備老化因素，并通過(guò)以下公式進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整：

28、feedback＝α·(pload-ptarget)+β·(δtambient-δttarget)

29、其中，feedback表示系統(tǒng)反饋信號(hào)，α和β為調(diào)節(jié)系數(shù)，pload為當(dāng)前風(fēng)機(jī)負(fù)載，ptarget為目標(biāo)負(fù)載，δtambient和δttarget分別為當(dāng)前環(huán)境溫度和目標(biāo)溫度。

30、本發(fā)明提供了風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。具備以下有益效果：

31、該風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)引入傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊和故障預(yù)測(cè)模塊，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于傳感器故障或失效導(dǎo)致的警報(bào)遺漏問(wèn)題。該系統(tǒng)利用基于模型的故障檢測(cè)算法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)傳感器的狀態(tài)，在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)的盲點(diǎn)，提升了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全性和可靠性。系統(tǒng)中集成的高精度法蘭螺栓間隙傳感器及多通道數(shù)據(jù)采集儀，能夠精確捕捉法蘭間隙的微小變化，進(jìn)一步提高了監(jiān)測(cè)精度，確保了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)解決了傳感器精度要求較高的問(wèn)題，并確保了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的高質(zhì)量與實(shí)時(shí)性。

32、本發(fā)明方案還通過(guò)一體化安裝導(dǎo)向系統(tǒng)，確保法蘭螺栓間隙傳感器的精準(zhǔn)安裝，減少了因安裝不當(dāng)引起的測(cè)量誤差。安裝工裝和定位塊的設(shè)計(jì)保證了傳感器與法蘭面的平行度，并有效控制了安裝誤差，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性與精度。除此之外，數(shù)據(jù)處理器中基于機(jī)器學(xué)習(xí)的預(yù)警模塊，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自適應(yīng)調(diào)整預(yù)警閾值，動(dòng)態(tài)響應(yīng)風(fēng)電機(jī)組的變化。此外，采用基于復(fù)合動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，結(jié)合風(fēng)機(jī)負(fù)載、氣候變化和設(shè)備老化等多個(gè)因素進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)了更加智能化、動(dòng)態(tài)化的監(jiān)測(cè)管理。這樣，風(fēng)電機(jī)組能夠?qū)崟r(shí)、精準(zhǔn)地調(diào)整監(jiān)測(cè)策略，從而最大化延長(zhǎng)設(shè)備的使用壽命，提升系統(tǒng)的效率和安全性。

技術(shù)特征：

1.風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述一體化安裝導(dǎo)向系統(tǒng)包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述法蘭螺栓間隙傳感器為位移型傳感器，能夠測(cè)量法蘭面之間的微小位移變化，分辨率為0.5μm，所述數(shù)據(jù)處理器包含無(wú)線通訊模塊，用于將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸至遠(yuǎn)程風(fēng)電場(chǎng)服務(wù)器。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步包括基于機(jī)器學(xué)習(xí)算法的預(yù)警模塊，用于根據(jù)歷史數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)整監(jiān)測(cè)預(yù)警閾值，并及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，所述上位機(jī)系統(tǒng)包括故障診斷模塊，用于在發(fā)生故障時(shí)提供詳細(xì)的故障報(bào)告，并給出具體的故障位置和類型。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述法蘭螺栓間隙采集儀通過(guò)rs485接口與多個(gè)法蘭螺栓間隙傳感器連接，并支持最多16個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)同時(shí)采集，所述傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊采用基于模型的故障檢測(cè)算法，該算法能夠在傳感器數(shù)據(jù)異常時(shí)實(shí)時(shí)發(fā)出失效報(bào)警。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理器進(jìn)一步包括基于法蘭間隙變化公式的實(shí)時(shí)計(jì)算模塊，能夠?qū)鞲衅鞑杉降臄?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預(yù)緊力的變化量，并對(duì)該變化量進(jìn)行分析，所述公式為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步包括基于多維度優(yōu)化模型的故障預(yù)測(cè)模塊，所述故障預(yù)測(cè)模塊利用歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)傳感器數(shù)據(jù)，通過(guò)以下復(fù)雜模型進(jìn)行故障預(yù)測(cè)和報(bào)警：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述數(shù)據(jù)處理器包括基于復(fù)合動(dòng)力學(xué)模型的實(shí)時(shí)反饋機(jī)制，所述復(fù)合動(dòng)力學(xué)模型考慮了風(fēng)電機(jī)組負(fù)載，氣候變化及設(shè)備老化因素，并通過(guò)以下公式進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋和調(diào)整：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括，傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊，多個(gè)安裝于風(fēng)機(jī)葉片法蘭和塔筒法蘭處的高精度法蘭螺栓間隙傳感器，用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)法蘭間隙，多通道的法蘭螺栓間隙采集儀，用于接收所述法蘭螺栓間隙傳感器輸出的監(jiān)測(cè)信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。該風(fēng)電機(jī)組整機(jī)螺栓監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，通過(guò)引入傳感器失效監(jiān)測(cè)模塊和故障預(yù)測(cè)模塊，有效解決了現(xiàn)有技術(shù)中由于傳感器故障或失效導(dǎo)致的警報(bào)遺漏問(wèn)題。該系統(tǒng)利用基于模型的故障檢測(cè)算法，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)傳感器的狀態(tài)，在出現(xiàn)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出預(yù)警信號(hào)，從而避免了傳統(tǒng)系統(tǒng)的盲點(diǎn)，提升了風(fēng)電機(jī)組的運(yùn)行安全性和可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：玉仕輝,甘祖鵬,陶文柱,徐建國(guó),玉桂安,李恒安,張洪嬌
受保護(hù)的技術(shù)使用者：大唐丘北風(fēng)電有限責(zé)任公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8