一种风电混塔健康在线监测系统的制作方法

1.本实用新型涉及风力发电技术以及计算机应用技术领域,具体涉及一种风电混塔健康在线监测系统。


背景技术：

2.随着全球能源、资源和环境问题的突出，风能越来越受到世界各国的高度重视。然而风电机组的容量增加，需增加其支撑的塔筒高度来获取更多的风能，这就对风电塔筒的设计提出更高的要求。传统的纯钢结构风电塔筒在高度超过100米后刚性较弱、固有频率偏低、经济性较差，难以满足低风速高切变的风能资源要求，因此钢-混凝土结构的风电混塔塔筒应运而生。
3.风电混塔塔筒在风电机组运行中不可避免受到受力不均、运行负载波动、环境周期变化等因素影响，其结果是容易过早产生疲劳破坏、过载破坏、紧固件松动、机体裂痕等问题，突然失效或产生重大故障，必定会带来较大损失。
4.在工程应用中，机械部件往往在失效前具有渐进式特征变化，因此，在线实时健康监测与故障诊断、全寿命周期健康状态评估，对于降低设备故障率、提升维护效率越来越重要。通过健康状态的在线监测和管理，除了解决传统故障诊断问题，同时可预测设备或系统故障发生过程与失效时间，健康管理系统将传统的故障管理转变为衰退管理，通过预测性维护可有效保证系统可靠性，减少故障损失，提高生产效率，甚至通过大数据反馈优化正向设计。同时，随着技术的发展，将健康数据融入系统控制也将成为未来的发展方向。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的为了克服上述存在的问题，提供一种风电混塔健康在线监测系统。
6.本实用新型的实施例是这样实现的：
7.本技术实施例提供一种风电混塔健康在线监测系统，包含底层控制箱，中层控制箱，顶层控制箱，监测主机，传感器及安全防护设备。底层控制箱和监测主机，安装于风电混塔的塔基位置，在塔基位置还部署有1个接地电阻传感器、1个塔筒底部沉降传感器、1个塔筒倾斜传感器、1个塔筒振动传感器、4个表面应变计、4个锚索计；中层控制箱安装于风电混塔钢混转接环，在该位置还部署有2个塔筒倾斜传感器、8个螺栓紧固力传感器、1个塔筒振动传感器；顶层控制箱安装于风电混塔的顶部平台处，在该位置还部署有1个塔筒倾斜传感器、安全防护设备。
8.底层控制箱为电控箱，安装于混塔塔基位置。电控箱根据监测系统的设计要求，内部装有断路器、数据中心交换机、传感器数据交换机、24v开关电源、插座、接线端子、线槽、安装导轨、堵头等；安装于塔基位置的接地电阻传感器、塔筒底部沉降传感器、塔筒倾斜传感器、塔筒振动传感器、表面应变计、锚索计均由底层控制箱供电；该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至底层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与
底层控制箱内的数据中心交换机连接。
9.监控主机为计算机，位于混塔塔基位置，由底层控制箱提供电源，通过以太网线与数据中心交换机连接；监测主机上有自主开发的混塔塔筒在线监测软件，实时监测预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据。
10.中层控制箱为电控箱，安装于风电混塔钢混转接环。电控箱根据监测系统的设计要求，内部装有断路器、传感器数据交换机、24v开关电源、接线端子、线槽、安装导轨、堵头等；安装于风电混塔钢混转接环的塔筒倾斜传感器、螺栓紧固力传感器、塔筒振动传感器均由中层控制箱供电；该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至中层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与底层控制箱内的数据中心交换机连接。
11.顶层控制箱为电控箱，安装于风电混塔的顶部平台处。电控箱根据监测系统的设计要求，内部装有断路器、传感器数据交换机、24v开关电源、接线端子、线槽、安装导轨、堵头等；安装于风电混塔的顶部的塔筒倾斜传感器、安全防护设备均由顶层控制箱供电；该层所有传感器和安全防护设备的数据均通过以太网线连接至顶层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与底层控制箱内的数据中心交换机连接。
12.本实用新型的监测系统可以直观掌握预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据；实时监控预应力索和转接环螺栓预紧力，防止倒塔事故发生；监控基础沉降和塔筒变形，在劣化之前进行干预；监控应力应变和接地极情况，保证构筑物应力分布和电气特性的稳定；通过安全防护设备中的防坠落报警装置的设置，及时发现坠落事件并组织救援。监控系统为风电混塔的健康运行和塔筒内工作人员的生命安全提供了有力的保障，将事故隐患消灭于萌芽状态。
附图说明
13.为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
14.图1为本实用新型的系统总体分布图。
15.图2为本实用新型的通讯拓扑图。
16.图3为本实用新型的底层控制箱布置结构图。
17.图4为本实用新型的中层控制箱布置结构图。
18.图5为本实用新型的顶层控制箱布置结构图。
具体实施方式
19.基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
20.实施例：本实用新型提供了一种风电混塔健康在线监测系统，操作简便，运行可靠，便于维护，为风电混塔的健康运行和塔筒内工作人员的生命安全提供了有力的保障。
21.参照图1、图2、图3、图4和图5对本实用新型做进一步详细说明。
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。本实用新型的各器件都为现有结构，均可购买得到。
23.如图1所示，本实用新型的系统包含底层控制箱1，中层控制箱2，顶层控制箱3，监测主机4，安全防护设备5，塔筒倾斜传感器6，塔筒底部沉降传感器7，塔筒振动传感器8，接地电阻传感器9，表面应变计10，锚索计11，螺栓紧固力传感器12。底层控制箱1和监测主机4，位于风电混塔的塔基位置，在塔基位置还部署有1个接地电阻传感器9、1个塔筒底部沉降传感器7、1个塔筒倾斜传感器6、1个塔筒振动传感器8、4个表面应变计10、4个锚索计11；中层控制箱2位于风电混塔钢混转接环，在该位置还部署有2个塔筒倾斜传感器6、8个螺栓紧固力传感器12、1个塔筒振动传感器8；顶层控制箱3位于风电混塔的顶部平台处，在该位置还部署有1个塔筒倾斜传感器6、安全防护设备5。
24.如图2和图3所示，底层控制箱1为电控箱，箱体表面进行过防腐蚀涂层处理，其内部装有断路器16、数据中心交换机13、传感器数据交换机14、24v开关电源17、插座18、接线端子19、线槽15、安装导轨20、堵头等，能够为安装于塔基位置的接地电阻传感器9、塔筒底部沉降传感器7、塔筒倾斜传感器6、塔筒振动传感器8、表面应变计10和锚索计11供电；而该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至底层控制箱1内的传感器数据交换机14；该传感器数据交换机14通过光纤与底层控制箱1内的数据中心交换机13连接。
25.如图2和图4所示，中层控制箱2为电控箱，箱体表面进行过防腐蚀涂层处理，其内部装有断路器16、传感器数据交换机14、24v开关电源17、接线端子19、线槽15、安装导轨20、堵头等，能够为风电混塔钢混转接环的塔筒倾斜传感器6、螺栓紧固力传感器12和塔筒振动传感器8供电；而该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至中层控制箱2内的传感器数据交换机14；该传感器数据交换机14通过光纤与底层控制箱1内的数据中心交换机13连接。
26.如图2和图5所示，顶层控制箱3为电控箱，箱体表面进行过防腐蚀涂层处理，其内部装有断路器16、传感器数据交换机14、24v开关电源17、接线端子19、线槽15、安装导轨20、堵头等，能够为风电混塔顶部位置的塔筒倾斜传感器6和安全防护设备5供电；而该层所有传感器和安全防护设备的数据均通过以太网线连接至顶层控制箱3内的传感器数据交换机14；该传感器数据交换机14通过光纤与底层控制箱1内的数据中心交换机13连接。
27.如图1所示，监测主机4为计算机，位于混塔塔基位置，由底层控制箱1提供电源，通过以太网线与底层控制箱1内的数据中心交换机13连接；监测主机4上有自主开发的混塔塔筒在线监测软件，实时监测预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据。
28.如图2所示，底层控制箱1内的数据中心交换机13可通过光纤、以太网线的形式与风机塔基柜环网交换机21、风场中控室环网交换机22连接，实现数据的联网管理。
29.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这种实施例的多种修改对本专业的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本
实用新型将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种风电混塔健康在线监测系统，包含底层控制箱、中层控制箱、顶层控制箱、监测主机、传感器及安全防护设备，其特征在于：底层控制箱和监测主机安装于风电混塔的塔基位置，在塔基位置还部署有接地电阻传感器、塔筒底部沉降传感器、塔筒倾斜传感器、塔筒振动传感器、表面应变计、锚索计；中层控制箱安装于风电混塔中钢混转接环，在该位置还部署有塔筒倾斜传感器、螺栓紧固力传感器、塔筒振动传感器；顶层控制箱安装于风电混塔的顶部平台处，在该位置还部署有塔筒倾斜传感器、安全防护设备。2.根据权利要求1所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：安装于风电混塔塔基位置的底层控制箱内装有断路器、数据中心交换机、传感器数据交换机、24v开关电源、插座、接线端子、线槽、安装导轨、堵头；安装于塔基位置的接地电阻传感器、塔筒底部沉降传感器、塔筒倾斜传感器、塔筒振动传感器、表面应变计、锚索计均由底层控制箱提供电源；该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至底层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与底层控制箱内的数据中心交换机连接。3.根据权利要求1或2所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：监测主机为位于混塔塔基位置的计算机，由底层控制箱提供电源，通过以太网线与底层控制箱内的数据中心交换机连接；监测主机上有自主开发的混塔塔筒在线监测软件，实时监测预应力索索力、基础不均匀沉降、运行姿态、应力应变、振动、螺栓健康、接地干线电阻以及安全防护设备实时运行数据。4.根据权利要求1所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：安装于风电混塔钢混转接环的中层控制箱内装有断路器、传感器数据交换机、24v开关电源、接线端子、线槽、安装导轨、堵头；安装于风电混塔钢混转接环的塔筒倾斜传感器、螺栓紧固力传感器、塔筒振动传感器均由中层控制箱提供电源；该层所有传感器的数据均通过以太网线连接至中层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与底层控制箱内的数据中心交换机连接。5.根据权利要求1所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：安装于风电混塔的顶部平台处的顶层控制箱内装有断路器、传感器数据交换机、24v开关电源、接线端子、线槽、安装导轨、堵头；安装于风电混塔顶部的塔筒倾斜传感器、安全防护设备均由顶层控制箱提供电源；该层所有传感器和安全防护设备的数据均通过以太网线连接至顶层控制箱的传感器数据交换机；该传感器数据交换机通过光纤与底层控制箱内的数据中心交换机连接。6.根据权利要求1所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：系统中的底层控制箱、中层控制箱、顶层控制箱，采用三个尺寸规格相同的箱体，箱体表面进行过防腐蚀涂层处理。7.根据权利要求3所述的一种风电混塔健康在线监测系统，其特征在于：数据中心交换机通过光纤、以太网线的形式与风机塔基柜内环网交换机、风场中控室环网交换机连接，实现数据的联网管理。

技术总结
本实用新型提供一种风电混塔健康在线监测系统，底层控制箱和监测主机安装于塔基，其设有接地电阻传感器、塔筒底部沉降传感器、塔筒倾斜传感器、塔筒振动传感器、表面应变计、锚索计；中层控制箱安装于中钢混转接环，其设有塔筒倾斜传感器、螺栓紧固力传感器、塔筒振动传感器；顶层控制箱安装于风电混塔的顶部平台处,其设有塔筒倾斜传感器、安全防护设备。其直观掌握预应力索索力、基础不均匀沉降、应力应变、振动、接地干线电阻以及安全防护设备等实时运行数据；实时监控预应力索、转接环螺栓预紧力、基础沉降和塔筒变形、应力应变和接地极情况；为风电混塔的健康运行和塔筒内工作人员的生命安全提供了有力的保障，将事故隐患消灭于萌芽状态。于萌芽状态。于萌芽状态。


技术研发人员：梁涛 甘敬松
受保护的技术使用者：中船重工（武汉）凌久电气有限公司
技术研发日：2022.11.10
技术公布日：2023/6/28