一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本申請?zhí)峁┮环N風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，包括：安裝在法蘭部位的傳感器，和傳感器連接的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，以及監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組內(nèi)各個監(jiān)測點的工作狀態(tài)的服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)。
【專利說明】-種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及在線監(jiān)測及故障診斷技術(shù)，更具體地，本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組裝機(jī)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，風(fēng)電機(jī)組的運行事故 發(fā)生率也在大幅上升，其中一部分事故是由于法蘭螺栓的失效而引起的。風(fēng)電機(jī)組螺栓失 效所造成的危害很大，其結(jié)果常常會導(dǎo)致風(fēng)電機(jī)組的重要部件不能工作，甚至整體傾覆。這 種事故的出現(xiàn)將會對風(fēng)電機(jī)組內(nèi)進(jìn)行維護(hù)的工作人員造成嚴(yán)重傷害，同時給國家和企業(yè)造 成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。截止2011年底，全國累計安裝風(fēng)電機(jī)組45894臺。我國90%以上主機(jī) 廠的風(fēng)電機(jī)組技術(shù)為國外引進(jìn)技術(shù)，風(fēng)電機(jī)組在原始設(shè)計時，關(guān)于螺栓的要求是按照國外 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的，同時也有著嚴(yán)格安裝工藝要求。國內(nèi)主機(jī)廠在螺栓選用時幾乎都在國內(nèi)采購， 而國內(nèi)的螺栓質(zhì)量與國外還存在一定差距，加上安裝工藝問題，導(dǎo)致了國內(nèi)風(fēng)電機(jī)組螺栓 故障成為普遍現(xiàn)象。目前，各個風(fēng)場工作人員對螺栓的檢查只進(jìn)行定期檢查(半年抽檢和一 年全檢)，無法實時監(jiān)測到螺栓的工作狀態(tài)及相應(yīng)的故障診斷分析。然而風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭 螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)可以解決此類問題。
[0003] 在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組中，塔筒與基礎(chǔ)、塔筒之間、塔筒與機(jī)艙、主軸與輪轂以及葉片與 輪轂之間均采用法蘭連接方式，這些位置的法蘭螺栓在正常工作時受到較大的交變載荷作 用。雖然在設(shè)計過程中對此已經(jīng)做了嚴(yán)格的要求，但因法蘭螺栓的質(zhì)量參差不齊，實際安裝 工藝的不同，法蘭結(jié)構(gòu)的差異等原因，導(dǎo)致法蘭螺栓存在不同程度的隱患。經(jīng)過長期運行， 部分螺栓出現(xiàn)松動或斷裂的情況無法避免，這給風(fēng)電機(jī)組的安全可靠運行帶來了隱患。因 此要求有一種系統(tǒng)能實時監(jiān)測螺栓的工作狀態(tài)，當(dāng)螺栓發(fā)生松動、斷裂、拉伸或出現(xiàn)該趨勢 時，能及時報警并確定故障點的位置，提示工作人員及時維護(hù)。
[0004] 在中國專利申請?zhí)枮?01010539421. 3、發(fā)明名稱為一種螺栓故障監(jiān)測系統(tǒng)和監(jiān)測 方法中，將應(yīng)變片貼在法蘭面上或法蘭與筒體連接處，通過應(yīng)變片測得法蘭相應(yīng)位置的載 荷信號，將載荷信號傳輸給控制元件，并與控制元件中預(yù)先設(shè)定的載荷閾值進(jìn)行比較，當(dāng)載 荷超過預(yù)定載荷閾值時，報警元件發(fā)出警告信號。這種結(jié)構(gòu)對應(yīng)變片的粘貼工藝和應(yīng)用環(huán) 境（比如溫度、濕度）有嚴(yán)格要求，而且普通應(yīng)變片的壽命較短；若進(jìn)行更換時操作不方便， 也會損傷法蘭的防腐表面。并且在該測試方法中，沒有提出數(shù)據(jù)的分析方法，整個系統(tǒng)的信 號傳輸、集成及監(jiān)控方法。
[0005] 另外，現(xiàn)有技術(shù)中還有針對風(fēng)電機(jī)組塔筒螺栓松動長期監(jiān)測分級報警系統(tǒng)，其中， 在塔筒每層法蘭的東、南、西及北方向均勻布置4個螺栓防松報警器并進(jìn)行編號，通過電路 形成兩級報警回路。使用信號線將該電路信號傳輸?shù)娇偪刂浦行?，在總控制中心通過兩個 操作面板讀取在線監(jiān)測的每臺風(fēng)電機(jī)組中各個塔筒法蘭的狀態(tài)。當(dāng)在線監(jiān)測的法蘭螺栓出 現(xiàn)故障時，在總控制中心可以很明確的看到故障點所在的風(fēng)電機(jī)組編號，法蘭編號和方向 編號，并出現(xiàn)了幾級報警，指導(dǎo)現(xiàn)場維護(hù)人員去維護(hù)。該系統(tǒng)存在的缺點為：a.不能確定其 它法蘭螺栓是否故障；b.沒有詳細(xì)說明每層法蘭之間的線路連接方式以及如何與總控制 中心連接；C.不能完全包含螺栓的失效狀態(tài)（比如：螺栓直接拉斷而沒有旋轉(zhuǎn)）；d.僅涉及 到監(jiān)測塔筒法蘭螺栓工作狀態(tài)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓監(jiān)測及故障 診斷系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明提出了一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，包括：安裝 在法蘭部位的傳感器，和傳感器連接的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，以及監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組內(nèi)各個監(jiān) 測點工作狀態(tài)的服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)。
[0008] 本發(fā)明的系統(tǒng)可以將實時采集的信息進(jìn)行處理并分析，提前預(yù)報故障并提示故障 螺栓的狀態(tài)和位置，解決目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)組螺栓故障多，故障定位復(fù)雜（由于連接螺栓較 多，需逐一排查)，故障未得到及時跟蹤且故障發(fā)生時狀態(tài)無法判斷而造成機(jī)組部件損壞以 至整個風(fēng)力發(fā)電機(jī)組失效的問題。
[0009] 相對于風(fēng)電機(jī)組出現(xiàn)危險來說，增加法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的成本是 微小的。以目前已安裝的主流1. 5麗風(fēng)電機(jī)組為例，單臺整機(jī)的造價約為550萬，而本申請 系統(tǒng)的市場估價為單臺風(fēng)電機(jī)組在8萬元以內(nèi)，具有廣闊的市場前景。
[0010] 通過該系統(tǒng)在風(fēng)場的實施，對提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的可利用率、有計劃的進(jìn)行法蘭 螺栓及其相關(guān)部件的維護(hù)、提高風(fēng)能利用率等能起到重要的作用，并可增加風(fēng)電場的正常 運行時間、優(yōu)化機(jī)組運行工況、降低風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的維修費用和提高風(fēng)力發(fā)電機(jī)組運行的 安全性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0012] 圖2為圖1所示系統(tǒng)的邏輯圖；
[0013] 圖3為角位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014] 圖4為角位移傳感器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015] 圖5為傳感器布置示意圖；
[0016] 圖6為加速度傳感器布置示意圖；
[0017] 圖7為根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0018] 如圖所示，為了能明確實現(xiàn)本發(fā)明的實施例的結(jié)構(gòu)，在圖中標(biāo)注了特定的結(jié)構(gòu)和 器件，但這僅為示意需要，并非意圖將本發(fā)明限定在該特定結(jié)構(gòu)、器件和環(huán)境中，根據(jù)具體 需要，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以將這些器件和環(huán)境進(jìn)行調(diào)整或者修改，所進(jìn)行的調(diào)整或 者修改仍然包括在后附的權(quán)利要求的范圍中。

【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提供的一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓長期在 線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0020] 在以下的描述中，將描述本發(fā)明的多個不同的方面，然而，對于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技 術(shù)人員而言，可以僅僅利用本發(fā)明的一些或者全部結(jié)構(gòu)或者流程來實施本發(fā)明。為了解釋 的明確性而言，闡述了特定的數(shù)目、配置和順序，但是很明顯，在沒有這些特定細(xì)節(jié)的情況 下也可以實施本發(fā)明。在其他情況下，為了不混淆本發(fā)明，對于一些眾所周知的特征將不再 進(jìn)行詳細(xì)闡述。
[0021] 圖1示出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓長期在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，如圖1所示， 該系統(tǒng)能夠定位故障螺栓的失效狀態(tài)和位置，其監(jiān)測內(nèi)容包含了螺栓的所有失效模式。其 中，該系統(tǒng)包括安裝在法蘭部位的傳感器，數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，光電轉(zhuǎn)換器和服務(wù)器所屬 監(jiān)控系統(tǒng)。
[0022] 其中，將傳感器安裝在法蘭部位，采集法蘭及螺栓的工作狀態(tài)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)包括振 動加速度和法蘭螺栓轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。
[0023] 數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，用于獲取傳感器采集的數(shù)據(jù)并且進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析。該數(shù) 據(jù)采集和處理設(shè)備包括兩種實現(xiàn)方式，其中一種如圖1所示，包括耦合器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)， 采集數(shù)據(jù)通過耦合器傳送到數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。另一種如圖7所示，包括 數(shù)據(jù)采集儀和采集模塊或PC機(jī)和數(shù)據(jù)采集卡，采集數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)采集儀或PC機(jī)內(nèi)的數(shù)據(jù) 處理系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。
[0024] 其中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于采集傳感器的信號，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析。數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)包含PLC、數(shù)據(jù)采集模塊、開關(guān)、備用電源（UPS)、防雷模塊及數(shù)據(jù)分析軟件等。
[0025] 其中，光電轉(zhuǎn)換器，用于將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，以用于遠(yuǎn)程傳輸，避免信號衰減。 進(jìn)一步可加裝路由器，以使整個風(fēng)場的風(fēng)電機(jī)組之間、中控室與各風(fēng)電機(jī)組之間的信息通 暢，構(gòu)成一個包含所有風(fēng)電機(jī)組和中控室服務(wù)器、工作站的局域網(wǎng)絡(luò)。
[0026] 其中，服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)用于監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組內(nèi)各個監(jiān)測點的工作狀態(tài)。若風(fēng) 電機(jī)組內(nèi)某個法蘭螺栓副出現(xiàn)故障，服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)將立刻進(jìn)行故障報警、故障狀 態(tài)提示和位置提示，引導(dǎo)工作人員及時進(jìn)行現(xiàn)場維護(hù)。該服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)還包含長 期存儲數(shù)據(jù)并生成報表，進(jìn)行趨勢分析等功能。工作人員也可自己根據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)報 表、趨勢圖及風(fēng)場環(huán)境等參數(shù)綜合判斷各監(jiān)測點的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測點是否將要發(fā)生故 障，并能很明確的找到即將發(fā)生故障處法蘭螺栓的狀態(tài)和位置，引導(dǎo)作業(yè)人員提前進(jìn)行維 護(hù)。
[0027] 其中，風(fēng)電機(jī)組每個法蘭上的多個傳感器通過屏蔽信號線與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行連 接；數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)內(nèi)部，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與光電轉(zhuǎn)換器之間，路由器與服務(wù)器之間均采用通訊 線進(jìn)行連接；光電轉(zhuǎn)換器與路由器之間采用光纖連接，以避免在傳輸過程數(shù)據(jù)的衰減、外界 干擾。
[0028] 在實際使用中，如果數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與路由器和服務(wù)器距離較短時，可以不用光電 轉(zhuǎn)換器。
[0029] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)通過光電轉(zhuǎn)換器、路由器將數(shù)據(jù)分析結(jié)果傳輸給服務(wù)器，工作站或 遠(yuǎn)程客戶端通過瀏覽安裝在服務(wù)器上的監(jiān)控系統(tǒng)實時監(jiān)測風(fēng)電機(jī)組各個法蘭位置的狀態(tài) 數(shù)據(jù)，給工作人員報警提示并指明故障所在的風(fēng)電機(jī)組、法蘭和具體位置編號。監(jiān)測軟件也 能通過累計的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，判定故障原因，預(yù)測螺栓工作趨勢，預(yù)報螺栓剩余壽命。
[0030] 其中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)還用于故障檢測和判定，具體地，如圖2所示，首先，采用混沌 動力學(xué)理論對前期監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得到風(fēng)電機(jī)組正常工作頻域和時域的曲線或數(shù) 值，將該結(jié)果作為以后故障判定的邊界值，隨后通過風(fēng)場一段時間數(shù)據(jù)積累對前期計算的 邊界條件進(jìn)行優(yōu)化。邊界條件儲存在數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，根據(jù)螺栓失效的過程，將邊界條件分 為預(yù)緊力減小和螺栓失效兩個階段，并設(shè)定為一級報警設(shè)定值和二級報警設(shè)定值。在實際 應(yīng)用中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)從傳感器得到實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過以混沌動力學(xué)理論為核心算法 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，然后與邊界值進(jìn)行對比。若分析結(jié)果超過一級報警設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行 一級報警并顯示黃燈亮；若分析結(jié)果超過二級報警設(shè)定值，系統(tǒng)進(jìn)行二級報警并顯示紅燈 亮；若分析結(jié)果為正常值，系統(tǒng)故障顯示處為綠燈不報警。
[0031] 傳感器包括角位移傳感器和加速度傳感器，其中，角位移傳感器用來測量法蘭螺 栓與螺母的相對轉(zhuǎn)動量，加速度傳感器用來測量螺栓在擰緊力矩減小過程中動態(tài)響應(yīng)發(fā)生 的變化量。其中，角位移傳感器安裝在法蘭螺栓副的螺母端位置，加速度傳感器安裝在法蘭 面上。角位移傳感器可以監(jiān)測單個螺栓副的故障問題，加速度傳感器監(jiān)測法蘭位置的整體 狀態(tài)。
[0032] 其中，采用角位移傳感器測量法蘭螺栓工作狀態(tài)的機(jī)理為：當(dāng)法蘭螺栓的擰緊力 矩逐漸減小時，螺栓和螺母之間會發(fā)生相對轉(zhuǎn)動，通過將角位移傳感器安裝在其工裝上并 與螺栓連接來監(jiān)測螺栓和螺母的相對轉(zhuǎn)動量。
[0033] 角位移傳感器工裝安裝在法蘭螺栓副的螺母側(cè)，通過螺母的側(cè)邊(六面邊）和螺栓 的伸出部分連接。角位移傳感器本體通過工裝與螺栓頭連接作為固定部分；角位移傳感器 轉(zhuǎn)軸與螺母連接作為轉(zhuǎn)動部分。
[0034] 角位移傳感器在實際應(yīng)用中可選用精密角位移傳感器或電位器，使用量程可選用 單圈或多圈。其工作原理為：角位移傳感器接入電路中，通過傳感器本體和轉(zhuǎn)軸的相對轉(zhuǎn) 動，將角位移量轉(zhuǎn)化為電流或電壓的模擬量信號輸出。
[0035] 根據(jù)法蘭螺栓副相對角位移量的測量精度，將其傳感器工裝結(jié)構(gòu)分為以下兩種。 第一種角位移傳感器工裝結(jié)構(gòu)的示意圖見圖3,如圖3所示，具體為傳感器1與旋轉(zhuǎn)座3通 過緊固件連接擰緊，將固定座5放入旋轉(zhuǎn)座3內(nèi)，用M3X 12螺栓2將旋轉(zhuǎn)座3、固定座5和 旋轉(zhuǎn)環(huán)8擰緊。擋塊6插入傳感器旋轉(zhuǎn)軸并壓入固定座5底部，用內(nèi)六角平端緊固螺釘7 頂緊傳感器旋轉(zhuǎn)軸。螺母套4通過螺栓頭放到法蘭螺母上，將已組裝好的組件擰緊在法蘭 螺栓螺紋上，調(diào)整螺母套4使M6 X 55螺栓10穿過彈簧9與螺母套4擰緊。通過旋轉(zhuǎn)擋塊 6將傳感器1調(diào)零。增加彈簧9是為了保證整體結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定。當(dāng)螺栓和螺母發(fā)生相對 轉(zhuǎn)動時，螺母套4帶動旋轉(zhuǎn)座和角位移傳感器本體旋轉(zhuǎn)，固定座5和擋塊6不轉(zhuǎn)動，使得角 位移產(chǎn)生轉(zhuǎn)動量。
[0036] 第二種角位移傳感器工裝的結(jié)構(gòu)示意圖見圖4,具體為傳感器11穿過保護(hù)罩13與 小齒輪14緊配合，用彈性擋圈15定位，然后用3-M3X8螺釘12擰緊固定傳感器11。帶齒 螺母套19放在法蘭螺母上并與之配合。在法蘭螺栓伸出部分?jǐn)Q入固定座17,將已裝配好的 傳感器部分放入法蘭螺母的帶齒螺母套19上，保證齒輪嚙合順暢，最后用3-M3X 8沉頭螺 釘18和M4X12螺釘定位。該結(jié)構(gòu)原理為：螺栓與螺母發(fā)生相對轉(zhuǎn)動時，相對轉(zhuǎn)動量按照傳 動比數(shù)傳輸給角位移傳感器，提高監(jiān)測法蘭螺母轉(zhuǎn)角變化的靈敏度。該結(jié)構(gòu)可采用金屬結(jié) 構(gòu)，也可以采用非金屬結(jié)構(gòu)。
[0037] 其中，加速度傳感器用來采集法蘭螺栓副附近的加速度幅值變化量傳輸給數(shù)據(jù)處 理系統(tǒng)。加速度傳感器的選型和安裝取決于風(fēng)電機(jī)組各部套的固有頻率值、受力狀態(tài)、沖擊 應(yīng)力、工作環(huán)境、供電方式和法蘭及法蘭螺栓的實際安裝情況等。
[0038] 根據(jù)理論模型計算的結(jié)果，塔架的固有頻率范圍不超過0. 4?0. 6Hz，葉輪的不平 衡振動頻率為0. 15?0. 3Hz。加速度傳感器安裝在不轉(zhuǎn)動位置時，選用壓電式加速度傳感 器或慣性擺式電容傳感器等；加速度傳感器安裝在相對轉(zhuǎn)動位置時，可選用電渦流式位移 振幅傳感器或相對電容式傳感器等。加速度傳感器的安裝采用磁座安裝，也可以采用螺栓 固定。
[0039] 其中，加速度傳感器在法蘭位置的布置形式是取決于加速度傳感器測量范圍、法 蘭所在的位置和所在風(fēng)場的主風(fēng)向，可以采用均勻布置和不均勻布置的方式。而角位移傳 感器僅安裝在單個法蘭螺栓上。
[0040] 具體的布置方式可以選用以下幾種：1)，只安裝加速度傳感器2 ;實際布置時可以 采用法蘭位置均勻布置和不均勻布置兩種；2)，只布置角位移傳感器1 ;在每個待測的法蘭 螺栓上安裝角位移傳感器；3)、采用第1)種布置方式，同時在加速度傳感器之間，選擇性的 安裝角位移傳感器?？梢匀贾?，也可以部分布置，如圖5所示。
[0041] 見圖6所示，加速度傳感器2的具體布置位置可以選擇在法蘭水平面上，也可以選 擇安裝在法蘭立面上。安裝時可優(yōu)選磁座安裝傳感器，條件允許的情況下也可以采用螺釘 安裝傳感器。
[0042] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析理論和處理方式
[0043] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分析基于混沌動力學(xué)理論，采用相關(guān)系數(shù)、譜分析、相空間重 構(gòu)（延遲時滯法）、關(guān)聯(lián)維數(shù)、Kolmogorov熵(柯爾莫格羅夫熵)、Lypapunov指數(shù)(李亞普諾 夫指數(shù))、s值等混沌工具判斷系統(tǒng)的振動特性。采用相平面變量尋找定量特征值，用于判 斷是否偏離正常工作狀態(tài)。其分析結(jié)果包括時序曲線、二維圖形(或稱為吸引子）等。
[0044] 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的軟件部分包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析等功能。數(shù)據(jù)采集 采用加速度和角位移監(jiān)測法蘭工作數(shù)據(jù)過數(shù)據(jù)采集模塊和耦合器傳遞給PLC實現(xiàn)；數(shù)據(jù)處 理通過PLC自帶軟件完成；數(shù)據(jù)分析軟件是根據(jù)混沌動力學(xué)理論編制數(shù)據(jù)分析計算程序， 并通過數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的累積和輸出。
[0045] 另外，可以將每個法蘭位置的多個傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撈脚_的數(shù)據(jù)采集儀的采集 模塊內(nèi)，數(shù)據(jù)采集儀對數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，然后通過光電轉(zhuǎn)換器和路由器傳輸給服務(wù)器。在 服務(wù)器上安裝數(shù)據(jù)采集儀的數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件和數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù) 據(jù)的監(jiān)控和故障診斷功能。
[0046] 還可以將每個法蘭位置的多個傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆撈脚_PC機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡上， PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理分析，然后通過光電轉(zhuǎn)換器和路由器傳輸給服務(wù)器。在服務(wù) 器上安裝數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的監(jiān)控和故障診斷功能。
[0047] 最后應(yīng)說明的是，以上實施例僅用以描述本發(fā)明的技術(shù)方案而不是對本技術(shù)方法 進(jìn)行限制，本發(fā)明在應(yīng)用上可以延伸為其他的修改、變化、應(yīng)用和實施例，并且因此認(rèn)為所 有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實施例都在本發(fā)明的精神和教導(dǎo)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組法蘭螺栓在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，包括：安裝在法蘭部位的傳 感器，和傳感器連接的數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備，以及監(jiān)控風(fēng)電機(jī)組內(nèi)各個監(jiān)測點工作狀態(tài)的 服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，傳感器安裝在法蘭部位，用 于采集法蘭及螺栓的振動加速度數(shù)據(jù)和法蘭螺栓轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)采集和處理設(shè)備包括 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，用于對傳感器采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析； 其中，所述故障診斷系統(tǒng)還包括光電轉(zhuǎn)換器，用于將電信號轉(zhuǎn)換成光信號，以利于遠(yuǎn)程 傳輸。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)用 于故障報警、故障狀態(tài)提示和位置提示；服務(wù)器所屬的監(jiān)控系統(tǒng)還用于存儲數(shù)據(jù)并生成報 表，進(jìn)行趨勢分析。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于： 采用混沌動力學(xué)理論對監(jiān)測的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得到風(fēng)電機(jī)組正常工作頻域和時 域的曲線或數(shù)值，將該結(jié)果作為故障判定的邊界值；并將邊界條件進(jìn)行分級為一級報警設(shè) 定值和二級報警設(shè)定值； 基于從傳感器得到實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)，通過以混沌動力學(xué)理論為核心算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理 和分析，然后與邊界值進(jìn)行對比發(fā)出對應(yīng)警報信息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，傳感器包括角位移傳感器 和加速度傳感器，角位移傳感器用來測量法蘭螺栓與螺母的相對轉(zhuǎn)動量，監(jiān)測單個螺栓副 的故障問題；加速度傳感器用來測量螺栓在擰緊力矩減小過程中動態(tài)響應(yīng)發(fā)生的變化量， 以監(jiān)測法蘭位置的整體狀態(tài)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，角位移傳感器安裝在法蘭 螺栓副的螺母端位置，通過螺母的側(cè)邊和螺栓的伸出部分連接； 角位移傳感器本體通過工裝與螺栓頭連接作為固定部分，角位移傳感器轉(zhuǎn)軸與螺母連 接作為轉(zhuǎn)動部分。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，加速度傳感器安裝在法蘭 水平面上或者立面上，用來測量螺栓副在預(yù)緊力矩減小過程中動態(tài)響應(yīng)發(fā)生的變化量，以 確定失效螺栓所在的法蘭區(qū)域， 加速度傳感器可以監(jiān)測不轉(zhuǎn)動的法蘭和相對轉(zhuǎn)動的法蘭的工作狀態(tài)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，其中，傳感器布置方式包括： 僅安裝加速度傳感器，采用法蘭位置均勻布置和不均勻布置兩種；或者 僅布置角位移傳感器，在每個待測的法蘭螺栓上安裝角位移傳感器；或者 安裝加速度傳感器，在加速度傳感器之間，選擇性的安裝角位移傳感器。
【文檔編號】G01M13/00GK104142229SQ201310173778
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2013年5月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月10日
【發(fā)明者】蔡志航, 宋永強(qiáng), 任麗娜, 劉亞斌, 李新華 申請人:中科風(fēng)電(北京)有限公司