本實(shí)用新型涉及一種海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)裝置，屬于建筑結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

風(fēng)力發(fā)電是世界上發(fā)展最快的綠色能源技術(shù)，在陸地風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)快速發(fā)展的同時(shí)，人們已經(jīng)注意到陸地風(fēng)能利用所受到的一些限制，如占地面積大、噪聲污染等問題。由于海上豐富的風(fēng)能資源和當(dāng)今技術(shù)的可行性，海洋將成為一個(gè)迅速發(fā)展的風(fēng)電市場(chǎng)。在海上風(fēng)電方面，中國(guó)東部沿海的海上可開發(fā)風(fēng)能資源約達(dá)7.5億千瓦，不僅資源潛力巨大且開發(fā)利用市場(chǎng)條件良好，只是由于中國(guó)沿海經(jīng)常受到臺(tái)風(fēng)影響，建設(shè)條件較國(guó)外更為復(fù)雜。而且目前國(guó)內(nèi)沒有針對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)方案，使得海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)在遭遇臺(tái)風(fēng)、海浪沖擊、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受海水腐蝕等等外界環(huán)境影響時(shí)，沒有一套有效的關(guān)鍵部位的監(jiān)測(cè)方案，容易發(fā)生塔身折斷、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)損壞、機(jī)身傾覆等嚴(yán)重事故，這些事故往往只能在發(fā)生后再去補(bǔ)救，從而造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失和維護(hù)費(fèi)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)上述的問題，本實(shí)用新型提供了一種海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)裝置，通過應(yīng)力傳感器監(jiān)測(cè)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)關(guān)鍵受力部位，提前通過傳感器預(yù)知關(guān)鍵部位受力異常情況，并將異常數(shù)據(jù)及時(shí)發(fā)送給監(jiān)控中心進(jìn)行預(yù)警，實(shí)現(xiàn)在海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)生危害前進(jìn)行有效維護(hù)，從而避免了經(jīng)濟(jì)損失和后期的維護(hù)成本。

本實(shí)用新型通過下述技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。一種海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)裝置，包括內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、表面式應(yīng)變計(jì)、盒式測(cè)斜儀、數(shù)據(jù)采集單元，所述內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)需要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工期埋入到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部，所述表面式應(yīng)變計(jì)安裝在塔身上，所述盒式測(cè)斜儀安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的中間部位，內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、表面式應(yīng)變計(jì)、盒式測(cè)斜儀通過信號(hào)線纜連接數(shù)據(jù)采集單元。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)采集單元通過無線通信裝置連接監(jiān)控中心。

進(jìn)一步優(yōu)選，內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)綁扎在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的鋼筋上，每個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的樁基內(nèi)分別安裝2～4個(gè)內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述表面式應(yīng)變計(jì)圍繞塔身等間隔對(duì)稱安裝。所述表面式應(yīng)變計(jì)通過焊接的方式安裝在塔身上，或者表面式應(yīng)變計(jì)通過結(jié)構(gòu)膠固定在塔身上。

進(jìn)一步優(yōu)選，盒式測(cè)斜儀通過結(jié)構(gòu)膠固定在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面上。

進(jìn)一步優(yōu)選，內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、表面式應(yīng)變計(jì)、盒式測(cè)斜儀的外殼都采用316型不銹鋼材料，并且表面噴涂防腐蝕涂層。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)采集單元連接蓄電池，蓄電池連接電源控制器，電源控制器連接太陽(yáng)能電池板。

進(jìn)一步優(yōu)選，所述數(shù)據(jù)采集單元包括模擬信號(hào)開關(guān)、振弦信號(hào)調(diào)理電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、微控制器、存儲(chǔ)器、RS485接口，表面式應(yīng)變計(jì)和內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)連接模擬信號(hào)開關(guān)，模擬信號(hào)開關(guān)連接振弦信號(hào)調(diào)理電路，弦信號(hào)調(diào)理電路連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接微控制器，微控制器連接存儲(chǔ)器、RS485接口和DTU模塊，RS485接口連接盒式測(cè)斜儀。

本實(shí)用新型針對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)基礎(chǔ)設(shè)施的監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)采用內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、表面式應(yīng)變計(jì)、盒式測(cè)斜儀分別針對(duì)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)受力、塔身傾斜進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

其中內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)安裝在海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的施工期，跟隨混凝土一同埋設(shè)到基礎(chǔ)內(nèi)部，按照設(shè)計(jì)的受力位置捆扎在關(guān)鍵受力點(diǎn)的鋼筋網(wǎng)上，一般根據(jù)實(shí)際基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)稱分布安裝，當(dāng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期在海水中由于海浪沖擊及海水腐蝕等作用導(dǎo)致基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)遭到破壞，使得基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布發(fā)生變化，當(dāng)變化超過預(yù)警值時(shí)，內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)將預(yù)警信息及時(shí)通過采集設(shè)備和無線傳輸裝置發(fā)送給監(jiān)控中心。

表面式應(yīng)變安裝在海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的塔身上，用于測(cè)量在海上發(fā)生臺(tái)風(fēng)等強(qiáng)對(duì)流天氣時(shí)，塔身的關(guān)鍵部位的應(yīng)變，當(dāng)超過塔身能承受的最大值時(shí)，將預(yù)警信息及時(shí)通過采集設(shè)備和無線傳輸裝置發(fā)送給監(jiān)控中心。

盒式測(cè)斜儀一般采用雙軸傾角測(cè)量，用于監(jiān)測(cè)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)因基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到外力發(fā)生塔身傾斜的監(jiān)測(cè)，當(dāng)塔身傾斜超過設(shè)計(jì)安全值時(shí)，會(huì)及時(shí)上報(bào)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，防止塔身傾斜發(fā)生倒塔事故等。

系統(tǒng)所有的傳感器全部匯總到低功耗的數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)，低功耗數(shù)據(jù)采集單元內(nèi)置蓄電池和電陽(yáng)能電池板控制器以及無線數(shù)傳模塊(DTU)，它具有振弦式應(yīng)變計(jì)的采集功能和RS485數(shù)據(jù)的接口讀取功能，并能夠?qū)鞲衅鲾?shù)據(jù)再通過內(nèi)置的無線數(shù)傳模塊發(fā)送到監(jiān)控中心，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

本實(shí)用新型解決了目前海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施沒有自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)的方式，解決了傳統(tǒng)的人工巡查以及再發(fā)生事故后再進(jìn)行高成本維護(hù)的方式，極大的提高了海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)效率，降低了事故發(fā)生概率，并進(jìn)一步提高了海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的進(jìn)一步推廣。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的安裝示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的框圖。

圖3是數(shù)據(jù)采集單元結(jié)構(gòu)框圖。

圖中：1——內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)、2——表面式應(yīng)變計(jì)、3——盒式測(cè)斜儀、4——數(shù)據(jù)采集單元、5——基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)、6——塔身、7——作業(yè)平臺(tái)、8——風(fēng)機(jī)葉片、9——DTU模塊、10——蓄電池、11——電源控制器、12——太陽(yáng)能電池板、13——模擬信號(hào)開關(guān)、14——振弦信號(hào)調(diào)理電路、15——模數(shù)轉(zhuǎn)換器、16——微控制器、17——存儲(chǔ)器、18——RS485接口。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖進(jìn)一步相信闡明本實(shí)用新型。

如圖1和圖2所示，一種海上風(fēng)力發(fā)電基礎(chǔ)設(shè)施自動(dòng)化安全監(jiān)測(cè)裝置，包括內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1、表面式應(yīng)變計(jì)2、盒式測(cè)斜儀3、數(shù)據(jù)采集單元4，首先內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1需要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5施工期，埋入到基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5內(nèi)部，一般采用振弦式內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)，因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，壽命長(zhǎng)，可靠性高，被廣泛應(yīng)用在結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)上，內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1安裝在鋼筋上時(shí)應(yīng)該注意綁扎絲不能捆得太緊，因?yàn)樵诨炷撂钪驼駬v過程中，傳感器可能會(huì)發(fā)生位移。內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1在每個(gè)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5的樁基內(nèi)分布安裝2～4個(gè)。

所述表面式應(yīng)變計(jì)2通過焊接的方式安裝在塔身6上，通過焊接連接表面式應(yīng)變計(jì)2的基座和塔身6，表面式應(yīng)變計(jì)2一般圍繞塔身6等間隔對(duì)稱安裝，另外表面式應(yīng)變計(jì)2也可采用結(jié)構(gòu)膠固定的方式。

所述盒式測(cè)斜儀3用于監(jiān)測(cè)塔身傾斜，為了減小風(fēng)振影響，需要安裝在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)5的中間部位，盒式測(cè)斜儀3一般選擇高精度的MEMS原理的數(shù)字型傳感器，盒式測(cè)斜儀3通過結(jié)構(gòu)膠固定在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)平面上，通過盒式測(cè)斜儀3的兩個(gè)軸能夠監(jiān)測(cè)水平方向的傾角。

所有傳感器(內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1、表面式應(yīng)變計(jì)2、盒式測(cè)斜儀3)通過信號(hào)線纜連接到作業(yè)平臺(tái)7上的數(shù)據(jù)采集單元4上，數(shù)據(jù)采集單元4內(nèi)部集成了振弦式傳感器的測(cè)量電路以及RS485接口的數(shù)據(jù)讀取模塊，通過內(nèi)部的微控制器，將傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送給DTU模塊9，再經(jīng)過DTU模塊9發(fā)送給監(jiān)控中心。

特別的是，所述數(shù)據(jù)采集單元4的結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括模擬信號(hào)開關(guān)13、振弦信號(hào)調(diào)理電路14、模數(shù)轉(zhuǎn)換器15、微控制器16、存儲(chǔ)器17、RS485接口18，表面式應(yīng)變計(jì)2和內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1連接模擬信號(hào)開關(guān)13，模擬信號(hào)開關(guān)13連接振弦信號(hào)調(diào)理電路14，弦信號(hào)調(diào)理電路14連接模數(shù)轉(zhuǎn)換器15，模數(shù)轉(zhuǎn)換器15連接微控制器16，微控制器16連接存儲(chǔ)器17、RS485接口18和DTU模塊9，RS485接口18連接盒式測(cè)斜儀3。

表面式應(yīng)變計(jì)2和內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1因?yàn)槎际钦裣沂絺鞲衅鳎酝ㄟ^內(nèi)部的模擬信號(hào)開關(guān)13進(jìn)行切換，共用一個(gè)振弦信號(hào)調(diào)理電路14和模數(shù)轉(zhuǎn)換器15，經(jīng)過微控制器16采集后，并計(jì)算振弦信號(hào)的頻域數(shù)據(jù)得到振弦傳感器的頻率值。盒式測(cè)斜儀3因?yàn)橹苯虞敵鯮S485信號(hào)，所以可以直接通過RS485接口連接到數(shù)據(jù)采集單元4內(nèi)部的RS485接口18上，通過內(nèi)部總線協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最終在經(jīng)過微控制器16發(fā)送給DTU模塊9。

在實(shí)施過程中，所有傳感器(內(nèi)埋式應(yīng)變計(jì)1、表面式應(yīng)變計(jì)2、盒式測(cè)斜儀3)的外殼都必須采用316型不銹鋼材料，并且需要噴涂防腐蝕涂層，防止海水的腐蝕，同時(shí)信號(hào)線纜采用耐海水專用信號(hào)線纜。

更特別的是，所述數(shù)據(jù)采集單元4連接蓄電池10，蓄電池10連接電源控制器11，電源控制器11連接太陽(yáng)能電池板12。數(shù)據(jù)采集單元4通過蓄電池10、電源控制器11、太陽(yáng)能電池板12提供能量。通過蓄電池10和太陽(yáng)能電池板12供電，解決海上監(jiān)測(cè)裝置供電問題，同時(shí)電源控制器11還連接海上風(fēng)力發(fā)電裝置的電輸出模塊，通過風(fēng)力發(fā)電供電。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。