风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统及检测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种风力发电机基础锚栓预紧力矩检测方法，首先建立风力发电机基础锚栓锚固系统弯曲振动力学模型；然后推导基础锚栓锚固系统固有频率方程；接着在基础锚栓外露段的顶端通过激振手锤施加瞬态激励，通过加速度传感器采集、动态信号采集与分析仪分析振动信号获得风力发电机基础锚栓振动固有频率，然后基于力学模型和固有频率方程，得到法向接触刚度k；从而间接识别风力发电机基础锚栓预紧力矩。本发明专利技术的检测方法能够检测风致疲劳导致的风力发电机基础锚栓预紧力矩损失过大和失效问题，对指导基础锚栓再次预紧与加固、避免预紧力矩损失过大或失效导致风机产生严重事故具有重要的技术、经济效益，商业前景可观。

Pre-tightening Torque Detection System and Detection Method of Wind Turbine Foundation Anchor Bolt

【技术实现步骤摘要】
风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统及检测方法
本专利技术涉及风电领域，特别涉及一种风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统及检测方法。
技术介绍
风力发电以其能源蕴藏量大、环境破坏小、装机速度快、投资回收期短等优点受到各国广泛重视，至2020年末，世界风机建造总容量将接近800GW，中国装机量有望达200GW。然而，随着我国内陆风机装机规模的不断扩大，作为主要承重部件的风机基础问题逐渐呈现出来。我国风机使用寿命仅为20年，但在实际工程中存在部分机组在运行的前2～5年内就出现因基础疲劳损伤而导致机组无法正常运行的情况，问题严重的甚至需拆除重建，造成了巨大的经济损失。在风机基础风致疲劳损伤中，基础锚栓预紧力矩损失过大和失效是最为常见和易发的严重问题，常引发风机停机，造成重大的经济损失。为预防基础锚栓预紧力矩损失过大或失效导致的严重后果，最直接和有效的途径之一就是提出一种简单、快速的无损检测方法，通过它迅速地检测出待测基础锚栓的预紧力矩大小，判断其预紧程度，从而及时指导基础锚栓的再次预紧与加固，避免预紧力矩损失过大或失效导致风机产生严重事故。目前评估与控制风力发电机基础锚栓预紧力矩的方法，是根据本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统，其特征在于，包括基础锚栓、基础底法兰、上锚板、下锚板、加速度传感器、动态信号采集与分析仪、激振手锤，风力发电机基础混凝土中竖直插设两根相互平行的基础锚栓，两根基础锚栓下端通过下锚板连接固定，两根基础锚栓上端外露出混凝土且外露段通过依次设置上锚板、基础底法兰，两根基础锚栓的顶端和底端均通过设置基础螺母Ⅰ固定，所述激振手锤紧贴基础锚栓上端设置，加速度传感器经磁力吸座吸附于基础锚栓顶端，加速度传感器的信号输出端与动态信号采集与分析仪连接。

【技术特征摘要】
1.一种风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统，其特征在于，包括基础锚栓、基础底法兰、上锚板、下锚板、加速度传感器、动态信号采集与分析仪、激振手锤，风力发电机基础混凝土中竖直插设两根相互平行的基础锚栓，两根基础锚栓下端通过下锚板连接固定，两根基础锚栓上端外露出混凝土且外露段通过依次设置上锚板、基础底法兰，两根基础锚栓的顶端和底端均通过设置基础螺母Ⅰ固定，所述激振手锤紧贴基础锚栓上端设置，加速度传感器经磁力吸座吸附于基础锚栓顶端，加速度传感器的信号输出端与动态信号采集与分析仪连接。2.根据权利要求1所述的风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统，其特征在于，所述动态信号采集与分析仪包括A/D信号采集系统、信号分析显示系统、频率读入系统、预紧力矩计算系统、微机系统、液晶显示触摸屏，所述A/D信号采集系统的输入端与加速度传感器的信号输出端连接，A/D信号采集系统的输出端、信号分析显示系统、频率读入系统、预紧力矩计算系统、微机系统、液晶显示触摸屏依次连接。3.根据权利要求1所述的风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统，其特征在于，所述基础锚栓上位于上锚板和下锚板之间的部分套设有PE管。4.一种基于权利要求1-3中任一项所述的风力发电机基础锚栓预紧力矩检测系统的风力发电机基础锚栓预紧力矩检测方法，包括以下步骤：步骤一：建立风力发电机基础锚栓锚固体系力学模型，设基础螺母Ⅰ与基础底法兰的法向接触刚度为k，基础螺母Ⅰ与基础底法兰视刚度为k的弹簧联结；设基础锚栓螺纹与基础螺母Ⅰ螺纹相互作用刚度为kst，视基础锚栓螺纹与基础螺母Ⅰ螺纹为刚度kst的弹簧联结，建立风力发电机基础锚栓锚固系统弯曲振动力学模型；步骤二：计算基础螺母Ⅰ螺纹与基础锚栓螺纹相互作用刚度kst的均布值ks，并推导基础锚栓锚固系统固有频率方程；步骤三：用液压扭矩扳手分级预紧基础螺母Ⅰ，从设计预紧力矩的25％开始，每级增加设计预紧力矩的25％，至设计预紧力矩；完成每级预紧后，测量相应预紧力矩下锚栓外露段的长度l2，根据风力发电机基础的设计图纸确定锚栓预紧段的长度l3；步骤四：在基础锚栓外露段顶部侧面安装加速度传感器，并将加速度传感器连接到动态信号采集与分析仪，在基础锚栓外露段的顶端通过激振手锤施加瞬态激励，加速度传感器采集得到振动信号并送入动态信号采集与分析仪，动态信号采集与分析仪分析振动信号获得风力发电机基础锚栓振动固有频率，然后基于步骤一建立的力学模型和步骤二的固有频率方程，得到法向接触刚度k；最后基于接触面法向接触刚度k与接触面的法向力呈单调递增关系、基础锚栓轴力与基础锚栓预紧力矩呈线性关系，间接识别风力发电机基础锚栓预紧力矩。5.根据权利要求4所述的风力发电机基础锚栓预紧力矩检测方法，其特征在于，所述步骤一具体步骤为：假定：1)基础螺母Ⅰ、基础锚栓在基础螺母Ⅰ与基础底法兰接触面无y方向位移；2)基础螺母Ⅰ与基础锚栓通过螺纹接触传递轴力，视为刚度为kst的弹簧联结，3)横向弯曲时允许y方向基础螺母Ⅰ与基础锚栓产生滑移，忽略滑移对弯曲的影响；以基础螺母Ⅰ与基础底法兰接触面形心为坐标原点o，基础锚栓轴向为x轴方向，垂直于基础锚栓轴向为y轴方向，建立二维平面直角坐标系，设基础螺母Ⅰ段、基础螺母Ⅰ段的基础锚栓、基础锚栓外露段挠曲线方程分别为：y1＝a11x3+a12x2+a13xx∈0,l(1)y2＝b11x3+b12x2+b13xx∈0,l(2)y3＝c11x3+c12x2+c13x+c14x∈0,l+l2(3)式(1)-(3)中：x为沿基础锚栓轴向的坐标，y1、y2、y3分别为基础锚栓螺母段、基础锚栓螺母段的锚栓、基础锚栓外露段的挠度，a11、a12、a13、b...

【专利技术属性】
技术研发人员：钟新谷，张天予，赵超，吕伟荣，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43