[發明專利]風電螺栓實時監控與診斷系統

在審

• 申請號: 201910017166.7
• 申請日: 2019-01-08
• 公開（公告）號: CN109883664A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發明（設計）人: 吳智泉;劉蘊華;張新;馮強;吳春;孫濤;楊佳霖
• 申請（專利權）人: 中國大唐集團新能源科學技術研究院有限公司
• 主分類號: G01M13/00
• 分類號: G01M13/00;G01N3/08;G01L5/24
• 代理公司: 北京中南長風知識產權代理事務所(普通合伙) 11674
• 代理人: 鄭海

本發明涉及一種風電螺栓實時監控與診斷系統，包括：用于在螺栓首次緊固時，通過超聲波測量螺栓自由狀態和緊固狀態下的聲時差，基于所述聲時差計算螺栓的伸長量，根據所述伸長量得出螺栓預緊力，以對螺栓預緊力進行精確控制的便攜式超聲螺栓預緊力測量裝置；用于針對在役螺栓，基于超聲橫波、縱波在螺栓里傳播的時間與螺栓軸向應力的線性關系，得出螺栓殘余預緊力，以確定是否需要對在役螺栓進行復擰的螺栓預緊力監控裝置。本發明能夠精確測量首次緊固時螺栓的預緊力以及在役螺栓的殘余預緊力，達到精確控制螺栓預緊力的目的。

技術領域

本發明屬于風電技術領域，尤其涉及一種風電螺栓實時監控與診斷系統。

背景技術

螺栓連接是風力發電機組裝配中的重要裝配方式，幾乎涉及到風力發電機組的所有部件。因此，螺栓的選用和強度校核以及裝配質量是風力發電機組可靠性的重要保證。

塔架是風力發電機組重要的承載部件之一，而塔架法蘭連接系統又是連接機艙底座和各段塔架的重要部件，因此連接的可靠性和安全性對整個風電機組的正常運行有著至關重要的作用。

塔架法蘭連接系統所承受的載荷是多變的動載荷，在這些載荷作用下，機械承載系統可能會發生過載或者疲勞，造成潛在的失效隱患。塔架安全問題，嚴重影響了超高塔架、分瓣式鋼制塔筒、柔性塔架和預應力錨式塔架的推廣和使用。而葉根螺栓、變槳軸承螺栓的失效同樣會帶來嚴重的后果。

高強度螺栓進行連接，由于受機件或裝備螺栓質量和安裝方面的影響，設備事故常有發生。其中，螺栓預緊力不足，造成螺栓松動，機件或裝備運行振動過大，螺栓在長期服役下，剪切斷裂，最終造成重大事故的比例較大。究其原因，首先，是螺栓本身質量不過關，設計制造過程中出現問題；其次，就是在安裝及維護過程中螺栓預緊力不足，運行過程中振動造成的。

排除螺栓的質量問題，螺栓失效的焦點就落在了安裝施工和調試檢修方面。在安裝過程中，如果螺栓預載荷超過了范圍上限，螺栓會發生塑性變形，甚至被拉斷；如果螺栓預載荷小于范圍下限，兩連接部件中間會產生縫隙，在運行過程中，特別是惡劣工況時，機件的應力比正常時增加約95％，造成螺栓發生脆性斷裂。螺栓的緊固程度，直接關系著機件或裝備的使用壽命。因此，有必要對螺栓進行實時監控，以精確控制螺栓預緊力。

發明內容

本發明的目的是提供一種風電螺栓實時監控與診斷系統，通過精確測量首次緊固時螺栓的預緊力以及在役螺栓的殘余預緊力，達到精確控制螺栓預緊力的目的。

本發明提供了一種風電螺栓實時監控與診斷系統，包括：

用于在螺栓首次緊固時，通過超聲波測量螺栓自由狀態和緊固狀態下的聲時差，基于聲時差計算螺栓的伸長量，根據伸長量得出螺栓預緊力，以對螺栓預緊力進行精確控制的便攜式超聲螺栓預緊力測量裝置；

用于針對在役螺栓，基于超聲橫波、縱波在螺栓里傳播的時間與螺栓軸向應力的線性關系，得出螺栓殘余預緊力，以確定是否需要對在役螺栓進行復擰的螺栓預緊力監控裝置。

進一步地，便攜式超聲螺栓預緊力測量裝置通過與壓電傳感式螺栓配合，實時測量螺栓預緊力；壓電傳感式螺栓通過在螺栓頭部粘接一層壓電陶瓷，或在真空環境下通過離子蒸汽沉積在螺栓頂面形成一復合層傳感器制成。

進一步地，復合層傳感器由上及下依次為金屬電極層、保護層及壓電層。

進一步地，便攜式超聲螺栓預緊力測量裝置包括依次連接的超聲波發射器、超聲波信號采集裝置、分析處理裝置。