[发明专利]一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统及方法

权利要求书

1.一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将风电机组塔架沿圆周划分为p个区域；

(2)使用系统传感器采集数据；

(3)进行角度合成计算；

(4)计算塔架截面位移变化量；

(5)计算塔架截面中各方位受力；

(6)计算塔架圆周方向各区域的累积疲劳值；

(7)塔架累计疲劳损伤值和剩余寿命预知；

风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统，包括依次相连的传感器、数据采集站、CPU和无线信号发射器，所述CPU分别与声光报警器、电源相连，所述无线信号发射器与终端远程无线连接。

2.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述传感器包括加速度传感器和双轴倾角传感器，塔架设置有若干截面，每组截面上设有若干组传感器。

3.根据权利要求2所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述双轴倾角传感器的安装位置为：双轴倾角传感器的x轴输出角度正值指向北，方位角为0°；x轴输出角度负值指向南，方位角为180°；y轴输出角度正值指向东，方位角为90°；y轴输出角度负值指向西，方位角为270°。

4.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(2)通过Tower S.H.M.系统在风电机组塔架的整个H高度上均布或特定截面位置布置i(i≥1)组传感器，实时在线测得塔架被测截面承受载荷时，不同被测截面位置产生的x轴和y轴晃动角度θ_x、θ_y和加速度a。

5.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(3)经角度合成可知多截面各个方位的倾斜最大角度的计算公式为Sin²θ_合＝Sin²θ_x+Sin²θ_y，即并由方位角换算公式即可知塔架受载晃动产生最大倾斜角度对应的方位角

6.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(4)将风电机组塔架被测的i个截面分别均匀划分为n个方位，各方位之间的夹角即为实时获得多个截面对应的倾斜最大角度θ_合，则各个截面中不同方位对应倾斜角度其中μ为n个方位中对应的编号(μ＝1、2、3…n)。

7.根据权利要求6所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(4)经角度合成获得多截面各个方位的倾斜最大角度θ_合和各截面中不同方位对应的倾斜角度θ，再由x＝Kθ_弧度即可求得塔架被测截面中各个方位的位移变形量x，其中K为塔顶位移与塔顶转角比例系数；θ_弧度为各截面中多个方位倾斜角度的弧度值，即通过x＝Kθ_弧度求得塔架被测截面中各个方位的位移变形量x，K为塔顶位移ω_max与塔顶转角α比例系数，即知由此得其中L₁为塔架上布置传感器所在截面的高度H_i。

8.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(5)计算塔架截面各方位受力，F＝Fk+Fc+Fm，其中Fk＝kx，k为风电机组塔架的刚度系数，x为塔架被测截面中各个方位的位移变形量；Fc＝cv，c为塔架阻尼系数；Fm＝ma，m为塔架的模态质量；其中Fc因阻尼系数c约为2‰，故Fc值非常小可忽略，即M＝F·L＝(kx+ma)·(H-H_i)。

9.根据权利要求1所述的一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，其特征在于，所述步骤(6)实时监测得到风电机组塔架多个截面对应的不用方位的载荷M_i,n，其中i为截面的数量i≥1、n为各截面圆周方向均匀划分的方位数量n≥1，由即得到应力幅σ_i,n时序图(j＝1、2、3…n)，经雨流计数法可得到各截面多个方位的等效应力幅σ_rj(j＝1、2、3…m)及对应的循环次数n_rj(j＝1、2、3…m)，各截面疲劳损伤等效应力幅σ_rj经风电机组塔架材料S-N曲线可得对应的许用循环次数Nj，由公式

j、m≥1且为整数，即可实时测得风电机组塔架各截面多个方位的累积疲劳损伤值D_i，n；

所述步骤(7)以实时在线测得圆周方向以最大倾斜角为起点，均匀划分的n个方位的累积疲劳损伤值D_i，n及其对应的方位角γ_i，n，根据对应的γ_i，n划分到的p个区域，得到风电机组塔架被测多截面对应多个方位的累积疲劳损伤值D_i，n在圆周p个区域的累积疲劳损失值Dp，并得到Dp中的最大值Dr及其对应的方位角γ；根据在线测得的累积疲劳损伤Dr值可完成风电机组塔架的累积疲劳损伤及对应方位角γ的在线评估，并预估风电机组塔架的剩余寿命。