[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

说明书

本发明公开了一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统及方法，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。方法：将风电机组塔架沿圆周划分为p个区域；使用系统传感器采集数据；进行角度合成计算；计算塔架截面位移变化量；计算塔架截面中各方位受力；计算塔架圆周方向各区域的累积疲劳值；塔架累计疲劳损伤值和剩余寿命预知。上述方案实时在线评估风电机组塔架圆周方向各区域的累积疲劳损伤值Dp，根据Dp中的最大值Dr预估风电机组塔架的剩余寿命，长期在线测得风电机组塔架承受的载荷数据，并且具备施工方便，成本低廉且维护便捷的优点。

技术领域

本发明涉及风力发电领域，尤其涉及一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统及方法。

背景技术

有资料显示，随着风力发电机组装机量的大幅增长，优质风资源区域被开发殆尽，为了更好的开发利用低风速区风力资源，风力发电开发商及整机制造商投入了大量的科研力量研发高塔架甚至超高塔架、柔性塔架、钢-混凝土混合塔架。随着高塔、超高塔、柔塔、钢-混凝土混合塔架的不断投入运行，风电机组塔架结构健康状态逐渐的成为行业关注的焦点。风电机组塔架也渐渐发展到轮毂高度达到甚至超过160米，风载荷对其的影响越发明显。风载荷会迫使风电机组塔架产生疲劳损伤乃至倒塌，目前塔架的设计多数都是基于S-N曲线和线性累积损伤法则来评估风电机组塔架的疲劳损伤。

中国专利文献CN110895621A公开了一种“确定风电机组的塔架环焊缝的疲劳损伤的方法和装置”。采用了方法包括：计算塔架环焊缝的截面在不同方向的预定单位载荷作用下的应力；提取预定工况下的所述不同方向中的每个方向上的疲劳时序载荷；将每个方向上的疲劳时序载荷在塔架圆周方向上进行投影，以得到与每个方向上的疲劳时序载荷对应的投影序列载荷；对所述应力和投影序列载荷进行通道合并，以得到应力时间历程；基于应力时间历程和预定载荷工况频率表确定塔架环焊缝的截面在塔架圆周方向上的疲劳损伤。上述技术方案只能采集到风电机组实际运行载荷的短期数据，而且测试方案存在施工不便、成本高昂、维护困难等不足。

发明内容

本发明主要解决原有的技术方案无法实际反馈风电机组塔架所受载荷的技术问题，提供一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统及方法，实时在线评估风电机组塔架圆周方向各区域的累积疲劳损伤值Dp，根据Dp中的最大值Dr预估风电机组塔架的剩余寿命，长期在线测得风电机组塔架承受的载荷数据，并且具备施工方便，成本低廉且维护便捷的优点。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种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。传感器采集加速度，塔架晃动角度等信息，采集的信息通过数据采集站汇总并传输到CPU，CPU中包括上位机分析软件，通过上位机分析软件分析并计算塔架累计疲劳损伤值并预知剩余寿命，将分析结果通过无线信号发射器发送到终端，由工作人员实时查看，由电源提供能量，若数据出现剧烈波动或缺失，声光报警器进行报警。

作为优选，所述的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。多个截面的多组传感器共同作用确保对塔架受力及晃动的实时监测。

作为优选，所述的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°。按规定安装双轴倾角传感器，根据格式采集方位数据，便于对数据的统计及计算。

一种风电机组塔架累积疲劳损伤评估系统的评估方法，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；