技术领域
[0001] 本
发明涉及一种风电机组轮毂内高强度连接螺栓轴力在线监测系统及包括该检测系统的
风力发电机组，属于风电应用领域。
背景技术
[0002] 随着风力发电技术的快速发展，装机容量的逐年增多，高强螺栓连接的问题越来越多，严重影响风机的安全运行，逐步引起各个整机厂家的高度重视。
[0003] 高强螺栓主要用于连接
风力发电机组的关键部件，螺栓的受载情况对机组的安全可靠运行起着至关重要的作用。而现场由于工艺实施人员操作不熟练、工艺参数不准确(拉伸回弹量、
扭矩系数等)、风场运营维护不及时等原因，导致高强螺栓无法在设计预紧力值状态下运行，同时，因风的多变及不确定性所带来的交变
载荷而导致的局部螺栓断裂事件，以及因螺栓松动、断裂导致的
叶片脱落、机组倒塌等事故时有发生，这些都对螺栓连接的设计、施工、运维等提出了较高的要求。目前行业内采用的螺栓松动监测方法为比较落后的划线法，即
螺母紧固完成后，在螺栓、螺母及被连接件上划一条连续的直线，若螺母回转导致螺栓松动，连续的直线会错位。但是该方法属于被动监测，只有当运维人员登机并发现螺母回转后，才会进行螺栓维护，而此时螺栓已经在松动状态下运行了一段时间，是否已经产生损伤也未知。
[0004] 螺栓松动、断裂已成风电行业普遍问题，如何提升螺栓连接可靠性，保障机组运行安全，成为当下亟待解决的问题。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种基于
超声波测量技术的轮毂内高强螺栓轴力在线监测系统，该系统可实时测量并保存螺栓轴力、
温度、测试时间、螺栓编号、超声
波长等信息，为轮毂内高强螺栓的实时监测、螺栓受载规律的研究提供了一种可靠的解决方案。
[0006] 为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] 第一方面，本发明公开了一种风力发电机组轮毂内螺栓轴力在线监测系统，包括分线器、螺栓预紧力测量仪、滑环和工控机，所述的分线器、螺栓预紧力测量仪通过安装
支架固定在轮毂内，分线器与螺栓预紧力测量仪相连，所述的螺栓预紧力测量仪通过风机上的滑环与
机舱内的工控机相连，所述的工控机接入风机机舱控制系统，实现螺栓轴力与风机的风速、风向、运行状态等参数同步测量。
[0008] 作为进一步的技术方案，所述的分线器设置11个，所述的螺栓预紧力测量仪与离其最近的分线器相连，该分线器与其余分线器依次
串联。
[0009] 作为进一步的技术方案，每个分线器可分别测量12颗高强螺栓。
[0010] 作为进一步的技术方案，为降低温度对测量
精度的影响，3螺栓轴力测量仪上具有连接温度
探头的
接口。
[0011] 作为进一步的技术方案，所述的安装支架包括6个，其中一个安装支架上安装螺栓预紧力测量仪和一个分线器，其余的安装支架上分别安装两个分线器。
[0012] 作为进一步的技术方案，所述的螺栓预紧力测量仪通过声波
信号激励分线器。
[0013] 第二方面，本发明还公开了一种风力发电机组，包括前面所述的风力发电机组轮毂内螺栓轴力在线监测系统。
[0014] 本发明的有益效果如下：
[0015] 1.本系统基于
超声波测量原理，对高强螺栓进行标定；测试
频率可达到100Hz，满足对螺栓轴力进行实时监测的需求；且轴力测量精度可达到±3％；
[0016] 2.本系统可同时采集螺栓轴力与风机的风速、风向、运行状态等参数，满足研究需要。
[0017] 3.通过分线器可实现最多132颗螺栓的轴力测量，可满足轮毂与变桨
轴承、变桨轴承与叶片、轮毂与
主轴等轮毂内旋转部件连接螺栓轴力测量需求。
[0018] 4.该系统可有效避免螺栓出现松动、断裂等行业内普遍的失效型式，对保证机组的稳定运行和降低风力发电机组高强螺栓螺栓运维成本具有显著作用。
附图说明
[0019] 构成本
申请的一部分的
说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性
实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
[0021] 图2为螺栓轴力在线监测系统安装示意图。
[0022] 图中：1-分线器；2-安装支架；3-螺栓测量仪；4-轮毂。
具体实施方式
[0023] 应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024] 需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0025] 为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0026] 术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
[0027] 正如背景技术所介绍的，高强螺栓主要用于连接风力发电机组的关键部件，螺栓的受载情况对机组的安全可靠运行起着至关重要的作用。而现场由于工艺实施人员操作不熟练、工艺参数不准确(拉伸回弹量、扭矩系数等)、风场运营维护不及时等原因，导致高强螺栓无法在设计预紧力值状态下运行，同时，因风的多变及不确定性所带来的交变载荷而导致的局部螺栓断裂事件，以及因螺栓松动、断裂导致的叶片脱落、机组倒塌等事故时有发生，这些都对螺栓连接的设计、施工、运维等提出了较高的要求。目前行业内采用的螺栓松动监测方法为比较落后的划线法，即螺母紧固完成后，在螺栓、螺母及被连接件上划一条连续的直线，若螺母回转导致螺栓松动，连续的直线会错位。但是该方法属于被动监测，只有当运维人员登机并发现螺母回转后，才会进行螺栓维护，而此时螺栓已经在松动状态下运行了一段时间，是否已经产生损伤也未知。，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种轮毂内螺栓轴力在线监测系统及风力发电机组。本发明
专利提供的一种基于超声波测量技术的轮毂内高强螺栓轴力在线监测系统，该系统可实时测量并保存螺栓轴力、温度、测试时间、螺栓编号、超声波长等信息，为轮毂内高强螺栓轴力的实时监测、螺栓受载规律的研究提供了一种可靠的解决方案。该系统可有效避免螺栓出现松动、断裂等行业内普遍的失效型式，对保证机组的稳定运行和降低风力发电机组高强螺栓螺栓运维成本具有显著作用。
[0028] 本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，图1为螺栓监测系统架构，系统主要包含：1个螺栓轴力测量仪1、若干信号分线器、1个直流电源、1个工控机和
软件控制系统等关键部分组成。
[0029] 如图2所示，分线器1和螺栓轴力测量仪3通过安装支架2固定在轮毂4内，为便于减少线缆长度，将各部件安装在靠近轮毂出口的
位置。
[0030] 由于轮毂4具有三个腹
板面，轮毂内可安装1个螺栓轴力测量仪3、11个分线器1以及6个安装支架2。其中，螺栓轴力测量仪3与最近的分线器1通过通讯和电源线连接，该分线器与其他分线器1通过串联的方式使用通讯和电源线连接。由于每个分线器1可测量12颗高强螺栓，该系统最多可同时监测132颗螺栓。
[0031] 11个分线器中，其中1个分线器与螺栓轴力测量仪3安装在同一个安装支架2上，剩下的10个分线器2个一组，分成5组，安装在另外的5个安装支架2上，如图1所示，在轮毂上方安装有一个安装支架，在该安装支架的左侧是分线器1，右侧是螺栓测量仪3；
[0032] 在轮毂靠近下方的位置左侧安装有一个安装支架，在该安装支架的两个分线器1，在轮毂靠近下方的位置右侧安装有一个安装支架，在该安装支架的两个分线器1。
[0033] 6个安装支架2可拆卸的安装在轮毂4内；拆卸式连接，例如螺栓连接、
螺纹连接或者卡接等形式。
[0034] 进一步的，为降低温度对测量精度的影响，3螺栓轴力测量仪上具有连接
温度探头的接口。
[0035] 螺栓轴力测量仪3测量的螺栓轴力数据通过风机上的滑环通道接入位于机舱内的工控机上，并通过
可视化的软件控制系统进行实时监测。工控机通过网线接入风机机舱控制系统，实现螺栓轴力与风机的风速、风向、运行状态等参数同步测量。
[0036] 本系统可实现最多132颗螺栓的轴力测量，可满足轮毂与变桨轴承、变桨轴承与叶片、轮毂与主轴等轮毂内旋转部件连接螺栓轴力测量需求；测试频率可达到100Hz，满足对螺栓轴力进行实时监测的需求；采用成熟的超声波测量技术，轴力测量精度可达到±3％；可同时采集螺栓轴力与风机的风速、风向、运行状态等参数，满足研究需要。
[0037] 以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
