一种风机塔筒接地锚栓监控装置

技术领域

本发明属于物联网、故障检测、智慧化、系统控制领域，特别涉及一种风机塔筒接地锚栓监控装置。

背景技术

现阶段智能制造在信息技术和制造技术的高度融合的基础上，实现工业生产的数字化、网络化和智能化。其目标是通过自动化、数据分析和人工智能等技术，有效的提高生产效率、质量和灵活性，满足现代工业生产的个性化需求，创造更高的价值。改变传统的生产方式和组织模式，提高资源利用效率、降低环境污染等，技术应用方向包括物联网、云计算、大数据等，对整个工业体系起到显著的促进作用。

风力发电机塔筒是指风机中用于支撑风风力发电机机舱的桶形结构，是其结构性主体，塔筒上方连接机舱，下方环形接地部分使用锚栓与地基进行固定，锚栓对于风力发电机运行中产生的机体震动等影响，会出现松动情况造成安全隐患，长时间容易引起风力发电机的结构损坏。当前风力发电机塔筒基础锚栓松动检查通过人工巡检的方式进行，对于多机组生产场景下，逐机检查的周期长、投入人力成本高、无法对突发松动进行及时排查，亟待进行技术升级，实现远程自动化监控检测。现有技术采用人工检测的方式，检测误差大，巡检周期长，无法及时应对突发松动进行排查。无法远程监控，难以实现与集控的系统级融合。

发明内容

本发明提出了一种可远程监控的风力发电机塔筒基础锚栓监控装置，装置通过将螺母松动情况将其转化为电信号进行检测，将量化后的数据通过无线网络的方式传输到集控系统中。

一种风机塔筒接地锚栓监控装置，包括螺母侧保护壳、螺杆侧保护壳；其特征在于，螺母侧保护壳嵌套于锚拴螺母上，螺杆侧保护壳嵌套于锚拴螺杆上；螺母侧保护壳、螺杆侧保护壳上安装有监控电路，所述锚栓监控装置将螺母松动情况转化为电信号进行检测。

还提供一种风机塔筒接地锚栓监控装置的操作方法,

一种基于权利要求1所述风机塔筒接地锚栓监控装置的操作方法，其特征在于：

1)将符合锚栓螺母尺寸的螺母侧保护壳穿过锚栓螺杆放置于锚栓螺母上方，锚栓螺母六边滑入螺母侧保护壳，使螺母侧保护壳紧密包裹住锚栓螺母；

2)将符合锚栓螺杆尺寸的螺杆侧保护壳旋入包裹住锚栓螺杆，直至锚栓螺杆顶部和螺杆侧保护壳圆柱突出部顶部贴合，此时螺母侧保护壳的弹簧碳刷刷头部和螺杆侧保护壳的开环状均匀导体将会接触，形成闭合的检测电路；

3)为装置进行供电并使装置进行启动；

4)装置中微控制器进行初始化，用户终端无线连接装置后进行接入配置；

5)通过用户终端或集控系统对装置进行控制，使其进行锚栓松动检测；检测输出电流变化值，通过算法模型可计算出螺母松动角度，之后通过无线网络将结果传回到用户终端或者集控系统中；当锚栓螺母松动到达警戒阈值后，装置将向用户终端或者集控系统传回警报。

本发明的有益效果是：实现自动化检测，通过传感器进行精准的松动角度测量，减少人工成本投入和测量误差造成的干扰。基于物联网技术，使用无线监控的方式进行松动数据采集，相较于人工测量更为便捷，同时作为传感装置易于与集控系统进行交互，对于各类生产场景有很好的适应性。有效提升了风力发电机塔筒基础锚栓松动检测的实时性和便捷性，减少风力发电机塔筒基础锚栓松动隐患造成事故的损失和巡检的各类资源消耗；可以和多种集控系统进行融合，并可以多个装置并行接入，适用于风场内多台风机和多个锚栓检测的生产环境，实现风力发电工业技术升级中对于检测技术智能化的设计要求。

附图说明

图1为锚栓监控装置示意图一。

图2为锚栓监控装置示意图二。

图3为锚栓监控装置示意图三。

图4为监控系统连接示意图。

图中：1螺母侧保护壳，2螺杆侧保护壳，3电源输入母头，4继电器模块，5保护电阻，6弹簧电刷，7开环状均匀导体，8电流检测模块，9微控制器，10锚栓监控装置，11用户终端，12集控系统，13用户终端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提出了一种可远程监控的风力发电机塔筒基础锚栓监控装置，装置通过将螺母松动情况将其转化为电信号进行检测，将量化后的数据通过无线网络的方式传输到集控系统中。

如图1-3所示，锚栓监控装置包括两组成部分，分别为螺母侧保护壳1、螺杆侧保护壳2。

风力发电机塔筒基础锚栓在安装固定状态下，其中螺母在螺杆上向下旋紧移动，螺母在位于紧固位置时，螺杆的上端部伸出螺母上表面并且有一定伸出长度。

螺母侧保护壳1安装于螺母上，螺杆侧保护壳2安装于螺杆上端部。

螺母侧保护壳1本体为圆柱体，其中间形成六边棱柱，六边棱柱可嵌套于锚拴六角螺母的外轮廓上。螺母侧保护壳1下侧开口用于套入锚拴螺母，上侧端部具有开孔，与螺母配合的螺杆通过开孔伸出。

所述螺母侧保护壳为嵌套于锚拴螺母上的本装置的放置和保护结构，根据生产环境对其进行防水、防低压电击、防火防爆设计，根据螺栓的尺寸进行适配；

螺母侧保护壳本体的侧面还具有电路盒，电路盒内放置有监控辅电路，包括继电器模块4、保护电阻5、弹簧电刷6。

所述继电器模块4位于螺母侧保护壳电路盒内下方，竖直放置固定，其作用为接收外部控制信号来控制输入检测电流的开断，采用5V光耦隔离高电平信号触发继电器，继电器开关端的输入接口接入电源输入母头3的正极导线；

所述保护电阻5位于螺母侧保护壳电路盒内上方，横放固定于继电器上方的隔断，作用时防止检测电路电流过大，进行装置的电路保护，保护电阻可选择为200±10Ω，保护电阻的一端通过导线连接到继电器开关端的输出端；

所述弹簧电刷6位于螺母侧保护壳电路盒内上方，竖直固定于继电器上方的隔断，刷头部贯穿螺母侧保护壳电路盒顶部，其作用为检测电路的可活动连接端，弹簧电刷弹簧部分通过导线与保护电阻连接；

螺杆侧保护壳2本体为圆柱体，其中间形成有螺纹孔，螺纹孔可旋转配合于螺杆上。螺杆侧保护壳2下侧螺纹孔用于伸入螺杆，上侧具有圆柱突出部，用于容纳一定长度螺杆，圆柱突出部的长度可根据需求设置，用于配合螺杆伸出长度。圆柱突出部顶部封闭，可遮盖螺杆，对螺杆有隔离保护作用。使用时，将锚栓螺杆顶部和螺杆侧保护壳圆柱突出部顶部贴合，可对螺杆侧保护壳安装位置进行定位。

所述螺杆侧保护壳2为嵌套于锚拴螺杆上的本装置的放置和保护结构，根据生产环境对其进行防水、防低压电击、防火防爆设计，根据螺栓的尺寸进行适配设计；

螺杆侧保护壳本体的侧面具有电路盒，电路盒内放置监控主电路，包括电流检测模块8、微控制器9。另外在螺杆侧保护壳下侧端面，螺纹孔的四周环形处安装有开环状均匀导体7。

所述开环状均匀导体7位于螺杆侧保护壳下侧端面，嵌入螺杆侧保护壳下侧圆环面内，具有均匀阻值，其作用为检测电路的可变电阻部分，开环两端测量电阻为1000Ω，开环状均匀导体一端通过导线贯穿螺杆侧保护壳电路盒上方，并与电流检测模块连接。

所述电流检测模块8位于螺杆侧保护壳电路盒内侧方，其作用为测量检测电路的电流数值，电流检测模块输入端连接开环状均匀导体的贯穿导线，测量电流量程为0-10A，精度为0.001A，输出端接入输入母头的负极导线。

所述微控制器9采用型号为ESP32的SOC的微控制器，5V工作电压，具有WIFI连接功能，无线传输协议包括UDP、HTTP等，有多个串口，满足多个模块的不同类型数据传输需求。微控制器9位于螺杆侧保护壳电路盒内正中，其电路连接继电器模块、电流检测模块。可对继电器模块发出开闭检测回路的控制命令，对电流检测模块发出检测启动的控制命令，并接收电流检测模块发送的电流值信息，对电流值信息进行处理得到检测结果。

通过无线网络连接至集控系统12、用户终端11。通过无线网络和集控系统或用户终端进行通信来接收命令、发出检测结果和反馈，

锚栓监控装置还具有电源输入母头3，为装置的供电输入部件，标准DC直流电源母头，输入电压要求5V，最大电流不超过1A。电源输入母头3电连接于螺母侧保护壳1、螺杆侧保护壳2中的电路模块，接入直流电源，提供稳定的工作电压，为装置运行供电。

应用例为某台千瓦级风力发电机塔筒设置本锚栓监控装置，将所有紧固螺栓处安装配置监控装置，组成装置阵列。对于多台风力发电机，可同时进行配置及设置。

如图4所示，锚栓监控装置10通过网络连接于集控系统12，锚栓监控装置10与用户终端11间进行无线通信及控制，另外用户终端11也可通过访问集控系统12进行通信及控制。

锚栓监控装置检测方法如下：

1、将符合锚栓螺母尺寸的螺母侧保护壳穿过锚栓螺杆放置于锚栓螺母上方，锚栓螺母六边滑入螺母侧保护壳，使螺母侧保护壳紧密包裹住锚栓螺母。

2、将符合锚栓螺杆尺寸的螺杆侧保护壳旋入包裹住锚栓螺杆，直至锚栓螺杆顶部和螺杆侧保护壳圆柱突出部顶部贴合，此时螺母侧保护壳的弹簧碳刷刷头部和螺杆侧保护壳的开环状均匀导体将会接触，形成闭合的检测电路。

3、将符合工作电压的直流电源与电源输入母头相接，为装置进行供电并使装置进行启动。

4、装置中微控制器进行初始化，打开自身访问热点，用户通过用户终端接入热点后使用浏览器输入初始化设置网址，并在界面中进行监控系统接入配置，输入装置要接入的监控系统无线网络信息，输入完成并确认后，微控制器将关闭热点并根据输入的无线网络信息搜索并连接目标无线网络，连接成功后用户通过用户终端或集控系统接入无线网络局域网，通过微控制器的IP地址和开放的命令输入接口以及通信接口，通过一定的网络协议与装置通信。

如未能连接成功则在一定时间后装置再次开启访问热点，重复无线网络信息输入步骤直到装置初始化完毕。

5、用户通过用户终端或集控系统对装置进行控制，使其进行锚栓松动检测。

当装置接收到命令后，微控制器对继电器发出控制信号，使检测电路闭合，此时电源输入母线正极、保护电阻、弹簧碳刷、开环状均匀导体、电流检测模块、电源输入母线负极将形成回路，微控制器对电流检测模块发出控制信号，使其检测回路的电流值大小，并传回结果到微控制器中进行保存，检测完成后微控制器对继电器发送控制信号使检测电路断开，之后进入待机状态。

当锚栓螺母松动，会带动螺母侧保护壳一同转动，此时螺母侧保护壳中弹簧碳刷的刷头部份与螺杆侧保护壳的开环状均匀导体接触位置发生变化，检测回路中开环状均匀导体可导通部分的长度会缩短，使得检测回路整体阻值减小。

用户可对装置设置定时检测任务或者单次检测任务，当再一次进行锚栓松动检测，因通过检测回路的阻值减小，电流检测模块测量到的电流值将会增大，微控制器接收到电流值后，结合第一次监测到的电流值计算得出电流变化值，通过算法模型可计算出螺母松动角度，之后通过无线网络将结果传回到用户终端或者集控系统中；当锚栓螺母松动到达警戒阈值后，装置将向用户终端或者集控系统传回警报。至此完成锚栓松动的检测。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。