一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法及系统

一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,所述方法包括以下步骤:S1、建立关于塔筒法兰的有限元模型,构建来流风速方位角与任一螺栓的应力关系曲线;S2、在所述塔筒法兰上,每间隔n个螺栓设置一个应力测量点,相邻的两个应力测量点之间设为一个螺栓检测区域,检测应力测量点的螺栓的实际螺栓应力数据并进行修正,获得螺栓应力修正数据;S3、将所有应力测量点的螺栓应力修正数据进行特征提取,获取所有螺栓检测区域的特征值;S4、通过对特征值进行比较,确定损坏螺栓所处区域;S5、根据所述损坏螺栓所处区域所对应的两个应力测量点获得的螺栓应力修正数据大小,以及,该两个螺栓应力修正数据的大小关系,确定损坏螺栓位置。

专利类型: 发明专利
申请(专利)号: CN202110550817.6
申请日期: 2021年5月20日
公开(公告)日: 2021年6月18日
公开(公告)号: CN112989682A
主分类号: G06F30/23,G,G06,G06F,G06F30
分类号: G06F30/23,F03D17/00,G,F,G06,F03,G06F,F03D,G06F30,F03D17,G06F30/23,F03D17/00
申请(专利权)人: 浙江中自庆安新能源技术有限公司
发明(设计)人: 水沛,尹旭晔
主申请人地址: 310018 浙江省杭州市经济技术开发区6号大街260号1幢
专利代理机构: 杭州钤韬知识产权代理事务所(普通合伙)
代理人: 赵杰香,唐灵
国别省市代码: 浙江;33
主权项: 1.一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤: S1、任一螺栓受来流风速方位角不同的风作用,产生与该来流风速方位角相对应的应力,通过建立关于塔筒法兰的有限元模型,在额定风速uset条件下,计算所述塔筒法兰上任一螺栓产生的与不同来流风速方位角相对应的应力,获得由不同来流风速方位角和与该来流风速方位角相对应的应力所组成的离散数据集,根据该离散数据集,构建在额定风速下任意来流风速方位角与塔筒法兰上任一螺栓的应力关系曲线; S2、在所述塔筒法兰上,每间隔n个螺栓设置一个应力测量点,以各个应力测量点为分界,将任意相邻的两个应力测量点之间设为一个螺栓检测区域,通过应力测量装置检测位于该应力测量点上的螺栓的实际螺栓应力数据,根据风速大小对该实际螺栓应力数据进行修正获得螺栓应力修正数据; S3、将所有应力测量点的螺栓应力修正数据进行特征提取,获取所有螺栓检测区域的特征值; S4、在所有的螺栓检测区域的特征值中,若连续的三个螺栓检测区域的特征值均在一螺栓损坏阈值范围内时,则判定特征值最大的螺栓检测区域为损坏螺栓所处的区域; S5、根据损坏螺栓所处的区域所对应的两个应力测量点的两个螺栓应力修正数据的数值,以及,该两个螺栓应力修正数据的大小关系,确定损坏螺栓的位置。 2.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S1包括: S101、以实际风速uwind作为输入条件,根据公式(1)确定塔筒的顶端推力Ftop: (1); 其中,ρ为空气密度,Sfan为风机叶轮扫掠面积,函数Cf(uwind)的解为风机在风速uwind下的对应的推力系数; S102、使用有限元软件,将Ftop作为边界条件,通过公式(2)求解额定风速条件下螺栓受力情况: (2); 其中,uset为事先给定的额定风速,αN是螺栓N的方位角,N为自然数,表示螺栓的编号,β是来流风速方位角, 为来流风速方位角和螺栓N的方位角的相对夹角,代表来流风速对N号螺栓所施加的拖曳力的方向, k为来流风速角度分析采样分辨率,Fk表示不同来流风速方位角下螺栓N的受力情况; S103、通过公式(3)对进行三次样条插值,构建来流风速方位角在 [0,2π]范围内与任一螺栓的应力关系曲线: (3); 其中,cubic表示三次样条插值处理。 3.根据权利要求2所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于: 选定一螺栓为基准螺栓,指定一时钟方向为旋转方向,在该旋转方向上,以该基准螺栓与塔筒的中心连线为始边,以螺栓N与塔筒的中心连线为终边的角为所述螺栓N的方位角αN; 以指定的所述时钟方向为旋转方向,在该旋转方向上,以该基准螺栓与塔筒的中心连线为始边,以来流风速的方向矢量为终边的角为所述来流风速方位角β,所述来流风速的方向矢量以所述塔筒的中心为起点。 4.根据权利要求3所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S2还包括: 根据外部测量装置获得的实际风速uwind,实际来流风速方位角βwind,塔筒设计的额定风速uset,以及风机的推力系数-风速曲线Cf,通过公式(4)推算出在来流风速方位角β的取值为βwind时,额定风速uset下所述螺栓N的应力大小: (4) ; 其中,A为螺栓截面积,Ppre为螺栓预应力。 5.根据权利要求4所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S2: 根据在来流风速方位角β的取值为βwind时,额定风速uset下推算出的所述螺栓N应有的应力大小,对所述应力测量装置测得的实际螺栓应力数据进行修正,得到额定风速条件下,来流风速方位角β的取值为βwind时的螺栓应力修正数据。 6.根据权利要求5所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于: 所述应力测量装置为超声波应力测量装置,该超声波应力测量装置将螺栓应力转换成声时差,并通过公式(5)对实际螺栓应力数据进行修正得到额定风速条件下的所述螺栓应力修正数据: (5) ; 其中,Δtmeasure为超声波应力测量装置所测的实际螺栓应力数据,Δtmod为额定风速条件下螺栓应力修正数据,为额定风速下产生的螺栓应力对应的声时差,通过公式(6)表示: (6) ; 其中,a和b为超声波应力测量装置内部预设的模型参数,为常数。 7.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S3包括: 所述特征值的提取方式包括将相邻两个所述应力测量点获得的所述螺栓应力修正数据以相加、相减、相乘中的任意一种方式进行数据处理。 8.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S4包括: 所述螺栓损坏阈值为0,当在塔筒法兰上连续的三个螺栓检测区域的特征值均大于0时,则该三个螺栓检测区域中,特征值最大的螺栓检测区域为损坏螺栓所处区域。 9.根据权利要求1所述的一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测方法,其特征在于,所述步骤S5包括: 统计所述损坏螺栓处于不同位置时的特征值并形成查找表,将实际获得的所述特征值与该查找表比对,分析出所述损坏螺栓分别与该区域所对应的两个所述应力测量点间隔的螺栓数量的组合, 比较该两个螺栓应力修正数据的大小关系,该损坏螺栓在该螺栓检测区域中的所处位置趋近于获得螺栓应力修正数据较大的应力测量点,以此确定损坏螺栓位置。 10.一种基于计算机辅助分析的螺栓组松动检测系统,其特征在于,所述系统包括: 有限元模型构建模块,任一螺栓受来流风速方位角不同的风作用,产生与该来流风速方位角相对应的应力,通过建立关于塔筒法兰的有限元模型,在额定风速uset条件下,计算所述塔筒法兰上任一螺栓产生的与不同来流风速方位角相对应的应力,获得由不同来流风速方位角和与该来流风速方位角相对应的应力所组成的离散数据集,根据该离散数据集,构建在额定风速下任意来流风速方位角与塔筒法兰上任一螺栓的应力关系曲线; 数据修正模块,在所述塔筒法兰上,每间隔n个螺栓设置一个应力测量点,以各个应力测量点为分界,将任意相邻的两个应力测量点之间设为一个螺栓检测区域,通过应力测量装置检测位于该应力测量点上的螺栓的实际螺栓应力数据,根据风速大小对该实际螺栓应力数据进行修正获得螺栓应力修正数据; 特征值提取模块,将所有应力测量点的螺栓应力修正数据进行特征提取,获取所有螺栓检测区域的特征值; 故障区域判定模块,在所有的螺栓检测区域的特征值中,若连续的三个螺栓检测区域的特征值均在一螺栓损坏阈值范围内时,则判定特征值最大的螺栓检测区域为损坏螺栓所处的区域; 损坏螺栓定位模块,根据所述损坏螺栓所处的区域所对应的两个应力测量点的两个螺栓应力修正数据的数值,以及,该两个螺栓应力修正数据的大小关系,确定损坏螺栓的位置。
法律状态: 公开