新能源资源的不断开发利用,使二、三类风能资源成为风电开发的主要对象。相对一类风能资源地区,在这些地区开发风电将需要整机厂商提供更长的叶片和更高的塔架。塔筒高度在不断增加,目前陆上风电机组的塔筒高度大多在50m-120m之间,塔筒本身承受自身的重力、风的推力、叶轮的扭力等复杂多变的负荷,同时受气象及地质因素的影响,塔体作为一个弹性刚体会产生一定幅度的摇摆和扭曲等弹性变形。过大的摆动将导致塔体结构的疲劳增大,或使塔架基础发生倾斜,产生安全隐患,因此需要对塔体的变形状态进行连续的在线监测。
虽然可以通过很多方案从原理上实现塔体的倾斜和变形监测,但是这些方案仍存在诸多问题:
GPS精度目前不能满足风电机组塔筒毫米级的倾斜测量要求;
采用多个GPS的方案不仅成本高,同时受工程施工的限制,必须安装在塔体外壁,采用倾斜传感器测量位移量虽然可行,但是现有仪器未能考虑塔体的非线性变形特点,基于单一倾角和刚体变形的假设所计算得到的位移量将远大于实际位移量;
当然,我们也可以采用加速度传感器来测量,通常我们选择的是iSV-316无线智能传感器,集三轴向振动传感器和数字化测量、存储、无线传输一体。基于先进的微机电、微电子测量、无线通信、嵌入式而创新设计制造的无线智能测量终端,支持多种无线通信方式,连接上位机或自动接入云端。可自动完成三维速度、加速度等振动与倾角参数测量,还可通过手机、平板、PC 无线远程控制。设备体型小巧,方便携带,坚固美观,适用于工程爆破振动的现场测量,工程结构和大型机电设备健康监测、倾角监测,实现分布式无人值守在线监测系统。
以塔筒形态在线监测系统的研究为切入点,将倾斜传感器和加速度传感器的数据代入塔体变形的参数方程式,通过方程求解、现场工程实践等方法较准确地得到塔体的变形数据。该系统可以广泛应用于风电机组塔体等高塔的倾斜及变形测量,实现在线安全监控。