一种风电机组塔筒垂直度检测方法及系统与流程

1.本发明属于垂直度测量技术领域，具体涉及一种风电机组塔筒垂直度检测方法及系统。


背景技术：

2.塔筒是风力发电机组中重要部件,在风电机组中主要起支撑作用,同时吸收机组振动和扭矩负荷等复杂多变的载荷,风力发电机组运行过程中,塔筒会出现一定幅度的摇摆和扭曲等变形，此外，塔筒还会受到材料变化,零部件失效以及地基沉降等因素的影响，发生倾斜。
3.塔筒过大的倾斜会影响风力发电机组的正常运行，严重的还会产生安全事故，因此，需要对风电机组垂直度进行检测。如何规范检测方法，减少测量误差，提高检测质量和效率，是风力发电机组塔筒垂直度检测技术的重点。
4.目前部分风电机组在塔筒法兰面安装倾角传感器对风电机组垂直度进行在线监测，风电机组不同工况下，塔筒倾斜幅度变化较大，受法兰面工艺影响，测量精确度低，安装成本较高，不能很好的适用于大批量风电机组垂直度检测。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种风电机组塔筒垂直度检测方法及系统，用于解决测量误差大，检测效率低的技术问题。
6.本发明采用以下技术方案：
7.一种风电机组塔筒垂直度检测方法，包括以下步骤：
8.在风电机组的塔筒上分别设置p1点和p2点，p1点和p2点与风电机组中心点的连线垂直设置，以正北方向为0
°
位置，记录步骤s1选取的p1点的方位角∠p1；
9.分别在p1点位置和p2点位置对塔筒进行测量，得到对应的塔筒底部和顶部左右两侧的坐标数据，利用坐标数据确定p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b；
10.根据p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b计算合成的塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离s，根据水平距离s确定倾斜度tanθ；
11.根据p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a、p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b，以及p1点的方位角∠p1计算合成的塔筒顶部相对于正北方向倾斜方位的倾斜方位角β，结合倾斜度tanθ完成风电机组塔筒垂直度检测。
12.具体的，p1点和p2点至风电机组的距离设置为1.5～2.0h，h为塔筒的高度。
13.具体的，p1点处塔筒顶部倾斜幅度a具体为：
[0014][0015]
其中，h为塔筒高度，x1,y1和x2,y2分别为p1点位置处得到的塔筒底部左侧坐标和
右侧坐标，x3,y3和x4,y4分别为p1点位置处得到的塔筒顶部左侧坐标和右侧坐标。
[0016]
具体的，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b具体为：
[0017][0018]
其中，h为塔筒高度，x1',y1'和x2',y2'分别为p2点位置处得到的塔筒底部左侧坐标和右侧坐标，x3',y3'和x4',y4'分别为p2点位置处得到的塔筒顶部左侧坐标和右侧坐标。
[0019]
具体的，倾斜度tanθ具体为：
[0020]
tanθ＝s/h
[0021]
其中，h为塔筒高度。
[0022]
进一步的，倾斜度tanθ最大允许值为0.004。
[0023]
进一步的，水平距离s为：
[0024][0025]
8.根据权利要求1所述的风电机组塔筒垂直度检测方法，其特征在于，倾斜方位角β为：
[0026][0027]
进一步的，若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为正，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为正，则倾斜方位角β∈(0,90
°
)；若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为正，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为负，则倾斜方位角β∈(90
°
，180
°
)；若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为负，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为负，则倾斜方位角β∈(180
°
，270
°
)；若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为负，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为正，则倾斜方位角β∈(270
°
，360
°
)。
[0028]
第二方面，本发明实施例提供了一种风电机组塔筒垂直度检测系统，包括：
[0029]
布置模块，在风电机组的塔筒上分别设置p1点和p2点，p1点和p2点与风电机组中心点的连线垂直设置，以正北方向为0
°
位置，记录布置模块选取的p1点的方位角∠p1；
[0030]
测量模块，分别在p1点位置和p2点位置对塔筒进行测量，得到对应的塔筒底部和顶部左右两侧的坐标数据，利用坐标数据确定p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b；
[0031]
计算模块，根据测量模块得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b计算合成的塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离s，根据水平距离s确定倾斜度tanθ；
[0032]
检测模块，根据测量模块得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b，以及方位模块确定的p1点的方位角∠p1，计算合成的塔筒顶部相对于正北方向倾斜方位的倾斜方位角β，结合计算模块得到的倾斜度tanθ，完成风电机组塔筒垂直度检测。
[0033]
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
[0034]
一种风电机组塔筒垂直度检测方法，通过远距离测量塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离及方位角来确定塔筒状态，通过合成的塔筒的倾斜数据，能够反映塔
筒的倾斜度和方位角，检测操作方便，有效提高测量精度和测量效率，降低安全风险，对风电机组安全有重要意义，能准确地计算出风电机组垂直度和倾斜方位角，降低了安全风险，提高了测量精度和工作效率。
[0035]
进一步的，目前大部分风电机组塔筒高度位于60m至140米之间，测量位置距离塔筒太近无法观测到塔顶位置，测量位置距离塔筒太远则测量误差较大，根据塔筒高度的不同，测量距离设置为1.5～2.0倍塔筒高度时效果最佳。
[0036]
进一步的，因测量前塔筒的倾斜方位不确定，只选取一个测量点时，不同方位得到的塔筒顶部的倾斜幅度不同，倾斜方位与测点位置与塔筒连线的夹角为90
°
，无法准确反映塔筒顶部的倾斜幅度和方位角，在两个点分别测量倾斜幅度a和b，能够准确计算出塔筒顶部的倾斜幅度和方位角。
[0037]
进一步的，倾斜度tanθ为塔筒顶部的倾斜幅度与塔筒高度的比值，风电机组种类较多，塔筒高度不一，不同塔筒高度对应不同的塔筒顶部倾斜幅度，倾斜度tanθ能够准确判断不同高度塔筒的倾斜幅度。
[0038]
进一步的，倾斜度最大值设置主要依据gb50135-2019高耸结构设计标准第7.2.5节对风力发电机组倾斜度的要求，当倾斜度小于0.004时，符合标准要求，能够保证机组安全可靠运行。
[0039]
进一步的，在p1点和p2点两个方向测量计算得到的倾斜幅度分别为a和b，s是a和b的矢量和，能够准确表示塔筒顶部的水平倾斜幅度和方向，可及时发现塔筒结构存在的隐患。
[0040]
进一步的，方位角β能够准确反映塔筒倾斜的方向，以p1点为参考点，经过计算的到的塔筒倾斜方位角为因风电场地形影响，测量位置不一定位于正北或正南方向，∠p1为p1点和塔筒中心点连线与正北方向的夹角，则实际倾斜方位角
[0041]
进一步的，正切函数的周期为180
°
，在0至360
°
范围内一个正切值对应两个方向相反的方位角，所以根据定义的倾斜幅度的正负来确定方位角所在的象限。
[0042]
进一步的，正切函数的周期为180
°
，在0至360
°
范围内一个正切值对应两个方向相反的方位角，所以根据定义的倾斜幅度的正负来确定方位角所在的象限。
[0043]
可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。
[0044]
综上所述，本发明使用方便，准确度高，适应性强，降低了安全风险，提高了测量精度和测量效率。
[0045]
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
[0046]
图1为本发明在计算塔筒垂直度的俯视图；
[0047]
图2为本发明在实施塔筒垂直度检测方法示意图。
具体实施方式
[0048]
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。
[0049]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
[0050]
还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
[0051]
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
[0052]
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述预设范围等，但这些预设范围不应限于这些术语。这些术语仅用来将预设范围彼此区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一预设范围也可以被称为第二预设范围，类似地，第二预设范围也可以被称为第一预设范围。
[0053]
取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在
……
时”或“当
……
时”或“响应于确定”或“响应于检测”。类似地，取决于语境，短语“如果确定”或“如果检测(陈述的条件或事件)”可以被解释成为“当确定时”或“响应于确定”或“当检测(陈述的条件或事件)时”或“响应于检测(陈述的条件或事件)”。
[0054]
在附图中示出了根据本发明公开实施例的各种结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
[0055]
本发明提供了一种风电机组塔筒垂直度检测方法，选取p1、p2两点，且p1、p2两点与风电机组中心点连线垂直，在选取的两点依次放置经纬仪，经纬仪设置有望远镜和水平度盘及竖直度盘；具体为：在直角坐标系中，以正北方向为0
°
位置，记录p1、p2两点的方位角；在p1点位置对风电机组塔筒进行测量，得到风电机组塔筒底部的左侧坐标(x1,y1)和右侧坐标(x2,y2)，以及风电机组塔筒顶部的左侧坐标(x3,y3)和右侧坐标(x4,y4)；计算出p1点位置处风电机组塔筒顶部倾斜幅度a；然后在p2点位置对风电机组塔筒进行测量，得到风电机组塔筒底部和顶部的坐标分别(x1',y1')，(x2',y2')，(x3',y3')和(x4',y4')，计算得到p2点位置处风电机组塔筒顶部倾斜幅度b；根据p1点位置处和p2点位置处风电机组塔筒顶部倾斜幅度计算合成的塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离s；最终确定风电机组塔筒倾斜度tanθ和合成的风电机组塔筒顶部相对于正北方向的倾斜方位角β。本发明能准确地计算出风电机组垂直度和倾斜方位角，降低了安全风险，提高了测量精度和工
作效率。
[0056]
请参阅图1和图2，本发明一种风电机组塔筒垂直度检测方法，包括以下步骤：
[0057]
s1、在距离风电机组1.5～2.0倍的风电机组塔筒高度位置处分别选取p1、p2两点，且p1点和p2点与风电机组的中心点连线垂直设置；
[0058]
p1点和p2点至风电机组的距离设置为1.5～2.0h，h为塔筒高度。
[0059]
s2、以正北方向为0
°
位置，记录步骤s1选取的p1点和p2点的方位角，方位角分别为∠p1和∠p2，若p1点位于正北方向，则∠p1＝0
°
，p2点位于正东方向，则∠p2＝90
°
；
[0060]
s3、在p1点位置对塔筒进行测量，得到塔筒底部左侧坐标(x1,y1)和右侧坐标(x2,y2)，塔筒顶部左侧坐标(x3,y3)和右侧坐标(x4,y4)；
[0061]
s4、利用步骤s3得到的塔筒底部和塔筒顶部的坐标数据计算得到p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a；
[0062]
p1点处塔筒顶部倾斜幅度a具体为：
[0063][0064]
其中，h为塔筒高度。
[0065]
s5、在p2点位置对塔筒进行测量，分别得到塔筒底部和塔筒顶部两组数据(x1',y1')和(x2',y2')，(x3',y3')和(x4',y4')，计算得到p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b；
[0066]
p2点处塔筒顶部倾斜幅度b具体为：
[0067][0068]
其中，h为塔筒高度。
[0069]
s6、根据步骤s4得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和步骤s5得到的p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b计算合成的塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离s，根据水平距离s确定倾斜度tanθ；
[0070]
倾斜度tanθ最大允许值为0.004。
[0071]
水平距离s为：
[0072][0073]
其中，a为p1点处塔筒顶部倾斜幅度，b为p2点处塔筒顶部倾斜幅度。
[0074]
塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离，即塔筒顶部的的倾斜度tanθ＝s/h，h为塔筒高度；
[0075]
s7、根据步骤s4得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和步骤s5得到的p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b及步骤s2得到的p1点的方位角∠p1，计算合成的塔筒顶部相对于正北方向的倾斜方位的倾斜方位角β，结合步骤s6得到的倾斜度tanθ，完成风电机组塔筒垂直度检测。
[0076]
倾斜方位角β为：
[0077][0078]
若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为正，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为正，则倾斜方位
角β∈(0,90
°
)；
[0079]
若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为正，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为负，则倾斜方位角β∈(90
°
，180
°
)；
[0080]
若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为负，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为负，则倾斜方位角β∈(180
°
，270
°
)；
[0081]
若p1点处塔筒顶部倾斜幅度a为负，p2点处塔筒顶部倾斜幅度b为正，则倾斜方位角β∈(270
°
，360
°
)。
[0082]
本发明再一个实施例中，提供一种风电机组塔筒垂直度检测系统，该系统能够用于实现上述风电机组塔筒垂直度检测方法，具体的，该风电机组塔筒垂直度检测系统包括布置模块、测量模块、计算模块以及检测模块。
[0083]
其中，布置模块，在风电机组的塔筒上分别设置p1点和p2点，p1点和p2点与风电机组中心点的连线垂直设置，以正北方向为0
°
位置，记录布置模块选取的p1点的方位角∠p1；
[0084]
测量模块，分别在p1点位置和p2点位置对塔筒进行测量，得到对应的塔筒底部和顶部左右两侧的坐标数据，利用坐标数据确定p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b；
[0085]
计算模块，根据测量模块得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b计算合成的塔筒顶部中心点偏移塔筒底部中心点的水平距离s，根据水平距离s确定倾斜度tanθ；
[0086]
检测模块，根据测量模块得到的p1点处的塔筒顶部的倾斜幅度a和p2点处的塔筒顶部倾斜幅度b，以及方位模块确定的p1点的方位角∠p1，计算合成的塔筒顶部相对于正北方向倾斜方位的倾斜方位角β，结合计算模块得到的倾斜度tanθ，完成风电机组塔筒垂直度检测。
[0087]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
[0088]
本发明在华能文昌风电场，华能萨尔托海风电场进行实际使用过，使用效果较好，能够准确测量风电机组塔筒的倾斜状态，本发明检测成本低，测量精度高，计算方法简便；具体数据如下：
[0089]
实施例1(#1)
[0090]
按照上述步骤，获得两组数据分别为(42
°
44
′
，274
°
56
′
)(44
°
39
′
，274
°
56
′
)(43
°2′
，299
°
32
′
)(44
°
22
′
，292
°
32
′
)和(10
°7′
，275
°
16
′
)(12
°
20
′
，275
°
16
′
)(10
°
31
′
，302
°
56
′
)(204
°
10
′
，302
°
56
′
)。
[0091]
得到塔筒顶部的最大倾斜距离和塔筒顶部相对于正北方向的倾斜方位角分别为s＝137.02mm，β＝30
°
，假设塔筒高度h为65m，则塔筒的倾斜度tanθ＝s/h＝0.0021。
[0092]
实施例2(#5)
[0093]
按照上述步骤，获得两组数据分别为(316
°
28
′
，273
°3′
)(318
°0′
，273
°3′
)(316
°
41
′
，294
°1′
)(317
°
44
′
，294
°1′
)和(238
°
22
′
，273
°
49
′
)(240
°5′
，273
°
49
′
)(238
°
38
′
，297
°
10
′
)(239
°
47
′
，297
°
10
′
)，
[0094]
得到塔筒顶部的最大倾斜距离和塔筒顶部相对于正北方向的倾斜方位角分别为s＝113.28mm，d＝144
°
10
′
42
″
，假设塔筒高度h为65m，则塔筒的倾斜度tanθ＝s/h＝0.00174。
[0095]
因此，本发明使用经纬仪测量塔筒垂直度，通过合成倾斜距离，能准确测量塔筒的倾斜状态，经计算就能得出塔筒倾斜度和倾斜方位角。
[0096]
综上所述，本发明一种风电机组塔筒垂直度检测方法及系统，通过合成的塔筒的倾斜数据，能够反映塔筒的倾斜度和方位角，检测操作方便，有效提高测量精度和测量效率，降低安全风险，对风电机组安全有重要意义。
[0097]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0098]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0099]
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0100]
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0101]
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。