風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法 技術(shù)領(lǐng)域 [0001] 本發(fā)明涉及風(fēng)電領(lǐng)域，特別涉及一種風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。 背景技術(shù) [0002] 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉根螺栓因長(zhǎng)期處于反復(fù)荷載作用下，極易引起螺栓預(yù)拉力損失顯著，進(jìn)而導(dǎo)致葉根螺栓因松動(dòng)（即螺栓實(shí)際預(yù)拉力P0小于設(shè)計(jì)預(yù)拉力P0S）而發(fā)生疲勞斷裂，且葉片螺栓斷裂出現(xiàn)在葉片擺振方向（0°和180°方向）較多。 [0003] 風(fēng)力機(jī)葉根螺栓連接與傳統(tǒng)鋼結(jié)構(gòu)建筑不同，葉根螺栓和風(fēng)力機(jī)機(jī)頭輪轂連接法蘭的螺栓（以后簡(jiǎn)稱法蘭螺栓）因長(zhǎng)期處于反復(fù)荷載作用，極易引起螺栓實(shí)際預(yù)拉力P0損失，導(dǎo)致連接螺栓在外力作用下疲勞應(yīng)力幅Δσs顯著增加，如圖1所示，若不及時(shí)解決，必將導(dǎo)致螺栓過(guò)早的疲勞斷裂；圖1表示了螺栓在不同預(yù)拉力狀態(tài)下與其所受應(yīng)力幅的關(guān)系，三條曲線分別代表了三種螺栓的實(shí)際軸力（這三種軸力是我們自己假設(shè)的），P0為螺栓沒(méi)有預(yù)應(yīng)力損失（即風(fēng)機(jī)剛建好時(shí)的螺栓軸力，螺栓預(yù)緊力施加到位了），0.8?P0為螺栓有較少預(yù)應(yīng)力損失（即風(fēng)機(jī)運(yùn)行了一段時(shí)間的螺栓軸力或者本身螺栓就沒(méi)有擰緊，只擰了0.8?P0）， 0.5?P0為螺栓有較大預(yù)應(yīng)力損失（即風(fēng)機(jī)運(yùn)行了較長(zhǎng)時(shí)間，在疲勞荷載作用下螺栓預(yù)應(yīng)力損失較大或者本身螺栓就沒(méi)有擰緊，只擰了0.5?P0）。在沒(méi)有外荷載時(shí)（如沒(méi)有風(fēng)荷載或者風(fēng)機(jī)在停機(jī)狀態(tài)），在相同彎矩幅ΔM作用下，三種螺栓疲勞應(yīng)力幅Δσs增加非常小，疲勞應(yīng)力幅Δσs小，疲勞壽命長(zhǎng)（此時(shí)是三種螺栓的疲勞壽命幾乎是一樣的），如圖1左半部分所示。隨著外荷載的增加，在相同彎矩幅ΔM作用下，三種螺栓疲勞應(yīng)力幅Δσs將有顯著差別，如圖1右半部分所示。 [0004] 目前螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)主要是針對(duì)單個(gè)螺栓松動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，方法僅能對(duì)螺栓松動(dòng)進(jìn)行定量檢測(cè)，無(wú)法進(jìn)行松動(dòng)程度評(píng)估和疲勞壽命預(yù)測(cè)。螺栓、螺栓松動(dòng)角度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及方法，風(fēng)電機(jī)組的連接螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均針對(duì)的是單顆螺栓，在監(jiān)測(cè)螺栓松動(dòng)情況時(shí)，需要將傳感器布置在每顆螺栓上，必然會(huì)造成安裝監(jiān)控傳感器數(shù)量多，費(fèi)用高的問(wèn)題。 [0005] 螺栓壽命預(yù)測(cè)目前主要采用有限元法，有限元模型中不僅需要考慮螺栓的結(jié)構(gòu)非線性、材料非線性和接觸非線性等因素，還需要考慮螺栓周圍剛度不均勻的問(wèn)題，實(shí)際操作較為繁瑣；公開(kāi)號(hào)為CN109000873B的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種螺栓松動(dòng)壽命預(yù)測(cè)方法，公開(kāi)號(hào)為CN117113710A的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于智能監(jiān)測(cè)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)螺栓疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，這2個(gè)專利文獻(xiàn)均沒(méi)有將實(shí)際工程的螺栓預(yù)拉力損失和螺栓壽命預(yù)測(cè)相結(jié)合，實(shí)際工程意義較小；公開(kāi)號(hào)為CN114491854A的專利文獻(xiàn)公開(kāi)了一種基于局部應(yīng)力應(yīng)變理論及有限元仿真的螺栓壽命快速預(yù)測(cè)方法，其對(duì)每個(gè)螺栓都進(jìn)行有限元分析與模擬，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且無(wú)法滿足實(shí)際工程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求。 發(fā)明內(nèi)容 [0006] 為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種算法簡(jiǎn)單、預(yù)測(cè)精度高的風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法。 [0007] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題的技術(shù)方案是：一種風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，包括以下步驟： [0008] S1：確定被監(jiān)測(cè)葉根螺栓的葉片擺振方向； [0009] S2：在葉片擺振方向和遠(yuǎn)離葉根端布置應(yīng)變片，以遠(yuǎn)離葉根端作為上監(jiān)測(cè)點(diǎn)，葉片擺振方向作為下監(jiān)測(cè)點(diǎn)； [0010] S3：在風(fēng)力機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)分別采集上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)； [0011] S4：將風(fēng)力機(jī)運(yùn)行1年上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變比K值曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，將之后風(fēng)力機(jī)運(yùn)行一年的上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變比K值曲線作為比對(duì)曲線； [0012] S5：將標(biāo)準(zhǔn)曲線和對(duì)比曲線進(jìn)行比對(duì)，分別將等效松1顆和等效松3顆螺栓的有限元計(jì)算K值曲線設(shè)定為預(yù)警線和報(bào)警線，設(shè)定預(yù)警和報(bào)警規(guī)則； [0013] S6：建立監(jiān)測(cè)螺栓群K值曲線，評(píng)估監(jiān)測(cè)螺栓群的松動(dòng)劣化趨勢(shì)； [0014] S7：根據(jù)監(jiān)測(cè)螺栓群K值曲線，確定螺栓松動(dòng)區(qū)域，運(yùn)用超聲測(cè)量技術(shù)檢測(cè)最不利螺栓軸力，最不利螺栓為松動(dòng)程度最大的螺栓； [0015] S8：主機(jī)廠家獲取被監(jiān)測(cè)葉片葉根螺栓中最不利螺栓所受疲勞荷載，計(jì)算最不利螺栓的平均軸力； [0016] S9：計(jì)算最不利螺栓所受疲勞荷載作用下螺桿中拉力增量； [0017] S10：計(jì)算最不利螺栓所受的等效應(yīng)力幅和平均應(yīng)力； [0018] S11：將計(jì)算得出的平均應(yīng)力和等效應(yīng)力幅代入螺栓疲勞曲線束進(jìn)行計(jì)算，確定最不利螺栓的剩余疲勞壽命； [0019] S12：綜合葉根螺栓群松動(dòng)程度監(jiān)測(cè)和最不利螺栓的剩余疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果，向業(yè)主提交風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)報(bào)告，并就可能存在的問(wèn)題提出處理建議。

1.一種風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟： S1：確定被監(jiān)測(cè)葉根螺栓的葉片擺振方向； S2：在葉片擺振方向和遠(yuǎn)離葉根端布置應(yīng)變片，以遠(yuǎn)離葉根端作為上監(jiān)測(cè)點(diǎn)，葉片擺振方向作為下監(jiān)測(cè)點(diǎn)； S3：在風(fēng)力機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)分別采集上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變數(shù)據(jù)； S4：將風(fēng)力機(jī)運(yùn)行1年上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變比K值曲線作為標(biāo)準(zhǔn)曲線，將之后風(fēng)力機(jī)運(yùn)行一年的上監(jiān)測(cè)點(diǎn)和下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的應(yīng)變比K值曲線作為比對(duì)曲線； S5：將標(biāo)準(zhǔn)曲線和對(duì)比曲線進(jìn)行比對(duì)，分別將等效松1顆和等效松3顆螺栓的有限元計(jì)算K值曲線設(shè)定為預(yù)警線和報(bào)警線，設(shè)定預(yù)警和報(bào)警規(guī)則； S6：建立監(jiān)測(cè)螺栓群K值曲線，評(píng)估監(jiān)測(cè)螺栓群的松動(dòng)劣化趨勢(shì)； S7：根據(jù)監(jiān)測(cè)螺栓群K值曲線，確定螺栓松動(dòng)區(qū)域，運(yùn)用超聲測(cè)量技術(shù)檢測(cè)最不利螺栓軸力，最不利螺栓為松動(dòng)程度最大的螺栓； S8：主機(jī)廠家獲取被監(jiān)測(cè)葉片葉根螺栓中最不利螺栓所受疲勞荷載，計(jì)算最不利螺栓的平均軸力； S9：計(jì)算最不利螺栓所受疲勞荷載作用下螺桿中拉力增量； S10：計(jì)算最不利螺栓所受的等效應(yīng)力幅和平均應(yīng)力； S11：將計(jì)算得出的平均應(yīng)力和等效應(yīng)力幅代入螺栓疲勞曲線束進(jìn)行計(jì)算，確定最不利螺栓的剩余疲勞壽命； S12：綜合葉根螺栓群松動(dòng)程度監(jiān)測(cè)和最不利螺栓的剩余疲勞壽命預(yù)測(cè)結(jié)果，向業(yè)主提交風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)報(bào)告，并就可能存在的問(wèn)題提出處理建議。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S1中，實(shí)際工程中，葉片螺栓斷裂出現(xiàn)在葉片擺振方向，即0°和180°方向，因此葉根螺栓監(jiān)測(cè)位置明確，監(jiān)測(cè)葉片擺振方向即可。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力機(jī)葉根螺栓群松動(dòng)程度在線監(jiān)控及疲勞壽命預(yù)測(cè)方法，其特征在于，所述步驟S2中，采用上、下監(jiān)測(cè)點(diǎn)的錯(cuò)位布置方案，在葉片擺振方向0°和180°位置分別設(shè)置下監(jiān)測(cè)點(diǎn) 和 ，下監(jiān)測(cè)點(diǎn) 左右兩側(cè)設(shè)置下監(jiān)測(cè)點(diǎn) 和 ，下監(jiān)測(cè)點(diǎn)上方遠(yuǎn)離葉根端設(shè)置上監(jiān)測(cè)點(diǎn) ，下監(jiān)測(cè)點(diǎn) 左右兩側(cè)設(shè)置下監(jiān)測(cè)點(diǎn) 和 ，下監(jiān)測(cè)點(diǎn)上方遠(yuǎn)離葉根端設(shè)置上監(jiān)測(cè)點(diǎn) ，其中 、 構(gòu)成為主測(cè)組， 、 和 、 和 、 和 構(gòu)成為從測(cè)組，下監(jiān)測(cè)點(diǎn)根據(jù)需要加密布置，而上監(jiān)測(cè)點(diǎn)僅需布置一個(gè)。