彎矩傳感器標定裝置及標定方法
2023-10-20 19:40:07
彎矩傳感器標定裝置及標定方法
【專利摘要】本發明公開了一種彎矩傳感器標定裝置及標定方法。彎矩傳感器標定裝置包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，所述力加載系統用於對所述彎矩傳感器進行標定，且通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接。該彎矩傳感器標定裝置大大降低了基礎的承載力，從而可降低基礎的施工難度，進而可降低彎矩傳感器標定裝置的建設費用。
【專利說明】彎矩傳感器標定裝置及標定方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及風力發電【技術領域】，特別涉及一種彎矩傳感器標定裝置及標定方法。【背景技術】
[0002]風力發電機組(以下簡稱:風機)的葉片根部截面和塔架各法蘭截面的載荷是其設計和認證的重要依據，用於評估風機長期服役安全、故障預測與診斷。由於風機系統的複雜性、外部環境不可預測性以及仿真分析模型可能存在缺陷等不確定因素，因此需要通過實際測試來驗證葉根和塔架的載荷。
[0003]為準確測量風機的葉根、塔架等測量部位的彎矩載荷，需要對測量該位置的彎矩傳感器(或稱被標定測力傳感器)進行計量標定和檢定。圖1為目前所採用的彎矩傳感器標定裝置的結構示意圖。如圖1所示，彎矩傳感器標定裝置包括基礎I和力加載系統，力加載系統包括兩套力傳遞單元、加載框25、傳感器轉接環6、加載過渡環4、測力環5、液壓作動器23以及控制單元(圖中未示出)。每套力傳遞單元包括力固定環21、第一彎矩消擾機構22a、液壓作動器23、第二彎矩消擾機構22b以及力傳感器24，其中，力固定環21、第一彎矩消擾機構22a、液壓作動器23、第二彎矩消擾機構22b、力傳感器24按順序依次連接。力傳遞單元一端通過螺栓固定於基礎1，另一端與加載框25連接，即力固定環21與基礎I固定連接，力傳感器24與加載框25固定連接。而且，兩套力傳遞單元分置於加載框25相對的兩端。用於固定彎矩傳感器的測力環5設置於加載框25的對稱軸上，而且，測力環5的兩端通過加載過渡環4和彎矩傳感器轉接環6分別與加載框25和基礎I固定連接。彎矩傳感器8設置在測力環5的內側。
[0004]利用上述彎矩傳感器標定裝置對彎矩傳感器8進行標定時，控制單元用於控制液壓作動器23，如控制液壓作動器23的加載力的速度等。液壓作動器23將加載力直接作用於加載框25，然後通過加載過渡環4傳遞至測力環5。由於力傳遞單元以及彎矩傳感器轉接環6均是通過螺栓與基礎I連接，作用在力固定環21和彎矩傳感器轉接環6上的載荷通過各自的螺栓直接傳遞至基礎1，導致基礎I承受的局部抗拉載荷很大，而且，螺栓還承受較大的水平剪切力載荷，增加了螺栓與基礎I連接的困難，而且增大了基礎I的製造費用。
[0005]通過理論計算，2.5MW風機的葉根和塔架基礎法蘭在極限載荷工況時，彎矩載荷分別為12MNm(兆牛)、180MNm，等效疲勞載荷分別為4MNm、29MNm。考慮到標定裝置的基礎建設和標定精確度，作用在基礎上的單點力載荷能夠達到幾兆牛到20兆牛。然而，目前單向拉壓力彎矩傳感器的最大標定裝置僅能達到5麗，彎矩傳感器的標定裝置還沒有MNm量級的。
[0006]另外，彎矩傳感器標定裝置為精密設備，使用時要求彎矩傳感器標定裝置的水平度和垂直度達到一定的精度。然而，上述彎矩傳感器標定裝置中力傳遞單元和彎矩傳感器轉接環6分別與基礎I連接，在施工時需要對兩個力傳遞單元以及彎矩傳感器轉接環6的水平度和垂直度分別進行調整，這增加了彎矩傳感器標定裝置的設計、施工難度和製造費用。
【發明內容】
[0007]本發明提供一種彎矩傳感器標定裝置，其可以降低基礎的載荷力，以及降低施工難度和製造費用。
[0008]為實現上述目的，本發明提供一種彎矩傳感器標定裝置，包括基礎和力加載系統，所述力加載系統用於對所述彎矩傳感器進行標定，還包括自平衡力牆，所述力加載系統通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接。
[0009]其中，所述力加載系統包括傳感器固定單元、加載框和至少兩套力傳遞單元，所述傳感器固定單元的一端與所述加載框連接，所述傳感器固定單元的另一端與所述自平衡力牆連接，所述力傳遞單元的一端與所述加載框連接，所述力傳遞單元的另一端與所述自平衡力牆連接，而且，所述力傳遞單元以所述傳感器固定單元為對稱軸對稱設置。
[0010]其中，所述力傳遞單元包括力固定環、第一彎矩消擾機構、液壓作動器、第二彎矩消擾機構以及力傳感器，所述力固定環、第一彎矩消擾機構、液壓作動器、第二彎矩消擾機構以及力傳感器依次首尾連接，而且，所述力固定環與所述自平衡力牆連接，所述力傳感器與所述加載框連接。
[0011]其中，所述傳感器固定單元包括傳感器轉接環、測力環和加載過渡環，所述傳感器轉接環、測力環和加載過渡環依次首尾連接，而且，所述傳感器轉接環與所述自平衡力牆連接，所述加載過渡環與所述加載框連接。
[0012]其中，被標定的彎矩傳感器設置在所述測力環的內側。
[0013]其中，所述傳感器固定單元還包括傳感器連接定位組件，所述被標定的彎矩傳感器通過所述傳感器連接定位組件固定在所述測力環的內側。
[0014]其中，在所述測力環的內側的不同位置處設置有多個所述傳感器連接定位組件，以通過將每個所述被標定的彎矩傳感器分別固定在不同位置的所述傳感器連接定位組件上來進行不同加載方向上的標定。
[0015]其中，所述液壓作動器用於向所述加載框施加載荷力；所述力加載系統還包括測控單元，所述測控單元用於控制所述液壓作動器的載荷力。
[0016]其中，所述自平衡力牆包括主體框架，所述主體框架通過法蘭螺栓與所述基礎連接；在所述主體框架上設有固定部，而且所述固定部的軸線與所述基礎平行，所述力加載系統通過法蘭螺栓固定在所述主體框架的固定部。
[0017]作為另一個技術方案，本發明還提供一種彎矩傳感器標定方法，其包括:提供彎矩傳感器標定裝置，所述彎矩傳感器標定裝置包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，所述力加載系統通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接；所述力加載系統包括測力環，多個被標定的彎矩傳感器均勻、對稱地設置在所述測力環的內側；通過所述力加載系統進行多輪次的加載，並獲得每次加載時所述被標定的彎矩傳感器對應的測試彎矩，所述測試彎矩包括拉伸分量和壓縮分量；根據所述拉伸分量和壓縮分量獲得所述被標定的彎矩傳感器的特性。
[0018]其中，在所述測力環的內側設置多個傳感器連接定位組件，以通過將每個所述被標定的彎矩傳感器分別固定在不同位置的所述傳感器連接定位組件上來進行不同加載方向上的標定。[0019]其中，在所述測力環的內側均勻、對稱地設置兩個被標定傳感器，在完成一個方向的標定後，旋轉所述測力環90 °，進行另一個方向的標定。
[0020]其中，在所述測力環的內側均勻、對稱地設有四個被標定傳感器。
[0021]其中，對所述力加載系統的加載彎矩和所述測試彎矩進行比較，獲得所述被標定的彎矩傳感器的精確度。
[0022]本發明具有以下有益效果:
[0023]本發明提供的彎矩傳感器標定裝置，其包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，而且力加載系統通過自平衡力牆與基礎固定連接，力加載系統提供的載荷全部同時直接作用在自平衡力牆，通過自平衡力牆相互抵消，即自平衡力牆和力加載系統成為一體結構，從而使作用在基礎上的載荷僅為彎矩傳感器標定裝置的自重及其偏心彎矩，大大降低了基礎的承載力，進而降低了基礎的施工難度，降低彎矩傳感器標定裝置的建設費用。
[0024]作為本發明的一個優選實施例，自平衡力牆包括主體框架,在主體框架上設有固定部，而且固定部的軸線與基礎平行，力加載系統通過法蘭螺栓固定在主體框架的固定部，這樣彎矩傳感器標定裝置僅通過自平衡力牆與基礎連接，從而有利於彎矩傳感器標定裝置的水平和垂直定位，從而可以提高彎矩傳感器標定裝置的精度，降低彎矩傳感器標定裝置的高度，進而降低安裝和調試的難度和周期以及建設成本。
[0025]本發明還提供一種彎矩傳感器標定方法，力加載系統通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接，力加載系統提供的載荷全部同時直接作用在自平衡力牆，通過自平衡力牆相互抵消，藉助自平衡力牆使作用在基礎上的載荷僅為彎矩傳感器標定裝置的自重及其偏心彎矩，大大降低了基礎的承載力，從而降低了基礎的施工難度，進而降低彎矩傳感器標定裝置的建設費用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1為目前所採用的彎矩傳感器標定裝置的結構示意圖；
[0027]圖2為本發明實施例彎矩傳感器標定裝置的結構圖；
[0028]圖3為圖2所述彎矩傳感器標定裝置的側視圖；
[0029]圖4為本發明實施例中傳感器連接定位組件的設置方式；以及
[0030]圖5為本發明實施例彎矩傳感器標定方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0031]為使本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明提供的彎矩傳感器標定裝置及標定方法進行詳細描述。
[0032]本實施例提供一種彎矩傳感器標定裝置，圖2為本發明實施例彎矩傳感器標定裝置的結構圖，圖3為圖2所述彎矩傳感器標定裝置的側視圖。如圖2、圖3所示，彎矩傳感器標定裝置包括基礎1、力加載系統和自平衡力牆9，力加載系統通過自平衡力牆9與基礎I固定連接，即自平衡力牆9和力加載系統為一體結構，力加載系統施加的載荷首先作用在自平衡力牆9，然後由自平衡力牆9將載荷傳遞到基礎1，從而使作用在基礎I上的載荷僅為彎矩傳感器標定裝置的自重及其偏心彎矩，這樣大大降低了基礎I的承載力，從而降低了基礎I的施工難度，進而降低彎矩傳感器標定裝置的建設費用。[0033]如圖2所示，力加載系統包括傳感器固定單元、加載框25以及兩套力傳遞單元，傳感器固定單元的一端與加載框25連接，傳感器固定單元的另一端與自平衡力牆9連接，力傳遞單元的一端與加載框25連接，力傳遞單元的另一端與自平衡力牆9連接，而且，兩套力傳遞單元以傳感器固定單元為對稱軸對稱設置。
[0034]力傳遞單元包括力固定環21、第一彎矩消擾機構22a、液壓作動器23、第二彎矩消擾機構22b以及力傳感器24，力固定環21、第一彎矩消擾機構22a、液壓作動器23、第二彎矩消擾機構22b以及力傳感器24依次首尾連接，並通過止口定位，而且，力固定環21與自平衡力牆9連接，力傳感器24與加載框25連接。其中，液壓作動器23用於向加載框25施加載荷力；第一彎矩消擾機構22a和第二彎矩消擾機構22b用於避免力傳遞單元在傳遞載荷的過程中出現的彎矩力影響彎矩傳感器標定裝置的標定精度。力傳感器24用於測量液壓作動器23施加的載荷力。
[0035]傳感器固定單元包括傳感器轉接環6、測力環5和加載過渡環4，傳感器轉接環6、測力環5和加載過渡環4依次首尾連接，而且，傳感器轉接環6與自平衡力牆9連接，加載過渡環4與加載框25連接。被標定的彎矩傳感器8設置在測力環5的內側。當液壓作動器23向加載框25加載載荷時，作用在加載框25上的載荷通過加載過渡環4傳遞至測力環5，將引起測力環5變形，被標定的彎矩傳感器8可以監測到測力環5的變形，並根據測力環5的變形獲得測試彎矩。
[0036]在本實施例中，傳感器固定單元還包括傳感器連接定位組件(圖中未示出)，被標定的彎矩傳感器8通過傳感器連接定位組件固定在測力環5的內側。
[0037]在測力環5的內側的不同位置處設置有多個傳感器連接定位組件，以通過將每個被標定的彎矩傳感器分別固定在不同位置的傳感器連接定位組件上來進行不同加載方向上的標定。通過使每個被標定的彎矩傳感器分別與不同位置的傳感器連接定位組件固定在一起，可以改變被標定的彎矩傳感器與測力環5之間的相對位置，從而當需要在不同加載方向上對被標定的彎矩傳感器進行標定時，無需旋轉測力環5，或者自原先位置拆卸下來的被標定的彎矩傳感器在安裝至新位置時對該位置重新進行調試，而只需將被標定的彎矩傳感器自原先的傳感器連接定位組件上拆卸下來，並重新安裝至需要進行標定的相應位置的傳感器連接定位組件上即可，進而可以提高標定的效率和準確性。此外，上述多個傳感器連接定位組件的位置可以根據具體情況自由設定。例如，可以在測力環5的內側設置兩個傳感器連接定位組件，兩個傳感器連接定位組件對稱地設置在測力環5的內側。再如，也可以在測力環5的內側設置四個傳感器連接定位組件，如圖4所示，在圖4中，中心點表示測力環5的對稱中心。四個傳感器連接定位組件10均勻、對稱地設置在測力環5的內側，如在水平線上設置兩個彎矩傳感器，在豎直線上設置兩個彎矩傳感器。不難理解，在測力環5的內側還可以設置更多個傳感器連接定位組件，如沿測力環5的周向每隔δ角度設置一個傳感器連接定位組件，δ可以為5°、10°、15°、30°或45°等等，然後根據彎矩傳感器的精度要求在相應位置設置彎矩傳感器。
[0038]彎矩測力傳感器有兩個分量:Μχ和My，若在測力環5的內側設置兩個彎矩傳感器，在完成一個分量的標定後，需要將彎矩傳感器轉置90°，即將測力環5轉置90°，再進行另一分量的標定。若在測力環5的內側設置四個彎矩傳感器，則不需轉置測力環5即可實現兩個分量的標定，從而能夠方便、快速實現不同方向的精確標定；而且還能實現兩個分量的任意組合進行標定，以及對測量精確度進行組合檢定。對於塔架彎矩傳感器的標定，可以先完成一個方向的標定，然後旋轉90°再進行另一方向的標定。對於葉片彎矩傳感器的標定，由於變漿軸承非線性特性的影響，旋轉角度難以連續精確定位，因此，優選採用四個或更多傳感器連接定位組件。
[0039]在本實施例中，力加載系統還包括測控單元(圖中未示出)，測控單元用於控制液壓作動器23的載荷力。通過測控單元可以方便地控制力加載系統，從而提高彎矩傳感器標定裝置的操控性。
[0040]需要指出的是，本實施例中，力加載系統2設有兩套力傳遞單元。本實施例也可以設置四套或更多套力傳遞單元，只要能夠將液壓作動器23施加的載荷均勻地傳遞至測力環5即可。
[0041]如圖2所示，自平衡力牆9包括主體框架9a，主體框架9a通過法蘭螺栓與基礎I連接；在主體框架9a上設有固定部％，而且固定部9b的軸線與基礎I平行，力加載系統通過法蘭螺栓固定在主體框架9a的固定部％。在施工過程中，只要確保自平衡力牆9在水平方向和垂直方向上的定位，即可確保力加載系統在水平方向和垂直方向上的定位，不僅有利於彎矩傳感器標定裝置的水平和垂直定位，而且可以提高彎矩傳感器標定裝置的精度以及降低安裝和調試的難度和周期。
[0042]自平衡力牆9和加載框25可以採用整體焊接精密加工而成，從而有利於彎矩傳感器標定裝置的裝配連接和精確定位。自平衡力牆9與力加載系統通過加載系統連接法蘭連接，具體地，力固定環21與自平衡力牆9通過加載系統連接法蘭連接。傳感器固定單元與自平衡力牆9通過傳感器固定單元連接法蘭連接，具體地，傳感器轉接環6與自平衡力牆9通過傳感器固定單元連接法蘭連接。
[0043]本實施例提供的彎矩傳感器標定裝置，其包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，而且力加載系統通過自平衡力牆與基礎固定連接，力加載系統提供的載荷全部同時直接作用在自平衡力牆，通過自平衡力牆相互抵消，即自平衡力牆和力加載系統成為一體結構，從而使作用在基礎上的載荷僅為彎矩傳感器標定裝置的自重及其偏心彎矩，大大降低了基礎的承載力，進而降低了基礎的施工難度，降低彎矩傳感器標定裝置的建設費用。
[0044]本實施例還提供一種彎矩傳感器標定方法，如圖5所示，包括:
[0045]步驟SI，提供彎矩傳感器標定裝置，其包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，力加載系統通過自平衡力牆與基礎固定連接；力加載系統包括測力環，多個被標定的彎矩傳感器均勻、對稱地設置在測力環的內側。
[0046]在本實施例中，彎矩傳感器標定裝置的具體結構參見上文，在此不再贅述。在測力環的內側設有兩個被標定的彎矩傳感器。
[0047]步驟S2，通過力加載系統進行多輪次的加載，並獲得每次加載時被標定的彎矩傳感器對應的測試彎矩，測試彎矩包括拉伸分量和壓縮分量。
[0048]首先根據被標定的彎矩傳感器的設定載荷，可計算出力加載系統的載荷；在加載過程中，可以通過力傳感器24獲得力加載系統的加載彎矩；然後通過液壓作動器23進行加載，加載到被標定的彎矩傳感器的設定載荷並保持穩定，由被標定的彎矩傳感器獲得測試彎矩。測試彎矩包括拉伸分量FTn和壓縮分量FCn。
[0049]步驟S3，根據拉伸分量和壓縮分量獲得被標定的彎矩傳感器的特性。[0050]根據拉伸分量和壓縮分量獲得拉伸-壓縮的幅值Fa以及拉伸+壓縮的均值FMn，表I為彎矩傳感器標定方法通過多輪次加載獲得的加載彎矩、測試彎矩以及拉伸分量？1；和壓縮分量FCn。
[0051]表1
【權利要求】
1.一種彎矩傳感器標定裝置，包括基礎和力加載系統，所述力加載系統用於對所述彎矩傳感器進行標定，其特徵在於，還包括自平衡力牆，所述力加載系統通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接。
2.根據權利要求1所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述力加載系統包括傳感器固定單元、加載框和至少兩套力傳遞單元，所述傳感器固定單元的一端與所述加載框連接，所述傳感器固定單元的另一端與所述自平衡力牆連接，所述力傳遞單元的一端與所述加載框連接，所述力傳遞單元的另一端與所述自平衡力牆連接，而且，所述力傳遞單元以所述傳感器固定單元為對稱軸對稱設置。
3.根據權利要求2所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述力傳遞單元包括力固定環、第一彎矩消擾機構、液壓作動器、第二彎矩消擾機構以及力傳感器，所述力固定環、第一彎矩消擾機構、液壓作動器、第二彎矩消擾機構以及力傳感器依次首尾連接，而且，所述力固定環與所述自平衡力牆連接，所述力傳感器與所述加載框連接。
4.根據權利要求2所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述傳感器固定單元包括傳感器轉接環、測力環和加載過渡環，所述傳感器轉接環、測力環和加載過渡環依次首尾連接，而且，所述傳感器轉接環與所述自平衡力牆連接，所述加載過渡環與所述加載框連接。
5.根據權利要求4所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，被標定的彎矩傳感器設置在所述測力環的內側。
6.根據權利要求4所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述傳感器固定單元還包括傳感器連接定位組件，所述被標定的彎矩傳感器通過所述傳感器連接定位組件固定在所述測力環的內側。
7.根據權利要求6所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，在所述測力環的內側的不同位置處設置有多個所述傳感器連接定位組件，以通過將每個所述被標定的彎矩傳感器分別固定在不同位置的所述傳感器連 接定位組件上來進行不同加載方向上的標定。
8.根據權利要求3所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述液壓作動器用於向所述加載框施加載荷力； 所述力加載系統還包括測控單元，所述測控單元用於控制所述液壓作動器的載荷力。
9.根據權利要求1所述的彎矩傳感器標定裝置，其特徵在於，所述自平衡力牆包括主體框架，所述主體框架通過法蘭螺栓與所述基礎連接； 在所述主體框架上設有固定部，而且所述固定部的軸線與所述基礎平行，所述力加載系統通過法蘭螺栓固定在所述主體框架的固定部。
10.一種彎矩傳感器標定方法，其特徵在於，包括: 提供彎矩傳感器標定裝置，所述彎矩傳感器標定裝置包括基礎、力加載系統和自平衡力牆，所述力加載系統通過所述自平衡力牆與所述基礎固定連接；所述力加載系統包括測力環，多個被標定的彎矩傳感器均勻、對稱地設置在所述測力環的內側； 通過所述力加載系統進行多輪次的加載，並獲得每次加載時所述被標定的彎矩傳感器對應的測試彎矩，所述測試彎矩包括拉伸分量和壓縮分量； 根據所述拉伸分量和壓縮分量獲得所述被標定的彎矩傳感器的特性。
11.根據權利要求10所述的彎矩傳感器標定方法，其特徵在於，在所述測力環的內側設置多個傳感器連接定位組件，以通過將每個所述被標定的彎矩傳感器分別固定在不同位置的所述傳感器連接定位組件上來進行不同加載方向上的標定。
12.根據權利要求10所述的彎矩傳感器標定方法，其特徵在於，在所述測力環的內側均勻、對稱地設置兩個被標定傳感器，在完成一個方向的標定後，旋轉所述測力環90°，進行另一個方向的標定。
13.根據權利要求10所述的彎矩傳感器標定方法，其特徵在於，在所述測力環的內側均勻、對稱地設有四個被標定傳感器。
14.根據權利要求10所述的彎矩傳感器標定方法，其特徵在於，對所述力加載系統的加載彎矩和所述測試彎矩進行比較，獲 得所述被標定的彎矩傳感器的精確度。
【文檔編號】G01L25/00GK103852211SQ201210494823
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年11月28日 優先權日:2012年11月28日
【發明者】彭雲, 楊炯明 申請人:江蘇金風科技有限公司