風(fēng)力發(fā)電機(jī)超聲波螺栓松動(dòng)監(jiān)測(cè)方案

一、項(xiàng)目背景

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組長(zhǎng)期暴露于復(fù)雜工況（強(qiáng)風(fēng)、振動(dòng)、溫差大），螺栓連接部位易因疲勞、腐蝕或瞬時(shí)載荷導(dǎo)致松動(dòng)，可能引發(fā)葉片失衡、塔筒傾斜甚至倒塌等重大事故。傳統(tǒng)人工巡檢存在效率低、滯后性強(qiáng)的問(wèn)題。

本方案采用森瑟科技D401超聲波螺栓松動(dòng)傳感器，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)與數(shù)據(jù)分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)螺栓狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)警及健康管理，提升機(jī)組運(yùn)行安全性和維護(hù)效率。

二、設(shè)計(jì)原理

測(cè)量原理：通過(guò)RS485 接口輸出 TOF 飛行時(shí)間數(shù)據(jù)，可計(jì)算出螺栓的精確長(zhǎng)度，數(shù)據(jù)刷新頻率為 10Hz。每個(gè)控制盒可同時(shí)測(cè)量 8 通道螺栓長(zhǎng)度，每通道測(cè)量范圍為 15cm ~80cm，飛行時(shí)間測(cè)量范圍 50~270uS，每通道飛行時(shí)間隨機(jī)誤差(讀數(shù) 10 次方差) ±2 nS，每通道飛行時(shí)間精度(讀數(shù) 10 次平均值) ±10 nS。

D401 主要電氣參數(shù)：

1 、供電電壓：DC24V±10%；

2 、輸出接口：RS485（詳見(jiàn) D401-modbus 協(xié)議）;

3 、工作電流：<100mA（包含 8 通道超聲波傳感器和 1 通道溫度傳感器）；

4 、工作溫度：-40~85℃。

三、系統(tǒng)組成

D401 螺栓力傳感器包括如下組成部分：

1、8 通道超聲波信號(hào)控制盒 D401C-8-B

2、超聲波探頭 D401FS-Mxx-L

3、溫度探頭 D401T-L

4、電源/通訊線纜 18T-L

5、電源/通訊線纜 18T-L-M12

一個(gè)控制盒可接入多達(dá) 8 個(gè)超聲波探頭和 1 個(gè)溫度探頭

支持控制盒間級(jí)聯(lián)，理論容量為 128 個(gè)控制盒

四、安裝與部署

目標(biāo)螺栓選擇

優(yōu)先監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部位：塔筒法蘭連接螺栓、葉片變槳軸承螺栓、機(jī)艙底座螺栓。

每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)覆蓋3~5顆螺栓，形成冗余數(shù)據(jù)對(duì)比。

傳感器超聲波探頭 D401FS 及安裝使用

D401FS 螺栓力監(jiān)測(cè)傳感器探頭，是螺栓力監(jiān)測(cè)傳感器的信號(hào)發(fā)生檢測(cè)部件，是整個(gè)螺栓力監(jiān)測(cè)傳感器的核心部分，安裝質(zhì)量的好壞，關(guān)系到整個(gè)傳感器系統(tǒng)的正常與否。以下為兩類超聲波探頭。

D401FS-Mag-L

1）螺栓兩端均可安裝，如安裝端面有字跡或較大程度凹凸不平，需打磨平整，并進(jìn)行清潔處理，去除油污或鐵屑、灰塵等。

2）使用我司提供的耦合劑，均勻涂抹在螺栓安裝端面上。

3）將 D401FS-Mag-L 超聲波探頭陶瓷面與端面壓緊，確保陶瓷面與端面之間耦合劑填充，沒(méi) 有氣體間隙，探頭陶瓷面盡可能位于螺栓端面中心位置。探頭磁吸緊吸螺栓端面。

D401FS-Mxx-L

D401FS-Mxx-L超聲波探頭，適用于檢測(cè)直徑 M36 、M39 或 M42 以上，端面有凹坑的螺栓。使用時(shí)如下安裝：

1）在安裝探頭陶瓷片之前，先將被測(cè)螺栓端面擦拭干凈，不要有油污或鐵屑、灰塵 等，螺栓端面有凹下的字跡不影響測(cè)試，如有凸起則需打磨平整。

2）使用我司提供的耦合劑，涂抹在螺栓安裝端面。

涂抹耦合劑在 D401FS 陶瓷環(huán)上（螺栓上不需再涂耦合劑），涂抹時(shí)耦合劑盡量均勻，將陶瓷環(huán) 鍍層覆蓋。耦合劑涂抹時(shí)需有一定厚度，約≥0.5mm。

3 ）涂抹好耦合劑之后，將D401FS 陶瓷環(huán)對(duì)應(yīng)放置在螺栓端面上，然后使用配套螺 母鎖緊、將陶瓷片與螺栓端面壓緊即可。擰緊時(shí)扭矩約 2~4N·m，不宜過(guò)大。片與螺栓端面壓緊即可。擰緊時(shí)扭矩約 2~4N·m，不宜過(guò)大。

請(qǐng)注意：

1）由于D401FS 陶瓷環(huán)面積較大且比較薄，容易碎裂，安裝過(guò)程中不要 用力按壓或撞擊陶瓷環(huán)。

2) 安裝螺母時(shí)，擰緊扭矩約 2~4N·m 為宜，扭力過(guò)大擰太緊可能導(dǎo)致陶瓷 環(huán)碎裂產(chǎn)品失效。

D401T-L

D401T-L 溫度探頭可以實(shí)時(shí)檢測(cè)被測(cè)螺栓溫度情況，便于用戶分析或處理當(dāng)前溫 度下超聲波探頭測(cè)試數(shù)據(jù)。

控制盒 D401C-8-B 與探頭 D401FS 和溫度傳感器 D401T 的連接

D401C 控制盒帶有 9 個(gè) BNC 接口，其中標(biāo)識(shí)有 1~8 數(shù)字編號(hào)的 BNC 接口為超聲波探 頭接口，用于連接 8 個(gè)通道D401FS 超聲波探頭；標(biāo)識(shí)有T 的BNC 接口用于連接D401T 溫度傳感器探頭。

注意：超聲波傳感器探頭與溫度傳感器探頭不能混接，否則有可能損壞 D401C 控制盒 或傳感器探頭

D401C 控制盒電源線與 RS485 信號(hào)線接口

電源線與 RS485 信號(hào)線接口采用 M12*1 的 5 芯連接器，5 芯腳位定義如下：

PIN1: 電源+24VDC

PIN2: 電源地 GND

PIN3: RS485-A

PIN4: RS485-B

PIN5: 信號(hào)地 GND

電源/通訊接口 S1 與 S2 相同，便于用戶級(jí)聯(lián)控制盒。在復(fù)雜的使用環(huán)境中， D401C 外殼有必要接大地或者螺栓，以降低環(huán)境干擾對(duì)整個(gè) D401 檢測(cè)系統(tǒng)的影響。