本发明涉及风电塔的，具体为一种风电塔法兰结合面开裂监测预警方法及系统。
背景技术：
1、随着可再生能源的快速发展，风力发电作为一种清洁能源得到了广泛应用。风电塔作为风力发电系统的支撑结构，其结构稳定性和安全性对整个风力发电系统的运行至关重要。其中，风电塔法兰结合面是塔体各节连接的关键部位，承受着巨大的轴向力、剪切力和弯矩。风载荷、设备重量以及运行振动通过法兰结合面传递，如果不能有效传递这些负荷，可能会导致局部应力集中，引发结构损伤，进而影响风力发电机的整体结构稳定性。
2、在风电塔法兰结合面的领域中，特别是接合面开裂预测对风力发电机结构稳定性影响的研究，对于风电塔的安全运行和寿命延长具有重要意义。当前针对风电塔法兰结合面的监测和维护主要依赖人工检查和定期维护，存在一定的局限性和不足。首先，人工检查难以实现实时监测，容易忽视潜在的结构问题，导致法兰结合面裂纹在早期阶段得不到及时发现和处理。此外，现有的监测系统往往无法全面考虑预紧力分布、裂纹状态、应力循环次数以及风载荷等多种参数，缺乏系统性的评估和预测能力，难以提供准确的预警信息。
技术实现思路
1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种风电塔法兰结合面开裂监测预警方法及系统，解决了上述背景技术中的问题。
2、为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，包括部署模块、数据监测模块、数据处理模块、螺栓施力分布模块、结合面状态预测模块及预警管理模块；
3、所述部署模块用于预先在风电塔的连接塔节间的法兰结合面周围部署若干组传感器，采集若干组传感器获取的相关数据信息，并将相关数据信息上传至云端服务器内；
4、所述数据监测模块用于实时监测风电塔法兰结合面内螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息，并对法兰结合面内现存的裂纹状态信息进行实时记录，同时，在风电塔顶端的风力发电机工作运行中，对连接塔节间的法兰结合面的相关承载程度数据信息进行监测与记录；
5、所述数据处理模块用于将预紧力分布差异数据信息、现存的裂纹状态信息及相关承载程度数据信息进行数据预处理，汇总生成结合面状态集合；
6、所述螺栓施力分布模块用于基于处理后的螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息，计算获取预紧力受均差值yscz，若预紧力受均差值yscz超过差异阈值l，则向外发出初步预警指令；
7、所述结合面状态预测模块用于在接收到初步预警指令之后，将处理后的结合面状态集合进行特征提取，以分别获取裂纹深度lwsd、裂纹密度lwmd、应力循环次数yxcs及风载荷差值fzcz，并通过经训练后结合面开裂预测模型，计算获取法兰结合面的裂纹呈现系数lcxs及结合面载荷承受系数ccxs，通过将裂纹呈现系数lcxs及结合面载荷承受系数ccxs相关联，拟合分析风力发电机的结构稳定评估指数jpzs；
8、所述预警管理模块用于预先设置评估阈值w，并将所述评估阈值w与所述结构稳定评估指数jpzs进行对比分析，以综合判断当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响程度，并采取相应的预警保护手段。
9、优选的，所述部署模块包括传感器搭建单元和传输单元；
10、所述传感器搭建单元用于在风电塔的连接塔节间的法兰结合面周围部署若干组传感器，其中若干组传感器包括应变传感器、载荷传感器、振动传感器、温度传感器、裂纹监测仪器、金属疲劳试验机及风速传感器；
11、所述传输单元用于通过无线网络将若干组传感器获取的相关数据信息传输到云端服务器内，以支持远程监控与维护，并在通信传输出现中断时，临时存储若干组传感器获取的相关数据信息，同时在传输单元中集成边缘计算功能，对若干组传感器获取的相关数据信息进行初步处理。
12、优选的，所述数据监测模块包括初步监测单元、现存损伤监测单元及承载能力监测单元；
13、所述初步监测单元用于对风电塔法兰结合面内螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息进行实时监测与记录，其中，螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息包括风电塔法兰结合面内若干组螺栓被施加的预紧力值ys，并从中提取出预紧力值ys的最值；
14、所述现存损伤监测单元用于实时记录法兰结合面内现存的裂纹状态信息，其中，现存的裂纹状态信息包括当前法兰结合面内裂纹宽度lsc、裂纹密度lwmd及裂纹深度lwsd；
15、所述承载能力监测单元用于对连接塔节间的法兰结合面的相关承载程度数据信息进行监测与记录，其中，相关承载程度数据信息包括法兰结合面在循环载荷作用下的应力循环次数yxcs和疲劳强度qqd，以及风电塔顶部风力发电机所受到的风载荷，根据监测周期内监测出的风载荷，获取风载荷差值fzcz。
16、优选的，所述螺栓施力分布模块包括初步分析单元和初步预警单元；
17、所述初步分析单元用于根据螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息，并进行特征提取获取，计算获取预紧力受均差值yscz。
18、优选的，所述初步预警单元用于预先设置差异阈值l，并将所述预紧力受均差值yscz与所述差异阈值l进行对比分析，判断当前连接塔节间的法兰结合面内的紧固状态是否处于正常，具体内容如下：
19、若所述预紧力受均差值yscz超过所述差异阈值l时，表示为当前连接塔节间的法兰结合面内的紧固状态未处于正常，此时将向外发出初步预警指令，以进行进一步分析；
20、若所述预紧力受均差值yscz未超过所述差异阈值l时，表示为当前连接塔节间的法兰结合面内的紧固状态处于正常。
21、优选的，所述结合面状态预测模块包括外部分析单元、内部分析单元及综合分析单元；
22、所述外部分析单元用于依据现存的裂纹状态信息，将所述裂纹深度lwsd及所述裂纹密度lwmd做线性归一化处理后，并将相应的数据值映射在区间0,1]内，再依获取裂纹呈现系数lcxs。
23、优选的，所述内部分析单元用于根据相关承载程度数据信息，通过将所述应力循环次数yxcs及所述风载荷差值fzcz相关联，并经过线性归一化处理后，获取结合面载荷承受系数ccxs。
24、优选的，所述综合分析单元用于根据结合面状态集合，通过将所述裂纹呈现系数lcxs及所述结合面载荷承受系数ccxs相关联，拟合分析风力发电机的结构稳定评估指数jpzs。
25、优选的，所述预警管理模块包括评估单元和管理单元；
26、所述评估单元用于将所述结构稳定评估指数jpzs与所述评估阈值w进行比对分析，以综合判断当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响程度，具体内容如下：
27、若所述结构稳定评估指数jpzs＞所述评估阈值w时，表示为当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响处于非正常状态，此时发出持续性红色预警；
28、若所述结构稳定评估指数jpzs＝所述评估阈值w时，表示为当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响处于非正常状态，此时发出持续性黄色预警；
29、若所述结构稳定评估指数jpzs＜所述评估阈值w时，表示为当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响处于正常状态，此时发出三次闪烁式绿色预警；
30、所述管理单元用于根据所述评估单元中获取的相应预警结果，采取相应的预警保护手段，具体内容如下：
31、若发出持续性红色预警，此时将立即将风力发电机进行停机处理，并安排专业技术人员进行进一步检查，包括对法兰结合面及法兰内螺栓连接的检查，根据检查结果，进行必要的维修和维护工作，修复开裂的法兰结合面，更换损坏的螺栓，并调节各螺栓孔内螺栓被施加的预紧张力，保持在固定范围内，并在修复后再次进行结构稳定评估；
32、若发出持续性黄色预警，此时在风力发电机处于工作状态的同时，限定时间段，并在该时间段内安排专业技术人员现场对风电塔和法兰结合面进行监测，紧固螺栓，同时在运行后台，监测风电塔周围的风速变化差异，增加数据采集频率和检查频次，密切关注结构变化；
33、若发出三次闪烁式绿色预警，此时将按照正常的维护计划，继续进行定期检查和维护。
34、一种风电塔法兰结合面开裂监测预警方法，包括以下步骤，
35、步骤一、首先在风电塔的连接塔节间的法兰结合面周围部署若干组传感器，采集若干组传感器获取的相关数据信息，并将相关数据信息上传至云端服务器内；
36、步骤二、接着实时监测风电塔法兰结合面内螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息，并对法兰结合面内现存的裂纹状态信息进行实时记录，同时，在风电塔顶端的风力发电机工作运行中，对连接塔节间的法兰结合面的相关承载程度数据信息进行监测与记录；
37、步骤三、然后将预紧力分布差异数据信息、现存的裂纹状态信息及相关承载程度数据信息进行数据预处理，汇总生成结合面状态集合；
38、步骤四、基于处理后的螺栓被施加的预紧力分布差异数据信息，计算获取预紧力受均差值yscz，若预紧力受均差值yscz超过差异阈值l，则向外发出初步预警指令；
39、步骤五、其次在接收到初步预警指令之后，将处理后的结合面状态集合进行特征提取，以分别获取裂纹深度lwsd、裂纹密度lwmd、应力循环次数yxcs及风载荷差值fzcz，并通过经训练后结合面开裂预测模型，计算获取法兰结合面的裂纹呈现系数lcxs及结合面载荷承受系数ccxs，通过将裂纹呈现系数lcxs及结合面载荷承受系数ccxs相关联，拟合分析风力发电机的结构稳定评估指数jpzs；
40、步骤六、预先设置评估阈值w，并将所述评估阈值w与所述结构稳定评估指数jpzs进行对比分析，以综合判断当前风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定的影响程度，并采取相应的预警保护手段。
41、本发明提供了一种风电塔法兰结合面开裂监测预警方法及系统，具备以下有益效果：
42、(1)部署模块在风电塔的连接塔节间的法兰结合面周围部署若干组传感器，进一步实现对螺栓预紧力、裂纹状态及承载程度的实时监测和数据采集；数据监测模块能够实时记录和上传这些数据，确保对风电塔运行状态的多方面监控，进一步提高监测的及时性和准确性。通过螺栓施力分布模块，系统能够基于处理后的预紧力分布差异数据信息，计算预紧力受均差值yscz。若预紧力受均差值yscz超过设定的差异阈值l，系统会发出初步预警指令，及时提醒维护人员进行检查和维护，进一步避免因预紧力不均导致的结构损伤和安全隐患；结合面状态预测模块在接收到初步预警指令后，进一步对结合面状态集合进行特征提取，通过训练后的结合面开裂预测模型，系统能够计算出法兰结合面的裂纹呈现系数lcxs及结合面载荷承受系数ccxs，并拟合分析风力发电机的结构稳定评估指数jpzs，从而提供更加全面和精准的风险评估。预警管理模块通过设置评估阈值w，并将其与结构稳定评估指数jpzs进行对比分析，综合判断风电塔法兰结合面开裂风险对风力发电机的结构稳定性影响程度。根据预警结果，系统采取相应的预警保护手段，如持续性红色预警、持续性黄色预警和三次闪烁式黄色预警，进一步确保及时与准确地应对不同风险级别的情况，提升风电塔的安全性和运行可靠性。总之，该系统能够自动化地进行数据采集、处理和分析，减少对人工检查的依赖，进一步降低了人工检查的局限性和遗漏风险。通过智能化的预警管理，提高维护工作的效率和精准性，确保法兰结合面的结构稳定性，延长风电塔的使用寿命，保障风力发电机的安全运行。
43、(2)通过及时识别出预紧力分布不均的情况，有效预防因预紧力不均导致的局部应力集中和潜在结构损伤。初步预警单元通过预先设置差异阈值l，并将预紧力受均差值yscz与差异阈值l进行对比分析，实时判断法兰结合面的紧固状态，避免因紧固状态异常引发的结构故障，提高风电塔运行的可靠性和安全性。通过自动化的预警机制，系统能够持续监测和分析法兰结合面的紧固状态，减少了对人工检查的依赖，提升了监测效率和准确性。自动化预警不仅节省了人力资源，还能够在风电塔运行过程中持续提供实时监测数据，为维护人员提供可靠的决策依据。
44、(3)综合分析单元将外部分析单元和内部分析单元的结果结合起来，综合分析裂纹呈现系数lcxs和结合面载荷承受系数ccxs，计算风力发电机的结构稳定评估指数jpzs，通过这种综合分析方法，系统能够全面评估风电塔法兰结合面的结构健康状态，进一步预测潜在的开裂风险，提供准确的预警信息，确保风电塔的安全运行。通过精确的裂纹状态分析和全面的承载能力评估，系统能够提供更加准确的预警信息。
1.一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：包括部署模块、数据监测模块、数据处理模块、螺栓施力分布模块、结合面状态预测模块及预警管理模块；
2.根据权利要求1所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述部署模块包括传感器搭建单元和传输单元；
3.根据权利要求2所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述数据监测模块包括初步监测单元、现存损伤监测单元及承载能力监测单元；
4.根据权利要求3所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述螺栓施力分布模块包括初步分析单元和初步预警单元；
5.根据权利要求4所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述初步预警单元用于预先设置差异阈值l，并将所述预紧力受均差值yscz与所述差异阈值l进行对比分析，判断当前连接塔节间的法兰结合面内的紧固状态是否处于正常，具体内容如下：
6.根据权利要求5所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述结合面状态预测模块包括外部分析单元、内部分析单元及综合分析单元；
7.根据权利要求6所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述内部分析单元用于根据相关承载程度数据信息，通过将所述应力循环次数yxcs及所述风载荷差值fzcz相关联，并经过线性归一化处理后，获取结合面载荷承受系数ccxs。
8.根据权利要求6所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述综合分析单元用于根据结合面状态集合，通过将所述裂纹呈现系数lcxs及所述结合面载荷承受系数ccxs相关联，拟合分析风力发电机的结构稳定评估指数jpzs。
9.根据权利要求1所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：所述预警管理模块包括评估单元和管理单元；
10.一种风电塔法兰结合面开裂监测预警方法，包括上述权利要求1~9任一项所述的一种风电塔法兰结合面开裂监测预警系统，其特征在于：包括以下步骤，
