風力發電機超聲波螺栓松動監測方案

一、項目背景

風力發電機組長期暴露于復雜工況（強風、振動、溫差大），螺栓連接部位易因疲勞、腐蝕或瞬時載荷導致松動，可能引發葉片失衡、塔筒傾斜甚至倒塌等重大事故。傳統人工巡檢存在效率低、滯后性強的問題。

本方案采用森瑟科技D401超聲波螺栓松動傳感器，結合物聯網與數據分析技術，實現螺栓狀態的實時監測、預警及健康管理，提升機組運行安全性和維護效率。

二、設計原理

測量原理：通過RS485 接口輸出 TOF 飛行時間數據，可計算出螺栓的精確長度，數據刷新頻率為 10Hz。每個控制盒可同時測量 8 通道螺栓長度，每通道測量范圍為 15cm ~80cm，飛行時間測量范圍 50~270uS，每通道飛行時間隨機誤差(讀數 10 次方差) ±2 nS，每通道飛行時間精度(讀數 10 次平均值) ±10 nS。

D401 主要電氣參數：

1 、供電電壓：DC24V±10%；

2 、輸出接口：RS485（詳見 D401-modbus 協議）;

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

一個控制盒可接入多達 8 個超聲波探頭和 1 個溫度探頭

支持控制盒間級聯，理論容量為 128 個控制盒

四、安裝與部署

目標螺栓選擇

優先監測關鍵部位：塔筒法蘭連接螺栓、葉片變槳軸承螺栓、機艙底座螺栓。

每個監測點覆蓋3~5顆螺栓，形成冗余數據對比。

傳感器超聲波探頭 D401FS 及安裝使用

D401FS 螺栓力監測傳感器探頭，是螺栓力監測傳感器的信號發生檢測部件，是整個螺栓力監測傳感器的核心部分，安裝質量的好壞，關系到整個傳感器系統的正常與否。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 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，適用于檢測直徑 M36 、M39 或 M42 以上，端面有凹坑的螺栓。使用時如下安裝：

1）在安裝探頭陶瓷片之前，先將被測螺栓端面擦拭干凈，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 陶瓷環上（螺栓上不需再涂耦合劑），涂抹時耦合劑盡量均勻，將陶瓷環 鍍層覆蓋。耦合劑涂抹時需有一定厚度，約≥0.5mm。

3 ）涂抹好耦合劑之后，將D401FS 陶瓷環對應放置在螺栓端面上，然后使用配套螺 母鎖緊、將陶瓷片與螺栓端面壓緊即可。擰緊時扭矩約 2~4N·m，不宜過大。片與螺栓端面壓緊即可。擰緊時扭矩約 2~4N·m，不宜過大。

請注意：

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

2) 安裝螺母時，擰緊扭矩約 2~4N·m 為宜，扭力過大擰太緊可能導致陶瓷 環碎裂產品失效。

D401T-L

D401T-L 溫度探頭可以實時檢測被測螺栓溫度情況，便于用戶分析或處理當前溫 度下超聲波探頭測試數據。

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 BNC 接口，其中標識有 1~8 數字編號的 BNC 接口為超聲波探 頭接口，用于連接 8 個通道D401FS 超聲波探頭；標識有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 信號線接口

電源線與 RS485 信號線接口采用 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: 信號地 GND

電源/通訊接口 S1 與 S2 相同，便于用戶級聯控制盒。在復雜的使用環境中， D401C 外殼有必要接大地或者螺栓，以降低環境干擾對整個 D401 檢測系統的影響。