一种用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置的制作方法

1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置。


背景技术：

2.在南方低风速地区与部分高风速地区的风电场中，冬季及春季普遍存在着较为严重的冰冻问题。覆冰监测装置/系统对风机叶片表面的覆冰情况进行检测，并为风机叶片气热、电热或其他防除冰装置提供启动和停止信号。视频/图像覆冰检测法得到了较多的关注与应用，其中基于图像法的覆冰检测系统是利用固定的视频装置对所检测的叶片进行连续拍摄并对图像进行分析。图像法相对简单易行，对覆冰情况的监测反应较为直观。
3.而实际上，当在风电机组所处的气象条件诱发了覆冰，除了在风机叶片上，在风电机组本身也会不同程度的形成覆冰，即视频装置在恶劣的环境下有可能由于设备(特别是摄像头)被冰雪覆盖而导致监测的失效。为了保护摄像头，常规的做法是在摄像头前加装圆形罩，而该举措无法有效解决因冰雪覆盖而导致的叶片覆冰检测功能的失效。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置，能够在结冰天气有效解决摄像头保护罩上的覆冰，保证了视频装置的正常监测功能。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.本发明公开了一种用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置，用于保护设置在塔筒上监测叶片覆冰情况的摄像头，摄像头连接有计算机，其特征在于，所述防结冰保护装置包括热气流系统和球形护罩；
7.球形护罩包括外层护罩、内层护罩和底板，底板与塔筒固定连接，外层护罩和内层护罩与底板连接并设在摄像头外部；外层护罩与内层护罩之间的底板上设有出风口和若干进风口，若干进风口与热气流系统连接。
8.优选地，塔筒内设有支撑平台，热气流系统包括设在支撑平台上的电源、加热室、鼓风机和电路控制单元，加热室内部设有电阻丝，电源与电路控制单元连接，电路控制单元分别与电阻丝和鼓风机连接，鼓风机与加热室的进气口连接，加热室的出气口通过送气管与若干进风口连接。
9.进一步优选地，电源为蓄电池，电源连接有若干光伏电池板，若干光伏电池板设在塔筒外壁。
10.进一步优选地，送气管与若干进风口之间设有混气室，混气室内壁为圆滑曲面，混气室的一侧设有进气口，另一侧设有若干出气口，进气口与送气管连接，若干出气口分别与若干进风口连接。
11.优选地，若干进风口设在底板上部，出风口设在底板下部。
12.进一步优选地，若干进风口等角度间隔分布，若干进风口的中心分布在一条分布弧线上，且分布弧线的中点位于底板的最高点，出风口位于底板的最低点。
13.优选地，出风口的截面积不超过若干进风口的截面积之和。
14.优选地，外层护罩和内层护罩为石英玻璃罩。
15.优选地，进风口设有第一测温装置，塔筒外部的球形护罩下方设有第二测温装置，第一测温装置和第二测温装置连接至计算机，计算机与热气流系统连接。
16.优选地，热气流系统内的连接管道均采用硅胶管。
17.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
18.本发明公开的一种用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置，热气流系统产生的热气流在外层护罩与内层护罩之间，沿若干个进风口向出风口流动并实现球形护罩内部及壁面的均匀换热，可有效实现球形护罩的外层护罩的覆冰预防或覆冰融化，保障了摄像头系统对风电机组叶片覆冰的正常监测。本发明的整体结构较为简单，且在塔筒内部占用空间较小，不影响风机的正常运行和塔筒内部其它设备的正常运转，具有良好的应用前景。
19.进一步地，热气流系统的构成简单，便于构建；集中设置在支撑平台上，便于安装及维护。
20.更进一步地，电源采用蓄电池，电源通过设在塔筒外壁的光伏电池板供电，可充分转化每日照射于塔筒上的太阳光，实现对蓄电池的持续充电；且该系统独立于风电机组的电路，可靠性高，对风机本身的影响较小。
21.更进一步地，送气管与若干进风口之间设有混气室，能够使热气流缓冲后均匀进入各个进风口。
22.进一步地，出风口的截面积不超过若干进风口的截面积之和，降低了热气流在外层护罩和内层护罩之间的夹层空间内流动的阻力。
23.进一步地，外层护罩和内层护罩为石英玻璃罩，透光性较好且硬度较高，能够更好地保护摄像头。
24.进一步地，通过设置第一测温装置和第二测温装置，能够根据外部环境温度，合理控制热气流系统的工作参数，自动化程度高、节约能耗。
25.进一步地，热气流系统内的连接管道均采用硅胶管，耐热性能及抗老化性能好。
附图说明
26.图1为本发明的整体结构示意图；
27.图2为现有技术中基于图像识别的风电机组叶片覆冰状况监测系统简图；
28.图3为球形护罩的正视图；
29.图4为布置于塔筒外壁的光伏电池板的俯视图。
30.图中：1、塔筒；2、叶片；3、摄像头；4、计算机；5、缆线；6、外层护罩；7、内层护罩；8、进风口；9、出风口；10、支撑平台；11、光伏电池板；12、电源；13、加热室；14、电阻丝；15、鼓风机；16、电路控制单元；17、第一测温装置；18、第二测温装置；19、球形护罩；20、底板；21、送气管。
具体实施方式
31.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
32.如图2，目前在风电机组的塔筒1特定高度上安装用于监测叶片2上覆冰情况的摄像头3，其所拍摄图像通过缆线5连接至置于塔筒底部的计算机4，计算机4内安装有摄像头3的驱动程序与控制软件，摄像头3按一定频率(如1～2张/分钟)所拍摄图像传输至计算机4内储存，操作人员可以远程操纵计算机4并基于覆冰识别算法对图像进行处理、对比与分析，可判断叶片的覆冰状况并启动/停止叶片的防除冰系统。
33.本发明的用于风电机组覆冰监测摄像头的防结冰保护装置，用于保护设置在塔筒1上监测叶片2覆冰情况的摄像头3，摄像头3连接有计算机4，所述防结冰保护装置包括热气流系统和球形护罩19；球形护罩19包括外层护罩6、内层护罩7和底板20，底板20与塔筒1固定连接，外层护罩6和内层护罩7与底板20连接并设在摄像头3外部；外层护罩6与内层护罩7之间的底板20上设有出风口9和若干进风口8，若干进风口8与热气流系统连接。
34.在本发明的一个较优的实施例中，塔筒1内设有支撑平台10，热气流系统包括设在支撑平台10上的电源12、加热室13、鼓风机15和电路控制单元16，加热室13内部设有电阻丝14，电源12与电路控制单元16连接，电路控制单元16分别与电阻丝14和鼓风机15连接，鼓风机15与加热室13的进气口连接，加热室13的出气口通过送气管21与若干进风口8连接。优选地，电源12为蓄电池，电源12连接有若干光伏电池板11，若干光伏电池板11设在塔筒1外壁。优选地，送气管21与若干进风口8之间设有混气室，混气室内壁为圆滑曲面，混气室的一侧设有进气口，另一侧设有若干出气口，进气口与送气管21连接，若干出气口分别与若干进风口8连接。
35.在本发明的一个较优的实施例中，若干进风口8设在底板20上部，出风口9设在底板20下部。优选地，若干进风口8等角度间隔分布，若干进风口8的中心分布在一条分布弧线上，且分布弧线的中点位于底板20的最高点，出风口9位于底板20的最低点。
36.在本发明的一个较优的实施例中，出风口9的截面积不超过若干进风口8的截面积之和。
37.在本发明的一个较优的实施例中，外层护罩6和内层护罩7为石英玻璃罩。
38.在本发明的一个较优的实施例中，进风口8设有第一测温装置17，塔筒1外部的球形护罩19下方设有第二测温装置18，第一测温装置17和第二测温装置18连接至计算机4，计算机4与热气流系统连接。
39.在本发明的一个较优的实施例中，热气流系统内的连接管道均采用硅胶管。
40.下面为一个具体实施例：
41.如图1，在塔筒1内部靠近摄像头3的合适位置设置支撑平台10，将电源12、小型的鼓风机15和加热室13布置于支撑平台10上，其中，电源12采用蓄电池，加热室13采用一个耐热玻璃管，放置于支撑平台10上的耐热玻璃管内部固定布置有电阻丝14。
42.在摄像头3外固定安装有一定直径(如30～40cm)的半球形的球形护罩19，球形护罩19由外层护罩6、内层护罩7和底板20连接而成，内部为空气夹层。球形护罩19的材料可以选择透光性较好且硬度较高的石英玻璃，更好地保护摄像头3并实现防覆冰功能。由于塔筒1自身的圆锥形状，球形护罩19严格上并非半球形，其底板20应加工成能与塔筒1紧密贴合
的形状。
43.结合图3，在底板20的上端和下端分别设置5个进风口8和1个出风口9。出风口9位于高度方向上的最低处，而中间的进风口8位于高度方向上的最高处。5个进风口8沿圆周方向等间距布置，相邻两个进风口的圆心角度为30
°
，即5个进风口8的总圆心角度为120
°
。5个进风口8的布置设计，可以保证热空气从多处进入球形护罩19内，即流经球形护罩19绝大多数的内部空间，对整个球形护罩19起到相对均匀的加热效果。
44.由于球形护罩19外表面的结冰情况没有叶片2表面严重，实际上，球形护罩19内部的热空气在持续流通的运行前提下，并不需要大流量就可以顺利通过外层护罩6的导热而融化其表面的覆冰。故进气口8的直径可以选定较小值(如2～3cm)，而出气口9的截面面积为5个进气口8的截面面积之和。关于进气口8和出气口9直径的设计可以让热空气在球形护罩19内部平稳流动，阻力较低。
45.由于放置于支撑平台10上的耐热玻璃管内部固定安装有电阻丝14，其直径可选得适当大些，材料可以选用耐热玻璃，多段电阻丝14在其内部并联连接并固定于管内(不与管壁接触)。用硅胶管依次连接进气口8、耐热玻璃管和鼓风机15，形成一个空气流通管道，鼓风机15从塔筒1内部抽气并送入耐热玻璃管中加热并将热空气送入球形护罩19内。热空气在球形护罩19内缓慢流动并加热球形护罩19的玻璃材料。整个球形护罩19的温度保持在20～30℃，即能顺利实现球形护罩19的防除冰，预防球形护罩19与摄像头3间的湿冷空气结冰，又不影响摄像头3的正常工作。
46.如图4所示，可在塔筒1外壁上沿圆周方向均匀布置不定数量的光伏电池板11，各个光伏电池板11间连接以导线，并将导线紧贴固定于塔筒1的外壁面。将光伏电池板11的输出两极通过导线穿过塔筒1连接至蓄电池的充电电极。适当选择光伏电池板11的容量(如较小的发电功率水平)，基本上塔筒1在风电机组正常运行中都会不同程度地收到太阳光照射，其输出电流直接为蓄电池充电。
47.蓄电池的输电电极通过一个电路控制单元16分别连接了电阻丝14和鼓风机15，即本发明的系统的运行仅由蓄电池供电。电路控制单元16与置于塔筒1底部的计算机4相连接，操作人员可远程控制计算机4并对电路控制单元16进行操作，电路控制单元16具备以下功能：
48.1)可分别控制电阻丝14与鼓风机15的启动或停止；
49.2)可调节电阻丝14的加热电流；
50.3)可调节鼓风机15的通风量；
51.为了合理控制电阻丝14的功率及鼓风机15的通风量，在进风口8上安装第一测温装置17，第一测温装置17顶部插入进风口8内，用于测量泵入球形护罩19的热空气的温度，同样地，在塔筒1靠近球形护罩19下方的合适位置布置第二测温装置18，用于测量环境温度。第一测温装置17与第二测温装置18分别与计算机4连接，在计算机4内整合热电偶数据采集器，最终可在计算机4上直接显示出两根热电偶所测温度，通过计算机4对电路控制单元16的操作，使得第一测温装置17的测量温度比第二测温装置18的测量温度高出20～30℃，测量温度值为运行人员通过计算机4优化系统运行参数提供直接参考。
52.通过调节电阻丝14与鼓风机15的运行电流，调节热空气的温度与流量，满足球形护罩19在不同的环境气象条件下的防除冰需求。系统在没有覆冰形成情况下亦可运行，以
及在夜晚运行，消耗蓄电池的储能，避免蓄电池充满电后的过充问题。
53.以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。