一种能够监测叶尖与塔筒之间净空距离的风力发电机的制作方法

1.本发明涉及风力发电机，具体是一种能够监测叶尖与塔筒之间净空距离的风力发电机。


背景技术：

2.水平轴风力发电机在做功时，其叶轮上的叶片在塔筒旁侧的空间内进行迎风环扫动作，环扫叶片在风力影响之下存在叶尖与塔筒撞击的安全风险。目前普遍采取的技术措施是，将轮毂与塔筒之间的配合结构设计为一定的仰角，以增大环扫叶片的叶尖与塔筒之间的安全距离-即净空距离。
3.然而，轮毂与塔筒之间的配合结构仰角设计，并非一味的增大就能全面解决环扫叶片的叶尖与塔筒之间撞击安全风险的，还得兼顾水平轴风力发电机的做功特性、以及叶片长度等因素。
4.目前，随着风力发电机的单机功率增大，叶片的长度越来越长。众所周知的，在同一风力等级影响之下，长尺寸叶片的形变量显著的大于小尺寸叶片的形变量。因此，如何通过叶片尺寸的增长而增大风力发电机的单机功率！如何可靠地设计出轮毂与塔筒之间配合结构的优化仰角！如何管控迎风环扫叶片的叶尖与塔筒之间发生撞击风险！均需要以真实的实时数据作为分析依据，而迎风环扫叶片的叶尖与塔筒之间实时的净空距离监测是至为关键的数据。
5.已知的叶片叶尖与塔筒之间净空距离的监测是通过激光测距方式实现的，例如中国专利文献公开的“一种测量风力发电机叶片到塔筒的距离传感装置”（公开号cn 111980872，公开日2020年11月24日）、“一种风电机组叶片与塔筒净空的监测与控制方法”（公开号cn 110005581，公开日2019年07月12日）、“一种风电机组叶片与塔筒净空的测量结构”（公开号cn 210396977，公开日2020年04月24日）等。这些以激光测距方式进行叶片叶尖与塔筒之间净空距离监测的技术，虽然排布结构简单，但其存在易被外界干扰而导致监测结果不准确、不可靠的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明的技术目的在于：针对上述水平轴风力发电机的特殊性和现有技术的不足，提供一种能够准确、可靠地监测叶片叶尖与塔筒之间净空距离的风力发电机。
7.本发明的技术目的通过下述技术方案实现，一种能够监测叶尖与塔筒之间净空距离的风力发电机，包括塔筒和以水平轴方式支承于所述塔筒上的叶片，所述塔筒对应于所述叶片环扫时的叶尖位置处环周设置有多组测距元件组；所述叶片的叶尖位置处设置有能够与所述测距元件组对应且配套的感应元件，所述感应元件配合所述测距元件组对当前扫过塔筒的叶片叶尖与塔筒之间净空距离进行实时采集；所述测距元件组连接有数据处理器，所述数据处理器至少具有数据存储模块、数据采集模块和数据比较模块；其中：-所述数据存储模块用作存储所述叶片叶尖与所述塔筒之间允许最小的净空距离
安全阂值，并至少对≤净空距离安全阂值的净空距离实时值进行存储；-所述数据采集模块用作采集所述测距元件组获得的所述叶片叶尖与所述塔筒之间净空距离实时值；-所述数据比较模块用作将获得的净空距离实时值与净空距离安全阂值进行比较，当净空距离实时值≤净空距离安全阂值时发出报警信号。
8.该技术措施以水平轴风力发电机为对象，在塔筒的对应位置环周设置能够使感应方位互补的多组测距元件组，在叶片的叶尖处设置对应且配套的感应元件，从而通过测距元件组与感应元件的相互配合而有效、准确地采集叶片在塔筒环周任一方位处（例如偏航动作时）环扫而过时的净空距离实时值，其对叶尖与塔筒之间净空距离的监测结果稳定、准确、可靠。而且，测距元件组所连接的数据处理器能够对所获得的关键净空距离实时值进行可靠地存储，同时根据净空距离实时值与净空距离安全阂值的比较而对应的及时报警，有利于及时管控当前风力下的环扫叶片的叶尖与塔筒之间发生撞击的安全风险。
9.所述塔筒上的相邻测距元件组之间的中心弧长与当前位置处的塔筒周长之比满足如下关系式，r测/4(r塔筒 r测)；式中，r测为测距元件的监测距离；r塔筒为测距元件组安装位置处的塔筒半径。
10.该技术措施能够使塔筒环周排布的各测距元件组，有效地形成感应方位可靠地互补技术效果，以保障监测结果稳定、准确、可靠。
11.所述测距元件组是由三个单体测距元件组合而成；其中，中间测距元件处在所述测距元件组的中间位置处，所述中间测距元件的一侧处排布第一边侧测距元件、另一侧处排布第二边侧测距元件，所述中间测距元件的发射中心与所述第一边侧测距元件的发射中心之间构成锐角夹角，所述中间测距元件的发射中心与所述第二边侧测距元件的发射中心之间构成锐角夹角。进一步的，所述中间测距元件的发射中心与所述第一边侧测距元件的发射中心之间构成30～60
°
夹角。所述中间测距元件的发射中心与所述第二边侧测距元件的发射中心之间构成30～60
°
夹角。该技术措施基于常规的单体测距元件，通过将三个常规的单体测距元件按照特定位置进行有效地排列组合，从而有效地增大单组测距元件组的感应范围，使各测距元件组之间的感应方位能够可靠地互补，监测结果稳定、准确、可靠；此外，通过将三个常规单体测距元件按照特定位置进行排列所组成的测距元件组的成本较低，即以较低成本成型出感应范围较大的测距元件组，性价比高。
12.所述测距元件组的测距元件为接近开关，与之对应的，叶片叶尖处设置的感应元件为电磁感应器。或者，所述测距元件组的测距元件为测距探头，与之对应的，叶片叶尖处设置的感应元件为光电反射板。该技术措施的抗干扰性好，监测结果稳定、准确、可靠。
13.所述叶片上的感应元件至叶尖端部处的距离为1～2m。该技术措施使得感应元件成型在叶片的最大形变点处，以此为对象而获得的监测结果稳定、准确、可靠。
14.所述测距元件组与载有数据处理器的智能电子设备之间以屏蔽电缆连接。
15.本发明的有益技术效果是：上述技术措施以水平轴风力发电机为对象，在塔筒的对应位置环周设置能够使感应方位互补的多组测距元件组，在叶片的叶尖处设置对应且配套的感应元件，从而通过测距元件组与感应元件的相互配合而有效、准确地采集叶片在塔筒环周任一方位处环扫而过时的净空距离实时值，其对叶尖与塔筒之间净空距离的监测结
果稳定、准确、可靠；而且，测距元件组所连接的数据处理器能够对所获得的关键净空距离实时值进行可靠地存储，同时根据净空距离实时值与净空距离安全阂值的比较而对应的及时报警，有利于及时管控当前风力下的环扫叶片的叶尖与塔筒之间发生撞击的安全风险。
附图说明
16.图1为本发明的一种结构示意图。
17.图2为图1中的塔筒环周所排布测距元件组的一种结构示意图。
18.图中代号含义：1—塔筒；2—叶片；3—测距元件组；31——中间测距元件；32—第一边侧测距元件；33—第二边侧测距元件；4—感应元件；5—屏蔽电缆；6—智能电子设备。
具体实施方式
19.本发明涉及风力发电机，具体是一种能够监测叶尖与塔筒之间净空距离的风力发电机，下面以多个实施例对本发明的主体技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合说明书附图-即图1和图2对本发明的技术方案内容进行清楚、详细的阐释；其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
20.在此需要特别说明的是，本发明的附图是示意性的，其为了清楚本发明的技术目的已经简化了不必要的细节，以避免模糊了本发明贡献于现有技术的技术方案。
21.实施例1参见图1和图2所示，本发明以水平轴风力发电机为对象，其包括塔筒1和以水平轴方式支承于塔筒1上的叶轮，叶轮的环周排布有三片叶片2。
22.塔筒1对应于叶片2迎风环扫时的叶尖位置处（即下述的叶片2上所排布的感应元件4位置处）环周设置有多组测距元件组3，即多组测距元件组3在塔筒1对应于叶片2迎风环扫时的叶尖位置处环周均匀排布。要求塔筒1上的相邻测距元件组3之间的中心弧长与当前位置处的塔筒1周长之比满足如下关系式：r测/4(r塔筒 r测)；式中，r测为测距元件的监测距离；r塔筒为测距元件组安装位置处的塔筒半径。
23.上述每一测距元件组3是由三个单体测距元件-接近开关按如下结构组合而成：-中间测距元件31处在测距元件组3的中间位置处，中间测距元件31的一侧处排布第一边侧测距元件32、另一侧处排布第二边侧测距元件33；-中间测距元件31的发射中心与第一边侧测距元件32的发射中心之间构成锐角夹角，该锐角夹角的取值范围为30～60
°
，在此取值范围内根据当前位置处的塔筒直径及相邻测距元件组的排布距离合理选择即可，例如30
°
、40
°
、50
°
或60
°
；-中间测距元件31的发射中心与第二边侧测距元件33的发射中心之间构成锐角夹角，该锐角夹角的取值范围为30～60
°
，在此取值范围内根据当前位置处的塔筒直径及相邻测距元件组的排布距离合理选择即可，例如30
°
、40
°
、50
°
或60
°
。
24.各叶片2的叶尖位置处分别设置有能够与塔筒1上的测距元件组3相对应且相配套的感应元件4。
25.其中，相对应是指迎风环扫的动态叶片2叶尖处所排布的感应元件4与静态塔筒1
上排布的测距元件组3保持位置对应。根据观察和研究，叶片2在风力影响之下发生形变时最大的形变点处在距离叶尖端部1～2m范围内，换言之，感应元件4在叶片2上的排布位置处在至叶尖端部约1～2m处，例如距离叶尖端部1m、1.5m或2m位置处等，具体位置视详细尺寸的叶片而定。
26.相配套是指叶片2上排布的感应元件4与上述测距元件的类型相配套。基于上述测距元件为接近开关，与之对应的，叶片2叶尖处设置的感应元件4应为电磁感应器。
27.上述各叶片2上排布的感应元件4配合塔筒1上排布的测距元件组3，对当前扫过塔筒1旁侧任一方位的叶片2叶尖与塔筒1之间净空距离实时值进行采集、监测。
28.为了获取相关净空距离实时值数据及可靠管控风力发电机运行，上述测距元件组3通过屏蔽电缆5连接有智能电子设备6（例如主控设备等），该智能电子设备6上载有数据处理器。数据处理器一般应具有数据存储模块、数据采集模块和数据比较模块。
29.其中，数据存储模块用作存储当前风力发电机的叶片2叶尖与塔筒1之间允许最小的净空距离安全阂值，也就是说，该净空距离安全阂值是在当前风力发电机设计时所考虑到的允许叶片2叶尖与塔筒1之间的最小净空距离。除此之外，数据存储模块还用作当前风力发电机在运行时，所发生的净空距离实时值≤净空距离安全阂值时进行数据存储，也就是说，对下述发生报警行为时的净空距离实时值进行分类（例如按日期等）存储，以便后期数据分析处理。
30.数据采集模块用作采集获取测距元件组3所获得的叶片2叶尖与塔筒1之间发生的净空距离实时值；数据比较模块用作将获得的净空距离实时值与净空距离安全阂值进行比较分析，一旦当前的净空距离实时值≤净空距离安全阂值时，向外界（主要指监控窗口）发出报警信号。
31.实施例2本实施例的其它内容与实施例1相同，不同之处在于：组成测距元件组的各单体测距元件为测距探头。
32.与之对应的，叶片上排布的感应元件为光电反射板。
33.实施例3本实施例的其它内容与实施例1或2相同，不同之处在于：叶轮的任一片叶片上设置有感应元件，其它叶片上未设置感应元件。
34.以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述实施例进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。