一种用于大型半直驱机组风向仪的对零装置及其对零方法与流程

本发明涉及风力发电机组的风向仪安装对零的技术领域，尤其是指一种用于大型半直驱机组风向仪的对零装置及其对零方法。

背景技术：

目前，风力发电机组的风向仪在安装过程中和运行维护过程中都是采用手工调零方式，如图6所示，其凭借技术人员的经验将风向仪的零刻度线与轮毂的轴线校正平行，由于人体感官很难对风向仪的零刻度线与机舱中心轴线是否平行做出精确地判断，会造成风机不能准确对准来风方向，其对零不准确的情形会导致发电机组的功率曲线整体右移，直接影响机组的发电量，如图7所示。

风力发电机组在设计时是按照机舱的实际轴线与风向之间的夹角是零度为出发点，设来风风向与机舱轴线无偏差时，风机叶轮获得的功率为Power1，当风速不变而风向偏差角度为θ时，风机叶轮获得的功率为Power2，则二者满足如下公式：Power2＝Power1×cos3θ。当风向偏差角度θ为2°时，会带来约2‰的发电量损失，对于一个装机容量为50MW、年可利用时数为2000h的风场而言，可以增加200000KW.h的发电量，也就是可以增加大约100000RMB的收益。

风向仪准确对风可以给风机反馈准确的风向信号，当风机与来风方向不准确时，叶轮偏离风向会导致叶轮乃至整个风机的机械载荷不平衡，这类载荷相比其它载荷会大得多，如果能降低，就能延长风机使用寿命，或者让现有风机带动更大的叶轮。

经上述分析，现急需一种更为精准、可靠的对零装置及方法对风机的风向仪进行调零，使机组的风轮能够准确对准来风方向，提高机组的性能及发电量。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出了一种用于大型半直驱机组风向仪的对零装置及其对零方法，该装置结构简单，操作灵活，可根据现场情况灵活使用，该装置及方法能够提高风向仪零位校准的速度及精准度，能快速、精准地让风机对准来风方向，以达到降低机组额外载荷、提高机组性能及经济效益的目的。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：

一种用于大型半直驱机组风向仪的对零装置，包括有风向仪主体夹紧机构、风向仪平衡锤限位机构、风向仪激光笔限位机构；所述风向仪主体夹紧机构包括有一个基体、夹板及配套的螺杆和螺母，所述基体前端开有一个V形槽口，用于卡紧风向仪主体，所述螺杆垂直安装在基体前端，并位于V形槽口的两侧，所述夹板套装在V形槽口两侧的螺杆上，所述风向仪主体能够置于由夹板、V形槽口两侧的螺杆、基体一起组合构成的容置空间中，并能够通过螺杆上装配的螺母拧紧夹板压向风向仪主体实现将基体夹紧固定于风向仪主体上；所述风向仪平衡锤限位机构可拆卸地竖直安装在风向仪主体夹紧机构的基体后端，该风向仪平衡锤限位机构的顶部形成有一个V形叉口结构，用于放置风向仪的平衡锤部分，通过该V形叉口结构实现对平衡锤的限位，以使得风向仪的尾翼与底座零位标记点精准对齐，此零位标记点在风向仪底座上并且通过风向仪的中心线，当零位标记点对准机舱正前方时才能实现机组准确对准来风方向；所述风向仪激光笔限位机构分别安装在风向仪主体夹紧机构的基体两侧，用于对风向仪激光笔进行精准定位，以确保激光笔能根据所测量出的相关数据准确的将光束打在指定的直线上。

所述对零装置还包括有水平检测机构，所述水平检测机构安装在风向仪主体夹紧机构的基体顶面，用于对零装置安装在风速仪主体上时确保对零装置水平安装，在提高风向仪对零精度的同时使得机组准确的对准来风方向。

所述风向仪主体夹紧机构的基体后端开设有一个用于定位风向仪平衡锤限位机构的安装槽位，所述风向仪平衡锤限位机构是通过配套的螺栓和螺母可拆卸地安装在该安装槽位处。

所述风向仪平衡锤限位机构为Y型支撑架，所述Y型支撑架的竖直部分开有供螺栓穿过的长条形竖槽，通过调节螺栓在长条形竖槽的位置能够调整Y型支撑架的V形叉口结构高度来满足不同风向仪的安装需求。

所述风向仪激光笔限位机构包括主体及带有螺纹杆的卡环，所述主体的顶部开有用于搁置激光笔的V形槽口，同时在该V形槽口中形成有用于容置卡环的安装位，所述卡环的底部连接有螺纹杆，所述卡环放置在上述安装位处，且其底部的螺纹杆向下穿过主体，通过该螺纹杆配套的螺母拧紧，能够将卡环固定在主体上，供激光笔穿过，以实现对激光笔的精准限位。

所述水平检测机构为牛眼水平仪，该牛眼水平仪是利用磁性吸附在风向仪主体夹紧机构的基体顶面。

所述螺杆的中间部分无螺纹，这样能够快速实现将风向仪主体卡在基体的V形槽口处，避免在高空中安装时由于过长螺纹导致的冗余工作。

所述螺母为蝶形螺母。

本发明上述用于大型半直驱机组风向仪的对零装置的对零方法，包括以下步骤：

1)确定机舱中心轴线：由于机舱是定制件，根据机舱顶部两防坠落装置转接板C1、C2测量出其两内端长度L2、L3，然后再利用测量出的两组数据L2、L3确定出机舱的中心线；

2)取出已组装好的对零装置，将其安装在风向仪的中间圆柱部位，即风向仪的主体部位，其中初次安装时无需将对零装置锁得过紧，能将对零装置固定在风向仪上即可，后续还需根据水平检测机构调整对零装置确保其水平安装；而后根据风向仪的高度调节风向仪平衡锤限位机构的高度，利用风向仪平衡锤限位机构对风向仪的平衡锤部分进行限位，同时需确保风向标的尾翼部分与风向仪底座上的零位标记点重合；

3)保证对零装置水平安装：根据水平检测机构中气泡位置的变化情况调节对零装置的水平度，确保对零装置水平安装后拧紧风向仪主体夹紧机构的螺杆上的螺母锁紧夹板，将对零装置准确的固定在风向仪上，而后需再次确认风向仪的尾翼与底座上的零位标记点重合；

4)用卷尺测量出机组测风桅杆上左右两个风向仪支架最外侧两端点B1、B2之间的长度A1，根据A1数值确定出两个风向仪支架中心线距离支架一端点B1的距离A2；测量过程中只需准确地测量出A1长度即可，无需从支架中心再测量A2的具体数值，A2数值用于后续在轮毂侧做标记用；

5)利用角尺确定出激光笔的中心点在风向仪支架上的投影点，再利用卷尺测量出支架右端B1点到该投影点的距离A3；

6)在轮毂侧，根据步骤1)确定出的机舱中心轴线，以机舱中心轴线为基准，用记号笔以A2-A3为长度画出一条平行于机舱中心轴线的直线L1；

7)在确保附着在风向仪上对零装置不动的前提下，缓慢松开风向仪底座部位的螺栓，然后再缓慢旋转风向仪底座，使得激光笔发出的光束能够打在L1处，为使风向标零位刻度线对零的误差最小化，需在拧松螺栓的螺母同时小范围旋转激光笔支架，确保激光束能够与L1直线重合；

8)缓慢拧紧风向仪底座的螺栓，在拧紧螺栓的过程中由于底座受力会产生微变形导致激光束与L1线不重合，为减小机组对准来风方向的误差，须在拧紧底座上的螺栓的同时微调风向仪底座保证激光束依然与L1重合；

9)拆卸对零装置，采用同样上述步骤对机组另一个风向仪的零位进行校准。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明属首次用于大型半直驱机组的风向仪零位校准工作，利用对零装置能够提高风向仪零位校准的速度及精准度，能快速、准确地让风机对准来风方向，与传统采用的手工对零方式相比，其不需要在风向仪对零过程中调整主控程序，降低了由手工调零方式带来的对风不准确的风险。

2、本发明能够降低机组与实际风向的偏差量，使得机组准确对准来风方向，消除叶轮和机组的载荷不平衡现象，达到延长机组使用寿命的目的。

3、牛眼水平仪大多用于检验机床的直线度或者安装设备的水平位置、垂直位置等，其灵敏度高，可靠性好，广泛应用于机械测量、工业平台、军工、船舶等领域，针对本发明对零装置体积小的特点，特采用将牛眼水平仪与对零装置相结合的方式，以减少对零装置在安装时的工作量和提高对零装置的可靠性。

4、本发明在大型半直驱风力发电机组中具有广泛的使用空间，操作灵活、适应性强，在提升机组发电效率及延长机组寿命等方面具有广阔应用前景。

附图说明

图1为本发明的对零装置立体图之一。

图2为本发明的对零装置立体图之二。

图3为本发明的对零装置俯视图。

图4为本发明的对零装置安装在风向仪上的结构示意图。

图5为图4的分解图。

图6为风向仪设计时的对零位置与手动调零位置时的误差示意图。

图7为机组由于对风误差导致的功率曲线右移示意图。

图8为测定机舱顶部中心线示意图。

图9为风向仪对零过程中需测量部位结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

参见图1至图5所示，本实施例所提供的用于大型半直驱机组风向仪的对零装置，包括有风向仪主体夹紧机构、风向仪平衡锤限位机构2、风向仪激光笔限位机构、水平检测机构。所述风向仪主体夹紧机构包括有一个基体11、夹板12及配套的螺杆13和蝶形螺母14，所述基体11前端开有一个V形槽口15，用于卡紧风向仪主体5(即风向仪的中间圆柱部位)，所述螺杆13有两个对称并垂直安装在基体前端，且位于V形槽口15的两侧，所述夹板12套装在该两个螺杆13上，可沿螺杆活动，该基体11、夹板12、两个螺杆13能够一起组合构成可容置风向仪主体5的容置空间，且通过螺杆13上装配的蝶形螺母14拧紧使夹板12压向风向仪主体5可实现将基体11夹紧固定于风向仪主体5上，此外，所述螺杆13的中间部分无螺纹，这样可快速实现将风向仪主体5卡在基体11的V形槽口15处，从而避免在高空中安装时由于过长螺纹导致的冗余工作。所述风向仪主体夹紧机构的基体11后端开设有一个用于定位风向仪平衡锤限位机构2的安装槽位16，所述风向仪平衡锤限位机构2是通过配套的螺栓21和蝶形螺母22可拆卸地安装在该安装槽位16处，其中，所述风向仪平衡锤限位机构2实质为一个Y型支撑架，该Y型支撑架顶部的V形叉口结构，用于放置风向仪的平衡锤部分，通过该V形叉口结构实现对平衡锤6进行准确限位，以使得风向仪的尾翼7与底座零位标记点精准对齐，此零位标记点在风向仪底座上并且通过风向仪的中心线，当零位标记点对准机舱正前方时才能实现机组准确对准来风方向，此外，所述Y型支撑架的竖直部分开有供螺栓21穿过的长条形竖槽23，通过调节螺栓21在长条形竖槽23的位置能够调整Y型支撑架的V形叉口结构高度来满足不同风向仪的安装需求，从而增加对零装置的普适性；所述风向仪激光笔限位机构有两个通过配套的螺栓37和蝶形螺母38分别可拆卸地安装在风向仪主体夹紧机构的基体11两侧，用于对风向仪激光笔(图中未画出)进行精准定位，以确保激光笔能根据所测量出的相关数据准确的将光束打在指定的直线上，其中，所述风向仪激光笔限位机构包括主体31及带有螺纹杆32的卡环33，所述主体31的顶部开有用于搁置激光笔的V形槽口34，同时在该V形槽口34中形成有用于容置卡环33的安装位35，所述卡环33的底部连接有螺纹杆32，所述卡环33放置在上述安装位处，且其底部的螺纹杆32向下穿过主体31，再通过该螺纹杆32配套的蝶形螺母36进行拧紧，能够将卡环33固定在主体31上，供激光笔穿过，以实现对激光笔的精准限位；所述水平检测机构4为牛眼水平仪，该牛眼水平仪是利用磁性吸附在风向仪主体夹紧机构的基体11顶面，用于对零装置安装在风速仪主体5上时确保对零装置水平安装，在提高风向仪对零精度的同时使得机组准确的对准来风方向，提高机组发电量。

下面为本实施例上述对零装置用于大型半直驱机组风向仪进行对零的具体方法过程，包括以下步骤：

1)确定机舱中心轴线：如图8所示，由于机舱是定制件，可根据机舱顶部两防坠落装置转接板C1、C2测量出其两内端长度L2、L3，然后再利用测量出的两组数据L2、L3可确定出机舱的中心线。

2)取出已组装好的对零装置，将其安装在风向仪的中间圆柱部位，即风向仪的主体部位，其中初次安装时无需将对零装置锁得过紧，能将对零装置固定在风向仪上即可，后续还需根据水平检测机构4调整对零装置确保其水平安装；而后根据风向仪的高度调节风向仪平衡锤限位机构2的高度，利用风向仪平衡锤限位机构2对风向仪的平衡锤部分进行限位，同时需确保风向标的尾翼部分与风向仪底座上的零位标记点重合。

3)保证对零装置水平安装：根据水平检测机构4中气泡位置的变化情况调节对零装置的水平度，确保对零装置水平安装后拧紧风向仪主体夹紧机构的两个螺杆13上的蝶形螺母14锁紧夹板12，将对零装置准确的固定在风向仪上，而后需再次确认风向仪的尾翼与底座上的零位标记点重合。

4)如图9所示，用卷尺测量出机组测风桅杆上左右两个风向仪支架最外侧两端点B1、B2之间的长度A1，根据A1数值确定出两个风向仪支架中心线距离支架一端点B1的距离A2(A2＝0.5A1)；测量过程中只需准确地测量出A1长度即可，无需从支架中心再测量A2的具体数值，A2数值用于后续在轮毂侧做标记用。

5)利用角尺确定出激光笔的中心点在风向仪支架上的投影点，再利用卷尺测量出支架右端B1点到该投影点的距离A3，如图9所示。

6)在轮毂侧，根据步骤1)确定出的机舱中心轴线，以机舱中心轴线为基准，用记号笔以A2-A3为长度画出一条平行于机舱中心轴线的直线L1。

7)在确保附着在风向仪上对零装置不动的前提下，利用活板缓慢松开风向仪底座部位的螺栓，然后再缓慢旋转风向仪底座，使得激光笔发出的光束能够打在L1处，为使风向标零位刻度线对零的误差最小化，需在拧松螺栓的蝶形螺母同时小范围旋转激光笔支架，确保激光束能够与L1直线重合。

8)缓慢拧紧风向仪底座的螺栓，在拧紧螺栓的过程中由于底座受力会产生微变形导致激光束与L1线不重合，为减小机组对准来风方向的误差，须在拧紧底座上的螺栓的同时微调风向仪底座保证激光束依然与L1重合。

9)拆卸对零装置，采用同样上述步骤对机组另一个风向仪的零位进行校准。

以上所述实施例只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。