用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统及风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统及风力发电机组。

背景技术：

风力发电机是一种将风能转化为电能的设备，主要包括机舱、发电机、叶轮和塔架四部分。塔架中的塔筒作为风力发电机组关键的部件，不仅为风力发电机组发电量输出提供关键通道，同时也为风力发电机组的安全运行提供有力支撑。叶片是整个风力发电机组吸收风能的主要部件，是风力发电机组的最重要的前端输入。

如图1中所示，在正常运行情况下，叶片1和塔架2处于安全距离，在适当的风速下，叶片迎风旋转，通过特定的机构将风能转化为电能。然而，在极端恶劣的风况下，叶片1扭曲将会导致叶尖与塔架2的塔筒相碰撞的概率事件(即，“扫塔”)。因此，如果没有及时响应的预警系统，就会发生扫塔事故，从而可使风力发电机组损坏。因此，为了提高风力发电机组的安全性，需要一种能实时监测叶片与塔筒之间的距离并适时报警的预警系统。

技术实现要素：

为了解决现有技术中风力发电机组中可能出现扫塔事件的问题，本实用新型提供一种用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统以及包括所述叶片扫塔预警系统的风力发电机组，所述叶片扫塔预警系统能够实时监测叶片与塔筒之间的距离并适时报警，或者在报警的同时控制风力发电机组紧急停机。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统，所述叶片扫塔预警系统包括：超声波传感器，所述超声波传感器安装在风力发电机组的塔筒上、检测叶片与所述塔筒之间的距离并输出距离数据信号；单片机，所述单片机连接到超声波传感器，所述单片机接收所述超声波传感器输出的所述距离数据信号并根据所述距离数据信号计算出距离数据值，并且当所述距离数据值小于第一预警值时输出数据值信号；控制器，所述控制器连接到所述单片机，所述控制器接收所述单片机输出的所述数据值信号并输出控制信号；报警器，所述报警器通过控制线路连接到所述控制器并且接收所述控制信号而发出不同的报警信号。

根据本实用新型的示例性实施例，所述报警器可设置在与风力发电机组通讯连接的中央控制室中。

根据本实用新型的示例性实施例，所述控制器可包括第一触发器和第二触发器，当所述距离数据值大于等于第二预警值时，所述数据值信号输入到所述第二触发器，并且所述第二触发器输出第二控制信号，当所述距离数据值小于第二预警值时，所述数据值信号输入到第一触发器，并且所述第一触发器输出第一控制信号，其中，所述第二预警值小于所述第一预警值。

根据本实用新型的示例性实施例，所述控制器还可连接至风力发电机组的叶轮控制系统，当所述叶轮控制系统接收到所述第一触发器输出的所述第一控制信号时控制叶片顺桨并紧急停机。

根据本实用新型的示例性实施例，所述超声波传感器可通过紧固构件安装至被开设于所述塔筒的壁上的孔中或者所述超声波传感器安装在被设置于所述塔筒的外围的卡环上。

根据本实用新型的示例性实施例，所述紧固构件可包括螺母和安装至所述孔中的螺套，并且所述超声波传感器嵌入到所述螺套中。

优选地，在所述塔筒上环绕所述塔筒等间距地设置多个所述超声波传感器。

根据本实用新型的示例性实施例，所述控制器可设置在所述风力发电机组的塔底平台的电控柜中。

根据本实用新型的示例性实施例，所述单片机与所述控制器可为单独的组件或可集成为单个组件。

根据本实用新型的另一方面，还提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括所述叶片扫塔预警系统。

采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统可实时监测叶片与塔筒之间的距离并适时报警，以有效地避免叶片与塔筒之间发生碰撞，从而提高风力发电机组的安全性。同时，采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统可实现全方位、无死角地进行预警监测。此外，采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统还具有安装简单、维护方便、不额外占用空间且不影响风力发电机组的布局的特点。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的示例性实施例进行详细描述，本实用新型的以上和其它特点及优点将变得更加清楚，附图中：

图1是示出风力发电机组的叶片与塔架的示图；

图2是根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统的结构框图。

图3是根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统安装至塔筒的示意图。

图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的安装有超声波传感器处的塔筒的截面图。

图5是图4中所示的A部的放大图。

具体实施方式

现在将参照附图更全面的描述本实用新型的实施例，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例。

下面将结合图2至图5描述根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统10。图2是根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统10的结构框图。图3是根据本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统10安装至塔筒21的示意图。图4是示出根据本实用新型的示例性实施例的安装有超声波传感器100处的塔筒21的截面图。图5是图4中所示的A部的放大图。

参照图2至图5可知，本实用新型的示例性实施例的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统10包括超声波传感器100、单片机200、控制器300和报警器400。

其中，超声波传感器100安装在风力发电机组的塔筒21上、检测叶片1与塔筒21之间的距离并输出距离数据值信号。本示例性实施例中的超声波传感器100为集发射与接收功能于一体的超声波传感器，即，包括发射器与接收器。根据一个示例，超声波传感器100中的每个的探测角度为水平方向90℃～120℃，垂直方向60℃～80℃。在塔筒21上环绕塔筒21等间距地设置多个超声波传感器100，例如，六个至八个。如图4所示，在塔筒21的壁上等间距地设置八个超声波传感器100，以实现全方位、多角度探测前方旋转过的叶片1与塔筒21的距离。然而，本实用新型不限于此，可根据超声波传感器100的类型及探测角度而合理地改变其数量。

参照图4和图5，超声波传感器1通过结构自带卡扣形式安装到塔筒21上。具体地，在塔筒21的壁上均匀分布地开设多个孔，超声波传感器100通过紧固构件安装至所述孔中。紧固构件包括螺母102和安装至所述孔中的螺套101，并且超声波传感器100嵌入到螺套101中并与螺套101的卡槽紧密配合。螺母102拧到螺套101上以实现紧固。在这里，螺套101不仅用于安装固定超声波传感器100，而且对超声波传感器100起保护作用，以防止外力对其造成损坏。优选地，紧固构件还可包括垫圈103，垫圈103被设置于螺母102与塔筒21的壁之间。

根据其他示例，也可通过不在塔筒21上打孔而是另外在塔筒21的外围安装卡环然后将超声波传感器100安装在所述卡环上的方式来完成超声波传感器100的安装。

单片机200连接至超声波传感器100，接收超声波传感器100输出的所述距离数据信号并根据所述距离数据信号计算出距离数据值，并且当所述距离数据值小于第一预警值时输出数据值信号。当该距离数据值大于或等于第一预警值时，单片机200不会输出所述距离数据值，报警器400也不会发出报警。

控制器300连接至单片机200，接收单片机200输出的所述数据值信号并输出控制信号。根据一个示例，控制器300可设置在风力发电机组的塔底平台的电控柜中。

根据示例性实施例，控制器300包括第一触发器301和第二触发器302，当所述距离数据值大于等于第二预警值(其中，第二预警值小于第一预警值)时，所述数据值信号输入到第二触发器302，并且第二触发器302输出第二控制信号，当所述距离数据值小于第二预警值时，所述数据值信号输入到第一触发器301，并且第一触发器301输出第一控制信号。控制器300还可电连接至风力发电机组的叶轮控制系统，当所述叶轮控制系统接收到第一触发器301输出的第一控制信号时控制叶片顺桨并紧急停机。

参照图3，报警器400可设置在风力发电机组的中央控制室4中。报警器400通过控制线路3连接到控制器300并且接收所述控制信号而发出不同的报警信号。

下面介绍本实用新型的示例性实施例的叶片扫塔预警系统10的工作原理。

控制器300控制相应电子模拟开关驱动发射电路，由安装在塔筒21的壁上的超声波传感器100的发射器发射出超声发射波，发射波遇到叶片1时产生回波信号(即，反射波)，超声波回波信号被超声波传感器100的接收器接收以产生距离数据信号，然后，将超声波传感器100探测到的距离数据信号反馈到单片机200进行高效分析计算。单片机200接收到超声波传感器100探测到的距离数据信号后，对距离数据信号进行分类并通过运算模块计算出叶片1与塔筒21之间真实的距离数据值，当所计算出的距离数据值不在监控范围之内(即，大于或等于第一预警值)时，单片机200就不会将所述距离数据值传输至控制器300，报警器400也不会发出报警；当单片机200所计算出的距离数据值在监控范围之内(即，小于第一预警值)时，单片机200就会将所述距离数据值作为数据值信号传输到控制器300。更具体地，当叶片1和塔筒21之间的距离数据值达到第二预警值时(即，叶片1存在变形故障隐患)，所述距离数据值作为数据值信号输入到控制器300的第二触发器302中，第二触发器302输出第二控制信号以驱动报警器400发出两长一短的报警信号，提醒现场工作人员，叶片存在变形故障隐患，工作人员应将风机停机，对叶片详细检查，排除故障；当叶片1和塔筒21之间的距离数据值达到第一预警值时(即，叶片1与塔筒21即将发生扫塔事件)，所述距离数据值作为数据值信号输入到控制器300的第一触发器301以驱动报警器400发出三短急促的报警信号，提醒工作人员叶片1与塔筒21即将发生碰触事件，同时控制器300还将动作控制信号传输至风力发电机组的叶轮控制系统(未示出)，以控制叶片顺桨并紧急停机。

在本实用新型中，根据一个示例，单片机200与控制器300可被设置为单独的组件。根据另一示例，单片机200与控制器300可被集成为单个组件。

采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统可实时监测叶片与塔筒之间的距离并适时报警或者在报警的同时紧急停机，为作业人员提供反应时间，以有效地避免叶片与塔筒之间发生碰撞，从而提高风力发电机组的安全性。

同时，采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统可实现全方位、无死角地进行预警监测。

此外，采用根据本实用新型的用于风力发电机组的叶片扫塔预警系统还具有安装简单、维护方便、不额外占用空间且不影响风力发电机组的布局的特点。

虽然已经参照本实用新型的示例性实施例具体示出和描述了本实用新型，但是本领域普通技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定的本实用新型的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节的各种改变。