一种风电机组风速风向监测装置的制作方法

1.本发明涉及风速风向监测技术领域，具体涉及一种风电机组风速风向监测装置。


背景技术：

2.随着风电产业的发展，风电机组逐渐向着大型化和低成本化发展的同时，对风电机组的要求也在逐渐提高，安全、可靠和准确的采集风能是目前研究的热点。为了安全、可靠和准确地采集风能，需要对风速和风向要有一个较为准确的测量，以便风电机组更好地启停机。相关技术中，目前工程中用的主要是采用风速传感器，存在功能单一且成本高等问题；同时在发电过程中，对风电机组安全监测也是一个重点问题，目前工程中主要是人工巡检等方法，也存在安全隐患且极不方便。


技术实现要素：

3.本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种功能多、使用成本较低和监测方便的风电机组风速风向监测装置。
4.本发明实施例的风电机组风速风向监测装置，其特征在于，包括安装座、转盘、风管、叶轮、挡风板、第一驱动件和信号采集模块控制系统，所述转盘可转动地与所述安装座相连，所述风管设于所述转盘上，所述叶轮设于所述风管内，所述挡风板可移动地与所述转盘相连，所述挡风板用于封堵至少一部分所述风管的进风口，所述第一驱动件设于所述转盘上并与所述挡风板驱动相连，以便驱动所述挡风板移动，所述信号采集模块用于将所述叶轮的转速信号转化为电压信号；
5.所述控制系统与所述信号采集模块相连，以接收所述信号采集模块采集的所述电压信号，所述控制系统与所述第一驱动件相连，当所述控制系统接收到的所述电压信号超过预设值时，所述控制系统控制所述第一驱动件驱动所述挡风板移动。
6.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置还包括风向标和转角测量仪，所述风向标设于所述转盘上，所述风向标的指向与所述风管的进风口的朝向相同；所述转角测量仪设于所述转盘上，以测量所述转盘的转角。
7.在一些实施例中，所述风向标包括依次相连的标针、标杆和v型板，所述v型板的开口背向所述标针设置，所述v型板包括第一翼板和第二翼板，所述第一翼板和所述第二翼板均可转动地与所述标杆相连，所述第一翼板和所述第二翼板能够在风的作用下发生相对运动以改变所述v型板的夹角，所述第一翼板上设有第一导体，所述第二翼板上设有与所述第一导体相对的第二导体，所述第一导体和所述第二导体分别与所述控制系统相连，当所述v型板的夹角小于预设夹角时，所述第一导体与所述第二导体接触，所述控制系统控制所述第一驱动件带动所述挡风板移动；
8.所述风电机组风速风向监测装置还包括复位弹簧，所述复位弹簧位于所述v型板内且所述复位弹簧的两端分别与所述第一翼板和所述第二翼板相连。
9.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置还包括叶轮架，所
述叶轮架位于所述风管内并与所述风管相连，所述叶轮架上具有支撑部，所述信号采集模块包括多个第一电极和多个第二电极，多个所述第一电极沿所述风管的周向间隔设于所述支撑部上，每个所述第一电极上覆盖有第一介电层，所述叶轮上具有多个叶片，多个所述叶片与多个所述第二电极一一对应，所述第二电极设于与其对应的所述叶片上且在所述风管的轴向上邻近所述第一电极的端面上布置，每个所述第二电极上覆盖有第二介电层，所述第一介电层和所述第二介电层由两种不同得失电子能力的介电材料形成且在所述风管的轴向上相对设置，当所述叶轮转动时，所述第一介电层与所述第二介电层之间产生间歇性滑动摩擦。
10.在一些实施例中，所述第二电极包括固定部和悬伸部，所述固定部与所述叶片相连，所述悬伸部沿朝向所述第一电极的方向悬伸设置，所述第二介电层设于所述悬伸部上。
11.在一些实施例中，所述第一电极和所述第二电极分别与所述控制系统电连接，以便所述控制系统获取所述第一电极和所述第二电极之间的电压。
12.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置还包括摄像头，所述摄像头设于所述转盘上，所述控制系统与所述摄像头相连，以控制所述摄像头，所述摄像头用于监测所述风电机组的机舱。
13.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置还包括防护罩和第二驱动件，所述防护罩可移动地罩设在所述摄像头上，所述第二驱动件与所述防护罩驱动相连，所述第二驱动件用于驱动所述防护罩移动，所述控制系统与所述第二驱动件与相连，以便控制所述防护罩进行摄像。
14.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置还包括蓄电池，所述蓄电池设于所述转盘上，所述蓄电池适于与所述第一电极和所述第二电极电连接，以便所述第一电极和所述第二电极之间产生的电压为所述蓄电池充电，所述蓄电池分别与所述第一驱动件、所述第二驱动件、所述摄像头和所述控制系统电连接。
15.在一些实施例中，所述风管呈圆台状，所述风管的横截面自所述风管的进风口至所述风管的出风口逐渐减小。
16.本发明实施例的风电机组风速风向监测装置在使用过程中，使风管的进风口对准风向，当信号采集模块的电压信号超过预设值时，说明叶轮的转速也超过额定转速，也就是说，风速超过了叶轮所能承受的安全运行的风速的大小。此时，控制系统就会控制第一驱动件驱动挡风板移动，使挡风板封堵至少一部分风管的进风口，以减小风管的进风口进风量，从而可以避免叶轮因承受过大转速而发生故障的风险，对风电机组风速风向监测装置起到保护作用；此外，还有利于减少风电机组风速风向监测装置故障维修成本，使用成本较低。由此，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置不仅可以具有检测风速的功能，还具有过载保护功能，功能较多，使用成本较低。
附图说明
17.图1是本发明实施例的风电机组风速风向监测装置的结构示意图。
18.图2是图1中a部分的放大图。
19.图3是图1中b部分的放大图。
20.图4是图1中c部分的放大图。
21.图5是图4中b-b的剖视图。
22.图6是图6中c-c的剖视图。
23.图7是本发明实施例的风电机组风速风向监测装置的标杆的俯视图。
24.图8是第一介电层与第二介电层摩擦的第一状态图。
25.图9是第一介电层与第二介电层摩擦的第二状态图。
26.图10是第一介电层与第二介电层摩擦的第三状态图。
27.图11是第一介电层与第二介电层摩擦的第四状态图。
28.附图标记：
29.风电机组风速风向监测装置100；
30.安装座1；
31.转盘2；
32.风管3；
33.叶轮4；叶片401；
34.壳体5；
35.叶轮架6；支撑部601；
36.挡风板7；
37.第一驱动件8；
38.信号采集模块9；第一电极901；第二电极902；第一介电层905；第二介电层906；
39.控制系统10；
40.风向标11；标针1101；标杆1102；v型板1103；第一翼板11031；第二翼板11032；第一导体1104；第二导体1105；复位弹簧1106；
41.转角测量仪12；
42.摄像头13；
43.防护罩14；
44.第二驱动件15；
45.蓄电池16；
46.第一齿轮17；
47.第一齿条18；
48.第二齿轮19；
49.第二齿条20。
具体实施方式
50.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
51.下面参照附图来详细描述本技术的技术方案。
52.如图1至图11所示，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100包括安装座1、转盘2、风管3、叶轮4、挡风板7、第一驱动件8、信号采集模块9和控制系统10。转盘2可转动地与安装座1相连，风管3设于转盘2上，叶轮4设于风管3内，挡风板7可移动地与转盘2相连，挡风板7用于封堵至少一部分风管3的进风口。第一驱动件8设于转盘2上并与挡风板7驱动相
连，以便驱动挡风板7移动。信号采集模块9用于将叶轮4的转速信号转化为电压信号，控制系统10与信号采集模块9相连，以接收信号采集模块9产生的电压信号，控制系统10与第一驱动件8相连。当控制系统10接收到的电压信号超过预设值时，控制系统10控制第一驱动件8带动挡风板7移动。
53.挡风板7用于封堵至少一部分风管3的进风口，可以理解为，挡风板7可以封堵风管3的进风口一部分，也可以封堵挡风板7的进风口的全部。
54.例如，如图1和图4所示，控制系统10为plc,安装座1用于安装在风电机组的机舱上，转盘2沿上下方向延伸的第一轴线可转动地与安装座1相连，风管3沿水平方向延伸布置，叶轮4通过叶轮架6可转动地与风管3内壁相连。
55.本领域技术人员可以理解的是，风管3的进风口进入风吹动叶轮4转动，风速与叶轮4的转速一定的线性关系，可据此推断风速大小，信号采集模块9将叶轮4的转速信号转化为电压信号，电压信号与叶轮4的转速信号呈一定线性关系，可据此推断转速大小。
56.本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100在使用过程中，使风管3的进风口对准风向，当信号采集模块9的电压信号超过预设值时，说明叶轮4的转速也超过额定转速，也就是说，风速超过了叶轮4所能承受的安全运行的风速的大小。此时，控制系统10就会控制第一驱动件8驱动挡风板7移动，使挡风板7封堵风管3的进风口，以减小风管3的进风口进风量，从而可以避免叶轮4因承受过大转速而发生故障的风险，对风电机组风速风向监测装置100起到保护作用；此外，还有利于减少风电机组风速风向监测装置100故障维修成本，使用成本较低。
57.由此，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100不仅可以具有监测风速的功能，还具有过载自我保护功能，功能较多，使用成本较低。
58.可选地，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100还包括壳体5，壳体5设在转盘2上，风管3沿水平方向方向贯穿壳体5，风管3的进风口和出风口均置于壳体5。
59.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100还包括风向标11和转角测量仪12。风向标11设于转盘2上，风向标11的指向与风管3的进风口的朝向相同，转角测量仪12设于转盘2上，以测量转盘2的转角。
60.如图1所示，可以理解的是，当风吹向风向标11时，风向标11会始终指向风向，由于风向标11的指向和风管3进风口的朝向相同，使得风管3的进风口在风向标11的作用下可以始终朝向风向设置，以便风进入风管3内。当风向标11在风吹动的作用下发生转动时，风向标11会带动转盘2转动，转盘2上设置的转角测量仪12可以测得转盘2转动的角度，从而测量风向。
61.在一些实施例中，风向标11包括依次相连的标针1101、标杆1102和v型板1103。v型板1103的开口背向标针1101设置，v型板1103包括第一翼板11031和第二翼板11032，第一翼板11031和第二翼板11032均可转动地与标杆1102相连，第一翼板11031和第二翼板11032能够在风的作用下发生相对运动以改变v型板1103的夹角。第一翼板11031上设有第一导体1104，第二翼板11032上设有与第一导体1104相对的第二导体1105，第一导体1104和第二导体1105分别与控制系统10相连，当v型板1103的夹角小于预设夹角时，第一导体1104和第二导体1105接触，控制系统10控制第一驱动件8带动挡风板7移动。风电机组风速风向监测装置100还包括复位弹簧1106，复位弹簧1106位于v型板1103内且复位弹簧1106的两端分别与
第一翼板11031和第二翼板11032相连。
62.例如，如图1和图7所示，第一翼板11031与标杆1102铰接，第二翼板11032与标杆1102铰接。当风吹过第一翼板11031和第二翼板11032的外侧面时，第一翼板11031和第二翼板11032受到风压力发生转动并相互靠近挤压弹簧，以缩小v型板1103的夹角。当风速超过叶轮4的额定速度时，第一翼板11031和第二翼板11032运动至v型板1103的夹角小于预设夹角，第一导体1104与第二导体1105接触通电。此时，控制系统10收到第一导体1104和第二导体1105电路导通的信号，确定风速过大，控制系统10控制第一驱动件8驱动挡风板7封堵风管3的进风口。另外，当信号采集模块9发生故障时，控制系统10可以根据第一导体1104和第二导体1105的接通情况判断风速过大信号。
63.由此，挡风板7封堵风管3的进风口不仅可以通过信号采集模块9传输给控制系统10电压信号，还可以通过第一导体1104和第二导体1105的导通来判断风速是否过大，以便控制挡风板7封堵风管3的进风口，形成了双重保护作用，有利于提高本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100的工作可靠性。
64.当风速正常时，第一翼板11031和第二翼板11032所承受风力减小，第一翼板11031和第二翼板11032在复位弹簧1106的作用下相互远离，第一导体1104和第二导体1105分离。此时，控制系统10接收到第一导体1104和第二导体1105断路信号，控制系统10控制第一驱动件8驱动挡风板7至与风管3的进风口分离，以使风进入风管3的进风口内，使叶轮4重新开始工作。
65.由此，通过设置v型板1103和控制系统10来自动控制挡风板7的移动，使得本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100不需要人为去控制，自动化程度高。
66.可选地，第一驱动件8为第一电机，第一驱动件8与挡风板7通过齿轮齿条的传动方式驱动相连。
67.例如，如图2所示，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100包括第一齿轮17和第一齿条18，第一齿轮17套装在第一电机的输出轴上，第一齿条18沿上下方向可移动地与壳体5相连，第一齿条18的上端与与挡风板7的下端通过螺栓相连。当第一电机正转时，第一齿条18在第一齿轮17的作用下向上移动以带动挡风板7向上移动，以便于挡风板7封堵风管3的进风口。当第一电机反转时，第一齿条18在第一齿轮17的作用下向下移动以带动挡风板7向下移动，以便于挡风板7与风管3的进风口分离。
68.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100还包括叶轮架6，叶轮架6位于风管3内并与风管3相连，叶轮架6上具有支撑部601。信号采集模块9包括多个第一电极901和多个第二电极902，多个第一电极901沿风管3的周向间隔设于支撑部601上，每个第一电极901上覆盖有第一介电层905。叶轮4上具有多个叶片401，多个叶片401与多个第二电极902一一对应，第二电极902设于与其对应的叶片401上且在风管3的轴向上邻近第一电极901的端面上布置，每个第二电极902上覆盖有第二介电层906，第一介电层905和第二介电层906由两种不同得失电子能力的介电材料形成且在风管3的轴向上相对设置。当叶轮4转动时，第一介电层905与第二介电层906之间产生间歇性滑动摩擦。
69.如图4至图11所示，叶轮架6具有沿风管3周向均匀分布的四个支脚，叶轮架6中间具有一个圆盘，四个支脚的一端分别与圆盘固定相连，四个支脚的另一端与风管3的内壁固定相连，叶轮4通过转动轴与圆盘相连。圆盘与风管3的轴线重合，圆盘在其轴线上靠近叶轮
4的一端面为支撑部601，第一电极901呈扇形，多个第一电极901沿圆盘的周向均匀间隔地设于支撑部601上。
70.具体地，第一电极901为铜材质，第一介电层905为易得电子的聚二甲基硅氧烷，第二电极902为铝材质，第二介电层906为易失电子的尼龙薄膜材质。第一电极901固定不动，叶片401在转动过程中带动第二电极902转动，第二电极902带动第二介电层906与第一电极901上的第一介电层905发生间歇性的滑动摩擦。如图8所示，第一介电层905和第二介电层906完全接触时，由于第一介电层905和第二介电层906两种材料得失电子能力不同分别呈现带正电和负电；如图9所示，叶轮4继续转动，第一介电层905和第二介电层906开始分开，由于静电感应，第一电极901和第二电极902之间分别呈现不同电性，形成电压；如图10所示，叶轮4继续转动，第一介电层905和第二介电层906完全分开，第一电极901和第二电极902之间感应电压达到最大；如图11所示，叶轮4继续转动，第一介电层905接触到下一个第二介电层906，第一电极901和第二电极902之间的感应电压逐渐减小，最后回到图8的状态。在上述过程中，由于第一电极901和第二电极902感应电荷呈周期性变化，可清晰记录叶轮4转速，进而对应其风速。
71.在一些实施例中，第二电极902包括固定部和悬伸部，固定部与叶片401相连，悬伸部沿朝向第一电极901的方向悬伸设置，第二介电层906设于悬伸部上。
72.本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100通过将第二电极902设置为固定部与叶片401相连，并将第二介电层906设置在悬伸部上与第一介电层905进行滑动摩擦，使得第二电极902的结简单，布置方便，方便第二介电层906与第一介电层905进行滑动摩擦。
73.在一些实施例中，第一电极901和第二电极902分别与控制系统10相连，以便控制系统10获取第一电极901和第二电极902之间的电压。
74.例如，第一电极901通过导线与控制系统10电连接，第二电极902通过导电环与控制系统10相连，从而使得第二电极902与控制系统10连接方便。
75.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100还包括摄像头13，摄像头13设于转盘2上，控制系统10与摄像头13相连，以控制摄像头13启停，摄像头13用于监测风电机组的机舱。
76.例如，如图1所示，摄像头13安装在壳体5上，摄像头13为360
°
高清摄像头。控制系统10控制摄像头13间隔一定时间拍摄机舱检测部位的照片，通过数据线传输至终端，从而使得本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100监测方便。
77.在一些实施例中，风电机组风速风向监测装置100还包括防护罩14和第二驱动件15，防护罩14可移动地罩设在摄像头13上，第二驱动件15与防护罩14驱动相连，第二驱动件15用于驱动防护罩14移动，控制系统10与第二驱动件17与相连，以便控制防护罩14移动。
78.例如，如图1和图3所示，摄像头13的上端设有顶板，顶板与壳体5固定相连，防护罩14位于顶板的下方，防护罩14开口向上止抵在顶板上。第二驱动件15为第二电机，第二电机通过第二齿轮19和第二齿条20与防护罩14驱动相连，第二齿轮19套装在第二电机的输出轴上，第二齿条20沿上下方向设置，当控制系统10控制第二电机正转时，第二齿轮19带动第二齿条20向下移动，第二齿条20带动防护罩14向下移动并与摄像头13分离。控制系统10控制摄像头13拍摄，当拍摄结束时，控制系统10控制第二电机反转，以使防护罩14复位。由此，通过设置防护罩14有利于保护摄像头14，延长其使用寿命。
79.在一些实施例中，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100还包括蓄电池16，蓄电池16设于转盘2上，蓄电池16适于与第一电极901和第二电极902电连接，以便第一电极901和第二电极902之间产生的电压为蓄电池16充电，蓄电池16分别与第一驱动件8、第二驱动件15、摄像头13和控制系统10电连接。
80.本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100通过将第一电极901和第二电机之间产生的电压为蓄电池16充电，又使蓄电池16储存的电能又可以为第一驱动件8、第二驱动件15、摄像头13和控制系统10提供电能，从而使得本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100能耗较低，从而有利于进一步节省成本。
81.在一些实施例中，风管3呈圆台状，风管3的横截面自风管3的进风口至风管3的出风口逐渐减小。
82.如图1所示，本发明实施例的风电机组风速风向监测装置100通过将风管3呈圆台状，风管3的横截面自风管3的进风口至风管3的出风口逐渐减小。从而有利于风进入风管3内。
83.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
84.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
85.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
86.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
87.在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
88.尽管已经示出和描述了上述实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能
理解为对本发明的限制，本领域普通技术人员对上述实施例进行的变化、修改、替换和变型均在本发明的保护范围内。