用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置的制作方法

本发明属于风力发电机叶片覆冰监测领域，具体涉及一种用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置。

背景技术：

在冬季低温度、高湿度的环境中，风力发电机叶片经常会发生覆冰现象。叶片覆冰破坏空气动力学特性，降低机组出力，引起机组附加载荷和额外的振动，甚至引发停机事故，严重危害电力系统安全可靠运行，造成巨大的经济损失。据不完全统计，我国贵州地区因冬季风机叶片的覆冰现象造成年发电量损失高达15％～20％，湖南、云南地区大量风电场在覆冰季节采取停运方式。风电场的冰雪灾害的直接原因是大面积、长时间的冰冻极端天气，但同时反映出现有的风力发电机覆冰监测技术尚不成熟，不能及时地掌握叶片的实际覆冰情况，无法有效地预测机组出力并采取一定的控制策略，满足不了风电场抵御恶劣气候的要求。

风力机叶片表面压力分布数据是叶片关键气动性能参数之一，也是风力机翼型优化与设计的基础与依据。目前，风洞试验中广泛采用在叶片表面布置测压孔，通过导管将测点压强引出，接入到多通道扫描阀的方式实现叶片表面压力分布的测量。现有的风压测量方法，并不适用于风力机叶片覆冰后表面风压的监测，主要存在以下不足：在实际运行工况中，风力机叶片表面的测压孔及导管极易被风沙等异物堵塞；风压传感器等测量元件会受到低温影响、产生非线性测量误差；受到风轮旋转的影响，测量中受到气动噪声的干扰较大；传统模拟信号传输受到距离限制，多通道压力扫描阀的方式不能有效采集叶片表面风压数据。

因此，需要一种可广泛应用于覆冰环境风电场叶片表面风压的测量和机组出力的评估预测，能够有效避免风沙等异物堵塞孔眼的情况，保证风压传感器不受覆冰环境的影响，且抗干扰能力强，测量精度高；现场布线方便简洁，不受传输距离限制，易于推广的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种可广泛应用于覆冰环境风电场叶片表面风压的测量和机组出力的评估预测，能够有效避免风沙等异物堵塞孔眼的情况，保证风压传感器不受覆冰环境的影响，且抗干扰能力强，测量精度高；现场布线方便简洁，不受传输距离限制，易于推广的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置。

本发明的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置，包括安装于风力发电机叶片上的风压传感器、控制中心以及用于将风压传感器采集的压力信号进行模数转换并发送至所述控制中心的信号转换模块；所述叶片表面与所述风压传感器相对应的位置设有加热片；

进一步，所述加热片为环形结构，且加热片的中心孔与所述风压传感器同轴设置；

进一步，所述叶片表面设有测压孔；所述风压传感器以可插拔的方式安装于所述测压孔；

进一步，所述信号转换模块包括数字输出板和通讯转换器；所述风压传感器输出端通过RS485数据总线连接于所述数字输出板的信号输入端，数字输出板的输出端连接于控制中心的信号输入端；

本发明的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置还包括设置于风力发电机机舱主轴的导电滑环；所述风压传感器输出端通过布置于叶片空腔内的导线连接于导电滑环的转子端，导电滑环的定子端用于与所述RS485数据总线连接；

进一步，所述风压传感器为脉动风压传动器，且该脉动风压传感器与测压孔通过螺纹配合连接；

进一步，所述风压传感器设有多个并分布于所述叶片的至少三个横截面上；

进一步，所述加热片为硅胶电加热片。

本发明的有益效果是：本发明的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置，可广泛应用于覆冰环境风电场叶片表面风压的测量和机组出力的评估预测，与现有技术相比，本发明的脉动压力传感器采用插拔式结构设计，便于更换维护，能够有效避免风沙等异物堵塞孔眼的情况，测压孔周围利用加热片采用局部电加热方式，保证风压传感器不受覆冰环境的影响，压力测量采用数字信号传输方式，抗干扰能力强，测量精度高，现场布线方便简洁，不受传输距离限制，易于推广。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明技术方案进一步说明：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的压力传感器的分布示意图；

图3为本发明的压力传感器的安装示意图。

具体实施方式

图1是本发明的结构示意图；图2是本发明的压力传感器1的分布示意图；图3为本发明的压力传感器1的安装示意图；如图所示，本实施例的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置，包括安装于风力发电机叶片12上的风压传感器1、控制中心7以及用于将风压传感器1采集的压力信号进行模数转换并发送至所述控制中心7的信号转换模块；所述叶片12表面与所述风压传感器1相对应的位置设有加热片9；本发明的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置，可广泛应用于覆冰环境风电场叶片12表面风压的测量和机组出力的评估预测，与现有技术相比，本发明的脉动压力传感器1采用插拔式结构设计，便于更换维护，能够有效避免风沙等异物堵塞孔眼的情况，测压孔10周围利用加热片9采用局部电加热方式，保证风压传感器1不受覆冰环境的影响，压力测量采用数字信号传输方式，抗干扰能力强，测量精度高，现场布线方便简洁，不受传输距离限制，易于推广。

本实施例中，所述加热片9为环形结构，且加热片9的中心孔与所述风压传感器1同轴设置；且压力传感器1的顶部与叶片12外表面保持平齐。

本实施例中，所述叶片12表面设有测压孔10；所述风压传感器1以可插拔的方式安装于所述测压孔10；风压传感器1尾部引出线连接至插拔式防水接头11，当遇到风沙堵塞孔眼的情况，便于对脉动风压传感器1探头进行更换。

本实施例中，所述信号转换模块包括数字输出板5和通讯转换器6；所述风压传感器1输出端通过RS485数据总线连接于所述数字输出板5的信号输入端，数字输出板5的输出端连接于控制中心7的信号输入端；风压传感器1通过在叶片12空腔内部走线，连接至机舱主轴处的导电滑环2的转子端，RS485数据总线与电源线4分别从导电滑环2定子端引出，RS485数据总线连接至D01D型数字输出板5，再通过RS485/232通讯转换器6连接至控制中心7，即上位机(PC)，整个测量装置由12～36V直流电源8负责供电。

本实施例的用于测量风力发电机覆冰后表面风压的装置还包括设置于风力发电机机舱主轴的导电滑环2；所述风压传感器1输出端通过布置于叶片12空腔内的导线连接于导电滑环2的转子端，导电滑环2的定子端用于与所述RS485数据总线连接；导线通过卡子14固定在叶片12空腔的内壁上。

本实施例中，所述风压传感器1为脉动风压传动器，且该脉动风压传感器1与测压孔10通过螺纹配合连接；脉动风压传感器1频响约10kHz，量程-5～5kPa，输出0～5VDC，螺纹接口M20X1.5，通过螺纹连接于于测压孔10内，保证传感器1探头与叶片12外壁齐平。

本实施例中，所述风压传感器1设有多个并分布于所述叶片12的三个横截面上；相邻横截面之间的距离为叶片12长度的0.25倍，每个横截面选取翼型气动中心附近迎风面与背风面共4个位置，钻取测压孔10实现对叶片12表面风压的实时测量，测压孔10距离迎风端面中线或背风面中线的距离为0.25c，c为叶片12的翼型弦长。

本实施例中，所述加热片9为硅胶电加热片9，硅橡胶电加热片9可粘接在测压孔10处，加热功率可以根据结冰速率在0～1W/cm2进行调节，保证风压传感器1的正常工作，其供电及信号引出线缆通过卡子14固定在叶片12内壁。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。