一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置及风电机组

技术领域

本发明属于风电叶片技术领域，特别涉及一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置及风电机组。

背景技术

随着风电机组大型化，风电叶片越来越长，叶片柔性增大，叶片变形随之增大，甚至有发生扫塔的风险。目前，为了降低叶片成本，叶片的安全余量不断降低，使得叶片扫塔的风险不断增大。

为了更加有效的保证叶片安全可靠性，减少叶片的变形，一方面会通过传统的控制方法降低叶片载荷，从而减少叶尖变形，但这会带来发电量的损失，一般是在满足标准对叶片变形的要求前提下，进行控制器的设计。另一种方法，是为了应对实际运行环境与设计工况不同而产生叶尖扫塔的风险，目前此类情况越来越多。目前采用的解决方案是在机舱上安装激光雷达，通过扫测叶片与塔架的距离来控制叶片变桨，最终实现防止叶片扫塔。该方法存在的缺点是，一方面激光的环境适应性有限，在大雾天气容易发生失效，而无法正确控制变桨，另一方面该类方法需要在机舱上开口，并安装激光雷达，成本相对较高。

因此，如何更加可靠以及低成本的防止叶片扫塔的设置方式，是本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置及风电机组，以更加可靠以及低成本的方式防止叶片扫塔。

为解决上述技术问题，本发明提供一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，包括用于缓冲减震的吸能机构，所述吸能机构设置于风电机组的塔架上，且包裹所有所述塔架与变形后的叶片能够发生接触的位置上。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，还包括固定于所述塔架上的支撑平台，用于支撑所述吸能机构。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述支撑平台和所述塔架之间设置有多个加强筋，多个所述加强筋均匀的布置于所述支撑平台的底部。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述支撑平台的设置位置低于所述叶片尖端发生变形后与所述塔架的接触位；

或，所述吸能机构的高度高于所述叶片尖端发生变形后与所述塔架的接触位；

或，所述吸能机构的外径大于所述支撑平台的外径。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述吸能机构的内壁与所述塔架之间具有间隙。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述吸能机构由多个吸能结构拼接而成。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，多个所述吸能结构之间通过粘接方式连接；

或，多个所述吸能结构之间通过连接件连接；

或，多个所述吸能结构之间的连接面通过连接件和粘结剂连接在一起。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述连接件为绳索或绑带，所述吸能结构的连接面之间设置有用于连接所述连接件的通孔。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，所述吸能机构由多个吸能层结构由内而外依次套装而成，多个所述吸能层结构采用不同的吸能材料制成。

可选的，在上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置中，还包括设置于所述吸能机构内的压力传感器以及与所述压力传感器信号连接的报警系统，所述报警系统用于当所述压力传感器的压力大于设定值后进行报警，并采用无线传输将信号传送给风电机组的控制系统，进行紧急停机。

本发明还提供一种风电机组，包括塔架、机舱、若干叶片以及如上文所述的防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置；

其中，所述塔架的顶部设置有所述机舱，所述机舱的传动轴上设置有若干所述叶片，所述塔架上还设置有所述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置。

本发明提供了一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，其有益效果在于：

本发明提供的防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，在塔架上安装具有缓冲减震功能的吸能机构，当叶尖发生大变形，要打在塔架上时，可以起到缓冲减速作用，可靠性高、受环境影响小，且成本低。

本发明还提供了一种具有上述防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置的风电组件，其具有相同的有益效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种具有防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置的风电机组的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的支撑平台的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的支撑平台的仰视图；

图4为本发明实施例提供的吸能机构的主视图；

图5为本发明实施例提供的吸能机构在一种形式下的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的吸能机构在另一种形式下的结构示意图。

上图中：

a-初始状态的叶片；

a’-变形后的叶片；

1-机舱；2-塔架；3-吸能机构；4-支撑平台；5-加强筋；6-连接件；7-压力传感器。

具体实施方式

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，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右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。

在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，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或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

本发明的核心是提供一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置及风电机组，以更加可靠以及低成本的方式防止叶片扫塔。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明提供的技术方案，下面将结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

具体地，请参考图1-图6，图1为本发明实施例提供的一种具有防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置的风电机组的结构示意图；图2为本发明实施例提供的支撑平台的结构示意图；图3为本发明实施例提供的支撑平台的仰视图；图4为本发明实施例提供的吸能机构的主视图；图5为本发明实施例提供的吸能机构在一种形式下的结构示意图；图6为本发明实施例提供的吸能机构在另一种形式下的结构示意图。

本发明提供的一种防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，包括用于缓冲减震的吸能机构3，吸能机构3设置于风电机组的塔架2上，且包裹所有塔架2与变形后的叶片能够发生接触的位置上。

需要说明的是，吸能机构3里放置有吸能材料，如硬质泡沫等，如图1所示的叶片吸力面变形情况，a为初始状态的叶片，a’为变形后的叶片。当叶尖发生大变形，要打在塔架2上时，可以起到缓冲减速作用，避免因叶尖与塔架2直接碰撞，发生倒塔。

本发明提供的防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，采用了一种更加可靠和低成本的防止叶片扫塔的方式，在塔架2上安装具有缓冲减震功能的吸能机构3，可靠性高、受环境影响小，且成本低。

本案还包括固定于塔架2上的支撑平台4，支撑平台4上安放有吸能机构3，用于支撑吸能机构3。支撑平台4可以为一体式结构或分体式结构。支撑平台4可以为圆盘状结构，当然还可以采用其他形状。支撑平台4的中部开设有用于穿过塔架2的通孔，可以将支撑平台4套设在塔架2上。

在进一步具体实施例中，支撑平台4和塔架2之间设置有多个加强筋5，多个加强筋5均匀的布置于支撑平台4的底部，用于固定连接、起到加强支撑效果的加强筋5。加强筋5分别与支撑平台4和塔架2连接，其连接方式可以为螺栓连接，还可以选用焊接连接。

具体的，加强筋5具体可以采用三角型支柱。

如图2和图3所示，在塔架2上安装一个圆环型的支撑平台4，并在下方安装一个四个以上三角型支柱，以上均采用钢板等金属材料制成，采用焊接方式安装固定在塔筒上。圆环型的支撑平台4可以采用两片或多片方式组成，与塔架2和三角型支柱采用焊接方式连接，圆环型的支撑平台4的内径与安装位置处的塔架2外径一致，塔架2的外径与支撑平台4的内径差大于0.5m。

在一具体实施例中，支撑平台4的设置位置低于叶片尖端发生变形后与塔架2的接触位。具体的，支撑平台4位置需低于叶尖发生变形后与塔发生接触时的位置，且需低于至少0.5m；

吸能机构3的高度高于叶片尖端发生变形后与塔架2的接触位。具体的，吸能机构3的高度需要超过叶尖发生变形后与塔架2发生接触时的位置，且需超过至少1.0m。

吸能机构3的外径大于支撑平台4的外径。具体的，吸能机构3的外径需要超过支撑平台4的外径，且需超过至少0.3m。

在一具体实施例中，吸能机构3的内壁与塔架2之间具有间隙。即，吸能机构3的内径需与塔架2保持一定距离的空隙，以保证叶片与吸能机构3接触后能发生一定的转动，从而进一步减缓叶尖的速度和冲击力。

吸能机构3可以为分体式结构或一体式结构。当吸能机构3为分体式结构时，吸能机构3由多个吸能结构拼接而成。

如图4-图6所示，吸能机构3采用圆环柱型结构，吸能机构3由两个半圆柱吸能结构拼接而成。多个吸能结构便于通过拼接套设在塔架2上，拆装较为便捷。当然，吸能机构3还可以采用其他形状，在此不做进一步限定。

进一步地，吸能机构3可采用以下三种方式连接，但不限于以下几种方式：多个吸能结构之间通过粘接方式连接；或，多个吸能结构之间通过连接件6连接；或，多个吸能结构之间的连接面通过连接件6和粘结剂连接在一起。

具体的，连接件6为绳索或绑带，吸能结构的连接面之间设置有用于连接连接件6的通孔。

如图4和图5所示，吸能机构3可以采用两片或多片方式组成。片与片之间采用粘接剂粘接，并在粘接附近打通孔，采用具有一定强度的绳索绑紧或扣紧。

为了进一步提高吸能效果，吸能机构3由多个吸能层结构由内而外依次套装而成，多个吸能层结构采用不同的吸能材料制成。吸能机构3可以是多个吸能层结构套装而成，不同层可以采用不同的吸能材料，如外面采用弹性更大的材料，而内部选用弹性较小的材料，实现层层减缓冲击力。

本案还包括设置于吸能机构3内的压力传感器7以及与压力传感器7信号连接的报警系统，报警系统用于当压力传感器7的压力大于设定值后进行报警，并采用无线传输将信号传送给风电机组的控制系统，进行紧急停机。

如图6所示，在吸能机构3的高度一半的位置内侧放置有一圈压力传感器7，压力传感器7的数量至少为4个，多个压力传感器7沿吸能机构3的周向对称布置。当压力传感器7的压力大于设定值后进行报警，并采用无线传输将信号传送给机组控制系统，进行紧急停机。

此外，本发明还提供一种风电机组，包括塔架2、机舱1、若干叶片以及如上文的防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置。

其中，塔架2的顶部设置有机舱1，机舱1的传动轴上设置有若干叶片，塔架2上还设置有防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置。

由于风电机组采用上文中的防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置，因此，风电机组具有与防止风电叶片叶尖扫塔的保护装置相同的有益效果，在此不再赘述。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。