CN111197553A - 风机叶片安全控制系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种风机叶片安全控制系统，包括：距离传感器和处理器；距离传感器设置在风机立柱上的圆柱面上，距离传感器的监测方向与风机叶片自由端的旋转路径相交，距离传感器的监测方向和风机叶片旋转到最低点时的旋转方向的夹角为钝角，距离传感器用于检测风机叶片的自由端与风机立柱间的距离值；处理器用于将距离传感器输出的距离值与预设的最小距离值进行比较，若距离传感器输出的距离值小于最小距离值，则控制器输出安全指令，以使控制器控制风机停止转动或调节连接风机叶片的主舱的俯仰角度，以使风机叶片远离所述风机立柱，延长了预警时间，以使风机有足够时间刹车或者调整风机叶片的角度，避免风机叶片与风机立柱相撞。

Description

风机叶片安全控制系统

技术领域

本申请涉及风电技术领域，具体而言，本申请涉及一种风机叶片安全控制系统。

背景技术

随着社会经济的快速发展，人们对能源的需求也在迅猛增长。然而受限于碳排放等环境因素，以及存储量的日益消耗，作为不可再生能源的化石能源的使用受到一定程度的限制，所以人们正在积极地寻找其它清洁无污染的可再生能源，以替代传统的化石能源。

风能、太阳能等清洁能源，越来越受到人们的重视，尤其是风能，由于国家政策的大力支持，近几年风电机组的国产化程度逐渐提高。随着风电产业的发展，越来越多的风场建设在地形比较复杂的山区，甚至将风场建设在海上。山区或海上的风向不稳定，风力较大时会使得叶片产生较大的形变，甚至撞上风机立柱，导致叶片损伤或折断，造成风机失效、影响机组寿命及运行安全，降低发电效率。

发明内容

本申请提供了一种风机叶片安全控制系统，以解决现有技术中无法保证风机运行过程中风机叶片的安全的问题。本申请采用的技术方案如下：

本申请提供了一种风机叶片安全控制系统，包括：距离传感器、处理器；

所述距离传感器设置在风机立柱上的圆柱面上，所述距离传感器的监测方向与所述风机叶片自由端的旋转路径相交，所述距离传感器的监测方向和所述风机叶片旋转到最低点时的旋转方向的夹角为钝角，所述距离传感器用于检测所述风机叶片的自由端与所述风机立柱间的距离值；

所述处理器用于将所述距离传感器输出的距离值与预设的最小距离值进行比较，若所述距离传感器输出的距离值小于所述最小距离值，则向控制器输出安全指令，以使所述控制器控制风机停止转动或调节连接所述风机叶片的主舱的俯仰角度，以使所述风机叶片远离所述风机立柱。

可选地，多个所述距离传感器呈圆周阵列环绕布设在所述风机立柱的圆柱面上。

可选地，所述距离传感器的监测方向与所述风机立柱的横截面平行。

可选地，所述距离传感器为光学距离传感器、超声波距离传感器、射频传感器或磁敏式距离传感器中的一种。

可选地，还包括风向传感器，所述风向传感器用于测量风机所在位置处的风向；

所述处理器还用于根据所述风向传感器测量的风向输出角度调节指令，以调节所述主舱的俯仰角度和/或水平偏转角度。

与现有技术相比，本申请实施例提供的风机叶片安全控制系统至少具有以下带有益效果：通过设置在风机立柱上的距离传感器测量风机叶片的最低点与风机立柱间的距离值，根据距离值调整主舱的俯仰角度，以改变风机叶片和风机立柱间的角度，从而改变风机叶片在最低点和风机立柱间的距离，避免风机叶片与风机立柱相撞。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对本申请实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本申请一实施例的一种风机叶片安全控制系统的结构示意图；

图2a为本申请一实施例的一种风机叶片安全控制系统的安装位置的侧视图；

图2b为本申请一实施例的一种风机叶片安全控制系统的安装位置的正视图；

图3为风机叶片在风力作用下产生较大形变的示意图；

图4为调节主舱的俯仰角度后风机叶片的位置示意图；

图5为本申请一实施例的距离传感器的排布方式示意图；

图6为在风机立柱的横切面视角下距离传感器的排布方式示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，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，仅用于解释本申请，而不能解释为对本申请的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本申请的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或无线耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的全部或任一单元和全部组合。

下面以具体地实施例对本申请的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。下面将结合附图，对本申请的实施例进行描述。

如图1所示，本申请实施例提供了一种风机叶片安全控制系统10，包括：距离传感器11和处理器12。

如图2a所示，距离传感器11设置在风机立柱21的圆柱面上，风机叶片自由端221的旋转路径为圆周，距离传感器11的监测方向与风机叶片22自由端221的旋转路径相交，且距离传感器11的监测方向和风机叶片22旋转到最低点时的旋转方向的夹角为钝角，即，在风机叶片22转动到最低点之前，距离传感器11能够检测到风机叶片22的自由端与风机立柱21间的距离值L。其中，风机叶片22的旋转方向为风机叶片自由端221的旋转路径的切线方向。图2b为图2a对应的正视图，图2b中，风机叶片22的旋转方向为逆时针，距离传感器11的监测方向与与风机叶片22自由端221的旋转路径相交在监测点A处，即风机叶片22在转动到最低点前的点A处时，距离传感器11能够检测到风机叶片22的自由端221与风机立柱21间的距离值L。将监测点设置在风机叶片22转动过程中的最低点之前，可以延长预警时间，以使风机有足够时间刹车或者调整风机叶片22的角度。

主舱23内包含齿轮箱、电机、控制器25、电缆、转轴24、风机俯仰角调节装置和风机水平角度调节装置等，转轴24的一端从主舱21内伸出，与风机叶片22固定连接，主舱23内的电机及齿轮箱通过转轴24输出转矩并带动风机叶片22转动。控制器25可控制风机进行刹车操作，即使风机停止转动，控制器25还可控制风机俯仰角调节装置和风机水平角度调节装置，以调节风机的俯仰角度和水平偏转角度。

处理器12将距离传感器11输出的距离值与预设的最小距离值进行比较，若距离传感器11输出的距离值小于预设的最小距离值，则向控制器25输出安全指令。控制器25在收到安全指令后，有两种方式处理方式可以避免风机叶片22与风机立柱21相撞：第一种方式为，控制风机停止转动，在风机叶片22与风机立柱21发生碰撞前，停下风机叶片22；第二种方式为，通过风机俯仰角调节装置调节主舱23的俯仰角度，以使风机叶片22远离风机立柱，避免风机叶片22在转动过程中与风机立柱21相撞。

如图3所示，当风力较大且风向向斜下方吹时，风机叶片22产生较大的形变，向风机立柱21靠近，距离传感器11测量到风机叶片22转动到监测点时风机叶片22的自由端与风机立柱21间的距离值，当处理器12检测到距离传感器11输出的距离值小于预设的最小距离值，则向控制器25输出安全指令。控制器25向风机俯仰角调节装置13输出俯仰角调节指令，风机俯仰角调节装置13根据俯仰角调节指令调节主舱23的俯仰角度a，使主舱23伸出转轴24的一侧向上倾斜，从而使风机叶片22的自由端221远离风机立柱21，避免风机叶片22与风机立柱21相撞，风机叶片22及主舱23调节后的位置参考图4。

进一步地，处理器12还可以根据测量到的距离值L计算风机需要调节的俯仰角度值，并将计算得到的俯仰角度值发送给控制器25，由控制器25根据该俯仰角度值控制俯仰角调节装置13进行俯仰角的调整。

本实施例的风机叶片安全控制系统10，通过设置在风机立柱上的距离传感器测量风机叶片的自由端与风机立柱间的距离值，根据距离值调整主舱的俯仰角度或控制风机停止转动，避免风机叶片与风机立柱相撞，并将监测点设置在风机叶片22转动过程中的最低点之前，可以延长预警时间，以使风机有足够时间刹车或者调整风机叶片22的角度。

进一步地，如图5所示，多个距离传感器11呈圆周阵列环绕布设在风机立柱21的圆柱面上。具体参考图6，其示出了在风机立柱21的横切面视角下距离传感器11的排布方式，图6中的箭头方向表示各个距离传感器的监测方向，以便监测主舱23处于不同水平偏转角度时，风机叶片22自由端221与风机立柱间的距离。因此，在风机叶片22调整到任何水平偏转角度时，都能有若干距离传感器正对风机叶片22。需要说明的是，每个距离传感器的监测范围是一个圆锥体，保证风机叶片22即使在风力作用下发生形变，其在转动过程中也能够经过距离传感器11的监测范围，以触发距离传感器11。通过图6所示的圆周阵列排布方式，只要排布足够数量的距离传感器11，就可以覆盖风机叶片22自由端221所有可能出现的方位，保证风机旋转到任意一个水平偏转角度时都可以监测风机叶片22自由端221与风机立柱21之间的距离。

进一步地，距离传感器11的监测方向与风机立柱21的横截面平行。当然，也可以设置距离传感器11的监测方向与风机立柱21的横截面成一定的夹角，即距离传感器11的监测方向斜向上或斜向下。需要说明的是，不管采用上述何种角度，都要保证风机叶片22在转动过程中能够经过距离传感器11的监测范围，以触发距离传感器11。

可选地，距离传感器11可以为光学距离传感器、超声波距离传感器、射频传感器或磁敏式距离传感器中的任意一种。

光学距离传感器利用飞行时间法(flying time)测量距离，光学距离传感器发射光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间间隔来计算与物体之间的距离。此外，还有一些光学距离传感器利用检测发射光和反射光在空间中传播时发生的相位差来检测距离，其精度较高，一般为毫米级。光学距离传感器发射的光脉冲具有一定的辐射角度，以扩大监测范围。

超声波距离传感器通过发射超声波，并通过测量此超声波从发射到被物体反射回来的时间来计算与物体之间的距离。

射频传感器可以是射频雷达，并通过测量所发射的射频信号从发射到被物体反射回来的时间来计算与物体之间的距离。

磁敏式距离传感器是利用半导体磁敏元件，通过磁电作用将磁学物理量转换成电信号的传感器。磁敏式距离传感器按其结构可分为体型和结型两大类，前者有霍尔元件和磁敏电阻，后者有磁敏二极管和磁敏三极管等。

可选地，本实施例的风机叶片安全控制系统10还包括风向传感器，风向传感器用于测量风机所在位置处的风向。其中，风向传感器是一种以风向箭头的转动探测、感受外界的风向信息，并将其传递给同轴码盘，同时输出对应风向相关数值的物理装置。风向传感器可测量室外环境中的近地风向，按工作原理可分为光电式、电压式和罗盘式等。

相应地，处理器12还用于根据风向传感器测量的风向输出角度调节指令，以调节主舱23的俯仰角度和/或水平偏转角度。

由于风机叶片面对风向时风机发电效率最高，因此，通过风向传感器监测风向，并调节主舱23的水平偏转角度和俯仰角度，使风机叶片正对风向。

以上所述仅是本申请的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种风机叶片安全控制系统，其特征在于，包括：距离传感器和处理器；

所述距离传感器设置在风机立柱上的圆柱面上，所述距离传感器的监测方向与所述风机叶片自由端的旋转路径相交，所述距离传感器的监测方向和所述风机叶片旋转到最低点时的旋转方向的夹角为钝角，所述距离传感器用于检测所述风机叶片的自由端与所述风机立柱间的距离值；

所述处理器用于将所述距离传感器输出的距离值与预设的最小距离值进行比较，若所述距离传感器输出的距离值小于所述最小距离值，则向控制器输出安全指令，以使所述控制器控制风机停止转动或调节连接所述风机叶片的主舱的俯仰角度，以使所述风机叶片远离所述风机立柱。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，多个所述距离传感器呈圆周阵列环绕布设在所述风机立柱的圆柱面上。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述距离传感器的监测方向与所述风机立柱的横截面平行。

4.根据权利要求1至3中任一所述的系统，其特征在于，所述距离传感器为光学距离传感器、超声波距离传感器、射频传感器或磁敏式距离传感器中的一种。

5.根据权利要求1至3中任一所述的系统，其特征在于，还包括风向传感器，所述风向传感器用于测量风机所在位置处的风向；

所述处理器还用于根据所述风向传感器测量的风向输出角度调节指令，以调节所述主舱的俯仰角度和/或水平偏转角度。

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