CN114165394A - 一种风力发电机组防扫塔装置、方法及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种风力发电机组防扫塔装置、方法及风力发电机组，包括塔筒(1)和叶片(2)，还包括第一磁性件(3)和第二磁性件(4)，所述第一磁性件(3)设置于所述塔筒(1)的周壁预定位置，所述第二磁性件(4)设置于各个所述叶片(2)的叶尖，所述叶片(2)相对所述塔筒(1)转动，所述第一磁性件(3)能够依次对应各所述第二磁性件(4)并产生排斥力。本发明通过第一磁性件(3)和对应各第二磁性件(4)之间的排斥力有效地将叶尖(2)推离塔筒(1)，避免扫塔的风险。

Description

一种风力发电机组防扫塔装置、方法及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，具体涉及一种风力发电机组防扫塔装置、方法及风力发电机组。

背景技术

随着风电机组叶片越长且柔性越大，叶片运行时变形越大，在某些极端风况下叶片的变形有可能碰触到塔筒表面，导致塔倒机亡的严重后果，为此叶片与塔筒的安全距离是风机设计的重要参数；然而，一方面，随着平价时代的来临，叶片的减重优化需要做到极致，净空安全的余量越来越小；另一方面，随着风电场开发的进程，越来越多的风电机组需要应用于复杂且极端风况条件的厂址。因此，找到一种安全可靠和无副作用的净空保护方案才能有效地支撑机组安全运行。

发明内容

本发明的目的是提供一种风力发电机组，有效控制叶片与塔筒之间的距离，避免扫塔的发生。

本发明的另一目的是提供一种风力发电机组防扫塔装置，有效控制叶片与塔筒之间的距离，避免扫塔的发生。

本发明的另一目的是提供一种风力发电机组防扫塔方法，有效控制叶片与塔筒之间的距离，避免扫塔的发生。

为解决上述技术问题，本发明提供一种风力发电机组，包括塔筒和叶片，还包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件设置于所述塔筒的周壁预定位置，所述第二磁性件设置于各个所述叶片的叶尖，所述叶片相对所述塔筒转动，所述第一磁性件能够依次对应各所述第二磁性件并产生排斥力。

如此，叶片转动至靠近塔筒的位置时，叶片会在第一磁性件和第二磁性件之间排斥力的作用下与塔筒保持一定距离，防止叶片碰触到塔筒的表面，发生扫塔的事故，提高风电机组的安全性能。

可选地，所述第一磁性件和所述第二磁性件均为永磁体，并具有相同的磁极。

可选地，所述第一磁性件和所述第二磁性件中至少一者为电磁铁，还包括控制器，所述控制器能够在任一所述叶片与所述塔筒之间的夹角满足预设条件时，控制对应所述电磁铁通电，所述第一磁性件和对应所述第二磁性件具有相同的磁极。

可选地，所述控制器还能够根据所述夹角大小，调节对应所述电磁铁的电流大小，以使所述第一磁性件和对应所述第二磁性件之间的排斥力随所述夹角的减小而增大。

可选地，还包括设置于各个所述叶片的角度传感器，所述角度传感器用于对所述叶片与所述塔筒之间的夹角进行检测，并能够将检测结果传送至所述控制器。

可选地，以所述塔筒的轴线为基准，所述叶片与所述塔筒轴线之间的夹角为θ，所述预设条件为：θ∈[-15°，15°]。

可选地，还包括机舱，所述控制器设置于机舱内部；

或，还包括接闪器，设置于各个所述叶片的叶尖，所述接闪器与所述第二磁性件为分体结构，或一体结构。

本发明还提供一种风力发电机组防扫塔方法，基于前述风力发电机组，包括如下步骤：

对各个叶片与塔筒之间的夹角进行检测，在任一所述叶片与所述塔筒之间的夹角满足预设条件时，控制对应电磁铁通电，第一磁性件和对应第二磁性件具有相同的磁极。

本发明风力发电机组防扫塔方法，基于前述风力发电机组，因此具有与前述风力发电机组相同的技术效果，在此不再赘述。

可选地，还包括如下步骤：

对所述电磁铁中的电流大小进行调节，以使所述第一磁性件和对应所述第二磁性件之间的排斥力随所述夹角的减小而增大。

本发明还提供一种风力发电机组防扫塔装置，包括第一磁性件和第二磁性件，所述第一磁性件设置于塔筒的周壁预定位置，所述第二磁性件设置于各个所述叶片的叶尖，所述第一磁性件能够随所述叶片的转动而依次对应各所述第二磁性件并产生排斥力。

本发明风力发电机组防扫塔装置，当叶片转动至靠近塔筒的位置时，叶片会在第一磁性件和第二磁性件之间排斥力的作用下与塔筒保持一定距离，防止叶片碰触到塔筒的表面，发生扫塔的事故，提高风电机组的安全性能。

附图说明

图1为本发明所提供风力发电机组一种具体实施例的结构示意图；

图2为图1风力发电机组中排斥力的示意图；

图3为图1风力发电机组开启或关闭防扫塔装置时叶片变形量的曲线图。

其中，图1-图2中的附图标记说明如下：

1-塔筒；2-叶片；3-第一磁性件；4-第二磁性件；5-控制器；6-角度传感器；7-接闪器。

具体实施方式

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

本文中所述“第一”、“第二”等词，仅是为了便于描述结构和/或功能相同或者相类似的两个以上的结构或者部件，并不表示对于顺序和/或重要性的某种特殊限定。

请参考图1-图2，图1为本发明所提供风力发电机组一种具体实施例的结构示意图；图2为图1风力发电机组中排斥力的示意图。

本发明提供一种风力发电机组，包括塔筒1和叶片2，还包括第一磁性件3和第二磁性件4，第一磁性件3设置于塔筒1的周壁预定位置，第二磁性件4设置于各个叶片2的叶尖位置，叶片2相对塔筒1转动，第一磁性件3能够依次对应各第二磁性件4并产生排斥力。

如此，叶片2转动至靠近塔筒1的位置时，叶片2会在第一磁性件3和第二磁性件4之间排斥力的作用下与塔筒1保持一定距离，防止叶片2碰触到塔筒1的表面，发生扫塔的事故，提高风电机组的安全性能。

其中，第一磁性件3设置于塔筒1的位置应当根据叶片2变形后叶尖的位置进行设置，使得第一磁性件3和第二磁性件4可以相对，保证排斥力大小满足要求。

其中，第一磁性件3和第二磁性件4可以均为永磁铁，且第一磁性件3和第二磁性件4具有相同的磁极，如为N极或S极；如此，无需单独进行控制，第一磁性件3就会与对应叶片2的第二磁性件4产生排斥力，防止叶片2碰触到塔筒1的表面，结构简单，便于实现。

当然，第一磁性件3和第二磁性件4中还可以至少一者为电磁铁，包括三种实施方式：

其中，第一磁性件3和第二磁性件4均为电磁铁，还包括控制器5和角度传感器6，第一磁性件3、第二磁性件4、角度传感器6均与控制器5电连接，角度传感器6设置于各个叶片2，用于对叶片2与塔筒1之间的夹角进行检测，并能够将检测结果传送至控制器5，控制器5能够在叶片2与塔筒1之间的夹角满足预设条件时，控制第一磁性件3和对应第二磁性件4通电，第一磁性件3和对应第二磁性件4具有相同的磁极，进而产生排斥力，防止叶片2碰触到塔筒1的表面。

以塔筒1的轴线为基准，即塔筒1的轴线为0°，定义叶片2与塔筒1轴线之间的夹角为θ，前述预设条件为：θ∈[-15°，15°]，即当叶片2与塔筒1轴线之间的夹角在±15°范围内时，控制器5控制第一磁性件3和对应第二磁性件4通电；当叶片2转动至超出该范围时，便控制第一磁性件3和对应第二磁性件4断电。

可以理解，如果控制第一磁性件3和第二磁性件4始终处于通电状态也是可行的，此时，第一磁性件3和第二磁性件4等同于永磁铁；但本发明通过对第一磁性件3和第二磁性件4的通断电状态进行控制，只有在满足角度范围时才控制第一磁性件3和第二磁性件4通电，超过角度范围时控制第一磁性件3和第二磁性件4断电，避免资源浪费。

进一步地，本发明风力发电机组充分发挥电磁铁的特性，具体地，控制器5还能够根据任一叶片2与塔筒1之间的夹角大小，调节第一磁性件3和对应第二磁性件4中的电流大小，以使二者之间的排斥力随夹角的减小而增大。换言之，当叶片2变形更大，更加接近塔筒1时，叶片2和塔筒1之间的排斥力更大，避免叶片2与塔筒1碰撞导致倒塔的后果。

此外，第一磁性件3和第二磁性件4中，一者为电磁铁，另一者为永磁铁，还包括控制器5，控制器5能够在任一叶片2与塔筒1之间的夹角满足预设条件时，控制对应电磁铁通电，第一磁性件3和对应第二磁性件4具有相同的磁极，进而产生排斥力，防止叶片2碰触到塔筒1的表面。

具体包括两种设置方式，第一种设置方式为：第一磁性件3为电磁铁，第二磁性件4为永磁铁，此时，控制器5与各第二磁性件4电连接，分别控制第二磁性件4通断电；第二种设置方式为：第一磁性件3为永磁铁，第二磁性件4为电磁铁，此时，控制器5仅与第一磁性件3电连接，控制第一磁性件3通断电。

同样地，本发明控制器5还能够根据任一叶片2与塔筒1之间的夹角大小，调节对应电磁铁中的电流大小，以使第一磁性件3和对应第二磁性件4之间的排斥力随夹角的减小而增大。换言之，当叶片2变形更大，更加接近塔筒1时，叶片2和塔筒1之间的排斥力更大，避免叶片2与塔筒1碰撞导致倒塔的后果。

请继续参考图1，风力发电机组还包括机舱，控制器5设置于机舱内部；还包括接闪器7，设置于各个叶片2的叶尖，起到防雷的效果，其中，接闪器7与第二磁性件4可以设置为一体结构，也可以设置为分体结构，本实施例中，接闪器7安装于第二磁性件4靠近叶尖一端20cm左右的位置。

本发明还提供另一种风力发电机组防扫塔方法，基于前述风力发电机组，包括如下步骤：

对各个叶片2与塔筒1之间的夹角进行检测，在任一叶片2与塔筒1之间的夹角满足预设条件时，控制对应电磁铁通电，第一磁性件3和对应第二磁性件4具有相同的磁极。

本发明风力发电机组防扫塔方法，基于前述风力发电机组，因此具有与前述风力发电机组相同的技术效果，在此不再赘述。

进一步地，还包括如下步骤：

对电磁铁中的电流大小进行调节，以使第一磁性件3和对应第二磁性件4之间的排斥力随所述夹角的减小而增大。

本发明还提供一种风力发电机组防扫塔装置，包括第一磁性件3和第二磁性件4，第一磁性件3设置于塔筒1的周壁预定位置，第二磁性件4设置于各个叶片2的叶尖，第一磁性件3能够随叶片2的转动而依次对应各第二磁性件4并产生排斥力。

本发明风力发电机组防扫塔装置，当叶片2转动至靠近塔筒1的位置时，叶片2会在第一磁性件3和第二磁性件4之间排斥力的作用下与塔筒1保持一定距离，防止叶片2碰触到塔筒1的表面，发生扫塔的事故，提高风电机组的安全性能。

请参考图3，图3为图1风力发电机组开启或关闭防扫塔装置时叶片变形量的曲线图。

该风力发电机组中，第一磁性件3和第二磁性件4均为电磁铁；图3中，横坐标为时间，纵坐标为叶片变形量，a曲线为叶片方位角变化曲线，b曲线为未开启防扫塔装置时的叶片变形时序曲线，c曲线为开启防扫塔装置时的叶片变形时序曲线，由图3可以清晰地看到，开启防扫塔装置后，叶片2变形明显减小，有效地控制叶片2与塔筒1之间的距离，避免扫塔事故的发生。

以上对本发明所提供的一种风力发电机组防扫塔装置、方法及风力发电机组进行了详细介绍，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。

Claims (10)

1.一种风力发电机组，包括塔筒(1)和叶片(2)，其特征在于，还包括第一磁性件(3)和第二磁性件(4)，所述第一磁性件(3)设置于所述塔筒(1)的周壁预定位置，所述第二磁性件(4)设置于各个所述叶片(2)的叶尖，所述叶片(2)相对所述塔筒(1)转动，所述第一磁性件(3)能够依次对应各所述第二磁性件(4)并产生排斥力。

2.根据权利要求1所述风力发电机组，其特征在于，所述第一磁性件(3)和所述第二磁性件(4)均为永磁体，并具有相同的磁极。

3.根据权利要求1所述风力发电机组，其特征在于，所述第一磁性件(3)和所述第二磁性件(4)中至少一者为电磁铁，还包括控制器(5)，所述控制器(5)能够在任一所述叶片(2)与所述塔筒(1)之间的夹角满足预设条件时，控制对应所述电磁铁通电，所述第一磁性件(3)和对应所述第二磁性件(4)具有相同的磁极。

4.根据权利要求3所述风力发电机组，其特征在于，所述控制器(5)还能够根据所述夹角大小，调节对应所述电磁铁的电流大小，以使所述第一磁性件(3)和对应所述第二磁性件(4)之间的排斥力随所述夹角的减小而增大。

5.根据权利要求3所述风力发电机组，其特征在于，还包括设置于各个所述叶片(2)的角度传感器(6)，所述角度传感器(6)用于对所述叶片(2)与所述塔筒(1)之间的夹角进行检测，并能够将检测结果传送至所述控制器(5)。

6.根据权利要求3所述风力发电机组，其特征在于，以所述塔筒(1)的轴线为基准，所述叶片(2)与所述塔筒(1)轴线之间的夹角为θ，所述预设条件为：θ∈[-15°，15°]。

7.根据权利要求3所述风力发电机组，其特征在于，还包括机舱，所述控制器(5)设置于机舱内部；

和/或，还包括接闪器(7)，设置于各个所述叶片(2)的叶尖，所述接闪器(7)与所述第二磁性件(4)为分体结构，或一体结构。

8.一种风力发电机组防扫塔方法，如权利要求3所述风力发电机组，其特征在于，包括如下步骤：

对各个叶片(2)与塔筒(1)之间的夹角进行检测，在任一叶片(2)与塔筒(1)之间的夹角满足预设条件时，控制对应电磁铁通电，第一磁性件(3)和对应第二磁性件(4)具有相同的磁极。

9.根据权利要求8所述风力发电机组防扫塔方法，其特征在于，还包括如下步骤：

对所述电磁铁中的电流大小进行调节，以使所述第一磁性件(3)和对应所述第二磁性件(4)之间的排斥力随所述夹角的减小而增大。

10.一种风力发电机组防扫塔装置，其特征在于，包括第一磁性件(3)和第二磁性件(4)，所述第一磁性件(3)设置于塔筒(1)的周壁预定位置，所述第二磁性件(4)设置于各个所述叶片(2)的叶尖，所述第一磁性件(3)能够随所述叶片(2)的转动而依次对应各所述第二磁性件(4)并产生排斥力。

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