CN115290928A - 一种海上风电机组偏航校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种海上风电机组偏航校准装置，所述装置包括：激光发射器(3)、激光发射器固定装置(2)和风向标校正卡具(4)。本发明具有适用范围广泛的优点。

Description

一种海上风电机组偏航校准装置

技术领域

本发明涉及风力发电装备技术领域，尤其涉及一种海上风电机组偏航校准装置。

背景技术

风向仪是风机偏航子系统中一个重要的设备，当前的大型风力发电机为了尽可能的提高风电转换效率，都采取主动偏航策略，即根据风向主动转动机舱使叶轮正对来风方向。用以测量风向的设备称为风向标，目前的风向仪多为机械接触式，在长期的运行过程中，容易导致磨损或性能退化，产生对风误差，理论上风向标误差为5°，发电量损失1.1％。因此，对风向标进行静态误差校正具有现实的经济意义，可以有效降低风机发电量的损失。

较之陆上风电机组，海上风电机组的运行环境恶劣，故障率高，维修窗口期更是稍纵即逝，导致其维修、保养任务远重于陆上风电机组，因此，设计一种操作简易、使用便捷，同时对外界环境不敏感的偏航校准方法与装置将能有效提高海上风电机组的风能利用效率，进而提高其发电量，并且避免因风向测量不准所导致的机组负载力矩增大，从而一定程度上降低其故障率。

现有技术CN109058043B一种风力发电机组指北方法、现有技术DE102013101012A1公开了一种用于风能设备的偏航系统的控制装置、现有技术CN106232984A公开了用于改善能量捕获设备的能量捕获效率的方法和系统、JP2004285858A公开了一种能够高效发电的风力发电系统和风力发电机控制方法。这些现有技术均提出了对于风力发电机的指向进行调整的重要性。风力发电机依赖于风向仪进行风向指示。风向仪在长期使用后，会发现偏移。尽管有大量的补偿方法对风向仪的偏移进行补偿，但是这要求风场中大多数风向仪是安装正确的，如果若干风机组成的风场中的风向仪大量的出现指向错误的问题，那么补偿方法将无法正确的补偿风向仪的偏离。

现有技术CN214537783U公开了一种风速风向仪安装指向校正器，包括底座卡套，所述底座卡套包括环体以及与环体内壁靠近环体上端面的位置一体成型的横板，所述环体用于与环体配合使用的风速风向仪本体顶部卡接配合，所述横板上安装有L形板体，所述L形板体水平部底面与横板上表面贴合，所述L形板体竖直部上端安装有校准组件，所述校准组件包括转动安装于L形板体竖直部上的转轴、与转轴顶部固定的固定板、与固定板顶部固定的弧形夹套以及与弧形夹套卡接配合的激光笔。

现有技术CN105114258B公开一种风力发电机风速风向仪安装对正装置，包括双向点状光束发射器及其支架，所述支架具有一副V型抱爪和一套俯仰调节机构，所述V型抱爪用于抱持风速风向仪，所述俯仰调节机构用于调整双向点状光束发射器的俯仰角度，其特征在于，所述V型抱爪包括一个铰座、一对铰接在铰座上的抱爪，该抱爪的腰部有腰形孔，孔内配有抱爪螺栓，两抱爪螺栓的螺纹方向相反，与一个双向螺母螺纹连接，旋动双向螺母，将风速风向仪抱紧或松开；抱爪上还设有限位销，用于限制V型抱爪的张开角度，防止双向螺母与抱爪螺栓脱扣。

现有技术CN114167085A提供了一种风力发电机组风向标零位校准装置及校准方法，涉及风力发电对风工装技术领域，为解决现有风力发电机组风向标零位校准极不准确的问题而设计。该风力发电机组风向标零位校准装置包括发射端工装、激光发射器和接收端工装，发射端工装用于与风向标固定连接，发射端工装设置有与风向标的标识N线相对的刻度线，激光发射器安装于发射端工装，且激光发射器的俯仰角度可调；接收端工装用于安装于风力发电机组的机舱前侧，接收端工装包括靶杆，沿机舱的径向，靶杆的位置可调，靶杆用于接收激光发射器发射的激光。

以上现有技术的风向仪校正方法均用于安装时的校正，难以解决现有技术中在使用过程中对机械式风向仪进行校正的问题。

发明内容

针对相关领域现有技术中所存在的不足及空缺，本发明提供了一种海上风电机组偏航校准装置，该装置可以简便的卡合安装在海上风电机组的风向标上，从而实现在较恶劣工作环境下长期工作后对偏航进行校准。

本发明的技术方案如下：

一种海上风电机组偏航校准装置，所述装置包括：激光发射器3、激光发射器固定装置2和风向标校正卡具4.

所述激光发射器用于标定风向标朝向，激光发射器外壳体具有与激光发射器出射方向平行的第一平面。

所述激光发射器固定装置2上方为夹持块25，夹持块上设置有固定槽23，固定槽用于容纳激光发射器并将激光发射器进行定位；固定槽包括两个侧壁，其中第一侧壁的内壁为第二平面；定位块24，定位块上设置有固定孔22，固定孔的轴线方向垂直于第二平面。

风向标校正卡具4包括平行设置的第一联接块和第二联接块，其中第一联接块的内表面为第三平面，第三平面平行于第一平面；第一联接块上设有第一联接孔，第二联接块上设置有第二联接孔；风向标校正卡具4还包括卡合装置43，卡合装置包括圆柱面45和圆球面46；其中圆柱面上开设有卡合槽47，卡合槽的中心线与圆柱面的轴线平行；圆柱面上还设有观察口42，观察口上设有校准V型槽48，校准V型槽的顶点位于卡合槽中心线和圆柱面的轴线所形成的第四平面上。

所述观察口相对于第四平面对称。

所述观察口在第四平面上的投影为矩形。

所述第一联接孔、第二联接孔具有不同的直径。

所述所述夹持块的固定槽的第二侧壁上还设置有激光发射器固定螺纹孔21。

本发明的有益效果在于：1、本发明设备可以即时的卡合在风电机组的风向标上。2、本发明装置可用于存量风机的校准；由于本发明对风机没有额外的要求，因此可以应用于存量风机，而不需要对风机做出改造。3、本发明设备定位准确，校准时准确可靠。现有技术中的校准方法依赖风机上的校准设备，本发明不依赖于风机上的校准设备，安装在风向标上即可。4、对于海上风机，由于施工相对困难，且稳定性差，本发明在系统内相对稳定，从而校准结果精确。

附图说明

图1为本发明激光发射器固定装置示意图；

图2为风向标校正卡具示意图；

图3为本发明装置用于校准时的校正方法示意图；

图4为本发明装置用于校准时另一实施例校正方法示意图。

2、激光发射器固定装置；21、激光发射器固定螺纹孔；22、固定孔；23、固定槽；24、定位块；3、激光发射器；4、风向标校正卡具；41、联接块；42、观察口；43、卡合装置；44、联接孔；45、圆柱面；46、圆球面；47、卡合槽；48、校准V型槽。

具体实施方式

下面将更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

参见图1，图1为本发明激光发射器固定装置示意图。本发明海上风电机组偏航校准装置包括：激光发射器3、激光发射器固定装置2和风向标校正卡具4。所述激光发射器用于标定风向标朝向，激光发射器外壳体具有与激光发射器出射方向平行的第一平面。所述激光发射器固定装置2上方为夹持块25，夹持块上设置有固定槽23，固定槽用于容纳激光发射器并将激光发射器进行定位；固定槽包括两个侧壁，其中第一侧壁的内壁为第二平面；定位块24，定位块上设置有固定孔22，固定孔的轴线方向垂直于第二平面。所述夹持块上还设置有激光发射器固定螺纹孔21。

参见图2，为风向标校正卡具示意图。风向标校正卡具4包括平行设置的第一联接块和第二联接块，其中第一联接块的内表面为第三平面，第三平面平行于第一平面；第一联接块上设有第一联接孔，第二联接块上设置有第二联接孔；风向标校正卡具4还包括卡合装置43，卡合装置包括圆柱面45和圆球面46；其中圆柱面上开设有卡合槽47，卡合槽的中心线与圆柱面的轴线平行；圆柱面上还设有观察口42，观察口上设有校准V型槽48，校准V型槽的顶点位于卡合槽中心线和圆柱面的轴线所形成的第四平面上。所述观察口相对于第四平面对称。所述观察口在第四平面上的投影为矩形。

所述第一联接孔、第二联接孔也具有不同的直径。

在使用时，首先将激光发射器3安装到激光发射器固定装置2上。将激光发射器3放在在固定槽23内，将激光发射器的第一平面对准固定槽的第二平面，随后将固定螺杆旋入激光发射器固定螺纹孔21内，固定螺杆抵接到激光发射器3的第一平面相对的表面，推动激光发射器3的第一平面与固定槽的第二平面抵接后，略拧紧螺杆，将激光发射器射出方向校准。

随后，将激光发射器固定装置2安装到风向标校正卡具4上。将联接块41上的联接孔44与固定孔22对准，使用螺母螺杆将三者紧固在一起。本发明中，如第一联接孔、第二联接孔具有不同的直径，则利用阶梯状螺杆穿入联接孔，利用阶梯状螺杆的肩卡紧定位块24。

将激光发射器3、激光发射器固定装置2和风向标校正卡具4三者固定后，将风向标校正卡具卡合到风向标上。风向标的旋转轴所在的杆件上设置有N标识，用于标定风向标的方向。调整风向标校正卡具，使得卡具的观察口的校准V型槽的顶点对准风向标的N标识。

完成以上步骤后，校准装置就安装完毕了。激光发射器的激光出射方向就与风向标的N方向对准了。对准以上N方向以后，就可以利用本发明的激光发射器进行方向的校准。

参见图3，是利用本发明的风向标校准装置进行校准的方法，首先在风电机组机舱顶标记出主轴平行线AB；随后在风电机组机舱顶标记一条与主轴平行线垂直的线作为参考线；启动固定于风向标上的激光发射器，固定于风向标上的迎风面法线方向与激光发射器激光发射方向平行，调整激光发射角度使激光发射到参考线附近并与参考线交叉，将激光与参考线的交叉点标记为C点；测量风向标与主轴平行线的垂直距离D、风向标与参考线的垂直距离L以及交叉点C与主轴平行线之间的垂直距离F；计算出风向标偏差角度θ＝arctg((D-F)/L)；在风向标同侧的参考线上标记与主轴平行线垂直间距为D的点X；校准风向标时，首先将风向标调整至可旋转状态，随后打开激光发射器，将激光发射器的出射激光与点X重合，随后将风向标调整至不可旋转状态。对于风机舱顶有主轴线的风机，可以直接使用以上方法。对于无主轴线的方法，需要先标定主轴平行线。具体在风电机组机舱顶标记出主轴平行线的方法为：在机舱顶部内表面找一接近主轴中心线的螺纹孔，将铅垂线从该螺纹孔放下，测量铅垂线与机舱内部主轴中心线之间的距离P，然后在机舱顶部外表面与该螺纹孔处向主轴中心线方向P处做出点A；然后利用同样的方法做出点B，将A、B两点连线做为主轴平行线。

如图4，对于存在两个风向仪的情况，图中风向仪1、2为风机风向仪及风速仪可能的两个安装位置，画出上一步记录的风机主轴中线AB，并分别测量AB的延长线到风向标1、2的距离F1、F1′，在风机主轴中线离风速仪安装架距离为L处作垂直辅助线，将激光发射器对准风向标1、2的零点(N刻度)方向，记录激光投射在参考线上的位置，再分别测量激光投射位置与主轴中线的距离并记为F2、F2′，最后按θ＝artg((F₁-F₂)/L)及θ′＝artg((F₁′-F₂′)/L)即可分别计算出风向标1、2的偏差角度。

获得以上偏差角度后，可以参考图3中的校正方法，在参考线上画出与主轴平行线垂直间距为F1、F1′的点，记为X、X′，然后用扳手松开风向标固定螺母，打开激光发射器，调整风向标使激光线分别与X、X′重合，最后固定风向标螺母。

使用本发明的校准装置，可以不对存量风机进行改造，直接就能够进行校准操作。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，在本发明的上述教导下，本领域技术人员可以在上述实施例的基础上进行其他的改进或变形。本领域技术人员应该明白，上述的具体描述只是更好的解释本发明的目的，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述装置包括：激光发射器(3)、激光发射器固定装置(2)和风向标校正卡具(4)。

2.根据权利要求1的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述激光发射器用于标定风向标朝向，激光发射器外壳体具有与激光发射器出射方向平行的第一平面。

3.根据权利要求1的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述激光发射器固定装置(2)上方为夹持块(25)，夹持块上设置有固定槽(23)，固定槽用于容纳激光发射器并将激光发射器进行定位；固定槽包括两个侧壁，其中第一侧壁的内壁为第二平面；定位块(24)，定位块上设置有固定孔(22)，固定孔的轴线方向垂直于第二平面。

4.根据权利要求1的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，风向标校正卡具(4)包括平行设置的第一联接块和第二联接块，其中第一联接块的内表面为第三平面，第三平面平行于第一平面；第一联接块上设有第一联接孔，第二联接块上设置有第二联接孔；风向标校正卡具(4)还包括卡合装置(43)，卡合装置包括圆柱面(45)和圆球面(46)；其中圆柱面上开设有卡合槽(47)，卡合槽的中心线与圆柱面的轴线平行；圆柱面上还设有观察口(42)，观察口上设有校准V型槽(48)，校准V型槽的顶点位于卡合槽的中心线和圆柱面的轴线所形成的第四平面上。

5.根据权利要求4所述的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述观察口相对于第四平面对称。

6.根据权利要求4所述的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述观察口在第四平面上的投影为矩形。

7.根据权利要求4所述的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述第一联接孔、第二联接孔具有不同的直径。

8.根据权利要求3所述的海上风电机组偏航校准装置，其特征在于，所述夹持块的固定槽的第二侧壁上还设置有激光发射器固定螺纹孔(21)。

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