CN115492725A - 一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法和装置及风机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法和装置及风机，方法包括：在叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，连接杆均平行于叶根；测量并计算每个连接杆所在位置的转角；计算叶片上连接杆之间每段的x方向变形量，计算得到叶片的x方向变形量；判断叶片x方向变形量与预设最大x方向变形量的大小，确定叶片x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。在叶片腹板上安装连接杆，并通过测量连接杆的转动角度，计算出叶尖位置的沿x方向由初始位置移动至测量位置时的移动的距离，将获取的叶尖移动距离与预设的最大x方向变形量进行比较，叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

Description

一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法和装置及风机

技术领域

本发明涉及风能发电技术领域，特别涉及一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法和装置及风机。

背景技术

随着风电机组大型化发展，使得风电叶片从人孔板到叶尖方向的长度越来越大，而由于叶片为柔性件，叶片越长其变形随之增大，甚至会有发生扫塔的风险。

其中，人孔板是风电叶片重要组成部分，安装于风电叶片根部内侧，能够阻挡杂物进入壳体内，上有圆孔，用于人员进入对叶片进行维修检查。叶尖为风电叶片远离人孔板的一端。腹板又叫内部梁，主要用于支撑叶片外壳，并承担叶片所受到的弯曲载荷，腹板常采用工字梁结构以减轻重量。

如何防止叶片扫塔的问题，以保证叶片的安全使用，是本技术领域人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，防止叶片扫塔的问题，以保证叶片的安全使用。此外，本发明还提供了一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置和风机。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，其包括：

在叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，且所述连接杆均平行于所述叶根所在平面；

测量并计算每个所述连接杆所在位置的转角；

计算叶片上所述连接杆之间每段的x方向变形量，并计算得到叶片的x方向变形量；

判断叶片x方向变形量与预设最大x方向变形量的大小，当确定所述叶片x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述测量并计算每个所述连接杆所在位置的转角，包括：

获取所述连接杆所在位置的瞬时角度和所述连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

计算所述连接杆的瞬时转动角度值Δθi＝θLi－θ0i；并计算所述连接杆所在位置相对于y方向的转角

其中，θLi为第i个连接杆所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆所在位置相对于y方向的初始角度。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述计算叶片上所述连接杆之间每段的x方向变形量，并计算得到叶片的x方向变形量，包括：

计算所述叶片腹板上相邻所述连接杆之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i，其中，S_i为第i个连接杆到所述叶根的距离，S_i+1为第i+1个连接杆到所述叶根的距离；

并计算靠近所述叶尖的所述连接杆与所述叶尖之间的距离，ΔLn＝L0－S_n，其中，L0为叶片的所述叶根到所述叶尖的距离，S_n为第n个连接杆到所述叶根的距离；

计算所述叶片腹板上相邻的所述连接杆划分的每一段间距的沿x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，计算得到所述叶尖的沿x方向变形量

其中，β1为所述叶片安装时轮毂处的锥角，β2为所述叶片安装时机舱主轴的倾角，θisum为第i个连接杆所在位置相对于y方向的转角，S1为所述叶根到最近所述连接杆的距离。

一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其包括：

连接杆，叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，且所述连接杆均平行于所述叶根所在平面；

角度传感器，用于获取所述连接杆所在位置的瞬时角度和所述连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

数据采集器，所述数据采集器与所述角度传感器通信连接，能够计算所述连接杆的瞬时转动角度值Δθi＝θLi－θ0i；并计算所述连接杆所在位置相对于y方向的转角

其中，θLi为第i个连接杆所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

计算所述叶片腹板上相邻所述连接杆之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i，其中，S_i为第i个连接杆到所述叶根的距离，S_i+1为第i+1个连接杆到所述叶根的距离；

并计算靠近所述叶尖的所述连接杆与所述叶尖之间的距离，ΔLn＝L0－S_n，其中，L0为叶片的所述叶根到所述叶尖的距离，S_n为第n个连接杆到所述叶根的距离；

计算所述叶片腹板上相邻的所述连接杆划分的每一段间距的沿x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，计算得到所述叶尖的沿x方向变形量

其中，β1为叶片安装时轮毂处的锥角，β2为叶片安装时机舱主轴的倾角，θisum为第i个连接杆所在位置相对于y方向的转角，S1为叶根到最近连接杆的距离；

控制器，所述控制器用于判断所述数据采集器计算得到的所述叶尖的x方向变形量与预设最大x方向变形量的大小，判定所述叶尖的x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，叶片变桨。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述角度传感器与所述连接杆一一对应设置。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述连接杆为硬质塑料管。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述连接杆粘接在所述叶片腹板的吸力面上，且还包括用于加强所述连接杆与所述叶片腹板连接的包覆层。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述叶片腹板上靠近所述叶尖的所述连接杆的间距小于所述叶片腹板上远离所述叶尖的所述连接杆的间距。

优选的，上述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法中，所述数据采集器固定在所述叶片的人孔板上。

一种风机，包括如上述任一项所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置。

本发明提供了一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，通过在叶片腹板上安装连接杆，并通过测量连接杆的转动角度，结合勾股定理，从而计算出叶尖位置的沿x方向由初始位置移动至测量位置时的移动的距离，将获取的叶尖移动距离与预设的最大x方向变形量进行比较，当叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

此外，本发明还提供了一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置，利用角度传感器测量连接杆的转动角度，并利用数据采集器计算出叶尖位置的沿x方向由初始位置移动至测量位置时的移动的距离，并利用控制器对获取的叶尖移动距离与预设的最大x方向变形量进行比较，叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

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一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中公开的分段转角测量防止叶片扫塔的方法的流程图；

图2为本发明实施例中公开的分段转角测量防止叶片扫塔的装置的叶片结构示意图；

图3为本发明实施例中公开的分段转角测量防止叶片扫塔的装置的叶片腹板在初始状态与测量状态时的结构示意图；

图4为本发明实施例中公开的分段转角测量防止叶片扫塔的装置的叶片腹板在安装时初始状态具有倾角的结构示意图；

其中，1为叶片、2为角度传感器、3为数据采集器、4为连接杆；

11为叶根、12为叶尖、13为叶片腹板。

具体实施方式

本发明公开了一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，防止叶片扫塔的问题，以保证叶片的安全使用。此外，本发明还公开了一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置和风机。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

如图1所示，本申请公开了一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，包括：

步骤S1：安装转角传感器和连接杆。

在叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，且连接杆均平行于叶根所在平面。连接杆可粘接在叶片腹板的吸力面上，采用粘接的方式，易于操作，便于拆装连接杆。当然，在一些实施例中，还可采用焊接或螺纹连接的方式，将连接杆安装在叶片腹板上。

步骤S2：测量并计算每个连接杆所在位置的转角。

一些实施例中，测量并计算每个连接杆所在位置的转角的过程包括：获取连接杆所在位置的瞬时角度和连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

计算所述连接杆的瞬时转动角度值Δθi＝θLi－θ0i；并计算所述连接杆所在位置相对于y方向的转角

其中，θLi为第i个连接杆所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆所在位置相对于y方向的初始角度。

步骤S3：计算叶片上连接杆之间每段的水平变形量，并计算得到叶片的x方向变形量。

一些实施例中，计算叶片腹板上相邻连接杆之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i，其中，S_i为第i个连接杆到叶根的距离，S_i+1为第i+1个连接杆到叶根的距离；

并计算靠近叶尖的连接杆与叶尖之间的距离，ΔLn＝L0－S_n，其中，L0为叶片的叶根到所述叶尖的距离，S_n为第n个连接杆到叶根的距离；

计算叶片腹板上相邻的连接杆划分的每一段间距的沿x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，计算得到叶尖的沿x方向变形量

其中，β1为叶片安装时轮毂处的锥角，β2为叶片安装时机舱主轴的倾角，θisum为叶根到最近连接杆的距离。

步骤S4：判断叶片x方向变形量和预设最大x方向变形量的大小。

判断叶片x方向变形量与预设最大水平变形量的大小，当确定叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

本申请中通过在叶片腹板上安装连接杆，并通过测量连接杆的转动角度，结合勾股定理，从而计算出叶尖位置的沿x方向由初始位置移动至测量位置时的移动的距离，将获取的叶尖移动距离与预设的最大x方向变形量进行比较，当叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

如图2和图3所示，本发明公开了一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置，包括叶片1、连接杆4、角度传感器2、数据采集器3和控制器(图中未示出)。其中，叶片1包括叶尖12和用于与塔筒连接的叶根11以及设置在叶片1内部的叶片腹板13，对于叶片1的具体结构可参照现有叶片1的结构，在此不赘述。而上述的连接杆4沿叶片腹板13的延伸方向设置有n个，具体的，沿叶根11到叶尖12的方向布置。连接杆4安装在叶片腹板13上后，在叶片1正常设置时，所有的连接杆4均平行于叶根11所在平面。

结合图3和图4所示，叶片1正常设置时，具有一定的弯曲度，在此基础上，连接杆4与叶根11所在平面平行。

在上述技术方案的基础上，角度传感器2与连接杆4一一对应设置，用于获取连接杆4所在位置的瞬时角度和连接杆4所在位置相对于y方向的初始角度。

数据采集器3与角度传感器2通信连接，能够计算连接杆4的瞬时转动角度值Δθi＝θ1i－θ0i；并计算连接杆4所在位置相对于y方向截面的转角

其中，θLi为第i个连接杆4所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆4所在位置相对于y方向的初始角度。

此外，数据采集器3还可计算叶片腹板13上相邻连接杆4之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i；并计算靠近叶尖12的连接杆4与叶尖12之间的距离，ΔLn＝L0－S_n，其中，S_i为第i个连接杆4到叶根11的距离，S_i+1为第i+1个连接杆4到叶根11的距离；L0为叶根11到叶尖12的距离，S_n为第n个连接杆4到叶根11的距离。

结合上述两个参数，并利用勾股定理，可以计算出，叶片腹板13上相邻的连接杆4划分的每一段间距的x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，并计算出，叶尖12的x方向的变形量

其中，β1为叶片安装时轮毂处的锥角，β2为叶片安装时机舱主轴的倾角；θisum为第i个连接杆所在位置相对于y方向的转角，S1为叶根到最近连接杆的距离。

上述数据采集器3经过计算后得出叶尖12的y方向变形量，并将该信息转换为信号传送至控制器，控制器接收到该信号后并将其转换为数值信号，并与控制器内预存在预设最大x方向变形量进行比较，若控制器判定叶尖12的x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，则控制器控制叶片变桨，以防止叶片扫塔。

需要说明的是，在叶片1安装至风机上，并与水平面垂直时，图3中y方向则为水平面的方向，因此，叶尖12的y方向变形量则为叶尖12的水平方向变形量。

本申请中利用角度传感器测量连接杆的转动角度，并利用数据采集器计算出叶尖位置的沿x方向由初始位置移动至测量位置时的移动的距离，并利用控制器对获取的叶尖移动距离与预设的最大x方向变形量进行比较，叶片最大水平变形量大于预设最大变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

在一些实施例中，可将连接杆4设置为硬质塑料管，需要说明的是，硬质塑料管为在自由状态时，不会发生弯折的管。采用塑料管质量轻，不会对叶片1的重量产生影响。需要说明的是，在实际中还可采用其他变形量小，且质量轻的结构，例如亚克力杆。

连接杆4粘接在叶片腹板13的吸力面上，采用粘接的方式，易于操作，便于拆装连接杆4。当然，在一些实施例中，还可采用焊接或螺纹连接的方式，将连接杆4安装在叶片腹板13上。

由于叶片1受力变形后，叶片腹板13会向叶片1的吸力面弯曲，因此，将连接杆4与叶片腹板13的吸力面连接，在叶片腹板13弯曲时，会带动连接杆4转动。使得连接杆4的转动角度与叶片腹板13的转动角度相同，以提高对叶片扫塔风险判断准确性。

为了提高连接杆4与叶片腹板13连接的稳定性，一些实施例中，分段转角测量防止叶片扫塔的装置还包括用于加强连接杆4与叶片腹板13连接的包覆层。对于包覆层可为三层双向布；或包覆层为焊接在叶片腹板13上的限位件，连接杆4插入限位件之间，并通过限位件将连接杆限位于叶片腹板13上。

本申请中的叶片腹板13上的连接杆4的分布可根据不同需要设置，一些实施例中，将叶片腹板13上靠近叶尖12的连接杆4的间距设置为小于叶片腹板13上远离叶尖12的连接杆的间距。由于叶尖12的形变量较大，在叶尖12处加密布置连接杆4，可提高检测的准确性。

在一些实施例中，可在靠近叶尖12位置加密布置5至10个连接杆4，并且这些连接杆4的展向间隔按不超过2m布置，其余叶片1位置的连接杆4的展向间隔按不超过5m布置，并记下每个连接杆4距叶根11的距离。通过数据采集器3可计算相邻的连接杆4的距离。

本申请中的数据采集器3固定在叶片1的人孔板上。需要说明的是：人孔板是风电叶片重要组成部分，安装于风电叶片根部内侧，能够阻挡杂物进入壳体内，上有圆孔，用于人员进入对叶片进行维修检查。叶尖为风电叶片远离人孔板的一端。

一些实施例中，将连接杆4的长度设置为10cm至20cm，对于连接杆4的具体长度和直径可根据不同的需要设置，且均在保护范围内。

此外，本申请还公开了一种风机，包括上述实施例中公开的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，因此，具有该分段转角测量防止叶片扫塔的装置的风机也具有上述所有技术效果，在此不再赘述。

如本发明和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其它的步骤或元素。由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、商品或者设备中还存在另外的相同要素。

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。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种分段转角测量防止叶片扫塔的方法，其特征在于，包括：

在叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，且所述连接杆均平行于所述叶根所在平面；

测量并计算每个所述连接杆所在位置的转角；

计算叶片上所述连接杆之间每段的x方向变形量，并计算得到叶片的x方向变形量；

判断叶片x方向变形量与预设最大x方向变形量的大小，当确定所述叶片x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，叶片变桨防止叶片扫塔。

2.根据权利要求1所述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法，其特征在于，所述测量并计算每个所述连接杆所在位置的转角，包括：

获取所述连接杆所在位置的瞬时角度和所述连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

计算所述连接杆的瞬时转动角度值Δθi＝θLi－θ0i；并计算所述连接杆所在位置相对于y方向的转角

其中，θLi为第i个连接杆所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆所在位置相对于y方向的初始角度。

3.根据权利要求1所述的分段转角测量防止叶片扫塔的方法，其特征在于，所述计算叶片上所述连接杆之间每段的x方向变形量，并计算得到叶片的x方向变形量，包括：

计算所述叶片腹板上相邻所述连接杆之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i；

其中，S_i为第i个连接杆到所述叶根的距离，S_i+1为第i+1个连接杆到所述叶根的距离；

并计算靠近所述叶尖的所述连接杆与所述叶尖之间的距离，ΔLn＝L0－S_n；

其中，L0为叶片的所述叶根到所述叶尖的距离，S_n为第n个连接杆到所述叶根的距离；

计算所述叶片腹板上相邻的所述连接杆划分的每一段间距的沿x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，

计算得到所述叶尖的沿x方向变形量

其中，β1为所述叶片安装时轮毂处的锥角，β2为所述叶片安装时机舱主轴的倾角，θisum为第i个连接杆所在位置相对于y方向的转角，S1为所述叶根到最近所述连接杆的距离。

4.一种分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，包括：

连接杆，叶片的叶片腹板上沿叶根到叶尖的方向布置有n个连接杆，且所述连接杆均平行于所述叶根所在平面；

角度传感器，用于获取所述连接杆所在位置的瞬时角度和所述连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

数据采集器，所述数据采集器与所述角度传感器通信连接，能够计算所述连接杆的瞬时转动角度值Δθi＝θLi－θ0i；并计算所述连接杆所在位置相对于y方向的转角

其中，θLi为第i个连接杆所在位置的瞬时角度，θ0i为第i个连接杆所在位置相对于y方向的初始角度；

计算所述叶片腹板上相邻所述连接杆之间的距离：ΔLi＝S_i+1－S_i；

其中，S_i为第i个连接杆到所述叶根的距离，S_i+1为第i+1个连接杆到所述叶根的距离；

并计算靠近所述叶尖的所述连接杆与所述叶尖之间的距离，ΔLn＝L0－S_n，

其中，L0为叶片的所述叶根到所述叶尖的距离，S_n为第n个连接杆到所述叶根的距离；

计算所述叶片腹板上相邻的所述连接杆划分的每一段间距的沿x方向变形量ΔXi＝ΔLi*sin(θisum-β1-β2)，

计算得到所述叶尖的沿x方向变形量

其中，β1为所述叶片安装时轮毂处的锥角，β2为所述叶片安装时机舱主轴的倾角，θisum为第i个连接杆所在位置相对于y方向的转角，S1为所述叶根到最近所述连接杆的距离；

控制器，所述控制器用于判断所述数据采集器计算得到的所述叶尖的x方向变形量与预设最大x方向变形量的大小，判定所述叶尖的x方向变形量大于预设最大x方向变形量时，叶片变桨。

5.根据权利要求4所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，所述角度传感器与所述连接杆一一对应设置。

6.根据权利要求4所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，所述连接杆为硬质塑料管。

7.根据权利要求4所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，所述连接杆粘接在所述叶片腹板的吸力面上，且还包括用于加强所述连接杆与所述叶片腹板连接的包覆层。

8.根据权利要求1所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，所述叶片腹板上靠近所述叶尖的所述连接杆的间距小于所述叶片腹板上远离所述叶尖的所述连接杆的间距。

9.根据权利要求1所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置，其特征在于，所述数据采集器固定在所述叶片的人孔板上。

10.一种风机，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的分段转角测量防止叶片扫塔的装置。

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