CN115788775A - 一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及风力发电机组监测领域，具体公开了一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其包括安装在塔筒外壁上的抱箍，抱箍上设置监测装置，监测装置用于监测风机叶片，抱箍与监测装置之间安装减振支架，减振支架有支撑部和水平设置的安装部，支撑部与抱箍连接，监测装置安装在安装部上，安装部和支撑部上均设置减振垫。本发明能够减小监测装置的振动，以减小振动对监测装置产生的影响，避免影响监测数据的准确性，防止塔筒的严重振动导致监测装置停机的情况。

Description

一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置

技术领域

本发明涉及风力发电机组监测领域，尤其是一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置。

背景技术

风力发电是世界各国重点开发的能源之一，其能提供清洁的能源。叶片故障是风电机组最常见的故障。近年来，风机倒塔、叶片扫塔等事故不断进入我们视野。为保证叶片不碰撞塔筒(即不扫塔)，叶片与塔筒之间要有足够的安全距离且能实时监测预警，以保证叶片能及时变桨或停止运转锁紧。

因此多种方式的叶片监测方式被提出，包含激光监测、毫米雷达波监测、图像视觉监测等等。为了更好的直观监测叶尖到塔筒的净空距离，监测装置一般选择安装在塔筒上。风力发电机组在运行过程中，塔筒在外部载荷的作用下发生形变和位移，产生振动。塔筒的振动会对监测装置的稳定性产生影响，影响监测数据的准确性，严重时，塔筒的振动会使得监测装置停机，不工作。因此，非常有必要对安装在塔筒上的监测装置进行减振处理。

发明内容

在本实施例中提供了一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其能够减小监测装置的振动，以减小振动对监测装置产生的影响，避免影响监测数据的准确性，防止塔筒的严重振动导致监测装置停机的情况。

本发明提供了一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，包括安装在塔筒外壁上的抱箍，抱箍上设置监测装置，监测装置用于监测风机叶片，抱箍与监测装置之间安装减振支架，减振支架有支撑部和水平设置的安装部，支撑部与抱箍连接，监测装置安装在安装部上，安装部和支撑部上均设置减振垫。

进一步地，所述减振支架和监测装置均为多个，监测装置安装在对应的减振支架上。

进一步地，所述安装部的一端与抱箍的上端面连接，支撑部的一端与抱箍的下端连接。

进一步地，所述安装部和支撑部之间设置连接部，连接部位于抱箍外侧。

进一步地，所述安装部的长度大于支撑部的长度，连接部倾斜设置。

进一步地，所述连接部为弧形。

进一步地，所述连接部上设置减振垫。

进一步地，所述抱箍与塔筒之间设置数个软垫。

进一步地，所述软垫朝向塔筒的一侧设置锯齿。

进一步地，所述软垫的上部锯齿为粗齿，软垫的下部锯齿为细齿。

本发明通过设置减振支架，使得塔筒的振动通过减振支架才能到达监测装置，因此，减振支架能有效减小塔筒振动对监测装置的影响；另一方面，减振支架作为监测装置的支撑，也能有效减小风力等外部作用对监测装置的振动。减振支架能够减小监测装置的振动，以减小振动对监测装置产生的影响，避免影响监测数据的准确性，防止塔筒的严重振动导致监测装置停机的情况。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中抱箍的截面图；

图3为本发明中减振支架方案一的结构示意图；

图4为软垫4结构示意图；

图5为本发明中减振支架方案二的结构示意图；

图6为本发明中减振支架方案三的结构示意图；

图7为本发明中减振支架的三种方案的谐响应谱，图中虚线为方案一，实线为方案二，点线为方案三；

图8为本发明中减振支架的三种方案阻尼系数为0.02时的谐响应谱，图中虚线为方案一，实线为方案二，点线为方案三；

图9为本发明中减振支架的三种方案阻尼系数为0.08时的谐响应谱，图中虚线为方案一，实线为方案二，点线为方案三；

图10为本发明中减振支架的三种方案阻尼系数为0.2时的谐响应谱，图中虚线为方案一，实线为方案二，点线为方案三。

附图标记：1、抱箍；2、减振支架；3、监测装置；4、软垫；21、安装部；22、支撑部；23、连接部；10、塔筒。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，包括安装在塔筒10外壁上的抱箍1，抱箍1上设置监测装置3，监测装置3用于监测风机叶片，抱箍1与监测装置3之间安装减振支架2，减振支架2有支撑部22和水平设置的安装部21，支撑部22与抱箍1连接，监测装置3安装在安装部21上，安装部21和支撑部22上均设置减振垫。

塔筒10在外部载荷作用下引起振动时，塔筒10振动通过抱箍1传导至减振支架2，经减振支架2减振后传递至监测装置3；外部载荷(如风力)直接作用在监测装置3上时，引起监测装置3振动，作为监测装置3的支撑，减振支架2起减振作用。塔筒10的振动通过减振支架2才能到达监测装置3，因此，减振支架2能有效减小塔筒10振动对监测装置3的影响；另一方面，减振支架2作为监测装置3的支撑，也能有效减小风力等外部作用对监测装置3的振动。减振支架2减小监测装置3的振动，以减小振动对监测装置产生的影响，避免影响监测数据的准确性，防止塔筒的严重振动导致监测装置3停机的情况。减振支架2与抱箍1连接牢固，能够减小受风雨影响产生的晃动；减振垫为弹性体，其分别设置在安装部21和支撑部22上，以便于充分吸收抱箍1传导的振动，其中，设置在水平的安装部21上的减振垫能够有效吸收水平方向的振动，进一步降低监测装置3的振幅。

上述结构采用抱箍1安装在塔筒的底部，既不用破坏塔筒的结构，又能够使监测装置3能够从下往上监测叶片运行情况。抱箍1呈环形，依靠摩擦力固定在塔筒外壁上，抱箍1的两端通过螺纹紧固压实，提供预压力，压实后采取双螺进行螺纹防松。监测装置3能监测叶片与塔筒之间的净空距离，从而解决叶片扫塔的问题。监测装置3可以是图像监测装置(如相机等)、毫米雷达波装置、激光测距装置、摄像机等。监测装置3也可以通过万向节与减振支架2相连，以便于调节安装角度，便于调整相机视野，达到最佳的监测视野。上述结构可以自设电源和信号发送装置，也可以直接与塔筒内的电源和信号发送装置连接，以维持各个部件的运转，以及当叶片与塔筒之间的净空距离触及警戒值时，向数据中心发送预警信号。监测装置3可以内置处理模块，也可以将处理模块设置在减振支架2上，处理模块具有边缘计算功能，能及时对监测装置3采集的数据进行计算，并将计算结果传送至风机的控制单元，以便于直接将风机及时变桨或停止运转锁紧；处理模块还可以将计算结果传送至信号发送装置，以通过信号发送装置向数据中心发送预警信号，并通过数据中心远程操控风机变桨或停止运转。

安装部21上还可以安装清理装置，清理装置能够对监测装置3进行清理，以避免因灰尘污垢等对监测装置3的监测产生影响。所述清理装置可以有气泵，气泵的出气端连通气管的一端，气管的另一端连通气嘴，气嘴的出气口朝向监测装置3。这种结构可以通过向监测装置3喷射高压气体，以对其进行清理，避免污垢雨水等影响对叶片的监测。所述清理装置还可以有雨水收集装置，雨水收集装置的底部连通冲洗管路的一端，冲洗管路的另一端连通喷头，喷头的出水口朝向监测装置3，冲洗管路上安装加压装置。这种结构通过收集雨水或自备水源，并将水加压后对监测装置3进行清理，避免污垢雨水等影响对叶片的监测。

所述抱箍1的截面为弧板和两个竖板的组合，弧板的上下两端分别与两个竖板连接，弧板的开口方向朝向塔筒，两个竖板紧贴塔筒。弧板与塔筒10之间的空间能同时满足风机监测装置的液体管和网电管布置的需求，避免管线散落、打结以及与塔筒产生碰撞等情况发生。

如图1所示，所述减振支架2和监测装置3均为多个，监测装置3安装在对应的减振支架2上。多个监测装置3环绕安装在塔筒上，采用组网式布置，以实现360度的监测，不管叶片变桨或者机舱旋转，都能使叶片时刻处于监测装置3的视野范围内。从经济性角度出发，多个监测装置3可共用一个处理模块、电源以及信号发送装置。

所述安装部21的一端与抱箍1的上端面连接，支撑部22的一端与抱箍1的下端连接。这种结构的减振支架2，通过上下两处与抱箍1连接，使得减振支架2与抱箍1连接牢固，避免减振支架2受风雨影响产生晃动。

如图3所示，所述安装部21和支撑部22之间设置连接部23，连接部23位于抱箍1外侧。连接部23起到对安装部21和支撑部22的连接和支撑的作用。

如图3所示，所述安装部21的长度大于支撑部22的长度，连接部23倾斜设置。这种结构的减振支架2，由于安装部21的长度大于支撑部22，能够使其上安装的监测装置3突出于抱箍1，便于对叶片进行监测，同时，由于安装部21和支撑部22上均设有减振垫，两个减振垫能够吸收水平方向和竖直方向的振动，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

如图5所示，所述连接部23为弧形。这种结构的减振支架2能够吸收水平方向的振动，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

如图3所示，所述连接部23上设置减振垫。减振垫为弹性体，其设置于竖直方向，能够吸收竖直方向的振动，以便于吸收抱箍1和监测装置3传导的振动。

如图1所示，所述抱箍1与塔筒10之间设置数个软垫4。软垫4能够有效的减小塔筒10的振动对抱箍1及抱箍1上的监测装置3的影响。软垫4为非金属材料，具有一定的粘弹性，优选采用橡胶材料。

所述软垫4朝向塔筒10的一侧设置锯齿。锯齿能够增大振动时与塔筒10的接触面积，进一步增大了摩擦力。

如图4所示，所述软垫4的上部锯齿为粗齿，软垫4的下部锯齿为细齿。由于塔筒是呈一定斜度的圆锥体(上部圆周长小，下部圆周长大)，不是圆柱体，根据受力分析上看，上面受力较大，下面受力相对较小，在大压力的作用下，大锯齿变形更大，能增加了更多的接触面积，进一步增大了摩擦力。

塔筒10在外部载荷作用下引起振动，塔筒10的振动传递给监测装置3。在振动传递过程中，本发明进行了二次减振，首先是软垫4减振，然后是减振支架2减振；外部载荷(如风力)直接作用在监测装置3上时，引起监测装置3振动，作为监测装置3的支撑，减振支架2起减振作用，并具有多向(横向和竖向)减振，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

发明人经过大量实验对比后，总结了三种适于应用在叶片监测领域中减振支架的形状，并对该三种形状的减振效果进行对比，三种方案和对比结果如下：

减振支架2的结构可以选用如图3所示的方案一，即水平设置的支撑部22和水平设置的安装部21，安装部21的长度大于支撑部22，连接部23倾斜设置，安装部21、支撑部22和连接部23上均设有减振垫的结构。这种结构的减振支架2，由于安装部21的长度大于支撑部22，能够使其上安装的监测装置3突出于抱箍1，便于对叶片进行监测，同时，由于安装部21、支撑部22和连接部23上均设有减振垫，三个减振垫能够吸收水平方向和竖直方向的振动，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

减振支架2的结构也可以选用如图5所示的方案二，图中未示出减振垫，即水平设置的支撑部22和水平设置的安装部21，连接部23为弧形，安装部21、支撑部22和连接部23上均设有减振垫的结构。这种结构的减振支架2同样能够吸收水平方向和竖直方向的振动，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

减振支架2的结构还可以选用如图6所示的方案三，图中未示出减振垫，即水平设置的安装部21和倾斜的支撑部22，支撑部22的下端直接与抱箍1连接，安装部21和支撑部22上均设有减振垫的结构。这种结构的减振支架2也能够吸收水平方向和竖直方向的振动，使得监测装置3振动减小，以保证监测装置3的监测精度。

在不考虑减振垫的减振效果下，减振支架2各方案的减振效果如图7所示。从图7可以得出：方案一相对于方案二和方案三更好，其振动位移较小，特别是在中高频率段，对比效果更加明显。在0-150Hz频段内，方案三比方案二减振效果好，150Hz-300Hz频段内，方案二比方案三减振效果好。在＞500Hz频段，方案二和方案三基本无区别，两条线重合。

选取不同的阻尼系数(0.02,0.08,0.2)，再次对三个方案进行谐响应谱分析，分析结果如图8-图10所示，发明人发现阻尼系数的改变，对减振效果影响不大。方案一依然是减振效果最好的方案，因此，本发明优选方案一。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，包括安装在塔筒(10)外壁上的抱箍(1)，抱箍(1)上设置监测装置(3)，监测装置(3)用于监测风机叶片，其特征在于：抱箍(1)与监测装置(3)之间安装减振支架(2)，减振支架(2)有支撑部(22)和水平设置的安装部(21)，支撑部(22)与抱箍(1)连接，监测装置(3)安装在安装部(21)上，安装部(21)和支撑部(22)上均设置减振垫。

2.根据权利要求1所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述减振支架(2)和监测装置(3)均为多个，监测装置(3)安装在对应的减振支架(2)上。

3.根据权利要求1所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述安装部(21)的一端与抱箍(1)的上端面连接，支撑部(22)的一端与抱箍(1)的下端连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述安装部(21)和支撑部(22)之间设置连接部(23)，连接部(23)位于抱箍(1)外侧。

5.根据权利要求4所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述安装部(21)的长度大于支撑部(22)的长度，连接部(23)倾斜设置。

6.根据权利要求4所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述连接部(23)为弧形。

7.根据权利要求4所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述连接部(23)上设置减振垫。

8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述抱箍(1)与塔筒(10)之间设置数个软垫(4)。

9.根据权利要求8所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述软垫(4)朝向塔筒(10)的一侧设置锯齿。

10.根据权利要求9所述的一种用于风机叶片运行安全监测的减振装置，其特征在于：所述软垫(4)的上部锯齿为粗齿，软垫(4)的下部锯齿为细齿。

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