CN218206927U - 风力发电机叶片净空监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种风力发电机叶片净空监测系统，包括：轨道，安装在塔筒上，包括从塔筒底部沿着塔筒向上延伸的第一轨道段，以及在风力发电机叶片尖端正对塔筒的水平高度附近的位置绕塔筒安装并水平延伸约一圈的第二轨道段；驱动装置，包括电机、减速机构和传动链轮，电机旋转运动经由减速机构传递到传动链轮；安装座，安装有在轨道上滚动运行的导轮，驱动装置可旋转地安装在安装座上；传动链，循着轨道的延伸方向固定安装在轨道上，传动链轮与传动链啮合配合，而在旋转时同驱动装置和安装座一起循着轨道行进；叶片监测装置，用于对风力发电机叶片进行监测，叶片监测装置连接在安装座上，因此被驱动装置驱动沿着轨道行进。

Description

风力发电机叶片净空监测系统

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及风力发电机叶片净空监测系统，及其各个组成部分和装置。

背景技术

风力发电机，也被称为风力涡轮发电机，风电机组，等等，是一种转换风的动能变成电能的装置，在近些年作为一种清洁环保能源产业在中国得到了大力的发展。风力发电机单机功率的不断增大，叶片的长度不断增加，风力发电机叶片叶尖与塔筒的净空越来越难保证。这时候，一旦高速旋转的叶片的叶尖与塔筒发生碰撞，将面临机毁塔倒的风险，造成巨大的财产损失，还有可能危及生命安全。因此，有必要监控叶片的净空与状态。

叶片净空实际指的是叶片叶尖与塔筒表面的最小间隙。例如，GL认证规范要求该最小间隙在机组运行过程中，不得小于叶片未变形状态时的30％。该要求出于保证风电机组安全目的，防止叶片在受载变形过程中叶尖与塔筒发生干涉。

虽然在各种仿真软件中可模拟各种工况对应的叶片净空，但在机组实际运行过程中，风况复杂多变，叶片净空动态变化。例如，在风推力较大时，叶尖向塔筒方向变形，机舱产生水平向后位移且头部呈向下倾斜姿态，导致叶片净空大幅减小。因此，对叶片净空进行实时监测就显得非常必要。

目前行业内用于监测叶片净空的较为常用的方案包括：第一种方法是机舱下面安装监测装置，这样虽然能保证监测装置随着轮毂一块旋转，但监测装置距离要测量的净空距离是整根叶片的长度，特别是在一些恶劣天气时，如大雨、雾霾、沙尘暴、大雾等干扰下，容易产生误报。第二种方法是在叶尖正对塔筒的水平位置，围绕塔筒一圈等角度安装固定监测装置，由于监测装置成本较高，部署的数量有限，难以保证测量角度在最佳位置，另外，此水平位置距离地面有数十米高，维护成本高。第三种方法是在叶尖正对塔筒的水平位置，围绕塔筒一圈等角度安装可移动监测装置，采用电池供电时，难以做到连续不间断工作，采用有线供电和通讯时，线缆的可靠性难以保证，另外，此水平位置距离地面有数十米高，维护成本高。

鉴于以上所述，本领域急需新型的风力发电机叶片的净空监测方案，以减轻或者甚至消除现有技术的不足，以及获得更多的有益技术效果。

本实用新型说明书的此背景技术部分中所包括的信息，包括本文中所引用的任何参考文献及其任何描述或讨论，仅出于技术参考的目的而被包括在内，并且不被认为是将限制本实用新型范围的主题。

实用新型内容

鉴于以上所述以及其他更多的构思而提出了本实用新型。

本实用新型的基本构思之一在于，提供一种新型的风力发电机叶片净空监测系统，它可具有新颖的运行轨道布置，叶片净空监测装置可在该轨道上跟随叶片的转动而随动地周向运行，并且可沿着轨道从工作位置所处的水平轨道向下沿着直立轨道到达地面，以便进行检修和/或更换，之后沿着轨道原路返回工作位置。叶片净空监测装置还可以在安装时，方便地从地面循着轨道到达叶片水平高度附近的工作位置。并且，由于净空监测的数据需要进入控制系统，数据可能需要与控制系统实时进行通讯，可能需要监测装置能连续工作，电源和通讯可以采用有线的方式，从而能够实现与控制系统的通讯，例如实时通讯，这种轨道可从塔筒底部向上延伸到工作位置所处的水平轨道的设计为有线供电、通讯和维护提供了极大的便利。并且，由于是从塔筒底部附近位置取电，电缆从塔筒底部向上延伸布置，这样电缆的安装和布置就可以避免从塔筒顶部高空向下布置电缆时的恶劣环境，例如大风、雷击，等等，而且塔筒底部的系统电源天然具有更高的稳定性和可靠性。采用整体上基本封闭的轨道，例如方形横截面的轨道，更容易制造和供货，成本低，并且可避免积尘积水。

本实用新型的另一基本构思在于，提供一种新型的风力发电机叶片净空监测系统，它具有新颖的驱动设计。根据该驱动设计，在轨道上循着其轨迹安装布置传动链，驱动电机、减速机构和传动链轮以及叶片净空监测装置通过安装支架(例如安装座)可组装成一体，通过传动链轮在传动链上的啮合滚动，而带动该一体组件在轨道上运行。安装支架、例如安装座上可安装引导/限位导轮。这种驱动设计的全部或者部分传动链，例如安装在弯曲轨道段中的传动链，优选采用可侧弯/具有三维延伸自由度的传动链。这种传动链-链轮的布置，相比于传统的滑轮滑轨设计，齿轮齿条的传动设计，具有很大的优越性。滑轮滑轨的运行过程和轨迹不稳定，且基本上不能负载运行；齿轮齿条传动的运动，基本上不太可能实现二维和三维运动自由度，更无法实现从直立运行轨迹到弯曲/扭转轨迹到水平周向运行轨迹的运动。优选为蜗轮蜗杆的减速机构不仅节省了安装空间，而且天然可以自锁，这对于驱动装置和叶片净空监测装置在需要时在轨道上的位置固定和保持是非常重要和有优势的。

本实用新型的另外一个基本构思在于，提供一种新型的电路牵引设计。根据该牵引设计，在轨道上循着其轨迹安装布置多个牵引小车，牵引小车通过牵引索串接，电缆被固定在牵引小车上，通过这种方式，可以非常方便地给驱动装置和/或叶片净空监测装置来供电，同时也使得电缆可以方便平顺地跟随驱动装置随动，而基本上不受拉伸力的作用，从而方便了电缆的安装和运行，并保证了供电的可靠性和电缆寿命。

更具体而言，根据本实用新型的一方面的构思，公开了一种风力发电机叶片净空监测系统，包括：轨道，所述轨道安装在所述风力发电机的塔筒上，包括从所述塔筒的底部沿着所述塔筒向上延伸的第一轨道段，以及在所述风力发电机叶片尖端正对所述塔筒的水平高度附近的位置绕所述塔筒安装并大体水平地延伸大约一圈的第二轨道段；驱动装置，所述驱动装置包括电机、减速机构和传动链轮，所述电机的旋转运动经由所述减速机构传递到所述传动链轮，从而带动所述传动链轮旋转；安装座，所述安装座上安装有在所述轨道上滚动运行的导轮，并且所述驱动装置可旋转地安装在所述安装座上；传动链，所述传动链循着所述轨道的延伸方向固定安装在所述轨道上，所述传动链轮与所述传动链啮合配合，从而在旋转时能够同所述驱动装置和所述安装座一起循着所述轨道行进；叶片净空监测装置，用于对所述风力发电机的叶片净空进行监测，其中，所述叶片净空监测装置连接在所述安装座上，因此能够被所述驱动装置驱动而沿着所述轨道行进。

根据一实施例，所述风力发电机叶片净空监测系统进一步包括位于所述塔筒底部或其附近地面处的系统电源和通讯网关，用于给所述风力发电机叶片净空监测系统供电和通讯。

根据一实施例，所述风力发电机叶片净空监测系统进一步包括电缆牵引组件，所述电缆牵引组件包括：多个牵引小车，每个所述牵引小车都安装在所述轨道内且循着所述轨道的延伸方向运行；电缆，所述电缆一端电连接至所述电机和/或所述叶片净空监测装置，另一端电连接至所述系统电源，并且在通讯是有线通讯的情形下可进一步连接至通讯网关。

根据一实施例，所述电缆被固定或者被夹持在所述多个牵引小车上，从而使得所述电缆能够随着所述牵引小车的移动而移动。

根据一实施例，所述电缆牵引组件进一步包括牵引索，其一端连接在所述驱动装置上，其中，安装在所述轨道内的所述多个牵引小车各自通过支架在所述牵引索的多个彼此间隔开的位置与之固定，从而使得所述牵引小车和所述牵引索固定连接在所述驱动装置上。

根据一实施例，所述电缆的电连接至所述叶片净空监测装置和/或所述电机的那一端被固定在所述叶片净空监测装置和/或所述驱动装置上。

根据一实施例，相邻的两个所述牵引小车之间的所述电缆比所述牵引索更长。

根据一实施例，所述牵引小车包括支架，和安装在所述支架上且构造成分别在所述轨道的上面和下面沿着所述轨道左右两侧运行的两对上导轮和两对下导轮。

根据一实施例，所述支架是具有底板和两个侧板的支架，在每一个所述侧板上以并排的方式分别安装一对所述上导轮和一对所述下导轮，使得能够分别沿着所述轨道的上面和下面滚动运行。

根据一实施例，所述支架由不锈钢、碳钢或者铝型材加工而成。

根据一实施例，所述支架是U形支架，它还包括在每一个所述侧板上安装在所述一对上导轮和所述一对下导轮之间的侧导轮，所述侧导轮构造成分别在所述轨道的对应的侧面上滚动运行。

根据一实施例，所述牵引小车与所述安装座共用所述轨道滚动运行。

根据一实施例，所述传动链是可侧弯的传动链。

根据一实施例，所述传动链是可负重的齿形链或滚子链。

根据一实施例，所述传动链是一整条不间断的可具有空间延伸自由度的链条。这种整条链条的优势在于使得驱动装置运行过程不会打滑，爬坡能力强，并且定位更精确。

根据一实施例，所述安装座包括下部支架和两个上支架部，其中，每个所述上支架部都能够独立地相对于所述下部支架枢转。

根据一实施例，所述上支架部是上U形部，每个所述上U形部包括底板和从所述底板向上延伸的两个侧板。

根据一实施例，每个所述上U形部的每个所述侧板上分别安装上导轮和下导轮，所述上导轮和所述下导轮分别在所述轨道的上面和下面上滚动运行。

根据一实施例，在每个所述上U形部的每个所述侧板上、在其所述上导轮和所述下导轮之间进一步安装侧导轮，所述侧导轮构造成在所述轨道的侧面上滚动运动。

根据一实施例，在所述下部支架上设有两个枢轴孔，所述两个上支架部各自通过穿过相应的所述枢轴孔的枢轴而可枢转地安装在所述下部支架上。

根据一实施例，在所述下部支架的所述枢轴孔的下端进一步设有套在所述枢轴上的推力球轴承。

根据一实施例，所述传动链固定安装在所述轨道的底面且沿着所述轨道延伸。

根据一实施例，所述传动链通过铆钉或螺钉固定安装在所述轨道的底面上的中线附近位置。

根据一实施例，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是斜面，所述斜面相对于与所述导轮的旋转轴线垂直的平面形成斜角A，其中，0＜A≤30°。

根据一实施例，5°≤A≤20°。

根据一实施例，所述叶片净空监测装置是整体式的具有叶片净空监测功能的叶片监测装置；或者，所述叶片净空监测装置是由多个串列布置的功能模块构成的串列式叶片监测装置，其中一个所述功能模块是净空监测模块。串列式的功能模块布置具有诸多技术优势，例如，驱动和监测装置可以负荷更小，重心更稳定，运行稳定性、可靠性和可维护性均可改善。

根据一实施例，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是弧形面，所述弧形面的圆弧半径小于所述轨道的弯曲半径。

根据一实施例，所述减速机构是啮合配合的蜗轮和蜗杆，其中，所述蜗杆与所述电机的转轴传动配合，并且所述蜗轮与所述传动链轮传动配合。

根据一实施例，所述蜗轮固定在所述安装座的下部支架的一侧，所述传动链轮与所述蜗轮同轴地可旋转地安装在所述下部支架的相反的另一侧。

根据一实施例，所述轨道具有整体上呈多边形的横截面，所述多边形的形状构造成使得所述轨道在安装后具有平直的底面和顶面，并且具有两个垂直的侧面或者两个倾斜的上侧面或者两个弧形的上曲面。

根据一实施例，所述轨道的横截面选自下列中的一者：方形、梯形、截头的等腰三角形、五边形、六边形和鼓形。

根据一实施例，所述轨道是横截面整体上呈方形的方形轨道，所述牵引小车的上导轮和下导轮，以及所述安装座的上导轮和下导轮，分别在所述方形轨道的顶面和底面上滚动运行。方形的轨道更容易制造和供货，并且成本低。

根据一实施例，所述轨道还包括固定在所述顶面上的安装件，所述轨道通过所述安装件安装在所述风力发电机的塔筒上。

根据一实施例，所述轨道安装在与所述叶片尖端基本上平齐或者比所述叶片尖端的水平高度高1米以内的水平高度位置。

根据一实施例，所述叶片净空监测装置包括毫米波测距仪、激光测距设备、超声测距设备和视频摄像头中的至少一者。

根据一实施例，所述轨道是金属轨道，并且是接地的。

根据一实施例，所述叶片净空监测装置能够跟随所述风力发电机偏航的转动而循着所述轨道移动，以让所述叶片净空监测装置能够对准叶片叶尖旋转到垂直最低点的位置。

根据一实施例，所述轨道进一步包括介于所述第一轨道段与所述第二轨道段之间的弯曲轨道段，所述弯曲轨道段从所述第一轨道段的向上例如直立地延伸的定向渐变至所述第二轨道段的水平地延伸的定向。

根据一实施例，所述牵引索选自金属缆绳、金属线和金属链条中的一者。

根据一实施例，在所述轨道上设有多个用于排水和/或排沙的疏通孔。

根据一实施例，所述传动链的一部分或者全部是可侧弯的具有三维延伸自由度的链传动链条。

根据一实施例，所述轨道由不锈钢、碳钢或者铝型材加工成型。

根据一实施例，所述传动链是循着所述轨道的长度固定安装在所述轨道上的一整条不间断的链条。

根据一实施例，所述传动链由循着所述轨道的长度拼接并固定在所述轨道上的至少两段、例如三段链条构成。

根据一实施例，轨道优选由铝合金型材制成，从而在成本、耐候性、易加工性、易更换和可维护性都提供了优势。

根据本实用新型的一实施例，通过采用链轮与轨道上固定安装的链条之间的啮合来传动，并配合蜗轮蜗杆形式的减速机构，可提供诸多优点，例如，不打滑，爬坡能力强，停机时能自锁，驱动装置即使在承受外力时仍能保持位置稳定，结构简单，等等。

本实用新型的更多实施例还能够实现其他未一一列出的有利技术效果，这些其他的技术效果在下文中可能有部分描述，并且对于本领域的技术人员而言在阅读了本实用新型后是可以预期和理解的。

附图说明

通过参考下文的描述连同附图，这些实施例的上述特征和优点及其他特征和优点以及实现他们的方式将更显而易见，并且可以更好地理解本实用新型的实施例。

图1是安装有根据本实用新型一示例性实施例的风力发电机叶片净空监测系统的风力发电机整机的示意图，展示了根据本实用新型一示例性实施例的风力发电机叶片净空监测系统的布局和安装位置。

图2是图1所示的风力发电机的一部分的放大的示意图，展示了风力发电机的叶片叶尖和图1所示风力发电机叶片净空监测系统的放大视图。

图3是图1和图2所示的风力发电机的一部分的进一步放大的示意图，展示了图1和图2所示风力发电机叶片净空监测系统的绕塔筒大体水平地延伸大约一圈的水平轨道段以及叶片监测装置。

图4A是图2所示的风力发电机的一部分及风力发电机叶片净空监测系统的放大的侧面示意图，展示了风力发电机叶片净空监测系统的水平轨道段和弯曲轨道段的一部分，以及其上布置的多个电缆牵引组件。

图4B是图3所示的风力发电机叶片净空监测系统的局部构造的进一步放大的示意图，展示了风力发电机叶片净空监测系统的水平轨道段的一部分及其上安装的叶片监测装置，以及在水平轨道段上布置的部分电缆牵引组件。

图5是从另一视角看去的图4B所示构造的进一步放大的局部视图。

图6是根据本实用新型一实施例的风力发电机叶片净空监测系统的驱动装置和叶片监测装置的放大的示意图。

图7以局部剖开的形式展示了图6所示的通过安装座装配在一起的驱动装置和叶片监测装置的放大的示意图。

图8从另一视角示意性显示了图6所示驱动装置、叶片监测装置以及安装座等构造。

图9是展示了图8所示驱动装置的构造，其中拆下了叶片监测装置，并且展示了安装座的两个上部U形件各自可独立地相对于下部枢转。

图10是图8-9所示驱动装置的局部透视示意图，特别展示了安装座的导轮和枢转设计。

图11是另一实施例的驱动装置的局部透视示意图，其与图10所示构造基本上相同，不同之处在于在安装座上增加了侧导轮的设计。

图12展示了根据一实施例的方形横截面的轨道，其中可设置电加热装置。

图13展示了根据一实施例的安装座的导轮的布置和设计，特别展示了导轮上的法兰设计以及法兰的便于导轮平顺过弯的斜面设计。

图14展示了根据一实施例的导轮的构造，特别展示了其法兰设计以及法兰上的便于导轮平顺过弯的斜面设计以及倒角设计。

图15展示了根据一实施例的牵引小车的一个实施例的放大的示意性的透视图，展示了该实施例的牵引小车的构造和细节。

具体实施方式

在以下对附图和具体实施方式的描述中，将阐述本实用新型的一个或多个实施例的细节。从这些描述、附图以及权利要求中，可以清楚本实用新型的其他特征、目的和优点。

应当理解，所图示和描述的实施例在应用中不限于在以下描述中阐明或在附图中图示的构件的构造和布置的细节。所图示的实施例可以是其他的实施例，并且能够以各种方式来实施或执行。各示例通过对所公开的实施例进行解释而非限制的方式来提供。实际上，将对本领域技术人员显而易见的是，在不背离本实用新型公开的范围或实质的情况下，可以对本实用新型的各实施例作出各种修改和变型。例如，作为一个实施例的一部分而图示或描述的特征，可以与另一实施例一起使用，以仍然产生另外的实施例。因此，本实用新型公开涵盖属于所附权利要求及其等同要素范围内的这样的修改和变型。

同样，可以理解，本文中所使用的词组和用语是出于描述的目的，而不应当被认为是限制性的。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用，旨在开放式地包括其后列出的项及其等同项以及附加的项。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行进一步的详细描述和说明。

图1是安装有根据本实用新型一示例性实施例的风力发电机叶片净空监测系统的风力发电机总体的示意图，展示了根据本实用新型一示例性实施例的风力发电机叶片净空监测系统的布局和安装位置。图2是图1所示的风力发电机的一部分的放大的示意图，展示了风力发电机的叶片叶尖和图1所示风力发电机叶片净空监测系统的放大视图。

如图1-2所示，展示了风力发动机100的总体构造以及其上安装的风力发电机叶片净空监测系统200。风力发电机组100一般包括塔筒(或称塔架)、风轮和发电机，如图所示展示了塔筒120。风轮一般由叶片、轮毂和加固件等组成，如图所示特别标注和展示了叶片110。风力发动机100的叶片110受风力旋转发电，并且发电机的机头连通叶片110一起可转动。风力发电电源例如可包括风力发电机组、蓄电池充电控制器、逆变器、卸荷器、并网控制器、蓄电池组，等等。

图3是图1和图2所示的风力发电机的一部分的进一步放大的示意图，展示了图1和图2所示风力发电机叶片净空监测系统的绕塔筒120大体水平地延伸大约一圈的水平轨道段210以及叶片监测装置300。尽管叶片监测装置300如图所示为整体式的具有叶片净空监测功能的叶片监测装置300，但是，本领域的技术人员可以理解，叶片监测装置300也可以由多个串列式的功能模块构成(未图示，其中一个功能模块具有净空监测功能)，该多个功能模块以串列的方式布置在轨道200上运行，尤其在叶片监测装置300需要完成包含叶片净空监测在内的多项功能的情形下，串列式的功能模块布置是有优势的，例如，驱动装置和监测装置可以负荷更小，重心更稳定，并且运行的稳定性、可靠性和可维护性均可改善。

根据本实用新型的该实施例，风力发电机叶片净空监测系统可包括轨道200，如图1-3所示，该轨道200安装在风力发电机的塔筒上，包括从塔筒120的底部沿着塔筒120向上延伸的大体竖立的直立轨道段230，以及在风力发电机的叶片叶尖111的大体上同一水平高度位置处，例如在等于或略高于叶片叶尖111的水平高度，绕塔筒120安装并大体水平地延伸大约一圈(约360度，根据不同的具体场合也可小于360度)的水平轨道段210。例如，水平轨道段210可安装在与叶片叶尖111基本上平齐或者比叶片叶尖111的水平高度高2米以内、例如1米以内的水平高度位置，以确保叶片监测装置300在该水平高度位置来监测叶尖111的至少包括净空在内的参数/状态。

弯曲轨道段220连接在水平轨道段210和直立轨道段230之间，实现从直立轨道段230到水平轨道段210的平滑过渡。换句话说，弯曲轨道段220从直立轨道段230的向上延伸的、例如大体竖直地延伸的定向渐变至水平轨道段210的大体水平地延伸的定向。另外，根据水平轨道段210和直立轨道段230的定向，以及便于电缆牵引组件和监测装置在轨道上的顺利运行，弯曲轨道段220除了如图2所示在平面内的弯曲以外，还可能要进行渐变的侧弯和扭转，以在水平轨道段210和直立轨道段230之间实现平滑的过渡。轨道段210、220和230均安装在塔筒120的表面上，如图所示，并且如下文中进一步详述。当然，本领域的驾驶人可以理解，尽管轨道段230如图2-3显示为大体上直立的，但其只要保持从塔筒底部附近整体式向上延伸的定向即可，例如倾斜向上，螺旋向上，等等，这些都是可以实现，并且都在本实用新型的范围内。

本实用新型的风力发电机叶片净空监测系统的这种轨道布置明显区别于现有技术，并且具有诸多的优点。具体而言，现有技术的叶片净空监测装置中，有些仅仅是围绕塔筒布置一圈轨道，既没有本实用新型中的这种从下往上的例如直立定向的轨道段，也没有弯曲轨道段。现有技术的叶片净空监测装置一般是由位于风电机塔筒顶部的电源来供电，因此可能还设有从塔筒顶部向下延伸的同样布置在塔筒表面的直轨道，或者也可能没有该直轨道，而仅仅布设供电电缆从上往下延伸到叶片净空监测装置和/或电机，这样的电缆布线在高空中是存在各种风险的，安装施工和维护也不容易。相比之下，本实用新型的这种轨道设计，轨道从塔筒底部附近向上延伸，电缆牵引组件以及叶片净空监测装置均可在整个轨道上运行，因此本实用新型的该实施例的风力发电机叶片净空监测系统的供电电源位于塔筒底部附近，例如位于地面或其它地面设施。这种轨道布置使得不仅轨道上的各种状态监测装置，包括叶片净空监测装置，驱动装置如电机等等可以方便地运输回到地面来进行检修维护，这是现有技术无法方便可靠地实现的。而且，电缆自地面向上的布置可以避免现有技术的上述电缆从塔顶向下布置的缺陷。另外，风力发电机叶片净空监测系统从位于塔基或地面的电源设施来取电，也可以提供更高的可靠性和安全性，并且可以更大程度地避开例如雷击等风险。

在轨道上可安装有各种装置，包括叶片净空监测装置如毫米波测距仪，其它的状态监测装置，例如激光测距设备、超声测距设备、视频摄像头，电缆牵引组件，等等。如下文中描述。

图4A是图2-3所示的风力发电机叶片净空监测系统的一部分的放大的侧面示意图，展示了风力发电机叶片净空监测系统的水平轨道段210和弯曲轨道段220的一部分，以及其上布置的多个牵引小车470。图4B是图3所示的风力发电机叶片净空监测系统的局部构造的进一步放大的示意图，展示了风力发电机叶片净空监测系统的水平轨道段210的一部分及其上安装的叶片监测装置300，以及在水平轨道段上布置的一部分牵引小车470。如图所示，设置这些牵引小车470主要是为了牵引电缆450给驱动装置400和监测装置300等等设备供电以保证其正常工作。而且，因为驱动装置400和监测装置300可能要在轨道上活动，因此电缆牵引小车470也应当在轨道上可移动，便于牵引(供电和/或通讯)电缆450，如下面进一步描述。

图5是从另一视角看去的图4B所示构造的进一步放大的局部视图。图7以局部横剖视图方式展示了驱动装置400在方形的轨道200上的装配，以及传动链240的一种示例性的装配构造。显然如图所示轨道200具有大体上方形的横截面，但是，轨道200的其它形式的构造和横截面也是可以的。例如，轨道200可具有整体上呈多边形的横截面，多边形的形状构造成使得轨道200在安装后具有平直的底面和顶面，并且具有两个垂直的侧面，或者两个倾斜的上侧面，或者两个弧形的上曲面。轨道200的横截面可以是方形、梯形、截头的等腰三角形、五边形、六边形和鼓形，等等。轨道200例如可由金属如铝材、铝合金、钢材等等一体成型。

如图5-图6所示，按照图5和图7所示的方位，水平的方形轨道210通过位于顶面的轨道安装支架122而固定在塔筒120上。例如采用直接焊接，螺纹连接或者通过其它直接或者间接固定在塔筒上的方式。当然，本领域的技术人员可以理解，其它轨道段如220和230也可以采用相同或类似的方式安装在塔筒120上。

另外，重要的是，如图5和图7-图10所示，按照图5所示的方位，在轨道200上，例如在轨道200的底面中线附近或者其它部位，可通过铆钉、螺钉、螺栓连接等方式固定安装传动链240，传动链240循着轨道200的一部分或者整个延伸长度和延伸方向布置，并且在本实用新型中需要固定安装在轨道200上，以便于链轮440与其啮合并循着传动链240行进。图5和图7还显示了装配在驱动装置400的安装座420上的电机410和减速机构430，以及例如可安装在与电机相对的另一侧的叶片监测装置300。减速机构430例如可以是蜗轮蜗杆减速机构，如下文中进一步详细描述。

在某些寒冷的、例如易结冰的应用环境中，例如高纬度地区或者在海上安装风力发电机时，本实用新型的风力发电机叶片净空监测系统的轨道200可能会因为雨水和寒冷而结冰，从而影响轨道200的正常使用。因此，如图12所示，还可在例如方形的轨道200中设置优选为电热丝安装槽260，其中可容纳电热件250，例如电热带、电热丝或热敏电阻PTC，用于加热轨道，除冰和/或除水。尽管如图12所示在两侧面设置了电热件250，但是，电热件250的数目和布置位置均可根据需要变化，例如更多或更少，并且在任何构造的轨道200上均可设置。

形状规则的封闭轨道，例如方形的轨道200的另外的好处在于，在一些多雨和多沙尘的应用环境中可以避免在轨道的槽(在轨道开槽的情形下)中积水积沙，并且形状规则的封闭轨道的制造和加工成本也更低，而强度和刚度可以更高。

图6是根据本实用新型一实施例的风力发电机叶片净空监测系统的驱动装置400和叶片监测装置300的放大的示意图。图7以局部剖开的形式展示了图6所示构造的示意性的端视图。图8-图10展示了一个实施例的驱动装置、叶片监测装置以及安装座等的构造。如图6-10所示，驱动装置400的该实施例可包括电机410、减速机构430和传动链轮440。作为一个示例性例子，减速机构430主要由彼此啮合配合的蜗轮和蜗杆构成。这种蜗轮蜗杆形式的减速机构430不仅可以很好地起到减速的左右，而且还自锁，从而便于将叶片净空监测装置在轨道上固定，这是其它形式的减速机构不具备的。电机410的电机转轴与蜗杆例如可同轴地传动连接以传递来自电机的旋转运动，通过与之啮合的蜗轮减速后的旋转运动被传递给传动链轮440。如图7所示，蜗轮蜗杆减速机构430安装在安装座420的图示的右侧，而在安装座420的图示的左侧，可通过例如共轴或同轴的方式安装传动链轮440。这样，通过安装座420，就将叶片监测装置300、驱动装置400组装成一体。传动链轮440与固定在轨道上的传动链240啮合，如图7所示。这样，驱动装置400的传动链轮440在被电机410驱动旋转时，就可以与固定在轨道200上的传动链240啮合而沿着轨道200滚动行进，例如滚动前进或后退，并由此而带动整个驱动装置400、安装座420和叶片监测装置300一起可沿着轨道200行进。

传动链240可以是滚子链条。当然，传动链240也可以是与传动链轮适配啮合的其它形式，例如齿形链条。由于传动链240需要与轨道200一起例如大体直立地向上延伸、水平地沿着周向延伸，可能需要进行侧弯和/或扭转，因此，优选的是，传动链240的至少一部分或者全部是可侧弯的链传动链条，其可以具有三维延伸的自由度。

为了便于整个驱动装置400和叶片监测装置300沿着轨道200平稳平滑地行进，如图8-10所示，根据一个实施例，安装座420可包括下部支架423和两个上支架部421和422，例如呈大体U形的上支架部部421和422，每个上U形部421或422都能够独立地相对于下部支架423枢转，例如，上U形部421或422可从图8所示方位各自独立地相对于下部支架423枢转到图9所示的方位，这样安装座420在轨道上过弯时能够灵活地调整，平顺地过弯道。

每个上U形部421和422，各自都包括底板和从底板向上延伸的两个侧板。如图10所示，上U形部421的一个侧板上安装上导轮421A和下导轮421C，与之相对的另一个侧板上安装上导轮421B和下导轮421D，在上U形部421的底板上安装一个枢轴480，如下所详述。类似地，上U形部422的一个侧板上安装上导轮422A和下导轮422C，与之相对的另一个侧板上安装上导轮422B和下导轮422D，在上U形部422的底板上安装另外一个枢轴480，如下详述。这些上导轮和下导轮均配置成在轨道200的上面和下面上滚动运行，起到运动引导、限位和扶正的作用，并防止运行过程中发生跳动。这些导轮的设置有助于驱动装置400和叶片监测装置300沿着轨道200平稳平滑的运行，并可防止运行时发生跳动、出轨和偏轨，等等。

如图5-10所示，下部支架423上可设计直板423A，其上可安装叶片监测装置300，例如净空测距仪，或其它状态监测设备。下部支架423上还可在对应于两个上U形部421和422的底板的位置，设计两个枢轴孔位423D和423E。这两个枢轴孔位423D和423E如图所示可特意加厚，以便可从中穿过两根一定长度的枢轴480，如图10所示。这两根枢轴480的一端例如可固定在对应的上U形部的底板上，例如可通过螺纹固定在两个枢轴孔位423D和423E中，或者/另外可用螺帽或螺母固定。这两根枢轴480的另外一端可枢转地安装在下部支架423上。例如，可通过该另外一端的端部法兰贴靠在相应枢轴孔位的端面上，这样即可实现上U形部相对于下部支架的枢转。作为一个优选例，在该另外一端的端部法兰与相应的枢轴孔位423D和423E之间可套设推力球轴承423B和423C，从而可确保两个上U形部421和422相对于下部支架423确切可靠地装配，而且可确保两个上U形部421和422各自独立地相对于下部支架423平顺地枢转。

图11是另一实施例的驱动装置400的局部透视示意图，其与图10所示构造基本上相同，不同之处在于在安装座上增加了侧导轮的设计。在上U形部421和422的每个侧板上都增加了一个侧导轮，分别是421E、421F、422E和422F。这些侧导轮421E、421F、422E和422F在驱动装置400安装到轨道200上之后，在轨道的左右两侧的侧面上滚动运动，进一步起到运动引导、(左右)限位、扶正和防止脱轨的作用，当然也可进一步有助于平顺过弯。

图13-图14展示了有助于轨道弯道过弯的导轮的一种设计。如图13-图14所示，以安装座的上导轮421A为例来图示说明。上导轮421A可具有在轨道上滚动的滚轮主体421A1，和与之一体的法兰421A2。在法兰421A2与滚轮主体421A1之间用圆弧，例如内凹的圆弧C来过渡，以避免应力集中，并且可或多或少有助于过弯。优选的是，法兰421A2在安装后贴近轨道的那一侧的端面设计成斜面S，斜面S与垂直于导轮旋转轴线R的平面形成斜角A，其中0＜A≤30°，例如更优选为5°≤A≤20°。在法兰421A2在安装后贴近轨道的那一侧的端面设计成弧形面，特别是向外弓出的弧形面的情形下，该弧形面的圆弧半径优选小于轨道的弯曲半径，以便有助于过弯。图13展示了具有斜面S设计的上导轮在过弯时的情形，可以看到，特别是在轨道的弯道内侧，斜面S的设计极大地减轻或甚至避免了轨道侧面对导轮滚动的干涉/妨碍。尽管图13-14仅仅是展示了安装座的上导轮的这种设计，但是，安装座的下导轮也可采用这种设计。同理，牵引小车的上导轮和下导轮叶可采用这种设计，这是本领域的技术人员容易理解的。

图15展示了可在轨道上滚动运行的其中一个牵引小车470的一实施例。例如如图4A-4B所示，牵引小车470上可固定电缆450和/或牵引索460。牵引索460可选自金属缆绳、金属线和金属链条中的一者，例如，可以是钢丝或者钢绳的形式，用牵引索460来连接轨道上的所有牵引小车470的好处在于，电缆450在牵引过程中可基本上不受牵引力/拉力，这样有利于确保电缆450的寿命和可靠的供电，从而提高风力发电机叶片净空监测系统运行的可靠性。

图15是牵引小车470的一个实施例的放大的示意性的透视图，展示了该实施例的牵引小车470的构造和细节。与安装座420上布置导轮类似地，在该实施例中，牵引小车470具有整体上由底板和从底板向上延伸的两个侧板构成的例如U形的支架，其例如可用槽钢(或铝合金)或者工字钢(或铝合金型材)加工而成。在该U形支架上安装有共8个导轮。其中，在牵引小车470的其中一个侧板471上安装一对上导轮471A和471B以及一对下导轮471C和471D，它们均可起到运动引导、限位和扶正的作用。在牵引小车470的另一侧板472上可安装一对上导轮472A和472B以及一对下导轮472C和472D，它们均可起到运动引导、限位和扶正、防止运行中发生跳动的作用。这些导轮可帮助牵引小车470沿着轨道200平稳平滑地滚动行进，从而在叶片监测装置300和驱动装置400沿着轨道200运行时，其(供电和/或通讯)电缆450可由牵引小车470载带而跟随它们沿着轨道200行进，提供安全可靠的供电和/或通讯。牵引小车470的上述上导轮和下导轮均可具有与安装座420的上导轮和下导轮相同的构造和设计，因为它们将共用轨道200运行。另外，牵引小车470的上述上导轮和下导轮也可具有斜面S或弧面的过弯道设计。这些都是本领域的技术人员可以理解的，并且都在本实用新型的范围内。

在牵引小车470上，例如在其底板473上，还可设有电缆安装件475，其例如可包括用于容纳安装电缆450的带卡槽475A的主体，以及可将电缆450紧固在卡槽475A中的例如两颗紧固螺钉476。在牵引小车470上还可设有牵引索安装件，其例如可为用于安装牵引索460的凸耳(未示出)或者其它构造。当然，本领域的技术人员可以理解，牵引索安装件和牵引小车均可采用不同于如图所示的其它形式，只要能够安装固定牵引索和电缆即可，这些都在本实用新型的范围内。此外，为了尽可能地避免电缆450受拉，在轨道200的相邻两个牵引小车470之间安装的电缆450的长度要布置地大于这两个牵引小车470之间安装的牵引索460的长度，这样可以尽可能免除电缆在牵引小车470的运行过程中直接受拉的风险。

为了实现监测叶尖净空的功能，叶片监测装置300至少包括叶片净空监测仪器，例如测距仪。另外，根据本实用新型的一个或多个实施例，为了实现对叶片的其它状态和/或参数的监测，叶片监测装置还可包括其它设备，例如视频摄像头、红外摄像头、温度传感器，等等。

此外，还可在塔筒120的底部还设置储线盒，用于收纳牵引索和/电缆。

在牵引组件自重不够的情形下，还可考虑在塔筒120的底部附近还设置吊挂在牵引索上的配重，用于适当地张紧牵引组件。

根据一示例，本实用新型的风力发电机叶片净空监测系统可包含防雷击接地设计，例如，整个轨道由金属材料制成，并将其接地。

根据一示例，叶片监测装置300配置成能够跟随风力发电机的叶片110的转动而循着轨道210移动。

因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，上述实施例仅仅是为了描述和说明本实用新型。在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (32)

1.一种风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述风力发电机叶片净空监测系统包括：

轨道，所述轨道安装在所述风力发电机的塔筒上，包括从所述塔筒的底部沿着所述塔筒向上延伸的第一轨道段，以及在所述风力发电机叶片尖端正对所述塔筒的水平高度附近的位置绕所述塔筒安装并水平地延伸一圈的第二轨道段；

驱动装置，所述驱动装置包括电机、减速机构和传动链轮，所述电机的旋转运动经由所述减速机构传递到所述传动链轮，从而带动所述传动链轮旋转；

安装座，所述安装座上安装有在所述轨道上滚动运行的导轮，并且所述驱动装置可旋转地安装在所述安装座上；

传动链，所述传动链循着所述轨道的延伸方向固定安装在所述轨道上，所述传动链轮与所述传动链啮合配合，从而在旋转时能够同所述驱动装置和所述安装座一起循着所述轨道行进；和

叶片净空监测装置，用于对所述风力发电机的叶片净空进行监测，其中，所述叶片净空监测装置连接在所述安装座上，因此能够被所述驱动装置驱动而沿着所述轨道行进。

2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述风力发电机叶片净空监测系统进一步包括位于所述塔筒底部或其附近地面处的系统电源和通讯网关，用于给所述风力发电机叶片净空监测系统供电和通讯。

3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述风力发电机叶片净空监测系统进一步包括电缆牵引组件，所述电缆牵引组件包括：

多个牵引小车，每个所述牵引小车都安装在所述轨道内且循着所述轨道的延伸方向运行；和

电缆，所述电缆一端电连接至所述电机和/或所述叶片净空监测装置，另一端电连接至所述系统电源。

4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述电缆被固定或者被夹持在所述多个牵引小车上，从而使得所述电缆能够随着所述牵引小车的移动而移动。

5.根据权利要求3所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述电缆牵引组件进一步包括牵引索，其一端连接在所述驱动装置上，其中，安装在所述轨道内的所述多个牵引小车各自通过支架在所述牵引索的多个彼此间隔开的位置与之固定，从而使得所述牵引小车和所述牵引索固定连接在所述驱动装置上。

6.根据权利要求5所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，相邻的两个所述牵引小车之间的所述电缆比所述牵引索更长。

7.根据权利要求3所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述牵引小车包括支架，和安装在所述支架上且构造成分别在所述轨道的上面和下面沿着所述轨道左右两侧运行的两对上导轮和两对下导轮。

8.根据权利要求7所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述支架是具有底板和两个侧板的支架，在每一个所述侧板上以并排的方式分别安装一对所述上导轮和一对所述下导轮，使得能够分别沿着所述轨道的上面和下面滚动运行。

9.根据权利要求8所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述支架是U形支架，所述U形支架还包括在每一个所述侧板上安装在所述一对上导轮和所述一对下导轮之间的侧导轮，所述侧导轮构造成分别在所述轨道的对应的侧面上滚动运行。

10.根据权利要求3-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述牵引小车与所述安装座共用所述轨道滚动运行。

11.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述传动链是可侧弯的传动链。

12.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述安装座包括下部支架和两个上支架部，其中，每个所述上支架部都能够独立地相对于所述下部支架枢转。

13.根据权利要求12所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述上支架部是上U形部，其中，每个所述上U形部包括底板和从所述底板向上延伸的两个侧板。

14.根据权利要求13所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，每个所述上U形部的每个所述侧板上分别安装上导轮和下导轮，所述上导轮和所述下导轮分别在所述轨道的上面和下面上滚动运行。

15.根据权利要求14所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，在每个所述上U形部的每个所述侧板上、在其所述上导轮和所述下导轮之间进一步安装侧导轮，所述侧导轮构造成在所述轨道的侧面上滚动运动。

16.根据权利要求12所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，在所述下部支架上设有两个枢轴孔，所述两个上支架部各自通过穿过相应的所述枢轴孔的枢轴而可枢转地安装在所述下部支架上。

17.根据权利要求16所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，在所述下部支架的所述枢轴孔的下端进一步设有套在所述枢轴上的推力球轴承。

18.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述传动链固定安装在所述轨道的底面且沿着所述轨道延伸。

19.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是斜面，所述斜面相对于与所述导轮的旋转轴线垂直的平面形成斜角A，其中，0＜A≤30°。

20.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述叶片净空监测装置是整体式的具有叶片净空监测功能的叶片监测装置；或者

所述叶片净空监测装置是由多个串列布置的功能模块构成的串列式叶片监测装置，其中一个所述功能模块是净空监测模块。

21.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述导轮是带法兰的导轮，所述法兰的贴近所述轨道的那一面是弧形面，所述弧形面的圆弧半径小于所述轨道的弯曲半径。

22.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述减速机构是啮合配合的蜗轮和蜗杆，其中，所述蜗杆与所述电机的转轴传动配合，并且所述蜗轮与所述传动链轮传动配合。

23.根据权利要求22所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述蜗轮固定在所述安装座的下部支架的一侧，所述传动链轮与所述蜗轮同轴地可旋转地安装在所述下部支架的相反的另一侧。

24.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述轨道的横截面选自下列中的一者：方形、梯形、截头的等腰三角形、五边形、六边形和鼓形。

25.根据权利要求24所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述轨道是横截面整体上呈方形的方形轨道，所述牵引小车的上导轮和下导轮，以及所述安装座的上导轮和下导轮，分别在所述方形轨道的顶面和底面上滚动运行。

26.根据权利要求24所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述轨道还包括固定在所述顶面上的安装件，所述轨道通过所述安装件安装在所述风力发电机的塔筒上。

27.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述轨道安装在与所述叶片尖端平齐或者比所述叶片尖端的水平高度高1米以内的水平高度位置。

28.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述叶片净空监测装置包括毫米波测距仪、激光测距设备、超声测距设备和视频摄像头中的至少一者。

29.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述叶片净空监测装置能够跟随所述风力发电机偏航的转动而循着所述轨道移动，以让所述叶片净空监测装置能够对准叶片叶尖旋转到垂直最低点的位置。

30.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述轨道进一步包括介于所述第一轨道段与所述第二轨道段之间的弯曲轨道段，所述弯曲轨道段从所述第一轨道段的向上延伸的定向渐变至所述第二轨道段的水平地延伸的定向。

31.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述传动链是循着所述轨道的长度固定安装在所述轨道上的一整条不间断的链条。

32.根据权利要求1-9中任一项所述的风力发电机叶片净空监测系统，其特征在于，所述传动链由循着所述轨道的长度拼接并固定在所述轨道上的至少两段链条构成。

Images