CN220415004U - 一种防冰冻测风塔 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及风力发电测风技术领域，公开了一种防冰冻测风塔，包括塔身，所述塔身的塔段之间通过连接法兰连接，所述塔身的塔柱、连接杆以及斜拉杆均采用内空型材，所述塔身的顶部固定连接有顶部短管组件，所述顶部短管组件与所述塔柱空腔的顶端相连；所述塔身的底端设有底端短管与介质加热器连通，介质加热器在低温冰冻期自动控制通电运行，防止塔身及攀绳结冰，或及时融化塔身及攀绳的附冰，确保测风塔不会因冰载荷过大致使塔身倒塌，攀绳断裂，从而确保测风数据的连续与完整。配合疏洁漆的应用，移动电源可只在冰冻最严重时期投入使用，如用固定电源也只在冰冻最严重时期供电，最大限度减少供电时间。

Description

一种防冰冻测风塔

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术测风领域，具体为一种防冰冻测风塔。

背景技术

测风塔是风电场进行风功率预测的重要设备，是为进行风资源测量与风功率预测之用，塔身的不同高度如30、40、70、90、100米等处均设有伸出横短臂，其上装有测风仪器(风向标、风速仪、温度计等)，对风力数据进行采样、上传。在潮湿、冻雨、多冰雪地区经常会因为塔身结冰致过载使得塔身倒塌、折断。

在现有技术中，一般的防冰冻测风塔，包括竖直塔身和其上不同高度的测风仪器，塔身连接有多层多根间隔角度的攀绳，塔身铺设有对附着的冰层进行加热去除的加热板，加热板的供电输入端经控制开关与测风塔的电源母线相连接，拉绳上设有加热丝，塔身或拉绳上设有检测其表面温度的温度传感器和检测表面附冰厚度的重量传感器或光感传感器，温度信号、冰层厚度信号与控制开关相联动，加热板或加热丝、控制开关、传感器等形成闭环控制，实现对塔身和攀绳表面附着的冰层进行加热清除。

现有技术中，加热板与加热丝为分散布置，安装与维护较为困难，系统较为复杂，对于塔体和攀绳加热不够全面，未加热的位置上仍会结冰，冰块掉落时有安全风险；

此外，也有对各塔身段的外表涂覆避免冰层附着的防冻剂。通过在攀绳和塔身的外部分别涂覆防冻剂，令测风塔的外表面不易被冰层附着，减少了测风塔上冰层、积雪的堆积，提高了测风塔的抗冰冻能力，令测风塔在恶劣环境下的检测数据准确性得到了提高，但是防冻剂的防结冰效果十分有限，遇到较长时间的冰冻几乎没有效果，最终因冰载荷过大导致塔身倒塌。

实用新型内容

解决的技术问题

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种防冰冻测风塔，具备防止塔身及攀绳结冰的优点，同时与疏洁漆应用相配合最大限度减少结冰的影响与供电时间，解决了在多冰地区经常会因为塔身结冰致过载倒塌，既产生一定的经济损失，又导致风电场在一段时间缺失现场测风数据的难题。塔身结冰有迎风增长的特点，如不能及时消除覆冰，随着冰冻气候的持续，塔身的覆冰不断凝固空气中的水分、冻雨，覆冰不断增长，使得桁架结构的塔身全部被厚厚的冰层包裹着，攀绳外表也会被冰层包裹着，最终覆冰累积载荷远超其设计可承受值，压垮测风塔，也有攀绳先被压断后，造成测风塔各方的攀拉力不平衡而倒塌的情况。

(二)技术方案

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种防冰冻测风塔，包括塔身，所述塔身的塔段之间通过塔身连接法兰连接，所述塔身的塔柱、连接杆以及斜拉杆均采用管材或内空型材，内部均有空腔，所述塔身的顶部固定连接有顶部短管组件，所述短管组件的一个排气口内设介质温度传感器，所述顶部短管组件与所述空腔的顶端相连，所述塔身的底端设有底端短管组件，所述底端短管组件与所述空腔底端相连，所述底端短管组件的汇集端连接有介质加热器，所述塔身的横短臂上安装有结冰传感器，所述塔身的外侧壁下部安装有控制器，所述结冰传感器及所述介质温度传感器的电性输出端与所述控制器的电性输入端电连接；所述塔身各构件的外表面及攀绳表面涂覆有疏洁漆。

优选的，所述塔身连接法兰包括：

法兰本体；

密封垫，设置于各对所述法兰本体之间；

通气孔，开设于所述法兰本体的中心位置处。

优选的，所述顶部短管组件包括：

若干根S型短管，设置于所述塔身的顶端，顶端具有向上的排气口；

排水小孔，开设于所述S型短管的弯曲段最低处。

优选的，所述介质加热器为空气加热器或热泵。

优选的，也可将所述塔身顶部塔柱出口分成至少两组，以短管将两组出口相互连接，并使得塔柱间的连接杆以及斜拉杆内腔做相应的分组分隔，形成至少一组塔柱内腔介质向上流动，另一组塔柱内腔介质向下流动，底端短管组件相应分组与介质加热器进出口连通，形成介质循环加热与冷却系统。

优选的，所述塔身各构件外表面及攀绳设有缠绕其上的自限温电缆，自限温电缆的投运由控制器控制，自限温的通电与否由其自限温性能决定。

优选的，所述自限温电缆走向方式为，在塔段斜拉杆为偶数时，使得塔身的每根自限温电缆长度均相等。

(三)有益效果

与现有技术相比，本实用新型提供了一种防冰冻测风塔，具备以下有益效果：

1、防止塔身及攀绳结冰，或能够融化塔身及攀绳的附冰，确保测风塔不会因冰载荷过大致使塔身倒塌，攀绳断裂，从而确保测风数据的连续与完整。

2、防止塔身及攀绳结冰，或及时融化塔身及攀绳的附冰，可避免冰块掉落伤及人、畜。

3、配合以疏洁漆在塔身各构件和攀绳外表涂覆的应用，移动电源可只在冰冻严重时期投入使用，如用固定电源也只在冰冻严重时期供电，最大限度减少供电时间。

附图说明

图1为本实用新型的结构展开示意图；

图2为本实用新型中图1中的A处放大图；

图3为本实用新型中塔身连接法兰的结构示意图；

图4为本实用新型中顶部短管组件的示意图；

图5为本实用新型中顶部短管组件的S型短管结构示意图；

图6为本实用新型中自限温电缆敷设走向结构示意图。

图中：

10、塔身；

20、塔身连接法兰；21、法兰本体；22、通气孔；23、耐热密封垫；

30、空心腔；

40、顶部短管组件；41、S型短管；42、介质温度传感器；43、排水小孔；

50、底端短管组件；

60、介质加热器；

70、结冰传感器；

80、控制器；

90、自限温电缆。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

一种防冰冻测风塔，包括塔身10，所述塔身10的塔柱之间通过塔身连接法兰20连接，塔身连接法兰20包括：法兰本体21；密封垫23，设置于一对所述法兰本体21之间；通气孔22，开设于所述法兰本体21的中心位置处，所述塔身10的塔柱、连接杆以及斜拉杆均采用管材或内空型材，其内部均有空腔30，所述塔身10的顶部固定连接有顶部短管组件40，顶部短管组件40包括：S型短管41，设置于所述塔身10的顶端，其具有向上的排气口；短管连接法兰22，设置于所述S型短管41的连接处；排水小孔43，开设于所述S型短管41的存水弯最低处，所述顶部短管组件40与所述空腔30的顶端相连，所述塔身10的底端设有底端短管50，所述底端短管50与所述空腔30底端相连，所述底端短管组件50的一端连接有介质加热器60的出口，介质加热器60为空气加热器或热泵，所述塔身10的一个横短臂上安装有结冰传感器70，所述塔身10的外侧壁下部安装有控制器80，所述结冰传感器70及顶部短管组件40排气口内设介质温度传感器42的电性输出端与所述控制器80的电性输入端电连接，控制器80的电性输出端连接介质加热器60；

所述塔身10各构件及攀绳外表面涂覆有疏洁漆，利用该材料超疏水超自洁性能及具有延迟结冰和易脱冰效果，在冰冻气候前期和短时低温冰冻气候期发挥作用，防止在冻雨气候时塔身表面与攀绳表面雨水的附着。

参阅图1-6，风电场的测风塔一般采用三塔柱桁架结构或单柱方式，并配有多层多根攀绳固定，现以三塔柱桁架结构为例说明，在塔身10制造环节，塔柱、连接杆、斜拉杆的材料按设计受力计算选用规格不同的钢管，在塔柱与连接杆、斜拉杆焊接处，事先开设尺寸等于连接杆、斜拉杆内径的通孔，连接杆、斜拉杆与塔柱焊接时，其端面须全部覆盖通孔且沿周边密封焊接牢固，塔段按运输与安装方便设定长度，塔段之间采用连接法兰20的方式螺栓连接，塔身连接法兰本体21与22之间放耐热密封圈24，塔柱顶端设有联通大气的S型短管41，管口须向上排气，且不得影响测风仪器的测量准确度，排气管存水弯最低处开设排水小孔43，并在排气口内预设介质温度传感器42，其引出线可沿着塔身10外面或塔内空腔敷设，排气口介质温度传感器42温度信号接入控制器80；在底端塔段离地适当高度(5米)设伸出横短臂，在其上安装结冰传感器70(含环境温度传感器)，结冰传感器70的结冰厚度、环境温度等输出信号接入控制器80，底端塔段塔柱下部分别水平接出且走向一致的若干根底端短管并汇聚成底端短管组件50，短管的长度以可以超出塔的主要落冰范围为宜，汇聚管口设为便于热风机联通的接头。各塔段上须布置测风仪器的伸出横短臂、底座、攀绳等均按其自身要求不做新的变动，在测风塔安装环节，将底端短管汇聚管口固定在介质加热器60(热风机)安装架上，介质加热器60(热风机)出口与底端短管汇聚管口联通。介质加热器60(热风机)安装架上设置电气箱，其内设置电源开关等，介质加热器60(热风机)安装架上设置防护罩，介质加热器60(热风机)可从现有产品中选择，其功率、风量、热风最高温度、控制与运行方式等须与塔体尺寸、冰冻气候特点相适配。

实施例二

参阅图1-6，将塔身10顶部塔柱出口分组以短管相互连接，并使得塔柱间的连接杆以及斜拉杆内腔做相应的分组分隔，形成一组塔柱内腔介质向上流动，另一组塔柱内腔介质向下流动，底端短管分别与介质加热器进出口连通，形成介质循环加热与冷却系统。

使得整个塔身构成由底至顶，再由顶至底的密闭空腔回路，可在这个回路中循环输送携带热量的流体介质(如空气等)，通过流体承载热量传送至塔身表面，破坏塔身表面结冰条件。

将所述塔身顶部塔柱出口分组以短管相互连接，并使得塔柱间的连接杆以及斜拉杆内腔做相应的分组分隔，形成一组塔柱内腔介质向上流动，另一组塔柱内腔介质向下流动，底端短管分别与介质加热器进出口连通，形成介质循环加热与冷却系统。

使得整个塔身构成由底至顶，再由顶至底的密闭空腔回路，可在这个回路中循环输送携带热量的流体介质(如空气等)，通过流体承载热量传送至塔身表面，破坏塔身表面结冰条件。

实施例三

塔身10各构件的外表面及攀绳缠绕设有自限温电缆90，自限温电缆90走向方式为，在塔段斜拉杆为偶数时，使得塔身的每根自限温电缆长度均相等。自限温电缆的投运由控制器(80)控制，自限温的通电与否由其自限温性能决定。

参阅图1-6，对于已建测风塔(也可适用于新建塔)，在测风塔塔身10及攀绳上缠绕自限温电缆90，利用其通电发热与自动限制温度升高的性能，防止塔身及攀绳结冰或不定期供电加热融冰，这种电缆的自动限止温度和伴热功率须根据塔体尺寸、冰冻气候特点相适配。在塔身各构件表面及攀绳表面涂覆疏洁漆，利用该材料超疏水超自洁性能及具有延迟结冰和易脱冰效果，在冰冻气候前期和短时低温冰冻气候期发挥作用，防止在冻雨气候时塔身表面与攀绳表面雨水的附着，其中，疏洁漆为一种超疏水超自洁仿生材料，呈油漆状，涂覆物体表面，具有超强疏水、尘埃自洁、延迟结冰、易于脱冰效果。这种超疏水超自洁仿生材料主要基于荷叶超疏水仿生原理进行设计，涂料表面与水的接触角均大于150°，滚动角小于2°，表面集污后在雨水和水滴的作用下污垢较易脱离涂层表面，从而具有优良的自清洁效应。主要以二氧化硅(SiO2)、正硅酸乙酯(TEOS)乙烯基三乙氧基硅烷(VTES)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)等通过物理化学方法进行“有机/无机”复合而成。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种防冰冻测风塔，包括塔身(10)，其特征在于：所述塔身(10)的塔段之间通过塔身连接法兰(20)连接，所述塔身(10)的塔柱、连接杆以及斜拉杆均采用管材或内空型材，内部均有空腔(30)，所述塔身(10)的顶部固定连接有顶部短管组件(40)，所述短管组件(40)的一个排气口内设介质温度传感器(42)，所述顶部短管组件(40)与所述空腔(30)的顶端相连，所述塔身(10)的底端设有底端短管组件(50)，所述底端短管组件(50)与所述空腔(30)底端相连，所述底端短管组件(50)的汇集端连接有介质加热器(60)，所述塔身(10)的横短臂上安装有结冰传感器(70)，所述塔身(10)的外侧壁下部安装有控制器(80)，所述结冰传感器(70)及所述介质温度传感器(42)的电性输出端与所述控制器(80)的电性输入端电连接；所述塔身(10)各构件的外表面及攀绳表面涂覆有疏洁漆。

2.根据权利要求1所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：所述塔身连接法兰(20)包括：

法兰本体(21)；

密封垫(23)，设置于所述法兰本体(21)之间；

通气孔(22)，开设于所述法兰本体(21)的中心位置处。

3.根据权利要求1所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：所述顶部短管组件(40)包括：

若干根S型短管(41)，设置于所述塔身(10)的顶端，顶端具有向上的排气口；

排水小孔(43)，开设于所述S型短管(41)的弯曲段最低处。

4.根据权利要求1所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：所述介质加热器(60)为空气加热器或热泵。

5.根据权利要求1所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：也可将所述塔身(10)顶部塔柱出口分成至少两组，以短管将两组出口相互连接，并使得塔柱间的连接杆以及斜拉杆内腔做相应的分组分隔，形成至少一组塔柱内腔介质向上流动，另一组塔柱内腔介质向下流动，底端短管组件(50)相应分组与介质加热器(60)进出口连通，形成介质循环加热与冷却系统。

6.根据权利要求1所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：所述塔身(10)的外侧壁设有自限温电缆(90)或者捆绑贴附塔身(10)各构件及攀绳表面，自限温电缆的投运由控制器(80)控制，自限温的通电与否由其自限温性能决定。

7.根据权利要求6所述的一种防冰冻测风塔，其特征在于：所述自限温电缆(90)走向方式为，在塔段斜拉杆为偶数时，使得塔身的每根自限温电缆长度均相等。