CN108131259A - 一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置及方法 - Google Patents

一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置及方法，包括雨量监测***、压力监测***、叶片主动吹气***和塔筒动能缓冲吸收***。本发明的气动性能改善装置适用于大型风力机结构，可抑制大型风力机强风暴雨环境下雨滴撞击所产生的不利气动现象，其组装方便，适用于多类风场工况，参数可显可控，操作自动化水平高，有利于风力机设施的正常运行。

Description

一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置及 方法
技术领域
本发明涉及风工程技术领域，具体涉及一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置及方法。
背景技术
风力机结构阻尼低、振型密集，为典型风敏感结构，目前针对此类结构的风载研究，多侧重于考虑不同来流风速或叶片停机位置，而鲜有考虑风雨联合作用的相关分析。实际情况中，风力机多放置于山郊、海岸等风力较大区域，暴雨强风常相互伴随，形成两种环境耦合作用下的极端荷载。因此，提出可以有效避免雨滴撞击结构的驱离设备，对于此类设施的结构稳定和安全运行尤其重要。
大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，是一种通过监测***实时记录雨滴撞击信息，并通过数据集成模块实现叶片主动吹气***、塔筒动能缓冲吸收***工作的智能***，多用于沿海大型风力机，用以减小不利雨压。当今尚无成***使用的雨滴驱离设备，针对大型风力机，本发明提出一种可主动驱离雨滴撞击、实时调整设备姿态的气动改善装置。
发明内容
本发明的目的是为了抑制大型风力机强风暴雨环境下雨滴撞击所产生的不利气动现象，而提供的一种组装方便、适用于多类风场工况、操作自动化水平高的气动性能改善装置。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，其特征在于，该发明主要由雨量监测***、压力监测***、叶片主动吹气***、塔筒动能缓冲吸收***四部分组成。
所述雨量监测***由雨滴速度传感器、数据采集单元、智能模块组成。智能模块通过控制数据采集单元完成传感器的雨滴撞击元素采集，包括：速度、位置坐标，用以形成风力机雨滴着点分布图、雨滴速度比率分布图。
所述压力监测***由压力传感器、数据集成模块组成。数据集成模块可以通过压力传感器预先存储无雨环境下风力机表面风压，有雨环境下，收集风雨压整体等效压力数据，当测点数据压力超过之前所储存的无雨环境表压10％时，输出控制信号。
所述叶片主动吹气***由中央气泵、条幅式分布喷嘴、气动阀门组成。中央气泵可以接收压力监测***所发出的指令生成喷射气流；气动自闭式阀门在内部喷射气流作用下实现连通，将喷射气流通过条幅式分布喷嘴覆盖叶片表面，以驱离雨滴分离于叶片周围。
所述的塔筒动能缓冲吸收***由导板面层、机械伸缩臂、液压阻尼器、固定螺栓组成，导板面层由聚丙乙烯材料制成，机械伸缩臂用于接收压力监测***信号，完成导板面层的伸缩，液压阻尼器用以吸收雨滴撞击能量，固定螺栓用于固定伸缩臂与导板面层、塔筒表面的连接。
本发明还提供该装置用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的方法：
雨滴冲击至结构表面时，雨量监测***发起工作，利用遍布结构表面的雨滴速度传感器收集离散相元素信息，并将雨滴速度、压力等集成于数据采集单元，智能模块根据数据采集单元收集信息形成风力机雨滴着点分布图、雨滴速度比率分布图。
同时，压力监测***利用压力传感器获得风雨压等效压力数据，一旦数据集成模块处理过程中，发现增长幅度超过10％，输出控制信号至叶片主动吹气***中的中央气泵，通过条幅式分布喷嘴吹离叶片附着雨滴，其喷嘴力度大小可被气动阀门调节。
塔筒动能缓冲吸收***用于被动式吸附能量，通过固定螺栓固定于塔筒表面。当雨压超过限值时，机械伸缩臂升起面层，用于隔离雨滴与塔筒，液压阻尼器用于吸收雨滴冲击能量。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明适用于大型风力机结构，装置全面、参数可显可控，可以有效监控收集雨滴撞击速度及坐标位置，通过压力监测***实时区划雨压严重区域，并利用叶片主动吹气***及塔筒动能缓冲吸收***降低结构雨压分布，有利于风力机设施的正常运行。
附图说明
图1：叶片主动吹气***示意图。
图2：雨量监测***及压力监测***示意图。
图3：塔筒动能缓冲吸收***示意图
图中：1-雨滴速度传感器，2-数据采集单元，3-智能模块，4压力传感器、5数据集成模块，6-气动自闭式阀门，7-中央气泵，8-条幅式分布喷嘴，9-固定螺栓，10-导板面层，11-机械伸缩臂，12-液压阻尼器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，本发明正视图如图1所示，包括雨量监测***、压力监测***、叶片主动吹气***、塔筒动能缓冲吸收***几部分组成。所述的雨量监测***用于获取风力机表面雨滴着点数量等实测数据；所述的压力监测***用于获取风力机实时表面压力数据；所述叶片主动吹气***用于在叶片表层形成喷射气流，以抵挡雨滴撞击风力机表面；所述塔筒动能缓冲吸收***用于吸收塔筒表面雨滴撞击能量；还包括制动***，用于联通电机制动处理模块，实现风力机停机。
所述雨量监测***由雨滴速度传感器1、数据采集单元2、智能模块3组成。智能模块3通过控制数据采集单元2完成传感器1的雨滴撞击元素采集，包括：速度、位置坐标，用以形成风力机雨滴着点分布图、雨滴速度比率分布图。
所述压力监测***由压力传感器4、数据集成模块5组成。数据集成模块5可以通过压力传感器4预先存储无雨环境下风力机表面风压，在有雨环境下，收集风雨压整体等效压力数据，当测点数据压力超过之前所储存的无雨环境表压10％时，输出控制信号。
所述叶片主动吹气***由中央气泵7、条幅式分布喷嘴8、气动自闭式阀门6组成。所述中央气泵7可以接收压力监测***所发出的指令生成喷射气流；气动自闭式阀门6在内部喷射气流作用下实现连通，将喷射气流通过条幅式分布喷嘴8覆盖叶片表面，以驱离雨滴分离于叶片周围。
所述的塔筒动能缓冲吸收***由导板面层10、机械伸缩臂11、液压阻尼器12、固定螺栓9组成，所述导板面层10由聚丙乙烯材料制成，所述机械伸缩臂11用于接收压力监测***信号，完成导板面层的伸缩，所述液压阻尼器12用以吸收雨滴撞击能量，所述固定螺栓9用于固定伸缩臂与导板面层、塔筒表面的连接。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，其特征在于：包括雨量监测***、压力监测***、叶片主动吹气***和塔筒动能缓冲吸收***四部分；
所述雨量监测***包括雨滴速度传感器、数据采集单元、智能模块，所述数据采集单元用于记录存储雨滴撞击坐标，所述智能模块通过控制数据采集单元完成传感器的雨滴撞击元素采集；
所述压力监测***包括压力传感器、数据集成模块，所述数据集成模块通过压力传感器收集无雨环境及有雨环境下风力机表面风压数据；所述雨量监测***及压力监测***布置于风力机叶片及塔筒周围；
所述叶片主动吹气***包括中央气泵、条幅式分布喷嘴和气动自闭式阀门，所述中央气泵接收压力监测***所发出的指令生成喷射气流，布置于叶片根部空腔内，所述条幅式分布喷嘴分布于叶片根部、中部及叶尖部位，用于连通中央气泵在叶片表层形成喷射气流，所述气动自闭式阀门用以喷嘴处，以抵挡雨滴撞击风力机表面；
所述的塔筒动能缓冲吸收***包括导板面层、机械伸缩臂、液压阻尼器和固定螺栓，沿高度及环向布置于塔筒筒壁周围，用于吸收塔筒表面雨滴撞击能量。
2.根据权利要求1所述的用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，其特征在于：所述数据集成模块通过压力传感器预先存储无雨环境下风力机表面风压，在有雨环境下收集风雨压整体等效压力数据。
3.根据权利要求1所述的用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，其特征在于：所述气动自闭式阀门在内部喷射气流作用下实现连通，将喷射气流通过条幅式分布喷嘴覆盖叶片表面区域。
4.根据权利要求1所述的用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的装置，其特征在于：所述导板面层由聚丙乙烯材料制成，所述机械伸缩臂用于接收压力监测***信号，完成导板面层的伸缩，所述液压阻尼器用以吸收雨滴撞击能量，所述固定螺栓用于固定机械伸缩臂与导板面层、塔筒表面的连接。
5.采用权利要求1～4任一项所述的装置用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的方法，其特征在于：
雨滴冲击至结构表面时，雨量监测***发起工作，利用遍布结构表面的雨滴速度传感器收集离散相元素信息，并将雨滴速度、压力等集成于数据采集单元，通过智能模块根据数据采集单元收集信息形成风力机雨滴着点分布图、雨滴速度比率分布图；
同时，压力监测***利用压力传感器获得风雨压等效压力数据，通过输出控制信号至叶片主动吹气***中的中央气泵，通过条幅式分布喷嘴吹离叶片附着雨滴；
塔筒动能缓冲吸收***用于被动式吸附能量，通过固定螺栓固定于塔筒表面；当雨压超过设定的限值时，机械伸缩臂升起面层，用于隔离雨滴与塔筒，所述液压阻尼器用于吸收雨滴冲击能量。
6.根据权利要求5所述的装置用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的方法，其特征在于：压力监测***数据集成模块处理过程中，发现增长幅度超过10％时，输出控制信号至叶片主动吹气***中的中央气泵。
7.根据权利要求5所述的装置用于大型风力机强风暴雨环境下气动性能改善的方法，其特征在于：所述条幅式分布喷嘴的喷嘴力度大小可被气动阀门调节。
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