测风装置、叶片组件和风力发电机组的制作方法

本申请属于风力发电，尤其涉及一种用于风力发电机组的测风装置、安装有该测风装置的叶片组件以及具有该叶片组件的风力发电机组。

背景技术：

1、随着风力发电机组的装机容量越来越大，发电机的各个部件的尺寸也在不断加大，叶片惯性相应增加。当自然风突然增大时，叶片来不及变桨，可能出现失速现象，导致机组发电量损失。因此，机组需要及时判断叶片是否处于失速状态，以便于变桨系统对叶片进行变桨操作。

2、为了判断叶片是否处于失速状态，现有技术方案一般通过安装在机舱上的测风设备获得风速参数，根据风速、叶片转速、桨距角获得机组的功率系数，然后根据功率系数利用动量叶素理论计算出典型截面的流动攻角，如果流动攻角大于失速攻角，判断叶片处于失速状态，反之，则叶片处于未失速状态。然而，该方案存在以下不足：(1)自然风随机性较强，风电机组上的测风设备不能准确测量叶片所处的风速的大小；(2)叶片失速、不失速两种状态理论上可以对应相同的叶轮功率系数，因此，由功率系数反推叶片的流动状态，理论上存在缺陷，导致误判的可能性比较大；(3)计算流动攻角的参数，波动性较强，针对不同失速现象，很难规划一致的滤波时间。

3、现有技术中还有的采用在叶片上粘贴丝线并通过丝线的摆动状态来判断叶片是否失速的方案。具体地，通过固定于叶根的摄像机对丝线的摆动方向进行摄录，通过丝线的摆动方向来判断叶片的失速状态。然而，该方案也同样存在较多缺陷：(1)丝线一般采用柔软的毛线，耐候性较差，寿命短，只适合短期的实验研究；(2)叶片是旋转部件，采用摄像机跟拍的方法，无法接入控制系统；(3)采用固定于叶根的摄像机，对丝线的摆动方向进行摄录，需要外接电源和复杂的图像处理设备，成本较高；(4)由于叶片的形状较为复杂，对丝线进行摄录时，无法有效避免遮挡。

4、因此，需要提供一种能够准确判断叶片的失速状态的方案。

技术实现思路

1、针对现有技术中的上述问题，本发明提供一种测风装置、具有该测风装置的叶片以及具有该叶片的风力发电机组，该测风装置安装在叶片的表面，能够准确获得叶片上的气流状态，准确判断叶片是否失速。

2、根据本申请的一方面，提供了一种用于风力发电机组的测风装置，所述测风装置包括：发电模块，所述发电模块包括外壳体、相对于所述外壳体转动布置的叶轮以及连接在所述叶轮外周的环形架，所述外壳体中布置有磁感应线圈，所述环形架上安装有永磁体，所述叶轮能够在外界风的驱动下带动所述永磁体旋转，使所述磁感应线圈产生电能；测量模块，与所述发电模块连接，用于获得所述叶轮的转速数据和转向数据并能够接收所述磁感应线圈产生的电能。

3、根据本申请的一方面，所述外壳体形成为环形封闭腔体，所述磁感应线圈布置在所述环形封闭腔体中，所述叶轮在所述外壳体的径向内侧与所述外壳体同轴布置。

4、根据本申请的一方面，所述外壳体的内周表面的轴向两侧沿径向向内的方向形成有止挡凸缘，从而在所述外壳体的内表面形成环形槽，所述叶轮布置在所述环形槽中并与所述环形槽的内侧壁保持间隙。

5、根据本申请的一方面，所述测风装置还包括无线传输模块，所述无线传输模块与所述测量模块连接，用于将所述转速数据和转向数据发送出去。

6、根据本申请的一方面，所述测风装置还包括电能转换模块和电能存储模块，所述电能转换模块能够将所述磁感应线圈产生的电能转换成电压稳定的电流并存储在所述电能存储模块中，所述电能存储模块能够为所述测量模块和无线传输模块提供电能。

7、根据本申请的一方面，所述测量模块、无线传输模块、电能转换模块以及电能存储模块密封地集成于所述外壳体中。

8、根据本申请的一方面，所述外壳体中还安装有磁性元件，用于与所述永磁体相互作用，使得所述叶轮悬浮在所述外壳体中。

9、根据本申请的一方面，所述测风装置还包括叶轮支撑架，所述叶轮支撑件与所述外壳体固定连接，并转动地支撑所述叶轮。

10、根据本申请的一方面，所述外壳体、所述叶轮以及所述环形架由绝缘材料制成。

11、根据本申请的另一方面，提供了一种叶片组件，所述叶片组件包括叶片以及安装在所述叶片的吸力面上的测风装置，所述测风装置为如前所述的测风装置。

12、根据本申请的另一方面，所述叶轮的轴向沿着所述叶片的弦向布置，安装在从所述叶片的前缘侧起所述叶片的弦向方向的30％-80％范围内，并且位于从所述叶片的叶根起所述叶片长度的20％-80％范围内。

13、根据本申请的另一方面，所述测风装置布置在所述叶片的最大弦长至距离所述叶片的叶尖2-3米的范围内。

14、根据本申请的另一方面，所述测风装置为多个，沿着所述叶片的长度方向间隔布置，所述测风装置采用粘结、铆接或螺栓连接方式固定在所述叶片上。

15、根据本申请的另一方面，所述测风装置为多个，沿着所述叶片的弦向方向间隔布置，至少一个测风装置安装在所述弦向方向的40％-45％范围内。

16、根据本申请的又一方面，提供了一种风力发电机组，所述风力发电机组包括机舱底座、安装在所述机舱底座上的发电机、与所述发电机的转轴连接的轮毂以及安装在所述轮毂上的叶片组件，所述叶片组件为前面所述的叶片组件。

17、其中，所述风力发电机组还包括主控系统以及连接在所述叶片的叶根与所述轮毂之间的变桨系统，所述主控系统从所述无线传输模块接收所述转速数据和转向数据，并根据所述转速数据和所述转向数据控制所述变桨系统。

18、其中，所述主控系统根据所述转向数据判断所述叶轮的失速状态，并根据所述失速状态控制所述叶片的变桨方向。

19、根据本申请的测风装置，提供了叶片失速状态判断的准确性，从而使得机组能够准确确定叶片的变桨方向以及变桨角度。

技术特征：

1.一种用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述测风装置(100)包括：

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述外壳体(21)形成为环形封闭腔体，所述磁感应线圈布置在所述环形封闭腔体中，所述叶轮(22)在所述外壳体(21)的径向内侧与所述外壳体(21)同轴布置。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的，其特征在于，所述外壳体(21)的内周表面的轴向两侧沿径向向内的方向形成有止挡凸缘，从而在所述外壳体(21)的内表面形成环形槽，所述叶轮(22)布置在所述环形槽中并与所述环形槽的内侧壁保持间隙。

4.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述测风装置(100)还包括无线传输模块(40)，所述无线传输模块(40)与所述测量模块(30)连接，用于发送所述转速数据和转向数据。

5.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述测风装置(100)还包括电能转换模块和电能存储模块，所述电能转换模块能够将所述磁感应线圈产生的电能转换成电压稳定的电流并存储在所述电能存储模块中，所述电能存储模块能够为所述测量模块和无线传输模块提供电能。

6.根据权利要求5所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述测量模块(30)、无线传输模块(40)、电能转换模块以及电能存储模块密封地集成于所述外壳体(21)中。

7.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述外壳体(21)中还安装有磁性元件，用于与所述永磁体相互作用，使得所述叶轮悬浮在所述外壳体中。

8.根据权利要求4所述的用于风力发电机组的测风装置，其特征在于，所述测风装置(100)还包括叶轮支撑架，所述叶轮支撑架与所述外壳体(21)固定连接，并转动地支撑所述叶轮(22)。

9.根据权利要求4所述的测风装置，其特征在于，所述外壳体(21)、所述叶轮(22)以及所述环形架(23)由绝缘材料制成。

10.一种叶片组件，其特征在于，所述叶片组件包括叶片以及安装在所述叶片(200)的吸力面上的测风装置(100)。

11.根据权利要求10所述的叶片组件，其特征在于，所述测风装置(100)为如权利要求1-9中任一项所述的测风装置。

12.根据权利要求11所述的叶片组件，其特征在于，所述叶轮(22)的轴向沿着所述叶片(200)的弦向布置，安装在从所述叶片(200)的前缘侧起所述叶片(200)的弦向方向的30％-80％范围内，并且位于从所述叶片(200)的叶根起所述叶片长度的20％-80％范围内。

13.根据权利要求12所述的叶片组件，其特征在于，所述测风装置(100)布置在所述叶片(200)的最大弦长至距离所述叶片的叶尖2-3米的范围内。

14.根据权利要求12所述的叶片组件，其特征在于，所述测风装置(100)为多个，沿着所述叶片(200)的长度方向间隔布置，所述测风装置(100)采用粘结、铆接或螺栓连接方式固定在所述叶片上。

15.根据权利要求12所述的叶片组件，其特征在于，所述测风装置(100)为多个，沿着所述叶片(200)的弦向方向间隔布置，至少一个测风装置(100)安装在所述弦向方向的40％-45％范围内。

16.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括机舱底座、安装在所述机舱底座上的发电机、与所述发电机的转轴连接的轮毂以及安装在所述轮毂上的叶片组件，所述叶片组件为权利要求10-15中任一项所述的叶片组件。

17.根据权利要求16所述的风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组还包括主控系统以及连接在所述叶片的叶根与所述轮毂之间的变桨系统，所述主控系统从所述测风装置接收转速数据和转向数据，并根据所述转速数据和所述转向数据控制所述变桨系统。

18.根据权利要求17所述的风力发电机组，其特征在于，所述主控系统根据所述转向数据判断所述叶轮的失速状态，并根据所述失速状态控制所述叶片的变桨方向。

技术总结本申请提供了一种测风装置、叶片组件和风力发电机组。所述测风装置包括：发电模块，所述发电模块包括外壳体、相对于所述外壳体转动布置的叶轮以及连接在所述叶轮外周的环形架，所述外壳体中布置有磁感应线圈，所述环形架上安装有永磁体，所述叶轮能够在外界风的驱动下带动所述永磁体旋转，使所述磁感应线圈产生电能；测量模块，与所述发电模块连接，用于获得所述叶轮的转速数据和转向数据并能够接收所述磁感应线圈产生的电能。该测风装置在测风的同时能够产生电能，无需外界电源，降低了安装成本。技术研发人员：张磊受保护的技术使用者：江苏金风科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/4