[发明专利]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

说明书

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，包括雨量监测系统、压力监测系统、叶片主动吹气系统和塔筒动能缓冲吸收系统。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。

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，是一种通过监测系统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系统、塔筒动能缓冲吸收系统工作的智能系统，多用于沿海大型风力机，用以减小不利雨压。当今尚无成系统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系统、压力监测系统、叶片主动吹气系统、塔筒动能缓冲吸收系统四部分组成。

所述雨量监测系统由雨滴速度传感器、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。

所述压力监测系统由压力传感器、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。

所述叶片主动吹气系统由中央气泵、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系统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系统由导板面层、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系统信号，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，雨量监测系统发起工作，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，压力监测系统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系统中的中央气泵，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。

塔筒动能缓冲吸收系统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：