用于风力涡轮机叶片净空监测系统的轨道和轨道组件的制作方法

本发明涉及风力发电，具体涉及风力涡轮机叶片净空监测系统，及其各个组成部分和装置。更具体而言，本发明涉及风力涡轮机叶片净空监测系统的轨道和轨道组件。

背景技术：

1、风力涡轮机，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。风力涡轮机单机功率的不断增大，叶片的长度不断增加，风力涡轮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。

2、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。

3、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。

4、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。

5、鉴于以上所述，本领域急需新型的风力涡轮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。

6、本发明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发明范围的主题。

技术实现思路

1、鉴于以上所述以及其他更多的构思而提出了本发明。

2、本发明的基本构思之一在于，提供一种新型的风力涡轮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实现与控制系统的实时通讯。

3、本发明的基本构思之一在于，提供一种新型的风力涡轮机叶片净空监测系统，它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。

4、本发明的另一基本构思在于，提供一种新型的风力涡轮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监测装置通过安装支架(例如安装座)组装成一体式组件，通过传动链轮在传动链上的啮合滚动，而带动该一体式组件在轨道上运行。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。

5、本发明的另外一个基本构思在于，提供一种新颖的轨道设计，具有顶面导槽、外侧导槽和底面导槽，并且还可选择性地设置各类安装槽，如链条安装槽，拼接槽，等等，以及可选择的各类开槽和槽孔。安装座上安装有在轨道的相应导槽内运行的上导轮、侧导轮和下导轮，使得巡检机器人可在轨道上可靠平顺地运行。

6、本发明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。

7、更具体而言，根据本发明的一方面的构思，公开了一种用于风力涡轮机叶片净空监测系统的轨道，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；和绕所述塔筒安装并绕所述塔筒周向地延伸大约一圈的第二轨道段。

8、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竖直地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。

9、根据一实施例，所述轨道上设有顶面导槽、外侧导槽和底面导槽。

10、根据一实施例，所述第二轨道段上设有用于可滑动地容纳轨道安装支架的安装件的内侧导槽。

11、根据一实施例，所述轨道的底面还设有传动链安装槽。

12、根据一实施例，在所述轨道上设有用于容纳电热丝的电热丝安装槽。

13、根据一实施例，在所述轨道上开设有多个疏通孔。

14、根据一实施例，所述轨道是一体成型的金属件。

15、根据本发明的另外一方面的构思，还公开了一种用于风力涡轮机叶片净空监测系统的轨道组件，包括：如上所述的轨道；传动链，所述传动链循着所述轨道的纵长方向延伸并且固定安装在所述轨道上。

16、根据一实施例，所述传动链的全部或一部分是可侧弯的具有三维延伸自由度的链传动链条。

17、根据一实施例，所述传动链是可负重的齿形链或滚子链。

18、根据一实施例，所述轨道组件进一步包括布置在所述轨道上的安装座，所述安装座上可旋转地安装传动链轮和电机。

19、根据一实施例，所述传动链轮由所述电机驱动旋转，从而沿着与之啮合的所述传动链滚动，由此带着所述安装座及其上连接的叶片监测装置一起沿所述轨道运动。

20、根据一实施例，所述安装座上安装有构造成在所述轨道的相应导槽内运行的一对上导轮、一对侧导轮和一对下导轮。

21、根据一实施例，所述安装座具有上横板、直板和下横板，分别用于安装所述一对上导轮、一对侧导轮和一对下导轮。

22、根据一实施例，所述一对上导轮、一对侧导轮和一对下导轮分别配合在所述顶面导槽、外侧导槽和底面导槽中运行。

23、根据一实施例，所述安装座上还安装固定有叶片监测装置和减速机构。

24、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。

25、根据一实施例，所述蜗轮固定在所述安装座的直板的一面，所述传动链轮与所述蜗轮同轴地且可旋转地安装在所述安装座的直板的相反的另一面。

26、根据一实施例，所述轨道的底面还设有传动链安装槽。

27、根据一实施例，在所述轨道上设有用于容纳电热丝的电热丝安装槽。

28、根据一实施例，在所述轨道上开设有多个疏通孔。

29、根据一实施例，所述轨道是一体成型的金属件。

30、根据一实施例，所述轨道是接地的。

31、根据一实施例，所述传动链是一整条不间断的具有空间延伸自由度的链条，或者是由循着所述轨道的长度无缝拼接并固定在所述轨道上的至少两段链条构成。

32、根据本发明的另外一方面的构思，公开了一种风力涡轮机叶片净空监测系统，所述风力涡轮机叶片净空监测系统包括：轨道，所述轨道安装在所述风力涡轮机的塔筒上，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，以及在所述风力涡轮机的等于或略高于叶片尖端的水平高度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；传动链，所述传动链循着所述轨道的纵长延伸轨迹固定安装在所述轨道上；驱动装置，所述驱动装置包括电机、与所述电机固定组装在一起的减速机构和传动链轮，所述传动链轮经由所述减速机构可旋转地连接在所述电机的转轴上而被所述电机驱动旋转，其中，所述传动链轮与所述传动链条啮合；叶片监测装置，用于对所述风力涡轮机的叶片进行监测，其中，所述叶片监测装置与所述驱动装置固定在一起，并且因此被与所述传动链条啮合的所述传动链轮带动而能够沿着所述轨道行进。

33、根据一实施例，所述风力涡轮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，用于给所述风力涡轮机叶片净空监测系统供电。

34、根据一实施例，所述风力涡轮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纵长延伸轨迹运行；牵引索，其一端固定在所述驱动装置上，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；电缆，所述电缆一端电连接至所述电机和/或所述叶片监测装置，另一端电连接至所述系统电源。

35、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。

36、根据一实施例，所述电缆被固定或者被夹持在所述牵引小车的支架上。

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

38、根据一实施例，相邻的两个牵引小车之间的电缆的长度大于这两个牵引小车之间的牵引索的长度。

39、根据一实施例，所述支架上进一步设有分别用于固定/夹持所述牵引索和所述电缆的两个安装件。

40、根据一实施例，所述减速机构包括彼此啮合配合的蜗轮和蜗杆。

41、根据一实施例，所述蜗杆与所述转轴传动配合，并且所述蜗轮与所述传动链轮传动配合。

42、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。

43、根据一实施例，所述传动链是可负重的齿形链或滚子链。

44、根据一实施例，所述传动链轮是齿形链轮。

45、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大体竖直延伸的定向渐变至所述第二轨道段的大体水平地延伸的定向。

46、根据一实施例，所述叶片监测装置与所述驱动装置均固定在安装座上，所述安装座在所述轨道内能够平滑地循着所述轨道的轨迹运行。

47、根据一实施例，所述安装座上安装有在所述轨道的延伸方向引导所述安装座运动、并且在与所述轨道的延伸方向垂直的其它两个维度上约束所述安装座移动的至少两组导引滚轮。

48、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。

49、根据一实施例，所述叶片监测装置包括测距仪和视频摄像头中的至少一者。

50、根据一实施例，所述风力涡轮机叶片净空监测系统在所述塔筒的底部还设有储线盒，用于收纳牵引索和/电缆。

51、根据一实施例，所述风力涡轮机叶片净空监测系统在所述塔筒的底部还设有储线盒，用于收纳牵引索和/电缆。

52、根据一实施例，所述风力涡轮机叶片净空监测系统的系统电源来自于所述风力涡轮机自发电所提供的电力。

53、根据一实施例，所述风力涡轮机叶片净空监测系统包含防雷击接地设计。

54、所述轨道上设有多个用于排水和/或排沙的疏通孔。

55、根据一实施例，所述叶片监测装置能够跟随所述风力涡轮机的叶片的转动而循着所述轨道移动。

56、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。

57、本发明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发明后是可以预期和理解的。