本發(fā)明屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)仰角測(cè)量方法。

背景技術(shù)：

水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括塔筒1、機(jī)艙2、葉片3。風(fēng)電機(jī)組在受到不同的風(fēng)速(風(fēng)能載荷)影響下，風(fēng)輪平面(葉片3構(gòu)成的平面)會(huì)發(fā)生一定的傾斜，該傾斜導(dǎo)致不僅存在水平方向上的對(duì)風(fēng)偏差，還存在垂直方向上的對(duì)風(fēng)偏差。請(qǐng)參考圖1，圖1為無(wú)風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)示意圖。當(dāng)風(fēng)速為0，即無(wú)風(fēng)狀態(tài)下，風(fēng)輪平面為st平面。水平方向和垂直方向均無(wú)傾斜。請(qǐng)?jiān)賲⒖紙D2，圖2為有風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的受風(fēng)狀態(tài)示意圖。受到風(fēng)力作用，風(fēng)輪平面變?yōu)閡v平面。uv平面與水平面有一定角度的傾角，即形成了垂直方向上的對(duì)風(fēng)偏差，該偏差的結(jié)果是形成了迎風(fēng)仰角。雖然垂直方向上的對(duì)風(fēng)偏差量相比于水平方向上要小很多，但是由于該偏差量的存在，對(duì)風(fēng)電機(jī)組的出力仍產(chǎn)生了一定的影響。具體請(qǐng)參考圖3，圖3為有風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速分析圖。由于風(fēng)輪平面uv的傾斜，使得有效風(fēng)速(垂直于風(fēng)輪平面的風(fēng)速)由w變?yōu)閣1，而w1小于w，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)的出力降低。

可見(jiàn)，如何有效調(diào)整垂直方向上的對(duì)風(fēng)偏差，有利于提升風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在風(fēng)速一定的條件下的出力。也就是說(shuō)如何有效的測(cè)量出迎風(fēng)仰角在不同風(fēng)速條件下的大小。目前，垂直方向上的對(duì)風(fēng)采用固定的水平對(duì)準(zhǔn)的方法，即無(wú)論風(fēng)向如何均確定為水平來(lái)風(fēng)。在對(duì)迎風(fēng)仰角測(cè)量上，采用在風(fēng)機(jī)機(jī)艙上設(shè)置全站儀4進(jìn)行角度測(cè)量的方式，如圖1所示，全站儀使用者在機(jī)艙上先對(duì)地面的固定點(diǎn)進(jìn)行風(fēng)機(jī)原始狀態(tài)下的仰角測(cè)量，并置零度，當(dāng)一定風(fēng)速下，然后再對(duì)地面的固定點(diǎn)進(jìn)行角度測(cè)量，這樣就可以得出一個(gè)仰角角度。但是該方法存在以下的問(wèn)題：在一定風(fēng)速條件下，塔筒1、機(jī)艙2、葉片3均受到載荷，均會(huì)發(fā)生形變。請(qǐng)參考圖1和圖2，無(wú)風(fēng)時(shí)，塔筒1軸線為ef，機(jī)艙2軸線為fj，在風(fēng)力載荷的影響下，ef傾斜形成eg，fj傾斜形成gh，從而導(dǎo)致全站儀的測(cè)量位置發(fā)生根本性變化，即測(cè)量點(diǎn)發(fā)生偏移。在微小角度測(cè)量的條件下，這個(gè)偏移將導(dǎo)致測(cè)得的迎風(fēng)仰角角度和實(shí)際角度不符。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)仰角測(cè)量方法，通過(guò)地面固定點(diǎn)的方法來(lái)解決在機(jī)艙上測(cè)量迎風(fēng)仰角固定點(diǎn)漂移，得到更加準(zhǔn)確的迎風(fēng)仰角數(shù)值。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明提供的無(wú)風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的狀態(tài)示意圖；

圖2為本發(fā)明提供的有風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的受力狀態(tài)示意圖；

圖3為本發(fā)明提供的有風(fēng)時(shí)的水平軸發(fā)電機(jī)組的風(fēng)速分析圖；

圖4為本發(fā)明提供的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的迎風(fēng)仰角的測(cè)試過(guò)程示意圖；

其中:1-塔筒，2-機(jī)艙，3-葉片，4-全站儀，5-輪轂。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)仰角測(cè)量方法，通過(guò)地面固定點(diǎn)的方法來(lái)解決在機(jī)艙上測(cè)量迎風(fēng)仰角固定點(diǎn)漂移，得到更加準(zhǔn)確的迎風(fēng)仰角數(shù)值。

圖4中本發(fā)明提供的水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的迎風(fēng)仰角的測(cè)試過(guò)程示意圖，其中，ef為塔筒軸線線，fj為機(jī)艙軸線，j點(diǎn)為輪轂最外側(cè)點(diǎn)。e點(diǎn)為塔筒中心點(diǎn)，位置可根據(jù)塔筒內(nèi)圓來(lái)確定。受來(lái)風(fēng)影響，整個(gè)塔筒1將會(huì)發(fā)生傾斜，形成ge弧線，同時(shí)機(jī)艙2也會(huì)發(fā)生傾斜，軸線fj也將有一定的傾斜，形成有一定弧度的gh線，h點(diǎn)為受風(fēng)后輪轂最外側(cè)點(diǎn)。迎風(fēng)仰角的測(cè)量就是要測(cè)量∠hfj。而不是測(cè)量∠hgj或∠hgf的角度。另外hf的長(zhǎng)度由于受風(fēng)力的影響相比原來(lái)直線的fj顯然要略短，這也就是不能簡(jiǎn)單的認(rèn)為fj＝hf，正常hf＜fj。也就是說(shuō)h點(diǎn)在空間上存在很大的不確定性。

為了克服目前直接在機(jī)艙上利用全站儀測(cè)量迎風(fēng)仰角時(shí)，由于忽略上述h點(diǎn)的不確定，而導(dǎo)致的迎風(fēng)仰角的測(cè)量不準(zhǔn)確的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組迎風(fēng)仰角測(cè)量方法，包括以下步驟：

第一步：確定塔筒的圓心e點(diǎn)位置，查找相關(guān)設(shè)計(jì)資料，獲得塔筒軸線高度ef，機(jī)艙軸線長(zhǎng)度f(wàn)j。

第二步：在無(wú)風(fēng)時(shí)，確定輪轂最外側(cè)點(diǎn)j，可利用輪轂上已有的標(biāo)記或者現(xiàn)場(chǎng)標(biāo)記均可。然后，在機(jī)組的葉片3前方確定第一固定點(diǎn)a，第一固定點(diǎn)a位于塔筒軸線ef和機(jī)艙軸線fj構(gòu)成的平面內(nèi)，且高度與塔筒的底面平齊，如圖4所示。在第一固定點(diǎn)a與塔筒軸線ef構(gòu)成的平面內(nèi)，確定第二固定點(diǎn)b,第二固定點(diǎn)b的高度第一固定點(diǎn)a相等。

在第一固定點(diǎn)a處設(shè)置第一激光光源，當(dāng)?shù)谝患す夤庠吹耐渡潼c(diǎn)與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，將標(biāo)尺立于b點(diǎn)，得到第一激光光源在在標(biāo)尺上的投射點(diǎn)k；當(dāng)?shù)谝患す夤庠吹耐渡潼c(diǎn)與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，在塔筒軸線ef和機(jī)艙軸線fj構(gòu)成的平面內(nèi)，設(shè)置第二激光光源，且當(dāng)所述第二激光光源的投射點(diǎn)與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，確定第二激光光源的位置即為第一測(cè)量點(diǎn)c,第一測(cè)量點(diǎn)c的高度與所述第一固定點(diǎn)a的高度相等，測(cè)量得到ac距離，又根據(jù)a和e的位置，可以得出ec的距離。

通過(guò)標(biāo)尺上k點(diǎn)的刻度以及ab段的長(zhǎng)度，可以等到無(wú)風(fēng)時(shí)的第一激光光源角∠kab的角度值；在圖4中可知，∠kab＝∠caj,即∠caj至此可得，而根據(jù)jc＝ac×tan∠caj，就可以算得jc。圖4中，從j點(diǎn)向ef線做垂線pj，同時(shí)以f點(diǎn)為頂點(diǎn)畫(huà)一條fq的水平線，交hj于q點(diǎn)。可知fp＝ef-jc，至此fp可得。

第三步：利用標(biāo)尺，確定水平風(fēng)速為v時(shí)的第一激光光源角∠lab的角度值，具體是指，水平風(fēng)速為v時(shí)，當(dāng)?shù)谝患す夤庠吹耐渡潼c(diǎn)與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，將標(biāo)尺立于b點(diǎn)，得到第一激光光源在在標(biāo)尺上的投射點(diǎn)l。必須在水平風(fēng)速同為v不變化時(shí)，繼續(xù)確定第二測(cè)量點(diǎn)d，否則會(huì)倒是最終迎風(fēng)仰角的測(cè)量錯(cuò)誤。第二測(cè)量點(diǎn)d的確定過(guò)程如下：當(dāng)?shù)谝患す夤庠吹耐渡潼c(diǎn)與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，且與此同時(shí)，第二激光光源的投射點(diǎn)也與輪轂最外側(cè)點(diǎn)j重合時(shí)，確定第二光源的位置為第二測(cè)量點(diǎn)d,第二測(cè)量點(diǎn)d的高度與所述第一測(cè)量點(diǎn)c的高度相等，測(cè)量得到ad距離。通過(guò)標(biāo)尺上l點(diǎn)的刻度以及ab段的長(zhǎng)度，可以等到有風(fēng)時(shí)的第一激光光源角∠lab的角度值。在圖4中可知，∠lab＝∠dah,即∠dah至此可得，而根據(jù)hd＝ad×tan∠dah，就可以算得hd。

在圖4中，fq線和hd線交叉于r點(diǎn)，則有：hr＝hd-rd＝hd-ef；fr＝ed。要測(cè)的迎風(fēng)仰角為∠hfj＝∠hfr+∠qfj；而∠hfr＝arctan(hr/fr)，那么至此∠hfr可知。而∠qfj＝∠fjp，而∠fjp＝arcsin(fp/fj)，至此迎風(fēng)仰角∠hfj可知。

綜上所述，本發(fā)明提供的方法，采用可見(jiàn)的激光發(fā)射器獲得空間測(cè)量上的幾何邊線，通過(guò)地面固定點(diǎn)的方法來(lái)解決在機(jī)艙上測(cè)量迎風(fēng)仰角固定點(diǎn)漂移的問(wèn)題，通過(guò)幾何的方法求得夾角和邊線的數(shù)值。該方法能有效測(cè)量風(fēng)機(jī)的實(shí)際安裝軸線情況及不同風(fēng)速下的風(fēng)機(jī)傾斜，為進(jìn)行風(fēng)機(jī)調(diào)整提供技術(shù)支撐，最大限度的將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為風(fēng)機(jī)的機(jī)械能。

需要說(shuō)明的是，第一，本發(fā)明提供的仰角測(cè)量方法，在實(shí)際操作中，第一固定點(diǎn)a的位置可以選擇在與塔筒的圓心e點(diǎn)間的距離為50m至100m的位置。第一固定點(diǎn)a與第二固定點(diǎn)b之間的距離可以設(shè)定為1m至2m。在這樣的距離下，無(wú)風(fēng)和有風(fēng)時(shí)，激光光源在j點(diǎn)的投射點(diǎn)位置的偏差較小，以便獲取較為準(zhǔn)確的對(duì)應(yīng)的標(biāo)尺刻度k和l，提高迎風(fēng)仰角∠hfj的測(cè)量精度。

第二，因?yàn)楸景l(fā)明利用的是地面固定點(diǎn)的方法，所以相比起現(xiàn)有的全站儀測(cè)量方法，無(wú)論ef或fj發(fā)生何種彎曲，側(cè)得迎風(fēng)仰角的數(shù)值均為實(shí)際角度，不受塔筒或機(jī)艙傾斜彎曲的影響。

第三，本發(fā)明提供的測(cè)量方法，不僅適用于發(fā)電機(jī)組位于平整地面的情況，也適用于ac之間沒(méi)有障礙物的不平整地形。具體地，需要第三激光光源設(shè)置在a出，保證a、e位于同一水平線上。

以上所述僅是本發(fā)明的具體實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。