一种便于维护的风电机组气象桅杆的制作方法

1.本发明涉及一种便于维护的风电机组气象桅杆，尤其是解决水平轴风力发电机组的气象传感器，如风速仪、风向仪、接闪器等仪器的联接、支撑和维护问题。


背景技术：

2.在水平轴风电机组的实际运行过程中，需要对风速、风向的风况条件进行实时监控，这就要求机组上安装有相关的传感器。根据机组实际造型，以及机组运行时的实际条件，传感器需要安装在距离机组外壁，或者更准确地说是机组顶部一定高度的位置，通常在此位置还会同时设置一组避雷针或接闪器。总之，测风传感器和避雷针一般会通过一个较高的气象桅杆支架安装在风电机组顶部。
3.在已有的解决方案中，工程师往往专注于提高支架的支撑能力，如使用更好的材料，尺寸更大或数量更多的结构零件等；还有一部分方案重点关注测风传感器安装位置的调节功能，以期得到更准确的测风数据；极少部分方案提到了支架的可维护性。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中未能完美解决高耸支架的支撑和维护矛盾的现状，提出了一种改进的便于维护的风力发电机用气象桅杆，可以同时实现测风传感器正常工作时的稳定支撑，以及停机维护时的便利安全。
5.在权利要求1中，描述了本发明的主要特征，从属权利要求详细解释了主要特征的功能和细节。
6.本发明中，气象桅杆具有两个工作位置，分别是主支架竖起时的正常工作状态，以及主支架放倒时的维护工作状态。在主支架竖起时，主要考虑气象桅杆的支撑能力；在主支架放倒时，主要考虑维护点的可达性，以及维护操作的安全和便利性。
7.本发明提出的气象桅杆结构，在支撑功能方面，通过设置多个（不少于3个）支架与机舱顶部的联接点，且联接点不在同一直线上，在机舱顶部投影平面上实现了三角或多角支撑的稳定结构；同时，主支架较高位置与斜支架相联，在机舱侧方投影平面上实现了三角稳定结构，基于这种思路，通过将气象桅杆各个方向的支架形成类似空间四面体或金字塔的造型，可以有效提高支架整体的支撑刚度，减小其受载后变形，增强了稳定性。
8.同时，本发明提出的气象桅杆，通过载荷分配和受力位置的优化，有意识地使斜杆部分在承载时受拉，避免了细长杆件的压杆失稳问题。
9.本发明中，气象桅杆的第二工作位置，即放倒姿态，其实现方式没有引入新的结构件或者附件，而是通过在支架上设置转动副，通过简单的转动动作，使支架杆件相对角度发生变化，实现气象桅杆主支架的放倒动作，且主支架放倒后，传感器安装点高度恰好处于利于工作人员维护操作的位置。此时，主辅支架之间形成新的三角稳定结构，使得依然存在于一种安全可靠的环境中。
10.在本发明中，所有的联接没有使用焊接方式，在疲劳工况下会有更好的联接强度。
附图说明
11.为了更清楚地说明本发明的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
12.附图1为基础实施例示意图；附图2为基础实施例中气象桅杆正常工作时的侧视图；附图3为基础实施例中气象桅杆正常工作时的附视图；附图4为基础实施例中气象桅杆维护操作时的示意图；附图5为基础实施例中气象桅杆维护操作时的侧视图；附图6为基础实施例中气象桅杆维护操作时的附视图；附图7为第2种实施例正常工作时的示意图；附图8为第3种实施例正常工作时的示意图图中，1-机舱顶部，2-斜拉杆下半部分，3-斜拉杆上半部分，4-气象桅杆主支架，5-风速仪，6-避雷针或接闪器，7-测风传感器。a-斜拉杆与机舱顶的转动副联接，b-气象桅杆主支架与机舱顶的一个转动副联接，c-气象桅杆主支架与机舱顶的另一个转动副联接，d-斜拉杆上下两半部分之间的转动副联接，e-气象桅杆主支架与斜拉杆的一个转动副联接，f-气象桅杆主支架与斜拉杆的另一个转动副联接。
具体实施方式
13.为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明的附图，对本发明的实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
14.如附图一所示，本发明的基础实施例中，气象桅杆通过主支架4下端的若干转动副bc，以及斜拉杆下半部分2下端的一个转动副a，与机舱顶实现联接。气象桅杆主支架4顶端安装有风速仪5、避雷针或接闪器6，测风传感器7等仪器仪表。斜拉杆位于气象桅杆主支架4的上风向，即前端，分为下半部分2，及上半部分3，上下半部分之间设置有转动副d。
15.如附图二所示，气象桅杆正常工作时，受到风机前侧来风的影响，气象桅杆主支架向后倾倒，此时受风载和支架重力偏载的影响，斜拉杆受拉，对细长杆件而言是一种稳定工作状态。同时气象桅杆主支架、斜拉杆、机舱顶，在侧视投影方向呈现出三角形结构，保证整个机构正常工作时的稳定性。
16.如附图三所示，本实施例中，气象桅杆正常工作时，主支架有若干支腿同机舱顶部通过转动副联接，拉杆下半部分通过一个转动副同机舱顶部联接，这样一方面在机舱顶部投影面也呈现出三角形或多边形结构，在另一个方向上保证了整个机构正常工作时的稳定性。同时，主支架因为有若干支腿，对其上安装的测风仪器仪表有更好地支撑作用。
17.如附图四所示，气象桅杆在进行维护工作时，可以将斜拉杆下半部分向前拉倒，此时会通过斜拉杆下半部分拉动气象桅杆主支架也向前倾倒，直至斜拉杆下半部分完全放平到机舱顶部。完成这个动作后，维护人员可以很轻松地坐在机舱顶部对气象桅杆主支架上端顶部安装的测风仪器仪表进行维护工作，而不必在机舱顶部爬上爬下，极大地提高了维护工作的安全性和便利性。
18.如附图五所示，气象桅杆在进行维护工作时，从机舱侧面投影方向来看，主支架根
部与机舱顶联接的转动副b（c）、主支架上部与斜拉杆上半部分联接的转动副e（f），以及斜拉杆上下半部分之间的转动副d（此时转动副d已经因斜拉杆上半部分放平而处于靠近机舱顶部的位置），形成了新的三角形结构，保证了整个机构在维护工作时的稳定性。另一方面，通过调整斜拉杆上下半部分的长度可以间接调整当气象桅杆主支架放倒后，各种测风仪器仪表距离机舱顶的高度，最终实现维护人员以坐姿实现维护操作的目的。
19.如附图六所示，从机舱顶部投影方向观察气象桅杆在进行维护工作时的姿态，此时主支架根部与机舱顶联接的若干转动副b和c，以及斜拉杆上下半部分之间的转动副d又呈现出三角形或多边形的稳定结构。
20.如附图七、八所示，本发明可以通过其他实施例实现，例如，通过增减斜拉杆与机舱顶的联接数量，或者增减气象桅杆主支架与与机舱顶的联接数量，在机舱顶投影方向布置出正三角形、倒三角形，或多边形的联接点布局，一样可以实现上述实施例中的相关功能。
21.在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
23.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

技术特征：
1.一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，至少包括：气象桅杆，斜拉杆，用于联接的转动副；气象桅杆为一根或多根细长杆件，其下端与机舱顶以转动副联接, 上端安装测风传感器和避雷针或接闪器；斜拉杆为一根或多根细长杆件，位于气象桅杆前方靠近叶轮一侧，斜拉杆上端、中部及下端各有一个转动副；斜拉杆下端与机舱顶联接，上端与气象桅杆联接；斜拉杆上半部分可以通过中部转动副相对下半部分转动，并带动气象桅杆竖起或放倒，实现两个工作位置的转换。2.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，气象桅杆为一根或多根细长杆件，上端设置有若干测风传感器的安装点，以及避雷针或接闪器的安装点。3.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，气象桅杆中的每根与机舱顶部联接的细长杆件，在其下端以转动副联接机舱顶，以允许气象桅杆在机舱顶部转动。4.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，斜拉杆为一根或多根细长杆件，分为上半部分和下半部分，中间位置设置有转动副，允许上下两部分绕中间位置转动。5.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，斜拉杆上半部分可以由多段或成组的细长杆件组成，下半部分也可以由多段或成组的细长杆件组成。6.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，斜拉杆在中间的转动副位置分段或分组，下段或下组的下端与机舱顶以转动副联接，上段或上组的上端与气象桅杆上部以转动副联接。7.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，测风传感器正常工作时，气象桅杆竖起，上端直立或近似直立；斜拉杆上下两段或两组，在中间转动副位置旋转至最大开角或180
°
；斜拉杆、气象桅杆及机舱顶从侧面观察，形成三角形稳定结构。8.根据权利要求1所述的一种便于维护的风电机组气象桅杆，其特征在于，测风传感器日常维护时，气象桅杆绕其根部与机舱顶转动副向靠近叶轮一侧斜放；斜拉杆上下两段或两组，在中间转动副位置旋转至较小开角，使斜拉杆下段或下组靠在机舱顶上表面；斜拉杆上段或上组、斜放的气象桅杆及机舱顶形成三角稳定结构；斜拉杆上段或上组充当斜放的气象桅杆的支架。

技术总结
本发明公开了一种便于维护的风电机组气象桅杆，主要特点在于，通过对气象桅杆、斜拉杆以及安装平面联接点位置及数量的合理布置，在各个方向呈现出类似三角形的稳定受载状态，同时至少有一根支架承受拉力载荷，既减少材料使用量，又能提高整个结构的的抗弯能力；另外，本发明在支架各个联接点设置了转动副，允许支架整体或部分转动，实现正常工作和维护这两个姿态的自由切换，降低了后期运维工作的难度。降低了后期运维工作的难度。降低了后期运维工作的难度。


技术研发人员：崔新维 段辰玥 何家志
受保护的技术使用者：北京三力新能科技有限公司
技术研发日：2021.12.21
技术公布日：2022/3/8