[發明專利]設計風力發電機葉片的方法和裝置

有效

• 申請號: 201210210721.6
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN103514308B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 唐超;程江濤;肖鵬
• 申請（專利權）人: 華銳風電科技（集團）股份有限公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 吳貴明,余剛

技術領域

本發明涉及發電機領域，具體而言，涉及一種設計風力發電機葉片的方法和裝置。

背景技術

葉片是風力發電機組的一個核心部件，葉片的好壞直接決定著風力發電機的發電量、重量、可靠性等一系列關鍵的參數。隨著風機尺寸的逐漸增大，葉片的設計也變得越加復雜。

葉片設計是一項跨學科的系統項目，涉及了空氣動力學，復合材料及力學，流體力學，載荷計算等多個領域。葉片需要經過細致的設計以便實現付出最小的成本獲得最大的輸出效率。從而葉片設計過程需要獲得氣動設計和結構效率的最合理的平衡。但是氣動外形對載荷有影響，進一步反饋到結構設計上，如果氣動設計的結果超出了結構所能承受的范圍，就需要重新修正，相應的效率也要被重新計算。現有風機葉片設計行業內，葉片設計一般分為氣動設計、結構設計以及載荷計算三個模塊。其中，

氣動設計，該過程中的設計目標包括：功率系數，年發電量，葉尖速度，葉尖速比等葉片參數。目前普遍采用動量葉素理論或其修正版本進行設計。在此過程中，不涉及對葉片的結構或者載荷計算的考量。

載荷計算，該過程采用氣動設計和結構設計的結果對葉片進行載荷仿真。目前普遍采用成熟的Bladed、Flex、FAST等仿真商業軟件進行。由于該過程只能根據設計結果進行仿真得出結果，不能由仿真結果可逆得出相應風機的氣動外形和結構。因此，載荷計算并沒有集成到葉片的氣動設計和結構設計過程中。

結構設計，該過程中的設計目標為：葉片的質量、剛度、強度等結構參數，目前普遍采用復合材料力學理論進行設計。

圖1是根據現有技術的設計風力發電機葉片的方法的示意圖，如圖1所示，現有技術中設計風力發電機葉片的方法包括：首先利用動量葉素理論計算生成葉片的氣動外形，根據該氣動外形結合根據經驗預估得到的葉片結構參數使用仿真軟件進行載荷計算，根據載荷計算的結果對上述葉片結構參數進行修正，對比修正前后的葉片結構參數以判斷葉片結構的數據是否收斂，如果葉片結構數據收斂，則保存修正后的葉片結構參數，如果葉片結構數據不收斂，利用修正后的葉片結構參數進行下一循環的葉片設計。最終，在修正后的葉片結構數據中進行篩選最優方案。

上述設計方法從技術方面主要存在以下缺陷：

葉片設計的過程始終使用同一計算流程進行，缺少優化流程，計算量大但效果一般。

氣動設計、結構設計、載荷計算三個設計過程相對獨立，優化的目標不統一。

載荷計算過程需要將設計人員導入氣動外形數據和葉片結構數據，計算周期長，單一的仿真過程無法與氣動設計和結構設計有效集成。

載荷計算需要輸入氣動設計和結構設計的相關數據，然后根據載荷計算的結果對結構進行優化，在下一輪設計過程中，就出現了氣動設計和結構設計版本不匹配的問題，也就是說載荷仿真輸入的參數是本輪氣動設計和上一輪結構設計結果的相關數據。例如，第N次循環的載荷采用的參數為第N次循環中氣動設計的數據和第（N-1）輪的結構設計的相關數據，從而本次循環的計算結果需要依靠經驗判斷，設計效果不理想。

針對現有技術中設計葉片的方法缺少對數據的優化流程導致計算量大的問題，目前尚未提出有效的解決方案。

發明內容

本發明旨在提供一種設計風力發電機葉片的方法和裝置，以解決現有技術中設計葉片的方法缺少對數據的優化流程導致計算量大的問題。

為了實現上述目的，根據本發明的一個方面，提供了一種設計風力發電機葉片的方法。

本發明提供的設計風力發電機葉片的方法包括：獲取風力發電機的葉片設計目標；根據葉片設計目標進行初步計算得出收斂的葉片載荷；利用收斂的葉片載荷使用遺傳迭代算法進行葉片優化設計，得到葉片設計數據；對葉片設計數據按照預設的載荷和剛度條件進行篩選，并保存符合要求的葉片設計數據；按照預設的排序條件對符合要求的葉片設計數據進行排序，根據排序優先的葉片設計數據生成葉片設計圖紙。

進一步地，利用收斂的葉片載荷使用遺傳迭代算法進行葉片優化設計包括：隨機生成葉片的氣動外形；根據氣動外形和收斂的葉片載荷對葉片的結構參數進行遺傳迭代計算；對葉片的結構參數進行載荷仿真計算以得到葉片設計數據。

進一步地，隨機生成葉片的氣動外形之后還包括：判斷氣動外形是否符合預設的氣動結構條件；當氣動外形不符合預設的氣動結構條件時，重新隨機生成葉片的氣動外形。