[發明專利]一種風力發電機葉片搭載的可控二級襟翼伸出系統

有效

• 申請號: 202010423146.2
• 申請日: 2020-05-19
• 公開（公告）號: CN111706460B
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 常林;劉廷瑞;王陳;鄭維偉;徐瞿磊;閆恪濤;于瀛潔;孫濤
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06;F03D7/02;F03D7/04
• 代理公司: 上海上大專利事務所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發明涉及一種風力發電機葉片搭載的可控二級襟翼伸出系統，可實現兩級襟翼伸出，包括伸出襟翼、固定架、電機模塊、驅動架、保護架、固定架固定裝置、橫向固定架、電源及轉換模塊、控制單元、條形電磁鐵、推動架、輸出箱、電機固定架。先通過傳感器探測風速信號，當風速大于最小設定值的時候，控制單元驅動電機和驅動桿通過輸出箱推出一級襟翼。當探測到的風速信號大于最大設定值時，控制單元繼續增大電流推動二級襟翼伸出，進一步增加襟翼長度，從而增加葉片受到的風阻，降低使葉片振動的載荷，起到對葉片的保護作用。設置保護架對驅動桿進行保護。控制策略選用最優PID算法，控制單元、電源及電源轉換模塊安裝在橫向固定架上。

技術領域

本發明公開一種風力發電機裝置，特別是涉及一種安裝在風力機葉片內部的襟翼系統，還涉及一種通過電機控制可以實現二級襟翼伸出的系統，應用于風力發電裝備技術領域。

背景技術

風力發電機葉片作為風力發電機的重要組成部分，近年來成為研究熱點。隨著風力發電機的發展，葉片的形狀由原來相對粗短逐漸發展到更為細長，主流風力機葉輪直徑已經達到80米，即單根葉片長度可達40米。葉片越發細長，有些新問題逐漸凸顯，葉片氣動彈性穩定性就是其中最重要的問題。風力機主要分為垂直軸風力機和水平軸風力機兩種類型，而水平軸風力機以其捕獲功率大，發展較為成熟，成為目前風力機的主要形式。現在使用最多的是水平軸三葉片風力機。在三葉片水平軸風力機的發展歷程中，傳統風力機形式粗大，葉片剛度和強度較高，但是近年來隨著材料科學、機械設計分析和制造水平的快速提升，風力機葉片的形式變得越來越細長，雖然風能捕獲量得到了很大的提高，隨之而來剛度和強度較傳統葉片降低了很多。葉片在高風速或達到失速條件時發生的動態不穩定現象稱為失速顫振。葉片一旦發生顫振，帶來的破壞是巨大的。近年來發生在世界各地風場的風力機大風速下的斷裂失效也印證了此問題的廣泛存在。風力機葉片成本占風機總成本的15％-20％，所以葉片的保護至關重要。

風力機葉片的氣動彈性是指風力機葉片在流體氣體作用下葉片本身發生變形，但是這種變形本身又對周圍流體產生影響的復雜氣動問題。具體而言，氣彈問題是空氣動力、彈性力、慣性力之間相互耦合作用的問題，氣彈變形對于流體的影響反過來又對于葉片產生新的氣動力，依次往復，如果耦合的結果是收斂的，那么系統將會趨于穩定，葉片氣彈系統的振動幅度逐漸減小，最后趨近于可接受范圍內的某一穩定值。如果耦合的結果是發散的，那么系統的振動將會不可控，葉片系統的振動振幅將會不斷增大，直至超出葉片的承受范圍，致使葉片失效破壞。

在傳統的技術中，進行葉片的主動控制時主要有以下手段：

(1)采用變槳控制，這種控制方法能夠通過控制槳葉的扭轉角度從而減少作用在葉片上的風載，但是與此同時這種方法的制造成本極高，并且在維修和日常管理過程中的成本較高，結構非常復雜。

(2)內置智能材料進行控制，這種控制方法可實現葉片的精確控制，但是在蒙皮中內置智能材料的造價較高，并且因為智能材料埋設在蒙皮內部中，因此維護非常困難。

(3)葉片上添加固定襟翼，這種減小葉片振動的方法是十分有效的，但是一般采用的措施是：在制造時就將葉片上固定的襟翼板安裝好，一經制成不可改變，但是在葉片工作時該襟翼會增加葉片所受的阻力，影響升力作用。因此，在基于傳統技術中無法實現同時考慮葉片的保護以及工作效率下的控制和實施策略無法兼顧，就成了本領域未來需要克服的重要問題。

發明內容

為克服現有技術存在的不足，本發明之目的在于提供一種風力發電機葉片搭載的可控二級襟翼伸出系統，考慮葉片的保護以及工作效率下的控制和實施策略無法兼顧的問題，本發明所提出的風機葉片搭載的可控二級襟翼伸出系統，通過智能地控制葉片的伸出襟翼從而靈活地對葉片進行保護和控制，與此同時盡量不影響葉片的工作效率。通過在葉片蒙皮內部放置本系統，智能地對葉片襟翼(二級)進行控制，從而在必要時減小葉片的振動,通過伸出襟翼增加阻力，并且在風速不大時，使得襟翼保持收縮狀態，不額外浪費風力能源。在控制措施方面，本發明使用最優PID控制方法進行控制參數的自整定，對葉片施加控制。