[發明專利]一種基于風荷載的自適應塔筒葉尖凈空測量方法及系統

有效

• 申請號: 202111140765.1
• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN113586367B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發明（設計）人: 尹旭曄;水沛
• 申請（專利權）人: 浙江中自慶安新能源技術有限公司
• 主分類號: F03D17/00
• 分類號: F03D17/00
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產權代理事務所(普通合伙) 33329
• 代理人: 趙杰香;金丹丹

1.一種基于風荷載的自適應塔筒葉尖凈空測量方法，其特征在于，所述方法包括步驟：

S1、在風機的機艙下方中軸線處安裝一激光雷達，并根據塔筒的底部中心點位置和風機的迎風方向確定二維坐標體系；

S2、對風機進行標定，獲得無風停機狀態下風機的葉尖的初始坐標和激光雷達的初始坐標，計算激光雷達信號的初始發射角度，發射角度指激光雷達信號的發射方向和重力方向的夾角；

S3、根據獲取的葉片升力與來流風速的關系、葉片推力與來流風速的關系、葉片的幾何信息以及材料信息，構建葉片的有限元分析模型，并獲取任意來流風速下葉片任一位置的形變矢量；

S4、根據獲取的塔筒的幾何信息和材料信息，計算塔筒和機艙連接處接收到的來自風機葉輪的推力，構建塔筒的有限元分析模型，并獲取任意來流風速下塔筒任一位置的形變矢量；

S5、根據所述任意來流風速下葉片任一位置的形變矢量，計算得到在當前來流風速下葉尖的坐標，根據所述任意來流風速下塔筒任一位置的形變矢量，計算得到在當前來流風速下激光雷達的坐標；

S6、根據所述當前來流風速下葉尖的坐標和激光雷達的坐標，計算得到在當前來流風速下激光雷達信號的當前發射角度，并獲取激光雷達所要旋轉的角度，該旋轉角度使激光雷達信號對準葉尖；

S7、當激光雷達信號對準葉尖時測量得到從葉尖到激光雷達信號發射處的距離，并計算得到塔筒葉尖凈空。

2.如權利要求1所述的基于風荷載的自適應塔筒葉尖凈空測量方法，其特征在于，所述步驟S1包括：

所述二維坐標體系的坐標原點為塔筒底部中心點， x軸的正方向為風機的葉輪迎風方向，y軸的負方向為重力方向。

3.如權利要求2所述的基于風荷載的自適應塔筒葉尖凈空測量方法，其特征在于，所述步驟S2包括：

獲得無風停機狀態下風機的葉尖的初始坐標(x_tip0,y_tip0)，以及獲取激光雷達的初始坐標(x_ld0,y_ld0)，計算得到激光雷達信號的初始發射角度θ₀為：

（1）；

其中，x_tip0、y_tip0分別為無風停機狀態下風機的葉尖的初始x軸坐標和初始y軸坐標，x_ld0、y_ld0分別為激光雷達的初始x軸坐標和初始y軸坐標。

4.如權利要求3所述的基于風荷載的自適應塔筒葉尖凈空測量方法，其特征在于，所述步驟S3包括：

根據獲得的風機的葉片升力與來流風速u的關系Cl(u,r_c)，計算得到葉片在來流風速u下受到的總升力CL(u)為：

（2）；

根據獲得的葉片推力與來流風速u的關系Ct(u,r_c)，葉片在來流風速u下受到的總推力CT(u)為；

（3）；

其中，r_c為風機的葉片某一點到葉根的距離，R_C為葉片的葉根到葉尖的長度；

葉片的根部固定要求滿足公式（4）的約束條件：

（4）；

其中，Δx₁(0,u)表示葉片根部在來流風速u下x方向的偏移量，Δy₁(0,u)表示葉片根部在來流風速u下y方向的偏移量；

以公式（2）、（3）、（4）所滿足的條件作為有限元分析模型的邊界條件，構建葉片的有限元分析模型，計算得到任意來流風速u下葉片任一位置的形變矢量X₁為：

（5）；

其中，Δx₁(r_c,u)為葉片某一點位置r_c在來流風速u下的x方向偏移量，Δy₁(r_c,u)為葉片某一點位置r_c在來流風速u下的y方向偏移量，G_blade葉片的幾何信息，M_blade為葉片的材料信息，FEM_b表示葉片的有限元分析模型。