[发明专利]用于抑制风力发电机叶片颤振失稳的被动式电涡流阻尼器

说明书

本发明公开了一种用于抑制风力发电机叶片颤振失稳的被动式电涡流阻尼器，包括永磁体棒、传递轴和导磁体材料制作而成的套筒，永磁体棒、传递轴及套筒均设于风力发电机叶片本体内，永磁体棒一端通过第一安装固定结构与叶片本体根部固连，永磁体棒另一端伸入套筒一端内，套筒另一端与传递轴一端固连，传递轴另一端通过第二安装固定结构与叶片本体尖端固连。本发明解决了大型兆瓦级风力机柔性叶片的颤振失稳问题，耐久性好，稳定性好，使用寿命长，结构简单，造价低，抑颤效果好，容易维护，通用性好，商业前景广阔。

技术领域

本发明属于结构振动控制领域，特别涉及一种用于抑制风力发电机叶片颤振失稳的被动式电涡流阻尼器。

背景技术

随着世界风能产业的不断发展，风力发电机尺寸的大型化、叶片的细长化成为必然趋势。2018年三一重工和维斯塔斯公司已推出叶片长度超90米的10兆瓦风力机机型。同时这一大型化趋势将使得风力机叶片气弹稳定性问题变得越发突出。尤其是叶片的经典颤振失稳问题，其不仅影响风力机工作性能，产生气动噪声，更加严重的是，显著降低叶片疲劳寿命，甚至导致叶片的直接断裂破坏。已有文献研究表明，对于下一代10+兆瓦级别风力机而言，其颤振临界转速的理论计算值等于甚至小于额定转速。说明颤振失稳问题将成为制约下一代风力机发展的关键问题之一。

目前针对风力机叶片颤振控制的研究较少，主要采用两类技术手段：一、气动措施，通过改变风力机叶片气动外形从而改善叶片气动荷载进而提高叶片气弹稳定性，比如采用带有主动控制系统的后缘襟翼叶片；或者在叶片尾翼安装可主动控制长短的微型扰流片等。然而，风力机叶片颤振失稳仅发生在附着流的情况下，此时叶片的气动升力与风攻角呈线性关系。根据准定常气动力理论可知风力机颤振临界转速值与叶片气动升力曲线的斜率有关，而叶片气动外形的变化对气动升力曲线的斜率影响很小，因此上面所提到的气动措施对颤振控制效果非常有限。二、结构措施，通过改变叶片结构特性来提高叶片颤振临界转速，比如改变叶片截面重心、气动中心以及剪切重心的相对位置；或者采用正交异性复合材料改变叶片弯扭耦合程度；或者在叶片内增加阻尼材料层来提高叶片结构阻尼；又或者在叶片中埋入压电材料、记忆合金等智能材料。然而通过改变叶片截面重心、气动中心以及剪切重心的相对位置来提高风力机颤振临界转速仅适用于小型风力机，无法应用到大型商用风力机机型上；通过采用正交异性复合材料改变叶片弯扭耦合度来提高风力机颤振临界转速的方法，已有研究结果表明其抑颤效果十分有限，对风力机颤振临界转速的提升不足15％，远远无法满足今后风力机安全设计标准；而通过在叶片中增加阻尼层来提高结构阻尼进而提高风力机叶片颤振临界转速的方法，将导致叶片制造成本剧增，同时在叶片中增加阻尼层会削弱叶片刚度；而通过在叶片中埋入压电片、记忆合金等智能材料来提高风力机颤振临界转速则需要在叶片中布设大量智能材料并配合主动控制系统，因此该方法同样将使得叶片制造成本剧增。

综上，需要发明一种全新的减振装置，满足今后10+兆瓦级别风力机叶片颤振设防要求。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述现有技术的不足，提供一种用于抑制风力发电机叶片颤振失稳的被动式电涡流阻尼器，解决了大型兆瓦级风力机柔性叶片的颤振失稳问题，耐久性好，稳定性好，使用寿命长，结构简单，造价低，抑颤效果好，容易维护，通用性好，商业前景广阔。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种用于抑制风力发电机叶片颤振失稳的被动式电涡流阻尼器，其结构特点是包括永磁体棒、传递轴和导磁体材料制作而成的套筒，永磁体棒、传递轴及套筒均设于风力发电机叶片本体内，永磁体棒一端通过第一安装固定结构与叶片本体根部固连，永磁体棒另一端伸入套筒一端内，套筒另一端与传递轴一端固连，传递轴另一端通过第二安装固定结构与叶片本体尖端固连。