[发明专利]一种水平轴风力发电机组叶片结构加阻装置及方法

说明书

本发明提供的一种水平轴风力发电机组叶片结构加阻装置及方法，其特征在于，叶片迎风面壳体和叶片背风面壳体组成的叶片壳体内表面的主承力结构区域之间设置有多组叶片结构加阻装置本体，用于增加叶片挥舞方向和摆振方向的叶片振动结构阻尼；采用主动吸收叶片结构振动动能并形成能量耗散的方法，实现叶片振动结构阻尼增加；本结构能够节约时间和成本；同时，不影响叶片自身安全性，同时可有助于提高叶片主承力结构屈曲稳定性。

技术领域

本发明涉及风力发电机组叶片增加阻尼，特别涉及一种水平轴风力发电机组叶片结构加阻装置及方法。

背景技术

随着水平轴风力发电机组单机容量大型化、轻量化的发展趋势不断推进，机组设计制造技术进展显著，叶片长度增加、机组功率增大、部件重量减轻、关键部位安全裕度降低，结构也逐渐展现出非线性特性。叶片作为捕获风能的重要工具，总体而言柔性在增加，叶片的挠度、振动都在增大，疲劳失效形式起到更为关键的作用，叶片—塔筒干涉问题、颤振失效问题等等也更容易发生。

通过调整机组控制策略、增加风轮仰角等设计，可以有效降低载荷、增大叶片—塔筒净空、躲避失速区段，但绝大部分源于外部的解决方案通常只能缓解某一类问题。而希望系统解决由叶片柔性引发的诸多相关问题，就需要从叶片自身性能着手，才会起到事半功倍的效果。

现阶段长柔叶片设计是经过技术迭代发展(即叶片自身优化和/或同配型机组关键部件联合优化)后得到的结果，可以支持风轮更好地捕获风能，并且已充分释放剩余安全裕度。倘若通过增加铺层的方式增加叶片刚度(即降低柔性)，叶片的重量、安全裕度就会相应增加，而倒退向优化前的结构设计。

如何找到更经济的方案，既可以等效提高叶片刚度，又不会过多地增加叶片重量？就需要跳出静力学的结构设计分析方法，站在动力学的角度，通过增加叶片阻尼，降低系统动力学响应(即减小叶片振动)，起到优化现有问题的作用。经过调研，已有的类似技术工作很有限，可以分为以下几类：

1)通过监测控制的方法实现

采集叶片振动加速度值，与预设参考值进行比较，调整叶片减振控制系统的阻尼，减小叶片振动。

发明名称：一种风力发电机组叶片减振控制方法及系统(公开号CN104033334A)

2)通过牵拉施载的方法实现

在叶片内部安装预应力缆绳，缆绳将叶片振动通过动滑轮组放大后，带动电涡流阻尼旋转，从而耗散能量，减小叶片振动。

发明名称：一种大型风电叶片预应力索多向减振装置及连接方法(公开号CN109058049B)

专利1)是利用控制系统调整阻尼，进而减小叶片振动。传感器的布置、信号采集与监测分析、控制策略的确定都会对振动幅值降低产生不同程度的影响，相关研发技术核心内容需要同整机、叶片设计联合开发，周期较长。专利2)是利用牵拉张紧传递并放大振动，引入阻尼耗散，进而减小叶片振动。为将叶片振动激励、阻尼耗散反馈长距离传递，牵拉力需要保证缆绳在叶片大变形情况下始终张紧，相关固定连接位置的安全性需单独校核，可能会对叶片本身的安全运行产生影响。

本专利试图描述一种动力吸振装置，可以起到增加水平轴风力发电机组叶片振动结构阻尼的作用。该装置的研发，无需介入整机设计环节，可结合叶片设计独立实现，对叶片自身安全性影响小。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水平轴风力发电机组叶片结构加阻装置及方法，解决现有技术中为减小叶片挥舞方向和/或摆振方向结构振动存在的技术缺陷。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

本发明提供的一种水平轴风力发电机组叶片结构加阻装置，其特征在于，叶片迎风面壳体和叶片背风面壳体组成的叶片壳体内表面的主承力结构区域之间设置有多组叶片结构加阻装置本体，用于增加叶片挥舞方向和摆振方向的叶片振动结构阻尼。