一種可變阻尼式葉片結構及調節方法與流程
2024-04-13 16:48:05
1.本發明涉及風力發電機葉片技術領域，更具體地說，涉及一種可變阻尼式葉片結構及調節方法。
背景技術：
2.目前，風電機組大型化成為了行業內降本增效的重要手段。隨著葉片長度的增加，導致葉片結構的剛度降低、葉片動力學響應增大以及氣彈穩定性更差，葉片結構在整個生命周期中受到的各類疲勞損傷、結構破壞、掃塔、渦激振動的風險也越來越大，因此需要採取相應的措施降低葉片在各種工況下的響應。
3.現有技術中，解決葉片響應過大的措施，主要是針對特定工況而實施的措施，比如為了防止掃塔工況下，葉片結構破壞的問題，在風機運行中使用變槳控制，降低葉片載荷，減小葉片響應，但會損失發電量。然而，目前難以解決在葉片渦激振動工況下，降低葉片響應。
4.因此，如何降低葉片在各種工況下的運動響應，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
5.有鑑於此，本發明的目的在於提供一種可變阻尼式葉片結構，以降低葉片在各種工況下的運動響應；
6.本發明的另一目的在於提供一種可變阻尼式葉片結構的調節方法。
7.為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
8.一種可變阻尼式葉片結構，包括：
9.葉片殼體；
10.載荷傳感器，設置於所述葉片殼體的內表面，用於監測所述葉片結構的載荷值和變形量；
11.主梁框架，設置在所述葉片殼體的內部，用於支撐葉片結構；
12.阻尼器，設置於所述主梁框架上，用於增加所述葉片結構的阻尼值，以降低所述葉片結構的運動響應。
13.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述主梁框架上設置有安裝框架；所述阻尼器連接在所述安裝框架上。
14.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述安裝框架包括第一腹板和第二腹板；所述第一腹板和所述第二腹板之間設置有肋板，所述肋板用於連接所述第一腹板和所述第二腹板；所述阻尼器至少為兩個，且分別位於所述肋板的兩側。
15.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述主梁框架包括第一側板和第二側板，且所述第一側板和所述第二側板相對設置；所述第一側板的外側面和所述第二側板的外側面分別與所述葉片殼體抵接；所述第一腹板與所述第一側板的內側面抵接；所述第二腹板
與所述第二側板抵接；所述肋板垂直於所述第一腹板和所述第二腹板設置。
16.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述阻尼器的兩端分別可拆卸連接於所述第一腹板和所述第二腹板。
17.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述安裝框架為多個，且各個所述安裝框架間隔設置於所述主梁框架上。
18.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述第一腹板沿葉片弦長方向的長度大於所述第一腹板沿葉片展向方向的長度；所述第二腹板沿葉片弦長方向的長度大於所述第二腹板沿葉片展向方向的長度。
19.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述阻尼器為磁流變阻尼器。
20.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構中，所述載荷傳感器為應力應變片，所述應力應變片貼附在所述葉片殼體的內表面。
21.一種可變阻尼式葉片結構的調節方法，包括步驟：
22.監測載荷值和變形量，通過設置於葉片殼體內表面的載荷傳感器實時監測葉片結構的載荷值和變形量，並將實時監測的所述載荷值和所述變形量反饋至控制單元；
23.載荷值和變形量校核，所述控制單元根據反饋的所述載荷值和所述變形量與預設值進行比對校核；
24.調整阻尼值，所述控制單元根據校核結果，調整設置於主梁框架上的阻尼器的參數，以增加所述葉片結構的阻尼值。
25.可選地，在上述可變阻尼式葉片結構的調節方法中，所述預設值包括載荷預設值和變形量預設值；所述載荷預設值和所述變形量預設值為所述葉片結構正常工作狀態下的載荷值和變形量。
26.本發明提供的可變阻尼式葉片結構，通過設置在葉片殼體的內表面上的載荷傳感器，對葉片結構的載荷值和變形量進行監測，進而使得能夠根據監測的載荷值和變形量結果，通過設置於主梁框架上的阻尼器，實現增加葉片結構的阻尼值，從而達到降低葉片結構的運動響應。
27.與現有技術相比，本發明提供的可變阻尼式葉片結構，通過設置於主梁框架上的阻尼器，根據載荷傳感器監測葉片結構所得到的載荷值和變形量，增加葉片結構的阻尼值，從而降低葉片結構的運動響應。由於在各種工況下，均可通過阻尼器增加葉片結構阻尼值，降低葉片結構運動響應，不受葉片的主體結構形式和特定工況的限制，實現了降低葉片在各種工況下的運動響應。
附圖說明
28.為了更清楚地說明本技術實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
29.圖1為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的示意圖；
30.圖2為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的剖面圖一；
31.圖3為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的剖面圖二；
32.圖4為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的原理圖一；
33.圖5為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的原理圖二；
34.圖6為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的調節方法的流程圖一；
35.圖7為本發明實施例提供的可變阻尼式葉片結構的調節方法的流程圖二。
36.其中，100為葉片結構，101為葉片殼體，1011為葉根，1012為葉尖，102為主梁框架，200為載荷傳感器，300為安裝框架，301為阻尼器，302為第一腹板，303為第二腹板，304為肋板，400為控制單元。
具體實施方式
37.本發明的核心在於提供一種可變阻尼式葉片結構，以降低葉片在各種工況下的運動響應；
38.本發明的另一核心在於提供一種可變阻尼式葉片結構的調節方法。
39.下面將結合本技術實施例中的附圖，對本技術實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本技術一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本技術中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本技術保護的範圍。
40.如圖1至圖3所示，本發明實施例公開了一種可變阻尼式葉片結構，包括葉片殼體101、載荷傳感器200、主梁框架102和阻尼器301。
41.其中，如圖1所示，載荷傳感器200設置於葉片殼體101的內表面，用於監測葉片結構100的載荷值和變形量。具體地，本領域相關技術人員可以理解的是，葉片結構100的葉根1011部位所承受的載荷量最大，而葉尖1012部位發生的變形量最大，因此只需將載荷傳感器200設置於葉根1011和葉尖1012的部位即可，同時為了保證監測的載荷值和變形量的連續性和完整性，在葉中部位同樣設置有載荷傳感器200，以監測葉中部位的載荷值和變形量。需要說明的是，載荷傳感器200隻需設置在葉片殼體101相應位置的一側即可，即載荷傳感器200設置在葉片殼體101的上側面(圖2視角)或葉片殼體101的下側面(圖2視角)。圖1所示的載荷傳感器200的設置位置僅為示意，僅表示載荷傳感器200設置在葉片殼體101的內表面。
42.如圖2和圖3所示，主梁框架102設置在葉片殼體101的內部，以支撐整個葉片結構100，提高葉片結構100的整體性和強度，以使葉片結構100具有較大的剛度，防止由於葉片結構100的尺寸過長而導致葉片結構100發生變形。
43.如圖2所示，由於主梁框架102為整個葉片結構100的支撐結構，為了提高阻尼器301增加葉片結構100的阻尼值的效果，將阻尼器301設置於主梁框架102上，通過提高阻尼器301的阻尼值，增加了主梁框架102的阻尼值，進而更加有效地增加了葉片結構100的阻尼值，以降低葉片結構100的運動響應。其中，對於同一個葉片結構100，受到相同外力的作用下，葉片結構100的阻尼值越大，葉片結構100所產生的運動響應越低，即發生的位移越小。需要說明的是，本領域相關技術人員可以理解的是，從能量守恆的角度而言，在相同的外界輸入能量下，阻尼器301吸收的能量越多，葉片結構100本身吸收的能量越少，葉片結構100產生的變形也就越小，由此可知阻尼值的增加對於葉片結構100的運動響應具有抑制作用。
44.在一具體實施例中，通過設置在葉片殼體101的內表面上的載荷傳感器200，對葉
片結構100的載荷值和變形量進行監測，進而根據監測的載荷值和變形量結果與葉片結構100在正常工作狀態下的載荷值和變形量進行比對，當葉片結構100處於非正常狀態，即載荷值過大、變形量過大或產生渦激振動時，通過設置於主梁框架102上的阻尼器301，實現增加葉片結構100的阻尼值，從而達到降低葉片結構100的運動響應。
45.本發明提供的可變阻尼式葉片結構，通過設置在葉片殼體101的內表面上的載荷傳感器200，對葉片結構100的載荷值和變形量進行監測，進而使得能夠根據監測的載荷值和變形量結果，通過設置於主梁框架102上的阻尼器301，實現增加葉片結構100的阻尼值，從而達到降低葉片結構100的運動響應。
46.與現有技術相比，本發明提供的可變阻尼式葉片結構，通過設置於主梁框架102上的阻尼器301，根據載荷傳感器200監測葉片結構100所得到的載荷值和變形量，增加葉片結構100的阻尼值，從而降低葉片結構100的運動響應。由於在各種工況下，均可通過阻尼器301增加葉片結構100阻尼值，降低葉片結構100運動響應，不受葉片的主體結構形式和特定工況的限制，實現了降低葉片在各種工況下的運動響應。
47.進一步地，如圖2和圖3所示，在一具體實施例中，主梁框架102為口字型結構，且在主梁框架102內形成有腔體，阻尼器301設置於腔體內。為了避免阻尼器301對主梁框架102的破壞，主梁框架102上設置有安裝框架300。具體地，安裝框架300設置在主梁框架102的腔體內，阻尼器301連接在安裝框架300上，以實現阻尼器301與主梁框架102之間的固定。其中，安裝框架300包括第一腹板302和第二腹板303。為了方便理解，將如圖2所示的安裝框架300的上腹板定義為第一腹板302，安裝框架300的下腹板定義為第二腹板303，且在第一腹板302和第二腹板303之間設置有肋板304，肋板304用於連接第一腹板302和第二腹板303，以使安裝框架300形成整體結構，從而提高安裝框架300的剛度和強度，阻尼器301至少為兩個，且分別位於肋板304的兩側，使得阻尼器301沿肋板304呈左右對稱分布，以使整個安裝框架300受力更加均勻，有效地防止了因安裝框架300左右兩側因受力不均而導致安裝框架300發生扭轉變形，從而不利於主梁框架102的受力。需要說明的是，阻尼器301至少為兩個指的是葉片結構100的截面上，即葉片弦長的方向上。在本實施例中，阻尼器301為兩個且設置於肋板304的兩側。
48.進一步地，如圖2所示，在一具體實施例中，主梁框架102包括第一側板和第二側板，且第一側板和第二側板相對設置，為了方便理解，將主梁框架102的上側板定義為第一側板，主梁框架102的下側板定義為第二側板，其中，第一側板的外側面和第二側板的外側面分別與葉片殼體101抵接。第一腹板302與第一側板的內側面抵接，第二腹板303與第二側板抵接，肋板304垂直於第一腹板302和第二腹板303設置，在連接第一腹板302和第二腹板303的同時，對整個主梁框架102起到支撐的作用，避免了因阻尼器301的設置而導致主梁框架102破壞的問題，從而進一步提高了葉片結構100的強度和剛度。需要說明的是，阻尼器301在安裝框架300上可以垂直布置，即垂直於第一腹板302和第二腹板303設置，也可以沿葉片展向方向傾斜設置，同時可增加肋板304兩側的阻尼器301與中間肋板304之間的間距，以降低葉片結構100的扭轉變形。
49.進一步地，由於阻尼器301為耗損件，需要經常進行檢修和更換，在本發明實施例中，將阻尼器301的兩端分別可拆卸連接於第一腹板302和第二腹板303，以便當阻尼器301發生故障時對其進行檢修和更換。具體地，阻尼器301的兩端通過螺栓連接於第一腹板302
和第二腹板303，當然也可以採用其它可拆卸方式進行連接，本文在此不再一一列舉。
50.進一步地，在一具體實施例中，安裝框架300為多個，且各個安裝框架300間隔設置於主梁框架102上。具體地，各個安裝框架300間隔設置於主梁框架102的腔體內，為了提高阻尼器301增加葉片結構100的阻尼值的阻尼效果以及綜合成本考慮，本領域相關技術人員可以理解的是，從葉片中部至葉尖1012的方向上布置主梁框架102和阻尼器301的數量可以多於從葉根1011至葉片中部的方向上布置的主梁框架102和阻尼器301的數量，以使得阻尼值的增加，對降低葉片結構100的運動響應的效果更佳。當然，安裝框架300也可以為一個，且貫通於整個主梁框架102內，阻尼器301布置在相應位置上，其中，阻尼器301的布置與安裝框架300間隔布置的方式相同，本文在此不再贅述。
51.進一步地，第一腹板302沿葉片弦長方向的長度大於第一腹板302沿葉片展向方向的長度，第二腹板303沿葉片弦長方向的長度大於第二腹板303沿葉片展向方向的長度，以使得阻尼器301對主梁框架102的作用力有效分散，從而提高阻尼器301的阻尼效果。
52.進一步地，在一具體實施例中，阻尼器301採用磁流變阻尼器。當葉片結構100處於非正常狀態，即載荷值過大、變形量過大或產生渦激振動時，通過變壓器增大電壓，使得磁流變阻尼器線圈內的電流增大，從而導致節流孔內的磁場增強，磁流變液流過節流孔的阻力也隨之增大，使得阻尼器301輸出的阻尼值增大，反之，電流減小，阻尼值也減小。因此通過對輸入電流的調節，即可控制阻尼器301輸出阻尼值的大小，從而增加葉片結構100的阻尼值，降低葉片結構100的運動響應。
53.進一步地，在一具體實施例中，載荷傳感器200採用應力應變片，應力應變片貼附在葉片殼體101的內表面，且分別位於葉片結構100的葉根1011、葉中部位和葉尖1012，以實現對葉片結構100整體的載荷值和變形量進行實時監測。需要說明的是，應力應變片監測載荷值和變形量的方法為現有技術，本文在此不再贅述。
54.本發明實施例還公開了一種可變阻尼式葉片結構的調節方法，其調節方法的原理如圖4和圖5所示，通過載荷傳感器200實時監測葉片結構100的載荷值和變形量反饋至控制單元400，控制單元400根據反饋的載荷值和變形量與預設值進行比對校核，同時，控制單元400根據校核結果，增加阻尼器301的輸出阻尼值，從而增大葉片結構100的阻尼值，降低葉片結構100的運動響應。具體步驟如圖6和圖7所示，包括：
55.s100，監測載荷值和變形量；
56.通過設置於葉片殼體101內表面的載荷傳感器200實時監測葉片結構100的載荷值和變形量，並將實時監測的載荷值和變形量反饋至控制單元400。需要說明的是，在本實施例中，載荷傳感器200均採用應力應變片，具體實施方式在上述實施例中已進行解釋和說明，本文在此不再贅述。
57.s101，載荷值和變形量校核；
58.控制單元400根據反饋的載荷值和變形量與預設值進行比對校核，並進行s102，判斷是否超過預設值，其中，預設值包括載荷預設值和變形量預設值。需要說明的是，載荷預設值和變形量預設值為葉片結構100正常工作狀態下的載荷值和變形量。
59.s103，調整阻尼值；
60.控制單元400根據校核結果，調整設置於主梁框架102上的阻尼器301的參數，以增加葉片結構100的阻尼值，從而降低葉片結構100的運動響應。具體地，當載荷值超過載荷預
設值，和/或變形量超過變形量預設值時，此時葉片結構100處於非正常狀態，控制單元400通過調整阻尼器301的參數，以增加葉片結構100的阻尼值；當增加葉片結構100的阻尼值後，控制單元400重新進行載荷值和變形量的校核，若未超過預設值，即葉片結構100處於正常的工作狀態，此時控制單元400控制阻尼器301停止工作，從而達到降低葉片結構100的運動響應的目的。需要說明的是，本發明實施例中，阻尼器301均採用磁流變阻尼器，磁流變阻尼器增大葉片結構100的阻尼值的方式在上面實施例中已進行解釋和說明，本文在此不再贅述。
61.本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語「第一」和「第二」等是用於區別不同的對象，而不是用於描述特定的順序。此外術語「包括」和「具有」以及他們任何變形，意圖在於覆蓋不排他的包含。例如包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或設備沒有設定於已列出的步驟或單元，而是可包括沒有列出的步驟或單元。
62.對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。