一种风力发电机叶片及其结构设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN105893711A(43)申请公布日2016.08.24(21)申请号201610304209.6(22)申请日2016.05.07(71)申请人安徽科技学院地址230000安徽省滁州市凤阳县东华路9号(72)发明人乔印虎陈家栓张春燕陈杰平柳伟续方树平张春雨(74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所(普通合伙)11350代理人汤东凤(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)F03D17/00(2016.01)权利要求书1页说明书7页附图6页(54)发明名称一种风力发电机叶片及其结构设计方法(57)摘要本发明公开了一种风力发电机叶片结构及其设计方法，其中，所述设计方法包括：A、使用威布尔函数模型估算风速，并依据函数模型的分布曲线，确定启动风速及额定风速；B、设定叶片的尖速比、叶片数、翼型以及风轮直径；C、基于威尔逊法，计算获取叶素的弦长、安装角以及翼型。上述方法运用了动力学的理论对叶片进行分析，从风速的推导，到叶片数量的选择，到翼型的选取，再到对风轮直径的计算，详细的对风力发电机的关键部位叶片进行了研究与设计，获得了叶片结构设计中的重要参数，是对叶片结构设计的很好的补充。CN105893711ACN105893711A权利要求书1/1页1.一种风力发电机叶片结构设计方法，其特征在于，所述设计方法包括：A、使用威布尔函数模型估算风速，并依据函数模型的分布曲线，确定启动风速及额定风速；B、设定叶片的尖速比、叶片数、翼型以及风轮直径；C、基于威尔逊法，计算获取叶素的弦长、安装角以及翼型。2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片结构设计方法，其特征在于，所述步骤B中，通过如下算式估算风轮直径：P＝CP(1/2)ρP(3ππD2/*η1*η2＝0.49V13D2η1ηη其中，P为风力发电机输出功率，V1为设计的风速，D为风轮直径，ρ为空气的密度，η1为发电机的效率，η2为传动效率。3.一种使用如权利要求1所述的设计方法的风力发电机叶片，其特征在于，所述风力发电机叶片为NACA4412翼型，叶片数为3个，叶片平均分为18个截面。4.根据权利要求3所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述风力发电机叶片为玻璃钢材质。5.根据权利要求3所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述风力发电机叶片还包括叶片监测装置；所述叶片监测装置包括：采集叶片运行信号的数据采集单元；与数据采集单元连接，获取所述叶片运行信号，并据此进行逻辑判断，输出对应控制信号的处理器单元以及与所述处理器单元连接，获取所述控制信号并执行相应操作的执行机构。6.根据权利要求5所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述数据采集单元包括获取叶片震动加速度信号的加速度传感器以及获取叶轮转速信号的转速传感器。7.根据权利要求5所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述数据采集单元与处理器单元之间还依次设置有模数转换电路；所述叶片运行信号转换为电压信号后，经模数转换电路转换，输入至所述处理器单元。8.根据权利要求7所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述叶片监测装置还包括一滤波器单元；所述滤波器单元与所述处理器单元连接，滤除处理器单元获取的信号；所述处理器单元在滤波器单元处理后，计算信号频率平均值并输出对应的控制信号。9.根据权利要求8所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述滤波器单元滤除频率在1.7-1.75Hz和3.05-3.2Hz两个阶段的信号。10.根据权利要求8所述的风力发电机叶片，其特征在于，所述滤波器单元为有源滤波电路。2CN105893711A说明书1/7页一种风力发电机叶片及其结构设计方法技术领域[0001]本发明涉及风力发电机技术领域，尤其涉及一种风力发电机叶片及其结构设计方法。背景技术[0002]随着人类对能源需求的不断增加，以及化石能源造成的环境污染、温室效应等问题的出现，能源安全已成为世界各国面临的最重要的问题。风能是目前最有开发利用前景的可再生清洁能源,风力发电作为风能利用的主要方式而备受关注。我国除台湾外累计风电装机容量已达4400万千瓦，已经超过美国成为装机第一的风电大国。国内风电市场已经进入高速发展阶段，风电发展的市场空间非常巨大。实现设备产业化、降低工程造价是风电大规模发展的需要。[0003]其中，叶片是风力发电机组吸收风能的关键部件，叶片质量好坏直接关系着机组运行的安全性。机组的载荷主要由叶片产生，叶片承受的载荷主要有吸收风载的气动载荷、本身的重力载荷以及转动时产生的离心力载荷。随着机组容量不断增大，叶片的长度也越来越长，为了降低成本，薄壳结构的叶片也变得越来越轻巧，结构的挠性变得越大。叶片在旋转过程中受到大气边界层的剪切风、随机阵风、塔影效应、变桨、偏航、气动的不平衡、叶片本身