[发明专利]具有局部廓形变形功能的桨叶装置及系统和控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及在流体中的运动体、翼型、桨叶等的控制变形技术领域，具体地，涉及一种具有局部廓形变形功能的桨叶装置及系统和控制方法。 

背景技术

风机发电功率控制多采用变桨技术。风机的变桨作业正常运行时可进行连续变桨或紧急停止状态下的全顺桨变桨。风机的这种变桨驱动运行方式，有利于风机系统启动平稳，使发电功率实现较稳定调节。目前，实现这种变桨调节的驱动系统多采用液压变桨系统，其连续变桨过程是由液压比例阀控制液压油的流量大小来进行位置和速度控制的。这种液压变桨系统由电动液压泵作为工作动力，液压油作为传递介质，电磁阀作为控制单元，通过将油缸活塞杆的径向运动变为桨叶的圆周运动来实现桨叶的变桨距。变桨距伺服控制系统由信号给定、比较器、位置(桨距)控制器、速率控制器、D/A转换器、执行机构和反馈回路组成。液压变桨执行机构由油箱、液压动力泵、动力单元蓄压器、液压管路、旋转接头、变桨系统蓄压器以及三套独立的变桨装置组成。 

根据上述液压变桨系统的构成，可以看出利用这种系统实现变桨，其组成环节复杂，部件多，系统的体积和质量大，造价高。另外，由于桨叶是在不断旋转的，必须通过一个旋转接头将机舱内液压站的液压油管路引入旋转中的轮毂，液压油的压力有几十兆帕，这也使制造工艺要求较高，难度较大，管路也容易发生泄漏事故。 

特别是，这种桨叶变桨驱动方式，对驱动系统的驱动负载很大，不可能实现对多变化风载荷的实时响应驱动的变桨驱动，不具备对于变化风速的快速灵敏的适应性桨叶受力转动/转速调节，因此，难以实现对风机发电功率灵敏和稳定的调节。 

同时，在传统变桨系统运行调节过程中，由于变载荷风力的同时作用，使整个分离发电机系统产生振动和冲击，这种振动、冲击对风机结构和其中的系统都会带来交变载荷下的应力和应变大幅变化，甚至在大风速工况下，会引起风机结构的破坏和损伤，造成安全隐患或重大经济损失。这种由于变载荷风力作用下的风机结构 或部件的振动响应和冲击，也无法通过上述变桨驱动系统进行实时调节来降低风力作用下的振动和冲击影响。 

发明内容

本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种具有局部廓形变形功能的桨叶装置及系统和控制方法。该桨叶装置通过在桨叶上的适当位置局部安装小型驱动装置，来改变桨叶或翼型的局部形状(即改变桨叶廓形)，从而迅速改变桨叶/翼型表面的升力和阻力差，进而实现实时调节桨叶所受到的风力推动力和控制桨叶转速，以最终实现风机发电功率(可限风机发电功率输出)和风机结构在变化风载荷下振动主动减振的实时高效控制。 

本发明是通过以下技术方案实现的。 

根据本发明的一个方面，提供了一种具有局部廓形变形功能的桨叶装置，包括桨叶结构框体和变形驱动装置，所述桨叶结构框体的外部廓形在局部位置上固联变形蒙皮，所述变形驱动装置与变形蒙皮位置对应设置，所述变形蒙皮在变形驱动装置的驱动下发生变形。 

优选地，所述变形驱动装置为1个或多个，多个变形驱动装置构成组合结构或阵列结构。 

优选地，所述变形驱动装置包括位移驱动器，所述位移驱动器安装在桨叶结构框架上，并通过产生伸长位移或输出力位移，所述位移输出方向指向变形蒙皮；或 

所述变形驱动装置包括位移驱动器和位移输出过度结构，所述位移驱动器通过位移输出过度结构与变形蒙皮相接触，并通过产生伸长位移或输出力位移。 

优选地，所述位移驱动器采用如下任一种或任多种结构： 

-包括至少一个电磁体和设置于电磁体磁链路上的至少一个永磁体，形成控制磁场，所述永磁体在控制磁场的驱动力下移动；所述永磁体上刚性连接驱动体，所述驱动体在永磁体的带动下产生位移输出，且位移输出方向指向变形蒙皮位置，进而驱动变形蒙皮产生变形； 

-包括驱动机构和通过驱动机构驱动的旋转体，所述旋转体包括上端为斜面的支撑体和紧贴斜面设置的支承平台，所述支承平台向下倾斜的一端设有凸块，旋转体旋转过程中凸块位置变化，进而驱动变形蒙皮产生变形； 

-包括电磁体和永磁体，所述永磁体为方向异形体，所述方向异形体的两端磁 极在磁场作用力下绕轴倾斜摆动，形成位移差，进而驱动变形蒙皮产生变形； 

-磁致伸缩棒，通过磁激励作用产生变形，进而驱动变形蒙皮变形； 

-压电材料体，通过电压信号作用产生变形，进而驱动变形蒙皮变形； 

-磁致伸缩形状记忆合金材料体或相变材料体，通过电激励作用升温后产生变形，进而驱动变形蒙皮变形；