[发明专利]一种风力发电机叶片搭载的可控二级襟翼伸出系统

说明书

本发明涉及一种风力发电机叶片搭载的可控二级襟翼伸出系统，可实现两级襟翼伸出，包括伸出襟翼、固定架、电机模块、驱动架、保护架、固定架固定装置、横向固定架、电源及转换模块、控制单元、条形电磁铁、推动架、输出箱、电机固定架。先通过传感器探测风速信号，当风速大于最小设定值的时候，控制单元驱动电机和驱动杆通过输出箱推出一级襟翼。当探测到的风速信号大于最大设定值时，控制单元继续增大电流推动二级襟翼伸出，进一步增加襟翼长度，从而增加叶片受到的风阻，降低使叶片振动的载荷，起到对叶片的保护作用。设置保护架对驱动杆进行保护。控制策略选用最优PID算法，控制单元、电源及电源转换模块安装在横向固定架上。

技术领域

本发明公开一种风力发电机装置，特别是涉及一种安装在风力机叶片内部的襟翼系统，还涉及一种通过电机控制可以实现二级襟翼伸出的系统，应用于风力发电装备技术领域。

背景技术

风力发电机叶片作为风力发电机的重要组成部分，近年来成为研究热点。随着风力发电机的发展，叶片的形状由原来相对粗短逐渐发展到更为细长，主流风力机叶轮直径已经达到80米，即单根叶片长度可达40米。叶片越发细长，有些新问题逐渐凸显，叶片气动弹性稳定性就是其中最重要的问题。风力机主要分为垂直轴风力机和水平轴风力机两种类型，而水平轴风力机以其捕获功率大，发展较为成熟，成为目前风力机的主要形式。现在使用最多的是水平轴三叶片风力机。在三叶片水平轴风力机的发展历程中，传统风力机形式粗大，叶片刚度和强度较高，但是近年来随着材料科学、机械设计分析和制造水平的快速提升，风力机叶片的形式变得越来越细长，虽然风能捕获量得到了很大的提高，随之而来刚度和强度较传统叶片降低了很多。叶片在高风速或达到失速条件时发生的动态不稳定现象称为失速颤振。叶片一旦发生颤振，带来的破坏是巨大的。近年来发生在世界各地风场的风力机大风速下的断裂失效也印证了此问题的广泛存在。风力机叶片成本占风机总成本的15％-20％，所以叶片的保护至关重要。

风力机叶片的气动弹性是指风力机叶片在流体气体作用下叶片本身发生变形，但是这种变形本身又对周围流体产生影响的复杂气动问题。具体而言，气弹问题是空气动力、弹性力、惯性力之间相互耦合作用的问题，气弹变形对于流体的影响反过来又对于叶片产生新的气动力，依次往复，如果耦合的结果是收敛的，那么系统将会趋于稳定，叶片气弹系统的振动幅度逐渐减小，最后趋近于可接受范围内的某一稳定值。如果耦合的结果是发散的，那么系统的振动将会不可控，叶片系统的振动振幅将会不断增大，直至超出叶片的承受范围，致使叶片失效破坏。

在传统的技术中，进行叶片的主动控制时主要有以下手段：

(1)采用变桨控制，这种控制方法能够通过控制桨叶的扭转角度从而减少作用在叶片上的风载，但是与此同时这种方法的制造成本极高，并且在维修和日常管理过程中的成本较高，结构非常复杂。

(2)内置智能材料进行控制，这种控制方法可实现叶片的精确控制，但是在蒙皮中内置智能材料的造价较高，并且因为智能材料埋设在蒙皮内部中，因此维护非常困难。

(3)叶片上添加固定襟翼，这种减小叶片振动的方法是十分有效的，但是一般采用的措施是：在制造时就将叶片上固定的襟翼板安装好，一经制成不可改变，但是在叶片工作时该襟翼会增加叶片所受的阻力，影响升力作用。因此，在基于传统技术中无法实现同时考虑叶片的保护以及工作效率下的控制和实施策略无法兼顾，就成了本领域未来需要克服的重要问题。

发明内容

为克服现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种风力发电机叶片搭载的可控二级襟翼伸出系统，考虑叶片的保护以及工作效率下的控制和实施策略无法兼顾的问题，本发明所提出的风机叶片搭载的可控二级襟翼伸出系统，通过智能地控制叶片的伸出襟翼从而灵活地对叶片进行保护和控制，与此同时尽量不影响叶片的工作效率。通过在叶片蒙皮内部放置本系统，智能地对叶片襟翼(二级)进行控制，从而在必要时减小叶片的振动,通过伸出襟翼增加阻力，并且在风速不大时，使得襟翼保持收缩状态，不额外浪费风力能源。在控制措施方面，本发明使用最优PID控制方法进行控制参数的自整定，对叶片施加控制。