[发明专利]一种环境自适应叶片及其控制方法

说明书

本发明公开一种环境自适应叶片及控制方法，叶片包括：叶片固定端、叶片活动端、主轴固定端和主轴活动端；主轴固定端一端与轮毂连接，另一端与主轴活动端滑动连接；主轴固定端内部中空；主轴固定端的直径大于主轴活动端的直径；主轴活动端的一段收容于主轴固定端内，另一端固定连接有叶片活动端；主轴固定端的外周固定有叶片固定端；本发明通过设计叶片活动端，可以根据工况改变叶片的长度，对应不同的环境；实现叶片的模块化设计，一个型号的叶片可以适应多个区域的风场情况。

技术领域

本发明属于风力发电技术领域，特别涉及一种环境自适应叶片及其控制方法。

背景技术

近些年，随着风电技术和产业链配套的成熟，风电机组向着功率大型化、平台系列化、风场定制化发展，风电机组安装地点向着低风速地区和海上风电场方向发展。为了最大化利用风能资源和降低整机成本，风电机组整机厂商不得不采用平台化的开发方式，用一个机组平台配套多种长度的叶片，以应对不同风速地区的要求。较短叶片，可以用于风速高的地区，长叶片可以用于风速低的地区。例如当前市场主流的3MW机组平台，叶片长度范围从60米到接近80米，也就是说一个机组平台对应配套一系列的叶片，以应对不同风速地区的装机要求，这就对叶片的型号提出了更多的需求。

叶片的成本主要包括开发成本、模具成本、生产成本，叶片种类繁多，使得单一型号的叶片装机量减少，这就导致叶片的开发成本和模具成本居高不下。每个型号的叶片，只能适应于特定的风速地区，例如，长叶片设计用来适应低风速地区，以获取更多的风能，如把长叶片的机组安装于高风速地区，机组的安全性将难以保证；短叶片设计用来适应高风速地区，能抵抗更高的风速，甚至台风等，但短叶片在低风速段的发电性能欠佳。

当前，整机厂商的机组(除叶片外)设计已经做到了平台化设计，一个平台可以配套多种型号叶片，这样机组平台就实现了标准化，通过规模化效应达到降成本的目的。但叶片的设计开发，仍然是采用单一的设计条件，单一型号叶片不能同时满足多种风速地区的需求。

为尽可能捕捉和利用风能，现有的技术途径主要是通过不断增大叶轮直径和优化叶型来实现，不仅投资成本高而且材料的利用率低，现有技术中的叶片在使用过程中无法实时变化叶片的截面形状和叶片的长度，因此无法在不同风力参数工况下(风功率密度、风速、空气密度、湍流强度、风切变等)最大化的利用风能，叶片捕捉的风能有限，有效利用率不高。

在应对极限风速等恶劣工况时，现有技术主要通过控制叶片顺桨，让风电机组停止运行来避免出现对机组的损害，降低了对风能的利用率。

在应对叶片覆冰等恶劣工况时，现有技术主要通过加热或通过外部设备介入来实现，不仅除冰效果不明显而且无法做到实时除冰。

发明内容

本发明的目的在于提供一种环境自适应叶片及其控制方法，以解决现有技术中单一型号叶片不能同时满足多种风速地区需求的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种环境自适应叶片，包括：片固定端、叶片活动端、主轴固定端和主轴活动端；

主轴固定端一端与轮毂连接，另一端与主轴活动端滑动连接；主轴固定端内部中空；主轴固定端的直径大于主轴活动端的直径；主轴活动端的一段收容于主轴固定端内，另一端固定连接有叶片活动端；

主轴固定端的外周固定有叶片固定端。

本发明进一步的改进在于：叶片固定端中设有容置腔，能够容纳部分叶片活动端。

本发明进一步的改进在于：还包括用于驱动主轴活动端轴向运动的伸缩驱动机构。

本发明进一步的改进在于：伸缩驱动机构为液压驱动机构、气动驱动机构或者电动驱动机构。

本发明进一步的改进在于：主轴固定端上设有若干辅助支撑和辅助支撑驱动机构；辅助支撑驱动机构用于驱动辅助支撑沿主轴固定端径向伸缩，用于支撑叶片固定端。