气动平衡调节方法、气动平衡调节系统及风力发电机的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种气动平衡调节系统，包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、数据处理单元及控制单元，数据处理单元分别与第一应变片、第二应变片、第三应变片、控制单元电连接；第一应变片用于检测第一叶片的应力；第二应变片用于检测第二叶片的应力；第三应变片用于检测第三叶片的应力；数据处理单元用于将第一应变片、第二应变片及第三应变片反馈的数据进行处理并比对，控制单元根据比对结果控制变桨机构动作。通过上述的气动平衡调节系统，风力发电机可以根据实际受力状况实时调整叶片的变桨角，进而使三个叶片达到气动平衡的状态。另外，本发明还公开了一种气动平衡调节方法及风力发电机。
【专利说明】
气动平衡调节方法、气动平衡调节系统及风力发电机
技术领域
[0001]本发明涉及风力发电技术，具体涉及一种气动平衡调节方法、气动平衡调节系统及风力发电机。
【背景技术】
[0002]随着传统石化能源的日益枯竭及环保的日渐严苛，风力发电成为了能源来源的重要途径之一。风力发电机是风力发电的主要设备，它通常包括塔筒、机舱(也称塔头)及风轮三个重要部分，机舱设置于塔筒顶部，机舱内设置有传动部件、发电机及控制元件等部件，风轮包括轮毂、变桨机构、导流罩及三个叶片，变桨机构设置在轮毂内，叶片的根部与变桨机构连接，轮毂与传动部件连接，传动部件与发电机的输入轴连接;作业时，风力驱使轮毂转动，传动部件将轮毂输入的旋转运动进行增速降扭后传递给发电机，发电机将动能转化为电能并通过电路输出至电网。
[0003]由于在制造过程中难以确定三个叶片的位置是否都安装正确，导致容易出现三个叶片的受力不均衡的问题，最终提高了风力发电机的维护成本。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明提出一种用于风力发电机的气动平衡调节系统，利用气动平衡调节系统可以根据实际情况调节叶片的角度，进而保证三个叶片受力相对均衡。在此基础上，本发明还提出一种具有该气动平衡调节系统的风力发电机。另外，本发明还提出一种用于风力发电机的气动平衡调节方法。
[0005]作为第一方面，本发明提出一种用于风力发电机的气动平衡调节系统；该气动平衡调节系统包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、数据处理单元及控制单元，所述数据处理单元分别与第一应变片、第二应变片、第三应变片、控制单元电连接;所述第一应变片布置在第一叶片的根部，用于检测第一叶片的应力;所述第二应变片布置在第二叶片的根部，用于检测第二叶片的应力;所述第三应变片布置在第三叶片的根部，用于检测第三叶片的应力;所述数据处理单元用于将第一应变片、第二应变片及第三应变片反馈的数据进行处理并比对，所述控制单元根据比对结果控制变桨机构动作。
[0006]优选地，所述数据处理单元的数据处理过程包括:将第一应变片采集的应力转化为第一等效应力，将第二应变片采集的应力转化为第二等效应力，将第三应变片采集的应力转化为第三等效应力，并计算出第一等效应力、第二等效应力及第三等效应力的平均值。
[0007]优选地，所述数据处理单元将第一等效应力、第二等效应力、第三等效应力分别与平均值进行比对，当某等效应力大于第一预定值时，所述变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，所述变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，其中，第二预定值<平均值<第一预定值。
[0008]优选地，所述第一预定值为平均值的1.1倍，所述第二预定值为平均值的0.9倍。
[0009]作为第二方面，本发明提出一种风力发电机;该风力发电机包括塔筒、机舱、风轮及上述任意一项的气动平衡调节系统。
[0010]本发明提出的气动平衡调节系统包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、数据处理单元及控制单元，所述数据处理单元分别与第一应变片、第二应变片、第三应变片、控制单元电连接;所述第一应变片布置在第一叶片的根部，用于检测第一叶片的应力;所述第二应变片布置在第二叶片的根部，用于检测第二叶片的应力;所述第三应变片布置在第三叶片的根部，用于检测第三叶片的应力;所述数据处理单元用于将第一应变片、第二应变片及第三应变片反馈的数据进行处理并比对，所述控制单元根据比对结果控制变桨机构动作。工作时，三个应变片可以实时采集各个叶片根部的受力，数据处理单元按预定周期将应变片反馈的应力数据转换为等效应力，然后将三个等效应力与它们的平均值进行对比，如果三个叶片的等效应力均在合理的范围内，则说明三个叶片基本上达到了气动平衡的状态;如果某个等效应力超出合理的范围，则说明存在气动不平衡的问题，此时，控制单元控制变桨机构动作，变桨机构将与该等效应力相对应的叶片的变桨角调小或调大，使得该等效应力达到合理的范围之内。
[0011]通过上述的气动平衡调节系统，风力发电机可以根据实际受力状况实时调整叶片的变桨角，进而使三个叶片达到气动平衡的状态;最终，改善风力发电机的受力状况，降低风力发电机的维护成本并延长使用寿命。
[0012]作为第三方面，本发明提出一种用于风力发电机的气动平衡调节方法，该气动平衡调节方法包括以下步骤:
[0013]S1:检测各个叶片的根部的应力；
[0014]S2:将各个叶片根部的应力转化为等效应力，并计算出所有等效应力的平均值；
[0015]S3:将各个等效应力与平均值进行比对；
[0016]S4:当某等效应力大于第一预定值时，使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，其中，第二预定值<平均值 < 第一预定值。
[0017]优选地，所述第一预定值为平均值的1.1倍，所述第二预定值为平均值的0.9倍。
[0018]与上述的气动平衡调节系统相似，该气动平衡调节方法可以根据实际受力状况实时调整叶片的变桨角，进而使三个叶片达到气动平衡的状态;最终，改善风力发电机的受力状况，降低风力发电机的维护成本并延长使用寿命。
【附图说明】
[0019]构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0020]图1为本发明具体实施例提供的风力发电机的风轮的结构简图；
[0021 ]图2为本发明具体实施例提供的叶片的局部结构视图；
[0022]图3为本发明具体实施例提供的气动平衡调节系统的工作流程图。
[0023]附图标记说明:
[0024]I一轮毂2—第一叶片3—第二叶片4一第三叶片
[0025]5一第一检测片6—第二检测片
【具体实施方式】
[0026]需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0027]通常，风力发电机包括塔筒、机舱及风轮三个重要部分，机舱设置于塔筒顶部，机舱内设置有传动部件、发电机及控制元件等部件，风轮包括轮毂1、变桨机构、导流罩及三个叶片，变桨机构设置在轮毂I内，叶片的根部与变桨机构连接，轮毂I与传动部件连接，传动部件与发电机的输入轴连接;作业时，风力驱使轮毂I转动，传动部件将轮毂I输入的旋转运动进行增速降扭后传递给发电机，发电机将动能转化为电能并通过电路输出至电网。
[0028]为了解决叶片的气动平衡问题，本发明具体实施例提出了一种气动平衡调节系统，该气动平衡调节系统包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、数据处理单元及控制单元，数据处理单元分别与第一应变片、第二应变片、第三应变片、控制单元电连接;如图1所示，第一叶片2、第二叶片3及第三叶片4以轮毂I为中心均匀布置，为了检测叶片的应力，如图2所示，在每个叶片的根部即靠近叶片与轮毂I连接的部位布置有应变片，每个应变片包括周向布置的第一检测片5和轴向布置的第二检测片6，具体布置方式为:第一应变片布置在第一叶片2的根部，用于检测第一叶片2的应力；第二应变片布置在第二叶片3的根部，用于检测第二叶片3的应力;第三应变片布置在第三叶片4的根部，用于检测第三叶片4的应力；数据处理单元用于将第一应变片、第二应变片及第三应变片反馈的数据进行处理并比对，控制单元根据比对结果控制变桨机构动作。
[0029]如图3所示，作业时，叶片在风力驱使下转动，各个应变片将检测到的应力反馈给数据处理单元，数据处理单元将第一应变片采集的应力转化为第一等效应力，将第二应变片采集的应力转化为第二等效应力，将第三应变片采集的应力转化为第三等效应力，并计算出第一等效应力、第二等效应力及第三等效应力的平均值;然后，数据处理单元将第一等效应力、第二等效应力、第三等效应力分别与平均值进行比对。
[0030]如果三个叶片的等效应力均在合理的范围内，则说明三个叶片基本上达到了气动平衡的状态。如果某个等效应力超出合理的范围，则说明存在气动不平衡的问题，此时，控制单元控制变桨机构动作，变桨机构将与该等效应力相对应的叶片的变桨角调小或调大，使得该等效应力达到合理的范围之内；具体地，当某等效应力大于第一预定值时，变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，其中，第二预定值<平均值<第一预定值。实际应用时，第一预定值和第二预定值可以根据平均值进行调整，比如:第一预定值为平均值的
1.1倍，第二预定值为平均值的0.9倍，即等效应力值在平均值的0.9倍至1.1倍之间是合理的，超出这个范围即可认定为存在气动不平衡问题。
[0031]在此基础上，本发明具体实施例还提出一种风力发电机;该风力发电机包括塔筒、机舱、风轮及上述的气动平衡调节系统。通过上述的气动平衡调节系统，风力发电机可以根据实际受力状况实时调整叶片的变桨角，进而使三个叶片达到气动平衡的状态;最终，改善风力发电机的受力状况，降低风力发电机的维护成本并延长使用寿命。
[0032]另外，本发明具体实施例还提出一种用于风力发电机的气动平衡调节方法，该气动平衡调节方法包括以下步骤:
[0033]S1:检测各个叶片的根部的应力；
[0034]S2:将各个叶片根部的应力转化为等效应力，并计算出所有等效应力的平均值；
[0035]S3:将各个等效应力与平均值进行比对；
[0036]S4:当某等效应力大于第一预定值时，使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，且第一预定值为平均值的1.1倍，第二预定值为平均值的0.9倍。
[0037]该气动平衡调节方法可以根据实际受力状况实时调整叶片的变桨角，进而使三个叶片达到气动平衡的状态;最终，改善风力发电机的受力状况，降低风力发电机的维护成本并延长使用寿命。
[0038]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种用于风力发电机的气动平衡调节系统，其特征在于，包括第一应变片、第二应变片、第三应变片、数据处理单元及控制单元，所述数据处理单元分别与第一应变片、第二应变片、第三应变片、控制单元电连接;所述第一应变片布置在第一叶片(2)的根部，用于检测第一叶片(2)的应力;所述第二应变片布置在第二叶片(3)的根部，用于检测第二叶片(3)的应力;所述第三应变片布置在第三叶片(4)的根部，用于检测第三叶片(4)的应力;所述数据处理单元用于将第一应变片、第二应变片及第三应变片反馈的数据进行处理并比对，所述控制单元根据比对结果控制变桨机构动作。2.根据权利要求1所述的气动平衡调节系统，其特征在于，所述数据处理单元的数据处理过程包括:将第一应变片采集的应力转化为第一等效应力，将第二应变片采集的应力转化为第二等效应力，将第三应变片采集的应力转化为第三等效应力，并计算出第一等效应力、第二等效应力及第三等效应力的平均值。3.根据权利要求2所述的气动平衡调节系统，其特征在于，所述数据处理单元将第一等效应力、第二等效应力、第三等效应力分别与平均值进行比对，当某等效应力大于第一预定值时，所述变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，所述变桨机构驱使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，其中，第二预定值<平均值< 第一预定值。4.根据权利要求3所述的气动平衡调节系统，其特征在于，所述第一预定值为平均值的.1.1倍，所述第二预定值为平均值的0.9倍。5.—种风力发电机，其特征在于，包括塔筒、机舱、风轮及权利要求1至4任意一项所述的气动平衡调节系统。6.—种用于风力发电机的气动平衡调节方法，其特征在于，包括以下步骤: S1:检测各个叶片的根部的应力； S2:将各个叶片根部的应力转化为等效应力，并计算出所有等效应力的平均值； S3:将各个等效应力与平均值进行比对； S4:当某等效应力大于第一预定值时，使与该等效应力对应的叶片减小变桨角；当某等效应力小于第二预定值时，使与该等效应力对应的叶片增大变桨角，其中，第二预定值<平均值 < 第一预定值。7.根据权利要求6所述的气动平衡调节方法，其特征在于，所述第一预定值为平均值的.1.1倍，所述第二预定值为平均值的0.9倍。
【文档编号】F03D7/04GK105971822SQ201610387159
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年6月2日
【发明人】李兴, 黄琨, 曹杰
【申请人】三重型能源装备有限公司, 三一重型能源装备有限公司