一种风电叶片及其设计方法、装置、电子设备和存储介质与流程

1.本技术涉及新能源装备技术领域，更具体地说，涉及一种风电叶片及其设计方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.随着风电机组大型化，风电叶片越来越长，成本也来越高。为了降低叶片成本，叶片的安全余量不断降低。为了应对极限风况，一般会预置相应的控制策略降低极限风况时的叶片载荷，以保证风机的运行安全。
3.这些控制策略主要采用模拟分析依据标准工况进行模拟得到，用于保证叶片的安全因子大于1。但由于实际风况与标准风况存在差别，且入流风况具有不确定性，实际运行时叶片响应会有不同，导致叶片的应变过大出现叶片损坏甚至断裂，从而危及风电机组的安全运行。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供一种风电叶片及其设计方法、装置、电子设备和存储介质，用于设计一种安全的风电叶片，以提高风电机组的运行安全。
5.为了实现上述目的，现提出的方案如下：
6.一种设计方法，应用于电子设备，用于设计一种安全的风电叶片，所述设计方法包括步骤：
7.基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；
8.对所述铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应的最小区域和材料；
9.如果所述最小区域为多个，则对所有所述最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的所述最小区域的叶片极限安全因子为1；
10.计算中间最小区域的载荷；
11.根据所述载荷计算其他结构安全因子；
12.如果所述其他结构安全因子满足安全条件，则输出所述铺层数据，如果不满足，则返回到对所有所述最小区域的铺层数据进行调整步骤。
13.可选的，所述对所有所述最小区域的铺层数据进行调整，包括步骤：
14.对处于中间的所述最小区域的铺层数据进行铺层调整处理；
15.对其余所述最小区域的铺层数据进行铺层增强处理。
16.可选的，所述其他结构安全因子包括疲劳安全因子和/或屈曲安全因子。
17.可选的，所述安全条件为所述结构安全因子大于1。
18.一种设计装置，应用于电子设备，用于设计一种安全的风电叶片，所述设计装置包括：
19.数据生成模块，被配置为基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；
20.第一计算模块，被配置为对所述铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应
的最小区域和材料；
21.数据调整模块，被配置为如果所述最小区域为多个，则对所有所述最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的所述最小区域的叶片极限安全因子为1；
22.第二计算模块，被配置为计算中间最小区域的载荷；
23.第三计算模块，被配置为根据所述载荷计算其他结构安全因子；
24.输出控制模块，被配置为如果所述其他结构安全因子满足安全条件，则输出所述铺层数据，如果不满足，则返回到对所有所述最小区域的铺层数据进行调整步骤。
25.可选的，所述数据调整模块包括：
26.第一调整单元，被配置为对处于中间的所述最小区域的铺层数据进行铺层调整处理；
27.第二调整单元，被配置为对其余所述最小区域的铺层数据进行铺层增强处理。
28.可选的，所述其他结构安全因子包括疲劳安全因子和/或屈曲安全因子。
29.可选的，所述安全条件为所述结构安全因子大于1。
30.一种电子设备，包括至少一个处理器和与所述处理器连接的存储器，其中：
31.所述存储器用于存储计算机程序或指令；
32.所述处理器用于执行所述计算机程序或指令，以使所述电子设备实现如上所述的设计方法。
33.一种存储介质，应用于电子设备，所述存储介质承载有一个或多个计算机程序，所述一个或多个计算机程序能够被所述电子设备执行，以使所述电子设备实现如上所述的存储介质。
34.一种风电叶片，包括叶片本体，在所述叶片本体上有一个叶片极限安全因子对应的最小区域，所述最小区域设置有应变传感器，所述叶片本体的根部设置有与所述应变传感器信号连接的信号采集器，其中：
35.所述应变传感器基于叶片本体的应力形变向所述信号采集器输出应变信号，所述信号采集器用于将所述应变信号输出至所述风电叶片所属风电机组的控制器，以使所述控制器根据所述应变信号对应的材料实际应变对所述风电叶片执行变桨操作。
36.可选的，所述控制器用于在所述材料实际应变处于第一数值范围时控制所述风电叶片执行正常变桨操作，在所述材料实际应变处于第二数值范围时控制所述风电叶片执行紧急变桨操作，所述第一数值范围小于所述第二数值范围。
37.可选的，所述第一数值范围为大于材料极限应变的0.95且小于所述材料极限应变的～0.98。
38.可选的，所述第二数值范围为大于或等于材料极限应变的0.98。
39.从上述的技术方案可以看出，本技术公开了一种风电叶片及其设计方法、装置、电子设备和存储介质，该设计方法应用于电子设备，用于设计一种安全的风电叶片。该方法具体为基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；对铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应的最小区域和材料；如果最小区域为多个，则对所有最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的最小区域的叶片极限安全因子为1；计算中间最小区域的载荷；根据载荷计算其他结构安全因子；如果其他结构安全因子满足安全条件，则输出铺层数据，如果不满足，则返回到对所有最小区域的铺层数据进行调整步骤。本方案通过确定安全性最低的最
小区域，并使最小区域处于安全水平以上的方式保证全叶片的安全性均保证在安全水平以上，从而使用户能够基于本方案设计出安全的风电叶片，从而提高了风电机组的运行安全。
附图说明
40.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
41.图1为本技术实施例的一种设计方法的流程图；
42.图2为本技术实施例的一种设计装置的框图；
43.图3为本技术实施例的另一种设计装置的框图；
44.图4为本技术实施例的一种电子设备的框图；
45.图5为本技术实施例的一种风电叶片的示意图。
具体实施方式
46.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
47.实施例一
48.图1为本技术实施例的一种设计方法的流程图。
49.本实施例提供的设计方法应用于电子设备，用于基于用户的要求得到风电叶片的铺层数据，所谓铺层数据是指风电叶片中结构组成部分的结构数据，如碳纤维、玻璃纤维、聚乙烯纤维或其他纤维通过缠绕或其他方式的铺设构成该风电叶片的基本结构或完整的组成结构。本实施例中的电子设备可以理解为具有信息处理能力和数据计算能力的计算机或服务器。
50.如图1所示，本实施例提供的设计方法包括如下步骤：
51.s1、基于设计规范生成风电叶片的铺层数据。
52.这里的设计规范包括但不限于行业内通用的技术规范、行业标准、国家标准等，在上述设计规范的基础上，通过用户的操作生成相关风电叶片的铺层数据。
53.s2、基于铺层数据计算最小区域和材料。
54.即在铺层数据的基础上对其进行计算，得到该风电叶片的叶片极限安全因子对应的最小区域和材料。这里的叶片极限安全因子为该材料的材料极限应变与材料实际应变的比值，该叶片极限安全因子大于等于1表示材料处于安全水平，该风电叶片不会断裂；反之，如果该安全因子小于1，则表示材料处于危险水平。
55.s3、对多个最小区域的铺层数据进行调整。
56.即如果该铺层数据经过计算，从中得到的最小区域为多个时，对所有最小区域进行调整，具体过程如下：
57.对处于中间的最小区域处的铺层数据进行铺层调整处理，即不做加强处理，并使
该最小区域的叶片极限安全因子为1，即此处的材料实际应变等于材料极限应变。
58.对其余最小区域的铺层数据进行铺层增强处理，使其叶片极限安全因子大于1，从而保证其他区域的叶片极限安全因子大于上述的居于中间的最小区域。
59.s4、计算中间最小区域的载荷。
60.即重新计算经过调整的且居于中间的最小区域的载荷，其实经过上述的铺层数据的调整，应该仅剩下该处最小区域，其余最小区域已经消除。
61.s5、根据载荷计算其他结构安全因子。
62.即根据上述计算得到的载荷对该最小区域的其他结构安全因子进行计算，这里的其他结构安全因子包括但不限于疲劳安全因子和屈曲安全因子。
63.s6、根据其他结构安全因子输出结果。
64.此处对其他结构安全因子进行判断，判断其是否符合安全条件，如果符合安全条件，如其他结构安全因子均大于1，则表明设计成功，此时输出上述的铺层数据，如果任一其他结构安全因子小于1，则返回上面的步骤s3，对最小区域的铺层数据进一步进行调整。
65.从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种设计方法，该设计方法应用于电子设备，用于设计一种安全的风电叶片。该方法具体为基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；对铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应的最小区域和材料；如果最小区域为多个，则对所有最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的最小区域的叶片极限安全因子为1；计算中间最小区域的载荷；根据载荷计算其他结构安全因子；如果其他结构安全因子满足安全条件，则输出铺层数据，如果不满足，则返回到对所有最小区域的铺层数据进行调整步骤。本方案通过确定安全性最低的最小区域，并使最小区域处于安全水平以上的方式保证全叶片的安全性均保证在安全水平以上，从而使用户能够基于本方案设计出安全的风电叶片，从而提高了风电机组的运行安全。
66.附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
67.虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。
68.应当理解，本公开的方法实施方式中记载的各个步骤可以按照不同的顺序执行，和/或并行执行。此外，方法实施方式可以包括附加的步骤和/或省略执行示出的步骤。本公开的范围在此方面不受限制。
69.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的操作的计算机程序代码，上述程序设计语言包括但不限于面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c++，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如c语言或类似的程序设计语言。
程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机。
70.实施例二
71.图2为本技术实施例的一种设计装置的框图。
72.如图2所示，本实施例提供的设计装置包括数据生成模块10、第一计算模块20、数据调整模块30、第二计算模块40、第三计算模块50和输出控制模块60。
73.数据生成模块用于基于设计规范生成风电叶片的铺层数据。
74.这里的设计规范包括但不限于行业内通用的技术规范、行业标准、国家标准等，在上述设计规范的基础上，通过用户的操作生成相关风电叶片的铺层数据。
75.第一计算模块用于基于铺层数据计算最小区域和材料。
76.即在铺层数据的基础上对其进行计算，得到该风电叶片的叶片极限安全因子对应的最小区域和材料。这里的叶片极限安全因子为该材料的材料极限应变与材料实际应变的比值，该叶片极限安全因子大于等于1表示材料处于安全水平，该风电叶片不会断裂；反之，如果该安全因子小于1，则表示材料处于危险水平。
77.数据调整模块用于对多个最小区域的铺层数据进行调整。
78.即如果该铺层数据经过计算，从中得到的最小区域为多个时，对所有最小区域进行调整，该模块具体包括第一调整单元31和第二调整单元32，如图3所示。
79.第一调整单元用于对处于中间的最小区域处的铺层数据进行铺层调整处理，即不做加强处理，并使该最小区域的叶片极限安全因子为1，即此处的材料实际应变等于材料极限应变。
80.第二调整单元用于对其余最小区域的铺层数据进行铺层增强处理，使其叶片极限安全因子大于1，从而保证其他区域的叶片极限安全因子大于上述的居于中间的最小区域。
81.第二计算模块用于计算中间最小区域的载荷。
82.即重新计算经过调整的且居于中间的最小区域的载荷，其实经过上述的铺层数据的调整，应该仅剩下该处最小区域，其余最小区域已经消除。
83.第三计算模块用于根据载荷计算其他结构安全因子。
84.即根据上述计算得到的载荷对该最小区域的其他结构安全因子进行计算，这里的其他结构安全因子包括但不限于疲劳安全因子和屈曲安全因子。
85.输出控制模块用于根据其他结构安全因子输出结果。
86.此处对其他结构安全因子进行判断，判断其是否符合安全条件，如果符合安全条件，如其他结构安全因子均大于1，则表明设计成功，此时输出上述的铺层数据，如果任一其他结构安全因子小于1，则返回上面的步骤s3，对最小区域的铺层数据进一步进行调整。
87.从上述技术方案可以看出，本实施例提供了一种设计装置，该设计装置应用于电子设备，用于设计一种安全的风电叶片。该方法具体为基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；对铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应的最小区域和材料；如果最小区域为多个，则对所有最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的最小区域的叶片极限安全因子为1；计算中间最小区域的载荷；根据载荷计算其他结构安全因子；如果其他结构安
全因子满足安全条件，则输出铺层数据，如果不满足，则返回到对所有最小区域的铺层数据进行调整步骤。本方案通过确定安全性最低的最小区域，并使最小区域处于安全水平以上的方式保证全叶片的安全性均保证在安全水平以上，从而使用户能够基于本方案设计出安全的风电叶片，从而提高了风电机组的运行安全。
88.描述于本公开实施例中所涉及到的单元可以通过软件的方式实现，也可以通过硬件的方式来实现。其中，单元的名称在某种情况下并不构成对该单元本身的限定，例如，第一获取单元还可以被描述为“获取至少两个网际协议地址的单元”。
89.本文中以上描述的功能可以至少部分地由一个或多个硬件逻辑部件来执行。例如，非限制性地，可以使用的示范类型的硬件逻辑部件包括：现场可编程门阵列(fpga)、专用集成电路(asic)、专用标准产品(assp)、片上系统(soc)、复杂可编程逻辑设备(cpld)等等。
90.实施例三
91.下面参考图4所示，其示出了适于用来实现本公开实施例中的电子设备的结构示意图。本公开实施例中的终端设备可以包括但不限于诸如移动电话、笔记本电脑、数字广播接收器、pda(个人数字助理)、pad(平板电脑)、pmp(便携式多媒体播放器)、车载终端(例如车载导航终端)等等的移动终端以及诸如数字tv、台式计算机等等的固定终端。该电子设备仅仅是一个示例，不应对本公开实施例的功能和使用范围带来任何限制。
92.电子设备可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)401，其可以根据存储在只读存储器(rom)402中的程序或者从存储装置406加载到随机访问存储器(ram)403中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram403中，还存储有电子设备操作所需的各种程序和数据。处理装置601、rom 602以及ram 403通过总线404彼此相连。输入/输出(i/o)接口405也连接至总线404。
93.通常，以下装置可以连接至i/o接口405：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置406；包括例如液晶显示器(lcd)、扬声器、振动器等的输出装置407；包括例如磁带、硬盘等的存储装置408；以及通信装置409。通信装置409可以允许电子设备与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图中示出了具有各种装置的电子设备，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。
94.实施例四
95.本实施例提供了一种计算机可读的存储介质，该存储介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个计算机程序被该电子设备执行时，使得该电子设备能够基于设计规范生成风电叶片的铺层数据；对铺层数据进行计算，得到叶片极限安全因子对应的最小区域和材料；如果最小区域为多个，则对所有最小区域的铺层数据进行调整，仅使处于中间的最小区域的叶片极限安全因子为1；计算中间最小区域的载荷；根据载荷计算其他结构安全因子；如果其他结构安全因子满足安全条件，则输出铺层数据，如果不满足，则返回到对所有最小区域的铺层数据进行调整步骤。本方案通过确定安全性最低的最小区域，并使最小区域处于安全水平以上的方式保证全叶片的安全性均保证在安全水平以上，从而使用户能够基于本方案设计出安全的风电叶片，从而提高了风电机组的运行安全。
96.需要说明的是，本公开上述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计
算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd-rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
97.实施例五
98.图5为本身亲实施例的一种风电叶片的示意图。
99.如图5所示，本实施例提供了一种风电叶片，该风电叶片是基于上述实施例一所提供的方案进行设计得到的，具体来说，该风电叶片包括叶片本体100，在所述叶片本体上有一个叶片极限安全因子对应的最小区域101，最小区域设置有应变传感器(未示出)，叶片本体的根部设置有与应变传感器信号连接的信号采集器(未示出)。
100.所述应变传感器基于叶片本体的应力形变向信号采集器输出应变信号，信号采集器用于将应变信号输出至风电叶片所属风电机组的控制器，以使控制器根据应变信号对应的材料实际应变对风电叶片执行变桨操作。
101.本实施例中的控制器用于在材料实际应变处于第一数值范围时控制风电叶片执行正常变桨操作，在材料实际应变处于第二数值范围时控制所述风电叶片执行紧急变桨操作，第一数值范围小于第二数值范围。该第一数值范围的具体数值大于材料极限应变的0.95且小于材料极限应变的～0.98，该第二数值范围的具体数值大于或等于材料极限应变的0.98。
102.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
103.尽管已描述了本发明实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。
104.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要
素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
105.以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。