一种风机叶片分级断开实现方法与流程

专利检索2022-05-10  12



1.本发明属于海上风电工程领域,具体涉及一种风机叶片分级断开实现方法。


背景技术:

2.我国高度重视可再生能源的发展,海上风电做为一种传统化石能源的一种替代和补充,在我国受到广泛关注,是新能源发展的一个重要方向。相比欧美地区,我国海上环境更加恶劣,台风频发,给我国海上风电的设计带来了更大挑战。为保证风机达到预期的使用寿命,风机各部件及控制系统设计的过程中必须考虑海上可能发生的各种情况,以保证在极端工况下风机各部件能够正常运行。然而,风机在长期工作下,各部件间容易发生磨损、疲劳、连接件间容易发生松动,短期导致控制系统精度降低,长期会导致控制系统,比如变桨、刹车控制系统故障。如果风机变桨和刹车控制系统发生故障,在遇到极端海况时,将会给风机带来灾难性的伤害,比如机舱烧毁、塔筒倒塌等,导致巨大的经济损失。因此必须对现有结构及控制系统改造升级,提升风机整体的抗风险能力,避免灾难性的事故,避免巨大的经济损失。


技术实现要素:

3.为了弥补现有技术的不足,本发明提供一种风机叶片分级断开实现方法技术方案。
4.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于包括
5.将风机叶片设计成多段式分体结构,相邻叶片分体之间通过电动解锁连接机构固定相连;
6.当风机主控制系统发生故障时,如果风机转速超过阈值,则从外到内依次分批通过电动解锁连接机构断开叶片分体,直至风机转速小于阈值或风机叶片仅剩一个叶片分体。
7.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述实现方法中,每次断开一叶片分体前均需判断风机转速是否超过阈值,超过阈值才能将叶片分体断开,否则风机保持现状。
8.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述实现方法中,通过安装在风机叶片上的传感器采集风机转速信息,并将信号传输到信号处理中心,然后控制中心根据该信号识别此时风机的状态,当信号显示风机风速超过阈值时,控制中心传递解锁信号给电动解锁连接机构,电动解锁连接机构解锁,使对应的叶片分体分离。
9.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述实现方法中,风机叶片设计成四段式分体结构。
10.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述电动解锁连接机构通过以下方法实现连接和解锁:在两个相邻叶片分体之间限位安装永磁件和电磁件,电磁件不通电时为无磁场状态,利用无磁场状态的电磁件与永磁件吸合固定,实现电动解锁连接机
构的连接;当电动解锁连接机构需要解锁时,给电磁件通电,电磁件通电产生磁场,并且其磁极与永磁件相斥,使得电磁件与永磁件分离,实现解锁。
11.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述电动解锁连接机构包括用以与前一叶片分体配合连接的第一电磁件、用以与后一叶片分体配合连接的第二电磁件及用以与第一电磁件和第二电磁件磁吸固定的永磁件,当所述第一电磁件和第二电磁件通电时,永磁件分别与第一电磁件和第二电磁件磁极相斥而分离,以实现电动解锁连接机构的解锁,进而使对应的两个叶片分体分离。
12.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述前一叶片分体与后一叶片分体之间设置用以安装永磁件的通孔。
13.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述前一叶片分体与第一电磁件固定配合,所述后一叶片分体与第二电磁件固定配合。
14.所述的一种风机叶片分级断开实现方法,其特征在于所述电动解锁连接机构通过以下方法进行加固:将相邻叶片分体通过禁锢螺栓安装连接,该禁锢螺栓单独作用时,其预紧力小于对应叶片分体的重力和离心力,当所述电磁件通电,永磁件与电磁件磁极相斥而分离时,禁锢螺栓禁锢力不能满足叶片分体的连接需求,使相连叶片分体分离。
15.与现有技术相比,本发明的有益效果是:
16.1)风机在刹车失效或变桨故障下,遭遇极端工况时,本发明能够实现风机叶片的分级脱落,改变叶片的尖速比,保证主要部件结构不被破坏;
17.2)本发明的控制策略,能够根据实际海况需要,实现风机叶片分级脱落或整体脱落,提升控制系统效率,提高可靠性;
18.3)当某叶片发生断裂或疲劳时,本发明能够根据实际需要,对风机其它叶片实行分级脱落,防止因风机叶片本身破坏给发电机机风机塔筒和基础带来的破坏;
19.4)风机叶片间的连接和解锁通过电动解锁连接机构实现,电动解锁连接机构控制高效,结构相对简单。
附图说明
20.图1为本发明的控制策略流程图;
21.图2为本发明中风机叶片结构示意图;
22.图3为本发明中电动解锁连接机构使用状态结构示意图;
23.图4为本发明的控制电路关系示意图。
24.图中:1是四级叶片分体、2是三级叶片分体、3是二级叶片分体、4是一级叶片分体、5是电动解锁连接机构、50是第一电磁件、51是第二电磁件、52是永磁件。
具体实施方式
25.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“一端”、“另一端”、“外侧”、“上”、“内侧”、“水平”、“同轴”、“中央”、“端部”、“长度”、“外端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
26.下面结合附图对本发明作进一步说明。
27.参阅图1

4,一种风机叶片分级断开实现方法,包括
28.设计阶段:将风机叶片设计成多段式分体结构,相邻叶片分体之间通过电动解锁连接机构5固定相连;
29.实施阶段:当风机主控制系统发生故障时,如果风机转速超过阈值,则从外到内依次分批通过电动解锁连接机构断开叶片分体,直至风机转速小于阈值或风机叶片仅剩一个叶片分体,其中,每次断开一叶片分体前均需判断风机转速是否超过阈值,超过阈值才能将叶片分体断开,否则风机保持现状。
30.继续参阅图2,在本发明的风机叶片分级断开实现方法中,所述风机叶片优选设计为四段式分体结构。
31.图1以该四段式分体结构为例,示出本发明的控制策略,具体为:当风机主控制系统发生故障时,如果风机转速超过阈值,则断开一级叶片分体4,否则风机保持现状;若断开一级叶片分体4后,风级转速依然超过阈值,则断开二级叶片分体3,否则风机保持现状;若断开二级叶片分体3后,风级转速依然超过阈值,则断开三级叶片分体2,否则风机保持现状,通过控制叶片的分级脱落,防止风机因转速超速导致风机灾难性事故发生的事件。
32.该控制策略还可根据实际海况环境,实现风机叶片的越级脱落,即当风机遭遇恶劣海况时,直接断开二级叶片分体3甚至三级叶片分体2,提高控制系统效率。
33.图4示出该控制策略的控制信号传输路径,具体如下:该控制策略通过安装在风机叶片上的传感器采集风机转速信息,并将信号传输到信号处理中心,然后控制中心根据该信号识别此时风机的状态,当信号显示风机风速超过阈值时,控制中心传递解锁信号给电动解锁连接机构5,电动解锁连接机构5解锁,使对应的叶片分体分离。
34.在本发明的风机叶片分级断开实现方法中,所述电动解锁连接机构通过以下方法实现连接和解锁:在两个相邻叶片分体之间限位安装永磁件和电磁件,永磁件为具有磁场的强力磁铁,电磁件不通电时不具有磁场,利用无磁场状态的电磁件与永磁件吸合固定,实现电动解锁连接机构的连接;当电动解锁连接机构需要解锁时,给电磁件通电,电磁件通电产生磁场,并且其磁极与永磁件相斥,使得电磁件与永磁件分离,实现解锁。
35.所述电动解锁连接机构的具体实施例如下:所述电动解锁连接机构5包括用以与前一叶片分体固定连接的第一电磁件50、用以与后一叶片分体固定连接的第二电磁件51及用以与第一电磁件50和第二电磁件51磁吸固定的永磁件52,当所述第一电磁件50和第二电磁件51通电时,永磁件52分别与第一电磁件50和第二电磁件51分离,以实现电动解锁连接机构5的解锁,进而使对应的两个叶片分体分离。
36.继续参阅图3,所述电动解锁连接机构还通过以下方法进行加固:将相邻叶片分体通过禁锢螺栓安装连接,该禁锢螺栓单独作用时,其预紧力小于对应叶片分体的重力和离心力,因此,当所述电磁件未通电时,永磁件52与电磁件磁力吸合,在禁锢螺栓53的预紧力和电磁件磁力共同作用下实现相邻叶片分体的连接固定;当所述电磁件通电,永磁件与电磁件磁极相斥而分离时,禁锢螺栓禁锢力不能满足叶片分体的连接需求,使相连叶片分体分离。
37.上述实施例的原理是:在风机正常运行时,永磁件52为具有n和s级的永磁结构,第一电磁件50和第二电磁件51不通电,并处于无磁场状态,因此在磁力作用下可以保证前一叶片分体与后一叶片分体保持锁紧;当风机叶片需要断开时,通过电路控制系统给第一电
磁件50和第二电磁件51通电,通电状态下第一电磁件50和第二电磁件51产生磁场,永磁件52与第一电磁件50和第二电磁件51的相邻磁极均相反,故永磁件52分别与第一电磁件50和第二电磁件51在电磁排斥力作用下,瞬间断开,由于锁紧结构失效,对应的两个叶片分体不能保持锁紧,在自身重力作用下断开,最终实现外侧叶片分体脱落的目的。
38.继续参阅图3,本发明对电动解锁连接机构5作进一步完善:所述前一叶片分体与后一叶片分体之间设置用以安装永磁件52的通孔。
39.需要说明的是:在上述实施例中,所述叶片分体与电动解锁连接机构5接触的部分不选用铁磁金属;本发明中的动解锁连接机构还可以采用其它实施方式,例如在前一叶片分体中固定电磁件,后一叶片分体中固定永磁件,电磁件不通电时与永磁件慈和固定,通电时与永磁件分开,同样能够实现连接和解锁的功能。
40.在风电机组上运用本发明后,当风机本身的主控制系统发生故障时,遭遇极端海况时,风机的转速超过设定阈值,为防止叶片超速转动导致发电机过热烧毁或者风机坍塌,本发明结合相应的控制系统,可实现叶片的分级脱落,实现舍叶求存,减少风机整体的损失。具体工作原理为:当主控制系统发生故障时,监测传感器测试风机转速,若风机转速超过设定阈值(即会带来发电机发生重大损失或风机坍塌),给电动解锁连接机构发送信号,实现叶片的分级脱落,达到风机舍叶求存的目的。
41.本发明不仅可以避免因主控制系统发生故障带来的重大灾难性损坏,而且还可以在风机叶片本身发生损坏时,实现对风机叶片的分级脱离,保证风机整体结构的安全以及叶片其他部分的安全。此外,分级叶片可以提高风机叶片材料的利用率,当某级叶片分体发生损坏时,可以进行分级更换,减少材料的浪费。
42.最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
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