海上风电叶片设计方法及装置制造方法及图纸

本申请涉及风电叶片设计技术领域，尤其涉及一种海上风电叶片设计方法及装置。其中，该方法包括：根据目标环境参数确定海上风电叶片对应的至少一个初始翼型；根据目标气动参数确定海上风电叶片的初始形状参数以及至少一个翼型在海上风电叶片上的初始分布参数；根据目标结构参数对海上风电叶片的叶片结构进行设计，得到海上风电叶片对应的初始结构参数；基于材料设计要求，确定海上风电叶片的初始材料参数；根据数字校核模型对初始翼型、初始形状参数、初始分布参数、初始结构参数和初始材料参数进行优化；对目标海上风电叶片进行测试，得到满足目标环境参数要求的海上风电叶片。采用本申请可以提高对应的海上风电装置在目标环境海域的发电效果。环境海域的发电效果。环境海域的发电效果。

【技术实现步骤摘要】
海上风电叶片设计方法及装置


[0001]本申请涉及风电叶片设计
，尤其涉及一种海上风电叶片设计方法及装置。

技术介绍

[0002]但是海上环境多种多样，相同海上风电装置在不同海域的工作状况有所不同，进而会影响海上风电装置的发电效果。

技术实现思路

[0003]本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
[0004]为此，本申请的第一个目的在于提出一种海上风电叶片设计方法，以解决相同海上风电装置在不同海域的工作状况不同，进而影响海上风电装置的发电效果的技术问题。
[0005]本申请的第二个目的在于提出一种海上风电叶片设计装置。
[0006]为达到上述目的，本申请第一方面实施例提出的一种海上风电叶片设计方法，包括：获取目标环境参数，根据所述目标环境参数确定海上风电叶片对应的至少一个初始翼型；获取目标气动参数，根据所述目标气动参数确定海上风电叶片的初始形状参数以及所述至少一个翼型在所述海上风电叶片上的初始分布参数；获取目标结构参数，根据所述目标结构参数对所述海上风电叶片的叶片结构进行设计，得到所述海上风电叶片对应的初始结构参数；基于材料设计要求，确定所述海上风电叶片的初始材料参数；构建与所述海上风电叶片对应的数字校核模型，根据所述数字校核模型对所述初始翼型、所述初始形状参数、所述初始分布参数、所述初始结构参数和所述初始材料参数进行优化，得到目标形状参数、目标分布参数、所述目标结构参数和目标材料参数，根据所述目标形状参数、所述目标分布参数、所述目标结构参数和所述目标材料参数构建目标海上风电叶片；对所述目标海上风电叶片进行测试，得到满足目标环境参数要求的海上风电叶片。
[0007]可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标环境参数包括风电场年平均风速参数和风电场湍流度水平参数，所述获取目标环境参数，根据所述目标环境参数确定海上风电叶片对应的至少一个初始翼型，包括：根据所述风电场年平均风速参数和所述风电场湍流度水平参数确定所述海上风电叶片对应的风电机组对应的运行参数，所述运行参数包括雷诺数、来流湍流度、工况运行参数；根据所述运行参数确定所述海上风电叶片对应的性能参数，所述性能参数包括升
力系数，升阻比以及失速特性参数；根据所述性能参数确定所述海上风电叶片对应的至少一个初始翼型。
[0008]可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取目标气动参数，根据所述目标气动参数确定海上风电叶片的初始形状参数以及所述至少一个翼型在所述海上风电叶片上的初始分布参数，包括：基于目标气动参数，采用动量叶素方法BEM确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数，所述气动性能参数包括海上风电叶片对应的气动推力和气动扭矩；根据所述气动性能参数，得到满足气动设计要求的所述初始形状参数以及所述初始分布参数；所述气动设计要求包括轮毂高度、额定风速、额定转速、额定功率、切入风速、切出风速以及机组功率曲线和推力曲线。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于目标气动参数，采用动量叶素方法BEM确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数，包括：采用叶素理论将所述海上风电叶片划分为至少一个叶素，所述叶素包括弦长、桨距角；基于目标气动参数，采用动量理论确定所述至少一个叶素中每一个叶素对应的气动性能参数；根据所述每一个叶素对应的气动性能参数确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标气动参数包括目标风速参数、目标转速参数；所述基于目标气动参数，采用动量理论确定所述至少一个叶素中每一个叶素对应的气动性能参数，包括：获取所述至少一个叶素中任一叶素，并初始化风轮前诱导因子和风轮后诱导因子；获取所述目标风速参数、所述目标转速参数，并根据所述目标风速和所述目标转速计算所述任一叶素对应的气流入流角以及攻角；根据所述攻角确定所述任一叶素对应的翼型的切向力参数和法向力参数；基于动量叶素公式，根据所述气流入流角和所述切向力参数对所述风轮前诱导因子进行迭代，得到迭代后的风轮前诱导因子，根据所述气流入流角和所述法向力参数对所述风轮后诱导因子进行迭代，得到迭代后的风轮后诱导因子；判断所述迭代后的风轮前诱导因子和所述迭代后的风轮后诱导因子是否满足预设偏差阈值，若不满足则重新获取所述目标风速参数和所述目标转速参数以重新计算所述任一叶素对应的气流入流角以及攻角，直至所述迭代后的风轮前诱导因子和所述迭代后的风轮后诱导因子满足预设偏差阈值。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述获取目标结构参数，根据所述目标结构参数对所述海上风电叶片的叶片结构进行设计，得到所述海上风电叶片对应的初始结构参数，包括：获取目标结构参数，所述目标结构参数包括大梁结构参数、前缘结构参数、后缘结构参数、腹板结构参数、叶根结构参数、壳体结构参数、防腐结构参数、防雷结构参数；根据所述目标结构参数对所述海上风电叶片的叶片结构进行设计，得到初始结构
的海上风电叶片；所述叶片结构包括大梁结构、前缘结构、后缘结构、腹板结构、叶根结构、壳体结构、防腐结构、防雷结构；对所述初始结构的海上风电叶片进行叶片分析，根据叶片分析结果对所述目标结构性能参数进行调整，得到满足叶片分析要求的初始结构参数；所述叶片分析包括模态分析、刚度分析、强度分析、疲劳分析、粘接分析和以及载荷校核。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于材料设计要求，确定所述海上风电叶片的初始材料参数，包括：根据所述目标气动参数和所述目标结构参数，对所述海上风电叶片的材料参数进行迭代设计，得到满足材料设计要求的初始材料参数；所述材料参数包括材料位置、材料厚度、材料角度以及材料叠放次序。
[0013]可选地，在本申请的一个实施例中，所述构建与所述海上风电叶片对应的数字校核模型，根据所述数字校核模型对所述初始翼型、所述初始形状参数、所述初始分布参数、所述初始结构参数和所述初始材料参数进行优化，得到目标形状参数、目标分布参数、所述目标结构参数和目标材料参数，包括：将所述数字校核模型与优化算法耦合，并基于残差收敛准则对所述初始翼型、所述初始形状参数、所述初始分布参数、所述初始结构参数和所述初始材料参数进行迭代。
[0014]可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述海上风电叶片进行测试，得到满足目标环境参数要求的海上风电叶片，包括：对所述海上风电叶片进行静态极限测试和动态疲劳测试；所述静态极限测试包括叶片最大挥舞方向极限载荷测试、叶片最小挥舞方向极限载荷测试、叶片最大摆振方向极限载荷测试、叶片最小摆振方向极限载荷测试；所述动态疲劳测试包括摆振方向疲劳试验和挥舞方向疲劳试验；若对所述海上风电叶片进行所述静态极限测试和所述动态疲劳测试的过程中，所述海上风电叶片无异常情况，则所述海上风电叶片满足目标环境参数要求。
[0015]可选地，在本申请的一个实施例中，所述目标环境参数包括风电场风速参数和湍流度水平参数，其特征在于，所述对所述海上风电叶片进行测试，得到满足目标环境参数要求的海上风电叶片，包括：根据所述风电场风速参数和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上风电叶片设计方法，其特征在于，包括：获取目标环境参数，根据所述目标环境参数确定海上风电叶片对应的至少一个初始翼型；获取目标气动参数，根据所述目标气动参数确定海上风电叶片的初始形状参数以及所述至少一个翼型在所述海上风电叶片上的初始分布参数；获取目标结构参数，根据所述目标结构参数对所述海上风电叶片的叶片结构进行设计，得到所述海上风电叶片对应的初始结构参数；基于材料设计要求，确定所述海上风电叶片的初始材料参数；构建与所述海上风电叶片对应的数字校核模型，根据所述数字校核模型对所述初始翼型、所述初始形状参数、所述初始分布参数、所述初始结构参数和所述初始材料参数进行优化，得到目标形状参数、目标分布参数、所述目标结构参数和目标材料参数，根据所述目标形状参数、所述目标分布参数、所述目标结构参数和所述目标材料参数构建目标海上风电叶片；对所述目标海上风电叶片进行测试，得到满足目标环境参数要求的海上风电叶片。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标环境参数包括风电场年平均风速参数和风电场湍流度水平参数，所述获取目标环境参数，根据所述目标环境参数确定海上风电叶片对应的至少一个初始翼型，包括：根据所述风电场年平均风速参数和所述风电场湍流度水平参数确定所述海上风电叶片对应的风电机组对应的运行参数，所述运行参数包括雷诺数、来流湍流度、工况运行参数；根据所述运行参数确定所述海上风电叶片对应的性能参数，所述性能参数包括升力系数，升阻比以及失速特性参数；根据所述性能参数确定所述海上风电叶片对应的至少一个初始翼型。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标气动参数，根据所述目标气动参数确定海上风电叶片的初始形状参数以及所述至少一个翼型在所述海上风电叶片上的初始分布参数，包括：基于目标气动参数，采用动量叶素方法BEM确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数，所述气动性能参数包括海上风电叶片对应的气动推力和气动扭矩；根据所述气动性能参数，得到满足气动设计要求的所述初始形状参数以及所述初始分布参数；所述气动设计要求包括轮毂高度、额定风速、额定转速、额定功率、切入风速、切出风速以及机组功率曲线和推力曲线。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于目标气动参数，采用动量叶素方法BEM确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数，包括：采用叶素理论将所述海上风电叶片划分为至少一个叶素，所述叶素包括弦长、桨距角；基于目标气动参数，采用动量理论确定所述至少一个叶素中每一个叶素对应的气动性能参数；根据所述每一个叶素对应的气动性能参数确定所述海上风电叶片对应的气动性能参数。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述目标气动参数包括目标风速参数、目标
转速参数；所述基于目标气动参数，采用动量理论确定所述至少一个叶素中每一个叶素对应的气动性能参数，包括：获取所述至少一个叶素中任一叶素，并初始化风轮前诱导因子和风轮后诱导因子；获取所述目标风速参数、所述目标转速参数，并根据所述目标风速和所述目标转速计算所述任一叶素对应的气流入流角以及攻角；根据所述攻角确定所述任一叶素对应的翼型的切向力参数和法向力参数；基于动量叶素公式，根据所述气流入流角和所述切向力参数对所述风轮前诱导因子进行迭代，得到迭代后的风轮前诱导因子，根据所述气流入流角和所述法向力参数对所述风轮后诱导因子进行迭代，得到迭代后的风轮后诱导因子；判断所述迭代后的风轮前诱导因子和所述迭代后的风轮后诱导因子是否满足预设偏差阈值，若不满足则重新获取所述目标风速参数和所述目标转速参数以重新计算所述任一叶素对应的气流入流角以及攻角，直至所述迭代后的风轮前诱导因子和所述迭代后的风轮后诱导因子满足预设偏差阈值。6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取目标结构参数，根据所述目标结构参数对所述海上...

【专利技术属性】
技术研发人员：许世森，叶昭良，郭小江，唐巍，
申请(专利权)人：中国华能集团有限公司，
类型：发明
国别省市：