考虑雨滴侵蚀的风力发电机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法

摘要

雨滴侵蚀是造成大型风力发电机叶片涂层疲劳损坏的重要因素之一,近年来受到工业界和学术界的广泛关注。针对该问题,提出了一种通过调整风机转速,实现考虑雨滴侵蚀的风机叶片涂层疲劳寿命优化设计方法。首先运用风机叶片涂层疲劳寿命计算框架构建疲劳寿命Kriging代理模型,实现了特定状态下的叶片涂层疲劳寿命的快速计算;然后对于复杂的风力发电机实际服役环境,通过构建降雨强度与风速概率模型表征其各自的时长信息;其次根据不同降雨强度下疲劳寿命变化特性,构建约束条件,缩小搜寻空间,并结合风力发电机风能利用系数特性,构建初始转速设计点,最后采用序列二次规划法获得不同降雨强度与风速下的风力发电机最优转速。针对5 MW风力发电机机组进行转速优化设计,结果表明该优化设计方法可以将风力发电机叶片涂层设计疲劳寿命由7.84年提升至20年,而风机服役周期内总发电量减少量忽略不计。因此,该方法在保证风机总发电量降低最小的情况下,能够有效提升风力发电机叶片涂层疲劳寿命。