[发明专利]用于测量风力涡轮机叶片处的空气流动状态的方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，且特别地涉及测量风力涡轮机转子叶片 处的空气流量。

相关申请

本申请涉及共同未决的与本申请同日提交的律师文档号为 227-479的、名为“Wind Turbine Inflow Angle Monitoring And Control System”(风力涡轮机流入角监测和控制系统)的专利申请，以及与 本申请同日提交的律师文档号为232-749的“Wind Turbine Blade Mounted Composite Sensor Support”(风力涡轮机叶片安装式复合传感 器支承件)的专利申请，这两个相关申请都通过引用而整体地结合进 来。

背景技术

随着风力涡轮机作为环境安全且较廉价的能源而越来越重要，对 于改进的风力涡轮机性能的增长的需求已导致关于风力涡轮机转子 叶片的最优调节(关于进入空气流)而作出了努力。通常风力涡轮机包 括具有多个转子叶片和轮毂的转子。转子叶片可具有很大的尺寸，使 得大转子的直径达到30m或更大。转子叶片将风能(即进入空气流)转 换成用于驱动一个或多个发电机的旋转扭矩，发电机通过驱动系以旋 转的方式联接到转子上。

在考虑改进风力涡轮机整体的能量转换效率时，转子叶片表面处 的空气流边界层和转子叶片表面周围的气流分布是主要问题。已经进 行了许多尝试，以通过使用风力涡轮机转子叶片周围的空气流动模型 来提高能量转换效率。这些模型来源于良好地限定的运行条件下的仿 真和风洞测试。然而，在现场中，风力涡轮机转子叶片经受以下影响： 来自转子自身以及来自带紊流的三维流场状态的影响，来自侧滑的影 响，来自粗糙度和转子叶片表面的退化变化的影响，这些影响在理论 模型中都没有处理。已经发现，在许多情况下，关于涡轮机叶片的空 气动力学和声学性态，现场数据完全不同于预测。

在影响性能及与模型预测的后续偏离的参数中最重要的分别是： (i)带有紊流和侧滑的意外流入状态，(ii)风力涡轮机转子叶片上碎屑 (诸如昆虫、污物、粉等)的累积，以及(iii)单独的翼型件和转子叶片的 性能的差异。这些偏离可引起根据模型评估的性状与现场性状之间的 显著差异。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机转子叶片，其包 括适于检测转子叶片表面处或附近的空气流量的至少一个压力传感 器；以及将检测到的空气流(量)转换成表示该空气流(量)的电信号的压 力变换器。

根据本发明的第二方面，提供了一种包括具有多个转子叶片和轮 毂的转子的风力涡轮机，所述风力涡轮机进一步包括附连到风力涡轮 机的至少一个转子叶片上的传感器装置，所述传感器装置具有：附连 在叶片的后缘处且提供压力侧传感器信号的至少一个压力侧气流传 感器耙，和附连在叶片的后缘处且提供吸力侧传感器信号的至少一个 吸力侧气流传感器耙，以及用于根据传感器信号来调节运行参数(诸如 至少一个转子叶片的倾斜角或转子扭矩需求或者转子的每分钟转数) 的控制单元。

根据本发明的又一个方面，提供了一种用于对风力涡轮机的至少 一个转子叶片进行倾斜调节的方法，其包括：检测流入空气压力，以 及根据检测到的流入空气压力来调节至少一个转子叶片的倾斜角。

通过附属的权利要求、说明书和附图，本发明的另外的方面、优 点和特征显而易见。

附图说明

在本说明书的剩余部分中(包括对附图的引用)更具体地阐述了本 发明的对本领域普通技术人员的完整的和可以实现的公开，包括其最 佳模式；在附图中：

图1示意性地显示了具有可对倾斜角进行调节的三个转子叶片的 风力涡轮机；

图2示意了根据本发明的一个实施例的具有五个压力传感器的吸 力侧传感器装置；

图3示意了根据本发明的第二实施例的具有多个压力传感器的压 力侧传感器装置；

图4是贯穿风力涡轮机转子叶片的截面，其中示意性地显示了压 力侧传感器装置和吸力侧传感器装置处于转子叶片的后缘；

图5呈现了具有压力侧传感器装置和吸力侧传感器装置、压力侧 压力变换器和吸力侧压力变换器以及控制单元和调节单元的后缘传 感器系统的方框图；

图6是根据本发明的第三实施例的、附连在转子叶片前缘处的流 入角压力传感器的正视图；