[發(fā)明專利]用于測量風(fēng)力渦輪機(jī)葉片處的空氣流動狀態(tài)的方法和裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200910149385.7
• 申請日: 2009-06-12
• 公開（公告）號: CN101603500A
• 公開（公告）日: 2009-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: S·赫爾;R·M·勒克萊爾;C·溫斯洛;A·辛普森;C·黑爾特爾;T·梅德
• 申請（專利權(quán)）人: 通用電氣公司
• 主分類號: F03D1/00
• 分類號: F03D1/00;F03D7/04;G01F1/34;G01F1/46
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 嚴(yán)志軍;劉華聯(lián)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)，且特別地涉及測量風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片 處的空氣流量。

相關(guān)申請

本申請涉及共同未決的與本申請同日提交的律師文檔號為 227-479的、名為“Wind?Turbine?Inflow?Angle?Monitoring?And?Control System”(風(fēng)力渦輪機(jī)流入角監(jiān)測和控制系統(tǒng))的專利申請，以及與 本申請同日提交的律師文檔號為232-749的“Wind?Turbine?Blade Mounted?Composite?Sensor?Support”(風(fēng)力渦輪機(jī)葉片安裝式復(fù)合傳感 器支承件)的專利申請，這兩個相關(guān)申請都通過引用而整體地結(jié)合進(jìn) 來。

背景技術(shù)

隨著風(fēng)力渦輪機(jī)作為環(huán)境安全且較廉價的能源而越來越重要，對 于改進(jìn)的風(fēng)力渦輪機(jī)性能的增長的需求已導(dǎo)致關(guān)于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子 葉片的最優(yōu)調(diào)節(jié)(關(guān)于進(jìn)入空氣流)而作出了努力。通常風(fēng)力渦輪機(jī)包 括具有多個轉(zhuǎn)子葉片和輪轂的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子葉片可具有很大的尺寸，使 得大轉(zhuǎn)子的直徑達(dá)到30m或更大。轉(zhuǎn)子葉片將風(fēng)能(即進(jìn)入空氣流)轉(zhuǎn) 換成用于驅(qū)動一個或多個發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)扭矩，發(fā)電機(jī)通過驅(qū)動系以旋 轉(zhuǎn)的方式聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上。

在考慮改進(jìn)風(fēng)力渦輪機(jī)整體的能量轉(zhuǎn)換效率時，轉(zhuǎn)子葉片表面處 的空氣流邊界層和轉(zhuǎn)子葉片表面周圍的氣流分布是主要問題。已經(jīng)進(jìn) 行了許多嘗試，以通過使用風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片周圍的空氣流動模型 來提高能量轉(zhuǎn)換效率。這些模型來源于良好地限定的運行條件下的仿 真和風(fēng)洞測試。然而，在現(xiàn)場中，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片經(jīng)受以下影響： 來自轉(zhuǎn)子自身以及來自帶紊流的三維流場狀態(tài)的影響，來自側(cè)滑的影 響，來自粗糙度和轉(zhuǎn)子葉片表面的退化變化的影響，這些影響在理論 模型中都沒有處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在許多情況下，關(guān)于渦輪機(jī)葉片的空 氣動力學(xué)和聲學(xué)性態(tài)，現(xiàn)場數(shù)據(jù)完全不同于預(yù)測。

在影響性能及與模型預(yù)測的后續(xù)偏離的參數(shù)中最重要的分別是： (i)帶有紊流和側(cè)滑的意外流入狀態(tài)，(ii)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片上碎屑 (諸如昆蟲、污物、粉等)的累積，以及(iii)單獨的翼型件和轉(zhuǎn)子葉片的 性能的差異。這些偏離可引起根據(jù)模型評估的性狀與現(xiàn)場性狀之間的 顯著差異。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其包 括適于檢測轉(zhuǎn)子葉片表面處或附近的空氣流量的至少一個壓力傳感 器；以及將檢測到的空氣流(量)轉(zhuǎn)換成表示該空氣流(量)的電信號的壓 力變換器。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種包括具有多個轉(zhuǎn)子葉片和輪 轂的轉(zhuǎn)子的風(fēng)力渦輪機(jī)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)進(jìn)一步包括附連到風(fēng)力渦輪 機(jī)的至少一個轉(zhuǎn)子葉片上的傳感器裝置，所述傳感器裝置具有：附連 在葉片的后緣處且提供壓力側(cè)傳感器信號的至少一個壓力側(cè)氣流傳 感器耙，和附連在葉片的后緣處且提供吸力側(cè)傳感器信號的至少一個 吸力側(cè)氣流傳感器耙，以及用于根據(jù)傳感器信號來調(diào)節(jié)運行參數(shù)(諸如 至少一個轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角或轉(zhuǎn)子扭矩需求或者轉(zhuǎn)子的每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)) 的控制單元。

根據(jù)本發(fā)明的又一個方面，提供了一種用于對風(fēng)力渦輪機(jī)的至少 一個轉(zhuǎn)子葉片進(jìn)行傾斜調(diào)節(jié)的方法，其包括：檢測流入空氣壓力，以 及根據(jù)檢測到的流入空氣壓力來調(diào)節(jié)至少一個轉(zhuǎn)子葉片的傾斜角。

通過附屬的權(quán)利要求、說明書和附圖，本發(fā)明的另外的方面、優(yōu) 點和特征顯而易見。

附圖說明

在本說明書的剩余部分中(包括對附圖的引用)更具體地闡述了本 發(fā)明的對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的完整的和可以實現(xiàn)的公開，包括其最 佳模式；在附圖中：

圖1示意性地顯示了具有可對傾斜角進(jìn)行調(diào)節(jié)的三個轉(zhuǎn)子葉片的 風(fēng)力渦輪機(jī)；

圖2示意了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的具有五個壓力傳感器的吸 力側(cè)傳感器裝置；

圖3示意了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的具有多個壓力傳感器的壓 力側(cè)傳感器裝置；

圖4是貫穿風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的截面，其中示意性地顯示了壓 力側(cè)傳感器裝置和吸力側(cè)傳感器裝置處于轉(zhuǎn)子葉片的后緣；

圖5呈現(xiàn)了具有壓力側(cè)傳感器裝置和吸力側(cè)傳感器裝置、壓力側(cè) 壓力變換器和吸力側(cè)壓力變換器以及控制單元和調(diào)節(jié)單元的后緣傳 感器系統(tǒng)的方框圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的第三實施例的、附連在轉(zhuǎn)子葉片前緣處的流 入角壓力傳感器的正視圖；