專利名稱：使用局部化感測和控制降低紊流風場中的功率損耗的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及風力渦輪機領域，更具體地講，涉及局部化感 測和致動系統(tǒng)，以降低攻角偏差(偏離計劃值/受控值)對紊流風場(turbulent wind)中的動力和載荷的影響。
背景技術：
在能源產生的可再生能源領域中，風力渦輪機獲得的重要性正曰 益增加。近來，風力渦輪機技術已應用于大規(guī)模的發(fā)電應用。在特定 的風力條件下使得風力渦輪機的性能最佳而系統(tǒng)載荷最小是利用風 能來產生動力中存在的諸多挑戰(zhàn)之一。導致能量成本最低的改進的風 力渦輪機性能參數的非限制性實例包括最高的空氣動力效率、最大 的能量輸出、最低的風力渦輪機系統(tǒng)載荷、最小的噪音及其組合。風 力渦輪機系統(tǒng)載荷的示例包括極端載荷(運行和停車/空載)和疲勞載 荷。降低應得功率捕獲(power capture)和實際功率捕獲之間的差值是 對于變速風力渦輪機的控制問題的主目標之一。與此問題緊密相聯(lián)的 是降低渦輪機部件上的結構載荷?，F(xiàn)代的風力渦輪機包括很長的葉 片；并且轉子的這種大面積會經受紊流強度和剪應力方面的大的風力 變化。風力渦輪機葉片通常針對恒定的末梢速度設計，不考慮由于紊 流和剪應力所引起的風的非線性變化。采用可以經由流控制來改變葉 片空氣動力特性的局部致動器來降低沿著葉片的風力變化的影響，并 降低葉片上的功率損耗和載荷。同時也降低在轉子上由風引起的載 荷。鑒于上述原因，提供一種用于檢測局部即時的葉片載荷的技術將是有益和有利的，該技術可用來提供有關實際攻角的信息，使得可應 用局部化致動來改變(多個)葉片的空氣動力特性，以補償現(xiàn)存的攻角 失配，從而降低該攻角失配對渦輪機部件(轉子、傳動系、塔架)所經 歷的功率捕獲和載荷失衡的影響。發(fā)明內容本發(fā)明的實施例涉及局部化感測和致動系統(tǒng)，以降低攻角偏差(偏 離計劃值/受控值)對紊流風場中的動力和載荷的影響。
一個實施例涉及風力渦輪機，其包括布置在風力渦輪機上的風力渦輪機葉片，該 葉片構造成在葉片上的風流沖擊下繞軸線旋轉；布置在葉片上或葉片, 內的至少一個載荷傳感器，該至少一個載荷傳感器配置成用來測量葉 片上由在該至少一個載荷傳感器處所感測到的局部風流所引起的局部載荷；和布置在葉片上的至少一個主動的流修正裝置，該至少一個主動的流修正裝置構造成修正貼近葉片的風流，并且其中，該至少一 個主動的流修正裝置構造成基于該至少 一 個傳感器的局部載荷測量 來接收主動的流修正指令。本發(fā)明的另 一個實施例涉及運行風力渦輪機的方法，該風力渦輪機包括在葉片上的風流沖擊下能夠繞軸線旋轉的葉片，該方法包括( 經由布置在葉片上或葉片內的至少一個載荷傳感器，測量由于在該至 少一個載荷傳感器處所感測的局部風流入而引起的葉片上的局部載 荷；基于局部載荷而獲得葉片上的當前攻角；確定葉片上的最優(yōu)攻角； 以及主動地修正貼近葉片的風流來改變葉片的空氣動力特性并補償 葉片上的當前攻角和最優(yōu)攻角之間的差值。本發(fā)明的又一個實施例涉 及風力渦輪機葉片組件，其包括至少一個局部載荷傳感器和至少一個 主動的流修正裝置，其中，該至少一個局部載荷傳感器布置在風力渦 輪機葉片的表面上或表面內，該至少一個主動的流修正裝置布置在風 力渦輪機葉片的表面上或表面內，并構造成響應于局部載荷傳感器的 測量來改變風力渦輪機葉片的空氣動力特性，以使得充分地盡可能減小當前攻角和最優(yōu)攻角之間的差值。


當參考附圖閱讀以下詳細描述時，將更好地理解本發(fā)明的這些和 其它的特征、方面和優(yōu)點，在所有附圖中相同的符號表示相同的部件， 其中圖1是根據一個實施例的風力渦輪機的示范性結構；圖2圖示了風力渦輪機葉片組件，其包括風力渦輪機葉片、多個光纖傳感器和以不同方位布置在圖1中所示葉片上的多個主動的流修正裝置；圖3是圖2中所示的風力渦輪機葉片的局部截取視圖，其示出了 構造成通過修正貼近葉片的風:漆來控制流分離以提高升力的主動的 流修正裝置；圖4是圖2中所示的風力渦輪機葉片的局部截取視圖，其示出了 構造成通過^f'務正貼近葉片的風流來控制流分離以抑制升力的主動的 流修正裝置；圖5是圖2中所示的風力渦輪機葉片的局部截取視圖，其示出了 布置在葉片末梢上的主動的流修正裝置，在該局部截取^L圖中，該主 動的流修正裝置構造成通過修正貼近葉片的風流來修正梢渦(tip vortex); 和圖6示出了降低用于圖1中所示風力渦輪機的紊流風場中的功率 損耗的方法，該方法利用經由布置在風力渦輪機葉片上的多個光纖傳 感器的局部化感測和經由也布覃在風力渦輪機葉片上的多個主動的 流修正裝置的控制。盡管以上標識的圖形闡述了備選實施例，但也要像論述中所指出 的那樣仔細考慮本發(fā)明的其它實施例。在所有情況下，此公開內容呈 現(xiàn)本發(fā)明的所示實施例為陳述性的而非限制性的。本領域^t術人員可 設計出落入本發(fā)明原理的范圍和精神之內的許多其它的變型和實施例。要件列表(8)風流(10)風力渦輪機葉片(12)風力渦輪機葉片側面(13)風力渦輪機葉片長度(14)風力渦輪機葉片寬度(15)風力渦輪機葉片末梢(16)流分離上游位置(17)風力渦輪機葉片組件(18)流分離下游位置(20)主動的流修正裝置,.，(22)噴射流(23)不穩(wěn)定的噴射流(24)葉片梢渦(26)葉片梢渦(28)光纖傳感器(30)風力渦輪發(fā)電機(40)齒輪機構(50)控制器(60)偏航機構(80)葉片俯仰才幾構(90)風力渦輪機葉片旋轉軸線(ioo)風力渦輪機(200)降低功率損耗的方法具體實施方式
圖1圖示了根據本發(fā)明一個實施例的風力渦輪機100。風力渦輪機100包括風力渦輪機葉片10,該風力渦輪機葉片IO構造成在入射 風流的沖擊下圍繞軸線90旋轉，例如在所示的風流8的沖擊下。要 理解，除非另外具體提及或通過Oi下文指出，此處使用的術語"一，，、 "一個"和"該"指的是"至少一個"及其多個變型。旋轉軸線90 沿著圖1中軸線系的z軸線，并且葉片10的旋轉平面是x-y平面，x 軸線從紙面穿出。主動的流修正裝置20和諸如光纖傳感器28的載荷 傳感器進一步地布置在葉片10上；且葉片、主動的流修正裝置20和 光纖傳感器28 —起形成風力渦輪機葉片組件17(在圖2中示出)。只要將載荷傳感器構造成在風力渦輪機葉片10上的所需各點處 測量局部載荷，還可以使用其它類型的載荷傳感器，例如^f旦不限于非 定常壓力傳感器、攻角傳感器、加速度計、應變儀、光纖光柵(fiber Bragg grating)等。這些載荷傳感器可定位在葉片10的表面上、嵌入到葉片 IO的表面內，或可以既定位在葉片IO的表面上又嵌在葉片IO的表面 內。主動的流修正裝置20構造成響應于由局部載荷傳感器28所提供 的測量數據來修正貼近葉片的風流8，從而改變葉片的空氣動力特性 以補償攻角失配，降低其對風力渦輪機100部件(轉子、傳動系、塔架 等)所經歷的功率捕獲和載荷失衡的影響。術語"貼近葉片的風流"應 理解為指的是貼近葉片(包括葉片表面和末梢)的風流的部分而非整個 風流8。貼近葉片IO的風流包括，但不限于葉片表面上的風流區(qū)域和 葉片IO的末梢端部附近的梢渦。圖2圖示了風力渦輪機葉片組件17,其包括風力渦輪機葉片10、 諸如光纖傳感器28的若干局部載荷傳感器和以各種方位布置在葉片 10上或其內的若干主動的流修正裝置20。葉片10包括側面12和末 梢15，并且可布置在葉片上或葉片內的主動的流修正裝置20任選地 以不同的角度布置在側面12(意為在至少一個側面上)上和末梢15上； 同時，可布置在葉片上或嵌入葉片內的局部載荷(例如光纖)傳感器28任選地布置在側面12和末梢15上的不同位置處。側面12具有長度 13和可沿著該長度變化的寬度14，并且末梢15包括葉片10的端部 部分。局部載荷/光纖傳感器28和主動的流修正裝置20還可以布置在 與側面12相對的第二側面(圖中未示出)上。主動的流修正裝置20典il地構造成以依賴于時間的方式釋放具 有所需強度并處于所需頻率的射流。這種裝置20的非限制性的實例 包括壓電合成的射流或零質量(zero-mass)致動器以及其它類型的合成 射流裝置。合成射流裝置特別地有益，因為這種裝置具有低功率要求、 低重量損失(weight penality)、大控制權限(射流強度)、良好的頻率和 幅度范圍并且結構緊湊，并從而允許容易地與風力渦輪機葉片系統(tǒng)結 合。在其它的實施例中，主動的流修正裝置20系統(tǒng)可構造成利用不 同于合成射流的方法來修正風流。例如，.可以備選地或附加地使用其 它的非零質量流致動裝置，例如觸發(fā)(flip-flop )射流和提供脈沖式速度 射流的流振蕩器。此外，某些實施例中的合成射流可配置成為了改變 風力渦輪機葉片的空氣動力特性而排他地、或除了脈沖式致動之外而 提供穩(wěn)定的噴吹。繼續(xù)參看圖1，風力渦輪機100還包括將機械能轉化為電能的風 力渦輪發(fā)電機30，將從風力渦輪機葉片產生的機械能提供給發(fā)電機 30的齒輪機構40?？刂破?0可操作地聯(lián)接到局部載荷傳感器(例如光 纖傳感器)28上以獲得風力渦輪機運行狀況的當前狀態(tài)，并聯(lián)接到主 動的流裝置20上以在運行中向風力渦輪機提供主動的流控制?？刂?器50可進一步地聯(lián)接到發(fā)電機30、齒輪機構40、偏航(yaw)機構60 和葉片俯仰(pitch)機構80上，以控制風力渦輪機運行的各方面或接收 輸入。要注意的是，在圖1中僅為說明性目的而用連接線示出在控制 器50與局部載荷/光纖傳感器28以及主動的流修正裝置20之間的聯(lián) 接，并非必須表示導線，而是包括任何用于可操作地聯(lián)接這些裝置的 適當的機構。在一個實施例中，主動的流修正裝置20通過控制貼近葉片的流分離來在葉片周圍的風流中提供主動的流修正，并因此修正風力渦輪 機葉片的載荷。根據一種技術，主動的流修正配置成促進貼近葉片的 風流中的流分離，從而降低風力渦輪機可獲得的升力。此技術響應于 陣風而采用并降低系統(tǒng)載荷。根據另一種技術，通過向貼近葉片的風 流增加不穩(wěn)定的空氣動力動量和渦度，主動的流修正阻止貼近葉片的 風流中的流分離。這導致增強了'風力渦輪機可獲得的升力，并因此導 致對于給定葉片尺寸而產生更多的功率，或以減小的葉片尺寸(亦即具 有較小的弦長、減小的厚度或其組合)而產生相同的功率。更具體地說，如圖3-4所示，在幾個實施例中主動的流修正裝置 20布置在葉片IO的側面12上。主動的流修正裝置構造成通過響應于 由局部載荷傳感器28提供的局部化葉片載荷信息來修正貼近葉片10 的風流從而控制流分離。例如，在圖3的實施例中，流分離由主動的流修正裝置抑制(意為 減小、延遲或其組合)。在圖3中為示例目的，流分離點顯示為位于與 上游位置16相對的位置18處，在此上游位置16處，沒有主動的流 修正就會自然地形成流分離點。在一個實施例中，流分離由引入穩(wěn)定 的和/或不穩(wěn)定的(依賴于時間的)噴射流22來抑制，該噴射流22具有 大體上沿著貼近葉片的風流的大的動量分量和渦度，如也由圖3的實 施例所示。圖3中的噴射流22在貼近葉片的風流中增加了動量和渦 度。當渦度和動量通過主動的流修正而增加時，至少部分地補充了邊 界層的動量不足，并抑制了流分離且增強了可獲得的升力。如圖3中 所示，在其中已抑制了分離的流協(xié)助增加升力，從而對于給定的葉片 尺寸提高了渦輪機性能，或對于給定的性能水平減小了葉片弦長。主 動的流修正裝置可以特定的角度向入射風流增加動量和渦度，并且這 樣的角度可根據所需的性能狀況而變化。在由圖4所示的另一個示例中，通過主動的流修正裝置響應于由 局部載荷傳感器28所提供的局部載荷信息來促進流分離。在圖4中 為示例目的，流分離點顯示為焦f與下游位置16相對的位置18處，在此下游位置16處，沒有主動的流修正就會自然地形成流分離點。在圖4的實施例中，通過引入穩(wěn)定的和/或不穩(wěn)定的噴射流22來促進 流分離，該噴射流22具有對貼近葉片的風流為充分分裂的大動量分 量。圖4中的噴射流22在貼近葉片的風流中開始流分離。分裂的噴 射流22可以是傾斜的噴射流，其阻礙了貼近葉片的自然風流。圖4 中所示的已促進的流分離導致了降低的升力，并且可有利地用來減輕 不期望的載荷狀況。這種不期望的狀況包括提高風流速度的情形，該 情形導致升高的葉片(升高的升力)和風力渦輪機的載荷。所述各實施 例有利地通過主動地修正如圖4中所示的貼近葉片的風流來提供人為 地降低升力，在某些情形下降低幾乎是即時的。如所討論的，主動的 流修正裝置可以特定的角度向入射風流增加分裂的動量，并且這樣的 角度可根據所需的性能狀況而變化。根據本發(fā)明的另 一個方面，主動的流修正有利地用于降低攻角偏 差(偏離計劃值/受控值)對紊流風場中動力和載荷的影響，以降低風力 渦輪機損耗(并因而提高空氣動力效率)，降低貼近葉片的末梢15所產 生的空氣動力噪音，或降低損耗及噪音的組合。在由圖5所示的實施 例中，主動的流修正裝置20布置在葉片10的末梢15上。根據該技 術的一個方面，主動的流修正裝置20構造成通過修正貼近葉片10的 風流來修正梢渦24。在由圖5所示的實施例中，通過引入穩(wěn)定的和/ 或不穩(wěn)定的噴射流23來修正梢渦24，該噴射流23使得梢渦24(虛線) 移到如由梢渦26所示的另一個位置。其它情形中，增加的噴射流可 用來影響梢渦的開始和發(fā)展或修正梢渦24的演變和軌跡。通常，射 流23修正末梢附近的流結構，并導致渦流的快速消散，或者梢渦24 遠離末梢的移動，或者正在形成的梢渦的強度的降低。本發(fā)明的另一個重要方面是這些局部載荷傳感器28和/或主動的 流修正裝置20既可布置在現(xiàn)有葉片實施例的改型中，又可用來提出 新的葉片實施例。對于新的葉片實施例，控制分離的性能以及因此控 制葉片的載荷水平意味著更新的和更^^艮本的，或至少更多樣的翼型和葉片形狀，超過在風力渦輪機翼型/葉片設計中包含現(xiàn)有技術水平的、 現(xiàn)在可用于風力渦輪機葉片中的那些翼型和葉片形狀。這種新設計可 優(yōu)化成提供比當前所使用的那些設計更高的空氣動力學性能(例如升 力和升力-阻力比)和效率。如所討論的這些策略屬于控制器50可采用來響應于由局部載荷 傳感器28提供的已測量的負載信息而主動地修正風流8和葉片的對 應空氣動力特性的策略中的一些?？刂破?0配置為接收局部化的即 時葉片載荷，該即時葉片載荷夸空氣動力圖、轉子平均風速和/或其它 所需的信息相關，提供了有關實際攻角的信息，并響應于運行狀況的 當前狀態(tài)，主動地修正貼近葉片的風流8。運行狀況包括^f旦不限于風 的環(huán)境狀況，例如風流速度和風流方向。在某些實施例中，運行狀況 還包括渦輪機轉速、葉片俯仰角和風力渦輪機的偏航角。在一個實施例中，控制莽50配置為響應于至少一個運行狀況的 當前狀態(tài)來向至少一個主動的流修正裝置20提供主動流指令。 一個 方面，在出現(xiàn)將升力顯著地提高到不期望水平的入射風速的突然增加 或風向的變化時，控制器50致動主動的流修正裝置20，該主動的流 修正裝置20構造成釋放分裂的穩(wěn)定和/或不穩(wěn)定的噴射流，如圖4所 示。另一個方面，控制器將主動的流修正裝置保持在致動狀態(tài)，并在 檢測到可將系統(tǒng)載荷提高到,不辨望水平的入射風速或風向變化時將 它們關閉。根據另 一個方面，在可獲得的升力可能由于低的風流速度或不利 的風流方向而很低、且因此產生的動力也很低的狀況下，控制器50 致動主動的流修正裝置，該主動的流修正裝置構造成釋放通過抑制流 分離來增強升力的穩(wěn)定或不穩(wěn)定的噴射流，如圖3所示。根據另一個 方面，控制器50致動貼近葉片末梢的主動的流修正裝置，使梢渦消 散或移動梢渦遠離末梢，如圖5所示。通過使用主動的流指令，響應于已測量的局部葉片載荷狀態(tài)的適 當的響應策略對于本領域技術人員是明顯的，且這些明顯的策略包含在本發(fā)明的范圍和實質中。例如，在其中的主動的流修正裝置包括合成射流的實施例中，各種響應策略包括但不限于修正合成射流22或 23的速率、修正引入合成射流22或23的頻率、修正合成射流22在 側面12上的位置、修正合成射流23在末梢15上的位置、修正合成 射流22或23(意為整個射流、射流孔或其組合)的角度、修正合成射流 出口(孔或槽)的尺寸、修正合成射流出口(孔或槽)的形狀，以及它們的 組合。各種響應策略可通過以下方式來實現(xiàn)例如將不同出口尺寸和 形狀的多個主動的流修正裝置20以不同的方位或位置布置，并響應 于經由局部載荷傳感器28產生的信息來選擇性地致動主動的流修正 裝置。在一個實施例中，控制器50進一步地配置為接收齒輪和發(fā)電機 功能的當前狀態(tài)，并配置為還響應于這些狀況來提供主動的流指令。現(xiàn)在來看圖6，用于風力渦輪機100的降低紊流風場中的功率損 耗的方法200使用經由多個局部載荷傳感器的局部化感測和經由多個 主動的流修正裝置20的控制，該局部載荷傳感器例如但不限于布置 在風力渦輪機葉片10的表面上和/或嵌入表面內的光纖傳感器28，該 主動的流修正裝置20也布置在風力渦輪^L葉片10上和/或其內部。$ 一個實施例中，局部載荷/光纖傳感器28檢測局部即時的葉片10的載 荷，該載荷當與空氣動力圖和轉子平均風速相關時，提供有關實際攻 角的信息，如此處之前所述。由于紊流風場的波動、風的剪應力或上 游的尾流以及沿著葉片IO的陣風，用以改變葉片IO空氣動力特性的 局部化致動促使補償與額定值的攻角失配，降低該失配對渦輪機100 部件所經歷的功率捕獲和載荷失衡的影響。這種失配以及因此產生的 意外載荷隨后通過利用局部化的致動來減輕，該局部化致動通過使用 諸如此處之前參考圖1 - 5所描述的流控制技術來改變葉片載荷。此控 制權限可另外地或結合傳統(tǒng)的俯仰控制系統(tǒng)一起使用，這些俯仰控制 系統(tǒng)與風載荷相關而單獨地俯仰各葉片。此處之前所述的用于降低紊流風場中功率損耗的實施例的 一個特征涉及沿著安裝在葉片10中或其上的光纖安裝的光纖和載荷傳感器的使用。使用這樣的光纖傳感器28尤其提供了 l)大規(guī)模的分布感 測，2)抗電磁干擾(EMI), 3)被動的多參數感測，4)耐腐蝕性，5)抗輻 射性，6)增強的運行溫度性能，7)增強的高壓運行特性，和8)寬帶寬。 光纖傳感器因此提供了用基于電的傳感器所不能獲得的諸多優(yōu)點，這 些基于電的傳感器通常難以分布、難以在惡劣環(huán)境中運行、不易嵌入 結構中并且易受EMI的影響。上述由光纖傳感器提供的優(yōu)點有助于降 低維護成本、提高生產率、改善可靠性和增強性能。此處之前所述的用于降低紊流風場中功率損耗的實施例的另一 個特征涉及分布式致動方法的使用，例如主動的流控制，以與經由布 置在葉片10上或其內的多個光纖傳感器28所提供的即時運行狀況有 關而改變葉片IO的空氣動力特性。此處之前所述的用于降低紊流風場中功率損耗的實施例的又一 個特征涉及動態(tài)控制器的使用，該動態(tài)控制器響應由多個光纖傳感器 提供的局部風負載信息，以利用局部致動性能的優(yōu)勢來l)滿足某些性 能目標，其中這些目標可沿著葉片10局部地變化并且可在環(huán)流控制 和分離控制之間改變，或2)補償任何的攻角偏差，或3)降低葉片載荷 的局部不平衡?，F(xiàn)在繼續(xù)參看圖6,方法200有利地認為風流從不恒定地通過風 力渦輪機轉子，從而通過扭轉分布或葉片俯仰而產生葉片設計無法顧 及的局部攻角偏差。在一個實施例中，方法200解釋了由于這些攻角 偏差而引起的在葉片IO上的功率捕獲和載荷。用于風力渦輪機100的降低紊流風場中功率損耗的方法200,其 利用經由布置在風力渦輪機葉片10上和/或其內的多個光纖傳感器 的局部化感測以及經由也布置在風力渦輪機葉片10上和/或其內的多 個主動的流修正裝置20的控制，通過測量風力渦輪機葉片IO上的局 部載荷而開始，該局部載荷由于在各個載荷/光纖傳感器28處所感測 的局部風流入所引起，如步驟202所示。然后基于各載荷/光纖傳感器28處的局部載荷來確定各載荷'傳感器28處的平均風速，如步驟204 所示。葉片俯仰還根據葉片設定來確定，如步驟206所示。然后基于扭角，如步驟208所示。在確定了俯仰葉片設定以及各載荷傳感器28 處的平均風速和局部扭角后，即確定了基于此數據的當前攻角，如步 驟210所示。隨后，確定基于對應的翼梢速比和平均風速的最優(yōu)攻角， 如步驟212所示。當已確定了當前攻角和最優(yōu)攻角時，當前攻角和最 優(yōu)攻角之間的差值之后通過致動一個或多個局部流修正裝置20來補 償該差值而被補償，如步驟214所示。當已補償了當前攻角和最佳攻角之間的差值時，則葉片10的空 氣動力特性將會改變，從而降低攻角對風力渦輪機部件(轉子、傳動系、 塔架等)所經歷的功率捕獲和載荷失衡的影響。簡要地說，通過局部地補償局部的當前攻角和局部的最優(yōu)攻角之 間的攻角失配，采用局部化感測、致動和控制來提高功率捕獲。此處 之前所述的實施例解釋了通過風力渦輪機轉子的非恒定風流以及因 此通過扭轉分布或葉片俯仰而產生葉片設計無法顧及的局部攻角偏 差，因而改善了功率捕獲并降低了葉片10上的載荷。當前攻角利用 葉片10上由局部風流引起的局部載荷的測量，并考慮平均風速、俯 仰葉片設定和局部扭角來確定，該局部載荷的測量使用多個局部風載 荷傳感器，諸如例如光纖傳感器。盡管此處僅圖示和描述了本發(fā)明的某些特征，但本領域技術人員 將會想到許多變型和變化。因此要理解的是，所附權利要求書意欲覆 蓋所有這種落入本發(fā)明的真實精4中內的變型和變化。
權利要求
1.一種風力渦輪機(100)，包括布置在所述風力渦輪機(100)上的風力渦輪機葉片(10)，所述葉片(10)構造成在所述葉片(10)上的風流(8)的沖擊下圍繞軸線(90)旋轉；布置在所述葉片(10)上或其內的至少一個載荷傳感器(28)，所述至少一個載荷傳感器(28)配置成測量在所述葉片(10)上由于在所述至少一個載荷傳感器(28)處所感測到的局部風流入所引起的局部載荷；和布置在所述葉片(10)上的至少一個主動的流修正裝置(20)，所述至少一個主動的流修正裝置(20)構造成修正貼近所述葉片(10)的所述風流，并且其中，所述至少一個主動的流修正裝置(20)構造成基于所述至少一個傳感器(28)的局部載荷測量來接收主動的流修正指令。
2. 根據權利要求1所述的風力渦輪機(IOO),其特征在于，所述 至少一個載荷傳感器(28)選自光纖傳感器、非定常壓力傳感器、攻角 傳感器、加速度計、應變儀和光纖光柵。
3. 根據權利要求1所述的風力渦輪機(IOO)，其特征在于，所述 風力渦輪機(100)還包括控制器(50),所述控制器(50)配置成響應于由 所述至少一個載荷傳感器(28)所提供的局部載荷測量信息來給所述至 少一個主動的流修正裝置(20)產生所述主動的流修正指令，使得所述 至少一個主動的流修正裝置(20)改變所述葉片(10)的空氣動力特性，以 減小當前攻角測量值和對于所述葉片(IO)的最優(yōu)攻角之間的差值。
4. 根據權利要求1所述的風力渦輪機(IOO)，其特征在于，所述 至少一個主動的流修正裝置(20)選自壓電裝置和合成射流裝置。
5. 根據權利要求1所述的風力渦輪機(IOO)，其特征在于，所述 至少一個主動的流修正裝置(20)構造成響應于由所述至少一個載荷傳 感器(28)所提供的局部載荷測量信息，通過降低所述風力渦輪機(IOO) 上的載荷來修正所述風力渦輪機(l OO)上的載荷。
6. —種運行風力渦輪機(100)的方法，所述風力渦輪機(100)包括 葉片(10),所述葉片(10)在風流(8)對所述葉片(10)的沖擊下能夠圍繞繞 軸線(90)旋轉，所述方法包括經由布置在所述葉片(IO)上或其內的至少一個載荷傳感器(28)來 測量所述葉片(10)上的局部載荷，所述局部載荷由于在所述至少一個 載荷傳感器(28)處所感測的局部風流入而引起；基于所述局部載荷而獲得所述葉片(IO)上的當前攻角；確定所述葉片(10)上的襲森復角；和主動地修正貼近所述葉片(10)的所述風流(8)，以改變所述葉片(IO) 的空氣動力特性并且補償所述葉片(10)上的所述當前攻角和所述最優(yōu) 攻角之間的差值。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一個載 荷傳感器(28)選自光纖傳感器、定常壓力傳感器、非定常壓力傳感器、 攻角傳感器、加速度計、應變儀和光纖光柵。
8. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述局部載 荷而獲得所述葉片(10)上的當前攻角包括基于在所述至少一個載荷傳感器(28)處的所述局部載荷來確定在 所述至少一個載荷傳感器(28)處的平均風速；基于在所述至少一個載荷裙感器(28)處的所述局部載荷來確定在 所述至少一個載荷傳感器(28)處的局部扭角；獲得所述葉片俯仰"&定；和基于所述平均風速、俯仰設定和局部扭角來確定所述當前攻角。
9. 根據權利要求8所述的方法，其特征在于，確定對于所述葉 片(10)的最優(yōu)攻角包括確定對應的翼梢速比；和基于所述對應的翼梢速比和所述平均風速來確定所述最優(yōu)攻角。.
10. —種風力渦輪機葉片組件(n),包括布置在風力渦輪機葉片(IO)的表面上或表面內的至少一個局部載荷傳感器(28)以及至少一個主動的流修正裝置(20),所述主動的流修正裝置(20)布置在所述風力渦 輪機葉片(10)的表面上或表面內，并且構造成響應于局部載荷傳感器 (28)的測量來改變所述風力渦輪機葉片(IO)的空氣動力特性，使得充分 地盡可能減小當前攻角和最優(yōu)攻角之間的差值。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用局部化感測和控制降低紊流風場中的功率損耗。風力渦輪機葉片組件(17)包括至少一個局部載荷傳感器(28)和至少一個主動的流修正裝置(20)，該至少一個局部載荷傳感器(20)布置在風力渦輪機葉片(10)的表面上或表面內，該至少一個主動的流修正裝置(20)布置在風力渦輪機葉片(10)的表面上或表面內，并構造成響應于實時局部載荷傳感器的測量來改變風力渦輪機葉片(10)的空氣動力特性，使得充分地盡可能減小風力渦輪機葉片(10)上的當前攻角和最優(yōu)攻角之間的差值。
文檔編號F03D7/04GK101334004SQ20081012938
公開日2008年12月31日 申請日期2008年6月25日 優(yōu)先權日2007年6月25日
發(fā)明者A·古普塔, C·巴布 申請人:通用電氣公司