专利名称：使用局部化感测和控制降低紊流风场中的功率损耗的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及风力涡轮机领域，更具体地讲，涉及局部化感 测和致动系统，以降低攻角偏差(偏离计划值/受控值)对紊流风场(turbulent wind)中的动力和载荷的影响。
背景技术：
在能源产生的可再生能源领域中，风力涡轮机获得的重要性正曰 益增加。近来，风力涡轮机技术已应用于大规模的发电应用。在特定 的风力条件下使得风力涡轮机的性能最佳而系统载荷最小是利用风 能来产生动力中存在的诸多挑战之一。导致能量成本最低的改进的风 力涡轮机性能参数的非限制性实例包括最高的空气动力效率、最大 的能量输出、最低的风力涡轮机系统载荷、最小的噪音及其组合。风 力涡轮机系统载荷的示例包括极端载荷(运行和停车/空载)和疲劳载 荷。降低应得功率捕获(power capture)和实际功率捕获之间的差值是 对于变速风力涡轮机的控制问题的主目标之一。与此问题紧密相联的 是降低涡轮机部件上的结构载荷。现代的风力涡轮机包括很长的叶 片；并且转子的这种大面积会经受紊流强度和剪应力方面的大的风力 变化。风力涡轮机叶片通常针对恒定的末梢速度设计，不考虑由于紊 流和剪应力所引起的风的非线性变化。采用可以经由流控制来改变叶 片空气动力特性的局部致动器来降低沿着叶片的风力变化的影响，并 降低叶片上的功率损耗和载荷。同时也降低在转子上由风引起的载 荷。鉴于上述原因，提供一种用于检测局部即时的叶片载荷的技术将是有益和有利的，该技术可用来提供有关实际攻角的信息，使得可应 用局部化致动来改变(多个)叶片的空气动力特性，以补偿现存的攻角 失配，从而降低该攻角失配对涡轮机部件(转子、传动系、塔架)所经 历的功率捕获和载荷失衡的影响。发明内容本发明的实施例涉及局部化感测和致动系统，以降低攻角偏差(偏 离计划值/受控值)对紊流风场中的动力和载荷的影响。
一个实施例涉及风力涡轮机，其包括布置在风力涡轮机上的风力涡轮机叶片，该 叶片构造成在叶片上的风流冲击下绕轴线旋转；布置在叶片上或叶片, 内的至少一个载荷传感器，该至少一个载荷传感器配置成用来测量叶 片上由在该至少一个载荷传感器处所感测到的局部风流所引起的局部载荷；和布置在叶片上的至少一个主动的流修正装置，该至少一个主动的流修正装置构造成修正贴近叶片的风流，并且其中，该至少一 个主动的流修正装置构造成基于该至少 一 个传感器的局部载荷测量 来接收主动的流修正指令。本发明的另 一个实施例涉及运行风力涡轮机的方法，该风力涡轮机包括在叶片上的风流冲击下能够绕轴线旋转的叶片，该方法包括( 经由布置在叶片上或叶片内的至少一个载荷传感器，测量由于在该至 少一个载荷传感器处所感测的局部风流入而引起的叶片上的局部载 荷；基于局部载荷而获得叶片上的当前攻角；确定叶片上的最优攻角； 以及主动地修正贴近叶片的风流来改变叶片的空气动力特性并补偿 叶片上的当前攻角和最优攻角之间的差值。本发明的又一个实施例涉 及风力涡轮机叶片组件，其包括至少一个局部载荷传感器和至少一个 主动的流修正装置，其中，该至少一个局部载荷传感器布置在风力涡 轮机叶片的表面上或表面内，该至少一个主动的流修正装置布置在风 力涡轮机叶片的表面上或表面内，并构造成响应于局部载荷传感器的 测量来改变风力涡轮机叶片的空气动力特性，以使得充分地尽可能减小当前攻角和最优攻角之间的差值。
当参考附图阅读以下详细描述时，将更好地理解本发明的这些和 其它的特征、方面和优点，在所有附图中相同的符号表示相同的部件， 其中图1是根据一个实施例的风力涡轮机的示范性结构；图2图示了风力涡轮机叶片组件，其包括风力涡轮机叶片、多个光纤传感器和以不同方位布置在图1中所示叶片上的多个主动的流修正装置；图3是图2中所示的风力涡轮机叶片的局部截取视图，其示出了 构造成通过修正贴近叶片的风:漆来控制流分离以提高升力的主动的 流修正装置；图4是图2中所示的风力涡轮机叶片的局部截取视图，其示出了 构造成通过^f'务正贴近叶片的风流来控制流分离以抑制升力的主动的 流修正装置；图5是图2中所示的风力涡轮机叶片的局部截取视图，其示出了 布置在叶片末梢上的主动的流修正装置，在该局部截取^L图中，该主 动的流修正装置构造成通过修正贴近叶片的风流来修正梢涡(tip vortex); 和图6示出了降低用于图1中所示风力涡轮机的紊流风场中的功率 损耗的方法，该方法利用经由布置在风力涡轮机叶片上的多个光纤传 感器的局部化感测和经由也布覃在风力涡轮机叶片上的多个主动的 流修正装置的控制。尽管以上标识的图形阐述了备选实施例，但也要像论述中所指出 的那样仔细考虑本发明的其它实施例。在所有情况下，此公开内容呈 现本发明的所示实施例为陈述性的而非限制性的。本领域^t术人员可 设计出落入本发明原理的范围和精神之内的许多其它的变型和实施例。要件列表(8)风流(10)风力涡轮机叶片(12)风力涡轮机叶片侧面(13)风力涡轮机叶片长度(14)风力涡轮机叶片宽度(15)风力涡轮机叶片末梢(16)流分离上游位置(17)风力涡轮机叶片组件(18)流分离下游位置(20)主动的流修正装置,.，(22)喷射流(23)不稳定的喷射流(24)叶片梢涡(26)叶片梢涡(28)光纤传感器(30)风力涡轮发电机(40)齿轮机构(50)控制器(60)偏航机构(80)叶片俯仰才几构(90)风力涡轮机叶片旋转轴线(ioo)风力涡轮机(200)降低功率损耗的方法具体实施方式
图1图示了根据本发明一个实施例的风力涡轮机100。风力涡轮机100包括风力涡轮机叶片10,该风力涡轮机叶片IO构造成在入射 风流的冲击下围绕轴线90旋转，例如在所示的风流8的冲击下。要 理解，除非另外具体提及或通过Oi下文指出，此处使用的术语"一，，、 "一个"和"该"指的是"至少一个"及其多个变型。旋转轴线90 沿着图1中轴线系的z轴线，并且叶片10的旋转平面是x-y平面，x 轴线从纸面穿出。主动的流修正装置20和诸如光纤传感器28的载荷 传感器进一步地布置在叶片10上；且叶片、主动的流修正装置20和 光纤传感器28 —起形成风力涡轮机叶片组件17(在图2中示出)。只要将载荷传感器构造成在风力涡轮机叶片10上的所需各点处 测量局部载荷，还可以使用其它类型的载荷传感器，例如^f旦不限于非 定常压力传感器、攻角传感器、加速度计、应变仪、光纤光栅(fiber Bragg grating)等。这些载荷传感器可定位在叶片10的表面上、嵌入到叶片 IO的表面内，或可以既定位在叶片IO的表面上又嵌在叶片IO的表面 内。主动的流修正装置20构造成响应于由局部载荷传感器28所提供 的测量数据来修正贴近叶片的风流8，从而改变叶片的空气动力特性 以补偿攻角失配，降低其对风力涡轮机100部件(转子、传动系、塔架 等)所经历的功率捕获和载荷失衡的影响。术语"贴近叶片的风流"应 理解为指的是贴近叶片(包括叶片表面和末梢)的风流的部分而非整个 风流8。贴近叶片IO的风流包括，但不限于叶片表面上的风流区域和 叶片IO的末梢端部附近的梢涡。图2图示了风力涡轮机叶片组件17,其包括风力涡轮机叶片10、 诸如光纤传感器28的若干局部载荷传感器和以各种方位布置在叶片 10上或其内的若干主动的流修正装置20。叶片10包括侧面12和末 梢15，并且可布置在叶片上或叶片内的主动的流修正装置20任选地 以不同的角度布置在侧面12(意为在至少一个侧面上)上和末梢15上； 同时，可布置在叶片上或嵌入叶片内的局部载荷(例如光纤)传感器28任选地布置在侧面12和末梢15上的不同位置处。侧面12具有长度 13和可沿着该长度变化的宽度14，并且末梢15包括叶片10的端部 部分。局部载荷/光纤传感器28和主动的流修正装置20还可以布置在 与侧面12相对的第二侧面(图中未示出)上。主动的流修正装置20典il地构造成以依赖于时间的方式释放具 有所需强度并处于所需频率的射流。这种装置20的非限制性的实例 包括压电合成的射流或零质量(zero-mass)致动器以及其它类型的合成 射流装置。合成射流装置特别地有益，因为这种装置具有低功率要求、 低重量损失(weight penality)、大控制权限(射流强度)、良好的频率和 幅度范围并且结构紧凑，并从而允许容易地与风力涡轮机叶片系统结 合。在其它的实施例中，主动的流修正装置20系统可构造成利用不 同于合成射流的方法来修正风流。例如，.可以备选地或附加地使用其 它的非零质量流致动装置，例如触发(flip-flop )射流和提供脉冲式速度 射流的流振荡器。此外，某些实施例中的合成射流可配置成为了改变 风力涡轮机叶片的空气动力特性而排他地、或除了脉冲式致动之外而 提供稳定的喷吹。继续参看图1，风力涡轮机100还包括将机械能转化为电能的风 力涡轮发电机30，将从风力涡轮机叶片产生的机械能提供给发电机 30的齿轮机构40。控制器50可操作地联接到局部载荷传感器(例如光 纤传感器)28上以获得风力涡轮机运行状况的当前状态，并联接到主 动的流装置20上以在运行中向风力涡轮机提供主动的流控制。控制 器50可进一步地联接到发电机30、齿轮机构40、偏航(yaw)机构60 和叶片俯仰(pitch)机构80上，以控制风力涡轮机运行的各方面或接收 输入。要注意的是，在图1中仅为说明性目的而用连接线示出在控制 器50与局部载荷/光纤传感器28以及主动的流修正装置20之间的联 接，并非必须表示导线，而是包括任何用于可操作地联接这些装置的 适当的机构。在一个实施例中，主动的流修正装置20通过控制贴近叶片的流分离来在叶片周围的风流中提供主动的流修正，并因此修正风力涡轮 机叶片的载荷。根据一种技术，主动的流修正配置成促进贴近叶片的 风流中的流分离，从而降低风力涡轮机可获得的升力。此技术响应于 阵风而采用并降低系统载荷。根据另一种技术，通过向贴近叶片的风 流增加不稳定的空气动力动量和涡度，主动的流修正阻止贴近叶片的 风流中的流分离。这导致增强了'风力涡轮机可获得的升力，并因此导 致对于给定叶片尺寸而产生更多的功率，或以减小的叶片尺寸(亦即具 有较小的弦长、减小的厚度或其组合)而产生相同的功率。更具体地说，如图3-4所示，在几个实施例中主动的流修正装置 20布置在叶片IO的侧面12上。主动的流修正装置构造成通过响应于 由局部载荷传感器28提供的局部化叶片载荷信息来修正贴近叶片10 的风流从而控制流分离。例如，在图3的实施例中，流分离由主动的流修正装置抑制(意为 减小、延迟或其组合)。在图3中为示例目的，流分离点显示为位于与 上游位置16相对的位置18处，在此上游位置16处，没有主动的流 修正就会自然地形成流分离点。在一个实施例中，流分离由引入稳定 的和/或不稳定的(依赖于时间的)喷射流22来抑制，该喷射流22具有 大体上沿着贴近叶片的风流的大的动量分量和涡度，如也由图3的实 施例所示。图3中的喷射流22在贴近叶片的风流中增加了动量和涡 度。当涡度和动量通过主动的流修正而增加时，至少部分地补充了边 界层的动量不足，并抑制了流分离且增强了可获得的升力。如图3中 所示，在其中已抑制了分离的流协助增加升力，从而对于给定的叶片 尺寸提高了涡轮机性能，或对于给定的性能水平减小了叶片弦长。主 动的流修正装置可以特定的角度向入射风流增加动量和涡度，并且这 样的角度可根据所需的性能状况而变化。在由图4所示的另一个示例中，通过主动的流修正装置响应于由 局部载荷传感器28所提供的局部载荷信息来促进流分离。在图4中 为示例目的，流分离点显示为焦f与下游位置16相对的位置18处，在此下游位置16处，没有主动的流修正就会自然地形成流分离点。在图4的实施例中，通过引入稳定的和/或不稳定的喷射流22来促进 流分离，该喷射流22具有对贴近叶片的风流为充分分裂的大动量分 量。图4中的喷射流22在贴近叶片的风流中开始流分离。分裂的喷 射流22可以是倾斜的喷射流，其阻碍了贴近叶片的自然风流。图4 中所示的已促进的流分离导致了降低的升力，并且可有利地用来减轻 不期望的载荷状况。这种不期望的状况包括提高风流速度的情形，该 情形导致升高的叶片(升高的升力)和风力涡轮机的载荷。所述各实施 例有利地通过主动地修正如图4中所示的贴近叶片的风流来提供人为 地降低升力，在某些情形下降低几乎是即时的。如所讨论的，主动的 流修正装置可以特定的角度向入射风流增加分裂的动量，并且这样的 角度可根据所需的性能状况而变化。根据本发明的另 一个方面，主动的流修正有利地用于降低攻角偏 差(偏离计划值/受控值)对紊流风场中动力和载荷的影响，以降低风力 涡轮机损耗(并因而提高空气动力效率)，降低贴近叶片的末梢15所产 生的空气动力噪音，或降低损耗及噪音的组合。在由图5所示的实施 例中，主动的流修正装置20布置在叶片10的末梢15上。根据该技 术的一个方面，主动的流修正装置20构造成通过修正贴近叶片10的 风流来修正梢涡24。在由图5所示的实施例中，通过引入稳定的和/ 或不稳定的喷射流23来修正梢涡24，该喷射流23使得梢涡24(虛线) 移到如由梢涡26所示的另一个位置。其它情形中，增加的喷射流可 用来影响梢涡的开始和发展或修正梢涡24的演变和轨迹。通常，射 流23修正末梢附近的流结构，并导致涡流的快速消散，或者梢涡24 远离末梢的移动，或者正在形成的梢涡的强度的降低。本发明的另一个重要方面是这些局部载荷传感器28和/或主动的 流修正装置20既可布置在现有叶片实施例的改型中，又可用来提出 新的叶片实施例。对于新的叶片实施例，控制分离的性能以及因此控 制叶片的载荷水平意味着更新的和更^^艮本的，或至少更多样的翼型和叶片形状，超过在风力涡轮机翼型/叶片设计中包含现有技术水平的、 现在可用于风力涡轮机叶片中的那些翼型和叶片形状。这种新设计可 优化成提供比当前所使用的那些设计更高的空气动力学性能(例如升 力和升力-阻力比)和效率。如所讨论的这些策略属于控制器50可采用来响应于由局部载荷 传感器28提供的已测量的负载信息而主动地修正风流8和叶片的对 应空气动力特性的策略中的一些。控制器50配置为接收局部化的即 时叶片载荷，该即时叶片载荷夸空气动力图、转子平均风速和/或其它 所需的信息相关，提供了有关实际攻角的信息，并响应于运行状况的 当前状态，主动地修正贴近叶片的风流8。运行状况包括^f旦不限于风 的环境状况，例如风流速度和风流方向。在某些实施例中，运行状况 还包括涡轮机转速、叶片俯仰角和风力涡轮机的偏航角。在一个实施例中，控制莽50配置为响应于至少一个运行状况的 当前状态来向至少一个主动的流修正装置20提供主动流指令。 一个 方面，在出现将升力显著地提高到不期望水平的入射风速的突然增加 或风向的变化时，控制器50致动主动的流修正装置20，该主动的流 修正装置20构造成释放分裂的稳定和/或不稳定的喷射流，如图4所 示。另一个方面，控制器将主动的流修正装置保持在致动状态，并在 检测到可将系统载荷提高到,不辨望水平的入射风速或风向变化时将 它们关闭。根据另 一个方面，在可获得的升力可能由于低的风流速度或不利 的风流方向而很低、且因此产生的动力也很低的状况下，控制器50 致动主动的流修正装置，该主动的流修正装置构造成释放通过抑制流 分离来增强升力的稳定或不稳定的喷射流，如图3所示。根据另一个 方面，控制器50致动贴近叶片末梢的主动的流修正装置，使梢涡消 散或移动梢涡远离末梢，如图5所示。通过使用主动的流指令，响应于已测量的局部叶片载荷状态的适 当的响应策略对于本领域技术人员是明显的，且这些明显的策略包含在本发明的范围和实质中。例如，在其中的主动的流修正装置包括合成射流的实施例中，各种响应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的频率、修正合成射流22在 侧面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(意为整个射流、射流孔或其组合)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)的形状，以及它们的 组合。各种响应策略可通过以下方式来实现例如将不同出口尺寸和 形状的多个主动的流修正装置20以不同的方位或位置布置，并响应 于经由局部载荷传感器28产生的信息来选择性地致动主动的流修正 装置。在一个实施例中，控制器50进一步地配置为接收齿轮和发电机 功能的当前状态，并配置为还响应于这些状况来提供主动的流指令。现在来看图6，用于风力涡轮机100的降低紊流风场中的功率损 耗的方法200使用经由多个局部载荷传感器的局部化感测和经由多个 主动的流修正装置20的控制，该局部载荷传感器例如但不限于布置 在风力涡轮机叶片10的表面上和/或嵌入表面内的光纤传感器28，该 主动的流修正装置20也布置在风力涡轮^L叶片10上和/或其内部。$ 一个实施例中，局部载荷/光纤传感器28检测局部即时的叶片10的载 荷，该载荷当与空气动力图和转子平均风速相关时，提供有关实际攻 角的信息，如此处之前所述。由于紊流风场的波动、风的剪应力或上 游的尾流以及沿着叶片IO的阵风，用以改变叶片IO空气动力特性的 局部化致动促使补偿与额定值的攻角失配，降低该失配对涡轮机100 部件所经历的功率捕获和载荷失衡的影响。这种失配以及因此产生的 意外载荷随后通过利用局部化的致动来减轻，该局部化致动通过使用 诸如此处之前参考图1 - 5所描述的流控制技术来改变叶片载荷。此控 制权限可另外地或结合传统的俯仰控制系统一起使用，这些俯仰控制 系统与风载荷相关而单独地俯仰各叶片。此处之前所述的用于降低紊流风场中功率损耗的实施例的 一个特征涉及沿着安装在叶片10中或其上的光纤安装的光纤和载荷传感器的使用。使用这样的光纤传感器28尤其提供了 l)大规模的分布感 测，2)抗电磁干扰(EMI), 3)被动的多参数感测，4)耐腐蚀性，5)抗辐 射性，6)增强的运行温度性能，7)增强的高压运行特性，和8)宽带宽。 光纤传感器因此提供了用基于电的传感器所不能获得的诸多优点，这 些基于电的传感器通常难以分布、难以在恶劣环境中运行、不易嵌入 结构中并且易受EMI的影响。上述由光纤传感器提供的优点有助于降 低维护成本、提高生产率、改善可靠性和增强性能。此处之前所述的用于降低紊流风场中功率损耗的实施例的另一 个特征涉及分布式致动方法的使用，例如主动的流控制，以与经由布 置在叶片10上或其内的多个光纤传感器28所提供的即时运行状况有 关而改变叶片IO的空气动力特性。此处之前所述的用于降低紊流风场中功率损耗的实施例的又一 个特征涉及动态控制器的使用，该动态控制器响应由多个光纤传感器 提供的局部风负载信息，以利用局部致动性能的优势来l)满足某些性 能目标，其中这些目标可沿着叶片10局部地变化并且可在环流控制 和分离控制之间改变，或2)补偿任何的攻角偏差，或3)降低叶片载荷 的局部不平衡。现在继续参看图6,方法200有利地认为风流从不恒定地通过风 力涡轮机转子，从而通过扭转分布或叶片俯仰而产生叶片设计无法顾 及的局部攻角偏差。在一个实施例中，方法200解释了由于这些攻角 偏差而引起的在叶片IO上的功率捕获和载荷。用于风力涡轮机100的降低紊流风场中功率损耗的方法200,其 利用经由布置在风力涡轮机叶片10上和/或其内的多个光纤传感器 的局部化感测以及经由也布置在风力涡轮机叶片10上和/或其内的多 个主动的流修正装置20的控制，通过测量风力涡轮机叶片IO上的局 部载荷而开始，该局部载荷由于在各个载荷/光纤传感器28处所感测 的局部风流入所引起，如步骤202所示。然后基于各载荷/光纤传感器28处的局部载荷来确定各载荷'传感器28处的平均风速，如步骤204 所示。叶片俯仰还根据叶片设定来确定，如步骤206所示。然后基于扭角，如步骤208所示。在确定了俯仰叶片设定以及各载荷传感器28 处的平均风速和局部扭角后，即确定了基于此数据的当前攻角，如步 骤210所示。随后，确定基于对应的翼梢速比和平均风速的最优攻角， 如步骤212所示。当已确定了当前攻角和最优攻角时，当前攻角和最 优攻角之间的差值之后通过致动一个或多个局部流修正装置20来补 偿该差值而被补偿，如步骤214所示。当已补偿了当前攻角和最佳攻角之间的差值时，则叶片10的空 气动力特性将会改变，从而降低攻角对风力涡轮机部件(转子、传动系、 塔架等)所经历的功率捕获和载荷失衡的影响。简要地说，通过局部地补偿局部的当前攻角和局部的最优攻角之 间的攻角失配，采用局部化感测、致动和控制来提高功率捕获。此处 之前所述的实施例解释了通过风力涡轮机转子的非恒定风流以及因 此通过扭转分布或叶片俯仰而产生叶片设计无法顾及的局部攻角偏 差，因而改善了功率捕获并降低了叶片10上的载荷。当前攻角利用 叶片10上由局部风流引起的局部载荷的测量，并考虑平均风速、俯 仰叶片设定和局部扭角来确定，该局部载荷的测量使用多个局部风载 荷传感器，诸如例如光纤传感器。尽管此处仅图示和描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员 将会想到许多变型和变化。因此要理解的是，所附权利要求书意欲覆 盖所有这种落入本发明的真实精4中内的变型和变化。
权利要求
1.一种风力涡轮机(100)，包括布置在所述风力涡轮机(100)上的风力涡轮机叶片(10)，所述叶片(10)构造成在所述叶片(10)上的风流(8)的冲击下围绕轴线(90)旋转；布置在所述叶片(10)上或其内的至少一个载荷传感器(28)，所述至少一个载荷传感器(28)配置成测量在所述叶片(10)上由于在所述至少一个载荷传感器(28)处所感测到的局部风流入所引起的局部载荷；和布置在所述叶片(10)上的至少一个主动的流修正装置(20)，所述至少一个主动的流修正装置(20)构造成修正贴近所述叶片(10)的所述风流，并且其中，所述至少一个主动的流修正装置(20)构造成基于所述至少一个传感器(28)的局部载荷测量来接收主动的流修正指令。
2. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO),其特征在于，所述 至少一个载荷传感器(28)选自光纤传感器、非定常压力传感器、攻角 传感器、加速度计、应变仪和光纤光栅。
3. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO)，其特征在于，所述 风力涡轮机(100)还包括控制器(50),所述控制器(50)配置成响应于由 所述至少一个载荷传感器(28)所提供的局部载荷测量信息来给所述至 少一个主动的流修正装置(20)产生所述主动的流修正指令，使得所述 至少一个主动的流修正装置(20)改变所述叶片(10)的空气动力特性，以 减小当前攻角测量值和对于所述叶片(IO)的最优攻角之间的差值。
4. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO)，其特征在于，所述 至少一个主动的流修正装置(20)选自压电装置和合成射流装置。
5. 根据权利要求1所述的风力涡轮机(IOO)，其特征在于，所述 至少一个主动的流修正装置(20)构造成响应于由所述至少一个载荷传 感器(28)所提供的局部载荷测量信息，通过降低所述风力涡轮机(IOO) 上的载荷来修正所述风力涡轮机(l OO)上的载荷。
6. —种运行风力涡轮机(100)的方法，所述风力涡轮机(100)包括 叶片(10),所述叶片(10)在风流(8)对所述叶片(10)的冲击下能够围绕绕 轴线(90)旋转，所述方法包括经由布置在所述叶片(IO)上或其内的至少一个载荷传感器(28)来 测量所述叶片(10)上的局部载荷，所述局部载荷由于在所述至少一个 载荷传感器(28)处所感测的局部风流入而引起；基于所述局部载荷而获得所述叶片(IO)上的当前攻角；确定所述叶片(10)上的袭森复角；和主动地修正贴近所述叶片(10)的所述风流(8)，以改变所述叶片(IO) 的空气动力特性并且补偿所述叶片(10)上的所述当前攻角和所述最优 攻角之间的差值。
7. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述至少一个载 荷传感器(28)选自光纤传感器、定常压力传感器、非定常压力传感器、 攻角传感器、加速度计、应变仪和光纤光栅。
8. 根据权利要求6所述的方法，其特征在于，基于所述局部载 荷而获得所述叶片(10)上的当前攻角包括基于在所述至少一个载荷传感器(28)处的所述局部载荷来确定在 所述至少一个载荷传感器(28)处的平均风速；基于在所述至少一个载荷裙感器(28)处的所述局部载荷来确定在 所述至少一个载荷传感器(28)处的局部扭角；获得所述叶片俯仰"&定；和基于所述平均风速、俯仰设定和局部扭角来确定所述当前攻角。
9. 根据权利要求8所述的方法，其特征在于，确定对于所述叶 片(10)的最优攻角包括确定对应的翼梢速比；和基于所述对应的翼梢速比和所述平均风速来确定所述最优攻角。.
10. —种风力涡轮机叶片组件(n),包括布置在风力涡轮机叶片(IO)的表面上或表面内的至少一个局部载荷传感器(28)以及至少一个主动的流修正装置(20),所述主动的流修正装置(20)布置在所述风力涡 轮机叶片(10)的表面上或表面内，并且构造成响应于局部载荷传感器 (28)的测量来改变所述风力涡轮机叶片(IO)的空气动力特性，使得充分 地尽可能减小当前攻角和最优攻角之间的差值。
全文摘要
本发明涉及使用局部化感测和控制降低紊流风场中的功率损耗。风力涡轮机叶片组件(17)包括至少一个局部载荷传感器(28)和至少一个主动的流修正装置(20)，该至少一个局部载荷传感器(20)布置在风力涡轮机叶片(10)的表面上或表面内，该至少一个主动的流修正装置(20)布置在风力涡轮机叶片(10)的表面上或表面内，并构造成响应于实时局部载荷传感器的测量来改变风力涡轮机叶片(10)的空气动力特性，使得充分地尽可能减小风力涡轮机叶片(10)上的当前攻角和最优攻角之间的差值。
文档编号F03D7/04GK101334004SQ20081012938
公开日2008年12月31日 申请日期2008年6月25日 优先权日2007年6月25日
发明者A·古普塔, C·巴布 申请人:通用电气公司