专利名称：用于操作主动式流控制系统的系统和方法
技术领域：
本文所述的实施例大体上涉及用于维护具有主动式流控制系统的方法和系统，并 且更具体地说，涉及用于将碎片从主动式流控制系统中移除和/或防止主动式流控制系统 中的碎片积聚的方法和系统。
背景技术：
主动式流控制(AFC)是用于对给定的流入(in-flow)的条件出反应，而主动地试 图影响对象的空气动力学响应的技术和/或系统的通用用语。更具体地说，至少一些已知 的AFC系统被用来操控流过翼型(airfoil)的流状态。如本文中所使用的用语“翼型”指 涡轮机叶片、翼和/或任何其它合适的翼型。虽然本文所述的实施例指涡轮机叶片，但是应 当理解，本文所述的实施例可用于任何合适的翼型。与已知的提供基本恒定的流控制的被 动式流控制系统相反，已知的AFC系统使流控制可被选择性地应用在翼型上。至少一些已 知的AFC系统使用空气分配系统来操控流过翼型表面的空气的一个边界层。已知的AFC系 统包括执行机构，执行机构可根据它们的净质量流量(net-mass-flow)而分成两类。第一 类是零净质量流量执行机构，例如合成射流执行机构(synthetic jet actuator)，以及第 二类是非零净质量流量执行机构，例如空气喷射执行机构，空气喷射执行机构可以是恒定 的执行机构或非恒定的执行机构，和/或吹式执行机构(blowing actuator)和/或吸式执 ^iT 1/1 I^J (suction actuator)。因为AFC系统易受能包含碎片的流体流的影响，所以，由碎片所引起的AFC穿孔 (perforation)和/或孔的结垢是AFC在风力涡轮机叶片、飞行器翼和其它翼型上大规模应 用的其中一个妨碍因素。如本文所使用的用语“碎片”指可接触风力涡轮机叶片和/或其 它翼型，并在其里面和/或上面积聚的尘土、灰尘、昆虫、昆虫残留物、颗粒、微粒、物质、悬 浮液体和/或固体，和/或任何其它材料。此外，用语“穿孔”和“孔”在本文中可互换地使 用。大体上，由碎片所引起的AFC的孔的结垢对AFC系统性能具有不利影响。此外，除 了穿孔，至少一些已知的AFC系统的构件也易受结垢影响。例如，在至少一些已知的非零净 质量流量系统中，可能已被碎片污染的周围空气被吸入到AFC系统中以供给执行机构。这 种被污染的进入空气可使空气分配系统、执行机构和/或AFC系统穿孔产生结垢。已知的AFC系统的穿孔和/或其它构件的这样的结垢可改变流过翼型的流体流， 使得该流体流背离了清洁状态的流体流，该清洁状态的流体流是叶片设计要产生的。另外， 叶片表面上和/或AFC系统中的结垢可降低使用翼型和/或AFC系统的系统例如风力涡轮 机的输出功率。然而，人工清洁AFC系统的各个孔是不切实际的，这是因为至少一些已知的 AFC系统中的大量的孔，和/或为了这样的人工清洁而使风力涡轮机脱机所需的持续时间。因此，需要提供通过清洁AFC系统和/或防止AFC系统的结垢用来维护风力涡轮 机的方法和/或系统。此外，这样的方法和/或系统优选地不包括人工清洁AFC系统和/ 或叶片。而且，对于这样的方法和/或系统合乎需要的是使用在具有AFC系统的风力涡轮机中的可得到的装置。
发明内容
在一个方面，提供了一种由控制系统执行的用于操作风力涡轮机的方法。该方法 包括在第一模式下操作风力涡轮机的流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下 操作流控制系统以有助于将碎片从流控制系统中移除。第二模式包括，改变流控制系统的 流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。在另一个方面，提供了一种用于风力涡轮机的流控制系统。该流控制系统包括至 少部分地限定在风力涡轮机的至少一个叶片中的空气分配系统。该空气分配系统包括限定 为穿过叶片外表面的至少一个孔。该空气分配系统还包括与空气分配系统处于操作控制通 信(operational control communication)的控制系统。该控制系统设置成在第一模式下 操作流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作流控制系统以有助于将碎片从 流控制系统中移除。第二模式包括改变流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至 少一项。在还有另一个方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括转子，至少一个叶 片连接到该转子上，其中叶片具有外表面，并且空气分配系统至少部分地限定在该叶片中。 该空气分配系统包括限定为穿过叶片的外表面的至少一个孔。该风力涡轮机还包括与流控 制系统处于操作控制通信的控制系统。该控制系统设置成在第一模式下操作风力涡轮机的 空气分配系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作空气分配系统以有助于将碎片从 空气分配系统中移除。第二模式包括改变空气分配系统的流体流的速率、流率与方向的其 中至少一项。本文所述的实施例通过在与正常操作模式不同的第二模式下操作流控制系统，而 有助于将碎片从主动式流控制系统中移除。第二模式包括使用风力涡轮机中的装置在与正 常模式不同的清洁模式下操作。通过在第二模式期间改变操作模式，现有装置能够出乎意 料地重新用来防止和/或修正流控制系统的结垢。
图1-图5显示了本文所述的系统和方法的示例性实施例。图1是一个示例性风力涡轮机的透视图。图2是可用于图1中所示风力涡轮机的一个示例性流控制系统的示意图。图3是可用于图1中所示风力涡轮机的一个示例性的可选流控制系统的示意图。图4是图3中所示流控制系统的一部分的放大截面图。图5是用于操作可包括图2和图3中所示流控制系统的风力涡轮机的示例性方法 的流程图。零部件清单10风力涡轮机12塔架14支撑面16机舱18转子20轮毂22叶片24叶根部分26负载传递区域28方向30旋转轴线32变桨调节系统(pitch adjustment system)34变桨轴线(pitch axis)36控制系统38偏航轴线40处理器42顶部100流控制系统102空气分配系统103104流控制装置
权利要求
1.一种用于风力涡轮机(10)的流控制系统000)，所述流控制系统包括至少部分地限定在所述风力涡轮机的至少一个叶片02)中的空气分配系统(102， 202)，所述空气分配系统包括限定为穿过所述至少一个叶片的至少一个孔(108，208)；和， 与所述空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)，所述控制系统设置成 在第一模式下操作所述流控制系统；以及在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述流控制系统，以有助于将碎片从所述流 控制系统中移除，所述第二模式包括改变所述流控制系统的流体流的速率、流率与方向的 其中至少一项。
2.根据权利要求1所述的流控制系统000)，其特征在于，所述空气分配系统(102， 202)包括至少部分地定位在所述叶片02)中并且与所述孔(108，208)处于流连通的至少一个 歧管(106)，在所述第一模式下，通过所述歧管的流体流是沿第一方向的；和，与所述至少一个歧管处于流连通的至少一个流控制装置(104)，所述控制系统还设置 成在所述第二模式下通过下列中的至少一项来操作所述空气分配系统在所述第一模式期间，改变通过所述歧管的所述流体流，以使其沿与所述流体流的所 述第一方向相反的方向而流动；在所述第二模式期间，顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其 中至少一项；和通过在过载条件下操作所述流控制系统，在所述第二模式期间增加所述流体流的至少 所述流率。
3.根据权利要求1所述的流控制系统000)，其特征在于，所述控制系统设置成，通过 控制所述流控制装置而顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其中至 少一项，以改变通过所述歧管的所述流体流沿相反方向而流动。
4.根据权利要求1所述的流控制系统000)，其特征在于，所述空气分配系统(102， 202)包括至少部分地定位在所述叶片02)中的至少一个执行机构；和， 在所述执行机构与所述控制系统(36)之间延伸的通信链路006)，所述控制系统与所 述执行机构处于操作控制通信，所述控制系统还设置成在所述第二模式下通过下列中的至 少一项来操作所述空气分配系统(102，202) 改变所述执行机构的脉冲图形；和， 将不对称流动型式应用到所述执行机构。
5.根据权利要求4所述的流控制系统000)，其特征在于，所述控制系统(36)设置成 通过控制所述执行机构(208)来改变所述脉冲图形，以改变所述执行机构的振动频率、振 动幅度、吸入行程速率与呼出行程速率的其中至少一项。
6.根据权利要求4所述的流控制系统000)，其特征在于，所述控制系统(36)设置成 通过控制所述执行机构(208)而应用所述不对称流动型式，以在第一速率下将空气引入所 述执行机构中，并在大于所述第一速率的第二速率下将空气从所述执行机构排出。
7.根据权利要求1所述的流控制系统000)，其特征在于，还包括气体蓄积器，所述控 制系统还设置成将加压气体从所述气体蓄积器(134)排到所述空气分配系统(102，202)中。
8.一种风力涡轮机(10)，包括 转子(18)；连接到所述转子上的至少一个叶片(22)，所述叶片具有外表面(126，220)； 至少部分地限定在所述叶片中的空气分配系统(102，202)，所述空气分配系统包括限 定为穿过所述叶片的所述外表面的至少一个孔(108，208)；和，与所述空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)，所述控制系统设置成 在第一模式下操作所述风力涡轮机的所述空气分配系统；和在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述空气分配系统，以有助于将碎片从所述 流控制系统中移除，所述第二模式包括改变所述空气分配系统的流体流的速率、流率与方 向的其中至少一项。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述控制系统(36)还设置成确定所述转子(18)的最佳速率，以实现通过离心加速而获得另外的气流和减小所述 另外的气流所导致的阻碍中的一项；以及，在所述第二模式期间使所述转子以所述最佳速率旋转。
10.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述控制系统(36)还设置 成在所述第二模式下操作所述空气分配系统(102，202)，通过下面至少一项在所述第一模式期间，改变通过所述空气分配系统的所述流体流，以使其沿与所述流 体流的所述第一方向相反的方向而流动；在所述第二模式期间，顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其 中至少一项；在所述第二模式期间增加所述流体流的至少所述流率； 改变所述空气分配系统中的执行机构的脉冲图形； 将不对称流动型式应用到所述执行机构；和，将加压气体从所述流控制系统(100)的气体蓄积器排到所述空气分配系统中。
全文摘要
本发明涉及用于操作主动式流控制系统的系统和方法。具体而言，提供了一种用于风力涡轮机(10)的流控制系统(200)。该流控制系统包括至少部分地限定在风力涡轮机的至少一个叶片(22)中的空气分配系统(102，202)，空气分配系统包括限定为穿过至少一个叶片的至少一个孔(108，208)，该流控制系统还包括与空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)。控制系统设置成在第一模式下操作流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作流控制系统，以有助于将碎片从流控制系统中移除，第二模式包括改变流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。
文档编号F03D7/04GK102052248SQ20101054792
公开日2011年5月11日 申请日期2010年11月5日 优先权日2009年11月5日
发明者J·J·尼斯, W·哈恩斯 申请人:通用电气公司