专利名称：用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法
技术领域：
本文所述的实施例大体上涉及用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的方法 和系统，且更具体地说，涉及用于从主动式流控制系统中移除碎片和/或防止主动式流控 制系统中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 受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(yield) 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/或系统优选地可减少或消除人工清洁AFC系 统和/或叶片的需要。而且，需要这样的方法和/或系统，以基于从风力涡轮机所获取的操 作数据，并且更具体地说，基于AFC系统的操作特性，而自动地执行动作。
发明内容
在一个方面，提供了一种操作包括流控制系统的风力涡轮机的方法。该方法包括 在第一模式下操作风力涡轮机，以及在以与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机， 在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系 统的有效性(effectiveness)，并基于该流控制系统的有效性执行动作。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至少 一个限定成穿过叶片外表面的孔。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 操作风力涡轮机，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式 期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性，并基 于该流控制系统的有效性执行动作。在还有另一个方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括至少一个叶片和 流控制系统，该流控制系统具有空气分配系统，该空气分配系统至少部分地限定在风力涡 轮机的至少一个叶片中。该空气分配系统包括至少一个限定成穿过叶片外表面的孔。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，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二 模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，使用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性， 并基于该流控制系统的有效性执行动作。本文所述的系统和方法设置成基于所获取的涉及AFC系统的数据自动地执行动 作。本文所述的实施例可选择性地监测风力涡轮机的操作，和/或改变风力涡轮机的操作， 以获取与确定AFC系统有效性有关的数据。
图1-图12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2中所示流控制系统的一个示例性检测系统的示意图。图4是可用于图2中所示流控制系统的一个可选的示例性检测系统的示意图。图5是可用于图2中所示流控制系统的第二个可选的示例性检测系统的示意图。图6是图5中所示检测系统的一部分的放大截面图。图7是可用于图1中所示风力涡轮机的示例性可选流控制系统的示意图。图8是图7中所示流控制系统的一部分的放大截面图。图9是可用于图2和图7中所示流控制系统的操作风力涡轮机的示例性方法的流 程图。图10是可用于图3中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮机的示 例性方法的流程图。图11是可用于图4中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮机的示 例性方法的流程图。图12是可用于图5和图6中所示的具有检测系统的流控制系统的操作风力涡轮 机的示例性方法的流程图。零部件清单
权利要求
1.一种用于风力涡轮机的流控制系统(100，200)，所述流控制系统(100,200)包括 空气分配系统(102，202)，其至少部分地限定在所述风力涡轮机(10)的至少一个叶片(22)中，所述空气分配系统包括至少一个限定成穿过所述叶片外表面的孔(108，208)；和 控制系统(36，363)，其与所述空气分配系统处于操作控制通信，所述控制系统设置成在第一模式下操作所述风力涡轮机； 在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述风力涡轮机； 在至少所述第二模式期间，获取所述风力涡轮机的操作数据； 用所述获取的操作数据确定所述流控制系统的有效性；和 基于所述流控制系统的所述有效性，来执行动作。
2.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363) 设置成用以获取下列中的至少一项所述风力涡轮机(10)的输出功率、所述叶片02)中的 负载、所述叶片的叶片单元负载测量值、所述叶片的叶根04)弯矩和关于所述叶片内部量 的数据，其中，所述内部量包括其中的至少一项自所述空气分配系统(102，202)排出流体 所需的功率、所述空气分配系统的至少一个歧管(106)中的压力，和所述歧管中的相对于 时间的流率。
3.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363) 设置成检测结垢的状态，检测修正结垢的时机，以及在清洁模式下操作所述风力涡轮机 (10)以有助于从所述流控制系统(100)中移除碎片。
4.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，所述控制系统(36，363) 设置成，根据周围条件、环境条件和操作参数的其中至少一项，来改变主动式流控制(AFC) 响应在一段时间内的水平。
5.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)， 所述检测系统(300)包括定位在所述流控制系统(36，363)的歧管(106)中的隔离装置 (302)，所述控制系统还设置成起动所述隔离装置而将所述歧管划分成至少两个室(320，322)； 将流体流引导到所述歧管中的所述两个室中的至少一个室中； 确定所述两个室的第一室中的第一压力； 确定所述两个室的第二室中的第二压力；和，比较所述第一压力与所述第二压力，以确定所述流控制系统的所述有效性。
6.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)， 所述检测系统(300)包括至少一个定位在所述叶片0 外表面(126)上的外部光传感器， 以及至少一个定位在所述流控制系统的歧管(106)中的内部光传感器004)，所述控制系 统(36，363)还设置成由所述外部光传感器(40 获取第一光数据； 由所述内部光传感器获取第二光数据；和，比较所述第一光数据与所述第二光数据，以确定所述流控制系统的有效性。
7.根据权利要求1所述的流控制系统(100，200)，其特征在于，还包括检测系统(300)， 所述检测系统(300)包括随同所述叶片安置的玻璃纤维(502)，所述玻璃纤维设置成发射光； 定位在所述流控制系统中的传送器(581)，所述传送器设置成传输来自所述玻璃纤维 (502)的所述光；和接收器(520)，其定位在所述流控制系统中并设置成接收从所述传送器传输的光，其 中，所述控制系统(36，36 还设置成 获取从所述传送器传输的光的测量值； 获取在所述接收器处所接收的光的测量值；和比较所述传输的光的测量值与所述接收的光的测量值，以确定所述流控制系统的有效性。
8.一种风力涡轮机(10)，其包括 至少一个叶片02)；流控制系统(100，200)，其包括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至少一个限定成穿过所述叶片外表面(1 )的孔；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(36)设置成在第一模式下操作所述风力涡轮机(10)；在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述风力涡轮机；在至少所述第二模式期间，获取所述风力涡轮机的操作数据；用所述获取的操作数据确定所述流控制系统的有效性；和基于所述流控制系统的所述有效性来执行动作。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述流控制系统(100，200) 还包括检测系统(300)，并且所述控制系统(36)还设置成控制所述检测系统以在至少所述 第二模式期间获取所述风力涡轮机的操作数据。
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(100，200)还 设置成自动执行下列中的至少一项继续获取操作数据，发送智能警告消息至所述风力涡 轮机的操作者，将所述风力涡轮机的操作模式变成清洁模式，以及关闭所述风力涡轮机。
全文摘要
本发明涉及用于操作具有主动式流控制的风力涡轮机的系统和方法。具体而言，提供了一种用于风力涡轮机的流控制系统(100，200)。该流控制系统包括至少部分地限定在风力涡轮机(10)的至少一个叶片(22)中的空气分配系统(102，202)，该空气分配系统包括至少一个限定成穿过叶片外表面的孔(108，208)，以及与空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36，363)。该控制系统设置成在第一模式下操作风力涡轮机，以及在与第一模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，在至少第二模式期间，获取风力涡轮机的操作数据，用所获取的操作数据确定流控制系统的有效性，并基于流控制系统的有效性执行动作。
文档编号F03D7/04GK102052249SQ20101054795
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