风力涡轮机叶片流调控的制作方法

本发明涉及一种用于在空气动力学装置中检测状态以用于调控用于风力涡轮机的叶片的表面上的流的方法。

背景技术：

风力涡轮机转子叶片可能已经在其表面上安装有流调控装置，其从风力涡轮机的转子叶片的前缘流动到后缘。这样的流调控装置的示例是安装在风力涡轮机转子叶片的吸力侧上的涡流发生器（vg）。通常，流调控装置可被认为包括能够增强翼型截面的升力系数（例如通过提高转子叶片的边界层的能量的水平来增强翼型截面的升力系数）的装置。

其他空气动力学装置可与涡流发生器一起起作用，并且可取决于阻流板的状况来影响涡流发生器的效果。后一空气动力学装置的示例典型地为阻流板，所述阻流板在后缘和涡流发生器之间安装在叶片的吸力侧上。备选地，阻流板可单独存在，即不与涡流发生器或其他流调控装置组合。阻流板可被构造成使得能够例如通过气动或液动或机械致动器来调控其形状和/或定向。

阻流板可与涡流发生器一起起作用，并且可取决于阻流板的状况（即阻流板从转子叶片的其他表面部分延伸的突出高度和/或相对于转子叶片的其他表面部分倾斜的倾斜角度）而影响涡流发生器的效果。

ep1623111b1公开了一种包括可调节升力调控器件和激活器件的风力涡轮机叶片，该可调节升力调控器件布置在风力涡轮机叶片的表面上或表面处并且在叶片的纵向方向上延伸，该升力调控器件能够由该激活器件调节并且因此使叶片的空气动力学特性发生变化。该升力调控器件包括一个或多个柔性襟翼。

us8851840b2公开了一种包括叶片本体和用于改变叶片的空气动力学表面或形状的装置的风力涡轮机叶片，其中气动致动器控制该装置的位置和/或移动，其中存在位于叶片本体内的压力空腔。该压力空腔可被加压，由此改变装置的状况，由此改变叶片的空气动力学表面或形状。

us5106265a公开了一种包括可垂直于气流移动的气动地致动的阻流板的风力涡轮机的机翼。

wo2018/041420公开了一种包括空气动力学装置的转子叶片，该空气动力学装置用于影响从转子叶片的前缘区段流动到转子叶片的后缘区段的气流，其中空气动力学装置安装在转子叶片的表面处，并且包括气动或液动致动器（诸如软管或腔室），其容积取决于存在于该气动或液动致动器内的流体的压力。

可期望的是，监测由气动或液动致动器调控的阻流板或其他流调控空气动力学装置的性能以及它们在风力涡轮机功率生产上的影响。特别地，可能需要识别这样类型的流调控空气动力学装置何时有故障。

技术实现要素：

该需要可能由根据独立权利要求的主题来满足。本发明的有利实施例由从属权利要求描述。

根据本发明，提供了一种用于检测空气动力学装置的操作状态的方法，该空气动力学装置用于影响从用于风力涡轮机的转子叶片的前缘流动到转子叶片的后缘的气流，该空气动力学装置可由致动器在第一突出构造和第二收缩构造之间移动。该方法包括以下步骤：

-测量风力涡轮机的操作值的时间进程（temporalcourse），

-将操作值的所测量的时间进程与操作值的所期望的时间进程相比较，

-得到空气动力学装置的操作状态。

根据本发明的实施例，在空气动力学装置的致动器的激活或停用期间执行测量和比较步骤。

本发明允许观察空气动力学装置的瞬变以监测它们，使得失效得到识别并且因此能够得到减轻。能够使用涡轮中现存的传感器，进而使该检测方法具有成本效益。

可持续地或周期地执行监测。在后一情况下，可例如根据预先限定的时间表来执行该监测。

根据本发明的实施例，操作值是以下的任一种：

-风力涡轮机的功率输出，

-风力涡轮机的转子和/或发电机的旋转速度，

-风力涡轮机的转子上的推力，

-风力涡轮机的塔架或基础或叶片或机舱或毂中的应变，

-风力涡轮机的叶片上的俯仰力矩，

-风力涡轮机的叶片上的负载，

-风力涡轮机的机舱和/或塔架和/或转子叶片和/或毂的加速度，

-风力涡轮机的机舱处的风速。

可使用其值受空气动力学装置的存在和/或激活和/或停用影响的任何其他信号。

根据本发明的实施例，在空气动力学装置的非故障时间间隔期间记录操作值的所期望的时间进程。

备选地，计算操作值的所期望的时间进程。

根据本发明的实施例，将操作值的所测量的时间进程与操作值的所期望的时间进程相比较包括计算操作值的所测量的时间进程与所期望的时间进程之间的差异。

本发明以上所限定的方面和进一步的方面从将在下文中描述的实施例的示例变得明显，并且参考实施例的示例进行解释。将在下文中参考实施例的示例来更详细地描述本发明，但是本发明不限于所述实施例的示例。

附图说明

图1示出了风力涡轮机；

图2示出了具有空气动力学装置的风力涡轮机的转子叶片；

图3和图4示出了图2的转子叶片的径向区段；

图5示出了图1的风力涡轮机的操作值的时间进程，本发明的方法被应用到其。

具体实施方式

附图呈示意图的形式。类似或相同的元件由相同或不同的参考标志引用。

图1示出了用于发电的常规风力涡轮机10。该风力涡轮机10包括塔架11，该塔架在一个端部处安装在地面16上。在塔架11的相对端部处安装有机舱12。该机舱12通常被安装成可相对于塔架11旋转，其被认为包括基本上垂直于地面16的偏航轴。机舱12通常容纳风力涡轮机的发电机和齿轮箱（如果风力涡轮机是有传动装置的风力涡轮机（gearedwindturbine）的话）。此外，风力涡轮机10包括可围绕转子轴线y旋转的毂13。在未区别地指出时，在下文中的用语“轴向”、“径向”和“周向”与转子轴线y有关。

毂13经常被描述为风力涡轮机转子的部分，其中风力涡轮机转子能够围绕转子轴线y旋转并且能够将旋转能传递到发电机（未示出）。

风力涡轮机1进一步包括安装在毂13上的至少一个叶片20（在图1的实施例中，风力转子包括三个叶片20，其中仅有两个叶片20是可见的）。叶片4基本上相对于旋转轴线y径向地延伸。

每个转子叶片20通常被安装成可向毂13枢转，以便围绕对应的俯仰轴线x进行俯仰。这通过改变方向（风在该方向上到达转子叶片20）的可能性而改善了风力涡轮机的控制，并且特别是改善了转子叶片的控制。每个转子叶片20在其根部区段21处安装到毂13。根部区段21与转子叶片的末端区段22相反。

图2示出了转子叶片20，该转子叶片包括呈已致动的阻流板的形式的空气动力学装置30。在根部区段21和末端区段22之间，转子叶片20此外包括用于产生升力的多个翼型截面。每个翼型截面包括吸力侧25和压力侧26。翼型部分的翼型形状由在图2中示出的一个翼型轮廓表示，并且该翼型轮廓示出了转子叶片在该展向位置处的截面形状。还注意到的是，由连接转子叶片20的前缘41与后缘31的弦线27将吸力侧25与压力侧26分开或分离。

空气动力学装置30在前缘41和后缘31之间布置在吸力侧25上。

图2中的空气动力学装置30可借助于气动致动器（例如由压力管线53操作的可膨胀腔室）或借助于液动致动器或借助于机械致动器来移动。

压力管线53被包括在压力供给系统52中，并且由控制单元51控制。压力供给系统52提供加压流体，例如加压空气或其他加压气体。在本文中，用语“加压流体”不仅暗示正压力，而且还暗示负压力，其中流体被吸出（或“吸引出”）空气动力学装置30的压力软管。在实践中，压力管线53能够被实现为管道或导管，所述管道或导管不显著地改变它们的容积。最终，控制单元51负责在压力供给系统52处设置特定压力，随后该特定压力在空气动力学装置30处导致一定的预先确定的压力。

在图2中所示出的示例中，控制单元51和压力供给系统52定位在转子叶片20的根部区段21中。根据本发明的其他实施例（未在附图中示出），这些部分还能够被放置在风力涡轮机中的其他位置，诸如例如在风力涡轮机10的毂13中。

另外，转子叶片20包括流调控单元40，该流调控单元包括多对涡流发生器。

流调控单元40在空气动力学装置30和后缘31之间布置在叶片20的吸力侧25上。

根据本发明的其他实施例（未在附图中示出），流调控单元40在前缘41和空气动力学装置30之间布置在叶片20的吸力侧25上。

根据本发明的其他实施例（未在附图中示出），不存在流调控单元40，并且仅使用空气动力学装置30来调控叶片20的表面上的流。

根据本发明的其他实施例（未在附图中示出），叶片20包括多个空气动力学装置30。

图3示出了处于第一突出构造的空气动力学装置30。

在第一构造中，空气动力学装置30使从转子叶片的前缘41流动到后缘31的气流61偏移。

处于第一突出构造的空气动力学装置30引起失速。利用在空气动力学装置30下游的相对大的涡流63使这可视化。所引起的失速的结果是转子叶片的升力的下降和因此的风力涡轮机的转子叶片和相关构件的减少的负载。

图4示出了处于第二收缩构造的空气动力学装置30，即向下朝向转子叶片20的表面移动的空气动力学装置。

在该第二构造中，跨过空气动力学装置30流动的气流61保持附接到转子叶片20的表面，因此不产生流动分离（即失速）。因此，转子叶片的升力得到提高。由涡流发生器40在边界层中产生再激励涡流64，其具有帮助提高升力的效果。因此，能够实现最高的升力值。

通过操作空气动力学装置30的致动器，即压力管线53，空气动力学装置30能够在第一突出构造和第二收缩构造之间移动，以便在操作风力涡轮机10时如所期望和所要求的那样使叶片的空气动力学特性发生变化。

图5图线示出了用于空气动力学装置30的激活信号100，该空气动力学装置在激活时间t1时以第一突出构造被激活。图线110、120、130示出了风力涡轮机10的三个操作值（即分别为涡轮功率生产110、转子速度120和转子推力130）的所期望的归一化时间进程。在空气动力学装置30的非故障时间间隔期间记录操作值的所期望的时间进程。备选地，例如根据理论模型来离线计算操作值的所期望的时间进程。

所期望的归一化时间进程110、120、130可因此被限定为在空气动力学装置30正确地工作而没有故障时所希望的值。

根据本发明，在激活或停用空气动力学装置30的致动器时测量风力涡轮机10的所期望的操作值110、120、130中的至少一个的实际时间进程。将操作值的所测量的时间进程与所期望的时间进程相比较以得到空气动力学装置30的操作状态。

根据本发明的实施例，该比较涉及计算所测量的时间进程和所期望的时间进程之间的差异。

根据本发明的其他实施例，所测量的时间进程和所期望的时间进程之间的偏差涉及典型误差函数的计算，例如简单移动平均误差函数或均方误差函数或指数误差函数。

当在所测量和所期望的操作值之间的偏差是过量的时，空气动力学装置30的故障条件被识别并且能够采取补救措施，例如可安排保养措施（intervention）。

根据本发明的实施例，除了或代替以上所提及的涡轮功率生产110、转子速度120和转子推力130，可使用多个操作值，例如：

-风力涡轮机10中的应变（strain），例如在塔架11中或在基础中或在叶片20中或在机舱12中的应变，

-叶片20上的俯仰力矩，

-风力涡轮机10的叶片20或其他构件上的负载，

-机舱12的加速度，

-机舱12处的风速。