CN110537019A - 用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***和方法 - Google Patents
用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***和方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110537019A CN110537019A CN201780089817.2A CN201780089817A CN110537019A CN 110537019 A CN110537019 A CN 110537019A CN 201780089817 A CN201780089817 A CN 201780089817A CN 110537019 A CN110537019 A CN 110537019A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- rotor blade
- wind turbine
- pressure
- turbine rotor
- blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 11
- 238000011109 contamination Methods 0.000 title abstract 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims abstract description 19
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000003068 static effect Effects 0.000 claims description 15
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 11
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 8
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 8
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 5
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 4
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 3
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 2
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 2
- 239000003381 stabilizer Substances 0.000 description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 2
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative effect Effects 0.000 description 1
- 238000006731 degradation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D17/00—Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D13/00—Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
- F03D13/30—Commissioning, e.g. inspection, testing or final adjustment before releasing for production
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/21—Rotors for wind turbines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/70—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades
- F05B2260/71—Adjusting of angle of incidence or attack of rotating blades as a function of flow velocity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2260/00—Function
- F05B2260/80—Diagnostics
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/301—Pressure
- F05B2270/3015—Pressure differential
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2270/00—Control
- F05B2270/30—Control parameters, e.g. input parameters
- F05B2270/324—Air pressure
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
Abstract
描述了一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***。所述***包括:(a)压力传感器,其适于测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值;以及(b)处理单元,其与所述压力传感器处于通信并且适于通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。此外,描述一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的对应方法。
Description
技术领域
本发明涉及风力涡轮机的领域,特别是一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***以及一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的方法。
背景技术
风力涡轮机转子叶片的污染状态(即,在操作期间转子叶片表面上的各种材料(诸如污垢、盐或冰)的聚集)对风力涡轮机的空气动力学性能具有很大影响。前缘污染的直接后果是翼型区段的阻力的增加以及空气动力学升力的潜在损失。因此,涡轮机的功率输出减少。此外,存在污染的数个其他次级影响,尤其诸如(a)所谓的失速裕度(即,使操作点(迎角)与翼型的失速点分开的量,以度为单位)的减小;(b)噪声的增加;以及(c)功率曲线测量值的增加的不确定性。关于(c),风力涡轮机制造商通常对功率曲线施加限制,即,叶片应该基本上是干净的。因此,污染将向功率曲线测量值增加测量噪声。取决于污染的程度,涡轮机的功率输出可能下降百分之几,例如下降3-6%。
就其后果而言,与污染相关的影响是前缘腐蚀。虽然性质不同,但是前缘腐蚀对涡轮机的空气动力学性能以及声学性能两者的影响与污染的那些影响类似。
因此,存在确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的需求。
发明内容
此需求可以通过根据独立权利要求的主题得到满足。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。
根据本发明的第一方面,提供了一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***。所述***包括(a) 压力传感器,其适于测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值,以及(b)处理单元,其与所述压力传感器处于通信并且适于通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。
本发明的该方面基于如下想法:通过估计转子叶片的后缘区域上方的空气流动速度分布来间接确定转子叶片的污染状态。当污染发生在转子叶片的前缘处时,后缘处的翼型的边界层的厚度将相应地增加,这又导致空气流动速度分布(即,根据转子叶片上方的高度而定的空气流动速度)的变化。因此,通过例如将所估计的空气流动速度分布与预期分布(对应于给定操作条件(诸如迎角)下的干净或未污染的转子叶片)进行比较,可以确定转子叶片是否被污染以及被污染的程度(例如,小、中或强)。
在本上下文中,术语“污染”可以特别表示材料在转子叶片的前缘处的聚集,诸如(i)污垢和灰尘在前缘处以及在吸入侧和压力侧的前部区段中的累积;(ii)死虫靠近于叶片的前端的累积;(iii)小冰层在前缘处的累积;以及(iv)小盐晶层在前缘处的累积。
除污染以外,转子叶片表面降级(腐蚀)将导致对性能的类似影响。因此,所述***还可以用于检测转子叶片腐蚀(并且生成高腐蚀程度的对应警告)。
压力传感器被构造成测量后缘区域(即,转子叶片表面靠近后缘的部分)上方的多个位置中的每者中的滞止压力(即,当在测量位置处减速至为零的速度时流体累积的压力)。因此,每一压力值表示转子叶片的后缘区域上方的多个高度中的一者中的(滞止)压力。
处理单元从压力传感器接收压力值并且使用其来估计后缘区域上方的空气流动速度分布。此处,术语“估计”应该被广泛地理解。特别地,所述估计可能不涉及对实际流动速度值的直接计算(或估计),而是涉及对速度分布(即,根据转子叶片上方的高度而定的流动速度的变化(或变化率))的估计。术语“估计”还可以例如被理解为高于或低于滞止压力的预先确定的阈值。所述估计还可以基于多个测量高度之间的压差。
理想条件(干净转子叶片)下的流动速度分布是已知的(根据测量和/或模拟)并且将特别由对应于从转子叶片表面上方的某一高度处的高流动速度到转子叶片表面处的零流动速度的转变的某一梯度值表征。因此,此梯度值是边界层的厚度的量度,即,大梯度值(陡峭转变)对应于薄边界层,而较小梯度值(较不陡峭转变)对应于较厚边界层。因此,通过将所估计的流动速度分布与已知分布进行比较,可以确定是否存在污染以及污染的程度。
根据本发明的实施例,处理单元适于基于所述多个压力值计算一组压差值并且基于所述一组压差值估计空气流动速度分布。
由于流动速度(两个测量点之间)的差将导致对应的压力差,因此所述一组压差值将提供对应流动速度之间的关系的良好描绘。
根据本发明的另外的实施例,所述压力值中的一者是指示静压的静压值,并且处理单元适于通过使用所述静压值作为参考值来计算所述一组压差值。
换句话说,每一压差值被计算为所述压力值中的一者与参考值之间的差,其中所述参考值是静压值。
根据本发明的另外的实施例,静压值是对应于后缘区域上方的最大高度的压力值。
换句话说,静压值在转子叶片表面上方的最大高度处被测量。
可以使用静压孔口获得静压值,其用作用于计算所述组压差值的参考值。换句话说,参考值不是流的滞止压力,而是边界层的顶部处流的固有压力。
仅作为说明性示例,压力传感器可以被构造成提供对应于后缘区域上方的四个不同高度h1、h2、h3和h4的四个压力值p1、p2、p3和p4,其中h4是最大高度。在该情况下,处理单元可以如下计算三个压差值dp1、dp2和dp3:dp1 = p1 - p4、dp2 = p2 - p4以及dp3 = p3- p4。在该相同示例中,p4还可以表示流体的静压值。
这样的一组压差值提供流动速度分布、特别是对应于不同高度的流动速度之间的差的简单但是高信息量描绘。
根据本发明的另外的实施例,压力传感器包括(a)进气单元,其适于定位在所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域处并且具有多个入口端口,(b)测量单元,其具有多个传感器装置,以及(c)引导单元,其适于在每一入口端口与对应传感器装置之间提供单独流体连通通道,其中所述传感器装置适于生成指示对应入口端口处的滞止压力的电信号。
换句话说,进气单元被构造成放置在转子叶片上,使得入口端口定位在转子叶片表面上方的对应于相应压力值的高度中。进气单元可以优选地放置在风力涡轮机转子叶片的吸入侧(即,在正常操作期间面向风力涡轮机塔架的侧面)上。然而,进气单元还可以放置在压力侧上或压力侧和吸入侧两者上。在后一情况下,可以使用来自两侧的测量值的组合。
测量装置包含用于获得单独压力值(优选地作为电信号)的实际传感器装置。
进气单元和测量单元通过引导单元连接,所述引导单元为每一对入口端口和传感器装置提供一个流体连通通道。
根据本发明的另外的实施例,进气单元适于安装在所述风力涡轮机转子叶片的表面上或安装在延伸穿过所述风力涡轮机转子叶片的表面的开口中。特别地,进气单元可以适于以距离转子的旋转轴线预先确定的距离安装在转子叶片的吸入侧上。
根据本发明的另外的实施例,测量单元适于安装在风力涡轮机的转子毂内。
根据本发明的另外的实施例,引导单元包括多个管,所述多个管适于延伸穿过所述风力涡轮机转子叶片的内部和/或延伸跨越所述风力涡轮机转子叶片的外部部分。
换句话说,所述管可以在风力涡轮机转子叶片内延伸、延伸跨越风力涡轮机转子叶片的外表面或两者的组合,即,部分跨越外表面并且部分在风力涡轮机转子叶片内。
通过分布压力传感器的单元,使得进气单元位于转子叶片的表面上或转子叶片的表面中的相关位置中,具有其(电子)压力传感器的测量单元位于转子毂内,并且引导单元在转子叶片内和/或跨越转子叶片延伸,同时在进气单元和测量单元之间提供流体连通,确保电气/电子装备仅位于转子毂中并且既不在转子叶片上也不在转子叶片中。从而,可以有效避免与闪电导电性相关的问题。
根据本发明的另外的实施例,多个管适于从所述进气口延伸并且延伸到所述风力涡轮机转子叶片的根部部分。
根据本发明的另外的实施例,所述多个入口端口中的每一入口端口具有开口,所述开口具有选自包括以下形状的组的形状:圆形形状、椭圆形状、矩形形状以及带有圆角的矩形形状。在矩形形状(优选地带有圆角)的情况下,这构成具有实质上四个边的开口,即,一对大致平行的较长边以及一对大致平行的较短边。这种大致矩形形状开口的角部优选地被倒圆(修整)以最小化对流动的影响。
根据本发明的另外的实施例,具有椭圆或矩形形状的开口的较长边大致平行于所述风力涡轮机转子叶片的表面。
从而,确保所测量的压力值表示在对应高度中跨越叶片的流动特性的平均值。这对包括跨越转子叶片的表面布置的涡流生成器的风力涡轮机转子叶片特别重要。
根据本发明的另外的实施例,具有椭圆或矩形形状的开口的较长边的长度在从1mm至200 mm的范围内,特别是从1 mm至20 mm的范围内或从10 mm至200 mm的范围内,特别是从5 mm至15 mm的范围内或从20 mm至150 mm的范围内,特别是从8 mm至12 mm的范围内或从30 mm至100 mm的范围内。
借助具有在从10 mm至200 mm的范围内的宽度的椭圆或矩形入口端口开口,可以有效地平均被放置在前缘和进气单元之间的涡流生成器的任何效果,使得所获得的压力值提供对转子叶片的表面上方的对应高度中的流动特性的有用表示。
如果不存在涡流生成器,则在从1 mm至10 mm的范围内的宽度可以提供极佳结果。
根据本发明的第二方面,提供一种风力涡轮机,其包括:(a)布置在转子毂上的多个转子叶片,以及(b)根据第一方面或上述实施例中的任一实施例的至少一个***。
所述风力涡轮机可以包括用于确定每一转子叶片的污染状态的一个***,例如三个***。在一些实施例中,多于一个的***可以用于每一转子叶片。例如,每一转子叶片可以配备有两个***,一个用于测量转子叶片的长度方向上的第一位置处(例如70%半径处)的压力值,并且另一个用于测量转子叶片的长度方向上的第二位置处(例如50%半径处)的压力值。通过平均或以其他方式使用两个***,可以进一步提高精度。
通过考虑转子叶片的污染状态,风力涡轮机控制器将能够优化风力涡轮机的操作并且在危险情况下应用安全措施。
根据本发明的第三方面,提供一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的方法。所述方法包括:(a)测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值;以及(b)通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。
本发明的该方面实质上基于与上述第一方面相同的想法。
要注意的是,已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地,已经参考方法类权利要求描述了一些实施例,而已经参***类权利要求描述了其他实施例。然而,本领域技术人员将根据上文和以下描述得出:除非另有说明,否则除属于一类主题的特征的任何组合以外,还有与不同主题相关的特征的任何组合、特别是方法类权利要求的特征和设备类权利要求的特征的组合是本文献的公开的一部分。
上文所限定的方面以及本发明的另外的方面根据将在下文中描述的实施例的示例是显而易见的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更详细地描述本发明。然而,要明确指出的是,本发明并不限于所描述的示例性实施例。
附图说明
图1示出了根据本发明的实施例的***。
图2示出了分别对应于污染的和干净的转子叶片的流动速度分布。
图3A示出了根据本发明的具有压力传感器的转子叶片的俯视图。
图3B显示图3A中所示的转子叶片的透视图。
图3C示出了图3A和图3B中所示的转子叶片的横截面视图。
图4示出了根据本发明的实施例的压力传感器。
图5示出了根据本发明所估计的多个流动速度分布。
图6示出了根据本发明的另外的实施例的压力传感器。
具体实施方式
附图中的图解是示意性的。要注意的是,在不同图中,类似或相同元件设置有相同的附图标记或者设置有仅第一个数字不同的附图标记。
图1示出了根据本发明的实施例的用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***100。更具体来说,***100包括压力传感器110和处理单元120。处理单元120与压力传感器110和风力涡轮机控制器150通信。
压力传感器110包括进气单元111,进气单元111布置在转子叶片的在后缘105附近的表面上并且具有测量靠近于进气单元111的顶部部分的静压的参考入口端口112。进气单元111还包括三个入口端口113、114、115,所述三个入口端口布置在转子叶片的表面上方(并且在参考入口端口112下方)的不同高度中。参考入口端口112将进入空气馈送到压力管116中。三个入口端口113、114、115中的每者形成为与转子叶片的表面平行延伸的大致矩形狭缝。进入三个入口端口113、114、115中的每者的空气被馈送到对应的压力管117、118、119中。压力管116、117、118、119与相应传感器装置(未示出)处于流体连通,所述传感器装置生成指示对应入口端口113、114、115处的滞止压力和对应入口端口112处的静压的电信号。这些传感器装置优选地布置在风力涡轮机的转子毂内以便避免转子叶片上或转子叶片内的电子装备。然而,原则上,传感器装置还可以直接布置在进气单元111中或靠近于进气单元111布置。
处理单元120包括三个减法单元121、122、123、三个计算单元131、132、133以及确定单元140。减法单元121接收对应于参考入口端口112处的压力的电信号和对应于(上部)入口端口113处的压力的电信号,并且计算等于入口端口113处和参考入口端口112处的压力之间的差的对应压差值 。替代性地,还可以直接使用差压传感器。类似地,减法单元122接收对应于参考入口端口112处的压力的电信号和对应于(中间)入口端口114处的压力的电信号,并且计算等于入口端口114处和参考入口端口112处的压力之间的差的对应压差值。最后,减法单元122接收对应于参考入口端口112处的压力的电信号和对应于(中间)入口端口114处的压力的电信号,并且计算等于入口端口114处和参考入口端口112处的压力之间的差的对应压差值。
在该实施例中,由减法单元121、122、123计算的压差值被提供给相应的计算单元131、132、133,计算单元131、132、133基于压差值和其他可用相关参数(诸如空气密度、大气压力、温度、湿度等等)计算对应的差分流动速度值。然而,这些计算单元131、132、133不是绝对必需的、并且因此是任选的,因为还可以基于压差值确定叶片的污染状态。在本实施例中,所计算的差分流动速度值被提供给确定单元140,确定单元140对其进行分析以便确定转子叶片是否被污染(以及被污染的程度)。如果确定单元140确定转子叶片被污染,则对应信号被传输到风力涡轮机控制器150,使得可以考虑污染状态。
图2示出了转子叶片201的表面上的流动速度分布,其分别对应于污染和干净转子叶片。更具体来说,图2示出了进气单元211,其布置在转子叶片201的在后缘附近的表面上。所述进气单元被示意性地示出为具有单个入口端口,所述单个入口端口具有长度L并且平行于转子叶片201的表面被布置,使得其面向跨越转子叶片表面从前缘流到后缘的流。流动速度分布图或分布224对应于干净叶片,其中边界层相对薄。如可以看到的,从转子叶片表面上方h1的高度开始,流动速度实质上恒定。在高度h1以下,流动速度在转子叶片表面处(h=0)快速朝向零收敛。相比之下,对应于污染叶片的流动速度225在显著大于h1的高度h2之前并不达到恒定值。因此,在该情况下,边界层相应更大。本发明(特别是图1的确定单元140)使用对厚度的影响来确定转子叶片201的污染状态。
应该注意的是,边界层的厚度还取决于雷诺数和迎角。因此,为量化所测量的流动速度(或压力)分布图,需要这两个量的知识。可以基于风力涡轮机的转子速度估计雷诺数。可以基于转子叶片的桨距角、风力涡轮机的转子速度和功率输出估计迎角。所有这些量都可容易从风力涡轮机控制器(例如图1中的控制器150)获得,使得对雷诺数和迎角的对应估计是直接的。
图3A示出了根据本发明的具有压力传感器的转子叶片301的俯视图,图3B示出了其透视图,并且图3C示出了其横截面视图。转子叶片301具有后缘305和前缘306。进气单元311布置在转子叶片的在后缘305附近的表面上。作为本领域的惯例,一条涡流生成器307跨越转子叶片301的表面并且与前缘306平行地布置。进气单元311的结构类似于图中1所示出的并且在上文详细论述的进气单元111的结构。因此,如特别在图3C中所示出的,进气单元305包括三个入口端口313、314、315,其布置在转子叶片301的表面上方的不同高度中。每一入口端口313、314、315足够宽以通过平均涡流生成器307的任何影响来获得代表性测量值。
图4示出了根据本发明的实施例的压力传感器的进气单元411。进气单元411与在图1、图2和图3中分别示出的进气单元111、211和311的不同之处在于,其不是安装在转子叶片401的表面上,而是延伸穿过转子叶片。更具体来说,进气单元411形成为整体单元以被固定(从内部)在转子叶片401中的对应孔中,并且还包括分别连接到入口端口412、413、414、415的管416、417、418、419。
图5示出了表示根据本发明所估计的多个流动速度分布的曲线图560。为获得数据,使用测量转子叶片的表面上方的三个高度(10 mm、20 mm和30 mm)中的压力值的压力传感器。基于压力测量值,如上所述地计算对应的流动速度。通过线性插值获得曲线图560中所示出的曲线561、562、563、564、565和566。
曲线561对应于具有4°的迎角的干净叶片的测量值,而曲线562表示具有4°的迎角的污染叶片的测量值。如可以看到的,与曲线562相比,流动速度v沿着曲线561通常更高。此外,曲线561比曲线562陡得多(对应于更大梯度)。
类似地,曲线563对应于具有6°的迎角的干净叶片的测量值,而曲线565表示具有6°的迎角的污染叶片的测量值。如可以看到的,同样在该情况下,与曲线564相比,流动速度v沿着曲线563通常更高。此外,曲线563比曲线564陡得多(对应于更大梯度)。
曲线565对应于具有8°的迎角的干净叶片的测量值,而曲线566表示具有8°的迎角的污染叶片的测量值。如可以看到的,流动速度v沿着曲线565(干净叶片)展现与由曲线561和563表示的流动速度类似的行为。与曲线561和563相比,主要差别在于流动速度沿着曲线565的下半部略小并且增加得更慢。转向具有相同迎角(8°)的污染叶片的曲线566,可以看到的是,流动速度显著更低(小于15 m/s)。在该情况下,污染导致叶片失速。
类似地,曲线567对应于具有10°的迎角的干净叶片的测量值,而曲线568表示具有10°的迎角的污染叶片的测量值。如可以看到的,流动速度v沿着曲线567(干净叶片)展现与由曲线565表示的流动速度类似的行为,虽然与曲线565相比,流动速度沿着曲线567更小并且增加得更慢。转向具有迎角(10°)的污染叶片的曲线568,可以看到的是,流动速度显著更低(小于15 m/s)。同样在该情况下,污染导致叶片失速。
对应于曲线561、563、565和567(干净叶片,各种迎角)的数据可以有利地存储在***的存储器中(例如图1的确定单元140内)以允许与在操作期间获得的实时数据进行比较。
图6示出了根据本发明的另外的实施例的压力传感器610。结构通常类似于先前所描述的实施例,因为传感器610包括进气单元611,进气单元611具有布置在不同高度中的入口端口612、613、614、615。然而,在本实施例中,进气单元611包括纵向支脚611',压力传感器装置676、677、678和679布置在纵向支脚611'中。传感器装置676、677、678和679通过相应压力管616、617、618、619与入口端口612、613、614、615处于流体连通并且生成指示对应入口端口处的压力的电信号。
一般来说,上述压力传感器的入口端口被设计成使得进入所述端口的水分(例如由于雨水)在压力传感器装置之前例如通过排水孔逐出。作为排水孔的替代物,可以制造每一压力通道的开口,使得水由于叶片旋转产生的离心力而始终被逐出。
所述***还可以与清除***组合,使得空气从转子毂被吹出,以便清除可能累积在所述孔中的所有湿度和/或清除可能堵塞入口端口的灰尘。
除了必须能够导电的任何部件以外,压力传感器优选地由非导电材料(诸如塑料)制成。
当借助于本文中所公开的***和方法检测到一个或多个转子叶片被污染时,风力涡轮机控制器(例如图1中的控制器150)可以以多种方式处理该情况,例如(i)鉴于污染,改变用于操作风力涡轮机的设置,(ii) 请求操作员实施叶片清洗,(iii)在功率曲线活动测量期间将污染视为至关重要的信息,(iv)不那么积极地操作风力涡轮机以降低失速风险,以及(v) 不那么积极地操作风力涡轮机以减少噪声发射。
要注意的是,术语“包括”并不排除其他元件或步骤,并且冠词“一(a)”或“一个(an)”的使用并不排除多个。而且,可以组合与不同实施例相关联地描述的元件。还要注意的是,权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
Claims (14)
1.一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***,所述***包括:
压力传感器,其适于测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值,以及
处理单元,其与所述压力传感器处于通信并且适于通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。
2.根据前述权利要求所述的***,其中所述处理单元适于基于所述多个压力值计算一组压差值并且基于所述一组压差值估计所述空气流动速度分布。
3.根据前述权利要求所述的***,其中所述压力值中的一者是指示静压的静压值,并且其中所述处理单元适于通过使用所述静压值作为参考值来计算所述一组压差值。
4.根据前述权利要求所述的***,其中所述静压值是对应于所述后缘区域上方的最大高度的压力值。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的***,其中所述压力传感器包括:
进气单元,其适于定位在所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域处并且具有多个入口端口,
测量单元,其具有多个传感器装置,以及
引导单元,其适于在每一入口端口与对应传感器装置之间提供单独流体连通通道,
其中所述传感器装置适于生成指示对应入口端口处的滞止压力的电信号。
6.根据前述权利要求所述的***,其中所述进气单元适于安装在所述风力涡轮机转子叶片的表面上或安装在延伸穿过所述风力涡轮机转子叶片的所述表面的开口中,其中所述进气单元特别适于以距离转子的旋转轴线预先确定的距离安装在所述转子叶片的吸入侧上。
7.根据权利要求5或6所述的***,其中所述测量单元适于安装在风力涡轮机的转子毂内。
8.根据权利要求5至7中的任一项所述的***,其中所述引导单元包括多个管,所述多个管适于延伸穿过所述风力涡轮机转子叶片的内部和/或延伸跨越所述风力涡轮机转子叶片的外部部分。
9.根据前述权利要求所述的***,其中所述多个管适于从所述进气口延伸并且延伸到所述风力涡轮机转子叶片的根部部分。
10.根据权利要求5至9中的任一项所述的***,其中所述多个入口端口中的每一入口端口具有开口,所述开口具有选自包括以下形状的组的形状:圆形形状、椭圆形状、矩形形状以及带有圆角的矩形形状。
11.根据前述权利要求所述的***,其中具有椭圆或矩形形状的所述开口的较长边平行于所述风力涡轮机转子叶片的表面。
12. 根据前述权利要求所述的***,其中具有椭圆或矩形形状的所述开口的较长边的长度在从1 mm至200 mm的范围内。
13. 一种风力涡轮机,其包括:
布置在转子毂上的多个转子叶片,以及
根据前述权利要求中的任一项所述的至少一个***,所述至少一个***适于确定所述转子叶片中的一者的污染状态。
14. 一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的方法,所述方法包括:
测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值,以及
通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017202711 | 2017-02-20 | ||
DE102017202711.8 | 2017-02-20 | ||
PCT/EP2017/082066 WO2018149533A1 (en) | 2017-02-20 | 2017-12-08 | System and method for determining soiling state of a wind turbine rotor blade |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN110537019A true CN110537019A (zh) | 2019-12-03 |
Family
ID=61132371
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201780089817.2A Pending CN110537019A (zh) | 2017-02-20 | 2017-12-08 | 用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***和方法 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11125215B2 (zh) |
EP (1) | EP3568592B1 (zh) |
CN (1) | CN110537019A (zh) |
DK (1) | DK3568592T3 (zh) |
ES (1) | ES2834876T3 (zh) |
WO (1) | WO2018149533A1 (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112179665A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-05 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种低压涡轮性能试验入口滞止压力的获取方法 |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018100727A1 (de) * | 2018-01-15 | 2019-07-18 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zum Steuern einer Windenergieanlage und Windenergieanlage |
DE102019109908A1 (de) * | 2019-04-15 | 2020-10-15 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zum Bestimmen von Betriebsdaten einer Windenergieanlage sowie Vorrichtung und System dafür |
EP3730784A1 (en) | 2019-04-25 | 2020-10-28 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | A method for a computer-implemented analysis of operation data of one or more wind turbines |
US20210047995A1 (en) * | 2019-08-15 | 2021-02-18 | Marinvent Corporation | Airfoil Performance Monitor |
EP3842633B1 (de) * | 2019-12-23 | 2024-01-10 | Wobben Properties GmbH | Verfahren zum betreiben einer windenergieanlage, windenergieanlage und windpark |
EP4074960A1 (de) * | 2021-04-13 | 2022-10-19 | Wobben Properties GmbH | Verfahren zum betreiben eines windparks und windpark |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101603500A (zh) * | 2008-06-13 | 2009-12-16 | 通用电气公司 | 用于测量风力涡轮机叶片处的空气流动状态的方法和装置 |
CN102282471A (zh) * | 2008-12-16 | 2011-12-14 | 维斯塔斯风力***集团公司 | 湍流传感器和叶片状况传感器*** |
CN103782160A (zh) * | 2011-09-08 | 2014-05-07 | 株式会社堀场制作所 | 气体分析装置及其使用的污垢检测方法 |
CN105424972A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-03-23 | 吉林大学 | 一种近壁面流速测量方法及装置 |
EP3073241A1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-09-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Analyzing the boundary layer of a rotor blade |
EP3115599A1 (en) * | 2014-03-04 | 2017-01-11 | The Chugoku Electric Power Co., Inc. | Wind power generation device |
Family Cites Families (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4674950A (en) | 1985-11-12 | 1987-06-23 | Dresser Industries, Inc. | Pitot tube for pitot type centrifugal pump |
USD548634S1 (en) | 2005-09-20 | 2007-08-14 | Rosemount Aerospace Inc. | Total air temperature probe |
US8608441B2 (en) * | 2006-06-12 | 2013-12-17 | Energyield Llc | Rotatable blade apparatus with individually adjustable blades |
US9335229B2 (en) * | 2013-03-15 | 2016-05-10 | Frontier Wind, Llc | Load distribution estimation |
US9658124B2 (en) * | 2014-11-05 | 2017-05-23 | General Electric Company | System and method for wind turbine operation |
-
2017
- 2017-12-08 US US16/486,760 patent/US11125215B2/en active Active
- 2017-12-08 DK DK17837863.4T patent/DK3568592T3/da active
- 2017-12-08 CN CN201780089817.2A patent/CN110537019A/zh active Pending
- 2017-12-08 EP EP17837863.4A patent/EP3568592B1/en active Active
- 2017-12-08 ES ES17837863T patent/ES2834876T3/es active Active
- 2017-12-08 WO PCT/EP2017/082066 patent/WO2018149533A1/en unknown
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101603500A (zh) * | 2008-06-13 | 2009-12-16 | 通用电气公司 | 用于测量风力涡轮机叶片处的空气流动状态的方法和装置 |
CN102282471A (zh) * | 2008-12-16 | 2011-12-14 | 维斯塔斯风力***集团公司 | 湍流传感器和叶片状况传感器*** |
CN103782160A (zh) * | 2011-09-08 | 2014-05-07 | 株式会社堀场制作所 | 气体分析装置及其使用的污垢检测方法 |
EP3115599A1 (en) * | 2014-03-04 | 2017-01-11 | The Chugoku Electric Power Co., Inc. | Wind power generation device |
EP3073241A1 (en) * | 2014-11-28 | 2016-09-28 | Siemens Aktiengesellschaft | Analyzing the boundary layer of a rotor blade |
CN105424972A (zh) * | 2016-01-08 | 2016-03-23 | 吉林大学 | 一种近壁面流速测量方法及装置 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112179665A (zh) * | 2020-09-18 | 2021-01-05 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种低压涡轮性能试验入口滞止压力的获取方法 |
CN112179665B (zh) * | 2020-09-18 | 2022-08-23 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | 一种低压涡轮性能试验入口滞止压力的获取方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11125215B2 (en) | 2021-09-21 |
DK3568592T3 (da) | 2020-11-09 |
ES2834876T3 (es) | 2021-06-21 |
WO2018149533A1 (en) | 2018-08-23 |
US20190368470A1 (en) | 2019-12-05 |
EP3568592B1 (en) | 2020-09-09 |
EP3568592A1 (en) | 2019-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110537019A (zh) | 用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的***和方法 | |
ES2874485T3 (es) | Procedimiento y aparato para medir el estado del flujo de aire en una pala de turbina eólica | |
CN102971772B (zh) | 在吸入烟雾信号器(asd)中识别阻塞和中断 | |
CA2683386A1 (en) | Stall detection by use of pressure sensors | |
CN111551339B (zh) | 一种翼身融合飞机通气模型畸形流道专用测压耙设计方法 | |
CN101672247A (zh) | 调整风力涡轮机叶片的桨距的方法和装置 | |
CN108463630A (zh) | 用于评估到风能设备的转子叶片上的迎流的方法以及用于控制风能设备的方法和风能设备 | |
US20210047995A1 (en) | Airfoil Performance Monitor | |
US10641631B2 (en) | Air flow measuring device | |
CN113495169B (zh) | 风力机风轮前风速超声测量*** | |
CN115493794A (zh) | 基于水滴型线改进的探针杆体及探针 | |
EP4146937B1 (en) | Assembly and method for monitoring air flow at a surface of a rotor blade of a wind turbine | |
US20220074390A1 (en) | A method and a system for determing the wind speed or the wind direction experienced by a wind turbine | |
EP4001641A1 (en) | Method and sensor module for determining a direction of a wind flow at a blade of a wind turbine | |
EP3073241A1 (en) | Analyzing the boundary layer of a rotor blade | |
JP2021110272A (ja) | 風力発電装置、制御装置、および風力発電装置の制御方法 | |
CN115467790A (zh) | 一种风电机组叶片气动攻角的测试方法 | |
Moreau et al. | Controlled-Diffusion Profile benchmark Geometry and Parameters | |
CN106477071A (zh) | 一种飞行器fads***的故障判别与滤波处理方法 | |
SE518925C2 (sv) | Förfarande för bestämning av bladförskjutning hos turbinaggregat |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20191203 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |