用以检测风力涡轮机桨片的空气动力学状况的装置制造方法及图纸

用于检测风力涡轮机(10)的转子桨片(22)的空气动力学状况的装置。声学传感器(24)可与转子桨片远距离地定位。传感器可焦注于监测由转子桨片扫过的桨片路径的一部分以检测例如流分离的空气动力学状况，并可将输入提供给控制器(27)以控制桨片的倾斜，这有效防止流分离发展成完全脱流状况。一个传感器可焦注于监测多于一个涡轮机的桨片。风场中的多个这样的传感器可连接至监管控制器(120)以预测行进通过风场的风力状况的传播。

【技术实现步骤摘要】
用以检测风力涡轮机桨片的空气动力学状况的装置
本专利技术涉及一种用于产生电功率的风力涡轮机，更具体地涉及用以检测风力涡轮机桨片中的空气动力学状况(例如流分离状况)的装置。
技术介绍
可再生能量已成为能量和环境可持续性的一个主要焦点。风力是在实用层面产生功率的适当能源示例。风力涡轮机的功率产生可能显著地受到风力涡轮机相互作用的空气动力学特征的影响。例如，从风力中提取的功率的量可能部分地依赖于转子桨片与进入的空气流之间的空气动力学迎袭角。对于给定的风速，如果超出某最大迎袭角，则空气流可在转子桨片的表面处分离并且漩涡可能形成。这种效果被称为流分离并限制桨片从风力中提取功率的空气动力学效率。这可显著地增加由风力涡轮机产生的声学噪音。用于感测这种状况的某些振动感测设备总体上已被安装到桨片中，因此，它们的可靠性由于由旋转物体所经受的力而趋于受损。其它监听设备（其可位于桨片外侧）可能遭受声学干涉和/或可能缺乏快速和精确地检测流分离状况可能在何处及在何时发起的能力。例如，流分离状况可能只是在由给定桨片扫过的桨片路径的一部分上初始地发展。至少鉴于前面的考虑，将希望提供一种可靠并且有成本效率的的装置以用于改进地检测这些空气动力学状况。附图说明本专利技术考虑附图而在下面的描述中解释，所述附图示出：图1是风力涡轮机的示意图，其包括如可焦注（focus）于检测空气动力学状况(例如流分离状况，如可以影响风力涡轮机的桨片中的一个或多个)的声学传感器的示例性监听场的示例性正视等距视图。图2是风力涡轮机的示意图，其包括体现本专利技术方面的声学传感器的示例性监听场的示例性侧视图。图3是体现本专利技术方面的声学传感器的示例性实施例的示意图，例如可包括耦接至声学传感器的声学聚合器（condenser）。图4是体现本专利技术方面的声学传感器的一个示例性实施例的示意图，例如可包括声学传感器阵列。图5是根据本专利技术方面的如可设置成围绕风力涡轮机的机舱的声学传感器阵列的另一示例性实施例的示意图。图6是示出两个相邻的风力涡轮机的一个示例性实施例的示意图，如每个可由一个或多个传感器阵列监测以检测流分离状况。图7是示出风场（windpark）的顶视图的示意图，所述风场包含体现本专利技术方面的多个风力涡轮机。具体实施方式在后面的详细描述中，为提供对本专利技术各种实施例的透彻理解而给出了许多具体细节。然而，本领域内技术人员将理解，本专利技术的实施例在没有这些具体细节情况下可以实施，本专利技术不仅限于所描述的实施例，并且本专利技术可在各种替代实施例中实施。在其它情况下，为避免学究式和不必要的描述，公知的方法、过程和组件未被详细描述。此外，各种操作可被描述为以有助于理解本专利技术的实施例的方式而执行的多个离散的步骤。然而，描述的顺序不应当被解释为暗指这些操作必须以它们所展示的顺序执行，也非暗指它们是依赖于连贯顺序的。对短语“在一个实施例中”的重复使用不必涉及同一实施例(尽管其可以)。最后，在本申请中使用的术语“包含”、“包括”、“具有”，等等，旨在是同义的，除非另有所指。图1是如可从本专利技术的方面获益的风力涡轮机10的一个示例性实施例的示意图。风力涡轮机10可包括塔12、耦接至塔12的机舱16以及耦接至机舱16的转子18(图2)。转子18包括可转动毂20和耦接至毂20的多个转子桨片22。在该示例性实施例中，转子18具有三个转子桨片22。然而要理解，该转子18可具有任何数量的转子桨片22，所述转子桨片22允许风力涡轮机10如本文所述地起作用。在一个示例性实施例中，至少一个声学传感器24可与桨片22远距离地定位（例如在机舱16上）。声学传感器24可焦注于监测由转子桨片22扫过的桨片路径28的一部分26以检测空气动力学状况，例如流分离状况(示意性地由阴影区域30表示)，其影响被监测的桨片路径的所述部分中的桨片。这可允许声学传感器24焦注于桨片路径的径向外部部分，尤其是在桨片路径扫过的上半部，在那里可期望发起流分离(例如早期脱流（stall）)，如可历史地和/或经验地已知的。在一个示例性实施例中，控制器27(图2)响应于声学传感器24以至少跨过受流分离状况影响的桨片路径的所述部分而调整转子桨片的倾斜角，从而防止流分离进展成全脱流状况。在一个示例性实施例中，声学传感器24可以是话筒（microphone），例如单向话筒，如图2示意地表示的。例如，这种话筒的灵敏性可具有一种模式(监听场)，其被配置成监听从在桨片可能经历流分离状况处的桨片路径的所述部分所发出的声音，同时使被监测的桨片路径的所述部分之外的声音衰减。如图3所示，声学聚合器32(例如抛物柱面反射器)可被耦接至声学传感器24，如可提供相对较高的信噪比以监听从在桨片可能经历流分离状况处的桨片路径的所述部分所发出的声音。在一个示例性实施例中，如可参见图4中，声学传感器可包括声学传感器的阵列34(例如声学传感器AS1-AS4)，以检测影响一个或多个圆周区段(例如被标记为CS1-CS4的圆周区段)中的给定桨片的空气动力学状况。例如，第一声学传感器AS1可焦注于第一圆周区段CS1、第二声学传感器AS2可焦注于第二圆周区段CS2，以此类推。由此，将理解，体现本专利技术的方面的装置可提供显著的灵活性(例如相对高水平的声波粒度)以检测流分离状况何时及何处可以发起，以使得通过控制器27(图2)可迅速地作出适当的校正动作(例如局部倾斜角调整)，以消除流分离状况并（例如）防止可能导致桨片脱流的状况的传播，如可涉及空气流的大量分离。在一个示例性实施例中，声学传感器的阵列34可包括能电子操控的声学传感器，其可动态地焦注于空气动力学状况可能影响给定桨片的桨片路径的部分。例如，如果区段CS1-CS4的圆周区段中的某一个是空气动力学状况可能影响给定桨片(例如造成相对高水平的噪声)的桨片路径的部分，这种能电子操控的声学传感器的阵列将能够动态地定位这种圆周区段以检测空气动力学状况。在一示例性实施例中，如图5所示，声学传感器38的阵列34可设置成围绕风力涡轮机的机舱16的周界。这可允许监听实际从沿着由桨片扫过的桨片路径的整个圆周区段的任何地方发出的声音。应当理解，阵列形状和/或每阵列传感器的数目(如可在附图中示出的)应当以示例意义而非限定意义解释，其为：阵列形状和/或传感器的数量可基于给定应用的要求而容易地定制。图6是示出两个相邻的风力涡轮机100、102的一个示例性实施例的示意图。在该示例性实施例中，至少一个声学传感器阵列104可与风力涡轮机100、102的相应转子桨片106、108远距离地（例如基于地面地）定位。在该示例性实施例中，一个或多个传感器阵列104可焦注于监测由风力涡轮机100、102的相应转子桨片106、108扫过的桨片路径的相应部分。例如，该传感器阵列可几何地排列成：尽管风力涡轮机100、102可能经历偏航转动，使相对于风力涡轮机100、102的声音检测最大化。这可允许常见传感器阵列104检测空气动力学状况(例如流分离状况)，如可影响相邻涡轮机100、102的桨片106、108。每个风力涡轮机可包括相应的控制器107、109，其响应于传感器阵列114以（例如）调整受流分离状况影响的转子桨片的倾斜角。图7是示出示例性风场110的顶部视图的示意图，所述风场110包括体现本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
装置，包括：具有至少一个转子桨片的风力涡轮机；以及与所述至少一个转子桨片远距离地定位的至少一个声学传感器，所述至少一个声学传感器焦注于监测由所述至少一个转子桨片扫过的桨片路径的一部分，以检测影响在被监测的桨片路径的所述部分中的所述桨片的空气动力学状况。

【技术特征摘要】
2013.05.28 US 13/9030191.用以检测风力涡轮机桨片中的空气动力学状况的装置，包括：具有至少一个转子桨片的风力涡轮机；以及与所述至少一个转子桨片远距离地定位的至少一个声学传感器，所述至少一个声学传感器焦注于监测由所述至少一个转子桨片扫过的桨片路径的包括所述桨片路径的径向外部部分上的圆周区段的部分，以检测影响在被监测的桨片路径的所述部分中的所述桨片的空气动力学状况，其中，所述至少一个声学传感器具有监听场，所述监听场被配置成监听从被监测的所述桨片路径的所述径向外部部分上的所述圆周区段发出的声音，同时使被监测的所述桨片路径的所述径向外部部分上的所述圆周区段之外发出的声音衰减。2.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个声学传感器包括单向声学传感器。3.如权利要求1所述的装置，还包括耦接至所述至少一个声学传感器的声学聚合器。4.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个声学传感器包括又一声学传感器，其焦注于监测由所述至少一个转子桨片扫过的桨片路径的不同部分，以检测影响在所述桨片路径的至少所述不同部分中的所述桨片的空气动力学状况。5.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个声学传感器包括声学传感器阵列。6.如权利要求5所述的装置，其中，所述声学传感器阵列被设置成围绕所述风力涡轮机的机舱的周界，以检测影响在由所述至少一个转子桨片扫过的所述桨片路径的多个圆周区段的至少一个中的桨片的空气动力学状况。7.如权利要求6所述的装置，其中，所述阵列中的每个声学传感器分别焦注于由所述至少一个转子桨片扫过的所述桨片路径的所述多个圆周区段中的至少一个。8.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个声学传感器包括能电子操控的声学传感器的阵列。9.如权利要求6所述的装置，其中，能电子操控的声学传感器的所述阵列动态地焦注于所述桨片路径的所述部分以检测所述空气动力学状况。10.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个声学传感器焦注于监测所述桨片路径的径向外部部分，其对于检测流分离状况是有效的。11.如权利要求10所述的装置，还包括控制器，所述控制器对所述至少一个声学传感器作出响应，以调整所述至少一个转子桨片的倾斜角以防止所述流分离状况进展成脱流状况。12.一种包含多个如权利要求1所述的装置的风场，并且还包括监管控制器，所述监管控制器对影响多个风力涡轮机中至少一些的相应转子桨片的检测到的空气动力学状况作出响应，所述监管控制器被配置成估算可能传播通过所述风场的大气状况，并配置成预测可能影响多个风力涡轮机中至少一些其它者的相应转子桨片的空气动力学状况。13.用以检...

【专利技术属性】
技术研发人员：M阿沙伊姆，MJ辛格，JGW阿尔贝茨，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE