翼片性能监测器制造技术

一种翼片性能监测器，包括安装在翼片的低压面上并限定出皮托管压力孔和静压孔的外壳；感测冲击在皮托管孔上的气流并生成指示气流湍流的数字气流信号的空速相关传感器；以及通过过滤由数字气流信号计算出的湍流值导出湍流强度比的控制器。流强度比的控制器。流强度比的控制器。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】翼片性能监测器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月15日提交的美国临时专利申请No.62/887,418的优先权和所有权益，该申请的全部内容通过引用明确并入本文。


[0003]本公开涉及一种翼片性能监测器，并且更具体地，这种监测器能感测翼片工作表面处的条件。

技术介绍

[0004]飞机配备有用于提供不同操作员控制的实时反馈的各种传感器。例如，传感器可以表面安装到飞行的机翼，以便测量并提供指示机翼的翼片(airfoil)上的升力和阻力的数据。传感器进行的测量可以解释飞机，特别是机翼可能经历的任何环境条件下的污染影响。设置在飞机的机翼上的传感器允许做出可执行的决定以提高机翼的翼片的性能。这些翼片性能传感器为飞机机翼设计和认证，可作为重要的救生传感器运行，用于结冰影响量化。
[0005]除了固定翼飞机外，翼片还出于各种目的用于许多其他用途。例如，风力涡轮机的叶片本质上是翼片。流过翼片的空气在叶片上产生升力，进而使风力涡轮机旋转，从而最终驱动发电机，从其中获得电力。目前，风力涡轮机的整体性能通常使用“功率曲线”进行检测，该曲线是涡轮机产生的电力的量度，通常与环境传感器(诸如当地风速)相关。该方法提供了整个风力涡轮机性能的粗略概述，但对于可能由空气动力学、机械、电气或控制系统等问题引起的任何性能损失的具体原因几乎没有洞察力。此外，功率曲线没有产生关于一个或多个转子叶片单独经历的可能的空气动力学退化的直接信息。造成这种退化的原因可能有很多，包括但不限于制造缺陷、前缘侵蚀(由沙子、水或碎片引起)、急性损坏(由冰雹、闪电或鸟击引起)或暴雨、冻雨造成的污染，或累积的冰沉积物。结冰是一个特别严重的问题，因为它的空气动力效应取决于许多因素(例如冰厚度、弦向范围、竖直范围、展向范围、粗糙度等)，使得它们基本上是无法预测的。目前的技术水平包括使用结冰检测器，甚至一些结冰厚度传感器，但这些都不能预测所测量的冰对翼片性能的影响。类似的限制适用于确定结冰影响的理论工作，诸如计算流体动力学技术。因此，在结冰条件下操作的常用方法是关闭风力涡轮机，这会产生严重的操作性和财务后果，因为由于严重的结冰条件可能会同时影响和关闭整个风电场。所有这些因素都会立即对单个风力涡轮机的性能产生有害影响，但它们也可能导致整个风电场的寿命缩短、维护成本显著增加以及运营成本增加，因为这些问题很难用现有技术隔离和解决。

技术实现思路

[0006]本专利技术涉及一种翼片性能监测器，其被设计为克服相关技术中的缺陷。因此，本专利技术的翼片性能监测器的一个实施方案包括可以安装在翼片的低压面上的外壳。外壳包括用
于确定翼片性能监测器处的总压力的至少一个皮托管压力孔和用于确定翼片性能监测器处的静压的至少一个静压孔。翼片性能监测器包括至少一个空速相关传感器，该传感器通过皮托管压力孔感测翼片性能监测器处的总压力并生成指示翼片性能监测器处的动态压力的数字气流信号。控制器通过处理和过滤从数字气流信号计算出的湍流值导出湍流强度比。
[0007]本专利技术还涉及一种翼片性能监测系统，该系统包括设置在翼片的低压面上的至少一个空速相关传感器。翼片性能监测系统包括用于确定翼片性能监测器处的总压力的至少一个皮托管压力感测孔，以及设置在翼片的低压面上且用于确定翼片性能监测器处的静压的至少一个静压孔。至少一个空速相关传感器测量皮托管压力孔处的总压力并生成指示在至少一个皮托管压力孔处测量的动态压力的数字气流信号。
[0008]从空速相关传感器产生的信号被处理成指示气流的湍流的数字气流信号。此外，本专利技术的翼片性能监测系统包括一个或多个惯性传感器，这些传感器测量在相对于安装点的至多三个朝向上的加速度或其他运动。控制器通过使用稳态气流信号对测量的湍流强度进行归一化来导出湍流强度，从而产生湍流分量与稳态信号分量的无量纲湍流强度比。控制器还使用从惯性传感器获得的频率对依赖于气流的传感器的信号进行过滤，以消除不需要的叶片振动对湍流强度计算的影响。
[0009]控制器使用经处理的湍流强度信号来监测翼片的空气动力学性能，并防止超过预设的湍流强度阈值，该阈值将指示如下讨论的翼片“失速”。
[0010]此外，本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的翼片性能监测系统。该系统包括安装在翼片的低压面上的外壳。外壳限定出至少一个皮托管压力孔和至少一个静压孔。至少一个空速相关传感器设置在翼片的低压面上。由空速相关传感器产生的作为通过皮托管静压孔测量的气流的结果的信号被处理成指示气流的湍流的数字信号。一个或多个惯性传感器测量叶片俯仰角，并基于翼片机械地传送至外壳的机械运动测量从其安装位置的至多三个朝向上的运动。控制器响应于来自一个或多个惯性传感器的叶片俯仰角以及加速度的频率和振幅利用加速度对湍流值进行过滤并将经过滤的气流湍流信号与稳态气流信号相关联来导出湍流强度比，并生成作为使用转子控制系统调整叶片俯仰角的指令的基础的数据。
[0011]本专利技术还涉及一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括一个或多个使轴转动的叶片、可通过变速箱连接到轴并转换和存储能量的发电机、以及安装在翼片的低压面上的外壳。外壳限定出用于测量翼片性能监测器处的总压力的至少一个皮托管压力孔和用于测量翼片性能监测器处的静压的至少一个静压孔。至少一个空速相关传感器与至少一个皮托管压力孔流体连通，其转换通过皮托管孔测量的气流并生成指示气流的湍流的数字气流信号。一个或多个惯性传感器设置在叶片中的一个的翼片的低压面上，其测量叶片俯仰角并测量从一个或多个叶片上的安装位置的至多三个朝向上的加速度，加速度为频率和振幅数据。控制器通过将经过滤的湍流信号与稳态气流信号相关联来导出湍流强度比，并生成使用转子控制系统调整叶片俯仰角的指令。
[0012]本专利技术的其他目的、特征和优点将很容易理解，因为在阅读了关于附图进行的随后描述之后将更好地理解本专利技术的其他目的、特征和优点。
附图说明
[0013]图1是具有多个风力涡轮机的风电场的透视图；
[0014]图2是风力涡轮机和转子组件的侧视图；
[0015]图2A是描绘由涡轮机叶片限定的翼片的放大横截面侧视图；
[0016]图3A是具有桅杆式安装的传感器组件的叶片的风力涡轮机的转子的示意图；
[0017]图3B是桅杆式安装的传感器组件的示意图；
[0018]图4是用于桅杆式安装的传感器组件的安装接口的透视图；
[0019]图5是本专利技术的桅杆式安装的传感器组件的一个实施方案的剖视图；
[0020]图6是桅杆式安装的传感器组件的另一个实施方案的透视图；
[0021]图7是桅杆式安装的传感器组件的功能框图；
[0022]图8是描绘桅杆式安装的传感器组件的操作的流程图；以及
[0023]图9是描绘用于桅杆式安装的传感器组件的加热器的操作的流程图。
具体实施方式
[0024]如下文更详细描述的，本专利技术涉及翼片性能监测器。作为说明本专利技术的创造性特征的一种手段，性能监测器被描述为与关于风力涡轮机的使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种翼片性能监测器，包括：外壳，所述外壳安装在翼片的低压面上，并且包括用于确定所述翼片性能监测器处的总压力的至少一个皮托管压力孔和用于确定所述翼片性能监测器处的静压的至少一个静压孔；至少一个空速相关传感器，所述至少一个空速相关传感器通过所述皮托管压力孔感测所述翼片性能监测器处的所述总压力并生成指示所述翼片性能监测器处的动态压力的数字气流信号；和控制器，所述控制器通过使用从所述数字气流信号计算出的稳态气流信号对湍流值进行归一化来导出湍流强度比。2.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述空速相关传感器是压力传感器，并且所述至少一个皮托管压力孔与相关联的压力传感器流体连通，以便测量作用于所述翼片性能监测器上的总压力。3.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述数字气流信号具有稳定且重叠的湍流分量。4.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，还包括一个或多个惯性传感器，其测量和识别由于桅杆上的机械运动振动而引起的频率和振幅数据。5.根据权利要求4所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用加速度频率和振幅数据对所述数字气流信号进行过滤。6.根据权利要求4所述的翼片性能监测器，其中所述控制器响应于从所述一个或多个惯性传感器输入的叶片俯仰角将振动信号归一化为在转子的平面中以及垂直于所述转子的所述平面。7.根据权利要求4所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用来自所述一个或多个惯性传感器的振动振幅作为转子控制系统的反馈输入，以使所述转子控制系统的转子振动最小化。8.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述控制器通过将交变气流分量除以稳态分量来计算所述湍流强度比。9.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用阈值湍流强度比以给出叶片失速的指示。10.根据权利要求9所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用通过所述一个或多个惯性传感器测量的叶片俯仰角来缩放所述湍流强度比以根据叶片角调整所述阈值。11.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用所述湍流强度比作为转子控制系统的反馈输入，以优化所述转子控制系统的转子的空气动力学效率。12.根据权利要求1所述的翼片性能监测器，其中所述控制器使用快速傅立叶变换方法过滤所述湍流值。13.根据权利要求12所述的翼片性能监测器，其中所述控制器可包括陷波、带通、高通、低通或低通抛物线滤波器以过滤所述湍流值。14.一种翼片性能监测系统，包括：至少一个皮托管压力感测孔和至少一个静压孔，所述至少一个皮托管压力感测孔用于确定翼片性能监测器处的总压力，所述至少一个静压孔设置在翼片的低压面上并用于确定
所述翼片性能监测器处的静压；至少一个空速相关传感器，其测量所述皮托管压力孔处的所述总压力并生成指示在所述至少一个皮托管压力孔处测量的动态压力的数字气流信号；一个或多个惯性传感器，其测量从其安装位置的至多三个朝向上的加速度；和控制器，其通过使用稳态气流信号对测量的湍流强度进行归一化来导出湍流强度比，从而产生湍流分量与稳态信号分量的无量纲湍流强度比，并且利用来自所述一个或多个惯性传感器的所述加速度的频率和振幅过滤来自所述数字气流信号的湍流值，以消除不需要的叶片振动对湍流强度计算的影响。15.根据权利要求14所述的翼片性能监测系统，其中所述空速相关传感器是压力传感器，并且所述至少一个皮托管压力孔与相关联的压力传感器流体连通，以便测量作用于所述翼片性能监测器上的总压力。16.根据权利要求14所述的翼片性能监测系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰，
申请(专利权)人：马英凡特公司，
类型：发明
国别省市：