CN102052248A - 用于操作主动式流控制系统的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作主动式流控制系统的系统和方法。具体而言，提供了一种用于风力涡轮机(10)的流控制系统(200)。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(22)中的空气分配系统(102，202)，空气分配系统包括限定为穿过至少一个叶片的至少一个孔(108，208)，该流控制系统还包括与空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)。控制系统设置成在第一模式下操作流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作流控制系统，以有助于将碎片从流控制系统中移除，第二模式包括改变流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。

Description

用于操作主动式流控制系统的系统和方法 
技术领域
本文所述的实施例大体上涉及用于维护具有主动式流控制系统的方法和系统，并且更具体地说，涉及用于将碎片从主动式流控制系统中移除和/或防止主动式流控制系统中的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/或吸式执行机构(suction actuator)。 
因为AFC系统易受能包含碎片的流体流的影响，所以，由碎片所引起的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的孔的结垢对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。这种被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/或系统优选地不包括人工清洁AFC系统和/或叶片。而且，对于这样的方法和/或系统合乎需要的是使用在具有AFC系统的风力涡轮机中的可得到的装置。 
发明内容
在一个方面，提供了一种由控制系统执行的用于操作风力涡轮机的方法。该方法包括：在第一模式下操作风力涡轮机的流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作流控制系统以有助于将碎片从流控制系统中移除。第二模式包括，改变流控制系统的流体流的 速率、流率与方向的其中至少一项。 
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限定为穿过叶片外表面的至少一个孔。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流控制系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作流控制系统以有助于将碎片从流控制系统中移除。第二模式包括改变流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。 
在还有另一个方面，提供了一种风力涡轮机。该风力涡轮机包括转子，至少一个叶片连接到该转子上，其中叶片具有外表面，并且空气分配系统至少部分地限定在该叶片中。该空气分配系统包括限定为穿过叶片的外表面的至少一个孔。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的空气分配系统，以及在与第一模式不同的第二模式下操作空气分配系统以有助于将碎片从空气分配系统中移除。第二模式包括改变空气分配系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。 
本文所述的实施例通过在与正常操作模式不同的第二模式下操作流控制系统，而有助于将碎片从主动式流控制系统中移除。第二模式包括使用风力涡轮机中的装置在与正常模式不同的清洁模式下操作。通过在第二模式期间改变操作模式，现有装置能够出乎意料地重新用来防止和/或修正流控制系统的结垢。 
附图说明
图1-图5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1中所示风力涡轮机的一个示例性的可选流控制系统的示意图。 
图4是图3中所示流控制系统的一部分的放大截面图。 
图5是用于操作可包括图2和图3中所示流控制系统的风力涡轮机的示例性方法的流程图。 
零部件清单 
Figure BSA00000350827500041
Figure BSA00000350827500051
Figure BSA00000350827500061
具体实施方式
本文所述的实施例，通过在与第一模式或正常模式不同的第二模式下操作风力涡轮机中的装置，而提供了针对主动式流控制(AFC)系统结垢的修正/预防解决方案。在第二模式期间，风力涡轮机中可得到的装置的操作与正常模式下对该装置的操作不同。第二模式可另外地或可选地包括，操作另外的、永久地存在的维护装置。与包括另外的装置和/或系统的针对结垢的解决方案相比，本文所述的系统和方法通过根据第二操作模式来操作风力涡轮机中的现有装置，而提供了针对 风力涡轮机中的AFC系统结垢的低成本解决方案。 
图1是一个示例性风力涡轮机10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮机10是接近水平轴线式的风力涡轮机。在另一个实施例中，风力涡轮机10可具有任何合适的倾斜角度。或者，风力涡轮机10可以是垂直轴线式风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机10包括自支撑面14延伸的塔架(tower)12，安装在塔架12上的机舱(nacelle)16，以及连接到机舱16上的转子18。转子18包括能旋转的轮毂20和至少一个连接到轮毂20上并从轮毂20向外延伸的叶片22。在一个实施例中，叶片22与转子18集成。如本文中所使用的与叶片22与转子18相关的用语“连接到”意在描述连接到转子18上的叶片22，以及与转子18一起整体地成形为一体的叶片22。在该示例性实施例中，转子18具有三个叶片22。在一个可选实施例中，转子18可包括多于或少于三个叶片22。在该示例性实施例中，塔架12由管状钢制成，使得在支撑面14和机舱16之间限定了空腔(未在图1中示出)。在一个可选实施例中，塔架12是任何合适类型的塔架。塔架12的高度基于本领域中已知的因素和条件而选择。 
叶片22绕轮毂20间隔开，以有助于使转子18旋转，从而能将从风传递来的动能变成可用的机械能，并随后成为电能。通过在多个负载传递区域26处将叶根部分24连接到轮毂20上，这样叶片22就被连接到轮毂20上。负载传递区域26具有轮毂负载传递区域和叶片负载传递区域(均未在图1中示出)。引导至叶片22的负载经由负载传递区域26而传递到轮毂20上。 
在该示例性实施例中，叶片22具有介于大约30米(m)(99英尺(ft))和大约120米(m)(394英尺(ft))之间的长度。或者，叶片22可具有能使风力涡轮机10如本文所述而作用的任何长度。当风从一个方向28冲击叶片22时，转子18绕旋转轴线30旋转。当叶片22旋转并承受离心力时，叶片22还承受各种力和力矩。这样，叶片22可从中间位置或未偏转位置而偏转和/或旋转至偏转位置。而且，通过调节至少一 个叶片22叶型(profile)相对于风矢量的角度位置，可通过变桨调节系统32来改变叶片22的桨距角，即确定叶片22相对于转子平面的投影(perspective)的角度，以控制由风力涡轮机10所产生的功率、负载和/或噪声。显示了用于叶片22的变桨轴线34。在该示例性实施例中，各叶片22的变桨通过控制系统36分别控制。或者，通过控制系统36可同时控制所有叶片的叶片桨距。此外，在该示例性实施例中，当方向28改变时，可绕偏航轴线38而控制机舱16的偏航方向，以相对于方向28定位叶片22。 
在该示例性实施例中，控制系统36显示成在机舱16中处于中心，然而，控制系统36可以是在整个风力涡轮机10中、在支撑面14上、在风电场中和/或在远程控制中心的分布式系统。在一个特定实施例中，对于风力涡轮机10中的AFC系统而包括单独的控制系统，例如流控制系统100(图2中所示)和/或流控制系统200(图3中所示)。在该示例性实施例中，控制系统36包括设置成执行如本文所述的方法和/或步骤的处理器40。此外，本文所述的许多其它构件包括处理器。如本文中所使用的用语“处理器”不限于在本领域中指计算机的集成电路，而是宽泛地指控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其他可编程序的电路，并且这些用语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。 
在本文所述的实施例中，存储器可包括但不限于，计算机可读的媒介，例如随机存取存储器(RAM)，及计算机可读的永久性媒介，例如闪速存储器(flash memory)。或者，也可使用软盘、只读光盘(CD-ROM)、磁-光盘(MOD)和/或数字化视频光盘(DVD)。而且，本文所述的实施例中，输入通道可包括但不限于，传感器和/或与操作界面相关的计算机外围设备，例如鼠标和/或键盘。此外，在该示例性实施例中，输出通道可包括但不限于，控制装置、操作界面监视器和/或显示器。 
本文所述的处理器处理从多个电气装置和电子装置所传输的信息，其可包括但不限于，传感器、执行机构、压缩机、控制系统和/或监测装置。这样的处理器可实际位于，例如，控制系统、传感器、监测装置、台式电脑、便携式电脑、PLC柜和/或分布式控制系统(DCS)柜中。RAM和存储装置存储和传递待处理器执行的信息和指令。也可用RAM和存储装置来存储和提供临时变量、静态(即不变的)信息和指令，或在通过处理器执行指令期间对处理器而言的其他中间信息。被执行的指令可包括但不限于，流控制系统控制命令。指令的执行顺序不限于硬件电路和软件指令的任何特定组合。 
图2是可用于风力涡轮机10的一个示例性流控制系统100的示意图。另外的和/或可选的构件由虚线显示。在该示例性实施例中，流控制系统100是包括空气分配系统102的非零净质量流控制系统。控制系统36被认为是流控制系统100的构件，并与空气分配系统102处于操作控制通信。如本文中所使用的“操作控制通信”指风力涡轮机10的两个或更多构件之间的链接，例如导体链接、线链接和/或数据链接，其能使信号、电流和/或指令在两个或更多构件之间通信。该链接设置成能使风力涡轮机10的一个构件使用通信信号、电流和/或指令而控制风力涡轮机10另一个构件的操作。 
空气分配系统102包括至少一个流控制装置104、至少一个歧管106和至少一个孔108。至少一个流控制装置104、一个对应的歧管106与一个或多个相应的孔108形成组件110。每个叶片22包括至少部分地在本文中限定的组件110。因此，空气分配系统102包括多个流控制装置104、多个歧管106和多个孔108。或者，至少一个叶片包括组件110。在该示例性实施例中，各组件基本上是类似的，然而，至少一个组件110可与至少另一个组件110不同。此外，虽然在该示例性实施例中，每个组件110包括流控制装置104，但是，至少两个组件110可分享共用的流控制装置104。 
流控制装置104是，例如，泵、压缩机、风扇、吹风机(blower) 和/或用于控制流体流的任何其它合适的装置。在一个实施例中，流控制装置104和/或组件110包括阀(未示出)，该阀设置成调节空气分配系统102中的流体，例如流率和/或流动方向。在该示例性实施例中，流控制装置104是能反向的，用来改变流体流112的方向。此外，在该示例性实施例中，空气分配系统102包括一个流控制装置104，用于风力涡轮机10的每个叶片22，然而，应当理解，空气分配系统102可包括任何数量的流控制装置104。控制系统36与各流控制装置104处于操作控制通信，用于控制通过空气分配系统102的流体流。控制系统36可与各流控制装置104处于操作控制通信而直接连接，和/或可经由通信集线器和/或任何其它合适的通信装置而与各流控制装置104处于操作控制通信连接。 
每个流控制装置104与至少一个歧管106处于操作控制通信。当使用一个集中的流控制装置104时，流控制装置104与空气分配系统102的各歧管106均处于操作控制通信。在该示例性实施例中，流控制装置104在每个歧管106的根端114和/或每个叶片22的根部部分24处连接在相应的叶片22中。或者，流控制装置104可相对于至少一个歧管106处在风力涡轮机10中和/或在支撑面14(图1中所示)上任何合适的位置。 
在该示例性实施例中，每个歧管106在相应的叶片22中沿着内表面116至少部分地限定，并大体上沿着相应的变桨轴线34(图1中所示)从歧管106根端114延伸到歧管106顶端118。应当理解，顶端118并不一定定位在叶片22的顶部42中，而是可定位得比歧管根端114更靠近顶部42。在一个实施例中，孔108被限定在顶端118中的预定部分120处，该预定部分120距根端114有叶片22的长度L。此外，应当理解，歧管106可具有能使空气分配系统102和/或流控制系统如本文所述而作用的任何合适的构造、横截面形状、长度和/或尺寸。还应当理解，叶片22的一个或多个构件可用来形成歧管106。 
在该示例性实施例中，空气分配系统102还包括至少一个与相应 歧管106处于流连通的孔108。更具体地说，在该示例性实施例中，空气分配系统102包括沿着相应叶片22的吸入侧122限定的多个孔108。虽然孔108显示成沿着吸入侧122排成一条线，但是应当理解，孔108可沿着叶片22的吸入侧122定位在任何地方，使得流控制系统100能如本文所述而起作用。可选地或者另外地，孔108被限定为穿过叶片22的压力侧124。在该示例性实施例中，孔108被限定为穿过叶片22的外表面126，用来在歧管106和周围空气128之间提供流连通。 
在该示例性实施例中，流控制装置104经由限定在轮毂20和毂盖132之间的孔130而与周围空气128处于流连通。或者，风力涡轮机10不包括毂盖132，而周围空气128通过靠近轮毂20的孔130被吸入到空气分配系统102中。在该示例性实施例中，流控制装置104设置成通过孔130将周围空气128吸入，并将从周围空气128所产生的流体流112排到相应的歧管106中。或者，孔130可限定在轮毂20、机舱16、叶片22、塔架12和/或辅助装置(未示出)中的任何合适位置处，使得能使空气分配系统102如本文所述而作用。此外，空气分配系统102可包括多于一个孔130，用来将空气吸入到空气分配系统102中，例如对每个流控制装置104包括一个孔130。在一个可选实施例中，在孔130中包括过滤器，用来过滤进入空气分配系统102的空气128。应当理解，本文所指的过滤器可过滤来自流体流的颗粒和/或从流体流中分离液体。 
另外地或可选地，流控制系统100还包括至少一个气体蓄积器(gas accumulator)134。气体蓄积器134可限定在叶片22、轮毂20中和/或风力涡轮机10中的任何合适位置处。气体蓄积器134设置成收集和储存加压气体136。例如，当流控制系统100为风力涡轮机10提供主动式流控制时，气体蓄积器134收集和储存压力比歧管106中的压力高的加压气体。基于风力涡轮机10和/或环境的条件，加压气体136可处于任何合适的压力。在一个实施例中，当风力涡轮机10的正常 操作压力超过大气压力(本文中也被称为“过压”)大约0.3千帕时，加压气体136介于大约0.5千帕过压与大约10千帕过压之间。 
在该示例性实施例中，气体蓄积器134与至少一个组件110在该组件110中的任何合适位置处于流连通。例如，气体蓄积器134定位成实现对结垢有最大的影响，例如定位在其中压力波不立即从流控制系统100中排出的位置处。在一个实施例中，气体蓄积器134定位成通过将气体蓄积器134定位在空气分配系统102的其中压力波向上游和下游移动并在各个方向接收相似反压力的一部分中，以实现最大的影响。在该示例性实施例中，气体蓄积器134与至少一个歧管106处于流连通。或者，气体蓄积器134与至少一个流控制装置104、过滤器和/或可能结垢的风力涡轮机10的任何其它构件处于流连通。在一个特定实施例中，一个气体蓄积器134与空气分配系统102的各个组件110处于流连通。在该示例性实施例中，气体蓄积器134设置成，如由控制系统36所指示的那样，将加压气体136排到空气分配系统102中。 
应当理解，流控制系统100可包括任何合适的构件，以根据风力涡轮机10的构造来清洁和/或维护风力涡轮机10的构件。例如，流控制系统100可包括设置成将流体引导到空气分配系统102中的流体分配系统。 
在流控制操作期间，流控制系统100用来为风力涡轮机10提供AFC。更具体地说，控制系统36控制空气分配系统102，以将周围空气128吸入并通过至少一个孔108排出流体流112。本文将描述一个组件110的操作，然而，应当理解，在一个实施例中，各组件110类似地作用。此外，组件110可被控制成基本上同步地操作，和/或可分别地控制各组件110，使得可分别地操控绕各叶片22的流体流。当组件110被同步控制时，可通过控制系统36控制流控制系统100，以维持预定的负载范围、功率水平和/或噪声水平。在该示例性实施例中，控制系统36控制流控制装置104，以吸入周围空气128而产生具有一 个或多个预定参数的流体流112，该参数例如速度、质量流率、压力、温度和/或任何合适的流体参数。流控制装置104将流体流112通过歧管106从根端114引导至顶端118。应当理解，任何合适的控制方法和/或构件，例如变桨叶片22，能够可选地或另外地被用来控制风力涡轮机10的负载范围、功率水平和/或噪声水平。 
当流体流112被引导通过歧管106时，将流体流112通过孔108从空气分配系统102和流控制系统100中排出。所排出的流体流112有助于操控流过叶片22外表面126的流体流的至少一个边界层。更具体地说，在叶片22的吸入侧122排出流体流112增加叶片22上的升力，这增加了风力涡轮机10所产生的功率。或者，可操作流控制装置104，以将周围空气128通过孔108吸入到歧管106中，用来从机舱16、轮毂20和/或任何其它合适位置中排出。这样，周围空气128从边界层被吸入以操控该边界层。 
图3是可用于风力涡轮机10的示例性可选流控制系统200的示意图。图4是流控制系统200的一部分的放大的截面图。图1中所示的构件用与图3和图4中类似的标号标注。在该示例性实施例中，流控制系统200是包括空气分配系统202的零净质量流控制系统。控制系统36可被认为是流控制系统200的构件，并且与空气分配系统202处于操作控制通信。 
空气分配系统202包括至少一个执行机构204、至少一个通信链路206和至少一个孔208。执行机构204、通信链路206和孔208限定了组件210。在该示例性实施例中，每个叶片22包括相应的组件210。因而，在该示例性实施例中，空气分配系统202包括多个执行机构204、通信链路206和孔208。或者，空气分配系统202包括用于组件210的一个共同的通信链路206。在一个可选实施例中，至少一个叶片22包括具有通信链路206的组件210。在一个实施例中，通信链路206提供控制系统36和至少一个执行机构204之间的操作控制通信。在该示例性实施例中，通信链路206提供控制系统36和组 件210中多个执行机构204之间的操作控制通信。通信链路206可直接与控制系统36处于通信连接，和/或经由通信集线器和/或任何其它合适的通信装置与控制系统36通信连接。在一个实施例中，执行机构204、通信链路206和/或孔208至少部分地限定在叶片22中。 
在该示例性实施例中，执行机构204是设置成形成流体的合成射流212的任何已知的或可构思的执行机构。如本文所使用的用语“合成射流”指由隔膜(diaphragm)和/或活塞217的往复运动所产生的流体射流，其中射流流体由周围流体合成。合成射流212可认为是通过流控制系统200的流体流。在一个实施例中，执行机构204包括壳216和在壳216中的隔膜和/或活塞217。隔膜和/或活塞217可以是机械式的、压电式的、气动式的、磁式的和/或其它受控的以形成合成射流212。在该示例性实施例中，执行机构204连接到叶片22的内表面218上，并且与孔208对准，使得合成射流212和/或周围空气214流过孔208。 
孔208限定在叶片22中，并且更具体地说，穿过叶片22的外表面220。此外，在该示例性实施例中，空气分配系统202的至少一个组件210包括多个执行机构204和多个孔208。因此，空气分配系统包括一系列222限定为穿过叶片22的孔208。在该示例性实施例中，孔208沿着每个叶片22的吸入侧224而限定。虽然孔208和/或执行机构204显示成沿着吸入侧224排成一条线，但是应当理解，孔208和/或执行机构204可定位在沿着叶片22吸入侧224的任何位置，使得能使流控制系统200如本文所述而作用。另外地或者可选地，孔208被限定为穿过叶片22的压力侧226，并且/或者执行机构204连接到叶片22的任何合适侧的内表面218上。在该示例性实施例中，孔208设置成提供相应的执行机构壳216与周围空气214之间的流连通。 
应当理解，流控制系统200可包括其它合适的构件，以根据风力涡轮机10的构造来清洁和/或维护风力涡轮机10的构件。例如，流控制系统200可包括设置成将流体引导到空气分配系统202中的流体分 配系统。 
在流控制操作期间，流控制系统200被用来为风力涡轮机10提供AFC。更具体地说，控制系统36控制空气分配系统202，以将周围空气214吸入，并通过至少一个孔208产生合成射流212。本文将描述一个组件210的操作，然而，应当理解，各组件210类似地作用。此外，组件210可被控制成基本上同步地操作，和/或可单独地控制各组件210，使得绕各叶片22的流体流可被单独地操控。当组件210被同步地控制时，可通过控制系统36来对流控制系统200进行控制，以维持预定的负载范围、功率水平和/或噪声水平。在该示例性实施例中，控制系统36利用隔膜和/或活塞217来指引执行机构204，以将周围空气214交替地吸入壳216中(本文中也指“吸入行程”)，以及从壳216中排出合成射流212(本文中也指“呼出行程”)，以产生具有一个或多个预定参数的合成射流212，该参数例如速度、质量流率、压力、温度和/或任何合适的流体参数。合成射流212有助于操控流过叶片22外表面220的流体流的至少一个边界层。更具体地说，在叶片22的吸入侧224处排出合成射流212增加叶片22上的升力，其增加通过风力涡轮机10产生的功率。应当理解，任何合适的控制方法和/或构件，例如变桨叶片22，可选地或者另外的可被用来控制风力涡轮机10的负载范围、功率水平和/或噪声水平。 
图5是用于操作风力涡轮机10(图1中所示)的方法300的流程图。通过执行方法300，可有助于修正和/或防止叶片22(图1中所示)和/或流控制系统100(图2中所示)和/或流控制系统200(图3中所示)的结垢。方法300由将命令和/或指令发送至风力涡轮机10的构件的控制系统36(图1中所示)而执行，该控制系统36例如，空气分配系统102和/或202(图2和图3中所示)，气体蓄积器134(图2中所示)，和/或任何其它合适构件。控制系统36中的处理器40(图1中所示)由设置成执行方法300的程序段而编程。或者，方法300在可由控制系统36读取的计算机可读媒介上编码。在这样一个实施例中，控制系统36和/ 或处理器40设置成读取用来执行方法300的计算机可读媒介。 
在该示例性实施例中，根据预定的修正程序表(schedule)、预定的预防程序表、条件触发的自动操作和/或条件触发的手工操作，来定期地执行方法300。在一个特定实施例中，在控制系统36和/或人工操作者确定存在用来执行方法300的最优条件，例如，低发电时间段、低风速时间段、高风速时间段和/或任何最适宜的时间段之后，控制系统36执行方法300。可选地或者另外地，控制系统36设置成判断何时出现和/或将要出现结垢，并在作出这样的判断后执行方法300。 
参见图1、图2和图5，在一个示例性实施例中，当非零净质量流控制系统100用于风力涡轮机10时，方法300包括在第一模式或正常模式下操作302流控制系统100。如与流控制系统100相关而使用的用语“正常模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102的一种模式，使得流控制系统100和/或空气分配系统102驱动流体流112以增加叶片22上的升力。该正常模式包括，在基本上整个功率曲线上的正常操作；当发电风速过小而风力涡轮机10又准备要发电时操作；使用恒定的速度范围和可变的速度范围；在调峰装置范围(peak shaver range)内操作；在高于额定工况的条件下操作；和/或执行风暴切断(storm cut out)。在正常模式期间，根据周围条件，例如，风速和/或风向、降水和/或其它大气的和/或环境的条件，可凭经验确定和/或预定流体流112的流动特性，以实现叶片22上的最佳升力。在正常模式期间，基于风力涡轮机10的变化的周围条件和/或操作特性，可调整和/或改变流体流112的至少一个流动特性，以有助于实现最佳的叶片升力。 
根据预定程序表和/或基于风力涡轮机数据，流控制系统100和/或空气分配系统102在正常模式下操作302。例如，当风速高时，流控制系统100的操作302基本上终止，因为在这样的风力条件下不需要增加叶片22上的升力。然而，即使当主动式流控制终止时，仍从孔108中排出足够的流体，以有助于防止昆虫和/或其它碎片飞入空气 分配系统102中。主动式流控制的这样的终止被认为是正常操作模式的一部分。 
此外，流控制系统100和/或空气分配系统102在正常模式下操作302，直到确定流控制系统100和/或200和/或空气分配系统102结垢或可能变得结垢。在一个实施例中，控制系统36确定流控制系统100和/或空气分配系统102的结垢的程度(exteny)和/或可能性。或者，风力涡轮机10的操作者确定流控制系统100和/或空气分配系统102的结垢的程度和/或可能性。在该示例性实施例中，当流控制系统100和/或空气分配系统102结垢时，或者可能变得结垢时，在风力涡轮机10上执行维护，以有助于减少流控制系统100和/或空气分配系统102的结垢。 
更具体地说，方法300包括在与正常模式不同的第二模式下，使流控制系统100和/或空气分配系统102操作304一段时间和/或直到结垢已被修正，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。如本文中与流控制系统100相关而使用的用语“第二模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102的一种模式，以实现与叶片22上的最佳升力相比，另外的或不同的效果。如本文中所使用的用语“最佳升力”指使发电最多并降低发电成本的升力，例如，考虑达到风力涡轮机10的初始成本而进行了优化的升力，和/或在风力涡轮机10的初始成本内产生最大的年能量捕获比率(ratio of annual energy capture)的升力；然而，任何合适的优化方案均可用来实现最佳升力。应当理解，风力涡轮机10可在多于两种模式下操作。例如，风力涡轮机10还可在普通操作模式、全流量模式(full flow capacity mode)、非零流量模式和/或清洁模式下操作。 
在该示例性实施例中，第二模式是有意受益于执行清洁操作而非实现操作目标例如捕获能量的模式。在第二模式期间，控制系统36对流控制系统100和/或空气分配系统102进行控制，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。第二模式包括至少 一种清洁模式，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。 
在该示例性实施例中，根据预防维护程序表、修正维护程序表、结垢程度的确定、结垢可能性的确定、由操作者的人工触发和/或用于执行清洁模式的最佳条件的确定，而确定用于第二模式的时间段。在一个特定实施例中，控制系统36设置成确定周围条件和/或操作条件例如低风速、高风速、日的时间、年的时间和/或任何其它合适条件，是最佳的以在第二模式下操作304流控制系统100和/或空气分配系统102，例如在低发电时间段期间。下面所详细描述的一种或多种清洁模式可在第二模式期间使用。 
在该示例性实施例中，在第二模式下操作304之后，方法300包括在正常模式下操作306流控制系统100和/或空气分配系统102。更具体地说，在第二模式的维护、清洁和/或预防过程完成之后，控制系统36将风力涡轮机10、流控制系统100和/或空气分配系统102控制在正常模式下操作306，如上面所述的。 
参见图1和图3-图5，在一个可选实施例中，当非零净质量流控制系统100用在风力涡轮机10中时，方法300包括在第一模式或正常模式下操作302流控制系统200。如与流控制系统200相关而使用的用语“正常模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统200和/或空气分配系统202的一种模式，使得流控制系统200和/或空气分配系统202产生合成射流212，以修改叶片22上的升力。该正常模式包括，在基本上整个功率曲线上的正常操作；当发电风速过小而风力涡轮机10又准备要发电时操作；使用恒定的速度范围和可变的速度范围；在调峰装置范围(peak shaver range)内操作；在高于额定工况的条件下操作；和/或执行风暴切断。在正常模式期间，根据周围条件，例如，风速和/或风向、降水和/或其它大气的和/或环境的条件，凭经验确定和/或预定合成射流212的流动特性，以实现叶片22上的最佳升力。在正常模式期间，基于变化的周围条件和/或风力涡轮机10的操作特性， 可调整和/或改变合成射流212的至少一个流动特性，以有助于实现最佳的叶片升力。 
根据预定的程序表和/或基于风力条件，流控制系统200和/或空气分配系统202在正常模式下操作302。在一个实施例中，由控制系统36使用反馈回路来对流控制系统200进行控制。例如，当风速高时，基本上终止流控制系统200的操作302，因为在这样的风力条件下不需要增加叶片上的升力。然而，即使当主动式流控制终止时，仍从孔208中排出足够的流体，以有助于防止昆虫和/或其它碎片飞入空气分配系统202中。主动式流控制的这样的终止被认为是正常操作模式的一部分。 
此外，流控制系统200和/或空气分配系统202在正常模式下操作302，直到确定流控制系统200和/或空气分配系统202结垢或可能变得结垢。在一个实施例中，控制系统36确定流控制系统100和/或空气分配系统102的结垢的程度和/或可能性。或者，风力涡轮机10的操作者确定流控制系统200和/或空气分配系统202的结垢的程度和/或可能性。在该示例性实施例中，当流控制系统200和/或空气分配系统202结垢时，或者可能变得结垢时，在风力涡轮机10上执行维护，以有助于减少流控制系统200和/或空气分配系统202的结垢。 
更具体地说，方法300包括在与正常模式不同的第二模式下，使流控制系统200和/或空气分配系统202操作304一段时间和/或直到结垢已被修正，以有助于将碎片从流控制系统200和/或空气分配系统202中移除。如本文中与流控制系统200相关而使用的用语“第二模式”指操作风力涡轮机10、流控制系统200和/或空气分配系统202的一种模式，以实现与叶片22上的最佳升力相比另外的或不同的效果。如本文中所使用的用语“最佳升力”指使发电最多而减少发电成本的升力，例如，最佳的以达到风力涡轮机10的初始成本的升力，和/或在风力涡轮机10的初始成本内产生最大的年能量捕获比率的升力；然而，任何合适的优化方案均可用来实现最佳升力。应当理解， 风力涡轮机可在多于两种模式下操作。例如，风力涡轮机10还可在普通操作模式、全流量模式、非零流量模式和/或清洁模式下操作。 
在该示例性实施例中，第二模式是有意受益于执行清洁操作而非实现操作目标例如捕获能量的模式。在第二模式期间，控制系统36对流控制系统200和/或空气分配系统202进行控制，以有助于将碎片从流控制系统200和/或空气分配系统202中移除。第二模式包括至少一种清洁模式，以有助于将碎片从流控制系统200和/或空气分配系统202中移除。 
在该示例性实施例中，根据预防维护程序表、修正维护程序表、结垢程度的确定、结垢可能性的确定、由操作者的人工触发和/或用于执行清洁模式的最佳条件的确定，来确定用于第二模式的时间段。在一个特定实施例中，控制系统36设置成确定周围条件和/或操作条件，例如低风速、高风速、以日计算的时间、以年计算的时间和/或任何其它合适条件，是最佳的以在第二模式下操作304流控制系统200和/或空气分配系统202，例如在低发电时间段期间。下面所详细描述的一种或多种清洁模式可在第二模式期间使用。 
在该示例性实施例中，在第二模式下操作304之后，方法300包括在正常模式下操作306流控制系统200和/或空气分配系统202。更具体地说，在第二模式的维护、清洁和/或预防过程完成之后，控制系统36控制风力涡轮机10、流控制系统200和/或空气分配系统202在正常模式下操作306，如上面所述的。 
第二模式可包括一种或多种清洁模式，其中一些将在下面更详细描述。应当理解，可另外地或可选地结合合适的清洁模式到第二模式中。 
第一清洁模式包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从流控制系统100中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个流控制装置104控制在第一清洁模式下操作。第一清洁模式还可被称为反向气流方向模式(reversed air-flow direction mode)。在第一 清洁模式期间，控制系统36改变304A通过流控制系统100和/或空气分配系统102的流体流112，以使其沿着与在正常模式期间的流体流112的正常方向140相反的反向方向138(图2中所示)流动。在该示例性实施例中，正常方向140通过孔108将流体流112从流控制系统100和/或空气分配系统102中排出，而反向方向138则通过孔108将周围空气128吸入。在第一清洁模式期间，流体流112的速率、质量流率和/或其它流特征基本上恒定并且基本上沿着反向方向138。或者，流体流112的速率、质量流率和/或其它流特征可变化并且基本上沿着反向方向138。 
第二清洁模式也包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从流控制系统100中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个流控制装置104控制在第二清洁模式下操作。第二清洁模式还可被称为脉冲模式(pulse mode)。在第二清洁模式期间，控制系统36在该时间段内改变304B通过流控制系统100和/或空气分配系统102的流体流112的流特征。具体而言，在该示例性实施例中，方法300包括，顺序地改变304B通过流控制系统100和/或空气分配系统102的流体流112的速率、流率与方向的其中至少一项。在一个实施例中，流体流112在正常方向140与反向方向138之间交替地改变304B。在一个可选实施例中，顺序地改变304B流体流112的流率。在还有一个可选实施例中，顺序地改变304B流体流112的流率和方向。在该示例性实施例中，凭经验和/或基于风力涡轮机10的构造而确定改变的顺序和/或可变的流特征。 
第三清洁模式也包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从流控制系统100中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个流控制装置104控制在第三清洁模式下操作。第三清洁模式还可被称为过载模式(overload mode)。在第三清洁模式期间，在该时间段内，控制系统36增加304C通过流控制系统100和/或空气分配系统102的流体流112的至少是流率。具体而言，在该示例性实施例中， 通过临时地增加流控制装置104的能力，流控制装置104在临时较高的流率下操作。例如，通过在过载能力下和/或在过载条件下操作流控制装置104，而达到流体流112的该临时较高的流率。当流控制装置104在过载能力下操作时，也可基于流控制装置104能在过载能力下操作而不过热和/或另外经历瞬态(transient condition)的时间长度而确定该时间段。当第三清洁模式与本文所述的其它清洁模式相结合时，可选择此时间段使其比流控制装置104能在过载能力下操作的时间长度要长。 
在第二模式期间可使用第一清洁模式、第二清洁模式与第三清洁模式的其中任何一个或其组合，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。此外，控制系统36设置成，基于流控制系统100和/或空气分配系统102的测量值而选择清洁模式。而且，在一段正常模式操作之后，可交替地使用各种清洁模式。在一个实施例中，以任何合适的顺序来应用所有三种清洁模式，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。在一个可选实施例中，在任何合适的顺序下三种清洁模式的任何两种被用来作为第二清洁模式，以有助于将碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中移除。 
第四清洁模式也包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从流控制系统200中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个执行机构204控制在第四清洁模式下操作。第四清洁模式还可被称为备选脉冲图形模式(alternative pulse pattern mode)。在第四清洁模式期间，控制系统36改变304D至少一个执行机构204的脉冲图形。在该示例性实施例中，作为预防性清洁动作和/或修正性清洁动作，控制系统36将执行机构204在正常模式期间所执行的正常脉冲图形改变304D为可具有与正常脉冲图形不同的振动频率、振动幅度、不同吸入和呼出速率和/或任何其它合适的操作特性的备选脉冲图形。在该示例性实施例中，根据预定的时间程序表而执行和/或由风力涡轮机 10的操作者人工触发自正常脉冲图形开始的脉冲图形的改变304D。 
第五清洁模式也包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从流控制系统200中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个执行机构204控制在第五清洁模式下操作。第五清洁模式还可被称为不对称模式(asymmetric mode)。在第五清洁模式期间，控制系统36将不对称流动型式应用304E到至少一个执行机构204。相反地，在正常模式期间应用基本对称的流动型式。在该示例性实施例中，不对称流动型式包括，将空气在第一速率下引入执行机构204中，并将空气在高于第一速率的第二速率下从执行机构204中排出。因而，利用比空气通过孔208进入执行机构204时更大的作用力，将其中具有碎片的空气通过孔208从执行机构204排出。 
第六清洁模式也包括使用风力涡轮机10中可得到的装置，以有助于将碎片从具有气体蓄积器134的流控制系统100中移除。更具体地说，控制系统36将至少一个执行机构104控制在第六清洁模式下操作，并且将至少一个气体蓄积器134控制在第六清洁模式下操作。第六清洁模式还可被称为清洁装置模式(cleaning equipment mode)。在第六清洁模式期间，控制系统36将流控制系统100和/或空气分配系统102控制成将加压气体136从气体蓄积器134排304F到空气分配系统102中。具体而言，在该示例性实施例中，加压下的气体136以与打喷嚏类似的方式而突然地排304F到空气分配系统102中。气体136的这样的以临时较高的气流速度的排出有助于使碎片从流控制系统100和/或空气分配系统102中释放或移除。在该示例性实施例中，加压气体136被排304F到至少一个组件中。在一个实施例中，加压气体136被排304F到至少一个歧管106中。在一个可选实施例中，加压气体136被排304F到至少一个流控制装置104中。 
在第二模式期间可使用本文所述的六种清洁模式的其中任何一个或其组合，以有助于将碎片从流控制系统100和/或200和/或空气分配系统102和/或202中移除。在该示例性实施例中，基于风力涡轮 机10中可用的装置的类型，例如非零净质量流量装置和/或零净质量流量装置，而选择清洁模式。此外，控制系统36设置成基于流控制系统100和/或200和/或空气分配系统102和/或202的测量值而选择清洁模式。而且，在一段正常模式操作之后可交替地使用各种清洁模式。在一个实施例中，在任何合适的顺序下应用了多种清洁模式，以有助于将碎片从流控制系统100和/或200和/或空气分配系统102和/或202中移除。另外，当流控制系统100和/或200包括流体分配系统时，在上面所述的任何一种清洁模式期间，可将清洁介质引导到空气分配系统102和/或202上，以有助于将碎片从流控制系统100和/或200和/或空气分配系统102和/或202中移除。 
此外，在第二模式期间，例如，上面所述的清洁模式的其中至少一种，风力涡轮机10的一个或多个操作特征，例如速率、功率和/或任何其它操作特性，可通过控制系统36调节，以使维护、清洁和/或预防过程加速。例如，由于离心加速，可增加转子速度以获得额外的气流。在反向流中，由于与反向流期间的运动方向相反的离心加速，可减小转子速度以减小气流的阻碍。 
上面所述的系统和方法有助于修正和/或防止用于叶片的翼型和/或主动式流控制(AFC)系统的结垢。因此，本文所述的实施例有助于使AFC更广泛的用在，例如风力涡轮机应用中。通过使用至少部分地位于风力涡轮机中的控制系统来执行本文所述的方法，上面所述的系统提供修正和/或防止AFC系统结垢的自动和/或远程控制方法。因而，AFC系统不要求仅仅人工地在风力涡轮机处清洁和/或维护。 
上面所述的控制系统有助于在结垢已经发生和/或将要发生时减少人工操作者干预。此外，本文所述的系统允许在最佳操作条件下，例如低发电时间段，清洁和/或维护AFC系统和/或风力涡轮机，使得风力涡轮机不需要脱机以执行清洁和/或维护。另外，通过使用风力涡轮机中可得到的装置，或增加很小数量的新的构件，本文所述的实施例有助于减少在预防/清洁系统上的支出。通过在第二模式期间改变操 作模式，现有的装置可重新用于预防和/或修正流控制系统的结垢。 
本文所述的系统和方法的技术效果包括其中至少一项：(a)在正常模式下操作风力涡轮机；(b)在与正常模式不同的第二模式下操作风力涡轮机，以有助于将碎片从流控制系统中移除，第二模式包括改变流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项；(c)改变通过流控制系统的流体流，以使其沿与在第一模式期间的流体流的第一方向相反的方向而流动；(d)在第二模式期间顺序地改变通过流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项；(e)在第二模式期间增加通过流控制系统的流体流的至少是流率；(f)改变执行机构的脉冲图形；(g)将不对称流动型式应用到执行机构；以及(h)将加压气体从气体蓄积器排到流控制系统中。 
上面详细描述了操作风力涡轮机的方法和系统的示例性实施例。这些方法和系统不限于本文所述的特定实施例，而是，可相对于本文所述的其它构件和/或步骤而独立地和单独地使用这些系统构件和/或方法步骤。例如，还可结合其它主动式流控制系统来使用这些方法，并且不限于仅仅用本文所述的风力涡轮机来实施。相反地，该示例性实施例可在许多其它主动式流控制应用方面来实施和使用。 
虽然可能在一些附图中显示了本发明各个实施例的特定特征而并没在其它附图中显示，但是，这仅仅是为了方便起见。根据本发明的原理，可结合任何其它附图的任何特征来引用附图的任何特征和/或对附图的任何特征来提出权利要求。 
此书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，还允许本领域技术人员来实践本发明，包括制造和使用任何装置或系统，和执行任何所结合的方法。本发明的专利范围由所附权利要求所限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例具有不与所附权利要求的字面语言有区别的结构要素，或者如果它们包括与所附权利要求的字面语言无实质区别的等同结构要素，则这些其它示例也在所附权利要求的范围内。 

Claims (10)

1.一种用于风力涡轮机(10)的流控制系统(200)，所述流控制系统包括：
至少部分地限定在所述风力涡轮机的至少一个叶片(22)中的空气分配系统(102，202)，所述空气分配系统包括限定为穿过所述至少一个叶片的至少一个孔(108，208)；和，
与所述空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)，所述控制系统设置成：
在第一模式下操作所述流控制系统；以及
在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述流控制系统，以有助于将碎片从所述流控制系统中移除，所述第二模式包括改变所述流控制系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。
2.根据权利要求1所述的流控制系统(200)，其特征在于，所述空气分配系统(102，202)包括：
至少部分地定位在所述叶片(22)中并且与所述孔(108，208)处于流连通的至少一个歧管(106)，在所述第一模式下，通过所述歧管的流体流是沿第一方向的；和，
与所述至少一个歧管处于流连通的至少一个流控制装置(104)，所述控制系统还设置成在所述第二模式下通过下列中的至少一项来操作所述空气分配系统：
在所述第一模式期间，改变通过所述歧管的所述流体流，以使其沿与所述流体流的所述第一方向相反的方向而流动；
在所述第二模式期间，顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其中至少一项；和
通过在过载条件下操作所述流控制系统，在所述第二模式期间增加所述流体流的至少所述流率。
3.根据权利要求1所述的流控制系统(200)，其特征在于，所述控制系统设置成，通过控制所述流控制装置而顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其中至少一项，以改变通过所述歧管的所述流体流沿相反方向而流动。
4.根据权利要求1所述的流控制系统(200)，其特征在于，所述空气分配系统(102，202)包括：
至少部分地定位在所述叶片(22)中的至少一个执行机构；和，
在所述执行机构与所述控制系统(36)之间延伸的通信链路(206)，所述控制系统与所述执行机构处于操作控制通信，所述控制系统还设置成在所述第二模式下通过下列中的至少一项来操作所述空气分配系统(102，202)：
改变所述执行机构的脉冲图形；和，
将不对称流动型式应用到所述执行机构。
5.根据权利要求4所述的流控制系统(200)，其特征在于，所述控制系统(36)设置成通过控制所述执行机构(208)来改变所述脉冲图形，以改变所述执行机构的振动频率、振动幅度、吸入行程速率与呼出行程速率的其中至少一项。
6.根据权利要求4所述的流控制系统(200)，其特征在于，所述控制系统(36)设置成通过控制所述执行机构(208)而应用所述不对称流动型式，以在第一速率下将空气引入所述执行机构中，并在大于所述第一速率的第二速率下将空气从所述执行机构排出。
7.根据权利要求1所述的流控制系统(200)，其特征在于，还包括气体蓄积器，所述控制系统还设置成将加压气体从所述气体蓄积器(134)排到所述空气分配系统(102，202)中。
8.一种风力涡轮机(10)，包括：
转子(18)；
连接到所述转子上的至少一个叶片(22)，所述叶片具有外表面(126，220)；
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限定为穿过所述叶片的所述外表面的至少一个孔(108，208)；和，
与所述空气分配系统处于操作控制通信的控制系统(36)，所述控制系统设置成：
在第一模式下操作所述风力涡轮机的所述空气分配系统；和
在与所述第一模式不同的第二模式下操作所述空气分配系统，以有助于将碎片从所述流控制系统中移除，所述第二模式包括改变所述空气分配系统的流体流的速率、流率与方向的其中至少一项。
9.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(36)还设置成：
确定所述转子(18)的最佳速率，以实现：通过离心加速而获得另外的气流和减小所述另外的气流所导致的阻碍中的一项；以及，
在所述第二模式期间使所述转子以所述最佳速率旋转。
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(36)还设置成在所述第二模式下操作所述空气分配系统(102，202)，通过下面至少一项：
在所述第一模式期间，改变通过所述空气分配系统的所述流体流，以使其沿与所述流体流的所述第一方向相反的方向而流动；
在所述第二模式期间，顺序地改变所述流体流的所述速率、所述流率与所述方向的其中至少一项；
在所述第二模式期间增加所述流体流的至少所述流率；
改变所述空气分配系统中的执行机构的脉冲图形；
将不对称流动型式应用到所述执行机构；和，
将加压气体从所述流控制系统(100)的气体蓄积器排到所述空气分配系统中。
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