ES2967661T3 - Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica - Google Patents

Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica Download PDF

Info

Publication number
ES2967661T3
ES2967661T3 ES21734128T ES21734128T ES2967661T3 ES 2967661 T3 ES2967661 T3 ES 2967661T3 ES 21734128 T ES21734128 T ES 21734128T ES 21734128 T ES21734128 T ES 21734128T ES 2967661 T3 ES2967661 T3 ES 2967661T3
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
additional
air inlets
pressure sensors
sensor module
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.)
Active
Application number
ES21734128T
Other languages
English (en)
Inventor
Peder Bay Enevoldsen
Giridhar Ramanujam
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Original Assignee
Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Gamesa Renewable Energy AS filed Critical Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Application granted granted Critical
Publication of ES2967661T3 publication Critical patent/ES2967661T3/es
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D17/00Monitoring or testing of wind motors, e.g. diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P13/00Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
    • G01P13/02Indicating direction only, e.g. by weather vane
    • G01P13/04Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement
    • G01P13/045Indicating positive or negative direction of a linear movement or clockwise or anti-clockwise direction of a rotational movement with speed indication
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2260/00Function
    • F05B2260/80Diagnostics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/32Wind speeds
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05B2270/324Air pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2270/00Control
    • F05B2270/80Devices generating input signals, e.g. transducers, sensors, cameras or strain gauges
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01PMEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/14Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid
    • G01P5/16Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring differences of pressure in the fluid using Pitot tubes, e.g. Machmeter
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

Se describe un conjunto para monitorear el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica. El conjunto comprende (a) un módulo de superficie adaptado para estar dispuesto en una ubicación predeterminada de la superficie de la pala del rotor, comprendiendo el módulo de superficie dos entradas de aire orientadas en direcciones opuestas a lo largo de un eje, (b) un módulo sensor que comprende dos sensores de presión, en el que uno de los dos sensores de presión está en comunicación fluídica con una de las dos entradas de aire y el otro de los dos sensores de presión está en comunicación fluídica con la otra de las dos entradas de aire, en donde el módulo sensor está adaptado para emitir dos señales de presión indicativa de las presiones detectadas por los dos sensores de presión, y (c) una unidad de procesamiento adaptada para determinar al menos una de una dirección de flujo y una velocidad de flujo a lo largo del eje en base a las dos señales de presión. Además, se describen una turbina eólica y un método. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica
Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de las turbinas eólicas, en particular a la monitorización del flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica.
Antecedentes de la técnica
Los documentos US 2017/192031 A1 y US 2017/350915 A1 describen dispositivos conocidos para la medición de la velocidad y el sentido del viento, ambos son adecuados para la unión a una superficie tal como la superficie de una pala de turbina eólica.
La regulación del rendimiento de las turbinas eólicas depende en gran medida de ser capaz de predecir de manera precisa y fiable el comportamiento aerodinámico de la pala de turbina eólica en condiciones de funcionamiento variables experimentadas por la pala de turbina eólica. Una de las características clave del flujo sobre la pala de turbina eólica es la aparición de pérdida aerodinámica y el sentido de flujo en la superficie de pala. La identificación y cuantificación de estas características de flujo podría ayudar a comprender y regular el rendimiento de palas de turbina eólica con mayor precisión y reducir los factores de seguridad de diseño asociados con la imprecisión e incertidumbre de los métodos de simulación para predecir tal comportamiento de flujo en palas de turbina eólica. Por tanto, puede existir la necesidad de identificar estas características de flujo por medio de un dispositivo simple y fiable para ayudar a mejorar el rendimiento de la turbina al influir en los parámetros de control de la turbina, tales como el ángulo de paso, la velocidad del rotor, la posición de guiñada, etc. para cualquier condición de entrada dada.
Resumen de la invención
Esta necesidad puede ser satisfecha por el objeto según las reivindicaciones independientes. Las realizaciones ventajosas de la presente invención se describen en las reivindicaciones dependientes.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un conjunto para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica, según la reivindicación 1. El conjunto comprende (a) un módulo de superficie adaptado para disponerse en una ubicación predeterminada en la superficie de pala de rotor, comprendiendo el módulo de superficie dos entradas de aire orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje, (b) un módulo de sensor que comprende dos sensores de presión, en donde uno de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire y el otro de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire, en donde el módulo de sensor está adaptado para emitir dos señales de presión indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión, y (c) una unidad de procesamiento adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo y una velocidad de flujo a lo largo del eje basándose en las dos señales de presión.
Este aspecto de la invención se basa en la idea de que las mediciones de presión totales a través de las entradas de aire que apuntan hacia sentidos opuestos en la superficie de la pala permiten la determinación del sentido de flujo y la velocidad de flujo a lo largo de un eje correspondiente a la orientación de las entradas de aire.
En el presente contexto, el término “ dos entradas de aire orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje” puede indicar en particular que las dos entradas de aire están alineadas (en el eje) y orientadas hacia sentidos diametralmente opuestos, es decir, sentidos que tienen un ángulo de 180° entre los mismos.
En el presente contexto, el término “ sentido de flujo” puede indicar en particular una indicación de si el flujo se dirige en uno de dos sentidos posibles a lo largo de un eje, es decir, ya sea desde el lado orientado por una de las entradas de aire hacia el lado orientado por la otra de las entradas de aire o desde el lado orientado por la otra de las entradas de aire hacia el lado orientado por la una de las entradas de aire.
Según una realización de la invención, la unidad de procesamiento está adaptada para determinar el sentido de flujo a lo largo del eje determinando el signo de la diferencia entre las dos señales de presión.
Dicho de otro modo, el signo de la diferencia de presión se usa como una indicación del sentido de flujo. Por tanto, el sentido de flujo se determina como el sentido desde la entrada de aire que tiene la presión más grande hacia la entrada de aire que tiene la presión más baja.
Según una realización adicional de la invención, la unidad de procesamiento está adaptada para determinar la velocidad de flujo a lo largo del eje determinando la magnitud de la diferencia entre las dos señales de presión.
Dicho de otro modo, la magnitud de la diferencia de presión se usa como una indicación de la velocidad de flujo.
Según una realización adicional de la invención, una de las dos entradas de aire está orientada hacia un borde de ataque de la pala de rotor y la otra de las dos entradas de aire está orientada hacia un borde de salida de la pala de rotor.
Dicho de otro modo, la una de las dos entradas de aire está orientada hacia el sentido desde el cual se espera que el flujo de aire se encuentre en condiciones normales de trabajo. De manera similar, la otra de las dos entradas de aire está orientada hacia el sentido hacia el que se espera que el flujo de aire se desplace o fluya durante el funcionamiento normal.
Por tanto, si las señales de presión indican que el flujo de aire se dirige desde el borde de salida hacia el borde de ataque, se considerará como una indicación de funcionamiento anormal como en el caso de la pérdida aerodinámica.
Según la invención, el módulo de superficie comprende dos entradas de aire adicionales que están orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje adicional, el módulo de sensor comprende dos sensores de presión adicionales, encontrándose uno de los dos sensores de presión adicionales en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire adicionales y estando el otro de los dos sensores de presión adicionales en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire adicionales, el módulo de sensor está adaptado a dos salidas de dos señales de presión adicionales indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión adicionales, y la unidad de procesamiento está adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo adicional y una velocidad de flujo adicional a lo largo del eje adicional basándose en las dos señales de presión adicionales.
Dicho de otro modo, las dos entradas de aire adicionales y los dos sensores de presión adicionales permiten una determinación del sentido y/o la velocidad de flujo de aire a lo largo del eje adicional (que preferiblemente no coincide con, ni es paralelo al eje). Dependiendo de la orientación del eje adicional con respecto a los bordes de pala, la información sobre el sentido de flujo y/o la velocidad de flujo a lo largo del eje adicional puede usarse para detectar condiciones indeseables durante el funcionamiento, en particular comparando con los valores correspondientes a lo largo del eje.
Según una realización adicional de la invención, el eje y el eje adicional se extienden en un plano paralelo a la superficie de la pala de rotor y con un ángulo predeterminado entre los mismos.
Dicho de otro modo, el eje y el eje adicional se extienden dentro de un plano (paralelo a la superficie de la pala) pero tienen orientaciones diferentes.
Según una realización adicional de la invención, el ángulo predeterminado se selecciona del grupo que consiste en 15°, 30°, 45°, 60° y 90°.
En una realización preferida con dos ejes (el eje y el eje adicional), el ángulo predeterminado es de 90°.
Sin embargo, se observa explícitamente que algunas realizaciones pueden comprender una pluralidad de ejes adicionales, tales como dos, tres o incluso más ejes adicionales. En el caso de dos ejes adicionales, el ángulo predeterminado es preferiblemente de 60° (es decir, respectivamente 60° y 120°). En el caso de tres ejes adicionales, el ángulo predeterminado es preferiblemente de 45° (es decir, respectivamente 45°, 90° y 135°).
Según la invención, el módulo de superficie comprende dos entradas de aire adicionales orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo del eje y situadas por encima de las dos entradas de aire, el módulo de sensor comprende dos sensores de presión adicionales, uno de los dos sensores adicionales está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire adicionales y el otro de los dos sensores de presión adicionales está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire adicionales, el módulo de sensor está adaptado para emitir dos señales de presión adicionales indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión adicionales, y la unidad de procesamiento está adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo adicional y una velocidad de flujo adicional basándose en las dos señales de presión adicionales.
Las dos entradas de aire adicionales apuntan en los mismos sentidos que las dos entradas de aire, pero están dispuestos por encima de las dos entradas de aire, es decir, más lejos de la superficie de la pala que las dos entradas de aire. Por tanto, las dos entradas de aire adicionales proporcionan información sobre el flujo en un plano paralelo y por encima del plano de las dos entradas de aire. Las dos entradas de aire adicionales y los correspondientes sensores de presión, en particular junto con las dos entradas de aire, proporcionan información útil sobre el estado de la capa límite en la superficie de la pala de rotor.
Según una realización adicional de la invención, el módulo de sensor y la unidad de procesamiento forman un módulo integrado adaptado para disponerse dentro de la pala de rotor.
En esta realización, la unidad de procesamiento y el módulo de sensor están dispuestos dentro de un único alojamiento que puede estar dispuesto en cualquier ubicación adecuada dentro de la pala de rotor y conectado con las entradas de aire del módulo de superficie por medio de un tubo flexible o tubo adecuado. La información obtenida por la unidad de procesamiento puede comunicarse luego a y usarse por un controlador de turbina eólica.
Según una realización adicional de la invención, el módulo de sensor está adaptado para disponerse en una primera ubicación dentro de la pala de rotor, la unidad de procesamiento está adaptada para disponerse en una segunda ubicación, y el módulo de sensor y la unidad de procesamiento están adaptados para comunicación de datos por cable o inalámbrica entre sí.
En esta realización, la unidad de procesamiento está separada del módulo de sensor. El módulo de sensor puede estar dispuesto preferiblemente relativamente cerca del módulo de superficie (por ejemplo, directamente debajo del mismo) y conectado a las entradas de aire por medio de un tubo flexible o tubo adecuado. La unidad de procesamiento puede estar dispuesta en otra ubicación dentro de la pala de rotor o en otra parte de la turbina eólica, por ejemplo, en la góndola o dentro de la torre. En particular, la unidad de procesamiento puede integrarse en el controlador de turbina eólica. Las señales de presión se comunican desde el módulo de sensor a la unidad de procesamiento a través de una conexión de datos por cable o inalámbrica adecuada.
Según una realización adicional de la invención, el conjunto comprende además al menos dos cámaras para recoger y drenar agua que entra a través de las dos entradas de aire.
Las cámaras forman parte de las conexiones de fluido entre las entradas de aire y los sensores de presión y, por tanto, impiden que el agua, en particular el agua de lluvia, que entra en las entradas de aire dañe o altere los sensores de presión.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona una turbina eólica que comprende un rotor que tiene una pluralidad de palas de rotor y adaptada para accionar un generador dispuesto dentro de una góndola encima de una torre, comprendiendo la turbina eólica al menos un conjunto según el primer aspecto o cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente para monitorizar el flujo de aire en una superficie de cada una de las palas de rotor.
Este aspecto de la invención utiliza la idea detrás del primer aspecto en la turbina eólica equipando cada pala de rotor con al menos un conjunto según el primer aspecto.
Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica, según la reivindicación 12.
Este aspecto de la invención se basa esencialmente en la misma idea que el primer aspecto descrito anteriormente y proporciona ventajas y efectos iguales y similares en términos de un método.
Hay que señalar que las realizaciones de la invención se han descrito con referencia a diferentes materias objeto. En particular, algunas realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de método mientras que otras realizaciones se han descrito con referencia a reivindicaciones de tipo de aparato. Sin embargo, un experto en la técnica deducirá de la descripción anterior y siguiente que, a menos que se indique lo contrario, además de cualquier combinación de características pertenecientes a un tipo de materia, también cualquier combinación de características relacionadas con diferentes materias, en particular a combinaciones de características de las reivindicaciones de tipo de método y características de las reivindicaciones de tipo de aparato, es parte de la descripción de este documento.
Los aspectos definidos anteriormente y otros aspectos de la presente invención se infieren de los ejemplos de realizaciones que se describirán a continuación y se explican con referencia a los ejemplos de realizaciones. La invención se describirá con más detalle a continuación con referencia a ejemplos de realizaciones. Sin embargo, se observa explícitamente que la invención no se limita a las realizaciones ilustrativas descritas. La invención se define mediante las reivindicaciones adjuntas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 2 muestra una vista superior de un módulo de superficie según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 3 muestra una ilustración de flujo de aire en la superficie de una pala de rotor de una turbina eólica.
La figura 4 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 5 muestra una pala de rotor de una turbina eólica que comprende un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
La figura 6 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención.
Descripción detallada
La ilustración en los dibujos está en forma esquemática. Se observa que en diferentes figuras, los elementos similares o idénticos se proporcionan con los mismos números de referencia o con números de referencia que difieren solo en el primer dígito.
La figura 1 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Más específicamente, la figura 1 muestra un conjunto que comprende un módulo de superficie 10, un módulo de sensor 20 y una unidad de procesamiento 30.
El módulo de superficie 10 está dispuesto en la superficie 1 de una pala de rotor 2 y comprende dos entradas de aire 11 y 12 orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje. Más específicamente, la entrada de aire 11 está orientada hacia un sentido hacia el borde de ataque tal como lo indica la flecha LE, es decir, hacia el viento entrante W. La otra entrada de aire 12 está orientada hacia el sentido opuesto, es decir, contra el borde de salida de la pala de rotor 2, tal como se indica mediante la flecha TE. En la realización mostrada en la figura 1, las entradas de aire 11, 12 están formadas como conductos planos entre una placa inferior 15 y una placa superior 16. La entrada de aire 11 está en comunicación de fluido con el módulo de sensor 20 a través de un conducto adecuado 21, tal como un tubo flexible o tubería. De manera similar, la entrada de aire 12 está en comunicación de fluido con el módulo de sensor 20 a través del conducto 22.
El módulo de sensor 20 está dispuesto dentro de la pala de rotor 2 y comprende sensores de presión (no mostrados) dispuestos para medir las presiones respectivas en los extremos de los conductos 21 y 22. Dos señales de presión correspondientes se transmiten a la unidad de procesamiento 30 por medio de transmisión inalámbrica 25. En una realización alternativa, puede utilizarse una transmisión de datos por cable.
La unidad de procesamiento 30 puede ser una unidad independiente (por ejemplo, parte de un controlador de turbina eólica) o puede integrarse con el módulo de sensor 20. La unidad de procesamiento 30 determina un sentido de flujo y/o una velocidad de flujo a lo largo del eje, es decir, en el sentido desde el borde de ataque LE hasta el borde de salida TE, basándose en las señales de presión recibidas. Más específicamente, la unidad de procesamiento 30 determina si la diferencia de presión entre las dos entradas de aire 11, 12 es positiva o negativa. Si es positiva, es decir, si la presión medida a través de la entrada de aire 11 es mayor que la presión medida a través de la entrada de aire 12, la unidad de procesamiento 30 determina que el flujo a lo largo del eje se dirige desde el borde de ataque LE hacia el borde de salida TE. Por otro lado, si la diferencia de presión es negativa, es decir, si la presión medida a través de la entrada de aire 11 es menor que la presión medida a través de la entrada de aire 12, la unidad de procesamiento 30 determina que el flujo a lo largo del eje se dirige en el sentido opuesto, es decir, desde el borde de salida TE hacia el borde de ataque LE. Además, la unidad de procesamiento puede determinar la velocidad de flujo a lo largo del eje determinando la magnitud de la diferencia de presión. Cuanto mayor sea la magnitud de la diferencia de presión, mayor es la velocidad de flujo y viceversa.
La figura 2 muestra una vista superior de un módulo de superficie 10 según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Más específicamente, el módulo de superficie 10 comprende las dos entradas de aire 11, 12 ya comentadas anteriormente junto con la realización mostrada en la figura 1 y dos entradas de aire 13 y 14 adicionales orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje adicional que es perpendicular al eje de las entradas de aire 11 y 12. La separación entre las entradas de aire 11, 12, 13, 14 se proporciona por dos paredes 17 y 18 que se extienden perpendiculares entre sí a lo largo de los diámetros respectivos en el espacio entre la placa inferior 15 y la placa superior 16. Las dos entradas de aire 13, 14 adicionales están en comunicación de fluido con respectivos sensores de presión (no mostrados) dentro del módulo de sensor 20 de una manera igual o similar a la descrita anteriormente con respecto a las dos entradas de aire 11 y 12. Por tanto, la unidad de procesamiento 30 recibió dos señales de presión adicionales y es capaz de determinar un sentido de flujo adicional y/o una velocidad de flujo adicional a lo largo del eje adicional, es decir, en una dirección perpendicular a la dirección de flujo principal que se extiende entre el borde de ataque LE y el borde de salida TE. Un flujo significativo en esta dirección transversal sería una indicación de condiciones de flujo indeseables y podría usarse correspondientemente en el control de la turbina eólica.
En condiciones normales de funcionamiento, el canal orientado hacia la corriente de aire W, es decir, la entrada de aire 11, experimentará la mayor presión mientras que el canal exactamente opuesto a este, es decir, la entrada de aire 12, experimenta la menor presión. Por tanto, la diferencia de presión entre los dos indicaría cuál de las entradas de aire 11, 12 está orientada hacia el flujo de aire. La representación más simple de este sensor consistiría en un número de tubos de pitot apuntando en una dirección diferente a la misma altura de la superficie 1.
La figura 3 muestra una ilustración de flujo de aire en la superficie 1 de una pala de rotor 2 de una turbina eólica. Esta ilustración es útil para entender el principio detrás del sentido de flujo como una medida de la calidad del flujo en la pala de rotor 2. En condiciones normales de flujo unido, el flujo a lo largo de la superficie 1 de la pala de rotor 2 se mueve hacia el borde de salida TE como es el caso en la región delantera A de la sección de pala mostrada en la figura 3. Sin embargo, en algunas condiciones, tales como suciedad, alta cizalladura, errores de guiñada, etc., el flujo podría separarse de la superficie de la pala 1. En este caso, el flujo a lo largo de la superficie 1 de la pala de rotor 2 invierte el sentido y comienza hacia el borde de ataque LE tal como puede observarse en la parte posterior de la sección de pala en la región B. Por tanto, el sentido de flujo en el punto P es útil para determinar el estado de la capa límite en la pala de rotor 2.
La figura 4 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Tal como puede observarse, esta realización es similar a la realización representada en la figura 1 pero difiere de la misma en que el módulo de superficie 10 comprende dos entradas de aire adicionales 11a y 12a dispuestas por encima de las entradas de aire 11 y 12, es decir, más arriba de la superficie de pala 1. Las entradas de aire adicionales 11a y 12a están en comunicación de fluido con los correspondientes sensores de presión (no mostrados) dentro del módulo de sensor 20 a través de los conductos 23 y 24 correspondientes. Además de la placa inferior 15 y la placa superior 16, el módulo de superficie comprende una placa intermedia 19 que separa las entradas de aire 11, 11a y 12, 12a en la dirección vertical. Por tanto, la unidad de procesamiento es capaz de determinar un sentido de flujo adicional y/o una velocidad de flujo adicional a lo largo del eje (desde el borde de ataque LE hacia el borde de salida TE) pero a un nivel más elevado por encima de la superficie 1 de la pala de rotor 2. El conocimiento sobre el sentido de flujo y/o la velocidad de flujo en varias capas por encima de la superficie de la pala proporciona información adicional sobre el estado de la capa límite, en particular en si el flujo comienza a separarse o ha sido completamente separado.
La figura 5 muestra una pala de rotor 2 de una turbina eólica que comprende un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Tal como se muestra, el módulo de superficie 10 está dispuesto en la superficie 1 de la pala de rotor y en comunicación de fluido (o eléctrica) con el módulo de sensor 20 a través de conductos (o cables) 21 y 22. El módulo de sensor 20 está ubicado dentro de la pala de rotor 2 y puede comunicarse con la unidad de procesamiento 30 (no mostrada) utilizando transmisión de datos inalámbrica o por cable.
La figura 6 muestra una vista lateral de un conjunto según una realización a modo de ejemplo de la presente invención. Esta realización es una variación de la realización mostrada en la figura 1 y comentada anteriormente. Más específicamente, los conductos que proporcionan comunicación de fluido entre las entradas de aire 11, 12 del módulo de superficie 10 y el módulo de sensor 20 se extienden a través de las cámaras 41 y 42 respectivas que sirven para recoger y drenar agua que entra a través de las entradas de aire 11 y 12. Tal como se muestra, la comunicación de fluido entre la entrada de aire 11 y el módulo de sensor 20 se proporciona por un par de conductos 21a y 21b y la cámara 41, mientras que la comunicación de fluido entre la entrada de aire 12 y el módulo de sensor 20 se proporciona por otro par de conductos 22a y 22b y la cámara 42. El tubo 21a se extiende desde la entrada de aire 11 hacia una parte superior de la cámara 41 mientras que el tubo 21b tiene un extremo abierto que está dentro de la cámara 41 en una posición elevada por encima de la parte inferior de la cámara 41 y continúa al módulo de sensor 20. De manera similar, el tubo 22a se extiende desde la entrada de aire 12 hacia una parte superior de la cámara 42 mientras que el tubo 22b tiene un extremo abierto que está dentro de la cámara 42 en una posición elevada por encima de la parte inferior de la cámara 42 y continúa al módulo de sensor 20. La cámara 41 tiene un drenaje 43 a través del cual se retira el agua (mediante una bomba o por medio de fuerzas de gravedad o centrífugas). De manera similar, la cámara 42 tiene un drenaje 44 para retirar el agua. Las cámaras 41 y 42 aseguran que el agua que entra a través de las entradas de aire 11 y 12 no pueda alcanzar los sensores de presión dentro del módulo de sensor 20.
Se advierte que la expresión “ que comprende” no excluye otros elementos o etapas y el uso de los artículos “ un/uno” o “ una” no excluye una pluralidad. Se observa además que los signos de referencia en las reivindicaciones no deben interpretarse como limitantes del alcance de las reivindicaciones.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Un conjunto para monitorizar el flujo de aire en una superficie (1) de una pala de rotor (2) de una turbina eólica, comprendiendo el conjunto
    un módulo de superficie (10) adaptado para disponerse en una ubicación predeterminada en la superficie de pala de rotor (1), comprendiendo el módulo de superficie dos entradas de aire (11, 12) orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje,
    un módulo de sensor (20) que comprende dos sensores de presión, en donde uno de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire y el otro de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire, en donde el módulo de sensor está adaptado para emitir dos señales de presión indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión, y
    una unidad de procesamiento (30) adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo y una velocidad de flujo a lo largo del eje basándose en las dos señales de presión,caracterizado por que
    el módulo de superficie comprende dos entradas de aire adicionales orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo del eje y situadas por encima de las dos entradas de aire,
    en donde el módulo de sensor comprende dos sensores de presión adicionales, uno de los dos sensores adicionales está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire adicionales y el otro de los dos sensores de presión adicionales está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire adicionales, el módulo de sensor está adaptado para emitir dos señales de presión adicionales indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión adicionales, y
    en donde la unidad de procesamiento está adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo adicional y una velocidad de flujo adicional basándose en las dos señales de presión adicionales.
  2. 2. El conjunto según la reivindicación anterior, en donde la unidad de procesamiento está adaptada para determinar el sentido de flujo a lo largo del eje determinando el signo de la diferencia entre las dos señales de presión.
  3. 3. El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de procesamiento está adaptada para determinar la velocidad de flujo a lo largo del eje determinando la magnitud de la diferencia entre las dos señales de presión.
  4. 4. El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde una de las dos entradas de aire está orientada hacia un borde de ataque (LE) de la pala de rotor y la otra de las dos entradas de aire está orientada hacia un borde de salida (TE) de la pala de rotor.
  5. 5. El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde
    el módulo de superficie comprende dos entradas de aire adicionales orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje adicional,
    el módulo de sensor comprende dos sensores de presión adicionales, uno de los dos sensores de presión adicionales está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire adicionales y el otro de los dos sensores de presión adicionales está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire adicionales, el módulo de sensor está adaptado a dos salidas de dos señales de presión adicionales indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión adicionales, y
    la unidad de procesamiento está adaptada para determinar al menos uno de un sentido de flujo adicional y una velocidad de flujo adicional a lo largo del eje adicional basándose en las dos señales de presión adicionales.
  6. 6. El conjunto según la reivindicación anterior, en donde el eje y el eje adicional se extienden en un plano paralelo a la superficie de la pala de rotor y con un ángulo predeterminado entre los mismos.
  7. 7. El conjunto según la reivindicación anterior, en donde el ángulo predeterminado se selecciona del grupo que consiste en 15°, 30°, 45°, 60° y 90°.
  8. 8. El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de sensor y la unidad de procesamiento forman un módulo integrado adaptado para disponerse dentro de la pala de rotor.
  9. 9.El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el módulo de sensor está adaptado para disponerse en una primera ubicación dentro de la pala de rotor, en donde la unidad de procesamiento está adaptada para disponerse en una segunda ubicación, y en donde el módulo de sensor y la unidad de procesamiento están adaptados para comunicación de datos por cable o inalámbrica entre sí.
    El conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además al menos dos cámaras para recoger y drenar agua que entra a través de las dos entradas de aire.
    Una turbina eólica que comprende un rotor que tiene una pluralidad de palas de rotor y adaptada para accionar un generador dispuesto dentro de una góndola encima de una torre, comprendiendo la turbina eólica al menos un conjunto según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores para monitorizar el flujo de aire en una superficie de cada una de las palas de rotor.
    Un método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica, comprendiendo el método
    disponer un módulo de superficie en una ubicación predeterminada en la superficie de pala de rotor, comprendiendo el módulo de superficie dos entradas de aire orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo de un eje y dos entradas de aire adicionales orientadas hacia sentidos opuestos a lo largo del eje y situadas por encima de las dos entradas de aire,
    proporcionar un módulo de sensor que comprende dos sensores de presión, en donde uno de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire y el otro de los dos sensores de presión está en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire, en donde el módulo de sensor está adaptado para emitir dos señales de presión indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión, comprendiendo el módulo de sensor además dos sensores de presión adicionales, estando además uno de los dos sensores adicionales en comunicación de fluido con una de las dos entradas de aire adicionales y estando el otro de los dos sensores de presión adicionales en comunicación de fluido con la otra de las dos entradas de aire adicionales, y estando adaptado el módulo de sensor para emitir dos señales de presión adicionales indicativas de las presiones detectadas por los dos sensores de presión adicionales, y determinar al menos uno de un sentido de flujo y una velocidad de flujo a lo largo del eje basándose en las dos señales de presión y determinar al menos uno de un sentido de flujo adicional y una velocidad de flujo adicional basándose en las dos señales de presión adicionales.
ES21734128T 2020-06-26 2021-06-21 Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica Active ES2967661T3 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP20182502.3A EP3929434A1 (en) 2020-06-26 2020-06-26 Assembly and method for monitoring air flow at a surface of a rotor blade of a wind turbine
PCT/EP2021/066787 WO2021259843A1 (en) 2020-06-26 2021-06-21 Assembly and method for monitoring air flow at a surface of a rotor blade of a wind turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
ES2967661T3 true ES2967661T3 (es) 2024-05-03

Family

ID=71170435

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES21734128T Active ES2967661T3 (es) 2020-06-26 2021-06-21 Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20230258160A1 (es)
EP (2) EP3929434A1 (es)
CN (1) CN115667707A (es)
DK (1) DK4146937T3 (es)
ES (1) ES2967661T3 (es)
WO (1) WO2021259843A1 (es)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK2653721T3 (da) * 2012-04-17 2020-10-12 Siemens Gamesa Renewable Energy As Vindmøllemålingssystem
US9335229B2 (en) * 2013-03-15 2016-05-10 Frontier Wind, Llc Load distribution estimation
US10324104B2 (en) * 2016-01-04 2019-06-18 Bradley Charles Ashmore Device for measuring the speed and direction of a gas flow
US10371713B2 (en) * 2016-06-07 2019-08-06 MRP Properties LLC Measurement of the flow velocity and the flow direction of gases and liquids

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021259843A1 (en) 2021-12-30
CN115667707A (zh) 2023-01-31
EP3929434A1 (en) 2021-12-29
DK4146937T3 (da) 2023-11-27
US20230258160A1 (en) 2023-08-17
EP4146937B1 (en) 2023-09-27
EP4146937A1 (en) 2023-03-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2874485T3 (es) Procedimiento y aparato para medir el estado del flujo de aire en una pala de turbina eólica
ES2834876T3 (es) Sistema para determinar el estado de suciedad de una pala de rotor de turbina eólica
CN103630289B (zh) 抗湿大气数据探针
US20170122973A1 (en) Systems, methods, and devices for fluid data sensing
CN100381824C (zh) 流速测定装置
ES2823800T3 (es) Sistema de medición de turbinas eólicas
JP5244773B2 (ja) 翼風洞試験方法
US20140356165A1 (en) Wind turbine blades with air pressure sensors
ES2327865T3 (es) Mejoras en sondas multifuncionales de aeronaves.
EP1840579A2 (en) Methods and systems for determining air data parameters
ITTO20060400A1 (it) Metodo e sistema per la rilevazione di pericolo di formazione di ghiaccio su superfici aerodinamiche
ES2967661T3 (es) Conjunto y método para monitorizar el flujo de aire en una superficie de una pala de rotor de una turbina eólica
ES2954610T3 (es) Sistema y método para detectar mediciones de presión defectuosas en un sistema de datos de aire de descarga utilizando patrones de presión entre puertos adyacentes
JP2016145734A5 (es)
Sun et al. A cylindrical vehicle-mounted anemometer based on 12 pressure sensors—Principle, prototype design, and validation
US10585109B2 (en) Systems, methods, and devices for fluid data sensing
BR102016010428A2 (pt) tubo de pitot, e, aparelho
KR20150013598A (ko) 배기가스 터보차저
ES2902145T3 (es) Dispositivo para aspirar las partículas en una herramienta con unidad sensora integrada
ITCO20120067A1 (it) Misura della pressione totale e della temperatura totale in condizione di gas umido
CA2830954A1 (en) Device for maintaining and analyzing an aerodynamic probe
WO2022106140A1 (en) Method and sensor module for determining a direction of a wind flow at a blade of a wind turbine
US4192178A (en) Apparatus for determining stagnation pressure, static pressure, pitch angle, and yaw angle of elastic fluid
CN215930979U (zh) 一种流量检测装置
CN114984667B (zh) 一种负压除尘装置及其方法