TW201610292A - 具有光學壓力感測器之風力渦輪機及操作風力渦輪機之方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示一種具有至少一轉子葉片108及安置於該轉子葉片108上之至少一光學壓力感測器18之風力渦輪機及一種操作該風力渦輪機之方法。

Description

具有光學壓力感測器之風力渦輪機及操作風力渦輪機之方法
本發明係關於一種具有光學壓力感測器之風力渦輪機及一種操作此一風力渦輪機之方法。
根據先前技術，風力渦輪機經曝露至特定言之自不同方向且以不同強度撞擊該風力渦輪機之轉子葉片之具有不同性質之風力。在此等不同風力條件下，風力渦輪機將自風力提取之動能轉換成電能且將該電能饋送至一供電網中。當將風能轉換成電能時，取決於在不同操作點之風力條件及需要饋入之一預定電輸出而操作風力渦輪機，其中特定言之藉由待設定之一葉片俯仰角及一發電機扭矩來判定各操作點。
藉此儘可能理想地設定操作點以在考量一長使用壽命時且日益地亦在考慮低操作噪音位準時實現高效操作。高效特定言之意謂自可用風力產生儘可能多的能量。藉此尤其在風力渦輪機架設於居民區附近時需要最小化尤其由轉子葉片處之紊流引起之操作噪音使得居民不會受到該風力渦輪機之轉子葉片之噪音干擾。
為滿足該等操作要求，通常在一電腦的幫助下開發及模擬轉子葉片，其中亦在一風洞中使用實際試驗中之模型來驗證如此開發之轉子葉片之實際行為。在開發期間，舉例而言，開發轉子葉片使得其等適應於架設位點處的主要風力條件。
設定及/或調節一風力渦輪機之理想操作點之該渦輪機之控制裝置及/或調節裝置相應地針對各自轉子葉片之性質經調適。為此，在最簡單的情況下由一或多個轉換表組成之一種類型之轉子葉片模型保存於該控制裝置及/或該等調節裝置中。使用該轉子葉片模型及考量經量測之風力條件，接著設定及/或調節一操作點使得達成至轉子葉片上之氣流之一估計情形。特定言之片語氣流之情形應在此處尤其理解為在轉子葉片處之氣流之型態。
一風力渦輪機之控制裝置及/或調節裝置相應地考量安裝於該風力渦輪機上之各轉子葉片之預定行為以設定該風力渦輪機之操作點。然而，此種類型之調節及/或控制出現以下問題：轉子葉片之行為在其等使用壽命期間改變且因此再也不能僅藉由考量預定轉子葉片模型來理想地設定操作點。
此外，在轉子葉片模型中亦無法考量轉子葉片之此一老化過程，此係因為該老化過程取決於亦為隨機之多個因素。因此，舉例而言，在轉子葉片之前緣處(特定言之在轉子葉片之外部區域中)發生之腐蝕(特定言之，即塗料層自轉子葉片脫落)對轉子葉片表面或轉子葉片壁處之流動行為產生一重大影響。然而，腐蝕尤其取決於各自風力渦輪機之周圍空氣中之顆粒之數量及品質使得不能預測發生之腐蝕。
因此，在操作達一特定時間段之後在經調節及/或設定之操作點中之至轉子葉片上之氣流之預定情形不再對應於氣流之實際情形。
德國專利商標局已在優先權申請案中進行了檢索且找到以下先前技術：WO 2012/122 669 A1及US 7 159 468 B2。
因此本發明之目的係找到一種風力渦輪機及一種操作該風力渦輪機之方法，該方法使得有可能特定言之獨立於在葉片之使用壽命期間改變之轉子葉片行為而在一基本上理想或最佳操作點中操作該風力渦輪機。
本發明藉由一種如技術方案1之風力渦輪機及一種如技術方案16之操作一風力渦輪機之方法來達成該目的。
本發明係關於一種具有至少一旋轉零件(特定言之具有至少一轉子葉片之一轉子)之風力渦輪機。此外，該風力渦輪機具有配置於該轉子葉片上之至少一光學壓力感測器。取決於施加於感測器上之一壓力而藉助於光纖電纜改變一預構形光(即，具有預定性質(舉例而言，諸如一預定波長)之光)之任何光學壓力感測器可藉此用作一光學壓力感測器。
為改變光之性質，舉例而言，光學壓力感測器具有在壓力之影響下機械移動之鏡或干涉柵格。此等感測器有利地具有以下性質：其等不具有金屬零件及/或組件且因此具有一高電磁相容性。因此具有變更性質之光攜載關於實際施加於感測器上且因此轉子葉片上之壓力及/或壓力之波動之資訊，其中可評估此資訊。在轉子葉片之表面(其亦被稱為轉子葉片壁)處之壓力之波動亦被稱為壁壓之波動。
此外，本發明係基於以下認知：導致瞬時壓力值之施加於轉子葉片上之壓力之變化可意味著至轉子葉片上之氣流之不同情形。對於一感測器之壓力值形成譜及/或特定言之功率密度譜以進行評估。至轉子葉片上之氣流之情形可相應地自此等譜及/或功率密度譜判定。因此積分區域取決於流動拓樸(層流或紊流邊界層)而具有不同功率密度。
因此，可使用光學壓力感測器量測作用於轉子葉片上之壓力值或壓力差使得至(若干)轉子葉片上之氣流之實際情形可經量測且並不需要自一模型導出。因此，可在調節期間考量氣流之實際情形使得特定言之亦可考量轉子葉片之老化過程。此外與習知感測器相比可連續使用光學壓力感測器，此係因為該等光學壓力感測器不易受靜電及/或閃電放電影響。
根據一第一有利實施例，風力渦輪機之至少一轉子葉片具有在該轉子葉片之高壓側及/或低壓側上之至少兩個光學壓力感測器。根據一進一步有利實施例，至少一轉子葉片具有分佈在高壓側及低壓側上方之四個光學壓力感測器。
藉由多個分佈式壓力感測器之配置，可在轉子葉片之表面之不同區域中量測壓力梯度且因此可量測不同局部流動情形(例如，層流及紊流)或局部高效俯仰角及迎風面氣流之速度且因此亦可局部隔離流動情形之轉變區域。關於迎風面氣流之速度及轉子周邊上方之俯仰角之分佈之資訊可用於相對於風切變(即，風速隨著高度之變化)及風向隨著高度之變化來評估風場。此資訊可用於(例如)在功率、噪音或負載方面最佳操作渦輪機。
根據一進一步有利實施例，光學壓力感測器之該光學壓力感測器或至少一者配置於後緣之區域中，例如，在轉子葉片之剖面深度之98%處。根據一特別有利實施例，其配置於轉子葉片之徑向向外安置之30%至40%上。
可使用一光學壓力感測器在轉子葉片之後緣之區域中判定特定言之在後緣處作用於該轉子葉片之瞬時壓力值。因此在此區域中之壓力感測器特定言之有利地用於判定葉片後緣處之紊流。此等壓力波動使得有可能推斷轉子葉片之發射聲功率。為此，舉例而言再次形成壓力感測器之壓力值之譜或功率密度譜，其中功率表示取決於葉片幾何形狀之在特定頻率範圍中之發射聲功率之一量測。特定言之，在葉片俯仰角及/或發電機扭矩未針對風力條件經最佳調適且因此在轉子葉片壁上發生非所要紊流及/或流動分離效應時，出現一增加之發射聲功率。因此，在藉由(例如)取決於譜及功率密度譜之振幅及功率調適之控制設定點或控制變量設定操作點以降低噪音時有利的是需要考量使用光學壓力感測器在後緣處判定之壓力之波動。因此，可有利地最 小化風力渦輪機之噪音發射。
根據本發明之一進一步有利實施例，至少一轉子葉片具有配置成在流動方向上偏移之多個光學壓力感測器。此處特定言之以使得定位於下游之壓力感測器不受定位於上游之壓力感測器之發生之轉變楔影響之一方式選擇偏移角度。
因此，以使得歸因於一壓力感測器可在流動方向上出現或在該壓力感測器後方之下游出現的轉變楔(換言之，自一層流至一紊流之一楔形變化)並不影響沿著下游之壓力感測器之量測值或歪曲其等量測值之一方式配置壓力感測器。根據一進一步特定實施例，偏移角度係取決於轉子葉片之輪廓。根據一進一步特殊實施例，相對於定位成垂直於轉子葉片之葉片角度調整軸之一輪廓相交線之與輪廓相關之偏移角度藉此在於自5°至20°之範圍中且較佳為15°，此範圍在高壓側及低壓側上之各情況中在葉片輪廓前緣(停滯點)處之葉片端部處開始遠至後緣。
可藉助於以此方式配置於一葉片截面之區域中之壓力感測器來判定沿著該葉片截面之壓力值(特定言之瞬時壓力值)及/或壓力波動且因此可識別瞬時壓力積分區域。基於此等壓力積分區域，可依據升力矩、阻力矩及俯仰力矩以及至葉片上之氣流之總體情形判定截面中之空氣動力輪廓之局部操作點，且可因此評估截面中之葉片之該區域或各區域之局部行為。因此，壓力感測器亦用作用於判定至轉子上之氣流之總體情形且藉此特定言之用於判定風速之風速計。此外，可判定轉變位置以能夠藉助於轉變位置判定得出關於在風力渦輪機之操作期間之冰、污染、腐蝕或塔處理量效應之積聚之推斷。
根據本發明之一進一步實施例，轉子葉片具有一或多個凹入部，其中該等凹入部之該凹入部或各者之最大深度特定言之為2mm。此外，該等凹入部之該凹入部或各者具有光學壓力感測器之至 少一者。凹入部中之光學壓力感測器之配置係有利的，此係因為轉子葉片之空氣動力性質因此基本上得以保持。
此外，根據一特定例示性實施例，凹入部係特定言之藉由銑削導入至轉子葉片中之通道。另一方面，通道具有以下優點：可簡單地產生該等通道，舉例而言，即藉由銑削。另一方面，該等通道具有以下優點：在轉子葉片上流動之空氣可基本上沿著流動方向進入凹入部中且因此進入光學壓力感測器之區域中。
根據一進一步實施例，藉由已在各自凹入部之區域中移除之一犧牲層產生或形成該(或該等)凹入部。因此，當生產轉子葉片時，將與轉子葉片之穩定性不相關之一額外層施加至轉子葉片，特定言之施加於其中待配置光學壓力感測器之區域中。即使在此處僅為一層之問題時，亦包含多個材料層。在生產期間在特定區域中(例如)藉由銑削移除此額外施加層使得產生將一或多個光學壓力感測器插入至其中之凹入部(特定言之通道)。
因為凹入部係藉助於移除之犧牲層來產生，所以相較於不具有光學壓力感測器之轉子葉片，儘管存在凹入部但仍保持葉片之穩定性。
根據一進一步實施例，藉由黏著劑接合將光學壓力感測器緊固於凹入部中。藉由黏著接合光學壓力感測器，避免螺孔或對轉子葉片之其他機械改變，使得相較於不具有光學壓力感測器之一轉子葉片基本上保持葉片之穩定性。
根據一進一步實施例，轉子葉片具有用於連接至該轉子葉片之外部周圍環境及內部之一或多個開口。此外，轉子葉片具有多個光學壓力感測器，各光學壓力感測器具有至少一光纖電纜。多個光纖電纜經導引通過該等開口之至少一者至轉子葉片之內部中。因此，一開口因此用於多個光學壓力感測器之光纖電纜使得轉子葉片針對每個光纖 電纜具有小於一個的開口。因此，相較於不具有光學壓力感測器之一轉子葉片，儘可能保持具有光學壓力感測器之轉子葉片之穩定性。
根據一進一步實施例，風力渦輪機之旋轉零件除了轉子葉片之外亦具有一旋轉器及一轉子輪轂。此外，用於來自光學壓力感測器之信號之資料傳輸之光纖電纜伸展於轉子葉片內部遠至該旋轉器及/或該轉子輪轂中之一區域。因此僅用於傳輸來自光學壓力感測器之信號、值及/或資訊之光學電纜延伸於轉子葉片之區域中。此等光學電纜抵抗電磁輻射且因此(例如)在出現雷擊或其他電磁干擾源之情況下係穩健的。
根據一進一步實施例，各光學壓力感測器具有兩個光纖電纜。一第一光纖電纜用於供應(例如)在旋轉器及/或轉子輪轂之區域中產生之具有預定義性質之光且一第二光纖電纜用於返回具有由壓力感測器變更之性質之光。
根據本發明之一進一步實施例，風力渦輪機除了一旋轉零件之外亦具有一固定零件。風力渦輪機之此固定零件特定言之包括一風力渦輪機之短艙，舉例而言在該短艙中發生風力渦輪機之控制及調節。根據此項實施例，風力渦輪機經構形以便將藉助於光學壓力感測器識別之信號、值及/或資訊自旋轉零件傳輸至固定零件中。為此，舉例而言，風力渦輪機具有信號、值及/或資訊之無線傳輸或經由滑環之資訊之傳輸。
自風力渦輪機之旋轉零件至風力渦輪機之固定零件中之此資訊傳輸之一優點在於：信號、值及/或資訊之評估及調節以及控制在風力渦輪機之一中心區域中發生且因此在轉子葉片中不需要提供任何額外電子器件。
根據一實施例，在傳輸之前，在旋轉器及/或轉子輪轂之區域中將來自光學壓力感測器之信號、值及/或資訊轉換成電信號，且根據 一進一步更特定實施例，放大該等電信號及/或光學信號。因此，特定言之在傳輸及/或轉換期間最小化信號、值及/或資訊對於故障之易受影響性。
根據一進一步實施例，風力渦輪機具有特定言之在風力渦輪機之固定零件中之至少一信號處理裝置。該信號處理裝置經構形以接收在本文亦被稱為來自壓力感測器之資訊或信號之值或壓力值及供應及/或評估該等值以特定言之用於進一步處理。該信號處理裝置特定言之用於自該等值識別至(若干)轉子葉片上之氣流之總體情形或此情形之至少一部分。因此，該信號處理裝置使來自光學壓力感測器之信號(特定言之已經準備及/或評估之信號)可用於風力渦輪機之其他裝置以(例如)針對至轉子葉片上之氣流之實際情形根據經接收之信號及/或資訊調適一風力渦輪機之操作行為。
根據一實施例，風力渦輪機具有一葉片角度調節系統，其中信號處理裝置連接至該葉片角度調節系統以在特定言之藉由調適調節之設定點來調節葉片角度時考量藉由信號處理裝置評估之來自光學壓力感測器之信號。
根據一進一步實施例，風力渦輪機具有一發電機扭矩調節系統，其中信號處理裝置連接至該發電機扭矩調節系統。該連接用於在調節發電機扭矩時考量藉由信號處理裝置評估之來自光學壓力感測器之信號。
因此，調節葉片角度及/或調節發電機扭矩係可能取決於來自光學壓力感測器之資訊或信號使得可最佳或理想地設定及/或調節風力渦輪機之操作點。
此外，本發明包括一種操作一風力渦輪機(特定言之，根據上述實施例之一者之一風力渦輪機)之方法。
根據該方法之一第一例示性實施例，藉由配置於轉子葉片之至 少一者上之至少一光學壓力感測器偵測壓力值，特定言之瞬時壓力值。此外，判定該等壓力值之頻譜及/或功率密度譜且自該等譜、該等功率密度譜及/或隨時間流逝由該等譜、該等功率密度譜形成之譜圖識別表示當前迎風面氣流情形或該迎風面氣流情形之進展之至轉子葉片上之氣流之模型。
可使用經識別之迎風面氣流之模型判定是否最佳設定轉子葉片俯仰角以符合必要要求且在次優設定之情況下可變更轉子葉片俯仰角使得可達成一理想或最佳操作點。
此外可使用經識別之迎風面氣流之模型判定轉子是否相對於主風向最佳定向。可藉由短艙方位角追蹤補償任何不利偏差。
根據本發明之一進一步實施例，藉助於迎風面氣流之模型在轉子葉片之後緣之區域中偵測一紊流且因此特定言之在轉子葉片之一模型(換言之，舉例而言轉子葉片幾何形狀)之幫助下識別由轉子葉片產生之聲功率。將所識別之聲功率供應至葉片角度調節系統且在該葉片角度調節系統中取決於聲功率且特定言之亦取決於風速來設定葉片角度調節之葉片俯仰角之一設定點。可藉助於在考量使用迎風面氣流模型計算之經識別之當前發射聲功率的情況下調節葉片角度來降低藉由風力渦輪機發射之聲功率。
根據一進一步實施例，藉助於迎風面氣流模型調適風力渦輪機之葉片角度調節系統及/或發電機扭矩之調節系統之設定點。因此，在考量轉子葉片之當前行為的情況下(特定言之亦在「老化」轉子葉片之情況中)達成風力渦輪機之一最佳操作點。
根據一進一步有利實施例，藉助於迎風面氣流模型偵測特定言之在低壓側上之後緣之區域中之紊流且藉助於一信號處理裝置判定在壁壓波動之功率密度譜中之低頻率部分(特定言之在低於1000Hz之頻率範圍中)之振幅。將功率密度譜中之低頻率部分供應至一葉片角度 調節系統且在風力渦輪機之葉片角度調節系統中以使得最小化壁壓波動之功率密度譜中之低頻率部分之振幅之一方式設定針對相關葉片或針對全部葉片之葉片角度調節系統之設定點。
壁壓波動之功率密度譜中之低頻率部分之提高振幅即為葉片處之非所要流動分離之一指示項且由葉片角度之錯誤設定所引起，使得在最小化該等振幅時藉由調整葉片角度來抵消轉子葉片處之流動分離。
因此，風力渦輪機之操作或操作點之進一步最佳化係可行的。
圖1展示具有一塔102及一短艙104之一風力渦輪機100。具有三個轉子葉片108及一旋轉器110之一轉子106配置於該短艙104上。此外該轉子106具有該等轉子葉片108所緊固至之一轉子輪轂112。可設定葉片角度，換言之繞基本上垂直於轉子之旋轉軸之轉子葉片之一調整軸之旋轉角度。
具有轉子葉片108、旋轉器110及轉子輪轂112之轉子106亦被稱為風力渦輪機100之旋轉零件且短艙104連同塔102一起被稱為固定零件。在操作期間，轉子106經設定為處於藉由風力之旋轉移動中且因此驅動短艙104中之一發電機(未展示)。
圖2展示一轉子葉片108之低壓側之一平面視圖。該轉子葉片108具有一葉片前緣10及一葉片後緣12。根據風向以使得風沿著葉片表面自該葉片前緣10朝向該葉片後緣12(即，沿著對應於箭頭14之方向之迎風面氣流14之方向)流動之一方式定向該轉子葉片108。亦展示一葉片配接器16，藉助於該葉片配接器16將轉子葉片108緊固至轉子輪轂112。
藉由沿著迎風面氣流14之方向以一偏移角度19配置成一個接在另一個後面之十字示意性地表示光學壓力感測器18。此處選擇該偏移角度19使得定位於下游之壓力感測器18不受定位於上游之壓力感測器 18可發生之任何轉變楔影響。儘管此處為更清楚起見以一高偏移角度19展示壓力感測器18，然取決於輪廓之一偏移角度19較佳在自5°至20°(自截面20之一剖面線開始)之範圍內選擇。
光纖電纜21自壓力感測器18引入通過葉片配接器16至轉子輪轂112中且在該處連接至一轉換器22，該轉換器22將來自光學壓力感測器之光學信號轉換成電信號及/或在轉換之前及/或之後放大該等光學信號或電信號。該轉換器22連接至一發射裝置24，該發射裝置24將自光學信號獲得之電信號轉換成無線電信號且將該等無線電信號傳送至一接收裝置26。
該接收裝置26安置於固定零件中，舉例而言，安置於風力渦輪機100之短艙104中。該接收裝置26將自發射裝置24接收之信號轉換回電信號。此外該接收裝置26連接至一信號處理裝置28以將來自光學壓力感測器18之經轉換信號傳送至該信號處理裝置28。
在信號處理裝置28中處理已自光學感測器18接收之信號、資訊或值或壓力值，且/或(例如)識別或產生至轉子葉片108上之氣流之一模型。接著，將迎風面氣流之該模型或迎風面氣流之該模型之隨時間流逝之至少經提取之個別值或值範圍或進展供應至一葉片角度調節系統30及/或一發電機扭矩調節系統32。取決於迎風面氣流之模型，在該葉片角度調節系統30中調適待調節之葉片角度之調節之設定點，且/或在考量迎風面氣流之模型的情況下在該發電機扭矩調節系統32中調適待調節之發電機扭矩之設定點。
圖3藉由實例展示一葉片截面，其中壓力感測器18在低壓側36上及在高壓側38上周邊配置於葉片壁34上。該葉片壁34劃分轉子葉片108之內部35與外部37。
光學壓力感測器18凹入於經銑削通道(未展示)內部且以使得其等並不突出於葉片壁上方之一方式黏著接合於經銑削通道中。為達成 此，在轉子葉片108之生產期間將一犧牲層(未展示)施加至轉子葉片108之表面且在光學壓力感測器18之區域中藉由銑削移除該犧牲層。
圖4展示四個壓力感測器18之功率密度譜之一曲線圖。藉由壓力感測器18憑藉量測及識別在葉片壁34處出現之壓力值來識別該等功率密度譜。此等壓力值係瞬時的且隨時間流逝而相應改變，其中可藉助於各自壓力感測器18之一譜表示壓力值之隨時間流逝之變化。例如，對於各壓力感測器18在信號處理裝置中形成該譜。可在可自一感測器之各自譜判定之譜功率密度的幫助下偵測特定頻率及/或頻率範圍之振幅或變化振幅。特定言之亦可評估功率密度譜之積分範圍。
已知可藉由評估壓力值之譜而基本上明確地識別迎風面氣流之不同情形。因此積分範圍取決於流動拓樸(層流或紊流邊界層)而具有不同功率密度。
因此，可藉由壓力感測器18之配置使感測器之個別功率密度譜互相比較，如圖4中之情況。在特定條件下，可(例如)藉由具有一定義位置之壓力感測器之以特定方式彼此不同之功率密度譜得出關於一轉變層之位置之推斷。一轉變層係(例如)在層流變成一紊流時用於葉片上之一層之一術語。在圖4中藉由實例展示功率密度譜40至46。應注意，該功率密度譜40本質上偏離該等功率密度譜42、44、46，因此可得出關於一轉變層之位置之推斷。
因此，上部曲線40藉此表示一光學壓力感測器18之功率密度譜40，在其範圍內存在一紊流。下部三條曲線42至46對應於在壓力感測器18之情況中出現之功率密度譜42至44之類型，在其範圍內存在一層流。因此，可在轉子葉片108之操作期間使用光學壓力感測器18判定一轉變層以最佳設定風力渦輪機100之操作點。
圖5展示相同壓力感測器18之針對不同葉片俯仰角之三個功率密度譜之一曲線圖。一相對較高振幅出現於一頻率範圍48中。此處，此 範圍48應作為一種干擾而被忽視。
然而，在不同葉片角度下在低頻率範圍中具有不同譜高度之振幅係轉子葉片108之發射聲功率之一指示項。因此，曲線對於不同葉片俯仰角具有不同值。因此，可以使得此等振幅保持低於一預定臨限值或至少處於一最小值以從而最小化轉子葉片108之發射聲功率之一方式設定轉子葉片之角度。
因此，特定言之在葉片後緣12之區域中之一光學壓力感測器18之特定頻率或特定頻率範圍之振幅係自轉子葉片發出之發射聲功率之一指示項。此等振幅隨著發射聲功率增加而增長。因此，可在信號處理裝置中使用個別光學感測器18之經識別之譜及功率密度譜產生至轉子葉片上之迎風面氣流之一模型，該等經識別之譜及功率密度譜係在信號處理裝置28中自光學壓力感測器18之隨時間流逝變化之壓力值識別。因此迎風面氣流之模型對應於在一轉子葉片108之葉片壁處之主要壓力分佈之一表示。
迎風面氣流之模型因此包括如圖4及圖5中所展示之(例如)多個功率密度譜。特定言之對於各感測器記錄一功率密度譜，使得對於任何時間點，可由各感測器之一功率密度譜形成迎風面氣流之模型。
所產生之迎風面氣流之模型因此可用於風力渦輪機100之整體調節中以特定言之藉由調整轉子葉片及/或發電機扭矩來最佳設定操作點，使得風力渦輪機100儘可能高效且安靜地運作且因此機械應力儘可能低。
10‧‧‧葉片前緣
12‧‧‧葉片後緣
14‧‧‧迎風面氣流/箭頭/流動方向
16‧‧‧葉片配接器
18‧‧‧光學壓力感測器/壓力感測器/光學感測器
19‧‧‧偏移角度
20‧‧‧截面
21‧‧‧光纖電纜
22‧‧‧轉換器
24‧‧‧發射裝置
26‧‧‧接收裝置
28‧‧‧信號處理裝置
30‧‧‧葉片角度調節系統
32‧‧‧發電機扭矩調節系統/發電機扭矩
34‧‧‧葉片壁
35‧‧‧內部
36‧‧‧低壓側
37‧‧‧外部/外部周圍環境
38‧‧‧高壓側
40‧‧‧功率密度譜/上部曲線
42‧‧‧功率密度譜/下部曲線
44‧‧‧功率密度譜/下部曲線
46‧‧‧功率密度譜/下部曲線
48‧‧‧頻率範圍/範圍
100‧‧‧風力渦輪機
102‧‧‧塔
104‧‧‧短艙
106‧‧‧轉子
108‧‧‧轉子葉片
110‧‧‧旋轉器
112‧‧‧轉子輪轂
下文參考圖式詳細闡釋本發明之進一步優點及例示性實施例，其中：圖1展示根據一例示性實施例之一風力渦輪機之一示意圖，圖2展示根據一例示性實施例之一示意性展示之轉子葉片之低壓 側之一視圖，圖3展示根據一例示性實施例之一轉子葉片之一葉片截面之一示意圖，圖4展示使用光學壓力感測器記錄之一第一功率密度譜，及圖5展示使用光學壓力感測器記錄之一第二功率密度譜。
10‧‧‧葉片前緣
12‧‧‧葉片後緣
14‧‧‧迎風面氣流/箭頭/流動方向
16‧‧‧葉片配接器
18‧‧‧光學壓力感測器/壓力感測器/光學感測器
19‧‧‧偏移角度
20‧‧‧截面
21‧‧‧光纖電纜
22‧‧‧轉換器
24‧‧‧發射裝置
26‧‧‧接收裝置
28‧‧‧信號處理裝置
30‧‧‧葉片角度調節系統
32‧‧‧發電機扭矩調節系統/發電機扭矩
112‧‧‧轉子輪轂

Claims (19)

  1. 一種風力渦輪機(100)，其具有至少一轉子葉片(108)及配置於該轉子葉片(108)上之至少一光學壓力感測器(18)。
  2. 如請求項1之風力渦輪機，其中至少一轉子葉片(108)具有在該轉子葉片(108)之高壓側(38)上之至少兩個光學壓力感測器(18)及/或在該轉子葉片(108)之低壓側(36)上之至少兩個光學壓力感測器(18)或對稱分佈在該等高壓側及低壓側(36、38)上方之至少四個光學壓力感測器(18)。
  3. 如請求項1或2之風力渦輪機，其中該等光學壓力感測器(18)之該光學壓力感測器(18)或至少一者係配置於葉片後緣(12)之區域中，特定言之在該轉子葉片(108)之剖面深度之95%與100%之間的範圍內，較佳在98%處，特定言之係配置於該轉子葉片(108)上徑向向外安置之30%至40%上。
  4. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中多個光學壓力感測器(18)以使得定位於下游之壓力感測器(18)不受定位於上游之壓力感測器(18)之轉變楔影響之一方式配置成在流動方向(14)上偏移，其中該偏移角度特定言之在於自5°至20°之範圍中且較佳為15°，此範圍在各情況中在該等高壓側及低壓側上之葉片輪廓前緣(停滯點)處開始遠至該後緣。
  5. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中至少一轉子葉片(108)具有特定言之具有2mm之一最大深度之一或多個凹入部，其中在該情況或各情況中該等光學壓力感測器(18)之至少一者配置於該或該等凹入部中。
  6. 如請求項5之風力渦輪機，其中該或該等凹入部係特定言之藉由銑削導入至該轉子葉片(108)中之通道。
  7. 如請求項5或6之風力渦輪機，其中藉由已在該各自凹入部之區域中移除之一犧牲層產生或形成該或該等凹入部。
  8. 如請求項5至7中之一項之風力渦輪機，其中藉由黏著劑接合將該或該等光學壓力感測器(18)緊固於該或該等凹入部中。
  9. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中至少一轉子葉片(108)具有用於連接至該轉子葉片(108)之外部周圍環境(37)及內部(35)之一或多個開口，該轉子葉片(108)具有多個光學壓力感測器(18)，各光學壓力感測器(18)具有至少一光纖電纜(21)且多個光纖電纜(21)經導引通過該等開口之至少一者至該內部(35)中。
  10. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中旋轉零件除了該轉子葉片(108)之外亦具有一旋轉器(110)及一轉子輪轂(112)，且用於自該等光學壓力感測器(18)之資料傳輸之該等光纖電纜(21)特定言之伸展於該轉子葉片(108)之該內部(35)中遠至該旋轉器(110)及/或該轉子輪轂(112)中之一區域。
  11. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中該風力渦輪機(100)除了一旋轉零件之外亦具有一固定零件且該風力渦輪機經構形以便將藉助於該等光學壓力感測器(18)獲得之資訊自該旋轉零件傳輸至該固定零件中。
  12. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中該風力渦輪機(100)具有用於放大來自該等壓力感測器(18)之信號之一放大器及/或用於將該等光學信號轉換成電信號之一轉換器(22)。
  13. 如前述請求項中之一項之風力渦輪機，其中該風力渦輪機(100)具有至少一信號處理裝置(28)以自該等光學壓力感測器(18)接收信號及供應及/或評估該等信號以特定言之用於進一步處理。
  14. 如請求項13之風力渦輪機，其中該風力渦輪機具有一葉片角度調節系統(30)，且該信號處理裝置(28)連接至該葉片角度調節系 統(30)以在調節該葉片角度時考量來自該等光學壓力感測器之經評估及/或供應之信號。
  15. 如請求項13或14之風力渦輪機，其中該風力渦輪機具有一發電機扭矩調節系統(32)且該信號處理裝置(28)連接至該發電機扭矩調節系統(32)以在調節該發電機扭矩時考量來自該等光學壓力感測器之經評估及/或處理之信號。
  16. 一種操作一風力渦輪機，特定言之一如請求項1至15中之一項之風力渦輪機之方法，其中藉由配置於轉子葉片(108)之至少一者上之壓力感測器(18)偵測壓力值，特定言之瞬時壓力值，判定該等壓力值隨時間流逝之變化且藉助於該等壓力值隨時間流逝之進展對於該等壓力感測器或各壓力感測器識別該等壓力值之頻譜及/或功率密度譜，且特定言之藉助於一信號處理裝置(28)自此等譜、該等功率密度譜及/或自該等譜形成之譜圖識別及/或判定至該轉子葉片(108)上之迎風面氣流之一模型。
  17. 如請求項16之方法，其中藉助於迎風面氣流之該模型偵測在葉片後緣(12)之區域中之流動性質，且因此特定言之在該轉子葉片(108)之一模型的幫助下識別由該轉子葉片(108)產生之聲功率且將該聲功率供應至一葉片角度調節系統(30)，其中在該風力渦輪機(100)之該葉片角度調節系統(30)中，依據該經識別之聲功率，特定言之在亦考量當前風速的情況下設定該葉片角度設定之該調節之設定點。
  18. 如請求項16之方法，其中藉助於迎風面氣流之該模型調適用於該葉片角度調節系統(30)及/或用於調節該風力渦輪機(100)之發電機扭矩(32)之設定點。
  19. 如請求項16之方法，其中藉助於該迎風面氣流模型偵測特定言之在該葉片後緣(12)之該區域中之流，特定言之紊流，且藉助於 一信號處理裝置(28)識別在壁壓波動之該功率密度譜中之特定言之在低於1000Hz頻率範圍中之低頻率部分及/或值，將該等經識別之低頻率部分及/或值供應至該葉片角度調節系統(32)且以使得該等經識別之部分及/或值由於所得葉片角度而減小之一方式改變及/或影響針對該相關轉子葉片(108)或針對全部該等轉子葉片(108)之用於該葉片角度調節系統之該設定點。
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