[发明专利]具有失速传感器的风力涡轮叶片和检测叶片失速的方法

说明书

技术领域

本发明大体涉及风力涡轮，且更具体而言涉及具有与其构造在一起的失速传感器的风力涡轮叶片。

背景技术

风力被认为是目前可利用的最环境友好的能源中的一种，且在这一点上风力涡轮受到了更多的关注。现代风力涡轮通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个涡轮叶片。叶片使用已知的翼型件原理来捕捉风的动能。叶片以旋转能的形式传递动能，以便使将叶片联接到齿轮箱上或直接联接到发电机上的轴转动。然后发电机将机械能转换成可部署到公共电网的电能。

涡轮叶片轮廓是重要的设计特性。叶片设计成使得经过叶片的层流在例如介于约15MPH和35MPH之间的风速范围上对转子赋予最大的旋转扭矩。由于各种考虑，包括保护涡轮构件和下游发电机，一般不期望在超过涡轮的额定风速的情况下操作涡轮。

“失速”是这样一种状态，即其中入射风相对于涡轮叶片轮廓的迎角随着风速的提高而增大到其中经过叶片的低压(后)侧的层流中断且引起逆流的点。虽然在叶片的低压侧处更普遍，但是叶片的高压(前)侧处也可发生失速。在失速状态中，叶片上的原动力显著地减小。其它因素也可有助于失速，例如叶片变桨、叶片积垢等。失速是一种设计考虑，且失速调节是在疾风状态中保护风力涡轮-特别是具有固定变桨叶片的涡轮-的有效设计特征。在受失速调节的涡轮上，叶片锁紧就位，且不能随变化的风速而改变变桨。实际上，叶片设计成以便在沿着叶片的长度的迎角随渐增的风增大时逐渐失速。因此，重要的是了解涡轮叶片轮廓的流动特性(特别是关于失速的发生)。

本领域已经做出努力来检测涡轮叶片失速的发生。例如，美国专利No.6,065,334提出将一系列枢转翼片(flap)安装在涡轮叶片的被监测的表面上，与翼片的相对侧相比，翼片的一侧具有在视觉上清楚的外观(即不同的颜色或反射特性)。叶片表面上的逆流使翼片翻转，且从而呈现视觉上清楚且可检测的变化。但是，这种类型的视觉检测系统存在内在限制。例如，该系统取决于从地平面精确地检测翼片的变化了的视觉特性的能力，这在低光或无光条件下或者在不利的天气条件下可能是困难的。在晚上，当风通常较大时，该系统需要对准叶片的照明装置，以及照相机或其它光学检测装置，以便检测翼片的变化了的状态。对于较大的涡轮来说，叶片的大小可使得在没有放大式光学检测器的情况下即便是在理想的光和天气条件下从地平面以光学的方式检测翼片都极为困难。而且，获得精确的定性量度的能力取决于在沿着叶片表面附连的不同翼片之间进行区分的能力。

因此，存在对于这样一种用于风力涡轮转子叶片的改进的失速传感器的需求：该传感器产生精确且可靠的叶片失速指示，而没有已知装置的内在缺点。

发明内容

本发明提供了一种用于风力涡轮叶片的改进的失速传感器和检测失速的相关方法。传感器产生可靠且精确的电信号，该电信号不取决于对附连到涡轮叶片上的装置的光学特性的检测。可从信号中推导出精确的定性量度。可在以下描述中部分地阐述本发明的另外的方面和特点，或者本发明的另外的方面和特点根据该描述可显而易见，或者可通过实践本发明来学习本发明的另外的方面和特点。

根据本发明的各方面，一种风力涡轮包括连接到转子轮毂上的至少一个涡轮叶片。电失速传感器在一定位置处构造在叶片的表面上，以在失速状态中检测逆流。传感器可附连到叶片的低压侧或高压侧上。对于多叶片式涡轮来说，一个或多个传感器可构造在各个涡轮叶片上，或者仅构造在叶片中的一个上。失速传感器包括电源，例如内部电池，或者在一个备选实施例中，可从外部源(例如来自风力涡轮控制器的低电压)对失速传感器供以功率。失速传感器包括枢轴地构造在涡轮叶片的低压表面或高压表面中的一个上的翼片。在失速状态中产生的相应的压力表面上的逆流使翼片从第一位置朝第二位置枢转。传感器可包括响应翼片在第一位置和第二位置之间的运动且产生表明失速状态的对应的电信号的任何种类的传感器电路。

本发明还包括一种用于通过将电子失速传感器在一定位置处安装在至少一个涡轮叶片上以便使电子失速传感器在叶片的失速状态中暴露于逆流来检测风力涡轮叶片的失速的方法，失速传感器构造成以便在失速状态中暴露于逆流时产生电信号。该方法包括将电信号从失速传感器传输到远程接收器，且为了失速指示监测远程接收器。

附图说明

在结合附图得到的以下详细描述中更加具体地描述根据优选的和示例性的实施例及其另外的方面和优点的发明，其中：

图1是在各个涡轮叶片上构造有失速传感器的风力涡轮的视图；

图2是具有安装于其上的失速传感器的涡轮叶片的一部分的放大视图；

图3是图2所示的实施例的俯视图；