[发明专利]用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的系统和方法

说明书

描述了一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的系统。所述系统包括：（a）压力传感器，其适于测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值；以及（b）处理单元，其与所述压力传感器处于通信并且适于通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。此外，描述一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的对应方法。

技术领域

本发明涉及风力涡轮机的领域，特别是一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的系统以及一种确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的方法。

背景技术

风力涡轮机转子叶片的污染状态（即，在操作期间转子叶片表面上的各种材料（诸如污垢、盐或冰）的聚集）对风力涡轮机的空气动力学性能具有很大影响。前缘污染的直接后果是翼型区段的阻力的增加以及空气动力学升力的潜在损失。因此，涡轮机的功率输出减少。此外，存在污染的数个其他次级影响，尤其诸如（a）所谓的失速裕度（即，使操作点（迎角）与翼型的失速点分开的量，以度为单位）的减小；（b）噪声的增加；以及（c）功率曲线测量值的增加的不确定性。关于（c），风力涡轮机制造商通常对功率曲线施加限制，即，叶片应该基本上是干净的。因此，污染将向功率曲线测量值增加测量噪声。取决于污染的程度，涡轮机的功率输出可能下降百分之几，例如下降3-6%。

就其后果而言，与污染相关的影响是前缘腐蚀。虽然性质不同，但是前缘腐蚀对涡轮机的空气动力学性能以及声学性能两者的影响与污染的那些影响类似。

因此，存在确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的需求。

发明内容

此需求可以通过根据独立权利要求的主题得到满足。从属权利要求描述了本发明的有利实施例。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于确定风力涡轮机转子叶片的污染状态的系统。所述系统包括（a） 压力传感器，其适于测量对应于所述风力涡轮机转子叶片的后缘区域上方的多个不同高度的多个压力值，以及（b）处理单元，其与所述压力传感器处于通信并且适于通过基于所述多个压力值估计所述风力涡轮机转子叶片的所述后缘区域上方的空气流动速度分布来确定所述风力涡轮机转子叶片的所述污染状态。

本发明的该方面基于如下想法：通过估计转子叶片的后缘区域上方的空气流动速度分布来间接确定转子叶片的污染状态。当污染发生在转子叶片的前缘处时，后缘处的翼型的边界层的厚度将相应地增加，这又导致空气流动速度分布（即，根据转子叶片上方的高度而定的空气流动速度）的变化。因此，通过例如将所估计的空气流动速度分布与预期分布（对应于给定操作条件（诸如迎角）下的干净或未污染的转子叶片）进行比较，可以确定转子叶片是否被污染以及被污染的程度（例如，小、中或强）。

在本上下文中，术语“污染”可以特别表示材料在转子叶片的前缘处的聚集，诸如（i）污垢和灰尘在前缘处以及在吸入侧和压力侧的前部区段中的累积；（ii）死虫靠近于叶片的前端的累积；（iii）小冰层在前缘处的累积；以及（iv）小盐晶层在前缘处的累积。

除污染以外，转子叶片表面降级（腐蚀）将导致对性能的类似影响。因此，所述系统还可以用于检测转子叶片腐蚀（并且生成高腐蚀程度的对应警告）。

压力传感器被构造成测量后缘区域（即，转子叶片表面靠近后缘的部分）上方的多个位置中的每者中的滞止压力（即，当在测量位置处减速至为零的速度时流体累积的压力）。因此，每一压力值表示转子叶片的后缘区域上方的多个高度中的一者中的（滞止）压力。

处理单元从压力传感器接收压力值并且使用其来估计后缘区域上方的空气流动速度分布。此处，术语“估计”应该被广泛地理解。特别地，所述估计可能不涉及对实际流动速度值的直接计算（或估计），而是涉及对速度分布（即，根据转子叶片上方的高度而定的流动速度的变化（或变化率））的估计。术语“估计”还可以例如被理解为高于或低于滞止压力的预先确定的阈值。所述估计还可以基于多个测量高度之间的压差。