[发明专利]风轮机叶片压力测量系统

说明书

一种风轮机叶片(10)，该风轮机叶片(10)具有前缘(14)和后缘(15)、在前缘(14)和后缘(15)处与压力侧蒙皮(12)结合以形成中空叶片结构的吸力侧蒙皮(11)、以及压力测量单元(99)。该压力测量单元包括第一连接管(161)和固定地附接至吸力侧蒙皮(11)和压力侧蒙皮(12)之一的第一感测端口(151)、第二连接管(165)和固定地附接至吸力侧蒙皮(11)和压力侧蒙皮(12)之一的第二感测端口(155)、以及在第一入口(113)处接收第一连接管(161)并在第二入口(123)处接收第二连接管(165)的压力感测单元(100)。压力感测单元(100)具有与第一入口(113)流体连通的第一阻力单元(170)和与第二入口(123)流体连通的第二阻力单元(174)，所述第一阻力单元(170)和所述第二阻力单元(174)也与环境空气流体连通。此外，压力感测单元(100)具有产生指示第一入口(113)与第二入口(123)之间的压力差的差压信号的差压传感器(130)。

技术领域

本发明涉及风轮机叶片，尤其涉及风轮机叶片的外表面上的空气压力的测量。

背景技术

现代风轮机往往在复杂的流场中运转，并且这些风轮机的叶片经历空气速度和迎角的时变变化，这可能导致叶片不在其最有效状态下运转。因此，多兆瓦级风轮机的叶片可旋转地连接至轮毂，允许轮毂中的桨距系统使叶片沿着叶片轴线旋转，从而使叶片单独或共同地移入和移出风向。对叶片的外表面上的两点处(例如在选定翼展位置处的叶片的吸力侧和压力侧)的空气压力进行同时测量会产生指示叶片的空气动力学状态和空气动力学效率的压力信号。当风轮机叶片在复杂的流场中运转时，可使用从叶片的外表面获得的空气压力信号来优化风轮机的控制(包括桨距角)，从而获得所期望的风轮机运转改善，例如增加发电量或降低叶片负载。

风轮机环境对表面压力测量系统提出了独特的挑战。第一，测量必须足够快，以应对在叶片表面的至少一部分上间歇地发生的空气动力学事件，例如气流从表面分离。第二，叶片上的中部和外侧翼展位置处的大向心加速度会影响测量装置的精度。第三，风轮机叶片经常遭受雷击，并且叶片内的相关大电流冲击可能损坏位于叶片内(尤其是叶片的外侧部分内)的电子设备。第四，由撞击表面的昆虫和颗粒造成的表面污染以及表面结冰可能干扰压力测量。第五，叶片的商业应用必须足够可靠，能够长时间无人值守工作。最后，商业应用必须是低成本的。

目前还没有一种压力测量系统能够克服上面列出的所有挑战和要求。在本领域中众所周知的是，可使用连接至本地压力测量单元的贯穿表面的穿孔(又称为测压口)作为一种测量表面上的某点的压力的手段。压力测量值基本上总是表示两点之间的压力差的差值。例如，在SERI/TP-257-3695“旋转风轮机叶片上的空气动力压力测量”(1990年5月)中描述的实验活动说明了这样的一个系统。专利US8,784,059 B2示出了一种复杂的差压测量系统，该系统具有压缩空气自动净化单元，以在检测到障碍物时清理测压口和相关管道。将电子压力传感器布置在测压口附近会使系统容易遭受雷击。此外，不希望系统很复杂，因为这会增加成本并降低可靠性。类似地，US2014/0356165 A1示出了一种使用位于测压口正下方的电子或光纤压力传感器的复杂的差压测量系统。此方案容易遭受雷击(电子传感器)，或者成本极高(光纤传感器)。

因此，需要一种商业上可行的风轮机叶片压力测量系统。由此出发，本发明的一个目的是成功地克服所有或至少一种上述挑战和要求，以提供一种商业上可行的解决方案。

发明内容

根据本发明，上述目的是通过如权利要求1所述的风轮机叶片实现的。在从属权利要求中阐明并在以下说明书中说明了本发明的优选改进方案和/或实施例。

风轮机叶片具有前缘、后缘、叶根、叶尖、以及从叶根指向叶尖的叶片轴线。优选叶片结构是壳状的。尤其是，叶片或叶片结构具有压力侧蒙皮和吸力侧蒙皮，所述吸力侧蒙皮在前缘和后缘处与所述压力侧蒙皮结合，以形成中空叶片结构。优选所述叶片或中空叶片结构包括叶片内部腔体。