專利名稱：用于操作主動式流控制系統的系統和方法
技術領域：
本文所述的實施例大體上涉及用于維護具有主動式流控制系統的方法和系統，并 且更具體地說，涉及用于將碎片從主動式流控制系統中移除和/或防止主動式流控制系統 中的碎片積聚的方法和系統。
背景技術：
主動式流控制(AFC)是用于對給定的流入(in-flow)的條件出反應，而主動地試 圖影響對象的空氣動力學響應的技術和/或系統的通用用語。更具體地說，至少一些已知 的AFC系統被用來操控流過翼型(airfoil)的流狀態。如本文中所使用的用語“翼型”指 渦輪機葉片、翼和/或任何其它合適的翼型。雖然本文所述的實施例指渦輪機葉片，但是應 當理解，本文所述的實施例可用于任何合適的翼型。與已知的提供基本恒定的流控制的被 動式流控制系統相反，已知的AFC系統使流控制可被選擇性地應用在翼型上。至少一些已 知的AFC系統使用空氣分配系統來操控流過翼型表面的空氣的一個邊界層。已知的AFC系 統包括執行機構，執行機構可根據它們的凈質量流量(net-mass-flow)而分成兩類。第一 類是零凈質量流量執行機構，例如合成射流執行機構(synthetic jet actuator)，以及第 二類是非零凈質量流量執行機構，例如空氣噴射執行機構，空氣噴射執行機構可以是恒定 的執行機構或非恒定的執行機構，和/或吹式執行機構(blowing actuator)和/或吸式執 ^iT 1/1 I^J (suction actuator)。因為AFC系統易受能包含碎片的流體流的影響，所以，由碎片所引起的AFC穿孔 (perforation)和/或孔的結垢是AFC在風力渦輪機葉片、飛行器翼和其它翼型上大規模應 用的其中一個妨礙因素。如本文所使用的用語“碎片”指可接觸風力渦輪機葉片和/或其 它翼型，并在其里面和/或上面積聚的塵土、灰塵、昆蟲、昆蟲殘留物、顆粒、微粒、物質、懸 浮液體和/或固體，和/或任何其它材料。此外，用語“穿孔”和“孔”在本文中可互換地使 用。大體上，由碎片所引起的AFC的孔的結垢對AFC系統性能具有不利影響。此外，除 了穿孔，至少一些已知的AFC系統的構件也易受結垢影響。例如，在至少一些已知的非零凈 質量流量系統中，可能已被碎片污染的周圍空氣被吸入到AFC系統中以供給執行機構。這 種被污染的進入空氣可使空氣分配系統、執行機構和/或AFC系統穿孔產生結垢。已知的AFC系統的穿孔和/或其它構件的這樣的結垢可改變流過翼型的流體流， 使得該流體流背離了清潔狀態的流體流，該清潔狀態的流體流是葉片設計要產生的。另外， 葉片表面上和/或AFC系統中的結垢可降低使用翼型和/或AFC系統的系統例如風力渦輪 機的輸出功率。然而，人工清潔AFC系統的各個孔是不切實際的，這是因為至少一些已知的 AFC系統中的大量的孔，和/或為了這樣的人工清潔而使風力渦輪機脫機所需的持續時間。因此，需要提供通過清潔AFC系統和/或防止AFC系統的結垢用來維護風力渦輪 機的方法和/或系統。此外，這樣的方法和/或系統優選地不包括人工清潔AFC系統和/ 或葉片。而且，對于這樣的方法和/或系統合乎需要的是使用在具有AFC系統的風力渦輪機中的可得到的裝置。
發明內容
在一個方面，提供了一種由控制系統執行的用于操作風力渦輪機的方法。該方法 包括在第一模式下操作風力渦輪機的流控制系統，以及在與第一模式不同的第二模式下 操作流控制系統以有助于將碎片從流控制系統中移除。第二模式包括，改變流控制系統的 流體流的速率、流率與方向的其中至少一項。在另一個方面，提供了一種用于風力渦輪機的流控制系統。該流控制系統包括至 少部分地限定在風力渦輪機的至少一個葉片中的空氣分配系統。該空氣分配系統包括限定 為穿過葉片外表面的至少一個孔。該空氣分配系統還包括與空氣分配系統處于操作控制通 信(operational control communication)的控制系統。該控制系統設置成在第一模式下 操作流控制系統，以及在與第一模式不同的第二模式下操作流控制系統以有助于將碎片從 流控制系統中移除。第二模式包括改變流控制系統的流體流的速率、流率與方向的其中至 少一項。在還有另一個方面，提供了一種風力渦輪機。該風力渦輪機包括轉子，至少一個葉 片連接到該轉子上，其中葉片具有外表面，并且空氣分配系統至少部分地限定在該葉片中。 該空氣分配系統包括限定為穿過葉片的外表面的至少一個孔。該風力渦輪機還包括與流控 制系統處于操作控制通信的控制系統。該控制系統設置成在第一模式下操作風力渦輪機的 空氣分配系統，以及在與第一模式不同的第二模式下操作空氣分配系統以有助于將碎片從 空氣分配系統中移除。第二模式包括改變空氣分配系統的流體流的速率、流率與方向的其 中至少一項。本文所述的實施例通過在與正常操作模式不同的第二模式下操作流控制系統，而 有助于將碎片從主動式流控制系統中移除。第二模式包括使用風力渦輪機中的裝置在與正 常模式不同的清潔模式下操作。通過在第二模式期間改變操作模式，現有裝置能夠出乎意 料地重新用來防止和/或修正流控制系統的結垢。
圖1-圖5顯示了本文所述的系統和方法的示例性實施例。圖1是一個示例性風力渦輪機的透視圖。圖2是可用于圖1中所示風力渦輪機的一個示例性流控制系統的示意圖。圖3是可用于圖1中所示風力渦輪機的一個示例性的可選流控制系統的示意圖。圖4是圖3中所示流控制系統的一部分的放大截面圖。圖5是用于操作可包括圖2和圖3中所示流控制系統的風力渦輪機的示例性方法 的流程圖。零部件清單10風力渦輪機12塔架14支撐面16機艙18轉子20輪轂22葉片24葉根部分26負載傳遞區域28方向30旋轉軸線32變槳調節系統(pitch adjustment system)34變槳軸線(pitch axis)36控制系統38偏航軸線40處理器42頂部100流控制系統102空氣分配系統103104流控制裝置
權利要求
1.一種用于風力渦輪機(10)的流控制系統000)，所述流控制系統包括至少部分地限定在所述風力渦輪機的至少一個葉片02)中的空氣分配系統(102， 202)，所述空氣分配系統包括限定為穿過所述至少一個葉片的至少一個孔(108，208)；和， 與所述空氣分配系統處于操作控制通信的控制系統(36)，所述控制系統設置成 在第一模式下操作所述流控制系統；以及在與所述第一模式不同的第二模式下操作所述流控制系統，以有助于將碎片從所述流 控制系統中移除，所述第二模式包括改變所述流控制系統的流體流的速率、流率與方向的 其中至少一項。
2.根據權利要求1所述的流控制系統000)，其特征在于，所述空氣分配系統(102， 202)包括至少部分地定位在所述葉片02)中并且與所述孔(108，208)處于流連通的至少一個 歧管(106)，在所述第一模式下，通過所述歧管的流體流是沿第一方向的；和，與所述至少一個歧管處于流連通的至少一個流控制裝置(104)，所述控制系統還設置 成在所述第二模式下通過下列中的至少一項來操作所述空氣分配系統在所述第一模式期間，改變通過所述歧管的所述流體流，以使其沿與所述流體流的所 述第一方向相反的方向而流動；在所述第二模式期間，順序地改變所述流體流的所述速率、所述流率與所述方向的其 中至少一項；和通過在過載條件下操作所述流控制系統，在所述第二模式期間增加所述流體流的至少 所述流率。
3.根據權利要求1所述的流控制系統000)，其特征在于，所述控制系統設置成，通過 控制所述流控制裝置而順序地改變所述流體流的所述速率、所述流率與所述方向的其中至 少一項，以改變通過所述歧管的所述流體流沿相反方向而流動。
4.根據權利要求1所述的流控制系統000)，其特征在于，所述空氣分配系統(102， 202)包括至少部分地定位在所述葉片02)中的至少一個執行機構；和， 在所述執行機構與所述控制系統(36)之間延伸的通信鏈路006)，所述控制系統與所 述執行機構處于操作控制通信，所述控制系統還設置成在所述第二模式下通過下列中的至 少一項來操作所述空氣分配系統(102，202) 改變所述執行機構的脈沖圖形；和， 將不對稱流動型式應用到所述執行機構。
5.根據權利要求4所述的流控制系統000)，其特征在于，所述控制系統(36)設置成 通過控制所述執行機構(208)來改變所述脈沖圖形，以改變所述執行機構的振動頻率、振 動幅度、吸入行程速率與呼出行程速率的其中至少一項。
6.根據權利要求4所述的流控制系統000)，其特征在于，所述控制系統(36)設置成 通過控制所述執行機構(208)而應用所述不對稱流動型式，以在第一速率下將空氣引入所 述執行機構中，并在大于所述第一速率的第二速率下將空氣從所述執行機構排出。
7.根據權利要求1所述的流控制系統000)，其特征在于，還包括氣體蓄積器，所述控 制系統還設置成將加壓氣體從所述氣體蓄積器(134)排到所述空氣分配系統(102，202)中。
8.一種風力渦輪機(10)，包括 轉子(18)；連接到所述轉子上的至少一個葉片(22)，所述葉片具有外表面(126，220)； 至少部分地限定在所述葉片中的空氣分配系統(102，202)，所述空氣分配系統包括限 定為穿過所述葉片的所述外表面的至少一個孔(108，208)；和，與所述空氣分配系統處于操作控制通信的控制系統(36)，所述控制系統設置成 在第一模式下操作所述風力渦輪機的所述空氣分配系統；和在與所述第一模式不同的第二模式下操作所述空氣分配系統，以有助于將碎片從所述 流控制系統中移除，所述第二模式包括改變所述空氣分配系統的流體流的速率、流率與方 向的其中至少一項。
9.根據權利要求8所述的風力渦輪機(10)，其特征在于，所述控制系統(36)還設置成確定所述轉子(18)的最佳速率，以實現通過離心加速而獲得另外的氣流和減小所述 另外的氣流所導致的阻礙中的一項；以及，在所述第二模式期間使所述轉子以所述最佳速率旋轉。
10.根據權利要求8所述的風力渦輪機(10)，其特征在于，所述控制系統(36)還設置 成在所述第二模式下操作所述空氣分配系統(102，202)，通過下面至少一項在所述第一模式期間，改變通過所述空氣分配系統的所述流體流，以使其沿與所述流 體流的所述第一方向相反的方向而流動；在所述第二模式期間，順序地改變所述流體流的所述速率、所述流率與所述方向的其 中至少一項；在所述第二模式期間增加所述流體流的至少所述流率； 改變所述空氣分配系統中的執行機構的脈沖圖形； 將不對稱流動型式應用到所述執行機構；和，將加壓氣體從所述流控制系統(100)的氣體蓄積器排到所述空氣分配系統中。
全文摘要
本發明涉及用于操作主動式流控制系統的系統和方法。具體而言，提供了一種用于風力渦輪機(10)的流控制系統(200)。該流控制系統包括至少部分地限定在風力渦輪機的至少一個葉片(22)中的空氣分配系統(102，202)，空氣分配系統包括限定為穿過至少一個葉片的至少一個孔(108，208)，該流控制系統還包括與空氣分配系統處于操作控制通信的控制系統(36)。控制系統設置成在第一模式下操作流控制系統，以及在與第一模式不同的第二模式下操作流控制系統，以有助于將碎片從流控制系統中移除，第二模式包括改變流控制系統的流體流的速率、流率與方向的其中至少一項。
文檔編號F03D7/04GK102052248SQ20101054792
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月5日 優先權日2009年11月5日
發明者J·J·尼斯, W·哈恩斯 申請人:通用電氣公司