帶有空氣壓力傳感器的風輪機葉片的製作方法
2023-11-30 23:34:21
帶有空氣壓力傳感器的風輪機葉片的製作方法
【專利摘要】一種風輪機葉片，具有吸力側殼體部件和壓力側殼體部件。殼體部件沿前緣和後緣從根部連結到葉片的末端，且限定葉片的內腔。壓力傳感器配置在吸力側殼體部件或壓力側殼體部件中的至少一者上。壓力傳感器還包括本體，其安裝到內腔內的相應殼體部件的內表面。感測元件具有經過相應殼體部件中的通路而暴露至外部空氣壓力的第一側，以及暴露至基準壓力的相對的第二側。本體內的控制電路將可變的輸出信號作為由感測元件經歷的外部空氣壓力與基準壓力之間的壓差的函數而生成。
【專利說明】帶有空氣壓力傳感器的風輪機葉片
【技術領域】
[0001]本主題大致涉及風輪機葉片，並且具體地涉及具有併入其中的壓力傳感器的風輪機轉子葉片。
【背景技術】
[0002]在風輪機葉片上的空氣流的動態壓力的測量出於各種原因是有用的，如，指示葉片性能、節距控制、負載控制、失速探測等。美國專利申請公告第2010/0021296號描述了使用布置在風輪機葉片的吸力側和壓力側上的多個壓力傳感器來確定作用於葉片上的風的衝角。衝角測量用於調整葉片的節距以優化風輪機性能。
[0003]常規機械壓力傳感器通常對於在風輪機葉片上使用具有缺陷。例如，需要隔板(diaphragm)來測量壓力引起的應力和應變的基於壓電/應變的壓力傳感器通常需要葉片結構中的尺寸可調的管道或穿透以容納隔板包裝。這使葉片構造過程複雜化。另外，利用此類器具，壓力通常需要通過噴嘴和管引入傳感器隔板中，從而引起待進一步限制的壓力測量的方向性。在葉片的外表面上方延伸的任何結構還趨於不利地影響葉片的空氣動力性倉泛。
[0004]因此，所需的是可靠的且空氣動力的壓力傳感器的簡化合併到風輪機葉片中，其不會不利地影響葉片的完整性和流體動力性能。
【發明內容】
[0005]本發明的方面和優點將部分地在以下描述中闡述，或可從描述中清楚，或可通過實施本發明來了解。
[0006]一方面，一種風輪機葉片設有吸力側殼體部件和壓力側殼體部件。殼體部件沿前緣和後緣從根部連結到葉片的末端，且限定葉片的內腔。壓力傳感器配置在吸力側殼體部件或壓力側殼體部件中的至少一者上。壓力傳感器可以以任何期望的圖案設在壓力側殼體部件和吸力側殼體部件兩者上。壓力傳感器包括本體，其安裝到內腔內的相應殼體部件的內表面。壓力傳感器包括感測元件，其具有經過相應殼體部件中的通路而暴露至外部空氣壓力的第一側，以及暴露至穩態基準壓力的相對的第二側。本體內的控制電路將可變的輸出信號作為由感測元件經歷的壓差的函數而生成。
[0007]在特定實施例中，壓力傳感器包括管狀部件，管狀部件從本體延伸到相應殼體部件中的通路中。通路可預先形成(例如，模製或切割)在殼體部件中。管狀部件具有經由通路而與外部空氣壓力處於流體連通的開口端部。開口端部可延伸，以便與殼體部件的外表面基本上齊平。感測元件可設置在管狀部件內。
[0008]基準壓力可通過各種措施而供應至感測元件。例如，壓力傳感器可包括基準壓力導管，其從本體延伸，且經過傳感器本體而與感測元件的相對的第二側處於流體連通。基準壓力導管可與內腔內的環境空氣處於流體連通，由此基準壓力為內腔內的環境空氣。在特定實施例中，各個獨立壓力傳感器均可具有帶端部的管的形式的基準壓力導管，端部通向內腔。在備選實施例中，來自多個不同壓力傳感器的基準壓力導管可連接到公共集管，公共集管繼而又通向葉片的內腔。
[0009]在備選實施例中，基準壓力導管在相對的殼體部件處與外部空氣壓力處於流體連通，使得基準壓力為作用於相對的殼體部件上的外部空氣壓力。
[0010]壓力傳感器可經由任何適合的有線或無線配置而與控制器連通，其中控制器使用輸出信號來控制或測量風輪機參數，如負載控制、間距控制、失速探測等。在其中葉片包括多個壓力傳感器的實施例中，數據獲取終端可與葉片合併，且用於收集/處理來自於傳感器的信號，且將信號傳送至風輪機控制器。
[0011]多個壓力傳感器可以以預定圖案布置在吸力側殼體部件和所述壓力側殼體部件中的一者或兩者上。該圖案可在理論上導出、計算出或憑經驗確定來產生最佳壓力信號和控制參數。例如，壓力傳感器可以以從根部到葉片的末端的多個間隔開(沿葉片的縱向方向)的全翼弦方向區間配置在各個吸力側殼體部件和壓力側殼體部件上。作為備選，傳感器可以以分布在葉片(包括末端區段)的內部1/3軸向區段、中間1/3軸向區段或外部1/3軸向區段中的一者上的多個間隔開的全翼弦方向區間來配置。
[0012]在又一些實施例中，壓力傳感器可以以沿葉片的多個間隔開的部分翼弦方向區間來配置。例如，部分翼弦方向區間可配置在單個相應殼體部件的後緣或前緣中的一者處、兩個相應殼體部件的後緣或前緣中的一者處、或兩個相應殼體部件的後緣和前緣處。
[0013]本發明還包含具有配置成帶有如本文所述的壓力傳感器的一個或多個渦輪葉片的風輪機。
[0014]本發明還包含用於測量在風輪機葉片上流動的空氣壓力的各種方法實施例。特定的方法實施例包括限定穿過吸力側殼體部件或壓力側殼體部件的通路，以及將壓力傳感器定位成與通路處於流體連通，使得沒有壓力傳感器的部分延伸到殼體部件的外表面上。壓力傳感器的感測元件的第一側經過通路而暴露至外部空氣壓力，且感測元件的相對的第二側暴露至基準壓力，基準壓力可為葉片的內腔內的穩態空氣，或作用於相對的殼體部件上的外部空氣壓力。輸出信號從壓力傳感器生成，其指示外部空氣壓力。
[0015]在特定的方法實施例中，壓力傳感器的本體安裝在通路上的殼體部件的內表面上，且感測元件設置在通路內。例如，感測元件可配置在延伸到通路中的管內。
[0016]方法實施例可還包括取決於期望監測的葉片的特定區域而將多個壓力傳感器以限定圖案定位在葉片的吸力側和壓力側中的一者或兩者上。
[0017]本發明的這些及其它特徵、方面和優點將參照以下描述和所附權利要求而變得更好理解。併入本說明書且構成本說明書的一部分的附圖示出了本發明的各種實施例，且連同描述用於闡釋本發明的原理。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]針對本領域的普通技術人員的包括其最佳模式的本發明的完整且開放的公開內容在參照附圖的說明書中闡述，在附圖中:
圖1示出了根據本發明的方面的帶有一個或多個葉片的風輪機的透視圖；
圖2為示出壓力傳感器的放置的示例性風輪機葉片的吸力側和壓力側的圖解視圖；
圖3至圖6示出了風輪機葉片上的壓力傳感器的翼弦方向區間的各种放置實施例； 圖7為處於失速狀態的帶有壓力傳感器的風輪機葉片的側剖視圖；
圖8和圖9為風輪機葉片上的壓力傳感器的局部翼弦方向區間的實施例的側剖視圖； 圖10為差壓傳感器的實施例的透視圖；
圖11為安裝在殼體部件中的壓差傳感器的側剖視圖；
圖12為帶有用於差壓傳感器的公共基準壓力集管的風輪機葉片的側剖視圖；
圖13為帶有用於壓差傳感器的公共基準壓力集管的備選實施例的風輪機葉片的側剖視圖；
圖14為帶有用於相應的壓差傳感器的獨立基準壓力導管的風輪機葉片的側剖視圖；圖15為帶有在壓力側和吸力側上的從相對的外部葉片側獲得基準壓力的相應的差壓傳感器的風輪機葉片的備選實施例的側剖視圖；以及
圖16為類似於圖15的實施例的側剖視圖，其中差壓傳感器共用公共集管，公共集管與相對的外部葉片側處於流體連通。
[0019]零件清單 10風輪機 12塔架 14機艙 16葉片 18轉子槳轂 20吸力側 22殼體部件 24壓力側 26殼體部件 28前緣 30後緣 32根部 34末端 36腹板 38翼梁緣條 40內腔 42粘合劑 46殼體部件內表面 48殼體部件外表面 50通路 52壓力傳感器 54本體 56感測元件 58第一側 60第二側 62控制電路 64引線 66傳感器頭部 68管狀部件 70開口端部 71相對端部 72基準壓力導管 74管
76公共集管 78控制器 80信號導線 82線束
84數據獲取終端 86導線 88導線 90入射空氣流 91外部空氣壓力 92平穩空氣流 94流動分離 96瑞流 98散列標記 100翼弦方向區間 102翼弦軸線 104縱軸線 106縱向區段。
【具體實施方式】
[0020]現在將詳細地參照本發明的實施例，其一個或多個示例在附圖中示出。各個示例通過闡述本發明的方式提供，而未限制本發明。實際上，本領域的技術人員將清楚的是，可在本發明中作出各種修改和變型，而未脫離本發明的範圍或精神。例如，示為或描述為一個實施例的一部分的特徵可結合另一個實施例使用來產生又一個實施例。因此，期望的是，本發明覆蓋歸入所附權利要求及其等同物的範圍內的此類修改和變型。
[0021]參看附圖，圖1示出了水平軸線風輪機10的透視圖。應當認識到的是，風輪機10可為垂直軸線風輪機。風輪機10包括塔架12、安裝在塔架12上的機艙14、以及經過傳動軸和齒輪裝置聯接到機艙14內的發電機上的轉子槳轂18。塔架12可由管狀鋼或其它適合的材料製成。轉子槳轂18包括一個或多個葉片16，葉片16聯接到槳轂18上，且從槳轂18沿徑向向外延伸。葉片16可大致具有任何適合的軸向長度，其使風輪機10能夠根據設計標準起作用。例如，葉片16可具有範圍從大約15米(m)至大約91m的長度。葉片16使轉子槳轂18旋轉，以使動能能夠從風轉變成可用的機械能，且隨後轉變成電能。
[0022]參看圖2，各個葉片16均包括在前緣28和後緣30處連結的殼體部件22，26。殼體部件22，26限定葉片的內腔40 (圖7)。殼體部件22限定葉片16的吸力側20，且殼體部件26限定壓力側24。各個葉片16均包括在根部部分32與末端部分34之間延伸的縱軸線104。任何方式的內部支承結構如抗剪腹板36和翼梁緣條38 (圖12)位於葉片16的內腔40內。
[0023]如圖1中所示，風輪機10還可包括位於機艙14或風輪機10上或風輪機10中的任何位置、或大致在任何其它適合的位置處的渦輪控制器或控制系統78。控制器78可包括配置成執行與風輪機10相關聯的控制或監測功能的任何方式的適合的處理器和/或其它處理功能。例如，控制器78可配置為計算機或其它中央處理單元，其具有各種輸入/輸出通道和/或裝置，以用於接收來自於傳感器(特別是如本文所述的壓力傳感器)和其它測量裝置的輸入，且用於將控制信號發送至風輪機的各種構件。通過執行控制命令，控制器78可配置成控制風輪機10的各種操作模式(例如，啟動或停機順序)。控制器78還可配置成通過將適合的控制信號傳送至機艙14內的節距驅動件或節距調整系統來控制各個葉片16的葉片節距或節距角，以控制由風輪機10生成的負載和動力。此外，當風向變化時，控制器78可配置成經由機艙14內的偏航驅動機構來控制機艙14相對於偏航軸線的位置，以相對於風向來定位轉子葉片16。
[0024]應當認識到的是，本發明不限於與由壓力傳感器52生成的信號相關聯的功能的任何特定使用。例如，促動器或空氣動力控制表面的任何方式可作為壓力傳感器52的信號形式的函數而被控制，包括擾流器、小翼、可部署的渦流發生器、葉片表面中的可促動的開口等。
[0025]仍參看圖1，各個葉片16均包括以預定圖案配置在其上的多個壓力傳感器52 (下文更詳細描述)。壓力傳感器52可操作地配置在葉片16的吸力側20或壓力側24(圖2)中的任一者上，或在吸力側20和壓力側24兩者上。作為備選，可以並非所有葉片16都配置成帶有壓力傳感器52。壓力傳感器52提供相應的信號，該信號指示傳感器52附近的葉片的表面上流動的外部空氣壓力。例如，參看圖7，葉片16示為在入射空氣流90中，空氣流90衝擊在葉片的前緣28上，且圍繞葉片的吸力側20和壓力側24流動。葉片16處於相對於入射空氣流90的較大的衝角(AOA)，使得葉片16處於失速狀態。平穩的空氣流92沿壓力側24流動，但流動分離94在吸力側20上的空氣流中生成，引起湍流尾流96。多個壓力傳感器52分別以翼弦方向區間布置在吸力側20和壓力側24上。由傳感器52進行的壓力測量可由控制器78使用來診斷失速狀態，或控制葉片來防止或生成失速狀態，或用於關於葉片16的空氣動力性能的任何其它方式的控制功能，例如，用以減小負載或甚至使轉子18制動。
[0026]仍參看圖1，多個壓力傳感器52可通過任何適合的有線或無線的傳輸措施而與控制器78連通。在所示的實施例中，傳感器52具有獨立的信號導線80，其連接到葉片16內、葉片16上或附接到葉片16上的任何適合的導線82。例如，在其中壓力傳感器52為光纖應變傳感器的實施例中，導線82可為設置在葉片內或附接到葉片的插入件(例如，後緣插入件)內的傳感器線纜束。信號導線80可由在葉片表面上鋪開或嵌入葉片中的纜線(包括光纖線纜)限定，其中纜線(例如，利用獨立的引線)沿後緣30連接到導線82上。作為備選，來自於多個傳感器52的獨立導線80可組合在線束中，線束在葉片內沿縱向延展。
[0027]導線82可繼而與數據獲取終端(DAT) 84連通，數據獲取終端(DAT) 84可永久地安裝在葉片16內。DAT84可將信號無線地(以任何適合的信號形式)傳送至控制器78，或經由通過導線86和匯流環配置的有線傳送，或其它適合的傳導性傳送路徑。DAT可在傳送至控制器78之前處理壓力傳感器52的信號形式，且可儲存數據以用於隨後下載至控制器78或測試/診斷設備。
[0028]圖10和圖11示出了根據本發明的實施例的可結合風輪機葉片16使用的壓力傳感器52的特定實施例。在該實施例中，壓力傳感器52為差壓傳感器，差壓傳感器包括本體54，其中收納有傳感器52的功能構件和控制構件的任何組合。僅出於示範的目的，殼體54繪製為圓筒形部件。本體52可配置成用於通過任何安裝措施而安裝到吸力側殼體部件22或壓力側殼體部件26的葉片16的內腔40內的內表面46上，該安裝措施包括任何適合的粘合化合物或其它材料42。傳感器52包括差壓感測元件56，其帶有暴露至外部空氣壓力的第一側58以及暴露至穩態基準壓力的第二側60。在所示的實施例中，第一側58通過限定為穿過殼體部件22，26的通路50而暴露至外部空氣壓力。例如，感測元件56可操作地設置在管狀部件68內，管狀部件68插入通路50中。在特定實施例中，管狀部件68具有帶開口端部70的軸向長度，以便基本上完全延伸穿過殼體部件22，26，其中開口端部70與殼體部件22，26的外表面48基本上齊平。適合的粘合化合物或填料42的任何方式可用於在外表面48處圍繞管狀部件68密封，或沿通路50內的管狀部件68的整個軸向長度密封。如圖11中所示，在殼體部件22，26的外表面48上流動的入射空氣流90具有空氣壓力，空氣壓力針對感測元件56的第一側58起作用，如圖11中的箭頭91所示。
[0029]通路50還可填充有防風雨材料來保護壓力感測元件56。該材料可為通常不可壓縮的壓力傳遞介質，如基於矽樹脂的材料。
[0030]感測元件56的第二側60暴露至穩態基準壓力。在所示的實施例中，第二側60經由基準壓力導管72而與葉片的內腔40內的環境空氣處於流體連通。在所示的實施例中，該導管72可由管74限定，管74從本體54延伸，且具有通向內腔40的端部。如圖11中所示，管74具有相對的端部，其通向本體54，使得本體54的內部空間處於內腔40內的環境空氣壓力。管狀部件68的相對端部71也與本體54的內部空間處於流體連通，且因此，感測元件56的第二側60暴露至相同的環境空氣壓力。
[0031]應當容易地認識到的是，圖10和圖11中所示的配置為可用於將穩態基準壓力供應至感測元件56同時還使感測元件56暴露至外部空氣壓力的任意數目的適合配置中的一者。本發明不限於圖10和圖11中所示的壓力傳感器52的特定配置。
[0032]在特定實施例中，壓力傳感器52操作為壓差應變探測器，其中由於外部壓力與內部穩態壓力之間的壓差造成的在感測元件56上引起的應變被探測，且用於生成指示外部空氣壓力的對應信號。在特定實施例中，傳感器52可為光纖應變探測器。使用光纖來探測施加到部件上的壓力造成的部件中的應變是本領域中已知的，且不必在本文中詳細描述。參照了美國專利第7，159，468號來用於描述可在本發明的實施例中使用的光纖壓差傳感器的各種實施例。
[0033]在另一個備選實施例中，壓力傳感器52可合併壓阻式壓力變換器，其中感測元件56為固定且密封在管狀部件68內的矽壓阻式部件。引線64將壓阻式感測構件56連接到本體54內的控制電路62。感測元件56可合併惠斯通電橋電路，其經由引線64將電阻信號作為感測元件56上引起的應變的函數而生成並傳送至控制電路62，應變由感測元件56的相對側上的外部空氣壓力和穩態基準壓力之間的壓差造成。控制電路62生成輸出信號,輸出信號經由信號導線80而被傳送，如上文所述。
[0034]可在根據上文所述的方面的壓力傳感器52中使用的壓阻式應變探測器可從中國崑山雙橋傳感器測控技術有限公司(Kunshan Shuangqiao Sensor MeasurementControlling C0., Ltd.0f China)獲得。
[0035]在備選實施例中，壓差傳感器52可為溫熱式風速計微流傳感器。這些類型的裝置通常用於低壓差的準確感測。這些類型的傳感器的示例可從加拿大微橋科技有限公司(Microbridge Technologies Canada, Inc)購得。
[0036]應當認識到的是，根據本發明的方面的壓力傳感器52不限於任何特定的操作原理。在某些實施例中，傳感器52為壓差傳感器，其具有適用於如本文所述的風輪機外部空氣壓力感測的探測範圍和準確度。還可使用其它類型的感測原理，包括流動傳感器、LVDT (線性可變差動變換器)探測器、電磁傳感器等。
[0037]如上文所述，根據本發明的方面的渦輪葉片16可包括以預定圖案布置在葉片的吸力側20或壓力側24中的一者或兩者上的多個壓力傳感器52。在圖2中，葉片的吸力側20和壓力側24繪製為用於具有由散列標記的基準線98指示的全長的葉片16。在該特定實施例中，壓力傳感器52的全翼弦方向區間100位於沿葉片的縱軸線104的四個分離的地點處。在繪出的實施例中，第一翼弦方向區間100位於從根部32起14米(m)處。下一個翼弦方向區間100位於21米處。第三翼弦方向區間100位於28米處。最終的翼弦方向區間100位於從根部32起33米處。各個翼弦方向區間100配置為相對於翼弦軸線102成一偏斜角。在所示的實施例中，如圖2中所示，該偏斜為大約十五度。應當容易認識到的是，沿縱軸線104的翼弦方向區間100的地點可取決於葉片尺寸、配置、空氣動力輪廓等而變化。翼弦方向區間100可位於與外部壓力監測特別相關的葉片16上的各種位置或地點處。還應當認識到的是，翼弦方向區間100不限於相應的區間內的傳感器52的任何特定布置或圖案。
[0038]在圖2的實施例中，翼弦方向區間100認作是〃完整的〃，其中各個區間100均包括設置成以便基本上監測從相應的葉片表面20，24的前緣28至後緣30的壓力的多個壓力傳感器。全翼弦方向區間100可分布在葉片16的限定的區段上。例如，在圖3的實施例中，翼弦方向區間100沿對應於葉片16的外部(鄰近末端34)三分之一的軸向區段的縱向區段106間隔開。在圖4的實施例中，縱向區段106主要集中在葉片的末端34處。
[0039]在圖5的實施例中，翼弦方向區間100的縱向區段106分布在葉片16的內部三分之一軸向區段上。
[0040]在圖6的實施例中，翼弦方向區間100的縱向區段106分布在葉片16的中間三分之一軸向區段上。應當認識到的是，縱向區段106包括區段內的翼弦方向區間100的任何分布。例如，葉片的內部四分之一的軸向區段被三分之一的軸向區段包含。同樣，圖4中繪出的葉片末端縱向區段106包含在圖3的外部三分之一的軸向區段內。
[0041]壓力傳感器52也可在葉片表面上分布在小於全翼弦方向區間100中。例如，參看圖8和圖9，指示了部分翼弦方向區間100。在圖8的實施例中，部分翼弦方向區間100配置在吸力側殼體部件22的前緣28處。附加的部分翼弦方向區間100配置在壓力側殼體部件26的後緣30處。應當認識到的是，部分翼弦方向區間可不同地定位。例如，圖8中的配置可為相反的，使得前緣部分翼弦方向區間100配置在壓力側殼體部件26上，且後緣區間100配置在吸力側殼體部件22上。同樣，參看圖9，前緣部分翼弦方向區間100可配置在兩個殼體部件22，26的前緣28處，且配置在兩個殼體部件的後緣30處。
[0042]圖12至圖14繪出了用於將穩態基準壓力供應至獨立壓力傳感器52的各種配置。在圖12的實施例中，配置在殼體部件22的前緣處的壓力傳感器52共用通向內腔40的公共集管76。同樣，離後緣較近的殼體部件22上的壓力傳感器52共用不同的公共基準集管76。沿相對的殼體部件26的傳感器52也具有不同的相應公共基準集管76。出於結構和製造考慮，公共基準集管76未經過抗剪腹板36。
[0043]在圖13的實施例中，抗剪腹板36的一側上的所有壓力傳感器52共用公共基準集管76，而抗剪腹板36的相對側上的所有壓力傳感器52共用不同的相應公共集管76。
[0044]在圖14的實施例中，各個獨立壓力傳感器52均包括獨立的基準壓力導管72，如上文所述，導管72可為管狀部件，管狀部件具有通向內腔40的一個端部，且然後與傳感器本體相對且連通。
[0045]圖15和圖16示出了風輪機葉片16的備選實施例，其中壓差傳感器52利用葉片16的相對側處的外部空氣壓力作為基準壓力。參看圖15，配置在吸力側殼體部件22上的傳感器52包括基準壓力導管72，其延伸經過葉片的內腔40，且與相對的壓力側殼體部件26的外部側處於流體連通，例如經由殼體部件26中的通路。例如，導管72的端部可與配置在限定為穿過殼體部件26的通路(例如，埠、管、通道等)處的連接器(未示出)匹配。作為備選，導管72可延伸經過此通路。同樣，配置在壓力側殼體部件26上的壓力傳感器52具有基準壓力導管72，其與相對的吸力側殼體部件22的外部側處於流體連通。相對的殼體部件上的基準壓力導管72的地點可廣泛地變化，且可為期望的壓差輪廓的函數。例如，基準壓力導管72的地點可計算出或憑經驗確定來產生特別是處於葉片的操作狀態的特定最佳基準壓力。
[0046]在圖16的實施例中，公共基準壓力集管76提供為用於吸力側殼體部件22上的壓力傳感器52,其中集管76與相對的壓力側殼體部件26的外部側處於流體連通。同樣，公共基準壓力集管76提供為用於壓力側殼體部件26上的壓力傳感器52，其中此類集管76與相對的吸力側殼體部件22的外部側處於流體連通。應當認識到的是，構想出基準壓力集管76的各種配置。
[0047]利用圖15的實施例，壓力傳感器52產生指示大致在葉片上的相同相關翼弦位置處的葉片16的相對側之間的壓差的信號。如所述，以上壓差不必限於相同的相關翼弦位置，且任何期望的基準壓力地點可在相對側殼體部件上使用。在圖16的實施例中，基準壓力在基準集管76與相對側殼體部件之間的連通點處獲取，其不必在與各個傳感器相同的相關翼弦地點處。該配置可提供用於某些控制、監測和測試功能的有用的壓差測量。
[0048]本發明還包含風輪機10(圖1)的任何配置，其中至少一個葉片16配置為帶有如上所述的本發明的獨特優點。
[0049]本發明還包含用於測量在風輪機葉片16的吸力側或壓力側(或吸力側和壓力側兩者)上流動的空氣的空氣壓力的各種方法實施例。該方法包括限定穿過殼體部件22，26的通路50，該通路50限定相應的吸力側20或壓力側24 (或兩側)。該通路50可在製造步驟期間限定為用於殼體部件，其中通路模製到殼體部件中。在備選實施例中，通路50可在後製造過程中形成在殼體部件中，其中通路50例如被鑽穿殼體部件。
[0050]該方法包括將壓差傳感器52設置成與通路50處於流體連通，使得沒有壓力傳感器52的部分延伸到殼體部件22，26的外表面48上。例如，壓力傳感器50可安裝到相應的殼體部件的內表面46上，使得配置成帶有壓力傳感器52的感測元件56暴露至經過通路50的外部空氣壓力。在特定實施例中，感測元件56設置在通路50內，例如，在插入通路50中的壓力傳感器52的管狀部件68內。
[0051]該方法包括提供感測元件56的相對的第二側60暴露至對應於葉片16的內腔40內的空氣壓力的穩態基準壓力。壓差傳感器52用於生成輸出信號，輸出信號指示外部空氣壓力。
[0052]如上文詳細所述，該方法還可包括將多個壓差傳感器52以限定圖案定位在葉片16的吸力側20和壓力側22的各個或兩者上。
[0053]所撰寫的說明書使用了示例來公開本發明，包括最佳模式，並也能夠使本領域的任何技術人員實踐發明，包括製造並使用任何裝置或系統且執行任何所合併的方法。本發明的可專利的範圍由權利要求限定，並可以包括本領域的技術人員想到的其他示例。如果這樣的其他示例具有與權利要求的字面語言沒有區別的結構要素，或者如果這樣的其他示例包括與權利要求的字面語言無實質區別的等同的結構元件，那麼，這樣的其他示例將在權利要求的範圍內。
【權利要求】
1.一種風輪機葉片，包括: 吸力側殼體部件和壓力側殼體部件，所述殼體部件沿前緣和後緣從根部連結到所述葉片的末端，且限定所述葉片的內腔；以及 壓力傳感器，其配置於所述吸力側殼體部件或所述壓力側殼體部件中的至少一者上， 所述壓力傳感器還包括: 本體，其安裝到所述內腔內的所述相應殼體部件的內表面； 感測元件，其具有經過所述相應殼體部件中的通路而暴露至外部空氣壓力的第一側，所述感測元件具有暴露至基準壓力的相對的第二側；以及 所述本體內的控制電路，其將可變輸出信號作為由所述感測元件經歷的所述外部空氣壓力與基準壓力之間的壓差的函數而生成。
2.根據權利要求1所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述壓力傳感器還包括管狀部件，其從所述本體延伸到所述相應殼體部件中的所述通路中，所述管狀部件具有與外部空氣壓力處於流體連通的開口端部，所述感測元件設置在所述管狀部件內。
3.根據權利要求2所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述管狀部件的所述開口端部與所述相應殼體部件的外表面基本上齊平。
4.根據權利要求2所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述相應殼體部件中的所述通路被預先形成，所述管狀部件插入所述通路中。
5.根據權利要求1所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述壓力傳感器還包括從所述本體延伸且與所述感測元件的所述相對的第二側處於流體連通的基準壓力導管，所述基準壓力導管與所述內腔內的環境空氣處於流體連通，使得所述基準壓力為所述內腔內的所述環境空氣。
6.根據權利要求1所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述壓力傳感器還包括從所述本體延伸且與所述感測元件的所述相對的第二側處於流體連通的基準壓力導管，所述基準壓力導管在相對的所述殼體部件處與外部空氣壓力處於流體連通，使得所述基準壓力為作用於所述相對的殼體部件上的所述外部空氣壓力。
7.根據權利要求6所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述基準壓力導管在限定的翼弦位置處與穿過所述相對的殼體部件的通路連通，以提供期望的基準壓力。
8.根據權利要求1所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述壓力傳感器與控制器有線連通或無線連通，所述控制器使用所述輸出信號來用於控制風輪機參數。
9.根據權利要求1所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述風輪機葉片還包括以預定圖案布置在所述吸力側殼體部件和所述壓力側殼體部件上的多個所述壓力傳感器。
10.根據權利要求9所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述圖案包括各個所述吸力側殼體部件和所述壓力側殼體部件上的多個間隔開的全翼弦方向區間，所述翼弦方向區間分布在以下一者上:所述葉片的整個軸向長度；內部1/3的軸向區段、中間1/3的軸向區段、或外部1/3的軸向區段。
11.根據權利要求9所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述圖案包括各個所述吸力側殼體部件和所述壓力側殼體部件上的多個間隔開的部分翼弦方向區間。
12.根據權利要求9所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述吸力側殼體部件和所述壓力側殼體部件上的所述壓力傳感器共用公共基準壓力集管。
13.根據權利要求9所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述吸力側殼體部件上的所述壓力傳感器共用公共基準壓力集管，並且所述壓力側殼體部件上的所述壓力傳感器共用單獨的公共基準壓力集管。
14.根據權利要求9所述的風輪機葉片，其特徵在於，所述風輪機葉片還包括配置成帶有與所述多個壓力傳感器連通的所述葉片的數據獲取終端，所述數據獲取終端配置成將對應於所述壓力傳感器輸出信號的信號傳送至葉片外的控制器。
15.—種風輪機,包括: 多個風輪機葉片， 所述風輪機葉片中的至少一者還包括: 吸力側殼體部件和壓力側殼體部件，所述殼體部件沿前緣和後緣從根部連結到所述葉片的末端，且限定所述葉片的內腔；以及 配置在所述吸力側殼體部件或所述壓力側殼體部件中的至少一者上的壓力傳感器， 所述壓力傳感器還包括: 本體，其安裝到所述內腔內的所述相應殼體部件的內表面； 感測元件，其具有經過所述相應殼體部件中的通路而暴露至外部空氣壓力的第一側，所述感測元件具有暴露至基準壓力的相對的第二側；以及 所述本體內的控制電路，其將可變的輸出信號作為由所述感測元件經歷的壓差的函數而生成。
16.根據權利要求 15所述的風輪機，其特徵在於，所述壓力傳感器還包括管狀部件，其從所述本體延伸到所述相應殼體部件中的所述通路中，所述管狀部件具有與外部空氣壓力處於流體連通的開口端部，所述感測元件設置在所述導管內。
17.根據權利要求16所述的風輪機，其特徵在於，所述壓力傳感器還包括從所述本體延伸且與所述感測元件的所述相對的第二側處於流體連通的基準壓力導管，所述基準壓力導管與所述內腔內的環境空氣處於流體連通，使得所述基準壓力為所述內腔內的所述環境空氣。
18.一種用於測量在風輪機葉片的吸力側或壓力側上流動的空氣的空氣壓力的方法，包括: 對穿過限定了所述相應吸力側或壓力側的殼體部件的通路進行限定； 將壓力傳感器設置成與所述通路處於流體連通，使得沒有所述壓力傳感器的部分延伸到所述殼體部件的外表面上，且所述壓力傳感器的感測元件構件的第一側經過所述通路而暴露至外部空氣壓力； 提供所述感測元件構件的相對的第二側來暴露至基準壓力；以及 從所述壓力傳感器生成指示所述外部空氣壓力的輸出信號。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括將所述基準壓力限定為所述葉片的內腔內的穩態環境空氣。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括將多個所述壓力傳感器以限定圖案定位在所述葉片的各個所述吸力側和所述壓力側上。
【文檔編號】F03D11/00GK103443454SQ201180069288
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2011年3月14日 優先權日:2011年3月14日
【發明者】熊偉, 鄭大年, 黃雄哲, 王京, J.夏 申請人:通用電氣公司