WO2013053575A2 - Arrangement and method for predicting a flow separation at a buoyancy profile of a wave power plant, and method for operating a wave power plant - Google Patents

Arrangement and method for predicting a flow separation at a buoyancy profile of a wave power plant, and method for operating a wave power plant Download PDF

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WO2013053575A2
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    • Y02E10/30Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient

Definitions

  • the present invention relates to an arrangement and a method for predicting a stall on a buoyancy profile of a wave power plant as well as an operating method for a wave power plant.
  • Wave power plants use the energy of ocean waves to generate electricity.
  • Newer design approaches use rotating units that convert the wave motion into a torque.
  • buoyancy profiles are used as coupling bodies, by means of which a buoyant moment is generated from the flowing wave, which can be converted into a rotational movement of a rotor.
  • Corresponding lift rotor are arranged for example on a crank mechanism. Due to a superimposed flow from the orbital flow of the wave motion and the self-rotation of the lift profiles on the crank drive, buoyancy forces on the lift rotors result, whereby a torque is introduced into the crank drive.
  • the buoyancy of a buoyancy profile can be changed by its angle of attack to the inflowing medium, for example air or water.
  • the buoyancy initially increases with increasing angle of attack until the stall occurs and the buoyancy force collapses. Maximum torque is therefore achieved with an angle of attack which is already close to the angle of attack which causes a stall.
  • Reliable control is indispensable, in particular, for such rotating wave power plants with buoyant rotors, since desynchronization of the rotor with the incoming water can lead to complete decoupling from the shaft as a result of a stall.
  • a required (re-) synchronization is complex, since the formation or adjustment of a corresponding buoyancy requires a certain amount of time.
  • manipulated variables are, in particular, the generator torque and the adjustment of the angle of attack of the buoyant bodies. This results in corresponding flow angle of the buoyancy bodies and a phase angle between turbine rotation and shaft movement.
  • the system should preferably be operated largely synchronously with the wave motion.
  • a control can then be carried out, which includes, for example, an adjustment or torsion of the lift profiles for adaptation to an oblique incident flow or a corresponding reorientation of the overall system.
  • a control can then be carried out, which includes, for example, an adjustment or torsion of the lift profiles for adaptation to an oblique incident flow or a corresponding reorientation of the overall system.
  • local differences in a buoyancy profile can not be recognized by the method disclosed therein.
  • the method does not permit statements about an impending or already occurring stall.
  • the present application proposes an arrangement and a method for predicting a stall on a lift profile of a wave power plant and an operating method for a wave power plant with the features of the independent claims.
  • Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
  • the invention proposes an arrangement with at least two pressure sensors arranged successively on an upper side of a lift profile in a chordwise direction.
  • the respective buoyancy behavior can be determined by suitable evaluation means (for example a computer or computer) and an emerging stall can be predicted.
  • suitable evaluation means for example a computer or computer
  • an emerging stall can be predicted.
  • statements without knowledge of the respective flow velocity can be made in comparison with the prior art, so that corresponding (additional) sensors can be dispensed with.
  • pressure sensors arranged at or near the front and rear edges of the lift profile are advantageous here.
  • a necessary criterion for a stall is a positive pressure gradient along the chordwise direction.
  • the pressure increases in the direction of the rear profile edge, which corresponds to an at least partial reversal of the flow direction at the rear profile edge due to a turbulent flow.
  • a corresponding arrangement also advantageously has at least two sets of pressure sensors arranged side by side in a profile longitudinal direction, each set comprising at least two pressure sensors arranged in the chordwise direction. This makes possible statements about a local distribution of the inflow patterns in the profile longitudinal direction. Overall, therefore, a network of pressure measuring points can be created on an upper side of a corresponding lift profile, which enables a local resolution with regard to the respectively prevailing wave states and flow conditions. Using a suitable control, it is therefore also possible to react locally to the respective conditions.
  • Such a reaction to the local conditions can be carried out in particular when using axially segmented lift profiles.
  • Such buoyancy profiles comprise individual profiles arranged next to one another, each of which can be adjusted independently of one another. The respective buoyancy can thus be adjusted individually.
  • a corresponding adaptation is also possible through the use of so-called flaps, ie lift flaps, which are subdivided over the length of a corresponding profile and thus can be set locally differently.
  • the corresponding pressure values are advantageously detected as pressure gradients or converted into pressure gradients. From this can be, for example, the Determine the position of a turnaround or a trailing edge between laminar and turbulent flow on an upper surface of the lift profile, as explained in more detail below in connection with Figure 2.
  • Corresponding wave power plants are typically operated in a Reynolds number range of 10 6 to 10 7 .
  • the transition point or the separation edge between laminar and turbulent flow is therefore in the front region of a corresponding lift profile, so that the probability of occurrence of a so-called laminar flow stall is low.
  • a laminar stall is present when a flowing medium separates laminar from the buoyancy profile.
  • transition point or the trailing edge for example on aircraft wings, is closer to the trailing edge of the profile, so-called “laminar separation bubbles" may occur, whereby the flow first breaks off from the profile, but later (ie in the direction of the profile trailing edge) again (turbulently ) Get in touch with this.
  • the measures proposed according to the invention preferably also include a control strategy that regulates a machine behavior corresponding to the present flow field.
  • appropriate countermeasures can be initiated. These include an adaptation of the generator torque and / or a change in the angle of attack of a lift profile. Further possible countermeasures include a change in the lever arm and / or a change in the blade geometry, for example by adjusting corresponding flaps.
  • the generator can also be operated as a drive to prevent stalling or to resynchronize a desynchronized rotor with the oncoming wave or to prevent desynchronization in the first place. Other drive mechanisms, such as assistive motors, are also usable.
  • Rotor blades of wind turbines generally have a profile that changes in the longitudinal direction of the wing (so-called skewed wings), since the flow conditions along a wing change greatly due to the large radial extent of the wings.
  • a wing is usually optimized for a high-speed number (ie a ratio of wind speed to rotor peripheral speed), which can not be achieved at high wind speeds. The wing is thus limited due to its structural conditions with respect to the maximum speed.
  • the buoyancy body preferably oriented substantially parallel to the rotor axis.
  • the axis of the wave power plant is not oriented substantially perpendicular to the wave propagation direction or the current is not uniform for other reasons, then different angles of incidence arise along the wing extension, which can lead to a different detachment behavior. With several rows of sensors, such a misalignment of the machine can be detected and suitable countermeasures for adjusting the alignment can be initiated.
  • a large part of the energy of a corresponding wave should be absorbed via at least one buoyancy profile.
  • a corresponding regulation of a wave power station requires unattainably high lift values for absorption of energy from the sea wave, which would lead to a stall.
  • the generator torque could instead be reduced for such an operating case.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of pressure distribution patterns on a buoyancy profile impinged by a medium.
  • FIG. 2 is a schematic representation of a developing stall on a buoyancy profile surrounded by a medium.
  • Figure 3 shows arrangements according to particularly preferred embodiments of the invention in a schematic representation.
  • FIG. 1 shows, as part of a wave power plant (not shown), a buoyancy profile 1 which is impinged in the direction of the arrow (flow direction H) by a flowing medium 2, in the case of a wave power station water.
  • the medium strikes the buoyancy profile 1 at a front edge 11 of the buoyancy profile 1.
  • the point of impact is also referred to as stagnation point and is explained in more detail in connection with FIG.
  • the medium 2 flows around the buoyancy profile 1, whereby due to the pressure forces building up on the underside of the buoyancy profile and a suction that builds up on the upper side of the buoyancy profile 1, a buoyancy L is produced.
  • At least one buoyancy profile 1 is arranged on a crank drive, which is arranged by a caused by the lift L moment in rotation (rotation axis largely horizontal or largely vertical and transverse to the wave propagation direction) is added.
  • the illustration of Figure 1 corresponds to a steady flow without stall.
  • Each of the total buoyancy L resulting pressure contributions / Saugbeiträge I are symbolized in the form of force vectors.
  • the buoyancy profile 1 is inclined with its chord C by an angle ⁇ against a flow direction H.
  • a trailing edge of the lift profile 1 is designated by 12. The resulting flow on the profile results from a superposition of the orbital flow of the water particles in a wave motion and the proper motion of the buoyancy profile.
  • FIG. 2 shows in the views 201 to 204 buoyancy profiles at different angles of attack ⁇ of a buoyancy profile 1.
  • a medium 2 flows around the buoyancy profile 1.
  • the direction of flow is indicated by an arrow 2 '.
  • the medium 2 is accumulated.
  • the medium 2 flows around the buoyancy profile 1 on the top and bottom sides completely laminar.
  • the point of transition U increasingly shifts from a trailing edge of the buoyancy profile 1 to a leading edge.
  • a steeper adjustment of the lift profile 1 increases the total lift L despite a further forward shifting point U and thus a reduced proportion of a laminar flow on the upper side of the lift profile 1.
  • a so-called stall occurs, as a result of which the lift L abruptly decreases sharply.
  • multichromatic wave states are frequently to be observed in the actual operation of wave power plants which, in addition to a temporal change, can also change over the longitudinal extent of a buoyancy profile, ie perpendicular to the plane of the paper of FIG.
  • different effective angles of attack ⁇ can also be observed here.
  • the turbulence situation and thus the position of the transition points U are not uniform in a wave power plant.
  • a turbulent flow may occur, while at other locations the flow of the medium 2 remains laminar, which to a certain extent may even be acceptable.
  • buoyancy profiles 1 according to particularly preferred embodiments of the invention are shown schematically in partial perspective view.
  • a medium 2 flows from a direction of flow 2 'the profile and meets at a front edge 1 1 on this.
  • the profile 1 flowing around the medium is illustrated.
  • arrow 2 symbolizes a laminar flowing medium, it will be understood that the invention is particularly suitable for detecting turbulent flows.
  • a pressure gradient can be determined along the chordwise direction, that is to say along a direction which corresponds to a chord of the lift profile 1.
  • a first pressure gradient is determined in a first angle of attack ⁇ between a pressure sensor 3 arranged on the front edge side and a pressure sensor 3 arranged on the rear edge side, and this changes significantly or exceeds a threshold value at a second angle of attack a, for example at a steeper angle of attack, (in particular in FIG a suitable evaluation means, such as a computer unit 4 or a computer) be concluded that possibly the Umschlagstician U has moved accordingly and an impending stall is to be feared.
  • additional sensors in the middle region of the lift profile can be used to achieve an improved measurement resolution.
  • At least two pressure sensors are arranged in chordwise direction at several points of the lift profile 1 in order to determine the pressure distribution and thus the flow behavior locally resolved. This is particularly advantageous in the case of locally adjustable buoyancy profiles, since an optimum flow without stall can thus be ensured for each buoyancy profile section.
  • 3b illustrates a buoyancy profile 1 in which two sets 3 ', 3 "are provided by pressure sensors 3 and arranged one after the other in a chordwise direction on the buoyancy profile
  • Corresponding pressure sensor sets can, for example, be arranged at locations on a profile top at which a point of transition U is expected.
  • the pressure sensor sets 3 ', 3 " can also be arranged in several rows on the buoyancy profile 1, so that Here, too, can achieve a three-dimensional stall detection.
  • pressure sensors can be arranged over the entire width (ie in the chordwise direction) of a lift profile, a particular advantage results if corresponding sensors are arranged in the rear area (essentially between the center line and the rear edge) of a lift Profiles 1 are arranged, since here, as mentioned, the probability of a stall is highest.
  • chord direction the speech, hereunder the direction between the so-called profile nose, with which it is usually oriented in the direction of the inflowing medium, understood in the direction of the profile trailing edge.
  • sensors are shown arranged “one behind the other” along the chordwise direction, this does not necessarily require a strictly linear arrangement along the chordal direction.
  • all arrangements are moreover included in which at least one of the corresponding
  • the “profile longitudinal direction” designates the direction of the greatest longitudinal extent and is usually parallel to the leading and trailing edge and perpendicular to the chord direction.
  • the “centerline” runs in the middle between the leading and trailing edges.

Abstract

The invention proposes an arrangement for predicting a flow separation at a buoyancy profile (1) of a wave power plant, against which water (2) flows, in which at least two pressure sensors (3) which are arranged behind one another in a profile chord direction on a top side of the buoyancy profile (1) are provided and can be used to determine at least one first pressure and one second pressure exerted on the buoyancy profile (1) by the water (2), and in which evaluation means are provided and are set up to determine a flow state from the at least first and second pressures.

Description

Anordnung und Verfahren zur Vorhersage eines Strömungsabrisses an einem Auftriebsprofil eines Wellenkraftwerks und Betriebsverfahren für  Arrangement and method for predicting a stall on a buoyancy profile of a wave power plant and method of operation for
Wellenkraftwerk  Wave power station
Beschreibung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung und ein Verfahren zur Vorhersage eines Strömungsabrisses an einem Auftriebsprofil eines Wellenkraftwerks sowie ein Betriebsverfahren für ein Wellenkraftwerk. The present invention relates to an arrangement and a method for predicting a stall on a buoyancy profile of a wave power plant as well as an operating method for a wave power plant.
Stand der Technik State of the art
Wellen kraftwerke nutzen die Energie von Meereswellen zur Gewinnung elektrischen Stromes. Neuere Konstruktionsansätze verwenden dabei rotierende Einheiten, die die Wellenbewegung in ein Drehmoment wandeln. An diesen kommen unter anderem Auftriebsprofile als Kopplungskörper zum Einsatz, mittels derer aus der anströ- menden Welle ein Auftriebsmoment erzeugt wird, das in eine Rotationsbewegung eines Läufers umsetzbar ist. Entsprechende Auftriebsläufer sind beispielsweise an einem Kurbeltrieb angeordnet. Durch eine überlagerte Anströmung aus der Orbitalströmung der Wellenbewegung und der Eigendrehung der Auftriebsprofile an dem Kurbeltrieb ergeben sich Auftriebskräfte an den Auftriebsläufern, wodurch ein Dreh- moment in den Kurbeltrieb eingeleitet wird. Wave power plants use the energy of ocean waves to generate electricity. Newer design approaches use rotating units that convert the wave motion into a torque. Amongst others, buoyancy profiles are used as coupling bodies, by means of which a buoyant moment is generated from the flowing wave, which can be converted into a rotational movement of a rotor. Corresponding lift rotor are arranged for example on a crank mechanism. Due to a superimposed flow from the orbital flow of the wave motion and the self-rotation of the lift profiles on the crank drive, buoyancy forces on the lift rotors result, whereby a torque is introduced into the crank drive.
Der Auftrieb eines Auftriebsprofils kann über dessen Anstellwinkel zum anströmenden Medium, beispielsweise Luft oder Wasser, verändert werden. Der Auftrieb nimmt dabei, wie unten zu Figur 2 näher erläutert, mit zunehmendem Anstellwinkel zu- nächst zu, bis es zum Strömungsabriss kommt und die Auftriebskraft zusammenbricht. Ein maximales Drehmoment wird daher mit einem Anstellwinkel erzielt, der bereits nahe dem Anstellwinkel liegt, der einen Strömungsabriss verursacht. Insbesondere für derartige rotierende Wellenkraftwerke mit Auftriebsläufern ist eine zuverlässige Regelung unerlässlich, da eine Desynchronisation der Läufer mit dem anströmenden Wasser durch einen Strömungsabriss zu einer vollständigen Entkopp- lung von der Welle führen kann. Eine hierdurch erforderliche (Re-)Synchronisierung ist komplex, da die Ausbildung bzw. Einstellung eines entsprechenden Auftriebs eine gewisse Zeit benötigt. Hierdurch wird ein selbstständiges Anlaufen im instationären (nicht stationären) Strömungsfeld erschwert. Es besteht die Gefahr, dass der sich ausbildende Auftrieb noch nicht ausreicht, um die Anlage aufzusynchronisieren, also anlaufen zu lassen, es jedoch aufgrund der Änderung der Strömungsbedingungen bereits wieder zu einem Strömungsabriss kommt. Bei einer desynchronisierten Anlage können ferner Kraftkombinationen wirken, die zu deutlich höheren Belastungen von Anlagenkomponenten und zu einem Aufschwingen der Gesamtanlage führen können. The buoyancy of a buoyancy profile can be changed by its angle of attack to the inflowing medium, for example air or water. As explained below in greater detail with respect to FIG. 2, the buoyancy initially increases with increasing angle of attack until the stall occurs and the buoyancy force collapses. Maximum torque is therefore achieved with an angle of attack which is already close to the angle of attack which causes a stall. Reliable control is indispensable, in particular, for such rotating wave power plants with buoyant rotors, since desynchronization of the rotor with the incoming water can lead to complete decoupling from the shaft as a result of a stall. A required (re-) synchronization is complex, since the formation or adjustment of a corresponding buoyancy requires a certain amount of time. As a result, an independent start in the unsteady (non-stationary) flow field is made more difficult. There is a risk that the buoyancy that is developing is not yet sufficient to synchronize the system, ie to start it up, but due to the change of the flow conditions it already comes to a stall again. In a desynchronized system also force combinations can act, which can lead to significantly higher loads on system components and a swinging up of the entire system.
Insbesondere aufgrund der multichromatischen Wellenzustände von Meereswellen ist es notwendig, eine entsprechende Anlage derart zu steuern und/oder zu regeln, dass das Auftriebsprofil stets optimal angeströmt und möglichst nahe seinem Wandlungsoptimum betrieben wird. Hierdurch kann eine maximale Energieausbeute erzielt werden. Stellgrößen sind hierbei insbesondere das Generatormoment und die Verstellung des Anstellwinkels der Auftriebskörper. Hieraus ergeben sich entsprechende Anströmwinkel an den Auftriebskörpern und ein Phasenwinkel zwischen Anlagendrehung und Wellenbewegung. Bei der vorliegenden Erfindung soll die Anlage vorzugsweise weitgehend synchron zur Wellenbewegung betrieben werden. In particular, because of the multichromatic wave states of ocean waves, it is necessary to control and / or regulate a corresponding system in such a way that the buoyancy profile is always optimally flown and operated as close as possible to its conversion optimum. As a result, a maximum energy yield can be achieved. In this case, manipulated variables are, in particular, the generator torque and the adjustment of the angle of attack of the buoyant bodies. This results in corresponding flow angle of the buoyancy bodies and a phase angle between turbine rotation and shaft movement. In the present invention, the system should preferably be operated largely synchronously with the wave motion.
Eine besondere Schwierigkeit ergibt sich daraus, dass die jeweiligen Anströmwinkel und -geschwindigkeiten über die Längserstreckung eines Auftriebsprofils (also im Wesentlichen quer zur Strömungsrichtung) in realen Wellensituationen nicht einheitlich sind, die Form eines Auftriebsprofils sich jedoch umgekehrt entlang seiner Längserstreckung in der Regel nicht ändert. Die sich ergebenden Strömungsbedingungen unterscheiden sich daher, wie unten näher erläutert, beispielsweise fundamental von jenen bei Windkraftwerken. In der US 7,686,583 B2 wird vorgeschlagen, einen Anströmwinkel eines ein Auftriebsprofil anströmenden Fluids auf Grundlage eines gemessenen Auftriebs in Verbindung mit der Strömungsgeschwindigkeit zu bestimmen. Hierzu sind unterschiedli- che Messmittel, darunter Drucksensoren, vorgesehen. Auf dieser Grundlage kann dann eine Regelung vorgenommen werden, die beispielsweise eine Verstellung oder Torsion der Auftriebsprofile zur Anpassung an eine schräge Anströmung oder eine entsprechende Neuausrichtung der Gesamtanlage umfasst. Insbesondere lokale Unterschiede an einem Auftriebsprofil lassen sich durch das dort offenbarte Verfahren jedoch nicht erkennen. Das Verfahren erlaubt ferner keine Aussagen über einen bevorstehenden oder bereits eingetretenen Strömungsabriss. A particular difficulty arises from the fact that the respective flow angles and velocities over the longitudinal extent of a buoyancy profile (ie substantially transversely to the flow direction) are not uniform in real wave situations, but the shape of a buoyancy profile does not change in reverse along its longitudinal extent as a rule. The resulting flow conditions therefore differ fundamentally from those in wind power plants, as explained in greater detail below. It is proposed in US Pat. No. 7,686,583 B2 to determine an angle of attack of a fluid flowing on a buoyancy profile on the basis of a measured buoyancy in connection with the flow velocity. For this purpose, different measuring means, including pressure sensors, are provided. On this basis, a control can then be carried out, which includes, for example, an adjustment or torsion of the lift profiles for adaptation to an oblique incident flow or a corresponding reorientation of the overall system. However, local differences in a buoyancy profile can not be recognized by the method disclosed therein. Furthermore, the method does not permit statements about an impending or already occurring stall.
Es besteht daher weiterhin der Bedarf nach verbesserten Möglichkeiten zum Betrieb eines Wellenkraftwerks, insbesondere zur Vorhersage eines Strömungsabrisses. There is therefore still a need for improved possibilities for operating a wave power plant, in particular for predicting a stall.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Vor diesem Hintergrund schlägt die vorliegende Anmeldung eine Anordnung und ein Verfahren zur Vorhersage eines Strömungsabrisses an einem Auftriebsprofil eines Wellen kraftwerks sowie ein Betriebsverfahren für ein Wellenkraftwerk mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vor. Bevorzugte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung. Against this background, the present application proposes an arrangement and a method for predicting a stall on a lift profile of a wave power plant and an operating method for a wave power plant with the features of the independent claims. Preferred embodiments are subject of the dependent claims and the following description.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die Erfindung schlägt eine Anordnung mit wenigstens zwei an einer Oberseite eines Auftriebsprofils in einer Profilsehnenrichtung hintereinander angeordneten Drucksensoren vor. Durch geeignete Auswertemittel (bspw. eine Recheneinheit bzw. Computer) kann das jeweilige Auftriebsverhalten bestimmt und ein sich abzeichnender Strömungsabriss vorhergesagt werden. Im Vergleich zum Stand der Technik können hierbei Aussagen ohne Kenntnis der jeweiligen Strömungsgeschwindigkeit getroffen werden, so dass auf entsprechende (zusätzliche) Sensoren verzichtet werden kann. Insbesondere sind hierbei an oder nahe der Vorder- und der Hinterkante des Auftriebsprofils angeordnete Drucksensoren vorteilhaft. The invention proposes an arrangement with at least two pressure sensors arranged successively on an upper side of a lift profile in a chordwise direction. The respective buoyancy behavior can be determined by suitable evaluation means (for example a computer or computer) and an emerging stall can be predicted. In this case, statements without knowledge of the respective flow velocity can be made in comparison with the prior art, so that corresponding (additional) sensors can be dispensed with. In particular, pressure sensors arranged at or near the front and rear edges of the lift profile are advantageous here.
Ein notwendiges Kriterium für einen Strömungsabriss ist ein positiver Druckgradient entlang der Profilsehnenrichtung. Der Druck wird in Richtung der hinteren Profilkante größer, was einer zumindest teilweisen Umkehrung der Strömungsrichtung an der hinteren Profilkante aufgrund eines turbulenten Flusses entspricht. Mit Hilfe der mindestens zwei Drucksensoren kann die Entwicklung einer derartigen Druckverteilung zuverlässig sensiert werden. A necessary criterion for a stall is a positive pressure gradient along the chordwise direction. The pressure increases in the direction of the rear profile edge, which corresponds to an at least partial reversal of the flow direction at the rear profile edge due to a turbulent flow. With the help of the at least two pressure sensors, the development of such a pressure distribution can be reliably sensed.
Eine entsprechende Anordnung weist ferner vorteilhafterweise wenigstens zwei in einer Profillängsrichtung nebeneinander angeordnete Sätze von Drucksensoren auf, wobei jeder Satz wenigstens zwei in Profilsehnenrichtung angeordneten Drucksensoren umfasst. Hierdurch werden Aussagen über eine lokale Verteilung der Anström- muster in der Profillängsrichtung möglich. Insgesamt kann daher auf einer Oberseite eines entsprechenden Auftriebsprofils ein Netz von Druckmessstellen geschaffen werden, das eine lokale Auflösung hinsichtlich der jeweils vorherrschenden Wellenzustände und Strömungsbedingungen ermöglicht. Unter Verwendung einer geeigneten Regelung kann daher auch lokal auf die jeweiligen Gegebenheiten reagiert wer- den. A corresponding arrangement also advantageously has at least two sets of pressure sensors arranged side by side in a profile longitudinal direction, each set comprising at least two pressure sensors arranged in the chordwise direction. This makes possible statements about a local distribution of the inflow patterns in the profile longitudinal direction. Overall, therefore, a network of pressure measuring points can be created on an upper side of a corresponding lift profile, which enables a local resolution with regard to the respectively prevailing wave states and flow conditions. Using a suitable control, it is therefore also possible to react locally to the respective conditions.
Eine derartige Reaktion auf die lokalen Gegebenheiten kann insbesondere bei Verwendung axial segmentierter Auftriebsprofilen erfolgen. Derartige Auftriebsprofile umfassen nebeneinander angeordnete Einzelprofile, die jeweils unabhängig zuein- ander verstellt werden können. Der jeweilige Auftrieb kann damit individuell ange- passt werden. Eine entsprechende Anpassung ist auch durch die Verwendung von sogenannten Flaps, also Auftriebsklappen, möglich, welche über die Länge eines entsprechenden Profils hinweg unterteilt sind und somit lokal unterschiedlich eingestellt werden können. Such a reaction to the local conditions can be carried out in particular when using axially segmented lift profiles. Such buoyancy profiles comprise individual profiles arranged next to one another, each of which can be adjusted independently of one another. The respective buoyancy can thus be adjusted individually. A corresponding adaptation is also possible through the use of so-called flaps, ie lift flaps, which are subdivided over the length of a corresponding profile and thus can be set locally differently.
Die entsprechenden Druckwerte werden vorteilhafterweise als Druckgradienten er- fasst bzw. in Druckgradienten umgerechnet. Hieraus lässt sich beispielsweise die Position eines Umschlagpunkts oder einer Abrisskante zwischen laminarer und turbulenter Strömung auf einer Oberseite des Auftriebsprofils ermitteln, wie unten im Zusammenhang mit Figur 2 näher erläutert. Entsprechende Wellenkraftwerke werden typischerweise in einem Reynoldszahlen- bereich von 106 bis 107 betrieben. Der Umschlagspunkt bzw. die Abrisskante zwischen laminarer und turbulenter Strömung befindet sich daher im vorderen Bereich eines entsprechenden Auftriebsprofils, so dass die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens eines sogenannten laminaren Strömungsabrisses gering ist. Ein laminarer Stromungsabriss liegt dann vor, wenn sich ein strömendes Medium laminar strömend von dem Auftriebsprofil trennt. Liegt der Umschlagspunkt bzw. die Abrisskante dagegen, wie beispielsweise bei Flugzeugflügeln, näher an der Profilhinterkante, kann es zu sogenannten "laminaren Separation Bubbles" kommen, wobei die Strömung zunächst vom Profil abreißt, jedoch später - also in Richtung der Profilhinterkante - wieder (turbulent) Kontakt mit diesem erhält. The corresponding pressure values are advantageously detected as pressure gradients or converted into pressure gradients. From this can be, for example, the Determine the position of a turnaround or a trailing edge between laminar and turbulent flow on an upper surface of the lift profile, as explained in more detail below in connection with Figure 2. Corresponding wave power plants are typically operated in a Reynolds number range of 10 6 to 10 7 . The transition point or the separation edge between laminar and turbulent flow is therefore in the front region of a corresponding lift profile, so that the probability of occurrence of a so-called laminar flow stall is low. A laminar stall is present when a flowing medium separates laminar from the buoyancy profile. If, on the other hand, the transition point or the trailing edge, for example on aircraft wings, is closer to the trailing edge of the profile, so-called "laminar separation bubbles" may occur, whereby the flow first breaks off from the profile, but later (ie in the direction of the profile trailing edge) again (turbulently ) Get in touch with this.
Aufgrund der genannten Gegebenheiten in Wellenkraftwerken kann daher eine sichere Bestimmung eines (bevorstehenden) Strömungsabrisses über die Bestimmung der Lage des Umschlagspunkts bzw. der Abrisskante erfolgen. Due to the conditions mentioned in wave power plants, therefore, a reliable determination of an (imminent) stall can be made via the determination of the position of the transfer point or the spoiler edge.
Mittels der vorgeschlagenen Druckmessung ist es ferner möglich, die Längsausrichtung eines Profils gegenüber einer Wellenbewegung zu erkennen und gegebenenfalls hierauf zu reagieren. Eine weitere Maßnahme, die in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein kann, ist die Messung der Oberflächenreibung an einem Auftriebsprofil (sogenannte Skin Fricti- on). Am Umschlagspunkt findet, wie erwähnt, ein Umschlag der Strömungsgeschwindigkeit in Form einer Strömungsumkehr (Reverse Flow) statt. An dieser Stelle erreicht daher der Strömungsgeschwindigkeitsgradient den Wert Null und die Ober- flächenreibung verschwindet. Durch eine Messung der Änderung der Oberflächenreibung in Profiltiefenrichtung lässt sich daher die Lage des Umschlagspunkts abschätzen und durch eine Regelung beeinflussen. Zur Messung der Oberflächenrei- bung können beispielsweise entsprechend ausgebildete Scherkraftsensoren oder sogenannte Biegebälkchen verwendet werden. By means of the proposed pressure measurement, it is also possible to detect the longitudinal alignment of a profile with respect to a wave motion and, if appropriate, to react thereto. Another measure which may be advantageous in this context is the measurement of the surface friction on a buoyancy profile (so-called skin friction). At the transfer point, as mentioned, an envelope of the flow velocity takes the form of a reverse flow (reverse flow). At this point, therefore, the flow velocity gradient reaches zero and the surface friction disappears. By measuring the change in the surface friction in the profile depth direction, it is therefore possible to estimate the position of the transition point and to influence it by a regulation. For measuring the surface friction For example, appropriately trained shear force sensors or so-called bending trabeculae can be used.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagenen Maßnahmen umfassen bevorzugterweise auch eine Regelstrategie, die ein Maschinenverhalten in Entsprechung zum vorliegenden Strömungsfeld regelt. Für den Fall, dass über die Sensoren ein sich ankündigender Stromungsabriss detektiert wird, können entsprechende Gegenmaßnahmen eingeleitet werden. Dazu gehören unter anderem eine Anpassung des Generatormoments und/oder eine Veränderung eines Anstellwinkels eines Auftriebsprofils. Weitere mögliche Gegenmaßnahmen umfassen eine Änderung des Hebelarms und/oder eine Änderung der Flügelgeometrie, beispielsweise durch Verstellung entsprechender Klappen (Flaps). Darüber hinaus kann der Generator auch als Antrieb betrieben werden, um einen Stromungsabriss zu verhindern oder um einen desynchronisierten Läufer mit der anströmenden Welle zu resynchronisieren bzw. um eine Desynchronisation überhaupt erst zu verhindern. Andere Antriebsmechanismen, beispielsweise unterstützende Motoren, sind ebenfalls einsetzbar. The measures proposed according to the invention preferably also include a control strategy that regulates a machine behavior corresponding to the present flow field. In the event that an announcing stall is detected via the sensors, appropriate countermeasures can be initiated. These include an adaptation of the generator torque and / or a change in the angle of attack of a lift profile. Further possible countermeasures include a change in the lever arm and / or a change in the blade geometry, for example by adjusting corresponding flaps. In addition, the generator can also be operated as a drive to prevent stalling or to resynchronize a desynchronized rotor with the oncoming wave or to prevent desynchronization in the first place. Other drive mechanisms, such as assistive motors, are also usable.
Wie bereits erwähnt, sind die Strömungsbedingungen bei einem Wellenkraftwerk signifikant unterschiedlich zu den (aerodynamischen) Bedingungen bei einer Wind- kraftanlage. Rotorflügel von Windkraftanlagen weisen in der Regel ein Profil auf, das sich in Längsrichtung des Flügels ändert (sogenannte Skewed Wings), da sich aufgrund der großen radialen Erstreckung der Flügel die Strömungsverhältnisse entlang eines Flügels stark ändern. Ein Flügel wird hierbei in der Regel für eine Schnelllaufzahl (also ein Verhältnis von Windgeschwindigkeit zu Rotorumfangsgeschwindigkeit) optimiert, die bei hohen Windgeschwindigkeiten nicht erreicht werden kann. Der Flügel ist somit aufgrund seiner konstruktiven Gegebenheiten hinsichtlich der Maximaldrehzahl limitiert. Bei Rotoren von Windkraftanlagen besteht daher die potentielle Gefahr eines Strömungsabrisses bei hohen Windgeschwindigkeiten, da der Anströmwinkel an der Blattwurzel (an der nabenseitigen Seite eines Rotorblatts) sehr groß wird. Bei Windkraftanlagen erfolgt eine Messung von Drücken allenfalls an einer Blattspitze in Längsrichtung, um die Bildung einer sogenannten Wirbelschleppe an der Blattspitze zu bestimmen und zu optimieren. Im Gegensatz zur Windkraftanlage sind bei der Wellenenergiewandlungsanlage die Auftriebskörper vorzugsweise weitgehend parallel zur Rotorachse orientiert. Dadurch ergibt sich hier - bei uniformer Wellencharakteristik - eine gleichförmige Anstromung über die gesamte Flügelerstre- ckung. Ist die Achse des Wellenkraftwerks nicht weitgehend senkrecht zur Wellen- ausbreitungsrichtung ausgerichtet oder die Anstromung aus sonstigen Gründen nicht uniform, so ergeben sich entlang der Flügelerstreckung unterschiedliche Anströmwinkel, die zu einem unterschiedlichen Ablöseverhalten führen können. Mit mehreren Sensorreihen kann eine derartige Fehlausrichtung der Maschine detektiert werden und es können geeignete Gegenmaßnahmen zur Anpassung der Ausrichtung einge- leitet werden. As already mentioned, the flow conditions at a wave power plant are significantly different to the (aerodynamic) conditions in a wind power plant. Rotor blades of wind turbines generally have a profile that changes in the longitudinal direction of the wing (so-called skewed wings), since the flow conditions along a wing change greatly due to the large radial extent of the wings. A wing is usually optimized for a high-speed number (ie a ratio of wind speed to rotor peripheral speed), which can not be achieved at high wind speeds. The wing is thus limited due to its structural conditions with respect to the maximum speed. In rotors of wind turbines, therefore, there is the potential risk of stalling at high wind speeds, as the angle of attack at the blade root (on the hub side of a rotor blade) is very large. In wind turbines, a measurement of pressures at most on a blade tip in the longitudinal direction, to determine the formation of a so-called wake turbulence at the blade tip and optimize. Unlike the wind turbine are in the wave energy conversion system, the buoyancy body preferably oriented substantially parallel to the rotor axis. As a result, with uniform wave characteristic, a uniform energization over the entire blade strain occurs. If the axis of the wave power plant is not oriented substantially perpendicular to the wave propagation direction or the current is not uniform for other reasons, then different angles of incidence arise along the wing extension, which can lead to a different detachment behavior. With several rows of sensors, such a misalignment of the machine can be detected and suitable countermeasures for adjusting the alignment can be initiated.
Im Idealfall soll im Sinne einer maximalen Energieausbeute in einem Wellenkraftwerk ein Großteil der Energie einer entsprechenden Welle über mindestens ein Auftriebsprofil absorbiert werden. Aufgrund der vorgeschlagenen Maßnahmen kann insbe- sondere verhindert werden, dass eine entsprechende Regelung eines Wellenkraftwerks unerreichbar hohe Auftriebswerte für eine Absorption von Energie aus der Meereswelle anfordert, die zu einem Strömungsabriss führen würde. Um eine Syn- chronizität zu gewährleisten könnte für einen derartigen Betriebsfall stattdessen beispielsweise das Generatormoment reduziert werden. Ideally, in order to achieve maximum energy yield in a wave power plant, a large part of the energy of a corresponding wave should be absorbed via at least one buoyancy profile. On the basis of the proposed measures, in particular it can be prevented that a corresponding regulation of a wave power station requires unattainably high lift values for absorption of energy from the sea wave, which would lead to a stall. In order to ensure a synchronicity, for example, the generator torque could instead be reduced for such an operating case.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung. Further advantages and embodiments of the invention will become apparent from the description and the accompanying drawings.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläu- ternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. It is understood that the features mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the present invention.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben. Figurenbeschreibung The invention is illustrated schematically with reference to an embodiment in the drawing and will be described in detail below with reference to the drawing. figure description
Figur 1 zeigt Druckverteilungsmuster an einem von einem Medium angeströmten Auftriebsprofil in schematischer Darstellung. FIG. 1 shows a schematic representation of pressure distribution patterns on a buoyancy profile impinged by a medium.
Figur 2 zeigt einen sich entwickelnden Strömungsabriss an einem von einem Medium umströmten Auftriebsprofil in schematischer Darstellung. FIG. 2 is a schematic representation of a developing stall on a buoyancy profile surrounded by a medium.
Figur 3 zeigt Anordnungen gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung in schematischer Darstellung. Figure 3 shows arrangements according to particularly preferred embodiments of the invention in a schematic representation.
Figur 1 zeigt als Teil eines Wellenkraftwerks (nicht gezeigt) ein Auftriebsprofil 1 , das in Pfeilrichtung (Strömungsrichtung H) von einem strömenden Medium 2, im Fall eines Wellenkraftwerks Wasser, angeströmt wird. Das Medium trifft an einer Vorder- kante 1 1 des Auftriebsprofils 1 auf das Auftriebsprofil 1 . Der Auftreffpunkt wird auch als Stagnationspunkt bezeichnet und ist im Zusammenhang mit der Figur 2 näher erläutert. Das Medium 2 umströmt das Auftriebsprofil 1 , wodurch aufgrund der sich unterseitig des Auftriebsprofils aufbauenden Druckkräfte und eines sich oberseitig des Auftriebsprofils 1 aufbauenden Sogs insgesamt ein Auftrieb L zu Stande kommt Bei einem bevorzugten Wellenkraftwerk ist mindestens ein Auftriebsprofil 1 an einer Kurbeltrieb angeordnet, der durch ein durch den Auftrieb L verursachtes Moment in Rotation (Rotationsachse weitgehend horizontal oder weitgehend vertikal und quer zur Wellenausbreitungsrichtung) versetzt wird. Die Darstellung der Figur 1 entspricht einer stationären Strömung ohne Strömungsabriss. Die jeweils den Gesamtauftrieb L ergebenden Druckbeiträge/Saugbeiträge I sind in Form von Kräftevektoren symbolisiert. Das Auftriebsprofil 1 ist mit seiner Profilsehne C um einen Winkel α gegen eine Strömungsrichtung H geneigt. Eine Hinterkante des Auftriebsprofils 1 ist mit 12 bezeichnet. Dabei ergibt sich am Profil die re- sultierende Anströmung aus einer Überlagerung der Orbitalströmung der Wasserpartikel in einer Wellenbewegung und der Eigenbewegung des Auftriebsprofils. Figur 2 zeigt in den Ansichten 201 bis 204 Auftriebsprofile bei unterschiedlichen Anstellwinkeln α eines Auftriebsprofils 1 . Wie in Figur 1 umströmt ein Medium 2 das Auftriebsprofil 1 . Die Anströmrichtung ist mit einem Pfeil 2' angegeben. An einem Stagnationspunkt S wird das Medium 2 angestaut. Bei ausreichend geringem An- Stellwinkel α umströmt das Medium 2 das Auftriebsprofil 1 ober- und unterseitig vollständig laminar. Wie erwähnt, ergeben sich aufgrund der an einem Auftriebsprofil eines Wellenkraftwerks vorliegenden Reynoldszahlen spezifische Strömungsbedingungen. FIG. 1 shows, as part of a wave power plant (not shown), a buoyancy profile 1 which is impinged in the direction of the arrow (flow direction H) by a flowing medium 2, in the case of a wave power station water. The medium strikes the buoyancy profile 1 at a front edge 11 of the buoyancy profile 1. The point of impact is also referred to as stagnation point and is explained in more detail in connection with FIG. The medium 2 flows around the buoyancy profile 1, whereby due to the pressure forces building up on the underside of the buoyancy profile and a suction that builds up on the upper side of the buoyancy profile 1, a buoyancy L is produced. In a preferred wave power plant, at least one buoyancy profile 1 is arranged on a crank drive, which is arranged by a caused by the lift L moment in rotation (rotation axis largely horizontal or largely vertical and transverse to the wave propagation direction) is added. The illustration of Figure 1 corresponds to a steady flow without stall. Each of the total buoyancy L resulting pressure contributions / Saugbeiträge I are symbolized in the form of force vectors. The buoyancy profile 1 is inclined with its chord C by an angle α against a flow direction H. A trailing edge of the lift profile 1 is designated by 12. The resulting flow on the profile results from a superposition of the orbital flow of the water particles in a wave motion and the proper motion of the buoyancy profile. FIG. 2 shows in the views 201 to 204 buoyancy profiles at different angles of attack α of a buoyancy profile 1. As in FIG. 1, a medium 2 flows around the buoyancy profile 1. The direction of flow is indicated by an arrow 2 '. At a stagnation point S, the medium 2 is accumulated. With a sufficiently low setting angle α, the medium 2 flows around the buoyancy profile 1 on the top and bottom sides completely laminar. As mentioned, due to the Reynolds numbers present on a buoyancy profile of a wave power plant, specific flow conditions result.
In der Ansicht 201 ergibt sich aufgrund des flachen Anstellwinkels α eine nahezu vollständig laminare Strömung. Lediglich an der Hinterkante des Auftriebsprofils ergeben sich gegebenenfalls geringfügige Turbulenzen. Der Punkt an der Oberseite eines Auftriebsprofils, an dem die Strömung von einem laminaren in einen turbulenten Zustand übergeht, wird auch als Umschlagspunkt U bezeichnet. In view 201 results due to the flat angle of attack α almost completely laminar flow. Only at the trailing edge of the buoyancy profile may there be slight turbulence. The point at the top of a lift profile where the flow transitions from a laminar to a turbulent state is also referred to as a transition point U.
Bei zunehmendem Anstellen des Auftriebsprofils 1 , wie in den Ansichten 202 bis 204 veranschaulicht, verlagert sich der Umschlagspunkt U zunehmend von einer Hinterkante des Auftriebsprofils 1 zu einer Vorderkante. In einem gewissen Umfang erhöht eine steilere Anstellung des Auftriebsprofils 1 den Gesamtauftrieb L trotz eines weiter nach vorne verlagerten Umschlagspunktes U und damit einer verringerten Anteils einer laminaren Strömung oberseitig des Auftriebsprofils 1 . Ab einem bestimmten Anstellwinkel a, wie in Ansicht 204 veranschaulicht, kommt es zu einem sogenannten Strömungsabriss, aufgrund dessen sich der Auftrieb L schlagartig stark verringert. Für den Fachmann ist offensichtlich, dass neben einer Veränderung der Anstellung eines entsprechenden Auftriebsprofils 1 auch die Veränderung von Strömungsgeschwindigkeiten eines Mediums 2 relativ zu einer Geschwindigkeit eines Auftriebsprofils 1 oder eines Moments, das einem anströmenden Medium 2 durch ein Auftriebsprofil entgegengebracht wird, signifikante Einflüsse auf die Position eines Um- Schlagspunkts U und/oder den Zeitpunkt eines Strömungsabrisses haben kann. Bei geringeren Strömungsgeschwindigkeiten kann gegebenenfalls ein noch steilerer An- Stellwinkel α des Auftriebsprofils 1 toleriert werden, wohingegen bei raschen Anströmgeschwindigkeiten eine flachere Profilstellung erforderlich ist. As the buoyancy profile 1 increases, as illustrated in views 202 through 204, the point of transition U increasingly shifts from a trailing edge of the buoyancy profile 1 to a leading edge. To a certain extent, a steeper adjustment of the lift profile 1 increases the total lift L despite a further forward shifting point U and thus a reduced proportion of a laminar flow on the upper side of the lift profile 1. From a certain angle of attack a, as illustrated in view 204, a so-called stall occurs, as a result of which the lift L abruptly decreases sharply. For a person skilled in the art is obvious that in addition to a change in the employment of a corresponding buoyancy profile 1 and the change of flow velocities of a medium 2 relative to a speed of a buoyancy profile 1 or a moment, which is an incoming medium 2 counteracted by a buoyancy profile, significant influences on the Position of a Umschlagpunkt U and / or the time of a stall may have. At lower flow rates, an even steeper Adjustment angle α of the lift profile 1 are tolerated, whereas at low flow velocities a flatter profile position is required.
Wie erläutert, sind im realen Betrieb von Wellenkraftwerken häufig multichromatische Wellenzustände zu beobachten, die sich neben einer zeitlichen Änderung auch über die Längserstreckung eines Auftriebsprofils, also senkrecht zu der Papierebene der Figur 2, verändern können. Neben unterschiedlichen Anströmgeschwindigkeiten sind hierbei auch unterschiedliche effektive Anstellwinkel α zu beobachten. Entlang der Längserstreckung eines Auftriebsprofils 1 sind in einem Wellenkraftwerk daher die Turbulenzsituation und damit die Position der Umschlagspunkte U nicht gleichmäßig. Daher kommt es gegebenenfalls an einer Längsposition des Auftriebsprofils 1 zu einer turbulenten Strömung, während an anderer Stelle die Strömung des Mediums 2 laminar bleibt, was in gewissem Umfang sogar akzeptabel sein kann. In den Teilfiguren 3a und 3b der Figur 3 sind jeweils Auftriebsprofile 1 gemäß besonders bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung schematisch in teilperspektivischer Ansicht dargestellt. Ein Medium 2 strömt aus einer Anströmrichtung 2' das Profil an und trifft an einer Vorderkante 1 1 auf dieses. Mittels Pfeil 2 ist das das Profil 1 umströmende Medium veranschaulicht. Wenngleich Pfeil 2 ein laminar strömendes Medium symbolisiert, wird verstanden werden, dass die Erfindung insbesondere auch zur Erfassung turbulenter Strömungen geeignet ist. Auf der Oberseite des Auftriebsprofils 1 sind in Figur 3a zwei Reihen 31 , 32 von Drucksensoren 3 angeordnet. Durch die Drucksensoren 3 lässt sich ein Druckgradient entlang der Profilsehnenrichtung, das heißt entlang einer Richtung die einer Profilsehne des Auftriebsprofils 1 entspricht, bestimmen. Wird beispielsweise in einem ersten Anstellwinkel α zwischen einem vorderkantenseitig angeordneten Drucksensor 3 und einem hinterkantenseitig angeordneten Drucksensor 3 ein erster Druckgradient bestimmt, und verändert sich dieser bei einem zweiten Anstellwinkel a, beispielsweise bei einem steileren Anstellwinkel, signifikant oder übersteigt einen Schwellwert, kann (insbesondere in einem geeigneten Auswertemittel, wie z.B. einer Recheneinheit 4 oder einem Computer) darauf geschlossen werden, dass sich möglicherweise der Umschlagspunkt U entsprechend verlagert hat und ein bevorstehender Strömungsabriss zu befürchten ist. Durch zusätzliche Sensoren im mittleren Bereich des Auftriebsprofils kann darüber hinaus eine verbesserte Messauflösung erreicht werden. As explained, multichromatic wave states are frequently to be observed in the actual operation of wave power plants which, in addition to a temporal change, can also change over the longitudinal extent of a buoyancy profile, ie perpendicular to the plane of the paper of FIG. In addition to different flow velocities, different effective angles of attack α can also be observed here. Along the longitudinal extent of a buoyancy profile 1, therefore, the turbulence situation and thus the position of the transition points U are not uniform in a wave power plant. Thus, at some longitudinal position of the lift profile 1, a turbulent flow may occur, while at other locations the flow of the medium 2 remains laminar, which to a certain extent may even be acceptable. In the subfigures 3a and 3b of Figure 3 respectively buoyancy profiles 1 according to particularly preferred embodiments of the invention are shown schematically in partial perspective view. A medium 2 flows from a direction of flow 2 'the profile and meets at a front edge 1 1 on this. By means of arrow 2, the profile 1 flowing around the medium is illustrated. Although arrow 2 symbolizes a laminar flowing medium, it will be understood that the invention is particularly suitable for detecting turbulent flows. On the upper side of the lift profile 1, two rows 31, 32 of pressure sensors 3 are arranged in FIG. By means of the pressure sensors 3, a pressure gradient can be determined along the chordwise direction, that is to say along a direction which corresponds to a chord of the lift profile 1. If, for example, a first pressure gradient is determined in a first angle of attack α between a pressure sensor 3 arranged on the front edge side and a pressure sensor 3 arranged on the rear edge side, and this changes significantly or exceeds a threshold value at a second angle of attack a, for example at a steeper angle of attack, (in particular in FIG a suitable evaluation means, such as a computer unit 4 or a computer) be concluded that possibly the Umschlagspunkt U has moved accordingly and an impending stall is to be feared. In addition, additional sensors in the middle region of the lift profile can be used to achieve an improved measurement resolution.
Sind, wie in Figur 3a dargestellt, mehrere Reihen 31 , 32 an Drucksensoren 3 entlang einer Längserstreckung des Auftriebsprofils 1 vorgesehen, kann auch auf lokale Gegebenheiten, wie sie, wie erwähnt, in realen Wellensituationen auftreten können, Rücksicht genommen werden. If, as shown in FIG. 3a, a plurality of rows 31, 32 are provided on pressure sensors 3 along a longitudinal extent of the lift profile 1, consideration can also be given to local conditions, as may be mentioned, in real shaft situations.
In einer Ausführungsform sind also an mehreren Stellen des Auftriebsprofils 1 jeweils mindestens zwei Drucksensoren in Profilsehnenrichtung angeordnet, um die Druckverteilung und damit das Strömungsverhalten lokal aufgelöst zu bestimmen. Dies ist insbesondere im Fall von lokal verstellbaren Auftriebsprofilen vorteilhaft, da so für jeden Auftriebsprofilabschnitt eine optimale Anströmung ohne Strömungsabriss sichergestellt werden kann. In one embodiment, in each case at least two pressure sensors are arranged in chordwise direction at several points of the lift profile 1 in order to determine the pressure distribution and thus the flow behavior locally resolved. This is particularly advantageous in the case of locally adjustable buoyancy profiles, since an optimum flow without stall can thus be ensured for each buoyancy profile section.
Insgesamt lassen sich damit also dreidimensional Druckgradienten erfassen, und daher verbesserte Aussagen bezüglich einer Strömungsabrisssituation treffen. Overall, therefore, three-dimensional pressure gradients can thus be detected, and therefore improved statements regarding a stall situation can be made.
In Figur 3b ist ein Auftriebsprofil 1 veranschaulicht, bei dem zwei Sätze 3', 3" von Drucksensoren 3 vorgesehen und in einer Profilsehnenrichtung hintereinander auf dem Auftriebsprofil angeordnet sind. Durch die jeweils zwei Drucksensoren lässt sich mit hoher lokaler Auflösung ein Druckunterschied erfassen, so dass sehr präzise auf mögliche Strömungsabrisssituationen reagiert werden kann. Entsprechende Drucksensorsätze können beispielsweise an Orten auf einer Profiloberseite angeordnet sein, an denen ein Umschlagspunkt U erwartet wird. Auch die Drucksensorsätze 3', 3" können in mehreren Reihen auf dem Auftriebsprofil 1 angeordnet sein, so dass sich auch hier eine dreidimensionale Strömungsabrissfassung erzielen lässt. 3b illustrates a buoyancy profile 1 in which two sets 3 ', 3 "are provided by pressure sensors 3 and arranged one after the other in a chordwise direction on the buoyancy profile Corresponding pressure sensor sets can, for example, be arranged at locations on a profile top at which a point of transition U is expected.The pressure sensor sets 3 ', 3 "can also be arranged in several rows on the buoyancy profile 1, so that Here, too, can achieve a three-dimensional stall detection.
Wenngleich, wie in den Figuren 3a und 3b veranschaulicht, Drucksensoren über die gesamte Breite (d.h. in Profilsehnenrichtung) eines Auftriebsprofils angeordnet sein können, ergibt sich ein besonderer Vorteil, wenn entsprechende Sensoren im hinteren Bereich (im Wesentlichen zwischen Mittellinie und Hinterkante) eines Auftriebs- profils 1 angeordnet sind, da hier, wie erwähnt, die Wahrscheinlichkeit für einen Strömungsabriss am höchsten ist. Although, as illustrated in FIGS. 3 a and 3 b, pressure sensors can be arranged over the entire width (ie in the chordwise direction) of a lift profile, a particular advantage results if corresponding sensors are arranged in the rear area (essentially between the center line and the rear edge) of a lift Profiles 1 are arranged, since here, as mentioned, the probability of a stall is highest.
Ist im Rahmen dieser Anmeldung von einer "Profilsehnenrichtung" die Rede, sei hierunter die Richtung zwischen der sogenannten Profilnase, mit der es in der Regel in Richtung des anströmenden Mediums orientiert wird, in Richtung der Profilhinterkante verstanden. Sind Sensoren als "hintereinander" entlang der Profilsehnenrichtung angeordnet angegeben, erfordert dies nicht notwendigerweise eine streng lineare Anordnung entlang der Profilsehnenrichtung. Von dieser Formulierung seien viel- mehr alle Anordnungen umfasst, in denen wenigstens einer der entsprechendenIs in the context of this application of a "chord direction" the speech, hereunder the direction between the so-called profile nose, with which it is usually oriented in the direction of the inflowing medium, understood in the direction of the profile trailing edge. When sensors are shown arranged "one behind the other" along the chordwise direction, this does not necessarily require a strictly linear arrangement along the chordal direction. Of this formulation, all arrangements are moreover included in which at least one of the corresponding
Sensoren näher zu einer Profilvorderkante und wenigstens ein weiterer Sensor näher zur Profilhinterkante angeordnet ist. Die "Profillängsrichtung" bezeichnet die Richtung der größten Längserstreckung und liegt in der Regel parallel zur Vorder- und Hinterkante sowie lotrecht zur Profilsehnenrichtung. Die "Mittellinie" verläuft in der Mitte zwischen Vorder- und Hinterkante. Sensors closer to a profile leading edge and at least one further sensor is arranged closer to the profile trailing edge. The "profile longitudinal direction" designates the direction of the greatest longitudinal extent and is usually parallel to the leading and trailing edge and perpendicular to the chord direction. The "centerline" runs in the middle between the leading and trailing edges.

Claims

Ansprüche claims
1 . Anordnung zur Vorhersage eines Strömungsabrisses an einem von Wasser (2) angeströmten Auftriebsprofil (1 ) eines Wellenkraftwerks, gekennzeichnet durch wenigstens zwei an einer Oberseite des Auftriebsprofils (1 ) in einer Profilsehnenrichtung hintereinander angeordnete Drucksensoren (3), mittels derer wenigstens ein erster und wenigstens ein zweiter von dem Wasser (2) auf das Auftriebsprofil (1 ) ausgeübter Druck bestimmbar ist, und Auswertemittel (4), die zur Bestimmung eines Strömungszustands aus einem Unterschied zwischen dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Druck eingerichtet sind. 1 . Arrangement for predicting a stall on a buoyancy profile (1) of a wave power plant which is streamed by water (2), characterized by at least two pressure sensors (3) arranged successively in a chordwise direction on an upper side of the buoyancy profile (1), by means of which at least one first and at least one second pressure exerted by the water (2) on the buoyancy profile (1) can be determined, and evaluation means (4) which are set up to determine a flow state from a difference between the at least one first and the at least one second pressure.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , die wenigstens zwei in einer Profillängsrichtung nebeneinander angeordnete Reihen (31 , 32) von Drucksensoren mit jeweils wenigs- tens zwei in der Profilsehnenrichtung hintereinander angeordneten Drucksensoren (3) aufweist. 2. Arrangement according to claim 1, which has at least two in a profile longitudinal direction juxtaposed rows (31, 32) of pressure sensors each having at least two in the chordwise direction successively arranged pressure sensors (3).
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, bei der wenigstens ein Drucksensor (3) in der Nähe einer Vorderkante (1 1 ) des Auftriebsprofils (1 ) angeordnet ist und/oder we- nigstens ein Drucksensor (3) in der Nähe einer Hinterkante (12) des Auftriebsprofils (1 ) angeordnet ist und/oder wenigstens zwei Drucksensoren (3) in der Nähe der Hinterkante (12) des Auftriebsprofils (1 ) angeordnet sind. 3. Arrangement according to claim 1 or 2, wherein at least one pressure sensor (3) in the vicinity of a front edge (1 1) of the lift profile (1) is arranged and / or at least one pressure sensor (3) in the vicinity of a trailing edge ( 12) of the buoyancy profile (1) is arranged and / or at least two pressure sensors (3) in the vicinity of the trailing edge (12) of the buoyancy profile (1) are arranged.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei der die Auswertemit- tel (4) zur Bestimmung wenigstens eines Druckgradienten aus dem wenigstens einen ersten und dem wenigstens einen zweiten Druck eingerichtet sind. 4. Arrangement according to one of the preceding claims, wherein the evaluation means (4) are arranged for determining at least one pressure gradient from the at least one first and the at least one second pressure.
5. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, die Mittel zur Messung einer Oberflächenreibung an einer Oberfläche des Auftriebsprofils (1 ) aufweist. 5. Arrangement according to one of the preceding claims, comprising means for measuring a surface friction on a surface of the buoyancy profile (1).
6. Verfahren zur Vorhersage eines Strömungsabrisses an einem von Wasser (2) angeströmten Auftriebsprofil (1 ) eines Wellenkraftwerks, das umfasst, wenigstens zwei Drücke, die von dem Wasser (2) auf eine Oberseite des Auftriebsprofils (1 ) ausgeübt werden, an unterschiedlichen Stellen entlang einer Profilsehnenrichtung, insbesondere mittels wenigstens zweier Drucksensoren (3) einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, zu erfassen und auf Grundlage der wenigstens zwei Drücke, insbesondere mittels der Auswertemittel einer Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, einen existierenden oder bevorstehenden Strömungs- abriss zu bestimmen. 6. A method for predicting a stall on one of water (2) flowed up buoyancy profile (1) of a wave power plant comprising, at least two pressures exerted by the water (2) on an upper side of the lift profile (1), at different points along a chord direction, in particular by means of at least two pressure sensors (3) of an arrangement according to any one of the preceding claims, and on the basis of at least two pressures, in particular by means of the evaluation means of an arrangement according to one of the preceding claims, to determine an existing or forthcoming flow outline.
7. Verfahren nach Anspruch 6, das umfasst, wenigstens einen Druckgradienten zwischen den wenigstens zwei Drücken zu bestimmen, den wenigstens einen Druckgradienten mit einem vorgegebenen Druckgradientenschwellwert zu vergleichen, und zu bestimmen, dass ein Strömungsabriss bevorsteht, wenn der wenigstens eine Druckgradient den Druckgradientenschwellwert übersteigt. 7. The method of claim 6, including determining at least one pressure gradient between the at least two pressures, comparing the at least one pressure gradient with a predetermined pressure gradient threshold, and determining that a stall is imminent if the at least one pressure gradient exceeds the pressure gradient threshold.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, das umfasst, die Position zumindest eines Umschlagpunkts (U) auf einer Oberseite des Auftriebsprofils (1 ) und/oder eine Ausrichtung des Auftriebsprofils (1 ) gegenüber einer Wellenbewegung zu ermitteln. 8. The method according to claim 6 or 7, comprising determining the position of at least one turnover point (U) on an upper side of the lift profile (1) and / or an alignment of the lift profile (1) with respect to a wave motion.
9. Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst, jeweils Druckunterschiede zwischen in wenigstens einer Reihe auf der Oberseite des Auftriebsprofils in der Profilsehnenrichtung angeordneten Drucksensoren (3) zu bestimmen, wobei die Position des Umschlagpunkts (U) als zwischen den Drucksensoren (3) liegend ermittelt wird, zwischen denen der größte Druckunterschied bestimmt wird. 9. The method according to claim 8, which comprises in each case to determine pressure differences between pressure sensors (3) arranged in at least one row on the upper side of the lift profile in the chordwise direction, wherein the position of the turnup point (U) is determined to lie between the pressure sensors (3) between which the greatest pressure difference is determined.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Oberflächenreibung des Auftriebsprofils gemessen und daraus der Umschlagspunkt bestimmt wird. 10. The method of claim 8 or 9, wherein the surface friction of the buoyancy profile is measured and from the transition point is determined.
1 1 . Verfahren zum Betrieb eines Wellenkraftwerks, das das Vorhersagen eines Strömungsabrisses mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 6 bis 10 umfasst und bei dem, wenn ein Strömungsabriss vorhergesagt wird, ein Anstellwinkel (a) wenigstens eines Auftriebsprofils (1 ) und/oder ein Generatormoment des Wellen- kraftwerks verändert und/oder das Wellenkraftwerk mittels eines Generators zumindest zeitweise motorisch betrieben wird. 1 1. A method of operating a wave power plant comprising predicting a stall by a method according to any one of claims 6 to 10 and wherein, when a stall is predicted, an angle of attack (a) of at least one lift profile (1) and / or generator torque of the shaft - changed power plant and / or the wave power plant by means of a generator at least temporarily operated by a motor.
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