風(fēng)力渦輪機葉片和相關(guān)的制造方法
【專利摘要】用于風(fēng)力渦輪機（101）的轉(zhuǎn)子的葉片（104a、104b、104c、108、201），所述葉片包括：設(shè)有用以容納加熱元件的載體表面的葉片本體元件（218）；電傳導(dǎo)性的、細(xì)長的和基本上為平面的加熱元件（110、120、122、124、126、128、130、132、208、208a、208b），該加熱元件設(shè)置在載體表面上以基本上沿著葉片的至少前緣（108a）分別縱向地延伸葉片長度的優(yōu)選地至少大約50%、更優(yōu)選地至少大約60%以及最優(yōu)選地至少大約70%；電力供應(yīng)導(dǎo)體元件（112a、112b、212、212a、212b），位于加熱元件的一個端部處，導(dǎo)體元件基本上在加熱元件的兩側(cè)上延伸超過加熱元件的寬度并且電連接到其上；及接頭結(jié)構(gòu)，包括至少一個電傳導(dǎo)接頭元件（114a、114b、214）并且基本上在加熱元件的兩側(cè)上覆蓋電導(dǎo)體元件的延伸超過加熱元件的寬度的部分，其中所述葉片優(yōu)選地基本上在加熱元件的兩個端部處包含有所述電導(dǎo)體元件和接頭結(jié)構(gòu)的情況。提供一種對應(yīng)的制造方法。
【專利說明】風(fēng)力渦輪機葉片和相關(guān)的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]一般地本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機。特別地，本發(fā)明涉及通過加熱防止并減少風(fēng)力渦輪機葉片的結(jié)冰。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)大氣中的水滴在接觸的物體上凝固時，發(fā)生大氣結(jié)冰。例如，在航空器方面，冰可以增大機翼失速的風(fēng)險。因此，冰積聚應(yīng)當(dāng)被盡可能早地和可靠地檢測。例如，具有振蕩(振動)傳感元件的機電探針可以被設(shè)置在航空器的鼻部，于是在其上累積的冰導(dǎo)致取決于冰層的厚度的振蕩頻率的變化。監(jiān)測振蕩頻率用于估計冰的數(shù)量。
[0003]作為另一個使用場景，風(fēng)電場的風(fēng)力渦輪機可以被轉(zhuǎn)子葉片上的冰嚴(yán)重地影響。葉片可能破裂并且生產(chǎn)效率可能大大地降低。由于質(zhì)量和空氣動力學(xué)失衡和由冰引起的摩擦，渦輪機的總的磨損也可以增大，已經(jīng)提議將前述的振蕩探針引入到風(fēng)力渦輪機的吊艙中，因此可以使用要求在轉(zhuǎn)子葉片上增加特別的傳感器的各種基于電容、電阻和電感的探測器。此外，已經(jīng)提出了不同的光學(xué)傳感器，這些光學(xué)傳感器基于例如來自于表面的光反射的變化而監(jiān)測在傳感器表面上積聚的冰。
[0004]為了防止或者減小結(jié)冰，已經(jīng)提出了一些防結(jié)冰或者除冰過程(比如加熱或者微波激勵過程)，以防止、減小或者減慢冰積聚在預(yù)定表面上?？梢酝ㄟ^向目標(biāo)區(qū)域吹熱空氣或者其他氣體、集中加熱的導(dǎo)線、其他元件或者例如液體、液體循環(huán)系統(tǒng)、而實現(xiàn)加熱。對于防結(jié)冰應(yīng)用，目標(biāo)區(qū)域可以包括防冰涂層，例如，比如硅涂料。
[0005]用以防止結(jié)冰的許多已知的設(shè)備至少在某些類型的工作條件下仍然經(jīng)受可靠性、效率和/或安全性問題。
[0006]例如，在航空和風(fēng)電場的情況下，需要的加熱能力在數(shù)量上可以是大約10kW/m2。如果待被加熱的目標(biāo)表面和應(yīng)用的加熱元件之間的連接是不適當(dāng)?shù)牟⑶页龉收?，則該表面和該元件兩者都可能由于過熱而被損壞。
[0007]在一些場景中，諸如導(dǎo)線或者例如金屬化纖維的極其薄的金屬導(dǎo)體已經(jīng)被層壓在環(huán)氧樹脂中并且被設(shè)置到目標(biāo)表面上。但是，由于由各種潛在因素(比如重復(fù)的彎曲或者層壓層之間的水分，其容易導(dǎo)致加熱故障，比如不能忽略的加熱減小或者加熱完全停止，另一方面，導(dǎo)致過熱的風(fēng)險)導(dǎo)致的疲勞，使得這些設(shè)備及易產(chǎn)生機械破損。此外，在不犧牲關(guān)于其厚度、重量、翼型等等的一些設(shè)計要求的情況下，目前的解決方案是極其復(fù)雜的，用以設(shè)置在目標(biāo)表面(比如轉(zhuǎn)子葉片)上。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，目的是減輕還沒有令人滿意地被當(dāng)前加熱設(shè)置解決的上文中描述的一個或者多個問題，以及提供用于加熱目標(biāo)表面(比如轉(zhuǎn)子葉片的表面、飛機機翼或者仍可能暴露于結(jié)冰條件下的一些其他易損壞的、冰敏感表面)的可行替換。
[0009]該目的通過根據(jù)本發(fā)明的適于用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子的葉片的實施例和相關(guān)的制造方法實現(xiàn)。
[0010]因此，本發(fā)明的一個方面中，一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子的葉片包括:
[0011]-葉片本體元件，葉片本體元件可選地包括比如玻璃纖維增強復(fù)合材料的玻璃纖維，葉片本體元件包括用以容納加熱元件的載體表面；
[0012]-電傳導(dǎo)性的、細(xì)長的和優(yōu)選為平面的加熱元件，優(yōu)選地是包括比如碳纖維板或者類似物的元件的碳纖維，加熱元件被設(shè)置在載體表面上以基本上沿著葉片的至少前緣分別縱向地延伸葉片的長度的優(yōu)選地至少大約50%、更優(yōu)選地至少大約60%以及最優(yōu)選地至少大約70% ；
[0013]-電力供應(yīng)導(dǎo)體元件,導(dǎo)體元件位于細(xì)長的加熱元件的一個端部處,導(dǎo)體元件基本上在加熱元件的兩側(cè)上延伸超過加熱元件的寬度并且電連接到加熱元件上；以及
[0014]-接頭結(jié)構(gòu)，接頭結(jié)構(gòu)包括至少一個電傳導(dǎo)接頭元件并且在加熱元件的兩側(cè)上基本覆蓋電導(dǎo)體元件的延伸超過加熱元件的寬度的部分。
[0015]優(yōu)選地存在至少兩個前述的導(dǎo)體元件和可選地也存在至少兩個接頭結(jié)構(gòu)，在加熱元件的每個端部處存在兩者中的一個以使電流能流過該元件并進(jìn)行相關(guān)的加熱?？商鎿Q地，除了優(yōu)選的導(dǎo)體元件和/或接頭結(jié)構(gòu)之外，具有不同配置的導(dǎo)體和/或接頭結(jié)構(gòu)可以被分別應(yīng)用(例如)在每個端部處。
[0016]形成接頭結(jié)構(gòu)或者被至少包含在接頭結(jié)構(gòu)中的接頭元件可以是限定了例如兩個層(加熱元件的每側(cè)上一個)的多部分元件。該部分中的至少兩個可以被連接到一起。接頭元件(或連接元件)因此可以是單個(或整體)元件，比如具有兩個或者多個像半“u” 一樣的整體部分的“u”形元件，或者比如被中間材料分隔開的層的多個接頭元件可以被用在接頭結(jié)構(gòu)中。接頭元件或者它們中的多個可以進(jìn)一步限定至少四個層，加熱元件的每側(cè)上兩層，優(yōu)選地導(dǎo)體元件部分在它們之間。接頭元件可以被彎曲以便沿著導(dǎo)體元件和/或加熱元件的兩側(cè)延伸。
[0017]一個實施例中，加熱元件實際上可以基本上是平面的并且?guī)в欣缁旧蠟榫匦蔚幕蛘邫E圓形的形狀。它可以是薄板或者薄板狀。此外或者可替換地，它可以是包括沿著葉片長度和/或?qū)挾冗B續(xù)定位的多個部分的復(fù)合或者“聚集”元件。該部分可以通過之間的導(dǎo)體電接合到一起。
[0018]此外，在垂直方向上，加熱元件可以包括多個部分，比如具有可能不同的特性(t匕如材料和/或材料成分方向)的層。該層可以已經(jīng)被層壓到一起。優(yōu)選地，導(dǎo)體元件的一部分可以在該層之間延伸。加熱元件包括電傳導(dǎo)性材料，比如適合的碳纖維或者石墨纖維。
[0019]在另一個(或者附加的或者可替換的)實施例中，與葉片的根部相比，加熱元件可以位于更靠近尖端之處。一些實施例中，加熱元件可以被沿著尖端彎曲并且基本上沿著其形狀。例如，彎曲的加熱元件可以從葉片的前緣延伸到后緣和/或從葉片的抽吸側(cè)延伸到壓力側(cè)。
[0020]在另外的(或者附加的或者可替換的)實施例中，加熱元件可以具有至少一個錐形端部。例如，加熱元件可以朝向尖端變窄。
[0021]在另外的(或者附加的或者可替換的)實施例中，導(dǎo)體元件可以是細(xì)長的或者至少包括細(xì)長的部分。它可以包括帶或者線(例如，圓柱形線)結(jié)構(gòu)。
[0022]一些實施例中，導(dǎo)體元件可以包括具有節(jié)點和至少兩個分支的分開部分，以使得能夠?qū)⒃撛O(shè)置在加熱元件的兩側(cè)(頂部/底部)上。一個分支可以位于一側(cè)上并且至少另外的分支位于相對側(cè)上。此外或者可替換地，元件可以包括多個分離的子元件，比如可以獨立地指向加熱元件的任一側(cè)的導(dǎo)體線。例如，元件也可以包括電纜或者用公用的護(hù)套在連接區(qū)域之外共同地接收(比如集中)并且隔離一些比如絞線的子元件的其他聚集結(jié)構(gòu)。
[0023]在一些其他的(補充的或者可替換的)實施例中，導(dǎo)體元件(比如單根導(dǎo)線)可以被彎曲以便在加熱元件兩側(cè)上在加熱元件的上方延伸。例如，彎曲可以包括基本上半圓形的彎曲或者尖銳的折疊(acute fold)。
[0024]在另外補充的或者可替換的實施例中，導(dǎo)體元件可以既被分開也被彎曲。例如，元件可以包括分成兩個分支部分的節(jié)點，該兩個分支部分然后被彎曲以在加熱元件的任一側(cè)或者兩側(cè)上往復(fù)(reciprocate)。
[0025]仍然在另外補充的或者可替換的實施例中，葉片的兩個或者更多元件可以通過層壓構(gòu)建、連接、固定和/或成層。可選地，可以應(yīng)用粘合劑。
[0026]仍然在另外補充的或者可替換的實施例中，加熱元件可以包括或者至少包括一些可選地編織碳基材料(比如進(jìn)一步可選地設(shè)有填充材料的碳纖維織物)層。可選地，可以使用多層的多軸(比如雙軸)碳纖維織物。
[0027]本發(fā)明的另一個方面中，一種用于構(gòu)建用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子的葉片的方法包括:
[0028]-獲得葉片本體元件，葉片本體元件包括用以容納加熱元件的載體表面,和
[0029]-在載體表面上提供電傳導(dǎo)性的、細(xì)長的和優(yōu)選為平面的加熱元件以基本上沿著葉片的至少前緣分別縱向地延伸葉片的長度的優(yōu)選地至少大約50%、更優(yōu)選地至少大約60%以及最優(yōu)選地至少大約70，
[0030]其中通過位于細(xì)長的加熱元件的端部處的導(dǎo)體元件提供與加熱元件的電力供應(yīng)連接，導(dǎo)體元件基本上在加熱元件的至少兩側(cè)上延伸超過加熱元件的寬度并且電連接到加熱元件上，并且電傳導(dǎo)接頭結(jié)構(gòu)包括至少一個電傳導(dǎo)接頭元件并且在加熱元件的所述兩側(cè)上基本覆蓋電導(dǎo)體元件的延伸超過加熱元件的寬度的部分。
[0031]例如，上文中列出的各種元件可以通過層壓連接到一起。
[0032]在該方法的一個實施例中，另外的材料層被設(shè)置在元件的頂部上，所述另外的材料層可選地包括玻璃纖維。除了可能的美學(xué)效果之外，另外的層可以對下面的元件提供隔離和/或保護(hù)。葉片的翼型也可以被優(yōu)化并且因此葉片的效率隨其被提升。
[0033]如被技術(shù)人員認(rèn)識到，關(guān)于裝置的各種實施例的先前呈現(xiàn)的考量可以被靈活地應(yīng)用到作了適當(dāng)修正的方法的實施例中并且反之亦然。
[0034]本發(fā)明的實用性由取決于每個特定實施例的多個問題引起。首先，沿著加熱元件的整個寬度，導(dǎo)體和加熱元件之間的電連接可以通過導(dǎo)體本身的和前面提到的接頭結(jié)構(gòu)的應(yīng)用的構(gòu)造保證，其提高了加熱效率、提供了均勻的加熱并且使得短時間的中斷(shortcut)或者觸點斷開的風(fēng)險最小化。因此，可以防止冰沉積在葉片上或者已經(jīng)累積的冰可以被融化和去除?？梢詫崿F(xiàn)并維持葉片的期望溫度。此外，提出的解決方案使得能夠保持葉片薄和輕。此外，其制造保持相對簡單和快速。
[0035]措辭“ 一些”在這里指從一(I)開始的任何正整數(shù)，例如，指一、二或者三。
[0036]措辭“多個”在這里指從二(2)開始的任何正整數(shù)，例如，指二、三或者四。[0037]本發(fā)明的不同的實施例被披露在附屬權(quán)利要求中。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]下一步參考附圖更詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中
[0039]圖1a圖示了在風(fēng)力渦輪機背景中的本發(fā)明的實施例的使用場景。
[0040]圖1b圖示了根據(jù)本發(fā)明的葉片結(jié)構(gòu)和相關(guān)元件的不同的實施例。
[0041]圖2a圖示了葉片結(jié)構(gòu)的實施例，其中，特別強調(diào)了電導(dǎo)體元件和在電導(dǎo)體元件的一個端部上的加熱元件之間的接合。
[0042]圖2b圖示了葉片的另一個實施例的橫截面。
[0043]圖2c圖示了葉片的再一個實施例的橫截面。
[0044]圖3是根據(jù)本發(fā)明的方法的實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0045]圖1a描述了可以應(yīng)用本發(fā)明的實施例的場景。風(fēng)電場可以包括一些風(fēng)力渦輪機101，每個風(fēng)力渦輪機101包括塔部106、吊艙102和具有一些葉片104a、104b和104c的轉(zhuǎn)子轂(rotor hub)ο葉片104a、104b、104c實質(zhì)上可以包括具有例如圓柱地成形的橫截面用以將葉片連接到轂的根部、和具有空氣動力學(xué)地成形的橫截面的翼部。翼部可以包括在其前緣和后緣處連接的抽吸側(cè)和壓力側(cè)。
[0046]圖1b圖示了葉片和關(guān)聯(lián)元件的不同的實施例。葉片108(在圖中僅顯示其示例性的橫截面示意圖)設(shè)有細(xì)長的加熱元件110，該加熱元件通?？梢詭в欣缙矫娴?、矩形的形狀。優(yōu)選地，加熱元件Iio基本上至少沿著葉片108的前緣108a延伸超過為葉片108的長度的至少60%的距離以提供到其的均勻的加熱。圖中可見的是在圖示的實施例中如何使得只有葉片的最小尖端部分沒有加熱元件。優(yōu)選地，尖端因此也通過提出的解決方案進(jìn)行加熱。
[0047]優(yōu)選地，加熱元件110位于更靠近尖端部108c之處而不是更靠近根端部，因為尖端108c可能更易于結(jié)冰。但是，取決于實施例，也可以應(yīng)用對稱的定位或者其他替換方案。
[0048]在一些實施例中，比如在被描述的那個中，加熱元件110具有逐漸變細(xì)的(或錐形)端部。特別地，它可以朝向尖端108c變窄。因此，可以增強靠近尖端108c的散熱，這是優(yōu)選的，因為由于由更高的局部速度引起的增強了的對流冷卻，那里的熱需求可以更大。在根端部處可以需要較少的加熱。
[0049]因此，加熱元件有益地可以覆蓋負(fù)責(zé)產(chǎn)生大部分電力的葉片的區(qū)域。即，朝向根部，電力產(chǎn)生的貢獻(xiàn)降低并且由于幾何效應(yīng)(翼型典型地更厚)和空氣動力學(xué)效應(yīng)(對流冷卻典型地更低)葉片也可以變得較不易于結(jié)冰。因此，葉片108的根端部可以(在許多場景中)保持未受保護(hù)或者被較少有效地保護(hù)不結(jié)冰。
[0050]相對于葉片108的厚度，加熱元件110可以位于更靠近葉片108表面(例如“吸入”表面或者“壓力”表面)的期望的預(yù)先確定側(cè)。例如，表面可以是平的、彎曲的或者分段的?？商鎿Q地，加熱元件Iio可以相對于葉片108的兩個或者更多表面對稱地定位，例如，位于其中心。作為另外可選的，專用的加熱元件可以設(shè)置用于多個(比如抽吸和壓力)表面。優(yōu)選地，加熱元件110更靠近前緣108a處而不是更靠近葉片108的后緣108b。可替換地，力口熱元件可以相對于前緣和后緣對稱地定位，例如，在中間。
[0051]加熱元件110可以包括比如碳纖維的纖維。它可以包括纖維加強聚合物，例如，選擇能獲得期望的熱導(dǎo)系數(shù)圖和電導(dǎo)系數(shù)圖的纖維加強聚合物。
[0052]加熱元件110可以通過至少部分地設(shè)置在葉片108內(nèi)的一些電導(dǎo)體元件112a、112b和優(yōu)選地定位在細(xì)長加熱元件108的端部處并且更優(yōu)選地也定位在加熱元件的兩側(cè)(例如，面向圖的觀察者的一側(cè)和相反側(cè))上的接頭114a、114b電連接到圖中沒有顯示的電源。
[0053]加熱元件的端部一般地指優(yōu)選地覆蓋小于其總長度的大約20%、更優(yōu)選地小于其總長度的大約10%以及最優(yōu)選地小于其總長度的大約5%的部分。
[0054]在120,顯示加熱元件的實施例,其中該元件包括(在縱向方向上)被連接到一起的至少兩個不同的部分?？商鎿Q地或者此外，在橫向方向(寬度)上該元件可以包括多個連接部分。該部分可以包括不同的材料、材料方向和/或不同的尺寸。因此，該部分的性質(zhì)(t匕如導(dǎo)熱性和/或?qū)щ娦?可以相互不同。在122，加熱元件的一個實施例包括優(yōu)選地被電導(dǎo)體連接到一起的兩個部分?？商鎿Q地，例如，該部分可以被獨立地連接到電源或者一些中間元件。在124，加熱元件的實施例包括被嵌入周圍材料中的材料(中心)部分。例如，被嵌入的材料可以具有與周圍材料不同的導(dǎo)熱性和/或?qū)щ娦?。?26，加熱元件的實施例包括彎曲的、或者通常逐漸變細(xì)的端部。在128，加熱元件的實施例包括具有由分段線性曲線定義的輪廓形狀的逐漸變細(xì)的端部。
[0055]在130，加熱元件的實施例包括基本上平面的材料層。在132，加熱元件的實施例包括相對于元件厚度的多個重疊(比如堆疊)的材料層134、136。
[0056]圖2a圖示了(沒有按比例)葉片結(jié)構(gòu)201和相關(guān)的到電源的電連接的實施例。在圖中，僅僅顯示了加熱元件208的一個端部。它位于葉片本體元件218上并且虛線描述了延伸到關(guān)聯(lián)的縱向軸線的方向的其不可見的部分。一些電導(dǎo)體元件212可以沿著位于形成有葉片本體218的至少一部分的載體材料的預(yù)定位置中的加熱元件208的兩個表面設(shè)置。在描述的場景中，兩個導(dǎo)體已經(jīng)繞元件208彎曲以基本上在橫向(寬度)方向上形成到其端部的至少一個彎折部。例如，折疊可以是陡(sharp)的。由導(dǎo)體元件212形成的環(huán)可以是閉合的，包括結(jié)點，或者它可以是開放的(鉤狀)。連接元件214 (比如帶)已經(jīng)被彎曲以便沿著導(dǎo)體元件和加熱元件的兩側(cè)延伸。為了說明這個事實在圖中連接元件214具有u形形式。在真實場景中，該彎曲也可以是相對尖銳的轉(zhuǎn)角(sharp-cornered)。
[0057]可替換地，一個或者多個連接元件214可以包括多個(可能地至少起初是分離的)部分，比如可以被獨立地定位在加熱元件208的每個表面上以便覆蓋被夾在之間的導(dǎo)體212的頂部和底部。這些部分的至少兩個端部可以被配置成在設(shè)置之后相互接觸，可選地重疊。
[0058]功能層(比如保護(hù)性的且可選地翼型優(yōu)化層216)已經(jīng)被設(shè)置在已構(gòu)建的夾層結(jié)構(gòu)的頂部上。層216可以覆蓋整個葉片201或者僅僅是選擇的部分，比如連接部分。另外的功能和/或美學(xué)層可以被設(shè)置于其上。
[0059]圖2b圖示了葉片的另一個實施例的橫截面。加熱元件208a包括多個部分，比如層。它可以包括例如雙軸碳纖維織物。位于葉片的一個端部(比如尖端部或者根端部)處的示出的導(dǎo)體元件212a包括將它分成多個(基本上三個)分支的節(jié)點。中間分支在加熱元件208a的兩個部分(比如層)之間或者之內(nèi)延伸。一個分支通?？梢栽诩訜嵩?08a的一側(cè)上延伸并且另一個分支在加熱元件的相反側(cè)或者其一部分(比如其的層)上延伸。在被描述的情況中，連接元件214延伸超過導(dǎo)體元件212a的最外面的分支。這些可能可替換地支承連接的端部(圖中沒有顯示)以形成具有例如環(huán)或者u形橫截面的單個連接元件。
[0060]圖2c圖示了葉片的另外的實施例的橫截面。加熱元件208b可以基本上設(shè)置在形成在葉片本體元件218上的堆疊的整體結(jié)構(gòu)的中間。導(dǎo)體元件212b包括將它分成兩個分支的節(jié)點。每個節(jié)點指向加熱元件208b的專用側(cè)。此外，每個分支被設(shè)置(比如被彎曲)以便延伸超過加熱元件208b的寬度多倍(在圖的實施例中實質(zhì)上兩倍)。導(dǎo)體元件212b的至少一個分支可以被連接回節(jié)點(圖中沒有顯示出)或者元件的其他部分以形成環(huán)。已經(jīng)在加熱元件208b的兩側(cè)上設(shè)置多個連接元件層214 (實質(zhì)上兩層)。部分導(dǎo)體元件212b被配置成位于每個側(cè)上的兩層214之間。至少兩個連接元件層214可以在端部處相互連接(圖中沒有顯示出)以形成例如u形形狀。
[0061]圖3僅僅以實例的方式披露了根據(jù)本發(fā)明的實施例的方法流程圖。在302處，可以制造、獲得和制備不同的啟動(start-up)材料和元件。例如，可以獲得和配置葉片材料、電力電纜、信號電纜、加熱元件材料、連接元件材料等等。
[0062]在304處，獲得至少一個葉片本體元件。葉片本體元件可以包括玻璃纖維，例如，特別是例如玻璃纖維增強的塑料，比如聚酯或者環(huán)氧樹脂。它可以包含多個件，比如將被連接到一起的兩半。葉片本體元件可以在尺寸和/或形狀上與最終的葉片或者例如半葉片(blade half)類似。同樣地,多個(比如兩個)本體元件可以被連接到一起以構(gòu)建葉片的基本形狀。不同的額外的元件(比如信號電纜、傳感器和被用于加熱的電力電纜)可以被設(shè)置并且可選地被固定(比如膠粘)到作為其載體的葉片本體元件上。額外的元件可以被嵌入在本體材料中。
[0063]在306處，至少一個加熱元件被獲得并且可選地在已經(jīng)這個階段被定位到葉片本體元件上。例如，適合的材料帶(比如碳纖維薄板)可以被切割并且提供到葉片本體元件上。加熱元件可以被定位以便覆蓋對應(yīng)于(例如)成品葉片的抽吸側(cè)或者壓力側(cè)的葉片本體元件的選擇側(cè)的預(yù)定部分。可選地，加熱元件可以至少部分地覆蓋葉片本體元件的至少一個邊緣，比如基本上形成有或者至少平行于葉片的前緣的邊緣。優(yōu)選地，與后緣相比，加熱元件設(shè)置成更靠近前緣，除非例如應(yīng)用更居中的定位。例如，可以相對于翼型的鼻部和/或在前和后緣之間應(yīng)用對中。
[0064]在一些實施例中，加熱元件可以基本上沿著葉片的至少前緣縱向地延伸葉片的長度的優(yōu)選地至少大約60%、更優(yōu)選地至少大約70%以及最優(yōu)選地分別至少大約80%或者90%，以有益地提供尖端偏向的(tip-biased)加熱或者到其的均勻的加熱?？商鎿Q地，在一些具有不同的使用場景和/或葉片翼型的另外的實施例中，例如，加熱元件的范圍(extent)可以更小。
[0065]接收加熱元件的本體元件表面可以首先使用(例如)丙酮清洗。適合的樹脂可以被設(shè)置在本體元件，諸如碳纖維的加熱元件(包括薄板)然后可以被滾卷或者以其他方式設(shè)置在它的頂部上。優(yōu)選地在加熱元件的端部處的接頭的位置在這個階段可以保持松開，以促進(jìn)隨后的連接結(jié)構(gòu)，其中導(dǎo)體和連接元件材料優(yōu)選地被配置成也在本體元件和加熱元件之間延伸。[0066]在308處，一些電力供應(yīng)導(dǎo)體元件(比如銅線)被優(yōu)選地設(shè)置在細(xì)長加熱元件的端部處，導(dǎo)體元件基本上延伸超過加熱元件的至少兩側(cè)上的加熱元件的寬度并且電連接于加熱元件上。導(dǎo)體元件可以通過適合的樹脂固定。導(dǎo)體元件至少電連接到電源并且可以形成安裝在葉片處的電力電纜的內(nèi)部構(gòu)件，或者至少被連接到其上。也設(shè)置了導(dǎo)電接頭結(jié)構(gòu)，該導(dǎo)電接頭結(jié)構(gòu)接合有一些連接元件并且基本上覆蓋了電導(dǎo)體元件的延伸超過細(xì)長加熱元件兩側(cè)上的細(xì)長加熱元件的寬度的部分。取決于上文中考慮的接頭結(jié)構(gòu)的實施例，多個連接元件可以被初始地設(shè)置并且它們中的至少一些可選地在接頭的形成期間連接到一起。
[0067]一個實施例中，在如上文中提到的步驟306期間，已經(jīng)相對于本體元件使加熱元件的端部初始地保持松開，使得接頭和導(dǎo)體元件現(xiàn)在可以定位在它們之間。在接頭和導(dǎo)體元件的必要的層已經(jīng)定位在本體元件與加熱元件或者至少多層加熱元件的底層之間之后，加熱元件的松開端或者至少其最下層也可以被固定到在下面的本體、導(dǎo)體和連接元件的聚集(aggregate，集中)結(jié)構(gòu)上，并且導(dǎo)體、接頭和可選地加熱元件(其端部可選地可以被折轉(zhuǎn))的剩余層可以被設(shè)置在頂部上。在該過程中應(yīng)當(dāng)應(yīng)用適合的樹脂。
[0068]在可替換的實施例中，可以在將加熱元件定位到在本體元件上的最終位置之前，在加熱元件中形成電接頭，即，一些導(dǎo)體元件和連接元件可以被首先定位到加熱元件上，在其之后，聚集的主體被定位到本體元件并且被固定于其上。
[0069]層壓的區(qū)域可以通過采用例如引起壓力的真空袋和引起到其的熱的加熱毯而被硬化。適合的硬化時間和溫度確定地取決于實施例和使用的材料和它們的數(shù)量，但是，在一些場景中，例如幾個小時和大約70攝氏度的升高的溫度可能是必要的。
[0070]在310處，包含例如玻璃纖維的另外的層可以被設(shè)置以至少部分地覆蓋本體元件/加熱元件/接頭聚集體。優(yōu)選地，在處理(curing)加熱元件之前,保護(hù)性的玻璃纖維或者可替換的層被設(shè)置(比如層壓)在加熱元件上?？梢杂帽匾木€路將一些傳感器(比如熱傳感器)連接到結(jié)構(gòu)上(如果有的話，可以應(yīng)用無線傳感器)。例如，假如加熱元件在完成接頭之前已經(jīng)被定位在本體元件上的話，這些動作可以連同步驟306 —起被較早地至少部分地執(zhí)行。
[0071]在312處，方法執(zhí)行結(jié)束。
[0072]技術(shù)人員可以基于由每個特別的使用場景設(shè)定的要求改變上文中披露的方法框圖的方法步驟的相互排序和總的存在。例如，葉片可以包括多個加熱元件以加熱多側(cè)(例如，抽吸側(cè)和壓力側(cè))和/或邊緣(比如其前和后緣)?？蛇x地，不同側(cè)的加熱元件甚至可以在前緣處重疊。
[0073]因此，基于這個披露內(nèi)容和一般的知識，技術(shù)人員可以應(yīng)用已提供的教導(dǎo)以通過必要的修改、刪除和增加(如果有的話)而在每個特別使用情況中實現(xiàn)如由后附的權(quán)利要求定義的本發(fā)明的范圍。例如，代替用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，待被加熱的目標(biāo)表面可以涉及風(fēng)車、風(fēng)力泵、飛機機翼、導(dǎo)彈翼等等。在許多應(yīng)用中，有益的是為待被加熱的目標(biāo)物體提供在這里披露的至少一個加熱元件，其中通過基本上在加熱元件的兩個端部上的提出的電導(dǎo)體元件和接頭結(jié)構(gòu)的實例增補該至少一個加熱元件。但是，導(dǎo)體和/或接頭設(shè)置也可以在端部之間不同。在一些實施例中，導(dǎo)體/接頭設(shè)置可以甚至位于遠(yuǎn)離加熱元件的端部的中部。
【權(quán)利要求】
1.一種用于風(fēng)力渦輪機(101)的轉(zhuǎn)子的葉片(104a、104b、104c、108、201)，所述葉片包括 -葉片本體元件(218)，所述葉片本體元件可選地包括比如玻璃纖維增強復(fù)合材料的玻璃纖維，所述葉片本體元件包括用以容納加熱元件的載體表面； -電傳導(dǎo)性的、細(xì)長的和基本上為平面的加熱元件(110、120、122、124、126、128、130、132、208、208a、208b)，所述加熱元件被設(shè)置在所述載體表面上以基本上沿著所述葉片的至少前緣(108a)分別縱向地延伸所述葉片的長度的優(yōu)選地至少大約50%、更優(yōu)選地至少大約60%以及最優(yōu)選地至少大約70% ； -電力供應(yīng)導(dǎo)體元件(I 12a、112b、212、212a、212b),所述導(dǎo)體元件位于所述加熱元件的一個端部處，所述導(dǎo)體元件基本上在所述加熱元件的兩側(cè)上延伸超過所述加熱元件的寬度并且電連接至所述加熱元件；和 -接頭結(jié)構(gòu)，所述接頭結(jié)構(gòu)包括至少一個電傳導(dǎo)接頭元件(114a、114b、214)并且在所述加熱元件的兩側(cè)上基本覆蓋所述電導(dǎo)體元件的延伸超過所述加熱元件的所述寬度的部分，其中所述葉片優(yōu)選地包含在所述加熱元件的兩個端部處具有所述電導(dǎo)體元件和接頭結(jié)構(gòu)的情況。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，包括被設(shè)置在所述加熱元件上并且優(yōu)選地也設(shè)置在所述接頭結(jié)構(gòu)上的至少一個保護(hù)性的且可選地空氣動力學(xué)優(yōu)化層(216)，所述至少一個層優(yōu)選地包括玻璃纖維。
3.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述加熱元件(110)設(shè)置成更靠近所述葉片的尖端(108c)處而不是根部。
4.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，加熱元件(110、126、128)具有錐形端部，優(yōu)選地是位于更靠近所述葉片的尖端(108c)的端部。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述加熱元件包括多軸碳纖維，可選地包括雙軸碳纖維。
6.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述加熱元件包括碳纖維或者石墨纖維。
7.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述加熱元件包括多個堆疊層。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述導(dǎo)體元件(212)被配置成彎曲的以便在所述加熱元件的兩側(cè)上方延伸。
9.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述導(dǎo)體元件(212a、212b)包括將所述導(dǎo)體元件分成指向所述加熱元件的不同側(cè)的至少兩個分支的節(jié)點。
10.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，比如電纜的所述導(dǎo)體元件包括比如指向所述加熱元件的不同側(cè)的導(dǎo)體線的至少兩個分離的子元件。
11.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述導(dǎo)體元件(212b)被配置成彎曲的以便在所述加熱元件的預(yù)定側(cè)上方重復(fù)地延伸。
12.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述加熱元件(208)包括兩個層(208a)，所述導(dǎo)體元件(212a)的至少一部分在所述兩個層之間延伸。
13.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述接頭結(jié)構(gòu)包括連接元件(214)，所述連接元件(214)被彎曲以便在所述加熱元件(208)的兩側(cè)上方延伸。
14.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述接頭結(jié)構(gòu)限定有至少兩個層，在所述加熱元件(208a)的每側(cè)上有一個層，所述導(dǎo)體元件(212a)的所述部分位于它們之間。
15.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的葉片，其中，所述接頭結(jié)構(gòu)包括限定有至少四個層的多個接頭元件，在所述加熱元件(208b)的每側(cè)上有兩個層，使得所述導(dǎo)體元件(212b)的部分在它們之間延伸。
16.一種用于構(gòu)建用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子的葉片的方法，包括 -獲得葉片本體元件，所述葉片本體元件包括用以容納加熱元件的載體表面(304)，和 -優(yōu)選地通過層壓來提供電傳導(dǎo)性的、細(xì)長的和優(yōu)選為平面的加熱元件，所述加熱元件被提供在所述載體表面上以基本上沿著所述葉片的至少前緣分別縱向地延伸所述葉片的長度的優(yōu)選地至少大約50%、更優(yōu)選地至少大約60%以及最優(yōu)選地至少大約70 (306)， 其中通過位于所述細(xì)長的加熱元件的端部處的導(dǎo)體元件提供與所述加熱元件的電力供應(yīng)連接，所述導(dǎo)體元件基本上在所述加熱元件的兩側(cè)上延伸超過所述加熱元件的寬度并且電連接至所述加熱元件，并且電傳導(dǎo)接頭結(jié)構(gòu)包括至少一個電傳導(dǎo)接頭元件并且在所述加熱元件的所述兩側(cè)上基本覆蓋所述電導(dǎo)體元件的延伸超過所述加熱元件的所述寬度的所述部分(308)?！?br> 【文檔編號】F03D11/00GK103582758SQ201280027058
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日
【發(fā)明者】埃薩·皮爾托拉, 保利·沃馬約基, 托馬斯·瓦勒紐斯, 萊莫·胡赫塔寧 申請人:Vtt技術(shù)研究中心