風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制作方法
【專利摘要】一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其具有沿縱向軸線延伸的長條形葉片本體并且具有上部外皮和下部外皮，下部外皮與上部外皮沿葉片本體的厚度方向間隔開，上部外皮和/或下部外皮具有：疊層，疊層具有：外層，其中外層分別形成上部和/或下部外皮的一部分；內(nèi)層，其與外層沿厚度方向間隔開；以及中間層，其被夾在外層和內(nèi)層之間，中間層具有：多個開口，其從內(nèi)層穿過中間層延伸到外層；以及多個相對應(yīng)的熱傳導(dǎo)元件，其從內(nèi)層穿過所述多個開口延伸到外層，以便將熱量從內(nèi)層傳遞到外層。
【專利說明】風(fēng)力渦輪機(jī)葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，諸如，一種風(fēng)力渦輪機(jī)的自除冰式風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片。

【背景技術(shù)】
[0002] 在風(fēng)力渦輪機(jī)在寒冷天氣中的操作期間，很可能的是由于水在寒冷表面上凍結(jié)而 在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的表面上形成冰。冰在表面上的積累能導(dǎo)致不期望的后果。例如，風(fēng)力 渦輪機(jī)葉片由于冰的積累而在輪廓方面發(fā)生改變降低翼型的升阻比，這能導(dǎo)致風(fēng)力渦輪機(jī) 在轉(zhuǎn)速方面發(fā)生下降。當(dāng)這種情況發(fā)生時，風(fēng)力渦輪機(jī)不能獲得最優(yōu)速度，并且風(fēng)力渦輪機(jī) 的效率降低。此外，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上積累的冰的重量將會給葉片增加重量并且在葉片 上產(chǎn)生應(yīng)力。這可能導(dǎo)致在葉片中產(chǎn)生應(yīng)力失效。
[0003] 已進(jìn)行許多嘗試以移除在表面上已積累的冰。其中一種嘗試是將能夠防止冰在葉 片上附著的涂層（例如Teflon?涂層）涂覆到葉片的底層噴涂面上，以使得冰能從涂層上 滑落并且防止冰在表面上積累。然而，涂層的涂覆成本高昂，并且將涂層反復(fù)涂覆以替換受 到磨損的涂層將增加成本和機(jī)體的停機(jī)時間。在另一種嘗試中，已使用除冰流體將冰從表 面移走。然而，應(yīng)用除冰流體要求葉片處于靜止裝置，這不僅需要渦輪機(jī)的一段停機(jī)時間， 而且這在防止冰在葉片上的積累方面似乎不起作用。將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片除冰的又一種嘗試 是在葉片上安裝加熱面板以將冰融化。然而，裝置方法影響葉片的空氣動力學(xué)并且從而影 響葉片的效率，并且昂貴而難以維持。
[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其能除去在其上積累的冰而不存在上 述缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其具有：長條形葉片本體，所述葉片本體沿縱向 軸線延伸，并且具有在葉片本體的一個縱向端部處的葉根和在葉片本體的另一個縱向端部 處的葉尖；前緣和后緣，所述前緣和后緣都從葉根延伸到葉尖，后緣與前緣沿葉片本體的翼 展方向間隔開；上部外皮和下部外皮，所述上部外皮和下部外皮從前緣延伸到后緣，并且從 葉根延伸到葉尖，下部外皮與上部外皮沿葉片本體的厚度方向間隔開，在上部外皮和下部 外皮之間限定出空間，上部外皮和/或下部外皮包括：疊層，其從葉根朝向葉尖延伸并且至 少從前緣附近或從前緣朝向后緣延伸，疊層具有：外層，其中外層分別形成上部和/或下部 外皮的一部分；內(nèi)層，其與外層沿葉片本體的厚度方向間隔開；以及中間層，其被夾在外層 和內(nèi)層之間，中間層具有：多個開口，其從內(nèi)層穿過中間層延伸到外層；以及多個相對應(yīng)的 熱傳導(dǎo)元件，其從內(nèi)層穿過所述多個開口延伸到外層，以便將將熱量從內(nèi)層傳遞到外層。本 發(fā)明增加內(nèi)層和外層之間的熱傳遞速率。本發(fā)明還提供一種配置有在此公開的風(fēng)力渦輪機(jī) 葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)。
[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，外層和內(nèi)層之間的中間層內(nèi)有兩個、三個或四個以上的開 口和/或熱傳導(dǎo)元件。
[0007] 根據(jù)另一個方面，外層完全地形成上部和/或下部外皮。
[0008] 根據(jù)另一個方面，開口和/或熱傳導(dǎo)元件在整個中間層中從葉根或葉根附近朝向 葉尖分布或分布到葉尖和/或從前緣或前緣附近朝向后緣分布或分布到后緣，并且彼此間 隔開，其中各開口之間或各熱傳導(dǎo)元件之間的間隔相同或發(fā)生改變，或可以在中間層的一 部分處相同并且在中間層的另一部分處發(fā)生改變。
[0009] 根據(jù)另一個方面，開口和/或熱傳導(dǎo)元件按照離散或不連續(xù)布置的方式或連續(xù)布 置的方式來設(shè)置。
[0010] 根據(jù)另一個方面，按照離散布置的方式，開口或熱傳導(dǎo)元件彼此沿葉片本體的縱 向方向和翼展方向間隔開或同時沿兩者間隔開。
[0011] 根據(jù)另一個方面，按照離散布置的方式，開口包括筒形孔和/或熱傳導(dǎo)元件包括 柱形桿或棒。
[0012] 根據(jù)另一個方面，按照連續(xù)布置的方式，開口和/或熱傳導(dǎo)元件從葉根或葉根附 近朝向葉尖延伸或延伸到葉尖。
[0013] 根據(jù)另一個方面，按照連續(xù)布置的方式，開口包括狹縫和/或熱傳導(dǎo)元件包括條 帶。
[0014] 根據(jù)另一個方面，中間層包括泡沫層或由泡沫層形成。
[0015] 根據(jù)另一個方面，在前緣附近延伸的開口和/或熱傳導(dǎo)元件的密集度和/或每單 位面積的開口和/或熱傳導(dǎo)元件數(shù)量高于沿葉片本體遠(yuǎn)離前緣延伸的開口和/或熱傳導(dǎo)元 件的密集度和/或每單位面積的開口和/或熱傳導(dǎo)元件的數(shù)量。
[0016] 根據(jù)另一個方面，葉片還包括鄰近內(nèi)層并且在上部和下部外皮之間的空間內(nèi)的熱 傳遞路徑，熱傳遞路徑從葉根朝向葉尖縱向延伸或縱向延伸到葉尖，以便將熱量從葉根朝 向葉尖傳導(dǎo)或傳導(dǎo)到葉尖，以便將熱量經(jīng)由內(nèi)層傳遞到熱傳導(dǎo)元件。
[0017] 根據(jù)另一個方面，熱傳遞路徑包括復(fù)數(shù)個通道，所述通道適于沿其導(dǎo)引熱傳遞流 體，從而使得熱量經(jīng)由流體從葉根朝向葉尖傳遞或傳遞到葉尖。
[0018] 根據(jù)另一個方面，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片還包括回流管道，所述回流管道處于上部和下 部外皮之間的空間內(nèi)并且與通道流體連通，以便引導(dǎo)流體返回葉根，以使得流體能再循環(huán) 到通道中。
[0019] 根據(jù)另一個方面，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片還包括穿過上部或下部外皮的排氣孔，排氣孔 與通道流體連通，以便將流體釋放到環(huán)境中。
[0020] 根據(jù)另一個方面,流體是空氣。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021] 在附圖中，相同附圖標(biāo)記在不同視圖中通常指代相同部件。附圖不必按比例繪制， 而是將通常重點(diǎn)放在展示本發(fā)明的原理。在以下描述中，本發(fā)明的各種實(shí)施方式參照以下 附圖來描述，其中：
[0022] 圖1示出風(fēng)力渦輪機(jī)的常見配置；
[0023] 圖2示出本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一實(shí)施方式的立體圖；
[0024] 圖3示出圖2中的實(shí)施方式的立體圖，其中葉片本體的一部分被去除；
[0025] 圖4示出本發(fā)明的層疊部分的放大視圖；
[0026] 圖5示出圖3中的中間層的一實(shí)施方式的一區(qū)段的立體圖；
[0027] 圖6示出圖3中的中間層的另一實(shí)施方式的一區(qū)段的立體圖；
[0028] 圖7示出圖5中的實(shí)施方式的俯視圖，其中開口和熱傳導(dǎo)元件（以消隱線示出） 按照連續(xù)布置的方式來設(shè)置并且開口和熱傳導(dǎo)元件的密集度沿葉片本體的翼展方向發(fā)生 改變；
[0029] 圖8示出圖6中的實(shí)施方式的俯視圖，其中開口和熱傳導(dǎo)元件（以消隱線示出） 按照離散布置的方式來設(shè)置并且開口和熱傳導(dǎo)元件的密集度沿葉片本體的翼展方向發(fā)生 改變；以及
[0030] 圖9示出圖5和6中的實(shí)施方式，具有鄰近內(nèi)層的熱傳遞路徑。

【具體實(shí)施方式】
[0031] 以下的詳細(xì)描述涉及附圖，所述附圖以展示的方式示出特定細(xì)節(jié)和實(shí)施方式，本 發(fā)明在所述特定細(xì)節(jié)和實(shí)施方式中實(shí)踐。這些實(shí)施方式被足夠詳細(xì)地描述，以使本領(lǐng)域中 技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明?？梢岳闷渌麑?shí)施方式，可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)上、邏輯上、以及電氣上 的改動而不背離本發(fā)明的保護(hù)范圍。各種實(shí)施方式不一定是相互排斥的，因?yàn)橐恍?shí)施方 式能與一個或多個其他實(shí)施方式相結(jié)合，以形成新的實(shí)施方式。
[0032] 圖1示出風(fēng)力渦輪機(jī)10的常見配置，其包括根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20的 實(shí)施方式。風(fēng)力渦輪機(jī)10安裝在基部12上。風(fēng)力渦輪機(jī)10包括塔架14,所述塔架具有 多個塔架區(qū)段。風(fēng)力渦輪機(jī)機(jī)艙16放置在塔架14的頂部上。風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子連接到機(jī)艙 16,所述風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子包括輪轂18和至少一個轉(zhuǎn)子葉片或風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，例如三個風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片20。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20連接到輪轂18,所述輪轂繼而通過低速軸來連接到 機(jī)艙16,所述低速軸從機(jī)艙16的前方延伸出來。
[0033] 圖2示出本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。如圖2所示，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20具有沿縱向 軸線106延伸的長條形葉片本體100。葉片本體100具有在葉片本體100的一個縱向端部 處的根部102和在葉片本體100的另一個縱向端部處的尖部104。根部102能連接到風(fēng)力 渦輪機(jī)10的輪轂18 (未在圖2中示出），尖部104是葉片本體100的自由端部。葉片本體 100具有垂直于葉片本體100的縱向軸線106的翼形橫截面（參見圖2)，靠近根部102的橫 截面積可以大于靠近尖部104的橫截面積，葉片本體100的橫截面積沿縱向軸線106從葉 根102附近向尖部104減小。葉片本體100具有基本上從根部102延伸到尖部104的前緣 108 (首先接觸風(fēng)的邊緣）和與前緣108沿葉片本體100的翼展方向間隔開的后緣110 (風(fēng) 離開葉片時所處的邊緣）。基本上從根部102延伸到尖部104的兩個邊緣與前緣108沿葉 片本體100的翼展方向相反并且間隔開。
[0034] 如圖3所示，葉片本體110可以具有在葉片本體100內(nèi)的例如管狀橫截面的翼梁 112,翼梁112可以基本上沿葉片本體110的長度從葉根102附近延伸到葉尖（盡管僅在圖 2中示出翼梁112的長度的一部分），以向葉片本體110提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和完整性。葉片本體 100的形狀可以由外殼114形成，所述外殼如圖3所示接附到翼梁112。外殼114具有如圖 2所示的翼形橫截面。外殼114由上部外皮116和與上部外皮116沿葉片本體100的厚度 方向間隔開的下部外皮118形成，從而使得在上部外皮116和下部外皮118之間限定出空 間119。上部和下部外皮116、118兩者都從前緣108延伸到后緣110并且從葉根102延伸 到葉尖104。上部外皮116形成葉片本體100的翼形輪廓的吸附表面120,下部外皮118形 成葉片本體100的翼形輪廓的壓力表面122 (未在圖3中示出）。因此，吸附表面120和壓 力表面122彼此沿厚度方向間隔開。
[0035] 在圖3中，上部和下部外皮116、118包括上部疊層124和下部疊層126,上部和下 部疊層124、126兩者都從葉根102朝向葉尖104延伸并且至少從葉片本體110的前緣108 附近或從前緣延伸到后緣110。疊層124U26可以從葉根102延伸到葉尖104。疊層124、 126至少從前緣108附近或從前緣朝向后緣110延伸。替代地，盡管未在附圖中示出，但疊 層124、126可以具有基本上均勻的厚度，所述疊層至少從前緣108附近或從前緣至少延伸 到后緣110附近或延伸到后緣。盡管在圖3中示出上部外皮116和下部外皮118兩者都包 括疊層，但可能的是外皮116U18中的僅一個具有疊層。如圖3所示，疊層124U26在前 緣108和翼梁112之間和后緣110和翼梁112之間的除靠近前緣和后緣108、110以及翼 梁112的部分之外具有基本上均勻的厚度，其中疊層124U26隨著其分別接近前緣和后緣 108、110以及翼梁112而在厚度方面減小。替代地，疊層124、126可以延伸到外皮116、118 的加熱外皮所需的區(qū)域。
[0036] 在圖4中，示出上部疊層124的實(shí)施方式的放大橫截面圖。在以下描述中，使用上 部疊層124來示出疊層124、126的構(gòu)成。然而，所述描述也相應(yīng)地可應(yīng)用于下部疊層126。 上部疊層124具有外層130和與外層130沿葉片本體100的厚度方向間隔開的內(nèi)層132。 內(nèi)層132沿厚度方向間隔開并且朝向下部疊層126(參見圖3)。外層130在疊層124延伸 與上部外皮116相對應(yīng)的區(qū)域時形成上部外皮116,或在疊層124延伸小于上部外皮116的 區(qū)域時形成葉片本體100的上部外皮116的一部分。內(nèi)層132鄰近葉片本體100中的空間 119 (參見圖9)。中間層134被夾在外層130和內(nèi)層132之間。中間層134具有從內(nèi)層132 穿過中間層134延伸到外層130的多個開口 160。多個相對應(yīng)的熱傳導(dǎo)元件162從內(nèi)層132 穿過所述多個開口 160延伸到外層130,以便將熱量從內(nèi)層132傳遞到外層130。開口 160 在整個中間層134中沿葉片本體100的翼展方向并且在內(nèi)層132和外層130之間分布并且 彼此間隔開。各開口 160之間的間隔可以在整個中間層134中相同或發(fā)生改變。間隔可能 在中間層134的一部分處相同并且在中間層134的另一部分處發(fā)生改變。如將在下文中示 出的那樣，開口 160可以在中間層中按照離散布置或不連續(xù)布置的方式（例如筒形孔，其中 孔從內(nèi)層132延伸到外層134)來設(shè)置（參見圖6)，或按照連續(xù)布置的方式（例如狹縫）來 設(shè)置（參見圖5)。相對應(yīng)地，熱傳導(dǎo)元件162可以按照離散布置或不連續(xù)布置的方式（例 如桿或棒）來設(shè)置，或按照連續(xù)布置的方式（例如條帶）來設(shè)置。按照離散布置的方式，開 口或熱傳導(dǎo)元件可以彼此沿葉片本體100的縱向方向和翼展方向或同時沿兩者間隔開。按 照連續(xù)布置的方式，開口或熱傳導(dǎo)元件可以從葉根102或葉根附近朝向葉尖104延伸或延 伸到葉尖。開口 160和熱傳導(dǎo)元件162可以通過使離散布置和連續(xù)布置混合來設(shè)置，例如 狹縫和筒形開口可以設(shè)置在中間層內(nèi)并且彼此間隔開。盡管已示出熱傳導(dǎo)元件162,但是中 間層134也可以由熱傳導(dǎo)材料形成，以最大化內(nèi)層和外層132U30之間的熱傳遞速率。
[0037] 中間層134的一部分在圖5中示出。圖5示出開口 160和熱傳導(dǎo)元件162的連續(xù) 布置。開口 160(例如狹縫）可以在中間層134內(nèi)沿寬度方向（葉片本體100的厚度方向） 從內(nèi)層132延伸到外層130并且沿長度方向（葉片本體100的縱向方向）從葉根102朝向 葉尖104延伸或延伸到葉尖。在開口 160內(nèi)是相對應(yīng)的熱傳導(dǎo)元件（例如條帶）。熱傳導(dǎo) 元件162以與開口 160類似的方式延伸，所述方式可以是沿葉片本體100的縱向方向從葉 根102或葉根附近朝向葉尖104延伸或延伸到葉尖。熱傳導(dǎo)元件162沿葉片本體100的厚 度方向從內(nèi)層132延伸到外層130。熱傳導(dǎo)元件162熱連接到外層130和內(nèi)層132。
[0038] 如圖7所示，開口 160和熱傳導(dǎo)元件162(由消隱線示出）在整個中間層134中沿 葉片本體1〇〇從葉根102或葉根附近朝向葉尖104分布或分布到葉尖并且從前緣108或前 緣附近朝向后緣110分布或分布到后緣。如圖7所示，開口 160和熱傳導(dǎo)元件162可以在 中間層134中從葉根102或葉根附近朝向葉尖104基本上彼此平行或基本上彼此平行到葉 尖。熱傳導(dǎo)元件162可以平行于前緣108,以沿所述前緣提供連續(xù)的加熱。各熱傳導(dǎo)元件 162之間的間隔可以沿葉片本體100的翼展方向在整個寬度上相等或發(fā)生改變。間隔可以 減小或增大，以增大或減小熱傳導(dǎo)元件162的密集度或在單位面積外皮116U18中的數(shù)量。 熱傳導(dǎo)元件162的翼展間隔可以根據(jù)葉片本體100的加熱需求而發(fā)生改變。例如，如圖7 所示，如果在前緣108附近需要更多加熱，則在前緣108附近延伸的熱傳導(dǎo)元件162的密集 度和/或每單位橫截面積的熱傳導(dǎo)元件162的數(shù)量可以高于沿葉片本體100遠(yuǎn)離前緣108 延伸的熱傳導(dǎo)元件162的密集度和/或每單位面積的數(shù)量。間隔可能對外皮116、118的結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生效果，間隔的確定可以取決于設(shè)計(jì)需求（例如葉片本體100上的負(fù)載）和加熱 需求。
[0039] 對于圖4和5而言的替代實(shí)施方式在圖6中示出。圖6示出開口 160和熱傳導(dǎo)元 件162的離散布置或不連續(xù)布置。開口 160可以是筒形孔，每個開口 160彼此沿縱向和/ 或翼展方向間隔開。在圖6中，開口 160被設(shè)置在多個行中，由此每一行中的開口 160彼此 沿翼展方向（參見箭頭S)等距地間隔開，每一行與其他行沿縱向方向（參見箭頭L)以基 本上相同間隔來間隔開。開口 160和/或各行之間的間隔可以相同或可以發(fā)生改變。間隔 可以在中間層134的一部分處相同并且在中間層134的另一部分處發(fā)生改變。相對應(yīng)地， 每個開口 160具有熱傳導(dǎo)元件162,所述熱傳導(dǎo)元件可以是柱形棒或桿，并且從內(nèi)層132穿 過開口 160延伸到外層430 (參見圖7)，以將熱量從內(nèi)層132傳導(dǎo)到外層130 (參見圖7)。 熱傳導(dǎo)兀件162可以由不導(dǎo)電的熱傳導(dǎo)材料（例如氮化硼）制成。開口 160可以為任何橫 截面形狀（例如四邊形或六邊形）。熱傳導(dǎo)元件162的橫截面形狀可以對應(yīng)于開口 160的 形狀或可以是不同的形狀（例如圓形或八角形），只要熱傳導(dǎo)元件162能穿過開口 160。熱 傳導(dǎo)元件162的橫截面形狀應(yīng)當(dāng)配合開口 160的形狀，以防止兩者之間出現(xiàn)間隙，因?yàn)殚g隙 可能降低疊層的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
[0040] 如圖8所示，開口 160和熱傳導(dǎo)元件162(由消隱點(diǎn)示出）在整個中間層134中沿 葉片本體1〇〇從葉根102或葉根附近朝向葉尖104分布或分布到葉尖并且從前緣108或前 緣附近朝向后緣110分布或分布到后緣。開口 160和熱傳導(dǎo)元件162的密集度或在單位面 積外皮416、418中的數(shù)量可以根據(jù)葉片本體100的加熱需求來調(diào)節(jié)。例如，如圖7所示，如 果在前緣108附近需要更多加熱，則在前緣108附近延伸的開口 160和熱傳導(dǎo)元件162的 密集度和/或每單位面積的數(shù)量可以高于遠(yuǎn)離前緣108延伸的開口 160和熱傳導(dǎo)元件162 的密集度和/或每單位面積的數(shù)量。開口 160和熱傳導(dǎo)元件162可以沿葉片本體100的縱 向和翼展方向等距地間隔開。因此，可以在葉片本體100的需要更高熱傳遞速率的任何區(qū) 域處改變開口 160和熱傳導(dǎo)元件162的密集度。間隔可能對外皮116U18的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度產(chǎn)生 效果，間隔的確定可以取決于設(shè)計(jì)需求（例如葉片本體100上的負(fù)載）和加熱需求。
[0041] 外層和內(nèi)層130U32可以由增強(qiáng)塑料或樹脂（例如玻璃纖維材料或碳）制成。疊 層124、126可以為葉片20的建造提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在本實(shí)施方式中，中間層134可以由泡沫 層136或等同物質(zhì)形成。
[0042] 如圖9所示，在圖5和6的本實(shí)施方式中，葉片本體100可以包括用于將熱量在上 部外皮116和下部外皮118之間的空間119內(nèi)（參見圖3)和/或穿過所述空間傳遞到熱 傳導(dǎo)元件162的多個熱傳遞路徑170。熱傳遞路徑170可以沿葉片本體100的縱向方向從 葉根102朝向葉尖104延伸或從葉根102延伸到葉尖104。熱傳遞路徑170可以穿過空間 119縱向延伸到鄰近于內(nèi)層132處并且可以將熱量傳導(dǎo)到熱傳導(dǎo)元件162。熱傳遞路徑170 可以是單一連續(xù)層，所述單一連續(xù)層從葉根102朝向葉尖104縱向延伸或縱向延伸到葉尖 并且沿翼展方向從前緣108或前緣附近朝向后緣110延伸或延伸到后緣，以將熱量傳遞到 多個熱傳導(dǎo)元件162。如圖9所示，熱傳遞路徑170可以彼此等距地間隔開，或彼此之間的 間隔可以發(fā)生改變。
[0043] 所述多個熱傳遞路徑170可以是復(fù)數(shù)個通道，所述通道適于沿其導(dǎo)引熱傳遞流 體，從而使得當(dāng)經(jīng)過加熱的流體在通道內(nèi)從葉根102朝向葉尖104發(fā)送或發(fā)送到葉尖（未 在圖4中出）時，熱量經(jīng)由流體從葉根102朝向葉尖104傳遞或傳遞到葉尖，所述熱傳遞流 體可以是氣體、加熱的空氣或液體。熱傳遞路徑170可以是能夠傳導(dǎo)熱量的任何固體材料 (例如氮化硼），所述熱傳遞路徑將熱量從葉根102朝向葉尖104傳導(dǎo)或傳導(dǎo)到葉尖。風(fēng)力 渦輪機(jī)20可以包括加熱器，熱傳遞路徑170可以連接到所述加熱器，以便產(chǎn)生熱量。所產(chǎn) 生的熱量輸送到熱傳遞路徑，來自熱傳遞路徑170的熱量可以經(jīng)由內(nèi)層132傳遞到熱傳導(dǎo) 元件162。熱傳導(dǎo)元件162將熱量從內(nèi)層132傳導(dǎo)到外層130。熱量穿過外層130行進(jìn)到 在外層130(即外皮116U18中的一個）上積累的任何冰，并且從而將積累的冰融化。
[0044] 對于熱傳遞路徑170包括導(dǎo)熱體的實(shí)施方式而言，由加熱器產(chǎn)生的熱量經(jīng)由導(dǎo)熱 體從加熱器（經(jīng)由熱傳導(dǎo)）傳導(dǎo)到熱傳導(dǎo)元件162,以加熱熱傳導(dǎo)元件162。
[0045] 對于熱傳遞路徑170包括通道的實(shí)施方式而言，由加熱器產(chǎn)生的熱量從加熱器傳 遞到流體。對于這種具有通道的實(shí)施方式而言，風(fēng)力渦輪機(jī)20可以包括與熱傳遞路徑140 流體連通的泵，以便將流體泵送到通道中。加熱器、泵以及通道可以形成閉環(huán)加熱系統(tǒng)，其 中被加熱和泵送到通道中的流體可以經(jīng)由回流管道（將下文中描述）來再循環(huán)并且被再次 加熱和泵送回到通道中。加熱系統(tǒng)可以是開放系統(tǒng)，其中被熱量和泵送到通道中的流體可 以經(jīng)由排氣孔（將下文中描述）來排放到環(huán)境中。加熱系統(tǒng)可以包括用于容置流體的流體 儲存槽，其中流體儲存槽連接到通道并且與通道流體連通。加熱系統(tǒng)還可以包括與流體儲 存槽和通道流體連通的泵，以便將流體從儲存槽泵送到通道中。流體儲存槽可以由加熱器 加熱，被加熱的流體可以從儲存槽泵送到通道中并且經(jīng)由通道來加熱內(nèi)層134(經(jīng)由熱對 流），以便將熱量經(jīng)由內(nèi)層134傳遞到熱傳導(dǎo)元件162。熱量經(jīng)由外層130穿過熱傳導(dǎo)元件 162有效地傳導(dǎo)到冰，以給葉片本體100除冰。
[0046] 加熱器可以包括用于加熱流體的加熱元件和/或熱交換器。加熱元件或熱交換器 可以定位在泵和通道之間或定位在通道內(nèi)，以使得流體可以沿加熱元件泵送或泵送穿過加 熱元件或泵送穿過熱交換器，以在進(jìn)入通道之前或之后被加熱。加熱元件或熱交換器可以 定位在流體儲存槽中，以在流體泵送到通道中之前將流體加熱。加熱器、泵以及流體儲存槽 可以在任何情況下定位在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片20外部的輪轂18中或定位在機(jī)艙16中，所述加 熱器、泵以及流體儲存槽在上述位置不干涉葉片20的旋轉(zhuǎn)。
[0047] 此外，葉片本體100可以包括如上文中提到的回流管道（未在附圖中示出），所述 回流管道在空間119內(nèi)并且與通道流體連通，以便引導(dǎo)流體返回葉根102,以使得流體能被 再循環(huán)到通道中。如由本領(lǐng)域中技術(shù)人員理解的那樣，回流管道可以結(jié)合到以上示出的實(shí) 施方式中任一項(xiàng)中并且可以結(jié)合到各外皮116、118之間的空間119中。流體可以釋放到空 間119中并且經(jīng)由自然對流或通過泵的強(qiáng)制對流來穿過空間119返回葉根102。
[0048] 此外，葉片本體100可以包括如上文中提到的在各外皮116、118中的一個上的排 氣孔（未在附圖中示出），排氣孔與通道流體連通，以便將流體釋放到環(huán)境中。排氣孔可以 結(jié)合到上文中提到的實(shí)施方式中任一項(xiàng)中。排氣孔可以與回流管道一起實(shí)施到上文中描述 的任何實(shí)施方式中。
[0049] 流體可以從葉根102穿過上部和下部外皮116、118之間的空間119泵送到葉尖 104。在這種情況下，空間119與泵流體連通，加熱器設(shè)置在泵和空間119之間，以在流體 進(jìn)入空間119之前將流體加熱。被加熱的流體在其與內(nèi)層132接觸時將熱量穿過內(nèi)層132 傳遞到熱傳導(dǎo)元件162。熱傳導(dǎo)元件162將熱量從內(nèi)層132傳導(dǎo)到外層160并且加熱外皮 116、118上的任何冰，從而將冰融化，以給葉片20除冰?？臻g119可以與排氣孔流體連通， 以使得流體可以排泄到葉片本體之外。空間119還可以包括用于將流體泵送回到葉根102 中的回流管道，以便經(jīng)由泵來再循環(huán)。
[0050] 盡管各種類型的流體都可以用于將熱量傳遞到葉片本體，但是空氣被用于所描述 的實(shí)施方式。空氣給葉片20貢獻(xiàn)的重量可忽略并且基本上不影響葉片上的負(fù)載。相比之 下，液體給葉片20貢獻(xiàn)的重量可能是可觀的。流體的重量在葉片20旋轉(zhuǎn)期間由于離心力 而更顯著。此外，對于容置和引導(dǎo)空氣的設(shè)計(jì)要求比對于液體的要求更低。此外，在流體泄 露的情況下，空氣泄漏到環(huán)境中與流體泄漏相比是可忽略的。
[0051] 盡管未在附圖中示出，但可能的是疊層124U26具有多于所提到的三個層（即外 層、中間層以及內(nèi)層130、132、134)的層數(shù)，熱傳導(dǎo)元件162可以從內(nèi)層130穿過內(nèi)層130 和外層134之間的多個層延伸到外層134。
[0052] 用于疊層124,126的材料可以是非電導(dǎo)體并且還為葉片提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在風(fēng)力渦 輪機(jī)10中使用的導(dǎo)電材料將會在雷雨期間給風(fēng)力渦輪機(jī)10帶來雷電危害。中間層134可 以由熱傳導(dǎo)材料制成并且還不導(dǎo)電，以使得中間層134能有效地傳導(dǎo)熱能而不帶來雷電危 害。
[0053] 盡管本發(fā)明已參照特定實(shí)施方式來具體地示出和描述，但是本領(lǐng)域中技術(shù)人員應(yīng) 當(dāng)理解的是，各種形式和細(xì)節(jié)方面的變化都可以在所述實(shí)施方式中進(jìn)行而不背離由所附權(quán) 利要求限定的本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍。本發(fā)明的保護(hù)范圍從而由所附權(quán)利要求指示出， 因此在權(quán)利要求的等同方案的意義和范圍內(nèi)發(fā)生的所有變化都適于受到保護(hù)。
【權(quán)利要求】
1. 一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，包括： 長條形葉片本體，其沿縱向軸線延伸，并且具有在葉片本體的一個縱向端部處的葉根 和在葉片本體的另一個縱向端部處的葉尖； 前緣和后緣，所述前緣和后緣都從葉根延伸到葉尖，后緣與前緣沿葉片本體的翼展方 向間隔開； 上部外皮和下部外皮，所述上部外皮和下部外皮從前緣延伸到后緣并且從葉根延伸到 葉尖，下部外皮與上部外皮沿葉片本體的厚度方向間隔開，在上部外皮和下部外皮之間限 定出空間，上部外皮和/或下部外皮包括： 疊層，其從葉根朝向葉尖延伸，并且至少從前緣附近或從前緣朝向后緣延伸，疊層具 有： 外層，其中外層分別形成上部和/或下部外皮的一部分； 內(nèi)層，其與外層沿葉片本體的厚度方向間隔開；以及 中間層，其被夾在外層和內(nèi)層之間，中間層具有： 多個開口，其從內(nèi)層穿過中間層延伸到外層；以及 多個相對應(yīng)的熱傳導(dǎo)元件，其從內(nèi)層穿過所述多個開口延伸到外層，以便將熱量從內(nèi) 層傳遞到外層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中外層和內(nèi)層之間的中間層內(nèi)有兩個、三個或四個 以上的開口和/或熱傳導(dǎo)元件。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的葉片，其中外層完全地形成上部和/或下部外皮。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的葉片，其中開口和/或熱傳導(dǎo)元件在整個中間層中從葉 根或葉根附近朝向葉尖分布或分布到葉尖和/或從前緣或前緣附近朝向后緣分布或分布 到后緣，并且彼此間隔開，其中各開口之間或各熱傳導(dǎo)元件之間的間隔相同或發(fā)生改變，或 可以在中間層的一部分處相同并且在中間層的另一個部分處發(fā)生改變。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的葉片，其中開口和/或熱傳導(dǎo)元件以離散或不 連續(xù)的布置或以連續(xù)的布置來設(shè)置。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的葉片，其中，以離散布置的方式，開口或熱傳導(dǎo)元件彼此沿葉 片本體的縱向方向和翼展方向間隔開或同時沿兩者間隔開。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的葉片，其中，以離散布置的方式，開口包括筒形孔和/或 熱傳導(dǎo)元件包括柱形桿或棒。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的葉片，其中，以連續(xù)布置的方式，開口和/或熱傳導(dǎo)元件從葉 根或葉根附近朝向葉尖延伸或延伸到葉尖。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5或8所述的葉片，其中，以連續(xù)布置的方式，開口包括狹縫和/或熱 傳導(dǎo)元件包括條帶。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的葉片，其中中間層包括泡沫層或由泡沫層形 成。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的葉片，其中在前緣附近延伸的開口和/或熱 傳導(dǎo)元件的密集度和/或每單位面積的開口和/或熱傳導(dǎo)元件的數(shù)量高于沿葉片本體遠(yuǎn)離 前緣延伸的開口和/或熱傳導(dǎo)元件的密集度和/或每單位面積的開口和/或熱傳導(dǎo)元件的 數(shù)量。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的葉片，其中葉片還包括熱傳遞路徑，所述熱傳 遞路徑鄰近內(nèi)層并且處于上部和下部外皮之間的空間內(nèi)，熱傳遞路徑從葉根朝向葉尖縱向 延伸或縱向延伸到葉尖，以便將熱量從葉根朝向葉尖傳導(dǎo)或傳導(dǎo)到葉尖，從而將熱量經(jīng)由 內(nèi)層傳遞到熱傳導(dǎo)元件。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的葉片，其中熱傳遞路徑包括復(fù)數(shù)個通道，所述通道適于沿 其導(dǎo)引熱傳遞流體，從而使得熱量經(jīng)由流體從葉根朝向葉尖傳遞或傳遞到葉尖。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的葉片，還包括回流管道，所述回流管道處于上部和下部外 皮之間的空間內(nèi)，并且與通道流體連通，以便引導(dǎo)流體返回葉根，以使得流體能被再循環(huán)到 通道中。
15. 根據(jù)權(quán)利要求12或14中任一項(xiàng)所述的葉片，還包括穿過上部或下部外皮的排氣 孔，排氣孔與通道流體連通，以便將流體釋放到環(huán)境中。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的葉片，其中流體是空氣。
【文檔編號】F03D1/06GK104066981SQ201280067647
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2012年12月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月21日
【發(fā)明者】S·M·勞里森, J·龍博拉德 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)集團(tuán)公司