對風力渦輪機葉片進行除冰的方法
【專利摘要】一種對風力渦輪機葉片(5)進行除冰的方法，包括以下步驟：使用配置在葉片根部中的加熱構(gòu)件(10)產(chǎn)生受熱空氣；以及使受熱空氣穿過限定在葉片內(nèi)的另外兩個縱向葉片腔(24，26，28)的至少一部分繞葉片內(nèi)部持續(xù)地循環(huán)。循環(huán)步驟包括：將受熱空氣從加熱構(gòu)件的排氣口(32a)至少部分地穿過第一縱向葉片腔(26)朝向葉片尖端(18)輸送；在沿葉片長度的一位置處使受熱空氣從第一縱向葉片腔(26)偏轉(zhuǎn)到第二縱向葉片腔(24)中；以及將偏轉(zhuǎn)的空氣至少部分地穿過第二縱向葉片腔(24)輸送回加熱構(gòu)件(10)的進氣口(34)。受熱空氣至少穿過前緣腔(26)和限定在葉片內(nèi)的縱向腹板(22)之間的中心腔(24)循環(huán)。
【專利說明】對風力渦輪機葉片進行除冰的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過使受熱空氣穿過葉片內(nèi)部循環(huán)來對風力渦輪機葉片進行除冰的方法。本發(fā)明還涉及一種包括適于本發(fā)明的除冰方法的一個或多個風力渦輪機葉片的風力渦輪機。

【背景技術(shù)】
[0002]冰形成在風力渦輪機葉片的表面上是相當常見的問題，即使是在溫和氣候中。冰在葉片表面上，特別是在葉片尖部中的形成和擴散將會改變?nèi)~片空氣動力學特征并且還可能導致葉片上的增加的振動和載荷，所有這些都導致功率輸出方面的降低。在更嚴重的情況下，渦輪機可能需要在冰積累時停機，以防止葉片的過大載荷，所述過大載荷可能損傷葉片部件或?qū)θ~片部件造成永久性疲勞。此外，存在與冰從風力渦輪機葉片甩出的潛在風險有關(guān)的安全問題，這意味著渦輪機必須停機，直到冰能夠被去除。明確的是，任何長時間的停機都將會對渦輪機的產(chǎn)能產(chǎn)生不利影響。
[0003]因此，已認識到重要的是使風力渦輪機配備有用于防止冰在風力渦輪機葉片上形成或?qū)⒁言谌~片表面上形成的冰去除的有效系統(tǒng)。還重要的是提供用于在早期階段檢測冰在風力渦輪機上形成的準確方式。
[0004]使用受熱空氣加熱風力渦輪機葉片表面，以便防止冰形成或?qū)⒈鶑娜~片上去除在先前已被提出。在這樣的方法中，加熱葉片表面使得冰在冰與葉片表面之間的界面處解凍，由此冰能夠在其自身重量影響下從葉片上滑落。例如，DE-A-842330描述了一種系統(tǒng)，其中空氣在通過離心力穿過葉片內(nèi)部抽入之前穿過機艙抽入，空氣在所述機艙中由發(fā)電設(shè)備加熱。受熱空氣從葉片尖端排出。
[0005]期望的是提供一種用于對風力渦輪機進行除冰的改進的系統(tǒng)和方法，所述系統(tǒng)和方法在將冰從葉片表面去除方面是有效的并且能夠以相對較低的成本并且在不對葉片結(jié)構(gòu)進行顯著改動的情況下結(jié)合到新的和現(xiàn)有的風力渦輪機葉片中。特別期望的是這樣的除冰系統(tǒng)和方法能夠整合到風力渦輪機控制中，從而使得能夠響應(yīng)于葉片表面處的情況而準確地控制所述系統(tǒng)和方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明，提供一種對風力渦輪機葉片進行除冰的方法，所述方法包括以下步驟:使用配置在葉片根部中的加熱構(gòu)件產(chǎn)生受熱空氣；以及使受熱空氣穿過限定在葉片內(nèi)的另外兩個縱向葉片腔的至少一部分繞葉片內(nèi)部持續(xù)地循環(huán)。在循環(huán)步驟期間，受熱空氣首先從加熱構(gòu)件的排氣口至少部分地穿過第一縱向葉片腔朝向葉片尖端輸送。在沿葉片長度的一位置處，受熱空氣接下來從第一縱向葉片腔偏轉(zhuǎn)到第二縱向葉片腔中。偏轉(zhuǎn)的空氣接下來至少部分地穿過第二縱向葉片腔被輸送回加熱構(gòu)件的進氣口。在除冰方法期間，重要的是受熱空氣至少穿過限定在穿過葉片內(nèi)部延伸的各縱向腹板之間的中心腔以及限定在一個或多個縱向腹板與葉片前緣之間的前緣腔循環(huán)。
[0007]在本發(fā)明的除冰方法中，在葉片根部中產(chǎn)生的受熱空氣穿過葉片內(nèi)部循環(huán)以與葉片外殼的內(nèi)部表面相接觸。由于受熱空氣穿過葉片的腔結(jié)構(gòu)循環(huán)，因此受熱空氣將熱量傳遞到外殼，從而使得外殼溫度上升。如在上文中描述的，這使得至少與葉片表面接觸的冰層解凍。因此，冰與葉片表面之間失去附著并且冰將會完全融化或由于其自身重量而從葉片滑落。
[0008]在商用風力渦輪機上使用的風力渦輪機葉片通常由外殼和內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)形成。增強件可以配置在外殼中，配置在內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)，或既配置在外殼中又配置在內(nèi)部支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)。在特定類型的風力渦輪機葉片中，增強材料中的大部分配置在縱向內(nèi)部翼梁或穿過外殼內(nèi)部延伸的梁內(nèi)。內(nèi)部翼梁通常在葉片的壓力側(cè)和吸收側(cè)處包括與外殼接觸或成一體的翼梁帽?？v向腹板在翼梁帽的各邊緣之間延伸以形成中空的管狀結(jié)構(gòu)?？v向腹板限定出內(nèi)部翼梁內(nèi)部的腔并且在葉片前緣和葉片后緣處限定出翼梁兩側(cè)上的腔。
[0009]在其它類型的風力渦輪機葉片中，增強材料中的大部分配置在外殼內(nèi)。因此，不需要內(nèi)部翼梁，而是通常將會配置有在外殼的壓力側(cè)與吸收側(cè)之間延伸的兩個或更多縱向腹板或邊框?？v向腹板將葉片的內(nèi)部體積分隔成多個縱向腔，所述多個縱向腔至少包括穿過葉片中部延伸的中心腔、前緣腔以及后緣腔。
[0010]因此，如在上文中描述的，能夠看出的是在風力渦輪機葉片中的大部分中，在葉片的內(nèi)部作為標準設(shè)置兩個或更多縱向腹板，所述兩個或更多縱向腹板將葉片內(nèi)部分隔成不同的腔。
[0011]本發(fā)明的除冰方法有利地使用限定在葉片內(nèi)的腔結(jié)構(gòu)以通過已定義的循環(huán)模式協(xié)助引導空氣穿過葉片。由于風力渦輪機葉片中的大部分由這樣的已就位的腔結(jié)構(gòu)形成，因此，如在上文中描述的，需要對葉片結(jié)構(gòu)進行相對較少的改動，以便使得葉片與使用除冰方法相容。因此，除冰方法能夠有利地在各種類型的葉片結(jié)構(gòu)中實施并且能夠易于在現(xiàn)有葉片中實施，以及與新制造的葉片一起實施。
[0012]本發(fā)明的除冰方法建立受熱空氣在葉片內(nèi)的循環(huán)，所述循環(huán)能夠方便地利用已存在于葉片內(nèi)部的空氣執(zhí)行，以使得無需從外部抽入空氣?？諝庖原h(huán)形流動路徑繞葉片輸送，以使得空氣能夠穿過加熱構(gòu)件并且繞葉片持續(xù)地再循環(huán)。這提供一種非常有效的方式以建立穿過葉片的受熱空氣的連續(xù)流。具體地，使用環(huán)形流動路徑的系統(tǒng)需要比空氣不在葉片內(nèi)再循環(huán)的開環(huán)系統(tǒng)所需更少的功率輸入以便達到葉片內(nèi)的目標溫度。
[0013]空氣在葉片內(nèi)部加熱到溫度高于環(huán)境空氣的溫度。然而，加熱的程度和受熱空氣的溫度將會取決于葉片處的狀況和所使用的受熱空氣循環(huán)的模式。在一些情況下，將空氣在葉片內(nèi)部加熱到僅略微高于環(huán)境空氣的溫度已足夠。在其它情況下，可能期望提供更暖的空氣以能夠?qū)⒏酂崃總鬟f到葉片表面。
[0014]受熱空氣在葉片根部中產(chǎn)生，所述葉片根部是葉片最靠近輪轂的部分。受熱空氣接下來穿過葉片內(nèi)部沿縱向方向朝向葉片尖端輸送或泵送。術(shù)語“縱向”限定出沿葉片長度的基本上平行于葉片縱軸線的方向。葉片的“尖端”是葉片的最遠離輪轂的周端，葉片的“尖部”是葉片的配置有尖端的部分。在大多數(shù)情況下，期望的是將受熱空氣從葉片根部盡可能沿葉片長度輸送到尖部中，以使得包括葉片尖端的尖部被加熱。這通常將會是重要的，因為冰的形成可能對葉片的在葉片尖部中的空氣動力學效率產(chǎn)生顯著影響，所述葉片尖部掃過比根端更大的面積。
[0015]葉片的內(nèi)部體積隨著葉片弦長減少而朝向尖端減少，以使得在距根端較遠距離處更難將足夠的空氣穿過葉片輸送。除使用前緣腔之外還使用中心腔用于受熱空氣循環(huán)提供用于將盡可能大體積的受熱空氣傳遞到葉片尖部的一種有效方式。中心腔通常具有明確限定的形狀和體積并且其能夠與鄰近的腔便利地分隔，以便提供用于受熱空氣的便捷流動路徑。
[0016]為了執(zhí)行本發(fā)明的除冰方法，加熱構(gòu)件必須被結(jié)合到葉片根端中以將受熱空氣提供到葉片內(nèi)部。葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件適于將受熱空氣沿一個或多個縱向葉片腔朝向葉片尖端輸送。因此，加熱構(gòu)件優(yōu)選地包括用于將受熱空氣流噴射或泵送到葉片內(nèi)部的一個或多個風扇、泵或其它適當構(gòu)件。加熱構(gòu)件將會優(yōu)選地還包括用于將空氣從尖部穿過葉片吸回或抽回根端的適當構(gòu)件。
[0017]為了在葉片內(nèi)部建立受熱空氣的環(huán)流模式，葉片必須適于使受熱空氣在各葉片腔之間偏轉(zhuǎn)。受熱空氣在各腔之間偏轉(zhuǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)的方式將會取決于葉片結(jié)構(gòu)和受熱空氣的繞葉片內(nèi)部的期望路徑。
[0018]在一些情況下，現(xiàn)有的葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)足以使空氣以期望的方式在各腔之間偏轉(zhuǎn)。在其它情況下，可能需要將附加結(jié)構(gòu)結(jié)合在葉片內(nèi)部以建立更明確限定的流動路徑并且從而確保受熱空氣按要求偏轉(zhuǎn)。附加結(jié)構(gòu)可以包括例如一個或多個區(qū)段、擋板、隔板或腹板，所述附加結(jié)構(gòu)可以定位成阻塞特定流動路徑，或分隔受熱空氣流并且使不同部分沿不同方向偏轉(zhuǎn)。替代地或附加地，可以通過將在葉片的不同腔之間延伸的一個或多個孔、開口或?qū)Ч芙Y(jié)合并且提供被限定用于針對受熱空氣的流動路徑來提供適當流動路徑。將會參考特定除冰方法在下文中描述用于使受熱空氣偏轉(zhuǎn)的特定構(gòu)件。
[0019]在本發(fā)明第一實施方式中，除冰方法包括以下步驟:將受熱空氣的至少一部分從加熱構(gòu)件的排氣口穿過前緣腔朝向葉片尖端輸送；在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣從前緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中；以及將偏轉(zhuǎn)的空氣穿過中心腔輸送回加熱構(gòu)件的進氣口。
[0020]因此，在根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法中，受熱空氣穿過葉片在前緣腔中被向外輸送并且穿過中心腔被輸送回向加熱構(gòu)件。術(shù)語“向外”指的是朝向葉片尖端的方向。
[0021]優(yōu)選地，除將受熱空氣沿葉片在前緣腔中向外輸送之外，受熱空氣還附加地從加熱構(gòu)件的排氣口沿限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔被輸送。這部分受熱空氣類似地在沿葉片長度的一位置處偏轉(zhuǎn)到中心腔中并且穿過中心腔被輸送回向加熱構(gòu)件的進氣口。因此，受熱空氣穿過前緣腔和后緣腔兩者被向外輸送，而僅穿過中心腔被輸送回加熱構(gòu)件。
[0022]附加地使用后緣腔沿葉片輸送受熱空氣可以提供多個益處。后緣腔通常提供相對較大的體積，因此能夠通過將受熱空氣穿過后緣腔以及前緣腔輸送而顯著地增加受熱空氣朝向葉片尖端的流率，從而提供針對葉片表面的更有效率的加熱。此外，通過將受熱空氣穿過后緣腔和前緣腔兩者輸送，可以提供針對葉片表面的更均勻的加熱，因為受熱空氣能夠與較大的葉片外殼表面積接觸。
[0023]優(yōu)選地，空氣在葉片尖部內(nèi)的一位置處從前緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中，以使得受熱空氣在對葉片尖端進行加熱和除冰方面是有效的。在受熱空氣附加地穿過后緣腔被輸送的情況下，這部分受熱空氣還優(yōu)選地在葉片尖部中偏轉(zhuǎn)到中心腔中。
[0024]為了使風力渦輪機葉片適于與根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法一起使用，因此用于將空氣繞葉片尖部在不同腔之間引導的適當偏轉(zhuǎn)構(gòu)件被結(jié)合到葉片尖部中。適當偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可以包括例如從葉片尖端延伸到中心腔的端部中的擋板或隔板。偏轉(zhuǎn)構(gòu)件優(yōu)選地限定出從前緣腔和后緣腔進入中心腔中的分開的流動路徑，而基本上防止受熱空氣在前緣腔與后緣腔之間轉(zhuǎn)移。
[0025]在根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的方法中，受熱空氣穿過前緣腔和后緣腔兩者被輸送，可以提供分開的加熱構(gòu)件以便為每個腔產(chǎn)生受熱空氣。更優(yōu)選地，單一加熱構(gòu)件配置在葉片根部中，所述方法還包括將受熱空氣從加熱構(gòu)件的一個或多個排氣口分配到前緣腔和后緣腔中的步驟。受熱空氣的分配可以通過將適當空氣分配系統(tǒng)結(jié)合在葉片根部中實現(xiàn)。空氣分配系統(tǒng)優(yōu)選地包括用于將受熱空氣引導到后緣腔中的第一排氣口以及用于將受熱空氣引導到前緣腔中的第二排氣口。
[0026]優(yōu)選地，本發(fā)明第一實施方式的方法還包括控制通向前緣腔和后緣腔的受熱空氣流的步驟。這意味著提供給每個腔的包括例如溫度和質(zhì)量流率的空氣參數(shù)能夠被單獨地控制以滿足葉片的各種需求。
[0027]在本發(fā)明第二實施方式中，所述除冰方法包括以下步驟:將受熱空氣的至少一部分從加熱構(gòu)件的排氣口穿過限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔朝向葉片尖端輸送；在沿葉片長度的一位置處，將受熱空氣的第一部分從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中并且將受熱空氣的第二部分從后緣腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中；以及將受熱空氣穿過前緣腔和中心腔輸送回加熱構(gòu)件的一個或多個進氣口。
[0028]因此，在根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的方法中，受熱空氣穿過葉片在后緣腔中被向外輸送并且穿過中心腔和前緣腔兩者被輸送回加熱構(gòu)件。
[0029]如與在上文中描述的第一實施方式有關(guān)的，有利的是使用后緣腔將受熱空氣朝向葉片尖端輸送，因為后緣腔提供使受熱空氣能夠以高流率進入葉片尖部的相對較大體積。
[0030]優(yōu)選地，受熱空氣在葉片尖部中、最優(yōu)選地在葉片尖端處從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔和前緣腔中。這使得受熱空氣循環(huán)能夠在對葉片進行最少改動的情況下進行，因為葉片尖端將會使從后緣腔流出的空氣自然地繼續(xù)偏轉(zhuǎn)回葉片的剩余部分。因此，在一些情況下，無需將用于使受熱空氣偏轉(zhuǎn)的分開構(gòu)件結(jié)合在各腔之間。在其它情況下，附加結(jié)構(gòu)構(gòu)件可以配置在葉片尖部中以協(xié)助將受熱空氣從后緣腔導引到中心腔和前緣腔中。
[0031]在葉片尖部具有相對較小橫截面積的情況下，受熱空氣的至少一部分可以在其到達葉片尖端之前從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中。這有助于維持穿過葉片尖部的受熱空氣流?？諝饪梢詮暮缶壡淮┻^配置在將后緣腔與中心腔分開的一個或多個縱向腹板中的一個或多個開口或通道偏轉(zhuǎn)到中心腔中。例如，多個被隔開的開口可以在葉片尖部中配置在縱向腹板中。因此，受熱空氣在其接近葉片尖端時被逐漸偏轉(zhuǎn)到中心腔中，以使得繞葉片尖端經(jīng)過的受熱空氣的體積被降低。
[0032]根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的除冰方法可以有利地利用在后緣腔內(nèi)具有附加隔熱材料的葉片實施。所述隔熱材料可以被結(jié)合例如以向葉片提供附加結(jié)構(gòu)支撐。隔熱材料存在于后緣腔內(nèi)意味著受熱空氣能夠在受熱空氣穿過后緣腔行進時向周圍葉片表面損失較少熱量的情況下被輸送到葉片尖部。這意味著較熱空氣能夠更易于被傳遞到最需要加熱的葉片尖部。
[0033]使用中心腔和前緣腔兩者將受熱空氣輸送回向加熱構(gòu)件通過最大化葉片與受熱空氣接觸的表面積優(yōu)化尖部中的加熱。此外，如在上文中描述的，使用中心腔和前緣腔兩者有助于維持穿過后緣腔的、具體是在中心腔和前緣腔的橫截面相對較小的葉片尖部中的可能的較高流速。
[0034]優(yōu)選地，在根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的方法中，受熱空氣的穿過中心腔被輸送回的第一部分在沿葉片長度的一位置處從中心腔偏轉(zhuǎn)出來進入前緣腔。受熱空氣的被偏轉(zhuǎn)的第一部分接下來與受熱空氣的在前緣腔中的第二部分結(jié)合被輸送回加熱構(gòu)件。因此，受熱空氣在與受熱空氣的余下部分一起偏轉(zhuǎn)到前緣腔中之前僅經(jīng)過中心腔的一部分。受熱空氣接下來在前緣腔中的單一氣流中被輸送回加熱構(gòu)件。這有利地意味著在加熱構(gòu)件處僅需要單一進氣口以便接收返回空氣。
[0035]受熱空氣的第一部分優(yōu)選地在從尖端沿葉片長度的至少四分之一、更優(yōu)選地從尖端沿葉片長度的至少三分之一的位置處偏轉(zhuǎn)到前緣腔中。因此，受熱空氣至少在葉片尖部中維持在中心腔內(nèi)。待受熱空氣從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中時，前緣腔的橫截面積將會足夠大，使得能夠容納受熱空氣的全部體積。
[0036]為了使受熱空氣的第一部分從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔，適當區(qū)段或屏障優(yōu)選地配置在中心腔內(nèi)以阻塞中心腔的剩余部分。在中心腔與前緣腔之間的適當流動路徑接下來優(yōu)選地配置在所述區(qū)段處或鄰近于所述區(qū)段。例如，孔或通道可以配置在將中心腔與前緣腔分開的一個或多個縱向腹板中。
[0037]在根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的方法中，受熱空氣穿過后緣腔被向外輸送并且穿過前緣腔返回加熱構(gòu)件，加熱構(gòu)件優(yōu)選地配置成包括定位成將受熱空氣引導到后緣腔中的排氣口以及定位成從前緣腔接收空氣的進氣口。
[0038]在特定替代實施方式中，受熱空氣可以沿針對第二實施方式在上文中描述的方向的相反方向繞葉片輸送。因此，在這樣的實施方式中，受熱空氣穿過前緣腔和中心腔向外輸送并且穿過后緣腔返回到加熱構(gòu)件。
[0039]在本發(fā)明第三實施方式中，除冰方法包括以下步驟:將受熱空氣從加熱構(gòu)件的排氣口穿過中心腔朝向葉片尖端輸送；在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣的至少一部分從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中；以及將偏轉(zhuǎn)的空氣穿過前緣腔輸送回向加熱構(gòu)件的進氣口。
[0040]因此，在根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的方法中，受熱空氣穿過葉片在中心腔中被向外輸送并且穿過前緣腔返回加熱構(gòu)件。
[0041]受熱空氣能夠在無需對葉片結(jié)構(gòu)進行顯著結(jié)構(gòu)性改動的情況下朝向葉片尖端穿過中心腔被方便地輸送。然而，為了確保受熱空氣在中心腔內(nèi)保持相對較好的隔熱狀態(tài)，附加隔熱材料優(yōu)選地被結(jié)合在中心腔內(nèi)。例如，如下文中所述的，當中心腔限定在內(nèi)部翼梁內(nèi)時，附加隔熱材料優(yōu)選地被結(jié)合在翼梁內(nèi)，以便最小化穿過翼梁的熱傳遞。在這樣的情況下，受熱空氣在穿過中心腔被輸送的同時將不會與葉片的外殼顯著接觸，并且利用翼梁內(nèi)的附加隔熱，能夠有效地保留熱量。因此，可以將較熱空氣傳遞到葉片尖部，以使得尖部中的除冰能夠以有效方式進行。
[0042]優(yōu)選地，除使受熱空氣從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中之外，受熱空氣的一部分還附加地從中心腔偏轉(zhuǎn)到限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔中。這部分受熱空氣接下來穿過后緣腔被輸送回向加熱構(gòu)件的進氣口。因此，受熱空氣在根端處穿過前緣腔和后緣腔兩者被輸送回加熱構(gòu)件，而僅穿過中心腔從加熱構(gòu)件被輸送出來。
[0043]如與在上文中描述的第一實施方式有關(guān)的，附加的使用后緣腔沿葉片輸送熱空氣可以提供多個益處。
[0044]優(yōu)選地，受熱空氣在葉片尖部中、最優(yōu)選地在葉片尖端處從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中并且可選地偏轉(zhuǎn)到后緣腔中。在大多數(shù)情況下，中心腔不一直延伸到葉片尖端，因此受熱空氣將會在距尖端較短距離處離開中心腔。用于使受熱空氣偏轉(zhuǎn)到前緣腔中并且可選地偏轉(zhuǎn)到后緣腔中的適當構(gòu)件能夠方便地配置在中心腔的端部與葉片尖端之間的空間內(nèi)。
[0045]適當偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可以包括例如從葉片尖端延伸到中心腔的端部中的擋板或隔板。偏轉(zhuǎn)構(gòu)件優(yōu)選地限定與中心腔分開的進入前緣腔和后緣腔中的流動路徑，而基本上防止受熱空氣在前緣腔與后緣腔之間轉(zhuǎn)移。
[0046]受熱空氣的一部分可以在受熱空氣到達中心腔的在尖端處的端部之前可選地從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔和后緣腔中。這可以使得受熱空氣繞葉片的流速較高，因為中心腔的端部與葉片尖端之間的空間通常非常有限。例如，一個或多個開口可以可選地配置在限定出中心腔的縱向腹板中，所述一個或多個開口提供從中心腔到前緣腔和后緣腔中的流道。優(yōu)選地，多個開口在葉片尖部內(nèi)配置在沿縱向腹板的被隔開的位置處。
[0047]根據(jù)本發(fā)明中任意實施方式的除冰方法還可以包括以下步驟:監(jiān)控葉片處的溫度；以及控制加熱構(gòu)件取決于葉片處的溫度調(diào)節(jié)產(chǎn)生的受熱空氣的溫度。適當溫度傳感器可以配置在葉片外表面上或葉片內(nèi)部，以便監(jiān)控葉片處的溫度。溫度傳感器可以配置成用于監(jiān)控空氣溫度或葉片表面的溫度。反饋循環(huán)可以接下來被建立，其中來自溫度傳感器的輸出由與加熱構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的控制器接收，所述控制器控制加熱構(gòu)件將溫度調(diào)節(jié)到期望等級。反饋循環(huán)還可以用作安全措施以防止葉片的過度加熱。
[0048]對于監(jiān)控葉片處的溫度的步驟而言替代地或附加地，本發(fā)明的除冰方法還可以包括以下步驟:監(jiān)控葉片內(nèi)的空氣流；以及取決于空氣流控制加熱構(gòu)件。適當壓力傳感器，諸如壓差切換式傳感器，可以配置在葉片內(nèi)，以便監(jiān)控葉片腔中的一個或多個內(nèi)的空氣流。來自壓力傳感器的輸出可以由加熱構(gòu)件內(nèi)的相關(guān)聯(lián)的控制器接收，所述控制器控制加熱構(gòu)件取決于空氣流調(diào)節(jié)加熱等級。優(yōu)選地，控制器在葉片內(nèi)檢測到低或零空氣流的情況下關(guān)閉加熱構(gòu)件，從而提供安全裝置以防止葉片的過度加熱。
[0049]可以響應(yīng)于來自溫度或壓力傳感器的輸出而控制的加熱構(gòu)件的參數(shù)包括:提供給加熱構(gòu)件的功率和/或空氣穿過加熱構(gòu)件的流率。還可以響應(yīng)于所述輸出而控制加熱構(gòu)件保持打開的時長。
[0050]根據(jù)本發(fā)明的除冰方法適于去除在葉片上形成的冰。因此不必使得受熱空氣在整個操作期間穿過葉片持續(xù)地循環(huán)。為了降低與除冰方法相關(guān)聯(lián)的能量消耗，更優(yōu)選的是僅當已在葉片表面上檢測到冰時啟動受熱空氣循環(huán)并且加熱構(gòu)件當沒有冰存在于葉片上時保持關(guān)閉。
[0051]因此，根據(jù)本發(fā)明的方法還包括以下步驟:監(jiān)控風力渦輪機以檢測冰在葉片表面上的存在并且在檢測到冰的情況下啟動受熱空氣循環(huán)。以這種方式，除冰僅當在葉片上檢測到冰時進行，從而優(yōu)化除冰系統(tǒng)的效率。
[0052]葉片表面可以使用安裝在葉片上的適當冰傳感器直接地監(jiān)控，所述冰傳感器連接到用于加熱構(gòu)件的控制器。當由冰傳感器檢測出特定等級的冰時，冰傳感器向控制器發(fā)送輸出信號以啟動加熱構(gòu)件。
[0053]替代地或附加地，可以通過監(jiān)控渦輪機的功率曲線以檢測作為冰形成的結(jié)果而出現(xiàn)的功率曲線的改變間接地檢測出冰在葉片表面上的存在。冰在葉片表面上的形成足以影響葉片的空氣動力學特性以及來自渦輪機的功率輸出，使得即使在相對較低的結(jié)冰等級下也能夠檢測出功率曲線中的改變。在檢測到功率曲線中的與冰形成相關(guān)聯(lián)的改變的情況下，能夠發(fā)送信號到加熱構(gòu)件的控制器以啟動加熱構(gòu)件并且執(zhí)行除冰方法。
[0054]通過利用冰傳感器或借助于功率曲線持續(xù)地監(jiān)控葉片，可以在非常早期階段、在冰已變厚或擴散到顯著程度之前檢測出冰在葉片表面上的形成。如果除冰方法能夠在所述早期階段啟動，則能夠最小化實現(xiàn)葉片除冰所需的功率。
[0055]根據(jù)本發(fā)明，還提供一種風力渦輪機，其包括一個或多個風力渦輪機葉片，每個葉片包括:外殼；以及配置在外殼內(nèi)并且穿過葉片內(nèi)部縱向地延伸的一個或多個縱向腹板。一個或多個縱向腹板在葉片內(nèi)部限定出腔結(jié)構(gòu)，所述腔結(jié)構(gòu)包括:限定在葉片前緣與一個或多個縱向腹板之間的縱向前緣腔、限定在葉片后緣與一個或多個縱向腹板之間的縱向后緣腔、以及限定在一對縱向腹板之間并且定位在前緣腔與后緣腔之間的中心腔。用于產(chǎn)生受熱空氣的加熱構(gòu)件配置在葉片根部中，所述加熱構(gòu)件包括:一個或多個空氣進氣口 ；用于加熱穿過一個或多個進氣口進入的空氣的一個或多個加熱器；一個或多個空氣排氣口 ；以及用于使受熱空氣從一個或多個排氣口繞葉片內(nèi)部循環(huán)并且返回一個或多個進氣口的構(gòu)件。加熱構(gòu)件適于使受熱空氣至少穿過前緣腔和中心腔循環(huán)。
[0056]因此，根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機包括適于如上文中限定的本發(fā)明的除冰方法的一個或多個風力渦輪機葉片。具體地，一個或多個葉片中的每個包括用于產(chǎn)生受熱空氣并且在葉片內(nèi)建立受熱空氣的穿過腔結(jié)構(gòu)的循環(huán)的加熱構(gòu)件。葉片內(nèi)部包括限定出腔結(jié)構(gòu)的縱向腹板結(jié)構(gòu)，所述腔結(jié)構(gòu)包括前緣腔、后緣腔以及中心腔。其它腔可以附加地限定在葉片內(nèi)部。如在上文中描述的，常規(guī)風力渦輪機葉片通常包括在外殼的壓力側(cè)與吸收側(cè)之間延伸并且限定出所述腔結(jié)構(gòu)的縱向腹板結(jié)構(gòu)。每個腔優(yōu)選地沿基本上全部葉片長度從根端延伸到靠近葉片尖端的位置。
[0057]能夠通過調(diào)整加熱構(gòu)件的在葉片根部內(nèi)的形狀和位置控制受熱空氣的繞葉片內(nèi)部的循環(huán)模式。優(yōu)選地，一個或多個空氣排氣口定位成將受熱空氣從加熱構(gòu)件釋放到一個或多個縱向腔中。因此，排氣口優(yōu)選地定位或安裝在每個縱向腔的根端處，受熱空氣穿過所述排氣口被向外輸送。優(yōu)選地，一個或多個進氣口類似地定位成從一個或多個縱向腔中接收或抽入空氣，其中在進氣口處接收的空氣已繞葉片內(nèi)部循環(huán)以將熱量傳遞到葉片外殼。因此，進氣口優(yōu)選地定位或安裝在每個縱向腔的根端處，受熱空氣穿過所述進氣口在每個縱向腔的根端處被輸送回加熱構(gòu)件。
[0058]優(yōu)選地，加熱構(gòu)件的主體安裝在葉片的中心腔內(nèi)，提供適當空氣分配歧管以將受熱空氣分配到適當腔并且從葉片內(nèi)接收再循環(huán)空氣。
[0059]優(yōu)選地，加熱構(gòu)件包括用于建立穿過縱向腔的受熱空氣流的一個或多個風扇或泵。一個或多個風扇或泵適于將空氣穿過加熱構(gòu)件的一個或多個進氣口抽入加熱構(gòu)件中并且接下來在將受熱空氣穿過一個或多個排氣口泵送出來之前使空氣經(jīng)過或跨過一個或多個加熱器。
[0060]用于加熱被抽入加熱構(gòu)件中的空氣的適當加熱器對于本領(lǐng)域中的技術(shù)人員而言將會是熟知的，但還可以包括例如在空氣跨過加熱元件被抽入時加熱空氣的一個或多個電阻式加熱元件。加熱構(gòu)件通常將會連接到渦輪機的靜止部分(諸如機艙)內(nèi)的供電裝置。加熱構(gòu)件可以可選地配置有用于在空氣被抽入穿過時清潔空氣的構(gòu)件，包括例如一個或多個過濾器。
[0061]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機的每個葉片還包括用于使受熱空氣從縱向腔中的一個偏轉(zhuǎn)到其它縱向腔中的至少一個的構(gòu)件。如在上文中描述的，偏轉(zhuǎn)構(gòu)件的形式和位置將會取決于選定用于葉片的除冰方法以及現(xiàn)有的葉片內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
[0062]偏轉(zhuǎn)構(gòu)件在葉片尖部中優(yōu)選地配置在縱向葉片腔中的至少兩個之間。如在上文中描述的，特別期望的是使受熱空氣繞葉片尖部循環(huán)，因為所述葉片尖部是冰的形成能夠?qū)τ谌~片的性能潛在地造成最大影響的位置。因此，期望的是建立受熱空氣在偏轉(zhuǎn)和返回葉片根端之前沿基本上全部葉片長度被輸送到所述葉片尖端的受熱空氣循環(huán)。在特定優(yōu)選實施例中，偏轉(zhuǎn)構(gòu)件包括從葉片尖端延伸的區(qū)段。適當偏轉(zhuǎn)構(gòu)件已在上文中與本發(fā)明的方法有關(guān)地描述并且將會參考本發(fā)明的風力渦輪機的優(yōu)選實施方式更詳細地描述。
[0063]對于配置在葉片尖部中的偏轉(zhuǎn)構(gòu)件而言替代地或附加地，偏轉(zhuǎn)構(gòu)件可以配置在葉片根端與葉片尖端之間的一個或多個中間位置處。針對需要使受熱空氣在遠離尖端的位置處的各腔之間偏轉(zhuǎn)的特定除冰方法，這可以是值得期望的。例如，在根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的除冰方法中，需要偏轉(zhuǎn)構(gòu)件使受熱空氣在距葉片尖端一段距離處從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中。
[0064]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機可以包括適于與如在上文中描述的根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法一起使用的一個或多個風力渦輪機葉片。在所述風力渦輪機葉片中，每個葉片的加熱構(gòu)件包括用于將受熱空氣輸送到葉片的前緣腔中的排氣口和用于接收穿過中心腔被輸送的空氣的進氣口。這使得受熱空氣循環(huán)能夠建立成從加熱構(gòu)件穿過前緣腔朝向葉片尖端并且穿過中心腔返回葉片根端。
[0065]優(yōu)選地，葉片的適于與根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法一起使用的加熱構(gòu)件還包括用于將受熱空氣輸送到葉片的后緣腔中的排氣口。這使得受熱空氣能夠穿過前緣腔和后緣腔兩者朝向尖端被輸送。
[0066]在所述葉片中，偏轉(zhuǎn)構(gòu)件優(yōu)選地配置在中心腔的尖端處以提供從前緣腔到中心腔的第一流動路徑和從后緣腔到中心腔的第二流動路徑。例如，可以配置從葉片尖端延伸到中心腔的端部中的區(qū)段，所述區(qū)段將受熱空氣從前緣腔和后緣腔引導到中心腔中，但基本上防止受熱空氣在前緣腔與后緣腔之間轉(zhuǎn)移。
[0067]每個葉片中的加熱構(gòu)件優(yōu)選地還包括用于單獨地控制被輸送到前緣腔和后緣腔中的每個中的受熱空氣的溫度和流率中的至少一個的控制構(gòu)件。
[0068]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機替代地可以包括適于與如在上文中描述的根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的除冰方法一起使用的一個或多個風力渦輪機葉片。在所述風力渦輪機葉片中，每個葉片的加熱構(gòu)件包括用于將受熱空氣輸送到葉片的后緣腔中的排氣口以及用于接收穿過前緣腔被輸送的空氣的進氣口。這使得受熱空氣循環(huán)能夠建立成從加熱構(gòu)件穿過后緣腔朝向葉片尖端并且穿過中心腔和前緣腔返回。
[0069]在所述葉片中，一區(qū)段優(yōu)選地在中心腔內(nèi)配置在沿中心腔長度的一位置處，一個或多個開口配置在縱向腹板內(nèi)以提供中心腔與前緣腔之間的流動路徑，其中一個或多個開口配置在所述區(qū)段與葉片尖端之間的一個或多個位置處。
[0070]優(yōu)選地，配置在縱向腹板中的一個或多個開口附加地提供后緣腔與中心腔之間的流動路徑。這意味著受熱空氣能夠從后緣腔穿過中心腔在所述區(qū)段與葉片尖端之間的一個或多個位置處流動到前緣腔。如在上文中描述的，所述布置使得穿過葉片尖部的受熱空氣流能夠維持在相對較高等級，盡管葉片截面在所述區(qū)域中減小。這繼而提供對葉片尖部的更有效率的加熱。
[0071]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機可以替代地包括適于與如在上文中描述的根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的除冰方法一起使用的一個或多個風力渦輪機葉片。在所述風力渦輪機葉片中，每個葉片的加熱構(gòu)件包括用于將受熱空氣輸送到葉片的中心腔中的排氣口以及用于接收穿過前緣腔被輸送的空氣的進氣口。這使得受熱空氣循環(huán)能夠建立成從加熱構(gòu)件穿過中心腔朝向葉片尖端并且穿過前緣腔返回。
[0072]優(yōu)選地，適于與根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法一起使用的葉片加熱構(gòu)件還包括用于接收穿過后緣腔被輸送空氣的進氣口。這使得受熱空氣能夠從葉片尖端穿過前緣腔和后緣腔兩者被輸送回。
[0073]在所述葉片中，偏轉(zhuǎn)構(gòu)件優(yōu)選地配置在中心腔的尖端處以提供從中心腔到前緣腔的第一流動路徑以及從中心腔到后緣腔的第二流動路徑。例如，擋板可以配置在中心腔的端部處以將受熱空氣流分隔成兩個部分，一個部分將會穿過前緣腔偏轉(zhuǎn)回，另一個部分將會穿過后緣腔偏轉(zhuǎn)回。
[0074]在根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機中，每個葉片還可以包括用于將縱向腔在葉片根端處彼此分隔的構(gòu)件。這可以有利地通過防止空氣在葉片根端處在縱向腔之間的不期望的流動而確保在葉片內(nèi)部維持期望的受熱空氣循環(huán)。在葉片內(nèi)建立閉環(huán)路線也將會有助于確?？諝獗M可能高效地經(jīng)過加熱構(gòu)件。
[0075]在特定葉片中，前緣腔和后緣腔可以借助于縱向腹板在根端處有效地閉合，所述縱向腹板可以穿過葉片根部一直延伸，直到遇到葉片壁。在其它葉片中，可能在縱向腔的根端處需要附加區(qū)段或密封件，以便將各腔彼此分隔。
[0076]縱向腔在根端處的閉合可以有利于防止受熱空氣逸出葉片，以使得受熱空氣能夠繞葉片沿基本上閉環(huán)路線有效地再循環(huán)。
[0077]如與方法權(quán)利要求有關(guān)在上文中描述的，風力渦輪機葉片通常由在葉片的壓力側(cè)與吸收側(cè)之間延伸的至少兩個縱向腹板形成?？v向腹板沿縱向方向從根端延伸，優(yōu)選地延伸到葉片尖端處的位置或靠近葉片尖端的位置。
[0078]在本發(fā)明的特定優(yōu)選實施方式中，風力渦輪機包括一個或多個葉片，所述一個或多個葉片包括穿過葉片內(nèi)部延伸的內(nèi)部翼梁，其中翼梁包括限定出中心腔的一對腹板。因此，中心腔由內(nèi)部翼梁內(nèi)的空間提供。內(nèi)部翼梁內(nèi)的腔提供方便、明確限定并且相對較好隔熱的空間以將受熱空氣從根端穿過所述空間輸送或穿過所述空間輸送回根端。方便地形成內(nèi)部翼梁的所述一對縱向腹板還在翼梁的任一側(cè)上限定出前緣腔和后緣腔，以使得期望的腔結(jié)構(gòu)能夠以相對簡單的方式配置在葉片內(nèi)部。內(nèi)部翼梁內(nèi)的腔與任一側(cè)上的腔沿翼梁的全部長度隔熱，從而使得可以建立明確限定的繞葉片內(nèi)部的受熱空氣流。
[0079]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機的一個或多個葉片還可以在后緣腔內(nèi)包括隔熱材料。在特定葉片中，隔熱材料將會針對結(jié)構(gòu)目的配置在后緣腔內(nèi)以在所述區(qū)域中對葉片提供支撐。在后緣腔中包括隔熱材料的葉片可以特別好地適于根據(jù)本發(fā)明的受熱空氣的至少一部分穿過后緣腔朝向葉片尖端被輸送的除冰方法。隔熱材料有利地降低受熱空氣的熱量損失，以使得較熱空氣能夠被傳遞到葉片尖部。
[0080]隔熱材料可以呈至少部分地填充后緣腔的泡沫狀芯材的形式。替代地，隔熱材料可以呈包括多層隔熱材料的夾層材料的形式。例如，夾層材料可以應(yīng)用到外殼的內(nèi)部表面。
[0081]對于配置在后緣腔中的任意隔熱材料而言替代地或附加地，隔熱材料可以沿葉片長度的至少一部分配置在每個葉片的中心腔內(nèi)。在中心腔中包括隔熱材料的葉片可以特別好地適于根據(jù)本發(fā)明的受熱空氣的至少一部分穿過中心腔朝向葉片尖部被輸送的除冰方法。
[0082]可以調(diào)整根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機的一個或多個葉片，以使得受熱空氣可以在限定在葉片內(nèi)部的縱向腔內(nèi)自由地移動。替代地，每個葉片還可以包括用于將受熱空氣輸送到加熱構(gòu)件中或從加熱構(gòu)件中輸送出來的一個或多個空氣管道或管線。取決于內(nèi)部葉片結(jié)構(gòu)，所述管道可以有助于控制受熱空氣循環(huán)以及盡可能高效地引導受熱空氣進入和離開加熱構(gòu)件。
[0083]根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機的一個或多個葉片中的每個優(yōu)選地還包括用于控制所述葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件的控制構(gòu)件。在渦輪機包括多個葉片的情況下，每個葉片的加熱構(gòu)件將會具有與所述葉片相關(guān)聯(lián)的單獨的控制構(gòu)件，以使得能夠單獨地控制每個葉片的除冰。有利地，例如，在加熱構(gòu)件中的一個出現(xiàn)故障的情況下，每個加熱構(gòu)件還能夠相對于同一渦輪機內(nèi)的其它加熱構(gòu)件單獨地關(guān)閉。
[0084]如在上文中描述的，控制構(gòu)件可以接收來自與葉片相關(guān)聯(lián)的溫度傳感器的輸出信號，以使得能夠響應(yīng)于葉片處的溫度情況而控制受熱空氣流。因此，每個葉片優(yōu)選地還包括用于監(jiān)控葉片處的溫度并且向與所述葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的控制構(gòu)件提供輸出的一個或多個溫度傳感器，其中控制構(gòu)件適于基于從溫度傳感器接收的輸出來操作地控制加熱構(gòu)件。
[0085]對于溫度傳感器而言替代地或附加地，每個葉片還可以包括用于監(jiān)控葉片內(nèi)的空氣流并且向與所述葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的控制構(gòu)件提供輸出的一個或多個壓力傳感器，諸如壓差切換式傳感器。控制構(gòu)件適于基于從壓力傳感器接收的輸出來操作地控制加熱構(gòu)件。優(yōu)選地，控制構(gòu)件適于當檢測到空氣流低于閾值時關(guān)閉加熱構(gòu)件。例如，作為安全措施，控制構(gòu)件優(yōu)選地適于當在葉片內(nèi)基本上檢測不到空氣流時關(guān)閉加熱構(gòu)件。
[0086]與加熱構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的控制構(gòu)件可以適于響應(yīng)于測量到的溫度或空氣流而操作地控制下述參數(shù)中的至少一個:提供給一個或多個加熱器的功率、空氣穿過加熱構(gòu)件循環(huán)的速度、以及一個或多個加熱器的加熱循環(huán)。
[0087]常規(guī)水平軸線式風力渦輪機通常將會包括三個風力渦輪機葉片。在多個葉片配置在根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機上的情況下，配置在每個葉片中的加熱構(gòu)件優(yōu)選地全部連接到渦輪機內(nèi)的中央控制單元和中央供電裝置。除了優(yōu)選地包括單獨的控制構(gòu)件之外，與渦輪機上的每個葉片相關(guān)聯(lián)的加熱構(gòu)件還優(yōu)選地能夠被集中控制。
[0088]用于控制加熱構(gòu)件的中央控制單元可以形成風力渦輪機的主控制系統(tǒng)的一部分，或至少可以連接到主控制系統(tǒng)。因此，中央控制單元能夠基于與風力渦輪機性能或風力渦輪機處的情況有關(guān)的數(shù)據(jù)和信息來控制加熱構(gòu)件。例如，如在上文中描述的，中央控制單元可以適于當檢測到功率曲線中的指示出冰在葉片上的存在的改變時啟動除冰系統(tǒng)。因此，能夠當冰的等級變得足以對于渦輪機的性能產(chǎn)生負面影響時執(zhí)行除冰。
[0089]對于功率曲線任意分析以檢測冰在葉片上的存在而言替代地或附加地，根據(jù)本發(fā)明的風力渦輪機還可以包括用于檢測冰在葉片中的至少一個上的存在并且向中央控制單元提供輸出的一個或多個冰傳感器，其中中央控制單元適于在檢測到冰的情況下啟動一個或多個葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0090]將會通過實施例的方式并且參考附圖進一步描述本發(fā)明，其中:
[0091]圖1示出根據(jù)本發(fā)明結(jié)合有除冰系統(tǒng)的風力渦輪機；
[0092]圖2示出風力渦輪機葉片的示意性縱截面圖，所述風力渦輪機葉片適于根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法；
[0093]圖3示出穿過圖1的葉片的示意性橫截面圖；
[0094]圖4示出風力渦輪機葉片的示意性縱截面圖，所述風力渦輪機葉片適于根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的除冰方法；以及
[0095]圖5示出風力渦輪機葉片的示意性縱截面圖，所述風力渦輪機葉片適于根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的除冰方法。

【具體實施方式】
[0096]圖1展示了迎風式風力渦輪機1，其包括風力渦輪機塔架2，風力渦輪機機艙3安裝在所述風力渦輪機塔架上。風力渦輪機轉(zhuǎn)子4包括接附到中央輪轂6的三個被隔開的風力渦輪機葉片5，所述風力渦輪機轉(zhuǎn)子安裝在渦輪機上。圖1中展示的風力渦輪機I可以是適于家用或輕型多用途的較小型號，或可以是較大型號，諸如適于在風電場上進行大規(guī)模發(fā)電所使用的型號。在后一種情況下，轉(zhuǎn)子的直徑可以大至100米或更多。本發(fā)明不限于三葉片式渦輪機，盡管大多數(shù)商用風力渦輪機使用三葉片式轉(zhuǎn)子。
[0097]風力渦輪機I結(jié)合有用于對葉片5進行除冰的除冰系統(tǒng)。除冰系統(tǒng)包括安裝在每個葉片5根端處的加熱器10，所有加熱器都連接到機艙3內(nèi)的供電裝置。如下文中更詳細描述的，加熱器10中的每個都適于將受熱空氣供給到葉片內(nèi)部5中并且適于建立受熱空氣穿過葉片5的循環(huán)。
[0098]圖2示出葉片5中的一個的縱截面圖并且展示葉片5內(nèi)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。所述結(jié)構(gòu)在圖3中示出的葉片的橫截面圖中進一步展示。葉片5包括外殼12和在外殼內(nèi)沿縱向方向從葉片的根端16延伸到距葉片的尖端18較短距離位置的內(nèi)部翼梁14。內(nèi)部翼梁14由在葉片5的壓力側(cè)和吸收側(cè)結(jié)合到外殼12中的一對相對的翼梁帽20形成。一對相對的縱向腹板22在相對的翼梁帽20的端部之間延伸以形成具有大致正方形橫截面的中空的梁結(jié)構(gòu)。
[0099]如能夠從圖2和3中看出的，縱向腹板22在葉片5內(nèi)限定出腔結(jié)構(gòu)。中心腔24在各縱向腹板22之間限定在內(nèi)部翼梁14內(nèi)部。前緣腔26在內(nèi)部翼梁12的最靠近前緣的一側(cè)上限定在葉片前緣5與縱向腹板22之間。后緣腔28在內(nèi)部翼梁的最靠近后緣的一側(cè)上限定在葉片后緣5與縱向腹板22之間。
[0100]在圖2中示出的葉片5適于與根據(jù)本發(fā)明第一實施方式的除冰方法一起使用。加熱器10在中心腔24內(nèi)安裝在葉片根端并且包括從中心腔24延伸到前緣腔26和后緣腔28中的空氣分配歧管30。分配歧管30包括定位在前緣腔26中的第一排氣口 32a、定位在后緣腔28中的第二排氣口 32b以及定位在中心腔24中的進氣口 34。風扇系統(tǒng)(未示出)結(jié)合在加熱器內(nèi)，所述風扇系統(tǒng)適于將受熱空氣穿過排氣口 s32a、b泵送出來并且適于將空氣穿過進氣口 34抽入加熱器10中。加熱元件(未示出)配置在加熱器內(nèi)以在空氣穿過加熱器10從進氣口 34被抽入排氣口 32a、b時加熱空氣。控制構(gòu)件配置在加熱器10中以控制穿過排氣口 32a、b被泵送出來的受熱空氣的溫度和流率。
[0101]除上文中描述的葉片結(jié)構(gòu)之外，葉片5還包括從葉片尖端延伸到內(nèi)部翼梁12靠近葉片尖端的開口中的區(qū)段36。區(qū)段36有效地在葉片尖端處將前緣腔26與后緣腔28分開。
[0102]在葉片5中的除冰系統(tǒng)的操作期間，受熱空氣由加熱器10在葉片的根端16處產(chǎn)生并且從加熱器穿過排氣口 32a、b被泵送到前緣腔26和后緣腔28中。受熱空氣在圖2中示出的箭頭方向上朝向葉片的尖端18流動。在受熱空氣流過葉片腔時，熱量從空氣傳遞到外殼12，以便加熱葉片表面。當受熱空氣到達葉片5的尖端18時，區(qū)段36將空氣從每個腔引導到中心腔24中。受熱空氣接下來穿過中心腔24被抽回向葉片的根端16，空氣在所述中心腔中穿過進氣口 34重新進入加熱器10?？諝饫@葉片內(nèi)部穿過由縱向腹板22限定出的葉片腔持續(xù)地再循環(huán)。
[0103]圖4示出具有與圖2和3中示出的類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)但已適于與根據(jù)本發(fā)明第二實施方式的除冰方法一起使用的葉片100。如在葉片5中，葉片100的加熱器110在中心腔24中安裝在葉片根端。然而，僅提供單一的排氣口 132，所述排氣口定位在后緣腔28中。進氣口 134定位在前緣腔26中。
[0104]葉片在尖端處不包括任何區(qū)段，而是區(qū)段136在中心腔24中配置在距葉片尖端沿中心腔24長度的大致三分之一處。區(qū)段136阻塞中心腔24，以使得空氣不能在中心腔24的在區(qū)段136兩側(cè)上的部分之間流動。多個開口配置在每個縱向腹板22中，所述多個開口形成在后緣腔28與前緣腔26之間穿過中心腔24延伸的流動路徑。
[0105]在葉片100中的除冰系統(tǒng)的操作期間，受熱空氣由加熱器110在葉片根端處產(chǎn)生并且從加熱器穿過排氣口 132被泵送到后緣腔28中。受熱空氣在圖3中示出的箭頭的方向上朝向葉片尖端流動。當受熱空氣到達葉片100尖端時，空氣繞尖端被輸送并且進入中心腔24和前緣腔26。在葉片的外三分之一中，受熱空氣的一部分附加地經(jīng)過將中心腔與后緣腔分開的縱向腹板22中的開口進入中心腔24中。
[0106]受熱空氣穿過中心腔24和前緣腔26被抽回向葉片根端。在受熱空氣流過中心腔24時，所述受熱空氣穿過將中心腔與前緣腔分開的縱向腹板22中的開口被逐漸偏轉(zhuǎn)到前緣腔26中。所有空氣都被推動穿過開口，因為區(qū)段136防止空氣穿過中心腔24朝向葉片根端進一步流動。因此，所有空氣都在前緣腔26中停駐，空氣在所述前緣腔中被抽回葉片根端并且穿過進氣口 134重新進入加熱器110。如與圖2有關(guān)的描述，空氣繞葉片內(nèi)部持續(xù)地再循環(huán)。
[0107]圖5示出具有與圖2至4中示出的類似的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的葉片200，但所述葉片適于與根據(jù)本發(fā)明第三實施方式的除冰方法一起使用。如在葉片5和100中的那樣，葉片200加熱器210在中心腔24中安裝在葉片根端處。配置有定位在中心腔24中的單一排氣口 232。第一進氣口 234a定位在前緣腔26中，第二進氣口 234b定位在后緣腔28中。
[0108]在葉片200尖端處，配置有從葉片200尖端延伸到中心腔24鄰近于尖端的開口的擋板236。如在圖3中示出的葉片100中，開口配置在縱向腹板22外三分之一中以提供從中心腔24到前緣腔24和后緣腔28中的流動路徑。
[0109]在葉片200中的除冰系統(tǒng)操作期間，受熱空氣由在葉片根端處的加熱器210產(chǎn)生并且從加熱器穿過排氣口 232泵送到中心腔24中。受熱空氣在圖5中示出的箭頭方向上沿中心腔24朝向葉片尖端流動。在受熱空氣經(jīng)過中心腔24外三分之一時，受熱空氣的一部分從中心腔24穿過縱向腹板22中的開口偏轉(zhuǎn)到鄰近的前緣腔26和后緣腔28。當受熱空氣到達葉片200尖端時，受熱空氣的剩余部分由擋板236引導到前緣腔26和后緣腔28兩者中。
[0110]受熱空氣接下來穿過前緣腔26和后緣腔28被抽回葉片根端，空氣在所述葉片根端處穿過相應(yīng)進氣口 234a、b重新進入加熱器210。
[0111]在每個除冰方法中，加熱器在由安裝在葉片上的冰傳感器檢測出冰在葉片外表面的情況下啟動。在受熱空氣穿過葉片腔循環(huán)時，外殼被加熱并且至少與葉片表面接觸的冰層被解凍。冰接下來由于重力影響從葉片滑落。一旦冰已被去除，則可以關(guān)閉加熱器。
【權(quán)利要求】
1.一種對風力渦輪機葉片進行除冰的方法，所述方法包括以下步驟: 使用配置在葉片根部中的加熱構(gòu)件產(chǎn)生受熱空氣；以及 使受熱空氣穿過限定在葉片內(nèi)的另外兩個縱向葉片腔的至少一部分繞葉片內(nèi)部持續(xù)地循環(huán)，所述循環(huán)步驟包括: 將受熱空氣從加熱構(gòu)件的排氣口至少部分地穿過第一縱向葉片腔朝向葉片尖端輸送; 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣從第一縱向葉片腔偏轉(zhuǎn)到第二縱向葉片腔中；以及 將偏轉(zhuǎn)的空氣至少部分地穿過第二縱向葉片腔輸送回加熱構(gòu)件的進氣口， 其中受熱空氣至少穿過限定在穿過葉片內(nèi)部延伸的各縱向腹板之間的中心腔以及限定在一個或多個縱向腹板與葉片前緣之間的前緣腔循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟: 將受熱空氣的至少一部分從加熱構(gòu)件的排氣口穿過前緣腔朝向葉片尖端輸送； 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣從前緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中；以及 將偏轉(zhuǎn)的空氣穿過中心腔輸送回加熱構(gòu)件的進氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括: 將受熱空氣的一部分從加熱構(gòu)件的排氣口沿限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔輸送；以及 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中；以及 將偏轉(zhuǎn)的空氣穿過中心腔輸送回加熱構(gòu)件的進氣口。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其中受熱空氣在葉片尖部中從前緣腔并且可選地從后緣腔受偏轉(zhuǎn)到中心腔中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的方法，還包括將受熱空氣從加熱構(gòu)件的一個或多個排氣口分配到前緣腔和后緣腔中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，包括以下步驟: 將受熱空氣的至少一部分從加熱構(gòu)件的排氣口穿過限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔朝向葉片尖端輸送； 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣的第一部分從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔中并且使受熱空氣的第二部分從后緣腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中；以及 將受熱空氣穿過前緣腔和中心腔輸送回加熱構(gòu)件的一個或多個進氣口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，還包括: 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣的第一部分從中心腔偏轉(zhuǎn)出來進入前緣腔中；以及 將受熱空氣的偏轉(zhuǎn)的第一部分與受熱空氣的在前緣腔中的第二部分結(jié)合輸送回加熱構(gòu)件的一個或多個進氣口。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的方法，其中受熱空氣在葉片尖部中從后緣腔偏轉(zhuǎn)到中心腔和前緣腔中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，包括使受熱空氣的第一部分在從尖端沿葉片長度的至少四分之一處從中心腔偏轉(zhuǎn)出來進入前緣腔中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的進行除冰的方法，包括以下步驟: 將受熱空氣從加熱構(gòu)件的排氣口穿過中心腔朝向葉片尖端輸送； 在沿葉片長度的一位置處，使受熱空氣的至少一部分從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中；以及 將偏轉(zhuǎn)的空氣穿過前緣腔輸送回向加熱構(gòu)件的進氣口。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，還包括: 在沿葉片的一位置處，使受熱空氣的一部分從中心腔偏轉(zhuǎn)到限定在一個或多個縱向腹板與葉片后緣之間的后緣腔中；以及 將受熱空氣穿過后緣腔輸送回向加熱構(gòu)件的進氣口。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的方法，其中受熱空氣在葉片尖部中從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中并且可選地偏轉(zhuǎn)到后緣腔中。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中受熱空氣在葉片尖部內(nèi)的沿葉片長度的一個或多個位置處穿過配置在限定出中心腔的縱向腹板中的一個或多個開口從中心腔偏轉(zhuǎn)到前緣腔中并且可選地偏轉(zhuǎn)到后緣腔中。
14.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中受熱空氣使用配置在加熱構(gòu)件內(nèi)的一個或多個風扇穿過葉片內(nèi)部循環(huán)。
15.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括: 監(jiān)控葉片處的溫度；以及 控制加熱構(gòu)件以取決于葉片處的溫度來調(diào)節(jié)產(chǎn)生的受熱空氣的溫度。
16.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括: 監(jiān)控葉片內(nèi)的空氣流；以及 取決于葉片內(nèi)的空氣流來控制加熱構(gòu)件。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16所述的方法，包括控制下述參數(shù)中的至少一個:提供給加熱構(gòu)件的功率以及穿過加熱構(gòu)件的空氣的流速。
18.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括: 使用一個或多個傳感器監(jiān)控葉片以檢測冰在葉片表面上的存在；以及 在檢測到冰存在于葉片表面上的情況下啟動受熱空氣循環(huán)。
19.根據(jù)在前權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括: 監(jiān)控風力渦輪機的功率曲線以檢測在功率曲線中的作為冰存在于葉片表面上的結(jié)果的改變；以及 在檢測到冰存在于葉片表面上的情況下啟動受熱空氣循環(huán)。
20.一種風力渦輪機,包括一個或多個風力渦輪機葉片,每個葉片包括: 夕卜殼; 一個或多個縱向腹板，其配置在外殼內(nèi)并且穿過葉片內(nèi)部縱向地延伸，其中一個或多個縱向腹板在葉片內(nèi)部限定出腔結(jié)構(gòu)，所述腔結(jié)構(gòu)包括:限定在葉片前緣與一個或多個縱向腹板之間的縱向前緣腔、限定在葉片后緣與一個或多個縱向腹板之間的縱向后緣腔、以及限定在一對縱向腹板之間并且定位在前緣腔與后緣腔之間的中心腔；以及 加熱構(gòu)件，其配置在葉片根部中，加熱構(gòu)件包括:一個或多個空氣進氣口 ；用于加熱穿過一個或多個進氣口進入的空氣的一個或多個加熱器；一個或多個空氣排氣口 ；以及用于使受熱空氣從一個或多個排氣口繞葉片內(nèi)部循環(huán)并且回到一個或多個進氣口的構(gòu)件，其中加熱構(gòu)件適于使受熱空氣至少穿過前緣腔和中心腔循環(huán)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的風力渦輪機，其中每個葉片還包括用于使受熱空氣從縱向腔中的一個偏轉(zhuǎn)到另外的縱向腔中的至少一個的構(gòu)件。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的風力渦輪機，其中每個葉片包括在葉片尖部中配置在至少兩個縱向葉片腔之間的偏轉(zhuǎn)構(gòu)件。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的風力渦輪機，其中配置在葉片尖部中的偏轉(zhuǎn)構(gòu)件包括從葉片尖端延伸的一隔壁。
24.根據(jù)權(quán)利要求21至23中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片包括配置在葉片根端與葉片尖端之間的中間位置處的偏轉(zhuǎn)構(gòu)件。
25.根據(jù)權(quán)利要求20至24中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片的加熱構(gòu)件配置在葉片的中心腔內(nèi)。
26.根據(jù)權(quán)利要求20至25中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片的加熱構(gòu)件包括將受熱空氣輸送到葉片的前緣腔中的排氣口以及用于接收穿過中心腔被輸送的空氣的進氣口。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的風力渦輪機，其中加熱構(gòu)件還包括用于將受熱空氣輸送到葉片的后緣腔中的排氣口。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的風力渦輪機，其中每個葉片還在中心腔尖端處包括偏轉(zhuǎn)構(gòu)件以提供從前緣腔到中心腔的第一流動路徑以及從后緣腔到中心腔的第二流動路徑。
29.根據(jù)權(quán)利要求27或28所述的風力渦輪機，其中每個葉片中的加熱構(gòu)件還包括用于單獨地控制進入前緣腔和后緣腔中的每個的受熱空氣的溫度和流率中的至少一個的控制構(gòu)件。
30.根據(jù)權(quán)利要求20至25中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片中的加熱構(gòu)件包括用于將受熱空氣輸送到葉片的后緣腔中的排氣口以及用于接收穿過前緣腔被輸送的空氣的進氣口。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的風力渦輪機，其中每個葉片還在沿中心腔長度的一位置處包括中心腔內(nèi)的一隔壁以及在縱向腹板內(nèi)的一個或多個開口以提供中心腔與前緣腔之間的流動路徑，其中一個或多個開口配置在隔壁與葉片尖端之間的一個或多個位置處。
32.根據(jù)權(quán)利要求20至25中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片中的加熱構(gòu)件包括用于將受熱空氣輸送到葉片的中心腔中的排氣口以及用于接收穿過前緣腔被輸送的空氣的進氣口。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的風力渦輪機，其中加熱構(gòu)件還包括用于接收穿過后緣腔被輸送的空氣的進氣口。
34.根據(jù)權(quán)利要求32或33所述的風力渦輪機，其中每個葉片還在中心腔的尖端處包括偏轉(zhuǎn)構(gòu)件以提供從中心腔到前緣腔的第一流動路徑以及從中心腔到后緣腔的第二流動路徑。
35.根據(jù)權(quán)利要求20至34中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片還包括用于在葉片根端處將縱向腔彼此分隔的構(gòu)件。
36.根據(jù)權(quán)利要求20至35中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片包括穿過葉片內(nèi)部延伸的內(nèi)部翼梁，翼梁包括在內(nèi)部翼梁內(nèi)部限定出中心腔的一對腹板。
37.根據(jù)權(quán)利要求20至36中任一項所述的風力渦輪機，隔熱材料沿葉片長度的至少一部分配置在限定在葉片內(nèi)部的后緣腔內(nèi)。
38.根據(jù)權(quán)利要求20至37中任一項所述的風力渦輪機，其中隔熱材料沿葉片長度的至少一部分配置在每個葉片的中心腔內(nèi)。
39.根據(jù)權(quán)利要求20至38中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中每個葉片還包括用于將受熱空氣輸送到加熱構(gòu)件中或從加熱構(gòu)件輸送出來的一個或多個空氣管道。
40.根據(jù)權(quán)利要求20至39中任一項所述的風力渦輪機，其中每個葉片還包括用于控制所述葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件的控制構(gòu)件。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的風力渦輪機，其中每個葉片還包括用于監(jiān)控葉片處的溫度并且向所述葉片內(nèi)的控制構(gòu)件提供輸出的一個或多個溫度傳感器，其中控制構(gòu)件適于基于從溫度傳感器接收的輸出來操作地控制相關(guān)聯(lián)的加熱構(gòu)件。
42.根據(jù)權(quán)利要求40或41所述的風力渦輪機，其中每個葉片還包括用于監(jiān)控葉片內(nèi)的空氣流的一個或多個壓力傳感器，其中控制構(gòu)件適于基于從壓力傳感器接收的輸出來操作地控制相關(guān)聯(lián)的加熱構(gòu)件，從而使得加熱構(gòu)件在檢測到的葉片內(nèi)的空氣流低于閾值等級的情況下關(guān)閉。
43.根據(jù)權(quán)利要求41或42所述的風力渦輪機，其中控制構(gòu)件適于操作地控制下述參數(shù)中的至少一個:提供給一個或多個加熱器的功率、空氣穿過加熱構(gòu)件循環(huán)的速度、以及一個或多個加熱器的加熱循環(huán)。
44.根據(jù)權(quán)利要求20至43中任一項所述的風力渦輪機，包括多個風力渦輪機葉片，其中配置在每個葉片中的加熱構(gòu)件連接到渦輪機內(nèi)的中央控制單元和中央供電裝置。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的風力渦輪機，還包括用于檢測冰在葉片中的至少一個上的存在并且向中央控制單元提供輸出的一個或多個冰傳感器，其中中央控制單元適于在檢測到冰的情況下啟動一個或多個葉片內(nèi)的加熱構(gòu)件。
【文檔編號】F03D11/00GK104169576SQ201380014776
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年1月9日 優(yōu)先權(quán)日:2012年1月20日
【發(fā)明者】J·科吉, K·格雷戈里, R·湯森 申請人:維斯塔斯風力系統(tǒng)集團公司