对风力涡轮机叶片进行除冰的方法技术

一种对风力涡轮机叶片(5)进行除冰的方法，包括以下步骤：使用配置在叶片根部中的加热构件(10)产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔(24，26，28)的至少一部分绕叶片内部持续地循环。循环步骤包括：将受热空气从加热构件的排气口(32a)至少部分地穿过第一纵向叶片腔(26)朝向叶片尖端(18)输送；在沿叶片长度的一位置处使受热空气从第一纵向叶片腔(26)偏转到第二纵向叶片腔(24)中；以及将偏转的空气至少部分地穿过第二纵向叶片腔(24)输送回加热构件(10)的进气口(34)。受热空气至少穿过前缘腔(26)和限定在叶片内的纵向腹板(22)之间的中心腔(24)循环。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】对风力涡轮机叶片进行除冰的方法
本专利技术涉及一种通过使受热空气穿过叶片内部循环来对风力涡轮机叶片进行除冰的方法。本专利技术还涉及一种包括适于本专利技术的除冰方法的一个或多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
技术介绍
冰形成在风力涡轮机叶片的表面上是相当常见的问题，即使是在温和气候中。冰在叶片表面上，特别是在叶片尖部中的形成和扩散将会改变叶片空气动力学特征并且还可能导致叶片上的增加的振动和载荷，所有这些都导致功率输出方面的降低。在更严重的情况下，涡轮机可能需要在冰积累时停机，以防止叶片的过大载荷，所述过大载荷可能损伤叶片部件或对叶片部件造成永久性疲劳。此外，存在与冰从风力涡轮机叶片甩出的潜在风险有关的安全问题，这意味着涡轮机必须停机，直到冰能够被去除。明确的是，任何长时间的停机都将会对涡轮机的产能产生不利影响。因此，已认识到重要的是使风力涡轮机配备有用于防止冰在风力涡轮机叶片上形成或将已在叶片表面上形成的冰去除的有效系统。还重要的是提供用于在早期阶段检测冰在风力涡轮机上形成的准确方式。使用受热空气加热风力涡轮机叶片表面，以便防止冰形成或将冰从叶片上去除在先前已被提出。在这样的方法中，加热叶片表面使得冰在冰与叶片表面之间的界面处解冻，由此冰能够在其自身重量影响下从叶片上滑落。例如，DE-A-842330描述了一种系统，其中空气在通过离心力穿过叶片内部抽入之前穿过机舱抽入，空气在所述机舱中由发电设备加热。受热空气从叶片尖端排出。期望的是提供一种用于对风力涡轮机进行除冰的改进的系统和方法，所述系统和方法在将冰从叶片表面去除方面是有效的并且能够以相对较低的成本并且在不对叶片结构进行显著改动的情况下结合到新的和现有的风力涡轮机叶片中。特别期望的是这样的除冰系统和方法能够整合到风力涡轮机控制中，从而使得能够响应于叶片表面处的情况而准确地控制所述系统和方法。
技术实现思路
根据本专利技术，提供一种对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述方法包括以下步骤：使用配置在叶片根部中的加热构件产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔的至少一部分绕叶片内部持续地循环。在循环步骤期间，受热空气首先从加热构件的排气口至少部分地穿过第一纵向叶片腔朝向叶片尖端输送。在沿叶片长度的一位置处，受热空气接下来从第一纵向叶片腔偏转到第二纵向叶片腔中。偏转的空气接下来至少部分地穿过第二纵向叶片腔被输送回加热构件的进气口。在除冰方法期间，重要的是受热空气至少穿过限定在穿过叶片内部延伸的各纵向腹板之间的中心腔以及限定在一个或多个纵向腹板与叶片前缘之间的前缘腔循环。在本专利技术的除冰方法中，在叶片根部中产生的受热空气穿过叶片内部循环以与叶片外壳的内部表面相接触。由于受热空气穿过叶片的腔结构循环，因此受热空气将热量传递到外壳，从而使得外壳温度上升。如在上文中描述的，这使得至少与叶片表面接触的冰层解冻。因此，冰与叶片表面之间失去附着并且冰将会完全融化或由于其自身重量而从叶片滑落。在商用风力涡轮机上使用的风力涡轮机叶片通常由外壳和内部支撑结构形成。增强件可以配置在外壳中，配置在内部支撑结构内，或既配置在外壳中又配置在内部支撑结构内。在特定类型的风力涡轮机叶片中，增强材料中的大部分配置在纵向内部翼梁或穿过外壳内部延伸的梁内。内部翼梁通常在叶片的压力侧和吸收侧处包括与外壳接触或成一体的翼梁帽。纵向腹板在翼梁帽的各边缘之间延伸以形成中空的管状结构。纵向腹板限定出内部翼梁内部的腔并且在叶片前缘和叶片后缘处限定出翼梁两侧上的腔。在其它类型的风力涡轮机叶片中，增强材料中的大部分配置在外壳内。因此，不需要内部翼梁，而是通常将会配置有在外壳的压力侧与吸收侧之间延伸的两个或更多纵向腹板或边框。纵向腹板将叶片的内部体积分隔成多个纵向腔，所述多个纵向腔至少包括穿过叶片中部延伸的中心腔、前缘腔以及后缘腔。因此，如在上文中描述的，能够看出的是在风力涡轮机叶片中的大部分中，在叶片的内部作为标准设置两个或更多纵向腹板，所述两个或更多纵向腹板将叶片内部分隔成不同的腔。本专利技术的除冰方法有利地使用限定在叶片内的腔结构以通过已定义的循环模式协助引导空气穿过叶片。由于风力涡轮机叶片中的大部分由这样的已就位的腔结构形成，因此，如在上文中描述的，需要对叶片结构进行相对较少的改动，以便使得叶片与使用除冰方法相容。因此，除冰方法能够有利地在各种类型的叶片结构中实施并且能够易于在现有叶片中实施，以及与新制造的叶片一起实施。本专利技术的除冰方法建立受热空气在叶片内的循环，所述循环能够方便地利用已存在于叶片内部的空气执行，以使得无需从外部抽入空气。空气以环形流动路径绕叶片输送，以使得空气能够穿过加热构件并且绕叶片持续地再循环。这提供一种非常有效的方式以建立穿过叶片的受热空气的连续流。具体地，使用环形流动路径的系统需要比空气不在叶片内再循环的开环系统所需更少的功率输入以便达到叶片内的目标温度。空气在叶片内部加热到温度高于环境空气的温度。然而，加热的程度和受热空气的温度将会取决于叶片处的状况和所使用的受热空气循环的模式。在一些情况下，将空气在叶片内部加热到仅略微高于环境空气的温度已足够。在其它情况下，可能期望提供更暖的空气以能够将更多热量传递到叶片表面。受热空气在叶片根部中产生，所述叶片根部是叶片最靠近轮毂的部分。受热空气接下来穿过叶片内部沿纵向方向朝向叶片尖端输送或泵送。术语“纵向”限定出沿叶片长度的基本上平行于叶片纵轴线的方向。叶片的“尖端”是叶片的最远离轮毂的周端，叶片的“尖部”是叶片的配置有尖端的部分。在大多数情况下，期望的是将受热空气从叶片根部尽可能沿叶片长度输送到尖部中，以使得包括叶片尖端的尖部被加热。这通常将会是重要的，因为冰的形成可能对叶片的在叶片尖部中的空气动力学效率产生显著影响，所述叶片尖部扫过比根端更大的面积。叶片的内部体积随着叶片弦长减少而朝向尖端减少，以使得在距根端较远距离处更难将足够的空气穿过叶片输送。除使用前缘腔之外还使用中心腔用于受热空气循环提供用于将尽可能大体积的受热空气传递到叶片尖部的一种有效方式。中心腔通常具有明确限定的形状和体积并且其能够与邻近的腔便利地分隔，以便提供用于受热空气的便捷流动路径。为了执行本专利技术的除冰方法，加热构件必须被结合到叶片根端中以将受热空气提供到叶片内部。叶片内的加热构件适于将受热空气沿一个或多个纵向叶片腔朝向叶片尖端输送。因此，加热构件优选地包括用于将受热空气流喷射或泵送到叶片内部的一个或多个风扇、泵或其它适当构件。加热构件将会优选地还包括用于将空气从尖部穿过叶片吸回或抽回根端的适当构件。为了在叶片内部建立受热空气的环流模式，叶片必须适于使受热空气在各叶片腔之间偏转。受热空气在各腔之间偏转能够实现的方式将会取决于叶片结构和受热空气的绕叶片内部的期望路径。在一些情况下，现有的叶片内部结构足以使空气以期望的方式在各腔之间偏转。在其它情况下，可能需要将附加结构结合在叶片内部以建立更明确限定的流动路径并且从而确保受热空气按要求偏转。附加结构可以包括例如一个或多个区段、挡板、隔板或腹板，所述附加结构可以定位成阻塞特定流动路径，或分隔受热空气流并且使不同部分沿不同方向偏转。替代地或附加地，可以通过将在叶片的不同腔之间延伸的一个或多个孔、开口或导管结合并且提供被本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述方法包括以下步骤：使用配置在叶片根部中的加热构件产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔的至少一部分绕叶片内部持续地循环，所述循环步骤包括：将受热空气从加热构件的排气口至少部分地穿过第一纵向叶片腔朝向叶片尖端输送；在沿叶片长度的一位置处，使受热空气从第一纵向叶片腔偏转到第二纵向叶片腔中；以及将偏转的空气至少部分地穿过第二纵向叶片腔输送回加热构件的进气口，其中受热空气至少穿过限定在穿过叶片内部延伸的各纵向腹板之间的中心腔以及限定在一个或多个纵向腹板与叶片前缘之间的前缘腔循环。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.20 DK PA201270035;2012.05.16 DK PA201270251.一种对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述方法包括以下步骤：使用配置在叶片根部中的加热构件产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔的至少一部分绕叶片内部持续地循环，循环步骤包括：将受热空气从加热构件的排气口至少部分地穿过第一纵向叶片腔朝向叶片尖端输送，其中第一纵向叶片腔是限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔；在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的第一部分从后缘腔偏转到中心腔中，并且使受热空气的第二部分从后缘腔偏转到前缘腔中；以及将偏转的空气至少部分地穿过前缘腔和中心腔输送回加热构件的进气口，其中受热空气穿过后缘腔、限定在穿过叶片内部延伸的各纵向腹板之间的中心腔以及限定在一个或多个纵向腹板与叶片前缘之间的前缘腔循环。2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的第一部分从中心腔偏转出来进入前缘腔中；以及将受热空气的偏转的第一部分与受热空气的在前缘腔中的第二部分结合输送回加热构件的一个或多个进气口。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中受热空气在叶片尖部中从后缘腔偏转到中心腔和前缘腔中。4.根据权利要求3所述的方法，包括使受热空气的第一部分在从尖端沿叶片长度的至少四分之一处从中心腔偏转出来进入前缘腔中。5.根据权利要求1或2所述的方法，其中受热空气使用配置在加热构件内的一个或多个风扇穿过叶片内部循环。6.根据权利要求1所述的方法，还包括：监控叶片处的温度；以及控制加热构件以取决于叶片处的温度来调节产生的受热空气的温度。7.根据权利要求1所述的方法，还包括：监控叶片内的空气流；以及取决于叶片内的空气流来控制加热构件。8.根据权利要求6或7所述的方法，包括控制下述参数中的至少一个：提供给加热构件的功率以及穿过加热构件的空气的流速。9.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：使用一个或多个传感器监控叶片以检测冰在叶片表面上的存在；以及在检测到冰存在于叶片表面上的情况下启动受热空气循环。10.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：监控风力涡轮机的功率曲线以检测在功率曲线中的作为冰存在于叶片表面上的结果的改变；以及在检测到冰存在于叶片表面上的情况下启动受热空气循环。11.一种风力涡轮机，包括一个或多个风力涡轮机叶片，每个叶片包括：外壳；一个或多个纵向腹板，其配置在外壳内并且穿过叶片内部纵向地延伸，其中一个或多个纵向腹板在叶片内部限定出腔结构，所述腔结构包括：限定在叶片前缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向前缘腔、限定在叶片后缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向后缘腔、以及限定在一对纵向腹板之间并且定位在前缘腔与后缘腔之间的中心腔；中心腔内的在沿中心腔长度的一位置处的区段以及在纵向腹板内的一个或多个开口提供中心腔与前缘腔之间的流动路径，其中一个或多个开口配置在所述区段与叶片尖端之间的一个或多个位置处；以及加热构件，其配置在叶片根...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·科吉，K·格雷戈里，R·汤森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK