用于风力涡轮的转子叶片制造技术

公开用于风力涡轮的转子叶片，包括根部区段、末端区段、中间区段、叶片蒙皮、具有加热条的电加热布置和电连接到加热布置的能量传递布置的叶片部分。叶片还包括闪电布置，具有安装到末端区段且电连接到加热条的一个闪电接受器，其中闪电冲击的电能可从闪电接受器传导到加热条中。此外，闪电布置包括接地装置，其安装到根部区段，配置成用于使从闪电接受器接收的电能经由加热条传导到接地布置中。加热条具有至少50:1的宽度

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮的转子叶片


[0001]本主题大体上涉及用于风力涡轮的转子叶片。更特别地，主题是指提供防止转子叶片(特别是在零下的区域中操作的转子叶片)的表面上生成冰的防范措施。

技术介绍

[0002]风力被认为是目前可得的最清洁、最环境友好的能源中的一种，且在该方面，风力涡轮得到的关注增加。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型件原理从风中获取动能，且通过旋转能来传送动能以转动轴，该轴将转子叶片耦接(couple)到齿轮箱(或如果不使用齿轮箱，直接地耦接到发电机)。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可部署至公用网。
[0003]转子叶片的表面上的冰层的生长负面地影响相应风力涡轮的性能，使得总体的能量产出减小。此外，存在于旋转的转子叶片上的冰也可造成额外的负载和/或旋转不平衡，其随后可需要减小功率生成和/或可导致风力涡轮的寿命减小。
[0004]在过去，为了防止转子叶片的表面上生成冰，实施了若干可能的解决方案。例如，风力涡轮配备有热空气吹送布置，其产生向转子叶片的内部体积中引导的空气热流。这导致相应转子叶片的总体加热，其造成存在于转子叶片的外部表面上的冰融化且随后下落离开转子叶片。作为备选方案，包括碳加热垫的加热布置应用于转子叶片的蒙皮。
[0005]所有存在的解决方案似乎不能够满足在零下的区域中风力涡轮的操作的需求和/或市场的需要。
[0006]因此，本公开内容涉及具有改进的操作特性(特别地关于防止转子叶片上的冰对风力涡轮操作的负面影响)的用于风力涡轮的转子叶片。另外，本公开内容涉及具有改进的转子叶片的转子以及其二的具有由此改进的转子的风力涡轮。

技术实现思路

[0007]本专利技术的方面和优点将在以下描述中部分地阐述，或可从描述中清楚，或可通过实施本专利技术来获悉。
[0008]在一方面，本公开内容涉及用于风力涡轮的转子叶片，特别地涉及用于风力涡轮的转子的转子叶片。
[0009]转子包括具有叶片根部的根部区段、具有叶片末端的末端区段、将根部区段与末端区段连接的中间区段，以及形成转子叶片的吸力表面和压力表面的叶片蒙皮。
[0010]此外，转子叶片包括具有至少一个或多个加热条的电加热布置。加热布置可具有若干部分，其中，加热条和/或加热布置的部分或整个加热布置定位和/或安装于转子叶片中/到转子叶片。
[0011]另外，转子叶片至少包括能量传递布置的叶片部分，其电连接到加热布置以用于向加热布置供应电能。
[0012]同时，转子叶片包括集成的闪电布置(lightning arrangement)，其具有至少一个
闪电接受器，该闪电接受器安装到末端区段且电连接到加热条，其中，此类连接配置成能够将闪电冲击的电能从闪电接受器传导到加热条中。此外，闪电布置包括接地装置，该接地装置安装到转子叶片的根部区段和/或安装于转子叶片的根部区段中，且该接地装置配置成用于使从闪电接受器接收的电能经由加热条传导到风力涡轮的接地布置中。风力涡轮的接地布置和加热条之间的电连接配置成使得闪电冲击的电能可安全地传导离开转子叶片到接地布置中。例如，接地装置可经由火花隙布置以电连接到接地布置。
[0013]根据实施例，加热条具有至少50:1、特别地至少200:1、优选地至少500:1且/或不大于2000:1、特别地不大于1000:1、优选地不大于750:1的宽度
‑
厚度关系。
[0014]另外，加热条是柔性的，使得加热条可根据在风力涡轮的操作期间转子叶片的蒙皮或总体转子叶片的形变(例如由于转子叶片在挥舞方向上的弯曲)来执行形变。
[0015]特别地，加热条与叶片蒙皮布置在一起，且在转子叶片的纵向方向上延伸转子叶片的总长度的超过50％、特别地超过65％、优选地超过80％。
[0016]加热条的设计的上述配置和额外细节被选择成使得加热条配置成用于能够通过电加热叶片蒙皮的相应表面来减小冰和叶片蒙皮之间的粘性结合以及在不对转子叶片造成损坏的情况下传导至少10kA的闪电造成的电流。用语“在不对转子叶片造成损坏的情况下”应反映，闪电霹雳冲击到转子叶片的末端区段中不导致风力涡轮的或转子叶片的总体计划寿命减小。那意味着，在其中转子叶片被设计成用于接收、传导、承受、(因此)容忍特定数量的闪电霹雳冲击的情况下，即使那些闪电霹雳和/或电能的相应传导对转子叶片的构件和/或结构具有某些但可接受的物理后果，用语“在不对转子叶片造成损坏的情况下”是适用的。
[0017]加热条可体现为加热层，且可包括形成总体加热条的多个子条。加热条或相应的子条可布置在转子叶片的蒙皮的内表面上、外表面上和/或可层压在蒙皮内。
[0018]根据实施例，加热条和/或子条可具有矩形截面和/或定制的厚度以便遵从需求。例如，加热条可有——为了配置成用于将闪电冲击的电能从闪电接受器传导到接地装置——具有定制的厚度和/或截面(例如在转子叶片的前缘方向上具有较薄部分且在转子叶片的后缘的方向上具有较厚部分，或反之亦然)的需求。
[0019]例如，定制的厚度可根据所谓的“精确控制的定向厚度”来体现，特别地出于按比例和/或在叶片表面上的各个坐标处提供加热需求的目的。
[0020]特别地，在转子叶片的纵向方向上，加热条和/或子条的截面不是恒定的，例如，纵向位置处的加热条和/或子条的宽度和/或厚度可取决于所述纵向位置处的相应翼弦长度的大小来确定。
[0021]另外和/或备选地，纵向位置处的加热条和/或子条的宽度和/或厚度可与所述纵向位置处的相应翼弦长度的大小成比例和/或取决于所述纵向位置处的相应翼弦长度的大小。因此，定位于在纵向方向上具有增加的翼弦大小的转子叶片的纵向范围中的加热条和/或子条的宽度和/或厚度也将在纵向方向上增加，且/或定位于在纵向方向上具有减小的翼弦大小的转子叶片的纵向范围中的加热条和/或子条的宽度和/或厚度也将在纵向方向上减小。在该上下文中，纵向方向可确定为从叶片根部朝向叶片末端延伸。
[0022]本主题首次提供具有简化设计且因此对于制造来说和对于具有此类转子叶片的风力涡轮的操作成本来说成本效益高度合算的转子叶片。特别地，根据所描述的实施例和/
或根据如下文描述的实施例的加热布置和闪电布置允许以下集成功能：通过加热承载冰的相应表面来使转子叶片除冰，以及同时提供可靠且有能力的电连接来用于使冲击转子叶片末端的闪电霹雳的电能安全地引导到风力涡轮的接地布置。
[0023]根据实施例方面，闪电布置和加热布置形成一单个电回路和/或电连接到彼此，使得在加热布置(特别地，能量传递布置的叶片部分)和闪电布置(特别地，接地装置)之间额外的屏蔽是非必要的。因此，主题的当前方面提供三个功能的集成：加热功能、屏蔽功能和接地(通地)功能。
[0024]根据实施例，该加热条或多个加热条延伸风力涡轮的总体长度的至少超过80％、特别地至少超过90％、优选地至少超过95％。
[0025]根据实施例，加热布置包括至本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于风力涡轮(10)的转子叶片(100)，所述转子叶片(100)包括具有叶片根部(112)的根部区段(110)、具有叶片末端(122)的末端区段(120)、将所述根部区段(110)与所述末端区段(120)连接的中间区段(130)、形成所述转子叶片(100)的吸力表面(142)和压力表面的叶片蒙皮(140)，具有至少一个加热条(202)的电加热布置(200)，其中，所述加热条(202)具有宽度
‑
厚度关系，所述宽度
‑
厚度关系确定成使得所述至少一个加热条(202)配置成用于能够通过电加热所述叶片蒙皮(140)的相应表面来减小冰和所述叶片蒙皮(140)之间的粘性结合以及在不对所述转子叶片(100)造成损坏的情况下传导至少10kA的闪电造成的电流；能量传递布置(300)的至少一叶片部分，其电连接到所述加热布置(200)以用于向所述加热布置(200)供应电能；以及集成的闪电布置(160)，其至少具有一个闪电接受器(162)，所述闪电接受器(162)安装到所述末端区段(120)且电连接到所述加热条(202)，使得闪电冲击的电能可从所述闪电接受器(162)传导到所述加热条(202)，以及接地装置(164)，所述接地装置(164)安装到所述根部区段(110)或安装于所述根部区段(110)中，且配置成用于电连接到所述风力涡轮(10)的接地布置(400)，使得闪电冲击的电能可从所述加热条(202)传导到所述接地布置(400)中。2.根据权利要求1所述的转子叶片(100)，其中，所述至少一个加热条(202)具有至少50:1、特别地至少200:1、优选地至少500:1且/或不大于2000:1、特别地不大于1000:1、优选地不大于750:1的宽度
‑
厚度关系，且/或是柔性的，且/或与所述叶片蒙皮(140)布置在一起，使得所述至少一个加热条(202)配置成用于能够通过电加热所述叶片蒙皮(140)的相应表面来减小冰和所述叶片蒙皮(140)之间的粘性结合以及在不对所述转子叶片(100)造成损坏的情况下传导至少10kA的闪电造成的电流。3.根据权利要求1或2所述的转子叶片(100)，其中，所述至少一个加热条(202)在所述转子叶片(100)的纵向方向(104)上延伸所述转子叶片(100)的总长度的超过50％、特别地超过65％、优选地超过80％。4.根据前述权利要求中的一项所述的转子叶片(100)，其中，所述加热布置(200)包括具有两个加热条(202)的至少一个加热环路，所述加热条(202)在所述末端区段(120)中连接到彼此，且其中，每个加热条(202)具有布置在所述根部区段(110)中的根部部分(204)，其中，至少一个根部部分(204)、优选地两个根部部分(204)电连接到所述能量传递布置(300)，特别地其中，所述加热布置(200)至少包括第一加热环路(206)和第二加热环路(208)，特别地，其中，两个加热条(202)的至少两个根部部分(204)电连接到彼此，使得所述第一加热环路(206)和所述第二加热环路(208)形成由四个加热条(202)制成的串联电导体。5.根据前述权利要求中的一项所述的转子叶片(100)，其中，相对于所述叶片蒙皮和/或相对于所述转子叶片的另外的结构构件，至少一个加热条(202)、特别地所有加热条(202)是隔绝的，特别地通过将至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：通用电气可再生能源西班牙有限公司，
类型：发明
国别省市：