CN101920252A - 用于对风力涡轮机转子叶片进行清洁和除冰的方法和装置 - Google Patents

用于对风力涡轮机转子叶片进行清洁和除冰的方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于对风力涡轮机转子叶片进行清洁和除冰的方法和装置，具体而言，提供了一种用于将尘垢和堆积冰中的至少一种从风力发电子转子叶片(24)上清除的清洁装置(30)。该清洁装置包括安装在基座(36)上的箱(32)，安装在基座上邻近箱的提升臂(38，40)，附接到提升臂上的椭圆的喷头(50)，提升臂尺寸设置为将椭圆的喷头从第一位置提升至第二位置，以及至少一条管(54)，管的第一端(56)连接到椭圆的喷头上，并且管的第二端操作地联接到泵(60)上，泵操作地联接到箱上。

Description

用于对风力涡轮机转子叶片进行清洁和除冰的方法和装置
技术领域
本发明的领域一般地涉及风力涡轮机转子叶片，并且更具体而言，涉及用于对风力涡轮机转子叶片进行清洁和除冰的方法和装置。
背景技术
风力涡轮机的转子叶片针对最优空气动力特性而设计，以优化风力涡轮机的性能来最大化电力生产。在风力涡轮机的运行期间，转子叶片暴露于可在转子叶片的表面上导致来自尘埃、盐分、死昆虫、鸟类粪便和其它外来物质的尘垢堆积的众多大气条件下。肮脏的转子叶片降低了风力涡轮机的效率。在风力涡轮机的运行期间，冰在极冷的天气下会堆积在转子叶片上。涡轮机叶片上的冰堆积可导致转子的不平衡，这可能增加涡轮机负荷。除此之外，由于涡轮机叶片的气动外形改变，涡轮机叶片上的冰堆积可能降低风力涡轮机的效率。
典型地，转子叶片由降雨自然清洁。然而，在具有低降雨量的地点，转子叶片不能被充分清洗以达到最优性能。在这些情况下，实行对转子叶片的人工清洁。清洁转子叶片在促进以年发电量来衡量的更多能量的产生方面是有益的。
已知的人工清理转子叶片技术可包括在适当的工作位置和高度上安置人力。这些现有的技术耗时、需要适当水平的人力、且花费大。
发明内容
一方面，提供了一种将尘垢和堆积冰中的至少一种从风力涡轮机的转子叶片上清理掉的方法，风力涡轮机包括塔架和多个转子叶片。该方法包括将转子叶片定位于基本与塔架平行的在向下方位上的固定位置上，将包含清洁液的箱定位于转子叶片的正下方，并将多个提升臂定位于邻近该箱处。多个提升臂附接到椭圆的喷头上。至少一条管连接到该椭圆的喷头上，并连接到操作地联接到该箱的泵上。该方法还包括举起提升臂，以将椭圆的喷头沿着转子叶片的纵轴线提升至预定位置，将清洁液从箱抽取至椭圆的喷头，将清洁液喷射在转子叶片的外表面上以清洁转子叶片，以及将使用过的清洁液收集到箱中。
另一方面，提供一种用于将尘垢或堆积冰中的至少一种从风力涡轮机转子叶片上清除的装置。该清洁装置包括箱、邻近箱的多个提升臂和附接到提升臂上的椭圆的喷头。提升臂尺寸设置为将椭圆的喷头从第一位置提升到第二位置，第二位置离箱比第一位置更远。该清洁装置还包括至少一条管，管的第一端连接到椭圆的喷头上，第二端操作地联接到泵上。泵操作地联接到箱上。
附图说明
图1是风力涡轮机侧视示意性图示。
图2是清洁装置的正视示意性图示，该清洁装置处于清洁图1中所示的风力涡轮机的涡轮机转子叶片的位置。
图3是涡轮机转子叶片的透视示意性图示，该涡轮机转子叶片包括用于叶片表面的清洁和/或除冰的多个喷嘴。
部件列表
10    风力涡轮机
12    塔架
14    支承面
16    外罩
18    框架
20    转子
22    转子轮毂
22    轮毂
24    叶片
28    腔
30    清洁装置
32    箱
34    清洁液
36    基座
38    提升臂
40    提升臂
42    液压起重机
44    液压起重机
46    连接臂
48    连接臂
50    椭圆的喷头
51    椭圆形构件
52    喷嘴
54    供液管
56    第一端
58    第二端
60    泵
62    交通工具
64    过滤装置
66    过滤垫
68    过滤介质
70    收集幕
72    第一端
74    第二端
76    多个棱角褶皱
80    喷嘴
82    清洁液供给管
84    根部
86    末梢
具体实施方式
下文详细描述了用于对风力涡轮机转子叶片的外表面进行清洁和/或除冰的方法和装置。用于对转子叶片进行清洁和/或除冰的使用过的清洁液被收集、过滤并再使用来清洁其它转子叶片。清洁液可用来将尘垢从转子叶片上除去和/或将冰从转子叶片上除去。清洁装置定位成以便收集使用过的清洁液用于再使用。该装置包括环绕转子叶片的一部分以允许一次清洁全部外表面的椭圆的喷头。该椭圆的喷头附接到提升臂上，提升臂使喷头沿着转子叶片的纵轴线移动，以允许沿着转子叶片的长度清洁外表面。可将圆柱形收集幕在一端处附接到椭圆的喷头上，而在第二端处附接到容纳清洁液的箱上，以围绕转子叶片，并将未落到转子叶片上的喷洒的清洁液引导回箱用于再使用。干净的转子叶片提高了风力涡轮机的性能，并提供了升高的年发电量。除此之外，用于对转子叶片进行清洁和/或除冰的方法和装置促进了转子叶片寿命的提高，且维持了叶片的气动外形。另外，通过使清洁液循环，降低了清洁液的运输费用，因为用于转子叶片维护的清洁液量较小。收集幕的使用促进了即使在中度和疾风条件下对喷射的清洁液的截获，并将更大量的清洁液引向该箱。
现参考附图，图1是风力涡轮机10的侧视示意性图示，例如，水平轴风力涡轮机。风力涡轮机10包括从支承面14延伸的塔架12，安装在塔架12的框架18上的外罩16，以及联接到外罩16上的转子20。转子20包括轮毂22和联接到轮毂22上的多个转子叶片24。在该示例性实施例中，转子20包括三个转子叶片24。在一个备选实施例中，转子20包括多于或少于三个的转子叶片24。在该示例性实施例中，塔架12由钢管制成，并包括在支承面14和外罩16之间延伸的腔28。在一个备选实施例中，塔架12为网格塔。
在该示例性实施例中，风力涡轮机10的多种部件容纳在风力涡轮机10的塔架12顶上的外罩16中。塔架12的高度基于本领域中已知的因素和条件来选择。在一些构造中，控制系统中的一个或多个微控制器用于总的系统监视和控制，包括桨距和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵马达应用，以及故障监视。备选的分布式或集中式控制架构用在风力涡轮机10的备选实施例中。在该示例性实施例中，叶片24的桨距是单独控制的。轮毂22和叶片24一起形成风力涡轮机转子20。转子20的旋转使得发电机产生电力。
在使用中，叶片24定位于转子轮毂22周围，以促进旋转的转子20将来自风的动能转化为可用的机械能。当风冲击叶片24，且叶片24旋转并遭受离心力时，叶片24遭受多种弯矩。因而，叶片24从空档即非偏转位置偏离并/或旋转到偏转位置。此外，叶片24的桨距角可由变桨机构改变以促进提高或降低叶片24的速度，并促进减少塔架12的冲击。
又参考附图2，转子叶片清洁装置30可用于转子叶片24的表面的清洁和/或除冰，以清除冰和例如来自尘埃、盐分、死昆虫、鸟类粪便和其它外来物质的尘垢。尘垢和/或冰在转子叶片24上的堆积会降低风力涡轮机10的效率。肮脏的转子叶片对干净的转子叶片的对比分析表明，在年平均风速为4米/秒到11米/秒的情况下，具有肮脏的转子叶片的风力涡轮机的年发电量可为具有干净的叶片的风力涡轮机的年发电量的约90％到约98％。表格I列出了此分析的结果。
表格I
Figure BSA00000158781900051
  年平均风速(米/秒)  干净叶片的年发电量(百万瓦时)  肮脏叶片的年发电量(百万瓦时)   肮脏叶片年发电量占洁净叶片年发电量的百分比(％)   百分比差额(％)
  5.06.07.07.58.08.59.010.011.0  2221.53441.64636.15180.35672.76104.96472.47010.67305.6  2066.83263.34452.94999.45496.15933.96308.06860.57169.7   93.0494.8296.0596.5196.8997.2097.4697.8698.14   6.965.183.953.493.112.802.542.141.86
在一个示例性实施例中，清洁装置30包括容纳清洁液34并安装在基座36上的箱32。在一个实施例中，清洁液34将尘垢从转子叶片24上清除。在另一个实施例中，清洁液34将堆积冰从转子叶片24上清除；在又另一个实施例中，清洁液34将尘垢和堆积冰两者从转子叶片24上清除。两条提升臂38和40邻近于箱32定位。提升臂38和40联接到液压起重机42和44上，液压起重机42和44使提升臂38和40垂直向上离开基座36及向下朝着基座36移动。在一个实施例中，提升臂38和40为伸缩式臂，利用来自液压起重机42和44的液压油伸出和缩入。在另一个实施例中，提升臂38和40由液压起重机42和44的运动来升起和降下。液压起重机42和44附接到基座36上，且提升臂38和40操作地联接到液压起重机42和44上。椭圆外形的喷头50由连接臂46和48附接到提升臂38和40上。椭圆的喷头50包括椭圆形构件51和附接到椭圆形构件51上的多个喷头52，喷头52将清洁液34喷射在转子叶片24上来清洁叶片24的表面。喷头52操作地联接到至少一条清洁液供液管54上。椭圆的喷头50尺寸设置成使得椭圆形构件51环绕转子叶片24的一部分，这将喷头52定位成邻近转子叶片24的表面，用以将清洁液34喷射在转子叶片24上。
管54的第一端56联接到椭圆喷头50上，且管54的第二端58联接到操作地联接到箱32的泵60上。管54为柔性管、挠性管或软管。管54可由任何适当的材料形成，例如，编织不锈钢、橡胶、塑料或它们的组合。
基座36可安装在能够将清洁装置30运输到风力涡轮机10用以对转子叶片24进行清洁和/或除冰的任何合适的交通工具62上。例如，基座36可安装在卡车或船舶上。在另一个实施例中，基座36为卡车底座或船舶甲板。
过滤装置64定位在箱32的顶部66上。过滤装置64包括由过滤介质68形成的至少一个过滤垫66。可使用任何合适的过滤介质，例如，机织和非机织的织物、多孔膜等。过滤装置64过滤使用过的清洁液34来允许清洁液34的再循环和再使用。由于再循环清洁液34的能力，在风力涡轮机场对转子叶片24进行清洁和/或除冰所需的清洁液34的总量降低，从而降低了维护费用。
在一个实施例中，清洁装置30还包括将喷出的清洁液34收集和引导回到箱32中的收集幕70。当收集幕被提升入位时，收集幕70具有环绕转子叶片24的圆柱形形状。收集幕70的第一端72附接到椭圆的喷头50上，且第二端74附接到箱32上。当椭圆的喷头50被提升臂38和40升起时，收集幕移动到环绕转子叶片24的位置。在一个实施例中，收集幕70包括多个棱角褶皱76，这容许收集幕70在由提升臂38和40升起和降下时像可折叠风箱一样伸展和收缩。被收集幕70收集的喷出的清洁液返回到箱32。收集的清洁液34在进入箱32前通过过滤装置64。收集幕70可由薄塑料布或由任何适当的材料制成的织物形成，例如，尼龙、聚乙烯、聚酯、聚酰胺、聚烯烃、热塑性聚氨酯、聚氯醚、聚苯醚、聚苯硫醚、聚砜、芳香族聚酰胺及它们的混合物。
为了对风力涡轮机10的转子叶片24进行清洁和/或除冰，转子叶片24定位在基本平行于塔架12的向下的方位上并且使得其固定。清洁装置30定位成邻近塔架12，且在转子叶片24下面，使装有清洁液34的箱32在转子叶片24的正下方。启动提升臂38和40以将椭圆的喷头50和收集幕70沿着转子叶片24的纵轴线提升至预定位置。清洁液34被从箱32抽至椭圆的喷头50，并通过喷嘴52喷射在转子叶片24的外表面上。在一个实施例中，清洁液34以约100磅/平方英寸到约7000磅/平方英寸的压力喷射，在另一个实施例中，约200磅/平方英寸到约5000磅/平方英寸，在另一个实施例中，约200磅/平方英寸到约3000磅/平方英寸。椭圆的喷头50在将清洁液喷射在转子叶片24的外表面上来对转子叶片24的大体上整个长度进行清洁和/或除冰的同时沿着转子叶片24的纵轴线运动。使用过的清洁液34流下转子叶片24，从转子叶片24的末端滴落，通过过滤装置64，并被收集到箱32中以再使用。另外，未落到转子叶片24上的喷出的清洁液34被收集幕70截获，在通过过滤装置64后回到箱32。
在图3中所示的另一个实施例中，转子叶片24包括沿着转子叶片24的长度安装的多个喷嘴80。喷嘴80操作地联接到位于转子叶片24之内的清洁液供给管82上。清洁液供给管82在叶片24的根部84到末梢86之间延伸，并联接到清洁液供液管54(图2中所示)上，以将清洁液34从箱32(图2中所示)引向喷嘴80。
此外，借助通过喷嘴80喷射加热的液体或加热的气体，喷嘴80可用于对转子叶片24进行除冰。在寒冷的地点，转子叶片结冰会是一个问题。对转子叶片进行除冰对于减轻由于结冰的转子叶片所导致的转子平面的不对称是有益的。液体或气体可以通过任何已知的技术来加热，例如，附接到供液管54的加热器、加热箱32中的液体、或使液体通过涡轮机齿轮箱散热器，或任何其它热源。在一个实施例中，液体或气体加热至约90℉到约200℉，在另一个实施例中，约100℉到约160℉。
此书面说明书用实例来公开本发明，包括最佳方式，并且也使任何本领域中的技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统，并使用任何结合的方法。本发明可取得专利的范围由权利要求书限定，并且可包含那些本领域中的技术人员想到的其它实例。只要它们包括并非不同于权利要求书字面语言的结构元件，或它们包含与权利要求书的字面语言没有实质性区别的等价的结构元件，则此类其它实例意在处在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1.一种用于将尘垢和堆积冰中的至少一种从风力涡轮机转子叶片(24)上清除的清洁装置(30)，所述清洁装置包括：
安装在基座(36)上的箱(32)；
安装在所述基座上邻近所述箱的多个提升臂(38，40)；
附接到所述提升臂上的椭圆的喷头(50)，所述提升臂尺寸设置为将所述椭圆的喷头从第一位置提升至第二位置，所述第二位置离所述箱比所述第一位置更远；以及，
至少一条管(54)，所述管的第一端(56)连接到所述椭圆的喷头上，且所述管的第二端操作地联接到泵(60)上，所述泵操作地联接到所述箱上。
2.根据权利要求1所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述椭圆的喷头(50)包括多个喷嘴(52)。
3.根据权利要求1所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述椭圆的喷头(50)尺寸设置为环绕风力涡轮机转子叶片(24)的一部分。
4.根据权利要求1所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述箱(32)包括用于过滤使用过的清洁液(34)的过滤装置(64)。
5.根据权利要求4所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述过滤装置(64)包括包含过滤介质(68)的至少一个过滤垫(66)。
6.根据权利要求1所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述基座(36)安装到交通工具(62)上，所述交通工具包括卡车、拖车或船舶。
7.根据权利要求1所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述清洁装置(30)还包括收集幕(70)，所述收集幕(70)在第一端(56)处附接到所述椭圆的喷头(50)上，且在第二端(58)处附接到所述箱(32)上，所述收集幕具有尺寸设置成环绕所述转子叶片(24)的圆柱形外形。
8.根据权利要求7所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述收集幕(70)包括允许所述收集幕伸展和收缩的多个棱角褶皱(76)。
9.根据权利要求7所述的清洁装置(30)，其特征在于，所述清洁装置(30)还包括沿着风力涡轮机转子叶片(24)的长度安装的多个喷嘴(52)，所述喷嘴操作地联接到延伸通过所述转子叶片的供应管，所述供应管操作地联接到所述至少一条管(54)上。
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