CN102859187B - 用于风力涡轮机叶片除冰的方法以及具有除冰系统的风力涡轮机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于为风力涡轮机叶片除冰的方法。除冰是借助于使风力涡轮机失速以及至少使风力涡轮机失速到某个位置而被执行的,在该位置足够的湍流能够形成,从而引起叶片振动,允许冰脱落。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片除冰的方法以及涉及一种具有除冰系统的风力涡轮机。
背景技术
本领域公知的风力涡轮机包括锥形的风力涡轮机塔架以及被设置在塔架顶部的风力涡轮机机舱。具有多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机叶轮通过延伸出机舱前部的低速轴被连接到机舱。
由于大型现代风力涡轮机的功率输出以及成本都越来越大,因此停机问题变得越来越重要,并且现代风力涡轮机被不断地改进以确保每当可用的风况存在时,它们能够有效地发出电能。
然而,风力涡轮机叶片的结冰能够是大问题,它会阻止风力涡轮机发出电能,即使理想的风况存在。从US6,890,152中所知晓的是,为风力涡轮机叶片配置多个声波喇叭,当该声波喇叭被启动时将会使叶片振动以及从而使得冰脱落。不幸的是,这种系统的缺点很多:噪声问题、成本、难于实施在叶片中等等。
其它公知的技术方案包括叶片的被动涂层以及主动加热面板。目前,没有涂层能够维持超过几年以及加热面板需要远离面板接线,以及这会降低叶片的空气动力学效率并且会导致与雷电有关的问题。
发明内容
根据本发明的一个方面,提供一种用于风力涡轮机叶片除冰的方法,其中除冰借助于使风力涡轮机失速,从而允许风力涡轮机(叶轮)叶片上对应地导致的湍流引起叶片振动,从而允许冰脱落来实现。受控的失速能够由叶片周围流动状态的受控改变提供。这种叶片周围流动状态的改变可以通过改变叶片的机械配置或者叶片的机械结构而实现,这包括改变叶片的变桨角度(机械配置改变)从而改变迎角(下面将会进一步描述)和/或包括改变叶片截面(流动)轮廓(机械结构改变)。为了失速而改变叶片周围的流动状态还可以借助于喷嘴实现,该喷嘴被设置在叶片中并且允许叶片表面上逆向流动的形成,以破坏沿着叶片表面的层流。
如上所述,使风力涡轮机失速的方法是使一个或多个叶片向着失速位置变桨。可以看出这种失速方式的优点是仅仅需要软件的升级。也就是说,为了能够使得叶片的迎角适应变化的环境风况以及接附有叶片的叶轮的变化的转速状态,风力涡轮机叶片的变桨角度通常可以调节。因此,控制装置的软件(该软件依赖于例如上面提到的条件(环境风速以及叶轮转速)以及依赖于叶片的已知的空气动力学特性而通常以提供风力涡轮机叶轮的最优旋转的方式调节迎角)能够被容易地修改,从而能够基于例如探测到的环境风速、接附有叶片的叶轮的探测到的转速,以及基于风力涡轮机叶片预先知晓的空气动力学特性而启动失速状态。可以看出另一个优点在于,这种除冰可以被执行而不会出现任何在现有技术的除冰方法中经常出现的电能产出中断。其它方式也可以被使用使得风力涡轮机/叶片失速。例如,叶片包括相应的装置,用于改变相应叶轮叶片截面(流动)的轮廓,以便在需要除冰时导致失速。
由于根据本发明的除冰方法被执行或者能够被执行而不需要停止风力涡轮机,因此可以期望的是使得风力涡轮机的全部叶片同时地变桨或者失速以便避免风力涡轮机上的不均匀负载。
在某些情况下,积累在特定叶片上的冰的量可能与积累在同一风力涡轮机上的其它叶片上的冰的量有所不同。为了能够把这种情况考虑进去,本发明还以这样的方式被配置,以便允许单独地控制变桨角度的可能性,从而为全部叶片除冰。为此,相应叶片可以配置有分别地探测对应叶片上冰的出现的冰传感器装置。同时,控制装置(例如控制相应可调节叶片变桨角度的控制装置)能够从冰传感器装置接收对应的触发信号,该触发信号导致控制装置启动/触发根据本发明的除冰方法或者除冰操作。也就是说,控制装置随后控制在其上探测到有冰的叶片,例如减小其变桨角度(从而引起迎角的增大),以导致失速状态。需注意的是,在风力涡轮机技术中,叶轮叶片的变桨角度以及对应的迎角通常在坐标系统中被取得,从而使得这两个角度具有相反的符号。因此,变桨角度减小导致迎角增大,以及反之亦然。然而,变桨角度和迎角还可以在这种坐标系统中例如在同一坐标系统中被取得,从而使得它们具有相同的符号,从而使得为了增大迎角,对应叶片的变桨角度也将必然增大。在下文中,(相应)叶片的变桨角度和迎角将会被认为具有相反的符号。控制装置可以替代地被修改以适合于这种情况:如果它从一个冰传感器装置接收到对应叶片具有冰的信号,那么风力涡轮机的全部叶片可以进行如在此所述的除冰方法或者除冰程序。
根据本发明的除冰方法还可以被自动地执行,这显然使得维护工作降低到最低程度。对于除冰的自动化而言,期望的是(自动地)知晓/探测到冰是否已经积累到叶片上。对于发现而言,一个替代方法是使用冰探测传感器或者冰探测器,如上所述,用于发送将会启动或者触发除冰“程序”的信号。例如,在市场上可获得的一种除冰探测器是光学传感探头。它没有移动部件,是完全牢固的并且其操作原理是完全光学的。它侵入到气流中并且气密封闭,它使用未经准直的光线来检测探头上物质的不透光度以及光学折射率。此外,它减少感光度以便忽略水膜。该装置作为组合的光学分光计以及光学开关工作。不透明度的改变指示为霜冰。折射系数的改变指示为透明冰。光学部件由通常用于航空器挡风玻璃的丙烯酸玻璃制成。传感装置激发光的波长对于人眼是不可见的,从而不会被误认为是任何类型的导航操作光线。其它类型的冰探测器包括声波传感器以及核传感器,当结冰发生时该声波传感器指示为声波长的改变,当辐射源与传感器之间发生结冰时该核传感器指示为散射水平的改变。
如果被调整,那么叶片上积累的冰能够通过将风速和风力涡轮机转速进行比较而被指示。在正常操作状态下,即叶片上没有任何冰时,上面提到的参数之间有导致特定效率(基于叶片的空气动力学特性以及例如由风力涡轮机驱动的发电机所提供的风力涡轮机上的负载)的关系。当冰积累在叶片上时,该效率减小。因此,如果被适当调整,那么当效率降到预先确定的水平以下时,风力涡轮机的失速以及从而的除冰能够被启动或者触发。这种探测冰的方法的优点在于:它是不敏感的,原因是它不依赖于单个冰探测传感器的功能。此外,不需要额外的传感器。
作为自动冰探测的替代或者附加方案,根据本发明的为叶片除冰的方法还可以被手动触发。也就是说,例如维护人员发现叶片上有冰,那么该方法可以被手动触发/启动。
本发明还提供了一种风力涡轮机,该风力涡轮机使用在此所述的用于其叶片除冰的方法。
根据本发明的一个方面,提供一种风力涡轮机,通过该风力涡轮机可以执行在此描述的方法,该风力涡轮机包括:基部;可旋转地连接到基部的叶轮;以这样的方式连接到叶轮的多个叶片,使得相应叶片的变桨角度能够以受控方式调节以便对应地改变迎角;用于生成除冰触发信号的除冰触发装置;以及用于控制相应叶片的变桨角度的控制装置,其中控制装置被连接到除冰触发装置并且适合于在接收到除冰触发信号的情况下以这样的方式控制相应叶片,改变(例如减小)相应叶片的变桨角度从而增大对应的迎角直到失速,从而允许对应地导致的湍流引起叶片振动,导致叶片上的冰脱落。
根据本发明的另一个方面,除冰触发装置包括例如如上所述的类型的被配置在每个叶片上的能够产生除冰触发信号的冰探测传感器或者冰探测传感器装置。作为这种能够自动地触发/启动除冰处理的自动作用除冰触发装置的替代或者附加方案,该系统可以包括手动输入装置,该手动输入装置被连接到控制装置并且允许使用者手动输入触发信号,该触发信号随后被发送到控制装置,从而触发除冰程序/方法。在这方面,使用者可以例如在视觉上发现叶片上的冰以及可以随后决定手动启动除冰处理。
根据本发明的另一个方面,除冰触发装置包括探测风力涡轮机所处区域中一般风速的风速探测器、探测叶轮转速的转速探测器、以及计算装置,该计算装置适合于根据被探测到的风速以及被探测到的风力涡轮机转速而产生除冰触发信号。计算装置可以将风力涡轮机叶片的空气动力学特性考虑到它的计算中从而产生触发信号。基于环境条件为相应叶片除冰的方面可以与冰传感器装置(该冰传感器装置直接探测叶片上冰的存在)的使用相结合以便增加冗余度。计算装置可以由控制装置例如以对应的软件的形式提供。
根据本发明的另一个方面,控制装置适合于在除冰触发信号被控制装置接收的情况下同时地减小所有叶片的变桨角度,从而在同一时刻对应地增大所有叶片的迎角直到失速。也就是说,在控制装置从除冰触发装置接收除冰触发信号的情况下,控制装置在全部叶片上启动除冰。
控制装置可以包括微处理器装置,用于处理从传感器以及从除冰触发装置的计算装置(如果提供的话)接收到的信号/数据,并且可以操作致动器以提供叶片的旋转运动,用于实现例如叶片变桨角度的所需改变。致动器可经由有线或者无线连接而电力地被连接到控制装置。
控制装置适合于以如上所述的方式连同用于改变叶片周围流动状态的致动器(也就是说,用于改变叶片变桨角度的致动器或者用于改变叶片截面(流动)轮廓的致动器)以及连同如上所述的传感器共同地形成除冰系统,风力涡轮机被配置有该除冰系统。
当控制装置控制叶片以减小叶片变桨角度或者改变叶片截面(流动)轮廓从而允许叶片失速时,这种失速可以由控制装置通过将搭载叶片的叶轮的转速纳入考虑来进行控制(也就是说,控制装置可以相应地适合于相应地控制叶片的变桨角度改变/调节或者控制流体轮廓改变/调节)。例如,全部叶片的失速可以被控制从而使得将当前状态的叶轮转速降低至少30%、至少50%或者至少75%被实现,然而,其中叶轮仍然保持旋转。在多个叶片中仅有一个叶片失速的情况下或者仅有少于全部叶片的少数叶片失速的情况下,叶轮转速的降低可以被计算为至少30%*X/ONP或者至少50%*X/ONP或者至少75%*X/ONP,其中X是将失速的叶片数目以及ONP是风力涡轮机的全部叶片数目。失速还可以被控制装置以对相应叶片(例如,用于失速的叶片或者大体上用于风力涡轮机的全部叶片)提供预先确定的变桨角度或者预先确定的截面(流动)轮廓的方式控制,该方式在任何情况下都能确保这种湍流从而使得叶片将会被除冰。
通过本发明的上面描述能够认识到的是,使叶片失速并不意味着叶片必须经历完全失速,即,使相应叶片周围的流体完全地失速。然而如果并非全部叶片同时失速,那么这种完全失速可以被配置在叶片上。另外,使相应叶片失速到特定程度(诸如提供用于所需的湍流/振动)从而引起冰脱落也是充分的。
该方法可以进一步包括探测叶片中提供的振动或者在多个叶轮叶片的情况下探测相应叶片中提供的振动;以及如果探测到的振动超过预定阈值,那么以受控方式重新改变叶片周围的流动状态,以便对应地降低叶片周围流体的失速状态,从而对应地减小启动的湍流,以减小叶片的振动。对于重新改变流动状态从而降低失速而言,被用于启动失速的同一机构可以以相反的方式被使用。也就是说,叶片的变桨角度可被对应地重新改变(例如增大),从而对应地减小迎角。为了(自动地)实施本发明的这个方面,本发明的风力涡轮机在(相应)叶片上可包括一个或多个振动传感器,传感器探测叶片的振动或者叶片中的振动并且被连接到控制装置,从而发送对应的反馈振动信号。控制装置可以适用于将振动信号与预定的振动阈值进行对比,以及,如果信号或者信号值超过振动阈值,那么该控制装置适用于以例如如上所述的这种方式重新改变叶片周围的流动状态,从而将叶片的振动保持在预定振动阈值以下。
通过接下来的详细描述、附加的权利要求以及附图,本发明的其它目的、特征以及优点将会变得更加清楚。
通常地,权利要求中使用的全部术语将根据它们在技术领域的通常含义被解释,除非在此明确地被限定为其它含义。对于“一个、该[元件、装置、部件、方式、步骤等等]”的全部表示都被理解为开放性地指代至少一个所述元件、装置、部件、方式、步骤的情形,除非明确地被限定为其它含义。在此公开的任何方法的步骤并非必须按照所公开的准确步骤进行,除非明确地被规定。
附图说明
通过参考附图对本发明优选的实施例的接下来的说明性及非限制性的详细描述,本发明的上述及其它目标、特征及优点能够更好地被理解,附图中相同的附图标记将会被用于类似元件。
图1是根据本发明实施例的风力涡轮机的示意性前视图。
图2是根据本发明实施例的风力涡轮机的示意性局部视图。
图3是根据正常操作状态的风力涡轮机叶片处的流体边界层的第一状态的示意性展示。
图4是风力涡轮机叶片处的流体边界层的第二状态的示意性展示。
图5是用于解释根据本发明实施例的用于为风力涡轮机叶片除冰的方法的示意性流程图。
具体实施方式
图1显示了根据本发明的实施例的风力涡轮机100的构成。风力涡轮机100包括以塔架104形式被安装到基座106上的基部102。在当前示例中,塔架104包括多个塔架区段,诸如塔架环。此外,风力涡轮机100包括被放置在塔架106顶部上的风力涡轮机机舱118。风力涡轮机叶轮110被可旋转地被安装到风力涡轮机机舱108,以及至少一个叶轮叶片112(在当前情况下,三个叶轮叶片112)被安装到叶轮110。每个叶轮叶片112都以这样的方式可旋转地被接附到叶轮110,以便围绕着叶轮叶片112的纵向轴线114可旋转,从而调节叶轮叶片变桨角度θ,也就是说,调节叶轮叶片112围绕着叶片112纵向轴线114的截面流动轮廓的变桨角度θ(同时参考图3和4)。(从附图3和4中可以看出,变桨角度θ和迎角α被取得诸如具有相反的符号。因此,为了增大迎角α,叶片的对应的变桨角度θ需要被减小,以及反之亦然)。为了使相应叶轮叶片112围绕着其纵向轴线114对应地旋转从而调节相应叶片112的对应的变桨角度θ,每个叶轮叶片112都被配置有致动器116,例如电力步进马达或者电液马达,用于使叶轮叶片112对应地旋转。相应致动器116都经由操作连接122(例如有线连接或者无线连接)而被连接到控制装置120,该控制装置120控制致动器116的操作,如下面进一步详细所述。
风力涡轮机100还配置有转速传感器124,用于探测叶轮110的转速并且经由有线或者无线信号连接126而被连接到控制装置120。此外,风力涡轮机100设置有风力传感器128,用于探测环境风速并且通过有线或无线连接130而连接到控制装置120。
控制装置120适用于诸如基于被探测到的风速以及叶轮叶片112的预先知晓的空气动力学特征,以及例如叶轮110上被计算出的和/或被探测到的负载、或者基于被探测到的风速以及预先确定的表格(包括对于叶轮的对应的期望转速或者包括被连接到叶轮110的发电机(未示出)的与当前被探测到的功率输出相比较的对应的期望功率输出),从而为叶轮110确定期望转速。在期望条件没有被达到的情况下,控制装置120可以假定叶轮叶片112是结冰的并且可以随后以这样的方式触发或者启动除冰程序或者除冰方法,以便操作致动器116从而使叶轮叶片112在某个方向上旋转从而改变(例如减小)变桨角度θ到某一位置,在此位置处,围绕着相应叶轮叶片112的流动失速。如上所述,这个位置可以是固定的预先确定角度位置或角度θ,在此角度位置处,失速能够在任何流动状态下发生。然而,所形成的失速可以替代地被保持从而使得实现预先确定的转速降低,其中叶轮110随后可以在这个降低的转速被保持一段时间。在这种情况下,控制装置120从转速传感器124接收反馈信号,并且如果叶轮110的转速改变(例如减小)过多,那么控制装置120对应地控制叶轮叶片112的桨距再次改变(例如增大)。
叶片112以如上所述的方式失速的结果将参考下面的图3和图4进行说明。
图3是风力涡轮机叶片处的流体边界层的第一状态(正常流动状态)的示意性展示,以及图4是风力涡轮机叶片处的流体边界层的第二状态。
图3示意性地展示了流向风力涡轮机叶片112以及在叶片表面201上方流动形成边界层BL的空气流动F。边界层BL与叶片表面201在分离线或者过渡区域202处分开。在这个区域202之外,形成湍流。所示的角度α表示叶片112的截面流动轮廓的弦203与迎面流动F的方向204之间的迎角。图3描述了围绕着叶片112的正常流动状态,根据该状态,过渡区域202位于叶片112的轮廓的下游端部区段,因而最优流动状态被建立从而提供叶轮的最优旋转。从根据图3的正常流动状态开始,在启动/触发除冰或除冰程序的情况下,控制装置120(参考图1)操作致动器116(参考图1),从而使得相应叶轮叶片112以这种方式围绕着其纵向轴线114旋转,以便减小变桨角度θ,从而对应地增大迎角α(也就是说,在图3中,叶片112将会顺时针旋转)从而达到如下所述的基于图4的失速状态。
图4是风力涡轮机叶片112处的流体边界层的第二状态(失速的流动状态)的示意性展示。
图4示意性地展示了流向风力涡轮机叶片112以及在叶片表面201上方流动的空气流动F。在图4中所示的状态下,叶片112的桨距使得存在失速,使得边界层与叶片表面201在分离线或者过渡区域202分开,该过渡区域202位于图3中过渡区域202的上游。在这个区域202之外,即202的下游,流动方向被倒转形成了湍流边界层。这个湍流边界层使得叶片112振动以及冰将会因此脱落。如在图4中可以看出的,与图3中所示流动状态中的迎角α相比,图4中的迎角α增大。
图2显示了根据本发明的另一个实施例的风力涡轮机100的局部视图,其中风力涡轮机100叶轮叶片中的仅仅一个叶片112被显示。图1和2的实施例的技术方面可以彼此结合。在图2的实施例中,风力涡轮机100的相应叶轮叶片112被配置有冰探测传感器204,该传感器形成了冰探测传感器装置,该冰探测传感器装置能够直接地探测到相应叶轮叶片112的外部表面上冰的存在。相应叶轮叶片112的冰探测传感器装置的冰探测传感器204被连接到风力涡轮机100的控制装置120,以及冰探测传感器装置形成除冰触发装置,如果该除冰触发装置在叶轮叶片120上探测到冰,那么其会将对应的除冰触发信号(自动地)发送到控制装置120,该除冰触发装置随后启动/触发除冰程序,用于为探测到冰的相应叶片112除冰,或者如果在至少一个叶片112上探测到冰,那么为所有叶片112除冰。
与图1中的实施例类似,图2中的实施例的控制装置120被连接到致动器116(仅显示出1个),该致动器被分配到相应的叶轮叶片112并且用于使对应的叶轮叶片112围绕着其纵向轴线114旋转,从而能够减小叶片的变桨角度θ以及从而增大迎角α,以便导致用于在叶片112中形成用于执行除冰所需要的湍流/振动所需要的失速。
在根据图2的实施例的风力涡轮机中,相应叶轮叶片112可以进一步被配置有振动传感器140,该振动传感器探测相应叶片112的振动并且被连接到控制装置120,用于将对应的振动信号发送到该控制装置。在所接收的振动信号超过预定的振动阈值的情况下,控制装置120可以适用于控制致动器116,从而增大相应叶片112的变桨角度θ(以便对应地减小迎角α)。以此方式,相应叶片112的最大振动可以可靠地被保持在预定的振动阈值之下。
根据图2实施例的风力涡轮机可以进一步包括手动输入装置150,该装置被连接到控制装置以及允许使用者手动输入触发信号,从而触发或者启动除冰操作,这将会导致控制装置控制致动器116,从而如上所述地改变叶片112的变桨角度θ用于引起除冰。当视觉上发现一个或多个叶片上出现冰时,使用者可以输入这种触发信号。叶片可以在视觉上进行标记,从而使得使用者还可以输入其在视觉上探测到冰的叶片对应的识别编码。控制装置可以适用于诸如随后仅仅控制手动识别出的叶片112的那个致动器116,从而使得只有这个手动识别出的叶片112以上述方式单独地被除冰。一旦使用者(例如在视觉上)发现冰已被成功移除,那么停止除冰的对应的停止请求可以手动地被输入到输入装置150中。控制装置120还可以适用于例如仅仅在预先确定的时间间隔上进行除冰,并且如果使用者(例如在视觉上)发现叶片上仍然有冰,那么可以再次手动输入触发信号。还可以配置有被连接到控制装置120的警报装置,以及如果冰探测传感器装置在叶片上探测到冰,那么它会将对应的信息信号转发到控制装置120,该控制装置应用警报装置,该警报装置是视觉和/或声音装置。使用者随后可以够决定是否输入除冰触发信号。
根据本发明的实施例的用于为风力涡轮机(叶轮)叶片,诸如图1和2中所示风力涡轮机100的(叶轮)叶片112除冰的方法将会基于图5被描述。
该方法包括以下步骤:确定(S300),例如自动地确定,风力涡轮机叶轮叶片上是否存在冰。在确定没有冰存在的情况下,该方法继续所述确定步骤。如果确定叶片上存在冰,那么通过以这种方式改变叶片周围的流动状态(例如通过如上所述减小叶片的变桨角度)来执行除冰程序,以便使得叶片周围的流动失速,从而允许对应地导致的湍流引起叶片振动,导致叶片上的冰脱落(S310)。除冰步骤S310被执行,直到冰从叶片上被移除。在步骤S320中执行对应的确定。在确定冰已被成功移除的情况下,该方法继续步骤S330,根据该步骤S330,流动状态的改变将会被倒转,从而移除失速状态以及实现正常的流动状态(也就是说,例如变桨角度以及对应的迎角将会对应地降低)。在步骤S340中,该方法随后返回到初始步骤S300。尽管本发明已经参考特定实施例在上面被描述,但是本领域技术人员容易理解到是,除了上面公开之外的其它实施例同样可能落入如由附加的权利要求所限定的本发明范围内。
Claims (14)
1.一种用于风力涡轮机叶片除冰的方法,包括:
以受控方式改变叶片周围的流动状态,以便使得所述叶片周围的流动失速,从而允许对应地导致的湍流引起所述叶片振动,导致所述叶片上的冰脱落,其中,以受控方式改变叶片周围的流动状态包括改变所述叶片的变桨角度以增大迎角,直到实现所需的失速。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述风力涡轮机的所有所述叶片通过在同一时间对应地改变所有所述叶片的所述变桨角度而同时被除冰。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,对于所有所述叶片单独地控制用于除冰的变桨角度。
4.如权利要求1至3中任一所述的方法,其特征在于,用于除冰的所述流动状态的改变通过来自冰探测传感器装置的信号而被启动。
5.如权利要求1至3中任一所述的方法,其特征在于,用于除冰的所述流动状态的改变根据被探测到的风速以及所述风力涡轮机的被探测到的转速而被启动。
6.如权利要求1至3中任一所述的方法,其特征在于,所述叶片周围的所述流动状态的改变根据承载所述叶片的叶轮的转速而被控制。
7.如权利要求1至3中任一所述的方法,其特征在于,所述方法还包括探测所述叶片的振动,以及,如果被探测到的所述振动超过预定阈值,那么通过重新改变所述叶片的变桨角度以受控方式重新改变所述叶片周围的所述流动状态,以便对应地降低所述叶片周围的所述流动的失速状态,从而对应地减少湍流,以减小所述叶片的所述振动。
8.一种风力涡轮机,包括:
基部;
可旋转地连接到所述基部的叶轮;
以一种方式连接到所述叶轮的多个叶片,使得相应叶片的变桨角度能够以受控方式调节,从而对应地改变迎角;
用于生成除冰触发信号的除冰触发装置;以及
用于控制相应所述叶片的所述变桨角度的控制装置,其中所述控制装置被连接到除冰触发装置,并且适合于在接收到除冰触发信号的情况下以这样的方式控制相应叶片,改变相应叶片的所述变桨角度从而增大对应的迎角直到失速,从而允许对应地导致的湍流引起所述叶片振动,从而使得所述叶片上的冰脱落。
9.如权利要求8所述的风力涡轮机,其特征在于,所述除冰触发装置包括被配置在所述叶片的每个上的冰探测传感器装置,所述冰探测传感器装置能够产生所述除冰触发信号。
10.如权利要求8或9所述的风力涡轮机,其特征在于,所述除冰触发装置包括探测在所述风力涡轮机处的区域中的环境风速的风速探测器、探测所述叶轮的转速的转速探测器、以及计算装置,所述计算装置适合于根据被探测到的风速以及所述风力涡轮机的被探测到的转速产生所述除冰触发信号。
11.如权利要求8或9所述的风力涡轮机,其特征在于,所述控制装置适合于在控制装置接收到所述除冰触发信号的情况下同时地改变所有叶片的变桨角度,从而在同一时刻对应地增大所有叶片的迎角直到失速。
12.如权利要求8或9所述的风力涡轮机,其特征在于,所述风力涡轮机还包括用于探测所述叶轮的转速的传感器,其中所述控制装置适合于依据被探测到的所述叶轮的转速控制相应的叶片的变桨角度的改变以便失速。
13.如权利要求8或9所述的风力涡轮机,其特征在于,每个所述叶片都配置有一个或多个振动传感器,所述振动传感器探测所述叶片的振动并且被连接到所述控制装置,从而将对应的反馈振动信号发送到所述控制装置,其中所述控制装置适合于将接收到的所述反馈振动信号与预定振动阈值进行对比,并且,当接收到的所述反馈振动信号超过所述振动阈值时,所述控制装置适合于以这样的方式控制相应叶片,重新改变相应叶片的变桨角度以减小对应的迎角直到失速被降低,以减小引起的所述叶片的振动,从而保持低于预定阈值。
14.如权利要求8或9所述的风力涡轮机,其特征在于,所述风力涡轮机还包括手动输入装置,所述手动输入装置被连接到所述控制装置,并且允许被发送到所述控制装置的所述除冰触发信号的手动输入。
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WO2013097857A1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-07-04 | Vestas Wind Systems A/S | A wind turbine and a method for determining the presence and/or thickness of an ice layer on a blade body of a wind turbine |
WO2013097852A1 (en) | 2011-12-29 | 2013-07-04 | Vestas Wind Systems A/S | Optimisation of power production in a wind turbine at below rated power |
AT512413B1 (de) * | 2012-03-19 | 2013-08-15 | Michael Moser | Integrierter flexibler Eisdetektor |
US8742610B2 (en) | 2012-05-04 | 2014-06-03 | Wind Energy Corporation | Wind turbine system and method of operating a wind turbine system |
DE102013211520A1 (de) * | 2013-06-19 | 2014-12-24 | Senvion Se | Rotorblattenteisung |
CN103603776B (zh) * | 2013-11-23 | 2016-03-02 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风力发电机组变桨安全性的预测算法 |
CN103590972B (zh) * | 2013-11-23 | 2017-02-08 | 大连尚能科技发展有限公司 | 一种风力发电机组变桨自保护方法 |
DE102015117032A1 (de) * | 2015-10-07 | 2017-04-13 | Wobben Properties Gmbh | Verfahren zum Überwachen einer Windenergieanlage |
US11905933B2 (en) * | 2015-12-23 | 2024-02-20 | Vestas Wind Systems A/S | Electro-thermal heating |
DE102015122933A1 (de) * | 2015-12-29 | 2017-07-13 | fos4X GmbH | Verfahren zum Ermitteln eines Werts für eine Eisansatzmenge an mindestens einem Rotorblatt einer Windkraftanlage und dessen Verwendung |
WO2017147698A2 (en) | 2016-03-01 | 2017-09-08 | Borealis Wind Turbine Solutions | Wind turbine blade de-icing systems and methods |
CN106202808B (zh) * | 2016-07-25 | 2017-08-25 | 国网湖南省电力公司 | 基于图解法的直流融冰装置融冰变压器档位设计方法 |
CN107781121A (zh) * | 2016-08-25 | 2018-03-09 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统 |
CN108119319B (zh) * | 2016-11-29 | 2020-02-11 | 北京金风科创风电设备有限公司 | 风力发电机组叶片结冰状态识别方法及装置 |
DE102016124554A1 (de) * | 2016-12-15 | 2018-06-21 | fos4X GmbH | Vorrichtung und Verfahren zum Erkennen der Anlagerung von Eis an einer Struktur eines Bauwerks |
WO2018113877A1 (en) | 2016-12-22 | 2018-06-28 | Vestas Wind Systems A/S | Improved wind turbine safety system |
DE102017115927A1 (de) * | 2017-07-14 | 2019-01-17 | fos4X GmbH | Dehnungs- und Vibrations-Messsystem zur Überwachung von Rotorblättern |
ES2966624T3 (es) * | 2017-11-03 | 2024-04-23 | Vestas Wind Sys As | Método para realizar mantenimiento en una parte de turbina eólica |
ES2749228A1 (es) * | 2018-09-19 | 2020-03-19 | Siemens Gamesa Renewable Energy Innovation & Technology SL | Método y sistema de detección de hielo para un aerogenerador |
CN109281807B (zh) * | 2018-10-23 | 2020-10-27 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种风电叶片除冰系统及其控制方法 |
EP3667060A1 (en) * | 2018-12-13 | 2020-06-17 | Siemens Gamesa Renewable Energy A/S | Blade for a wind turbine, wind turbine and method of preventing icing of the blade |
CN112855457B (zh) * | 2019-11-12 | 2022-08-12 | 江苏金风科技有限公司 | 失速监测系统、方法及叶片 |
US11946452B2 (en) | 2020-07-15 | 2024-04-02 | Regents Of The University Of Minnesota | Control system for wind turbines in cold climates |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6890152B1 (en) * | 2003-10-03 | 2005-05-10 | General Electric Company | Deicing device for wind turbine blades |
CN1727673A (zh) * | 2004-07-20 | 2006-02-01 | 通用电气公司 | 用于除去翼型或转子叶片上的冰的方法和装置 |
CN101233316A (zh) * | 2005-07-28 | 2008-07-30 | 清洁领域能源公司 | 模块化风力涡轮机-发电机组件 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4342539A (en) * | 1979-02-13 | 1982-08-03 | Potter James A | Retractable wind machine |
JP2004084527A (ja) * | 2002-08-26 | 2004-03-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 風車の氷付着防止運転制御装置および氷付着防止運転方法 |
US20090246019A1 (en) | 2007-05-04 | 2009-10-01 | Mark Volanthen | Wind turbine monitoring |
DE602008003793D1 (de) * | 2007-05-31 | 2011-01-13 | Vestas Wind Sys As | Verfahren zum betrieb einer windturbine, windturbine und verwendung des verfahrens |
EP2198156B1 (en) | 2007-10-05 | 2011-08-24 | Vestas Wind Systems A/S | A method for de-icing a blade of a wind turbine, a wind turbine and use thereof |
US7922449B2 (en) * | 2009-07-14 | 2011-04-12 | General Electric Company | Passive deicing for wind turbine blades |
-
2011
- 2011-03-22 WO PCT/EP2011/054360 patent/WO2011117246A2/en active Application Filing
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6890152B1 (en) * | 2003-10-03 | 2005-05-10 | General Electric Company | Deicing device for wind turbine blades |
CN1727673A (zh) * | 2004-07-20 | 2006-02-01 | 通用电气公司 | 用于除去翼型或转子叶片上的冰的方法和装置 |
CN101233316A (zh) * | 2005-07-28 | 2008-07-30 | 清洁领域能源公司 | 模块化风力涡轮机-发电机组件 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DK2550452T3 (da) | 2014-07-07 |
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