CN103958890A - 风能设备转子叶片和用于给风能设备转子叶片除冰的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种风能设备转子叶片，其具有：转子叶片前缘(11)、转子叶片后缘(12)、用于将所述转子叶片固定在风能设备的轮毂上的转子叶片根部区域(14)和转子叶片尖端(13)。所述转子叶片从所述转子叶片根部区域(14)沿着纵向方向延伸到所述转子叶片尖端(13)。所述转子叶片此外具有带有调整机构(540)的空气分配单元(500)，所述调整机构(540)用于将空气流导入所述转子叶片前缘区域(11)中和/或转子叶片后缘区域(12)中。

Description

风能设备转子叶片和用于给风能设备转子叶片除冰的方法

技术领域

本发明涉及一种风能设备转子叶片和一种用于给风能设备转子叶片除冰的方法。

背景技术

风能设备也越来越多地在如下地区中设立，在所述地区中会产生风能设备的转子叶片的结冰。风能设备的转子叶片的结冰不仅是危险的，而且也降低了风能设备的收益。因此已知用于及早识别转子叶片结冰以及用于给转子叶片除冰的许多方法。转子叶片的结冰例如能够通过转子叶片的加热来降低或者减少。

收益减少在转子叶片结冰时特别是在前缘区域中(也就是说转子叶片的前部区域中)发生。因此提出了用于给风能设备的转子叶片的前缘区域除冰的许多方法。

德国专利和商标局在关于本申请的优先权申请中检索出了如下文献：DE102010051296A1；DE102010051297A1；DE102010051293A1；DE102010030472A1；DE102005034131A1；DE19528862A1和DE20014238U1。

发明内容

因此本发明的目的是，提供一种风能设备转子叶片和一种用于给风能设备转子叶片除冰的方法，所述方法实现了风能设备的改进的除冰。

这个目的通过根据权利要求1的风能设备转子叶片以及通过根据权利要求9的用于给风能设备转子叶片除冰的方法来实现。

因此风能设备转子叶片设置有转子叶片前缘、转子叶片后缘、用于将转子叶片固定在风能设备的轮毂上的转子叶片根部区域和转子叶片尖端。转子叶片从转子叶片根部区域沿着纵轴线延伸到转子叶片尖端。转子叶片此外具有带有调整机构的空气分配单元，所述调整机构用于将空气流导入到转子叶片前缘区域和/或转子叶片后缘区域中。

根据本发明的一个方面，空气分配单元在第一运行方式中设计为，使得空气流被导入到转子叶片前缘区域中。在第二运行方式中，空气分配单元设计为，使得空气流至少部分地被导入到转子叶片后缘区域中。借助于调整机构，空气分配单元能够将空气流或者导向到转子叶片前缘区域或者导向到转子叶片后缘区域，由此有针对性地给转子叶片或者其部件除冰是可能的。

根据本发明的另一个方面，设有沿着纵向方向沿着转子叶片从转子叶片根部区域到转子叶片尖端的至少一个第一切口。通过所述至少一个腹板，转子叶片内部被划分为不同的体积，所述体积能够被独立地加热。

根据本发明的另一个方面，所述至少一个腹板在转子叶片尖端的区域中设计为，使得在转子叶片根部前缘区域中的空气流能够沿着所述至少一个腹板或者在第一和第二腹板之间被导回到转子叶片根部区域。

可选地，在转子叶片尖端的区域中能够设置有第一和/或第二腹板的能封闭的开口，以至于当开口开启时，空气流能够穿过后缘区域向转子叶片根部区域回流进而能够加热后缘区域。

对此可替选的是，也能够在转子叶片根部区域中设置能封闭的开口，以便实现在第一腹板和第二腹板之间的体积中的空气流或者实现在第一腹板和后缘区域之间的体积中的空气流。

根据本发明的另一个方面，空气分配单元具有用于容纳被加热的空气的第一部段、用于将被加热的空气导入到转子叶片后缘的区域中的第二部段和用于将被加热的空气流导入到转子叶片前缘区域中的第三部段。

根据本发明的另一个方面，转子叶片设置用于具有至少一兆瓦的风能设备。

本发明同样涉及一种用于给风能设备转子叶片除冰的方法。风能设备转子叶片具有转子叶片前缘区域、转子叶片后缘、转子叶片尖端和转子叶片根部区域。在第一运行方式中，被加热的空气流被导入到转子叶片前缘区域中并且在第二运行方式中被加热的空气流至少部分地被导入到风能设备的转子叶片后缘区域中。

本发明同样涉及一种具有在上文中所描述的转子叶片的风能设备。

本发明涉及如下基本思想，即不仅降低或者避免在转子叶片的前缘区域中的结冰，而且降低或者避免后缘区域的结冰以便改进风能设备的运行。特别地，转子叶片的整个面的结冰，因此也就是说转子叶片后箱的整个面的结冰，能够导致对风能设备的运行的妨碍。即使当轮毂区域例如通过转子叶片加热而被加热，使得在那不再存在结冰时，仍可能的是，在转子叶片后箱或者后缘区域的区域中仍存在结冰。由于转子叶片后箱或者后缘区域的大的面积，特别是在非常大的(具有>1MW的额定功率的)设备中，结冰总的来说因此具有显著的量，以至于由于冰覆层在转子叶片中存在不平衡。这特别是在较低的风速范围中是明显的，因为此时后箱的结冰也负面地使人注意到。

因此本发明涉及如下基本思想，即不仅加热转子叶片的前缘区域而且也加热转子叶片的后缘区域，以便避免结冰。这在多兆瓦范围(也就是说>1兆瓦)的风能设备中是尤其重要的。

应当指出的是，由于在多兆瓦范围中的风能设备的转子叶片后箱或者后缘区域的大的体积，完整的转子叶片的加热结合有非常贵的费用。

因此本发明涉及一种风能设备转子叶片，其中热量或者被加热的空气例如通过风扇被吹入到转子叶片中并且特别是沿着前缘区域被吹入。可选地，腹板能够沿着转子叶片的纵向方向延伸。也为了能够加热转子叶片的后缘区域，空气引导单元或者空气分配单元设置有调整机构，所述调整机构能够引导前缘区域中的空气流或者仅将其导向到转子叶片后缘区域。这是有利的，因为能够放弃用于将被加热的空气吹送过后缘区域的单独的风扇和附加的散热器。也仅在需要时并且只要需要的话，后缘区域的加热能够通过调节调整机构来执行。

本发明的其它的方面是从属权利要求的对象。

附图说明

接下来参考附图详细阐述本发明的优点和实施例。

图1示出根据第一个实施例的风能设备转子叶片的示意性的视图，

图2示出根据第二个实施例的风能设备转子叶片的示意性的视图，以及

图3示出根据本发明的风能设备的示意性的视图。

具体实施方式

图1示出根据本发明的风能设备转子叶片的示意性的视图。转子叶片10具有转子叶片前缘区域11和转子叶片后缘区域12。转子叶片10此外具有转子叶片根部区域14和转子叶片尖端13。转子叶片10在此沿着其纵向方向从转子叶片根部14延伸到转子叶片尖端13。沿着转子叶片的纵向方向可选择的是，设置两个或更多个腹板200、210，所述腹板能够至少部分地沿着转子叶片的纵向方向延伸。可选择地，第一和第二腹板210、200能够基本上彼此平行地设置并且设置在转子叶片的压力侧和抽吸侧之间。通过第一和第二腹板210、200，转子叶片的内部体积能够被划分为三个体积，即在这两个腹板之间的体积、在腹板和转子叶片前缘区域之间的体积以及在腹板和转子叶片后缘之间的第三体积。

此外根据第一个实施例的风能设备转子叶片具有空气流分配单元或者空气流引导单元500。可选择地，转子叶片能够具有扩散器300和散热器400。风扇600能够连接到扩散器300上，所述风扇能够产生空气流，所述空气流能够流动穿过扩散器300和散热器400。空气分配单元500在此用于或者沿着转子叶片前缘区域11和/或沿着转子叶片后缘12将被加热的空气流转向，以便给转子叶片除冰。

图2示出根据第二个实施例的风能设备转子叶片的示意性的描述。转子叶片10具有转子叶片前缘区域11、转子叶片后缘12、转子叶片尖端13和转子叶片根部区域14。转子叶片能够借助于其转子叶片根部区域14连接到风能设备的轮毂90上。转子叶片10沿着其纵向方向从转子叶片根部区域14延伸到转子叶片尖端13。转子叶片具有转子叶片前缘区域11和转子叶片后缘区域或者转子叶片后箱区域12。沿着转子叶片10的纵向方向，能够可选择地至少部分地沿着转子叶片10的纵向方向设有第一和第二腹板200、210，以至于转子叶片的内部体积能够被划分为三个体积。转子叶片根部区域14能够通过封闭单元700来封闭。在转子叶片根部区域14中，转子叶片能够具有扩散器300、散热器400、空气流分配单元500。空气流分配单元500能够具有第一部段510、所述第一部段能够与散热器400耦联。空气流分配单元500此外具有第二部段520和第三部段530。第二部段520在此用于使被加热的气流转向到转子叶片后缘12的区域中。空气流分配单元500的第三部段530用于使被加热的空气流至少部分地沿着转子叶片前缘11指向。空气流分配单元500此外具有调整机构540，所述调整机构能够打开或者能够封闭第二或者第三部段520、530，以至于实现了空气流610、620穿过第二和/或第三部段520、530。对此可替选的是，调整机构也能够部分地开启，以至于空气流不仅能够流入到前缘区域中而且能够流入后缘区域中。

可选地在转子叶片根部14的区域中能够设置风扇800，所述风扇能够将空气流吹入到扩散器300中。风扇800也能够设置在风能设备的轮毂900中。

本发明基于如下基本思想，即使用已经存在的用于给风能设备的转子叶片除冰的部件不仅用于给转子叶片前缘区域除冰而且用于给转子叶片后缘12除冰。这通过如下方式来实现，即被加热的空气流通过空气分配单元500不仅能够被导入转子叶片前缘区域11中而且能够或者仅被导入转子叶片后缘的区域中。

因此能够使用风能设备的控制装置用于，也借助于被加热的空气流给转子叶片后缘或者转子叶片后缘的区域除冰。对此仅使用空气流转向单元或者具有调整机构540的空气分配单元500。风能设备的控制装置在第一运行方式中能够将被加热的空气流导入转子叶片前缘区域11中。在第二运行方式中，被加热的空气流能够通过空气分配单元被导入转子叶片后缘12的区域中而不是被导入转子叶片前缘区域中。因此能够通过第一到第二运行方式的切换也加热后箱进而给它除冰。

通过根据本发明的风能设备的控制装置，因此也能够在需要时给转子叶片后缘除冰。如果不需要给转子叶片后缘除冰，那么使风能设备的控制装置保持在第一运行方式中并且将被加热的空气吹入到转子叶片前缘区域中。

在第一运行方式中空气分配单元500中的调整机构540因此能够占据第一位置，也就是说，穿过第二部段520的空气流被避免并且全部空气流能够流动穿过第三部段530沿着转子叶片前缘区域直至转子叶片尖端13。紧接着，在第一和第二腹板100、200之间的空气流能够再次流入转子叶片根部区域14中，以至于能够产生循环。在这种情况下，转子叶片后箱区域能够通过第一腹板210和调整机构540与被加热的空气流隔开，以至于仅转子叶片前缘区域被加热。因此回流的空气的能量损耗被最小化，并且最大的能量能够在转子叶片前缘区域中的最大的面积情况下被供给。

根据第二个实施例，调整机构540能够在第二运行方式中被调节为，使得避免空气流穿过第三部段530进入到转子叶片前缘区域中。因此穿过风扇800并且穿过散热器400的被加热的空气流能够穿过第二部段520朝着转子叶片尖端13的方向流到后部的区域中。在转子叶片尖端的区域中能够可选地在腹板中设有穿孔或者开口，以至于空气流因此在第一和第二腹板200、210之间能够向转子叶片根部区域14回流。

本发明是有利的，因为仅通过添加空气分配单元就能够显著改进对转子叶片的除冰。通过空气分配单元的调整机构能够给风能设备的控制装置添加新的自由度。根据本发明的转子叶片特别适合于在严重受到结冰威胁的区域中使用。根据本发明，整个转子叶片能够根据需要并且逐渐地被空气流加热。

在靠近转子叶片根部的区域中，能够在转子叶片后缘上设置后箱。这类后箱能够作为独立的构件安装在后缘的靠近转子叶片根部的区域上。如果后箱设计为是空心的，当空气分配单元的调整机构被设定为，使得被加热的空气穿过第二部段520流入后缘区域中时，那么后箱能够在第二运行状态中被加热。

根据本发明的一个方面，根据本发明的转子叶片在转子叶片尖端的区域中在第一和/或第二腹板中或者其上能够可选地具有能封闭的开口900。通过该能封闭的开口，沿着转子叶片前缘区域延伸的空气流620能够被导入在第一和第二腹板之间的体积中或者被导入在第一腹板210和转子叶片后缘之间的体积中。如果能封闭的开口900开启，那么空气流620也能够穿过在第一腹板220和转子叶片后缘12之间的体积向回流入到转子叶片根部区域中。虽然沿着转子叶片后缘流动的空气流已经被冷却(因为所述空气流已沿着转子叶片前缘区域流动)，但是所述空气流仍能够有助于加热转子叶片后缘。

根据本发明的另一个方面，能够可选地在用于封闭转子叶片的转子叶片根部区域的关闭单元700中或其上设置一个或两个能封闭的开口710、720。通过对能封闭的开口710、720的开启或者关闭的控制，能够控制空气流是否从转子叶片尖端12流动穿过在第一和第二腹板210、200之间的体积或者流动穿过在第一腹板210和转子叶片后缘之间的体积。如果开口710开启，那么空气流能够流动穿过在第一腹板210和转子叶片后缘12之间的体积。但是如果第二开口720开启，那么空气流能够回流穿过这两个腹板之间的体积。

图3示出根据本发明的风能设备的示意性的视图。风能设备100具有塔102和吊舱104。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片108和罩110的气动的转子106。转子106在运行中通过风进行旋转运动并且因此驱动吊舱104中的发电机。转子叶片108能够相应于根据图1和图2的转子叶片10。

Claims (10)

1.一种风能设备转子叶片，其具有：

转子叶片前缘(11)，

转子叶片后缘(12)，

用于将所述转子叶片固定在风能设备的轮毂上的转子叶片根部区域(14)，

转子叶片尖端(13)，

其中所述转子叶片从所述转子叶片根部区域(14)沿着纵向方向延伸到所述转子叶片尖端(13)，以及

具有调整机构(540)的空气分配单元(500)，所述调整机构用于将空气流导入所述转子叶片前缘区域(11)中和/或转子叶片后缘区域(12)中。

2.根据权利要求1所述的风能设备转子叶片，其中

在第一运行方式中，所述空气分配单元(500)设计为，使得空气流被导入所述转子叶片前缘区域(11)中，以及

在第二运行方式中，所述空气分配单元(500)设计为，使得空气流至少部分地被导入所述转子叶片后缘区域(12)中。

3.根据权利要求1或2所述的风能设备转子叶片，其中

沿着所述转子叶片的所述纵向方向从所述转子叶片根部区域(14)到所述转子叶片尖端(13)设有至少一个第一腹板(200、210)。

4.根据权利要求3所述的风能设备转子叶片，其中

所述至少一个第一腹板(200、210)在所述转子叶片尖端(13)的区域中设计为，使得在所述转子叶片前缘区域(11)中的空气流沿着所述至少一个第一腹板(200、210)被向回导向到所述转子叶片根部区域(14)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风能设备转子叶片，其中

所述空气分配单元(500)具有用于容纳被加热的空气流的第一部段(510)、用于将所述被加热的空气流导入所述转子叶片后缘(12)的区域中的第二部段(520)和用于将所述被加热的空气流导入所述转子前缘区域(11)中的第三部段(530)。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风能设备转子叶片用于具有至少1MW的风能设备。

7.一种风能设备转子叶片，具有：

转子叶片前缘(11)，

转子叶片后缘(12)，

用于将所述转子叶片固定在风能设备的轮毂上的转子叶片根部区域(14)，

转子叶片尖端(13)，

其中所述转子叶片从所述转子叶片根部区域(14)沿着纵向方向延伸到所述转子叶片尖端(13)，以及

沿着所述转子叶片的纵向方向从所述转子叶片根部区域到所述转子叶片尖端的至少一个第一腹板(200、210)，

在所述转子叶片尖端的区域中在至少一个所述第一腹板(200、210)中具有能封闭的开口(900)，

其中所述能封闭的开口设计为，实现空气流。

8.一种风能设备转子叶片，具有：

转子叶片前缘(11)，

转子叶片后缘(12)，

用于将所述转子叶片固定在风能设备的轮毂上的转子叶片根部区域(14)，

转子叶片尖端(13)，

其中所述转子叶片从所述转子叶片根部区域(14)沿着纵向方向延伸到所述转子叶片尖端(13)，以及

沿着所述转子叶片的纵向方向从所述转子叶片根部区域(14)到所述转子叶片尖端(23)的至少一个第一腹板(200、210)，其中

所述转子叶片根部区域能够通过关闭单元(700)封闭，其中所述关闭单元具有至少一个能封闭的开口(710、720)，

其中当所述至少一个能封闭的开口开启时，所述空气流能够流动穿过所述至少一个能封闭的开口。

9.一种用于给风能设备转子叶片除冰的方法，其中所述风能设备转子叶片具有转子叶片前缘区域(11)、转子叶片后缘(12)、转子叶片尖端(13)和转子叶片根部区域(14)，所述方法具有下述步骤：

在第一运行方式中：将被加热的空气流导入到所述转子叶片前缘区域中，以及

在第二运行方式中：将被加热的空气流至少部分地导入到所述风能设备的所述转子叶片后缘区域中。

10.一种风能设备，具有：

至少一个根据权利要求1至8中任一项所述的转子叶片，

其中所述风能设备具有至少1MW的额定功率。