CN104160147A - 风力涡轮机叶片的除冰 - Google Patents

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Abstract

一种用于风力涡轮发电机叶片的加热组件，所述加热组件包括：定位在所述叶片的腔室内的储热器，所述储热器与热源连通；所述储热器包括用于从所述储热器排出热空气的多个气孔。

Description

风力涡轮机叶片的除冰
技术领域
本发明涉及在发电方面使用的风力涡轮发电机(WTG)。具体地，本发明涉及将冰从风力涡轮发电机的转子叶片去除的构件。
背景技术
叶片除冰在WTG中是至关重要的，这是因为在产量损失因素方面存在20％至50％的增加。风力涡轮机叶片上的积冰导致：
·改变空气动力学形状，导致显著降低发电量
·增加叶片根部负载并且降低叶片寿命
·转子平面上的质量不均衡
·冰从叶片上甩下的危险
在将冰融化的情况下，主要特征是叶片表面与冰的交界面度必须大于冰点。当融化在叶片表面与冰的交界面处进行时，冰块由于风力和重力而脱落。
将冰融化所需的热量和时间取决于许多因素。这些因素包括冰层的厚度、从叶片的外表面损失的热量、外部环境温度，以及最重要的是取决于将热量从热源传递到冻结区域的方法的效率。
发明内容
在第一方面中，本发明提供一种用于风力涡轮发电机叶片的加热组件，所述加热组件包括：定位在所述叶片的腔室内的储热器，所述储热器与热源连通；所述储热器包括用于将热空气从所述储热器排出的多个气孔。
基础原理涉及使用施加到叶片的热空气以便加热叶片表面并且继而给叶片表面除冰。具体地，热空气可以施加到叶片上的邻近于所述叶片的前缘的部分。在另一个实施方式中，热空气既可以施加到叶片上的邻近于前缘的部分又可以施加到叶片上的邻近于后缘的部分。从前缘去除的冰可能围绕叶片迁移并且重新冻结在后缘上。通过将热空气提供到后缘，可以防止这种迁移的冰重新冻结并且从而防止其重新形成。
储热器可以是叶片内的单独装置，其安装到叶片的翼梁上或构造成翼梁的一部分。从储热器排出的热空气可以通过多个气孔直接进入叶片的腔室并且从而加热邻近于腔室外部的表面。所述气孔可以在储热器内形成，或可以简单地钻孔形成。
替代地，每个气孔可以连接到用于将热空气气流导引到叶片的特定部分(诸如叶片前缘附近)的管道，如果期望将热量集中在所述部分以获得最大效果的话。此外，热空气可以基于下述原因被导引到前缘：给叶片翼展的前三分之一(即从叶片尖端开始测量的那三分之一叶片)除冰可以对于由叶片产生的转矩产生巨大的有益效果。以这种方式，结构的附加重量可以最小化，而仍确保叶片的空气动力学重要部分的有效除冰。这样的将热空气集中在叶片的一部分(诸如前缘的后三分之一)上对于除冰而言可以是热效率高的方法，并且协助提供均匀的加热区以及从而避免产生可能不能有效去除所述冰的寒冷点。
这样的布置可以获得短的加热时间和低的功率输出。所述布置还允许在叶片处于静止或运动状态时加热，这可以防止风力涡轮发电机进入停机时间。所述布置还允许在需要时进行作为预防措施的持续加热或进行间歇加热。
为了将从储热器排出的空气气流加速，储热器可以包括用于导引空气气流通过多个气孔的一个或多个风扇。替代地或附加地，每个气孔可以包括用于将所述气孔内的空气气流加速的风扇。这在将气孔连接到用于将空气气流导引到叶片的特定部分的管道时是特别有用的。
在另一个实施方式中，气孔所连接的管道可以由导热材料(诸如氮化铝或氮化硼)构成。所述管道还可以具有相对厚的壁。
附图说明
便利的是参照展示本发明的可能布置的附图来进一步描述本发明。本发明的其他布置也是可能的，并且因此附图的特殊性不应被理解为取代本发明的在前描述的一般性。
图1是风力涡轮发电机叶片的横截面图，所述叶片具有根据本发明的一个实施方式的加热组件；
图2是风力涡轮发电机叶片的横截面图，所述叶片具有根据本发明的另一个实施方式的加热组件；
图3是根据本发明的另一个实施方式的储热器的横截面图；
图4是用于容置根据本发明的加热组件的风力涡轮发电机的正视图。
具体实施方式
图1以横截面图的方式示出风力涡轮发电机叶片5。叶片5包括翼梁22以给叶片提供结构支撑，安装在所述叶片上的是用于接收通过隔热管道12的热空气气流的储热器10。所述管道12连接到热空气产生器，例如使空气流动通过加热元件的风扇或泵。替代地，来自风力涡轮发电机(诸如在机舱内)的被浪费能量也可以提供热源。
从储热器10伸出的是将热空气发送到叶片的前缘20的多个管道14。这样做使热空气充分加热前缘20，以允许去除已形成在前缘上的冰18，从而使冰部分融化并且从叶片上落下，以便提供更好的性能。
在冻结的情况下，冰18可能在叶片的前缘上加速积累，从而改变叶片形状以及将不均衡布置的物质增加至叶片，严重影响风力涡轮发电机的性能。本发明的目的是将冰从叶片去除以便提高性能，从而添加加热组件8。叶片5的空气动力学性能取决于叶片的前缘16的清晰不受阻碍的轮廓。
在另一个实施方式中，伸出的管道14还可以具有由导热材料(诸如氮化铝或氮化硼)构成的相对较厚的壁，以便既通过流向前缘的热空气气流来提供热对流，又通过厚壁的管道14来提供热传导。
储热器的布置允许热空气通过隔热的管道12发送，以加热储热器内的热学物质(诸如由导热材料制成的厚壁或块)。所述热学物质因此将会充分保持热量，以提供待发送到前缘的热空气。热空气可能依赖于由于热空气气流通过管道12流入而产生的压力差。替代地，在储热器10内的风扇或压缩机布置可以产生热空气气流，以便流动通过管道14所连接到的多个气孔。
图2示出加热组件25的替代布置，由此储热器28通过管道40接收热空气并且随后将空气30通过多个气孔或凹部排出到叶片45的腔室或缝隙38中。作为结果，热空气气流34、36流入并且围绕缝隙38，以便提升整个叶片的温度。因此，虽然图1的布置专注于将冰从叶片的对叶片转矩产生更多影响的一部分(诸如叶片的前三分之一)去除。替代的是，根据图2的布置加热整个叶片，以便将冰从前缘的整个长度去除。在另一个实施方式中，热空气所排入的腔室可以相对较小(诸如与叶片的后三分之一相对应)。为此，叶片腔室38可以分区，以适应加热组件的期望加热需求。
以上两种实施方式的另一个优点是，除冰方法能在叶片处于静止或旋转状态时使用。因此，不需要涡轮机停机以便将冰去除，这允许依照需求来间歇使用加热组件，或持续使用加热组件以便提供预防措施以防止冰的积累。
图3示出储热器65的一个可能布置。在此，中空容器70具有足够厚的壁，以提供热学物质并且在其中限定出缝隙/腔室。在腔室内的是设置成接收来自热源的热量的热传递鳍片75的阵列。在这个实施方式中，热源是通过隔热的热空气管道80来发送到储热器70的热空气。
储热器65安装到用作叶片60内的结构元件的翼梁85上。储热器65定位在叶片60的的后三分之一内，其中用于排出热空气的气孔或连接到所述气孔的管道(为清晰起见而未示出)具有从储热器65到叶片的前缘的尽可能短的路径。
图4示出风力涡轮发电机90，加热组件可以安装到所述风力涡轮发电机中。热产生器(未示出)受到热产生器的形式影响而可以安装在机舱94或支撑机舱的塔架92中。所述热产生器可以包括热空气所经过的加热线圈，或由太阳热能来加热的热水接口。热产生器的具体形式并不限制本发明，并且这样的热产生器可以用于提供足够的热量以操作加热组件。
其中安装有加热组件的叶片95包括前缘100，冰形成在所述前缘附近。叶片还包括前三分之一105和后三分之一107，使得能够将热量最高效地施加到叶片，所述前三分之一凭借距机舱的距离而将会对叶片的转矩产生最大影响。

Claims (7)

1.一种用于风力涡轮发电机叶片的加热组件，所述加热组件包括：
定位在所述叶片的腔室内的储热器，所述储热器与热源连通；
所述储热器包括用于将热空气从所述储热器排出的多个气孔。
2.根据权利要求1所述的加热组件，其中所述气孔设置成将热空气排入所述腔室中。
3.根据权利要求1所述的加热组件，其中所述气孔中的至少一个设置成将热空气从储热器发送到叶片的一部分。
4.根据权利要求3所述的加热组件，其中所述部分包括叶片的与所述叶片的前缘相对应的内部部分。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的加热组件，其中热源包括与所述储热器通过管道连通以便发送热空气的热空气产生器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的加热组件，其中所述储热器包括使热空气加速通过所述气孔的风扇。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的加热组件，其中所述气孔中的每个包括使热空气加速通过所述气孔的风扇。
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