CN107110127B - 用于风力涡轮机叶片的除冰系统 - Google Patents

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Abstract

描述了一种具有除冰系统的风力涡轮机叶片，除冰系统布置为加热风力涡轮机叶片的前缘的至少一部分，以防止在叶片上形成冰，或去除任何存在的表面冰。除冰系统包括绝缘流道，所述绝缘流道布置为使加热流体从加热元件循环到叶片的尖端，并从叶片的尖端开始朝向叶片的根端对叶片前缘除冰。除冰系统布置为在叶片的外侧部分中操作，在此除冰效果为涡轮机操作提供了最多益处。除冰系统的其他特征包括改进的除冰系统的安装布置、改进的除冰系统的尖端配置、以及将除冰系统的部分设置为双壁充气绝缘管。

Description

用于风力涡轮机叶片的除冰系统
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的除冰系统。
背景技术
当风力涡轮机在天气寒冷的气候条件下操作时，在风力涡轮机叶片上出现潜在的冰的累积对涡轮机性能提出挑战。在第一方面中，叶片表面上形成的任何冰都将破坏叶片的空气动力学，这可能会导致涡轮机效率的降低和/或运行噪音水平的增加。在另一方面中，从叶片表面剥离的冰可能存在掉落的风险。就此而言，风力涡轮机叶片的这些位置中通常设置有用来提供冰预防和/或去除的系统。
除了嵌入在叶片中的电加热系统和机械除冰系统，已知提供热空气除冰系统，其操作原理是将加热的空气供应到风力涡轮机叶片的内部，以使叶片的表面温度升高到零度以上。这种热空气除冰系统的示例在公开号为US 2013/0106108的美国专利申请中可见。
然而，这种现有技术的热空气系统往往是低效的，并可能需要大量的能量来确保防止冰形成在风力涡轮机叶片的尖端处，此处任何冰的形成对叶片空气动力学的影响都是最严重的。此外，使用这种热空气系统会引入增加叶片重量和/或结构应变方面的额外的复杂性，从而影响这些解决方案的实用性。
本发明的目的是提供一种除冰系统，其提供比现有技术改进的性能。
发明内容
因此，提供一种风力涡轮机叶片，具有叶片除冰系统，所述风力涡轮机叶片包括根端和尖端、前缘和后缘，所述叶片具有朝向所述尖端设置的外侧部分和朝向所述根端设置的内侧部分，所述叶片除冰系统布置为传送加热流体，以将热提供给所述风力涡轮机叶片的部分，其中，所述叶片除冰系统包括：
绝缘流出通道，其从所述根端流到邻近所述尖端的位置；
加热通道，其在所述叶片的外侧部分中，所述加热通道沿叶片的外侧部分中的叶片的前缘从邻近所述尖端的所述位置流动；以及
绝缘回流通道，其在所述叶片的内侧部分中，所述绝缘回流通道从所述加热通道的根端侧延伸到所述叶片的根端，
其中，所述除冰系统布置为将加热流体从所述根端经过所述流出通道传送到所述尖端，并从所述尖端经过所述加热通道和所述绝缘回流通道传送到所述根端，所述除冰系统配置为加热所述叶片的所述外侧部分中的所述叶片的前缘。
在此系统中，所述叶片的外侧部分沿外侧部分的长度从尖端向后被加热，然后经由绝缘通道返回，以减少系统中的热损失，并且提供更有效的除冰系统。通过使从叶片的根端到尖端的除冰系统的流出通道绝缘，因此工作流体，优选加热空气保持在高温下，直到它到达叶片尖端处的加热通道。结果，工作流体从叶片尖端处或附近的位置开始加热叶片的前缘，其中最高温度下的流体用于叶片的最外部的区段，此处除冰操作对叶片和涡轮机性能具有最大的影响。结果，叶片的最外部区域的除冰不受因加热相对多的叶片的内侧区段而产生的任何热损失的影响。
应该理解，在叶片的外侧部分内，所述系统可以配置为例如，通过使用适合的管或分流器，提供叶片的外侧区段的除冰区域的大致同时加热。因此，可以大致同时从叶片的整个外侧部分去除冰。
因为初始的冰盖可以沿叶片的前缘提供绝缘效果，因此沉积的冰可以用来防止除冰系统的初始的热损失。执行叶片表面的同时除冰可意味着控制除冰系统的热损失，当叶片的表面相对同时地从具有相对低热损失水平的有冰表面转换到具有相对高热损失水平的暴露表面时，此时除冰系统能够关闭或以降低的强度运行。
所述加热通道可以是由至少一个绝缘壁限定的通道，或可以包括由风力涡轮机叶片的内部结构限定的加热室或腔，并且布置为加热风力涡轮机叶片的前缘的一部分。应该理解，所述加热通道可以由风力涡轮机叶片的内部结构元件，例如，抗剪腹板、叶片壳体壁等限定。
在一个方面中，所述流出通道可以通过沿风力涡轮机叶片的大致整个长度，从根端延伸到尖端的绝缘通道来设置。在替代方面中，所述流出通道可以限定为沿叶片的长度从所述根端延伸到第一位置的绝缘通道，并且其中，所述流出通道进一步由通过从所述第一位置到叶片的尖端的叶片结构元件限定的空间或腔形成。叶片结构元件可以包括翼梁盒、抗剪腹板和/或叶片壳体区段。应该理解，可以用绝缘材料处理叶片结构元件的多个部分，以防止除冰系统的热损失。应该进一步理解，这种绝缘可以应用到叶片的有限的区段，例如，应用到后缘侧抗剪腹板的表面或翼梁盒的区段上。
在一个方面中，所述加热通道可以包括限定在风力涡轮机叶片内的结构。应该理解，替代地，所述加热通道可以包括限定在前缘侧抗剪腹板与风力涡轮机叶片壳体的前缘之间的空间或腔。
在附加的或替代的方面中，所述加热通道可以包括至少一个隔板元件。所述至少一个隔板元件可以布置为为加热通道和/或叶片的前缘几何形状提供支撑。应该理解，所述至少一个隔板设置有孔，以允许加热流体通过加热通道循环。至少一个隔板可以由任何适合的材料形成，优选绝缘材料，例如，诸如低密度聚氨酯泡沫的低密度泡沫。应该理解，所述除冰系统可以包括绝缘壁、元件或涂层，其包括氯丁橡胶或任何其他适合的合成橡胶材料。
在一个方面中，外侧部分包括朝向尖端的风力涡轮机叶片的外部一半。在替代方面中，外侧部分包括朝向尖端的风力涡轮机叶片的外部三分之一。在另一替代方面中，外侧部分包括朝向尖端的风力涡轮机叶片的外部三分之二。
优选地，所述风力涡轮机叶片包括在风力涡轮机叶片的相对内表面之间延伸的至少一个内部抗剪腹板，其中，所述绝缘流出通道仅安装到所述至少一个内部抗剪腹板上。附加地或替代地，所述绝缘回流通道仅安装到所述风力涡轮机叶片的至少一个内部抗剪腹板上。
因为流出通道和/或回流通道安装到设置为叶片的加强结构元件的抗剪腹板上，因此对叶片的结构承载的作用最小化，对叶片外部壳体很少或没有影响。
优选地，所述风力涡轮机叶片包括形成所述风力涡轮机叶片的外表面的叶片壳体结构，其中，所述绝缘流出通道与所述叶片壳体结构的内表面间隔开。附加地或替代地，所述绝缘回流通道与所述叶片壳体结构的内表面间隔开。
因为在涡轮机操作过程中叶片的表面可以弯曲和折曲，通过使流出通道和/或回流通道与叶片壳体自身间隔开，降低了除冰系统对叶片壳体的任何可能的弯曲的作用。
优选地，所述风力涡轮机叶片包括形成所述风力涡轮机叶片的外表面的叶片壳体结构，其中，所述加热通道包括：
绝缘壁，其布置为在所述外侧部分中的所述叶片的前缘处，以限定所述绝缘壁与所述叶片壳体结构的内表面之间的前缘腔，以及
柔性密封构件，其布置在所述绝缘壁的相应的上侧和下侧与所述叶片壳体结构的内表面的相应的邻近部分之间，
其中，所述绝缘壁被所述风力涡轮机叶片的内部抗剪腹板支撑，并且
其中，所述柔性密封构件是非承载构件，并且作用为在所述加热通道处使与所述绝缘壁相关联的力与所述叶片壳体结构的内表面隔离。
所述绝缘壁被内部抗剪腹板支撑，由此将与所述绝缘壁相关联的结构力和刚度传递到叶片结构的加强元件。柔性密封构件的使用可以布置为变形并吸收在加热通道处的叶片壳体结构与绝缘壁之间的任何弯曲或相对移动，由此确保除冰系统的绝缘壁的使用对涡轮机操作过程中由叶片壳体结构经受的结构力没有显著影响，通过使用除冰系统降低壳体故障或开裂的风险。
在附加的或替代的方面中，所述加热通道包括：
绝缘壁，其布置为在所述外侧部分中在所述叶片的前缘处，以限定所述绝缘壁与所述叶片壳体结构的内表面之间的前缘腔，其中，所述绝缘壁包括弯曲的轮廓，优选地，其中，所述弯曲的绝缘壁在所述外侧部分中的叶片的前缘处大致对应于所述叶片壳体结构的内表面，其中，所述弯曲的绝缘壁被所述风力涡轮机叶片的内部抗剪腹板支撑。优选地，所述绝缘壁由绝缘材料形成，例如，合成橡胶，例如，氯丁橡胶。
在一个方面中，所述加热通道可以布置为加热距离所述风力涡轮机叶片的前缘叶片弦长的大约10%的风力涡轮机叶片的表面面积。
在此方面中，通过除冰系统加热的叶片的区域包括邻近叶片前缘的区域，此处任何冰的形成产生的影响都对叶片性能有最大的作用。优选地，因此，绝缘壁定位为在距离叶片的前缘的10%的弦处，在风力涡轮机叶片的内表面的相对部分之间延伸。
优选地，所述绝缘流出通道布置在风力涡轮机叶片的前缘抗剪腹板与后缘抗剪腹板之间。附加地或替代地，所述绝缘流出通道布置在用于风力涡轮机叶片的翼梁盒的内部中。
应该理解，可以用绝缘材料处理抗剪腹板或翼梁盒的一部分，以防止热损失进入和/或通过所述部分。例如，可以用绝缘层、绝缘喷雾或凝胶等层压抗剪腹板或翼梁盒的表面。优选地，绝缘材料是轻质的和/或柔软的，以便不影响抗剪腹板或翼梁盒的结构特性。
优选地，所述风力涡轮机叶片包括设置为所述除冰系统的一部分的至少一个分流管，其中，所述至少一个分流管从所述绝缘流出通道延伸到所述加热通道。附加地或替代地，所述风力涡轮机叶片包括至少一个流体流动孔，其中，所述至少一个流体流动孔提供所述流出通道与所述加热通道之间的流路。
优选地，风力涡轮机叶片包括沿所述外侧部分的长度在所述绝缘流出通道到所述加热通道之间延伸的分流管和/或流体流动孔的阵列，其中，所述分流管和/或流体流动孔布置为将加热流体从所述绝缘流出通道传送到所述加热通道。
通过在流出通道与加热通道之间提供分流管和/或流体流动孔，工作流体可以容易地从除冰系统的绝缘部分传送到最需要除冰的区域。
在优选方面中，至少一个分流管延伸到由所述加热通道限定的前缘腔中。优选地，至少一个分流管包括在所述前缘腔中紧邻风力涡轮机叶片的内表面布置的出口，其中，所述至少一个分流管布置为将加热流体从所述流出通道传送到所述前缘腔中的邻近风力涡轮机叶片的内表面的区域。
优选地，至少一个分流管布置为其中所述分流管的出口紧邻风力涡轮机叶片的绝对前缘定位。
通过提供延伸到加热通道自身中的分流管，并且优选地分流管紧邻叶片的前缘结束，因此加热流体更直接地传送到前缘处的叶片的内表面，由此确保流体在流体的最高温度下到达叶片的前缘，提高除冰系统的效率。
在优选方面中，所述风力涡轮机叶片包括设置有至少一个所述分流管和/或流体流动孔的至少一个驱动阀，其中，所述至少一个驱动阀是可操作的，以控制从所述绝缘流出通道到所述加热通道的加热流体流。
允许控制通过分流管和/或流体流动孔的流动意味着可以根据除冰条件控制流体从流出通道到加热通道的传送。优选地，这些阀初始是关闭的，并按沿外侧部分的长度从尖端移动的顺序打开，以便除冰系统的除冰性能被调整为在尖端处初始提供相对高的除冰效果，并且其可以通过适当的阀的打开和/或关闭沿叶片的长度向后扩展到其他区域。
优选地，所述至少一个驱动阀包括温度控制阀。
在本发明的实施例中，所述绝缘流出通道布置在所述叶片的外侧部分中的所述前缘抗剪腹板(12a)与所述后缘抗剪腹板(12b)之间的空间中，
其中，加热流体通过所述前缘抗剪腹板(12a)中的孔(100)传送到所述加热通道。
根据这些实施例，前缘抗剪腹板与后缘抗剪腹板之间的空间用作外侧区段中的流出通道。通过在前缘抗剪腹板中提供孔，加热流体传送到加热通道，并且可用于加热叶片的前缘。以此方式，可以获得由加热流体提供的改进的能量利用。
在本发明的实施例中，所述绝缘流出通道形成为具有在从所述根端(16)朝向所述尖端(14)的方向上减小的横截面面积，
其中，所述绝缘流出通道具有从所述流出通道延伸到所述加热通道(72)的多个孔(106)，并且
其中，所述绝缘流出通道布置在所述至少一个抗剪腹板(12a)上或附近，并面向所述前缘(18)。
根据这些实施例，流出通道的几何形状可以提供由加热流体提供的能量的更均匀的分布。流出通道的横截面面积的减小使通道中的流体朝向尖端的速度增加，由此至少部分地补偿通道中的由于孔的压降。
在本发明的实施例中，所述绝缘流出通道形成为具有大致圆形的横截面，所述绝缘流出通道的直径在面向根端(16)的端部处是在300与500 mm之间，并且在面向尖端(14)的端部处是在50与250 mm之间。
根据这些实施例，使用管状的流出通道，并且流出通道的直径朝向叶片的尖端减小。可以优化直径的相对减小，以有效地利用由加热流体提供的用于加热叶片的部分前缘的能量。
在本发明的实施例中，孔（106）关于它们的横截面面积朝向尖端（14）减小。
在本发明的实施例中，加热和循环设备（80）通过柔性软管（105）和缩减单元（106）连接到所述流出通道（70），并通过柔性软管（105）和缩减单元（106）连接到所述回流通道（78），所述柔性软管（105）连接到所述加热和循环设备以及所述缩减单元（106），所述缩减单元（106）分别连接到所述流出通道和所述回流通道。
根据这些实施例，柔性软管用来将流出通道和回流通道连接到加热和循环设备。这具有的优点是，通过软管的柔性补偿通道关于所述设备的任何相对移动。此外，经由缩减单元的连接使流体进入到流出通道中的流动加速并使从回流通道进入到所述设备中的流动减速。这可以导致更有效的利用由所述设备提供的热。
在本发明的实施例中，所述绝缘流出通道和/或所述绝缘回流通道包括过滤单元（107）。
根据这些实施例，一个或多个过滤器安装在这些通道中，以从流体中去除颗粒。在叶片内部的腔内，固体材料可能从表面磨损或脱离。为了确保除冰系统的功能，可能有利的是通过过滤在叶片中循环的流体流去除这种碎屑。可以在定期服务过程中检查和更换过滤器。
在一个实施例中，所述绝缘流出通道和/或所述绝缘回流通道由绝缘板形成，优选由低密度泡沫板形成，所述板布置为形成管或盒装通道结构。优选地，所述绝缘板组装为形成一种结构，这些板使用粘合剂粘结、机械连接器和/或通过层压板附接在一起，以形成所述结构。
附加地或替代地，所述绝缘流出通道和/或所述绝缘回流通道可以由柔性绝缘材料形成。
优选地，所述流出通道和/或所述回流通道形成为双壁充气管，所述管包括布置为传送加热流体的内管以及外管，所述内管位于所述外管的内部内，绝缘腔限定在所述内管与所述外管之间，其中，所述绝缘腔中设置有绝缘流体，以防止在所述内管中传送的任何加热流体的热损失。
优选地，所述绝缘流体包括惰性气体，例如，氩气，但是应该理解，大气也可以用作绝缘流体。在一个方面中，绝缘流体可以包括惰性气体和空气的混合物。
优选地，所述内管和/或所述外管由实质上不渗透的柔性材料，例如，橡胶、乳胶、氯丁橡胶、尼龙织物、防水布、塑料布、醋酸纤维素、聚酯织物、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯醋酸、优选地防水材料、或为了例如通过应用涂层，例如PVC涂层提高材料的不渗透性的处理过的材料来形成。
假如绝缘通道由柔性材料形成，其可以用绝缘流体充气，允许除冰系统的组件相对容易地制造，而不需要高精度。此外，由于通道的充气性质，组件能够在从制造位置到安装在风力涡轮机叶片中的位置的未充气的状态下容易运输，其中在安装在叶片中的过程中或之后，通道能够被充气。
此外，应该理解，可以在制造和组装具有这种除冰系统的风力涡轮机叶片时执行绝缘通道的充气，然后密封通道以保持绝缘流体。
附加地或替代地，当执行或预期要发生除冰操作时，可以执行通道的充气。
通过仅在激活或预期要激活除冰系统的时期对通道充气，因此能够提高除冰系统的效率和风力涡轮机叶片的总体操作。在一个方面中，与绝缘流体在风力涡轮机叶片的使用寿命期间都保持在通道中的系统相反，除冰系统可以经历减少的绝缘流体从系统的损失。在另一方面中，可能由通道的充气导致的对风力涡轮机叶片的任何结构性作用都能够局限于除冰事件的发生，并且对这种除冰事件之外的风力涡轮机叶片的性能没有影响。
在附加的或替代的方面中，提供一种风力涡轮机叶片，其包括根端和尖端、前缘和后缘，所述风力涡轮机叶片进一步包括叶片除冰系统，所述叶片除冰系统布置为传送加热流体以为风力涡轮机叶片的部分提供热，其中，所述叶片除冰系统包括：
绝缘流出通道，其布置为将加热流体从所述根端传送到邻近所述尖端的位置；以及
加热通道，其布置为邻近所述叶片的前缘，所述加热通道与所述绝缘流出通道连通连接，以从所述流出通道传送加热流体，以加热所述叶片的前缘，
其中，所述叶片除冰系统进一步包括设置在所述加热通道中的至少一个挡板，以使加热流体流的一部分在所述加热通道中改变方向。
通过在除冰系统中设置挡板或其他适合的导流隔板，因此可以根据需要控制和调整除冰系统中的加热流体流。优选地，加热流体流改变方向，以提高叶片除冰系统的效率。
在一个方面中，所述绝缘流出通道在所述尖端处与所述加热通道连通连接，其中，所述至少一个挡板在所述加热通道中限定至少一个补充通道，其中，所述至少一个补充通道延伸到与所述尖端间隔开的所述加热通道中的位置，以使加热流体流的一部分从所述绝缘流出通道分流到与所述尖端间隔开的所述位置。
如果流出通道和加热通道在尖端处连接，那么加热流体在尖端处传送到加热通道。使该流的一部分分流到与尖端间隔开的位置的流导流挡板的使用允许一些加热流体改变方向到第二位置，以便加热流体在所述第二位置处到达叶片的前缘，而没有显著的热损失。因此，可以改进叶片除冰系统的除冰操作，因为在加热叶片前缘之前加热流体的热损失可以最小化。
优选地，所述至少一个补充通道延伸到所述加热通道中的距离所述尖端叶片长度的大约5%的位置，以使加热流体流的一部分从所述绝缘流出通道分流到距离所述尖端叶片长度的大约5%的所述位置。
应该理解，可以使用多个导流挡板，以形成从叶片的尖端沿加热通道的长度在不同位置处间隔开的多个补充通道。
在替代方面中，所述绝缘流出通道在与所述尖端间隔开的位置处与所述加热通道连通连接，其中，所述至少一个挡板在所述加热通道中限定至少一个补充通道，其中，所述至少一个补充通道从所述加热通道中与所述尖端间隔开的所述位置延伸到邻近叶片尖端的位置，其中至少一个挡板的作用是使加热流体流的一部分从所述绝缘流出通道分流到叶片的尖端。
在一些叶片结构中，例如，由于在叶片的内部抗剪腹板中设置孔或通道的结构考虑，绝缘流出通道与加热通道之间的流体连接可以不位于叶片的尖端处。在这些实施例中，绝缘分流器或可以用来使加热流体的一部分从流出通道连接到加热通道的位置改变方向到叶片尖端处的位置，此处叶片的除冰为叶片性能提供最大的益处。
优选地，流出通道在距离叶片的尖端叶片长度的大约5%的位置处连接到所述加热通道，其中，所述至少一个挡板布置为使加热流体流的一部分从距离叶片尖端叶片长度的大约5%的所述位置分流到所述叶片尖端处的位置。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例描述本发明的实施例，其中：
图1示出了风力涡轮机；
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的示意图；
图3示出了图2的叶片的翼型轮廓的示意图；
图4示出了从上面和从侧面看的图2的风力涡轮机叶片的示意图；
图5展示了已知的风力涡轮机叶片结构的横截面平面图；
图6展示了具有根据本发明实施例的除冰系统的风力涡轮机叶片的横截面平面图；
图7展示了具有根据本发明另一实施例的除冰系统的风力涡轮机叶片的横截面平面图；
图8展示了具有根据本发明另一实施例的除冰系统的风力涡轮机叶片的横截面平面图；
图9展示了具有根据本发明方面的除冰系统的风力涡轮机叶片的尖端区段的放大横截面视图；
图10展示了具有根据本发明另一方面的除冰系统的风力涡轮机叶片的尖端区段的放大横截面视图；
图11展示了沿线A-A的图6的风力涡轮机叶片的一个区段的横截面视图；
图12展示了沿线B-B的图6的风力涡轮机叶片的一个区段的替代配置的两个横截面视图；以及
图13展示了沿线C-C的图9的风力涡轮机叶片的一个区段的横截面视图；
图14展示了具有根据本发明另一实施例的除冰系统的风力涡轮机叶片的横截面平面图；
图15展示了具有根据本发明另一实施例的除冰系统的风力涡轮机叶片的横截面平面图；
图16展示了根据本发明实施例的除冰系统的元件之间的连接的横截面视图；
图17展示了图12（a）和图12（b）和图13的配置的替代配置的横截面视图。
应该理解，本发明不同实施例所共有的元件在附图中设置有相同的参考符号。应进一步理解，本发明不同实施例中所示的个性化特征不仅限于那些特定的实施例，而是可以适当地重现在任何其他所示的实施例中。
具体实施方式
图1展示了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代迎风式风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6以及具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖端14。转子具有用R表示的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最靠近毂部的根部区域30、最远离毂部的成型或翼型区域34、以及位于根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34（也称为成型区域）具有关于产生升力方面的理想的或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑具有大致圆形或椭圆形的横截面，例如使之更容易和更安全地将叶片10安装到毂部上。根部区域30的直径（或弦）一般沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状40向翼型区域34的翼型轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r的增加而大致线性增加。
翼型区域34具有翼型轮廓50，翼型轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r的增加而减小。
应注意到，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可能扭转和/或弯曲（即，预弯），从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这是最常见的情况，以补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度。
图3示出了以各个参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，在使用过程中，即在转子的旋转过程中，压力侧和吸力侧通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼型50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼型50具有厚度t，其定义为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿弦60变化。与对称式轮廓的偏离由拱形线62表示，拱形线62是穿过翼型轮廓50的中线。该中线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内接圆而得到。该中线遵循这些内接圆的中心，并且与弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高（或吸力侧拱高）和下拱高（或压力侧拱高）的参数来限定不对称性，其中上拱高和下拱高分别定义为从弦60到吸力侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼型厚度t（其为沿中拱线62的内接圆的最大直径）、最大厚度t的位置dt、以及鼻部半径（未示出）。这些参数一般限定为与弦长c之比。因此，局部相对叶片厚度t/c给定为局部最大厚度t与局部弦长c之间的比。另外，最大压力侧拱高的位置dp可以用作设计参数，当然，最大吸力侧拱高的位置也可以用作设计参数。
图4示出了叶片的一些其他几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图2所示，根端位于位置r = 0处，并且尖端位于r = L处。叶片的肩部40位于位置r = Lw处，并且具有肩宽W，其中肩宽W等于肩部40处的弦长。根部的直径限定为D。另外，叶片设置有预弯曲，预弯曲限定为Δy，其对应于相对于叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
风力涡轮机叶片10通常包括由纤维加强的聚合物制成的壳体，并且一般制造为沿着结合线28胶接在一起的压力侧或逆风侧壳体部件24和吸力侧或顺风侧壳体部件26，其中结合线28沿着叶片10的后缘20和前缘18延伸。风力涡轮机叶片通常由纤维加强塑料材料，例如玻璃纤维和/或碳纤维制成，这些材料布置在模具中并且用树脂固化以形成实心结构。当代的风力涡轮机叶片常常能够超过30或40米长，具有数米长的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常为了相对较长的寿命并且为了承受显著的结构载荷和动态载荷而设计。
图5中显示了风力涡轮机叶片结构的横截面平面图。风力涡轮机叶片10包括在逆风侧与顺风侧壳体部件24、26的内表面之间沿叶片的纵向长度的一部分延伸的大致平行的内部抗剪腹板12a、12b，第一抗剪腹板12a朝向前缘18定位，并且第二抗剪腹板12b朝向后缘20定位。抗剪腹板12a、12b从邻近叶片10根端16的位置延伸到邻近叶片10尖端14的位置。抗剪腹板12a、12b为风力涡轮机叶片10提供内部加强，并防止叶片结构的屈曲。虽然图中所示的实施例显示一对内部抗剪腹板，但应该理解，本发明还可以用在具有替代内部结构，例如翼梁盒或横梁的风力涡轮机叶片中。
图6中展示了根据本发明的风力涡轮机叶片的除冰系统的第一实施例，除冰系统布置为引导加热流体，例如，热空气，以提高风力涡轮机叶片10的部件的温度。叶片10包括在叶片10内部的绝缘的流出通道70，其从邻近叶片10根端16的位置延伸到邻近叶片10尖端14的位置。流出通道70位于第一与第二抗剪腹板12a、12b之间。
在尖端14处，流出通道70通向加热通道72并与加热通道72连通连接，加热通道72沿叶片10的前缘18的一部分限定。加热通道72限定在绝缘壁74与叶片10的内表面之间。优选地，加热通道72布置为加热距离风力涡轮机叶片前缘18大约5至15%叶片弦长之间的，进一步优选地，距离前缘18大约10%弦长的风力涡轮机叶片10的表面面积。
加热通道72沿叶片10的外侧或远端部分中的叶片10的前缘18，从叶片10的尖端14延伸到距离叶片10的尖端14大约1/3至2/3叶片长度的加热端点76。
应该理解，根据希望将热提供到其上的叶片的前缘的部分，可选择加热通道72的长度。在图6所示的实施例中，示出了加热通道72沿叶片10的长度的大约50%延伸，但是应该理解，加热通道可以仅沿叶片10的外部1/3延伸，以便在叶片更明显需要除冰的叶片10的外部区域中加热效果更集中。
如果在其他部分之前从除冰区域的一些部分去除了冰，则可能导致不均匀的除冰效果，如除冰系统可能经历从这些暴露的部分损失过多的热，导致除冰系统从仍被冰覆盖的除冰区域的那些部分去除冰的效率降低。因此，在优选方面中，除冰优选地沿除冰区域的长度大致同时进行，以便大约在同一时间从除冰区域的整个表面上去除冰。
在加热端点76处，加热通道72通向绝缘回流通道78并与绝缘回流通道78连通连接。绝缘回流通道78包括绝缘导管，所述绝缘导管与叶片10的前缘18间隔开，并从加热端点76延伸到邻近叶片10的根端16的位置。绝缘回流通道78与邻近叶片10的根端16的绝缘流出通道70连通连接。
加热和循环设备80在绝缘回流通道78与绝缘流出通道70之间的界面处或邻近绝缘回流通道78与绝缘流出通道70之间的界面朝向叶片10的根端16设置。设备80布置为当循环流体经过设备80时加热循环流体，并使循环流体通过各个通道70、72、78绕叶片10的除冰系统移动。
设备80可以包括适合的系统，例如，任何适合的流体叶轮或风扇的任何配置或组合，和/或任何适合的加热器，例如，诸如电加热元件的加热元件。流体叶轮或风扇可以设置在与加热元件相同的壳体中，或者这些系统可以设置为方便服务和维修操作的单独的单元。
在图6所示的实施例中，加热和循环设备80被示为设置在叶片10的根端18中。但是，应该理解，绝缘回流通道78和绝缘流出通道70可以延伸到叶片10的根端18。在这些实施例中，绝缘回流通道78和绝缘流出通道70可以在风力涡轮机叶片10的外部的位置处连通连接，并且其中，加热和循环设备80可以设置在更大的风力涡轮机结构的毂部8和/或机舱6中。为了进一步提高除冰系统的服务和维修操作的方便性可以设置这种配置。
在使用中，在叶片10的除冰系统中提供工作流体，如，大气。加热设备80的作用是将热传递给使用叶轮或风扇80循环的流体。如箭头所示，绝缘流出通道70中的流体从叶片10的根端18转移到叶片10的尖端14。将流体从叶片10的根端16处的加热区域引导到叶片10的尖端14的绝缘通道的使用防止加热流体发生严重的热损失。
在叶片10的尖端14处，加热流体进入加热通道72。因此，流体开始接触叶片10的前缘18的内表面，其中，加热流体将热传递给叶片10的前缘表面。限定加热通道72的绝缘壁74的使用防止远离叶片10的前缘18的方向上的任何严重的热损失。因此，叶片10的外部前表面被加热，以去除任何存在于前缘表面上的冰。
在一个方面中，当加热流体在叶片10的尖端14处被提供给叶片10的前缘18时，叶片10的尖端区域中的初始加热效果最大，其能够为去除和/或防止冰提供大多数的操作益处。替代地，应该理解，加热流体可以大致沿要除冰的区域的长度大致同时提供给叶片的前缘18。
然后在加热流体到达位于回流通道70与流出通道78之间的界面处的加热和循环设备80之前，流体循环到绝缘回流通道78，绝缘回流通道78与叶片10的前缘18绝缘并间隔开，以防止系统的任何进一步的热损失。优选地，所述系统是闭合回路系统，其中，工作流体在通道70、72、78内再循环。应该理解，叶片10可以进一步包括将额外的工作流体提供到除冰系统中的注入系统，以补偿由于例如泄露、渗透损失等损失的流体。
优选地，流出通道70、加热通道72的绝缘壁74和/或回流通道78由绝缘材料例如，绝缘板，优选低密度泡沫板形成。对于流出通道70和回流通道78，这种板可以布置为形成管或盒状通道结构，其可以使用粘合剂粘结、机械连接器和/或通过层压板附接在一起以形成所述结构。绝缘材料可以被选为任何合适的材料来防止热量损失，例如，聚苯乙烯泡沫（EPS）、挤塑聚苯乙烯泡沫（XPS）、聚异氰脲酸酯泡沫、聚氨酯泡沫、复合蜂窝（HSC）、软木等。
附加地或替代地，应该理解，流出通道70和/或回流通道78可以至少部分地由叶片10的抗剪腹板12a、12b限定，例如，其中，抗剪腹板12a、12b中的至少一个用来限定流出通道70和/或回流通道78的至少一侧，其中，流出通道70和/或回流通道78的其他侧可以由附接到所述至少一个抗剪腹板12a、12b上的绝缘材料来限定。
附加地或替代地，绝缘流出通道70、绝缘壁74和/或所述绝缘回流通道可以由柔性绝缘材料形成。在一个方面中，所述流出通道70和/或所述回流通道78可以形成为双壁充气管（未示出），所述管包括内管和外管，所述内管位于所述外管的内部内。内管可以布置为传送加热的工作流体，其中，外管限定环绕内管的绝缘腔。绝缘腔可以设置有绝缘流体，以防止在内管中传送的任何加热流体的热损失。优选地，所述绝缘流体包括惰性气体，例如，氩气，但是应该理解，大气也可以用作绝缘流体。在一个方面中，绝缘流体可以包括惰性气体和空气的混合物。
假如绝缘通道为使用轻质流体作为绝缘体的柔性材料，则当与现有技术的除冰系统的刚性结构相比时，除冰系统引入到风力涡轮机叶片10的额外的重量最小化，并且除冰系统施加在风力涡轮机叶片结构上的额外的应力和应变也最小化。
优选地，所述内管和/或所述外管由实质上不渗透的柔性材料，例如，橡胶、乳胶、氯丁橡胶、尼龙织物、防水布、塑料布、醋酸纤维素、聚酯织物、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯醋酸、优选地防水材料、或为了例如通过施加涂层，例如PVC涂层提高材料的不渗透性的处理过的材料来形成。
通过提供由柔性材料制成的绝缘通道，这允许通道能够在折叠或压缩状态下使用时充气。结果，除冰系统的组件能够相对容易地制造，而不需要高精度的组装或定位。此外，由于通道的充气性质，组件能够在从制造位置到安装在风力涡轮机叶片中的位置的未充气的状态下容易运输，其中在安装在叶片中的过程中或之后，通道能够被充气。应该理解，可以在制造和组装具有这种除冰系统的风力涡轮机叶片时进行绝缘通道的充气，然后密封通道以保持绝缘流体。附加地或替代地，当执行或预期要发生除冰操作时，可以执行通道的充气。
通过仅在激活或预期要激活除冰系统的时期对通道充气，因此能够提高除冰系统的效率和风力涡轮机叶片的总体操作。在一个方面中，与绝缘流体在风力涡轮机叶片的使用寿命期间都保持在通道中的系统相反，除冰系统可以经历减少的绝缘流体从系统的损失。在另一方面中，可能由通道的充气导致的对风力涡轮机叶片的任何结构性作用都能够局限于除冰事件的发生，并且对这种除冰事件之外的风力涡轮机叶片的性能没有影响。这种充气管可以沿叶片10的长度在单独的锚点处附接到叶片10的结构或从叶片10的结构悬挂下来，由此减小在风力涡轮机叶片10的组装过程中需要注意的粘结或附接位置的尺寸和/或数量。
应该理解，可以采用根据本发明的除冰系统的替代配置。图7和图8示出了本发明的替代实施例，应该理解，与图6的实施例共用的元件在图7和图8的实施例中设置有相同的参考符号。因此，以上关于图6的描述可以应用到图7和图8的实施例。
在图7中，绝缘流出通道70在叶片10的尖端14处与加热腔172连通连接并通向加热腔172。加热腔172在叶片10的前缘处限定在前缘侧抗剪腹板12a的表面与风力涡轮机叶片10的内表面之间。在此实施例中，抗剪腹板12a可以设置有绝缘材料，例如，作为设置在抗剪腹板12a的前缘侧的表面上的涂层。加热腔172沿叶片10的外侧或远端部分中的叶片10的前缘18，从叶片10的尖端14延伸到距离叶片10的尖端14大约1/3至2/3叶片长度的加热端点76。
在加热端点76处，加热腔172通向绝缘回流通道78并与绝缘回流通道78连通连接，绝缘回流通道78在邻近叶片10的根端16处与绝缘流出通道70连通连接，加热和循环设备80布置为加热并循环通过除冰系统的工作流体。与图6的实施例相比，图7的实施例的结果是去除了绝缘壁74，导致了图7的实施例所需要的较少的部件和组装。
在图8中，多个分流管82设置在叶片10中，管82从流出通道70与加热腔172之间的连接延伸并提供流出通道70与加热腔172之间的连接。管82沿加热腔172的长度间隔开，其中，流出通道70中的加热流体的一部分能够从流出通道70改变方向到加热腔172中。管82布置为加热流体定向到在叶片10的前缘18处的与风力涡轮机叶片10的内表面紧密相邻的位置，以便由于加热流体被立即传送到腔172的实际前缘表面，对沿加热腔172的长度的前缘18的流体的加热效果最大化。
管82布置在设置在前缘侧抗剪腹板12a中的孔中，但是应该理解，管82可以完全去除，并且流出通道70和加热腔172通过抗剪腹板12a中的孔连接。可以通过钻削或机加工抗剪腹板12a的部分来形成孔。应该理解，可以围绕孔应用加强件，以保存抗剪腹板12a的结构完整性，例如，附加的加强材料可以在孔的圆周周围应用到抗剪腹板12a。加强件可以包括层压材料的附加层、附加的轻木等。孔的边缘可以包括倒角、倾斜的或修圆的边缘，以减少或消除由于在孔中存在尖角而导致的任何可能的负面的流体动力学作用。应该理解，附加的挡板或流体指向元件可以与孔组合使用，以使流出通道70中的部分流体流改变方向到加热腔172。
附加地或替代地，图6的实施例可以进一步包括从流出通道70延伸穿过抗剪腹板12a和绝缘壁74的多个管，以使加热流体改变方向到加热通道72中。
管82可以设置有驱动阀（未示出），其能够被控制为调节从流出通道70到叶片10的前缘18的加热流体流。阀可以被远程控制，和/或可以是温度控制阀，其布置为当邻近阀的区域超过预定温度时打开。具体地，阀可以被控制为，管82按从尖端14朝向根端16的顺序打开。在此情况下，可以准确地控制和调节叶片10的前缘18的加热。因此，阀可以布置为提高叶片10的除冰系统的效率和总体性能。附加地或替代地，管或孔可以以确保叶片表面的相对均匀除冰的方式来布置，例如，布置为管或孔的多个交错排列的排。
应该理解，可以使用适合的挡板，以从除冰系统的通道或腔70、72、78、172封闭叶片10的区段，以防止加热流体进入所述区段，例如，挡板71防止加热流体进入后缘侧抗剪腹板12b与叶片10的后缘20之间的区域。
风力涡轮机叶片10的尖端14可以配置为提高叶片10的除冰系统的效率。参考图9的放大视图，示出了用于图6的实施例的叶片10的加强的尖端部分的第一实施例。在图9中，流出通道70连接到如由绝缘壁74限定的加热通道72上，其中，提供在流出通道70中的加热流体能够流到风力涡轮机叶片10的前缘18。此外，补充挡板构件84邻近流出通道70的端部定位，其中，挡板84的作用是使来自流出通道的加热流体流的一部分分流到加热通道72内的第二位置86。因为挡板84布置为使一些加热流体分流到与叶片10的尖端14间隔开的加热通道72中的位置86，因此，叶片10的尖端区域内的两个不同的位置直接从绝缘流出通道70接收加热流体，此处加热流体具有最高热含量。结果，加热流体的最大加热效果被最初施加在叶片10的前缘18的较宽区域上。
在图9的这个实施例中，挡板84连接到加热通道72中的补充绝缘流道88上，以便防止被挡板84改变方向的加热流体的流在到达第二位置86之前的严重热损失。应该理解，风力涡轮机叶片10可以包括多个挡板和/或补充流道，以将适当改变方向的加热流体提供到叶片除冰系统的加热通道72或加热腔172内的期望位置。
应该理解，在正常叶片结构中，由于内部叶片腔中的高度限制，叶片抗剪腹板或其他内部结构不完全延伸到叶片10的尖端14。在流出通道70经由设置在抗剪腹板12a中的管或孔连接到前缘加热通道或腔上的实施例的情况下，这需要额外考虑除冰系统的尖端部分的设计。在一些方面中，流出通道70可以在尖端14处直接向前缘18开放，如图8中可见，挡板71或其他密封装置的作用是防止来自流出通道70的加热流体离开除冰系统的闭合回路并进入后缘侧抗剪腹板12b与叶片后缘20之间的腔。
参考图10的放大视图，示出了叶片10的加强的尖端部分的替代配置。流出通道70在通道70的尖端处是密封的。在图10中，这是由设置在流出通道70的端部处的单独的密封元件73展示的，但是应该理解，流出通道70可以设置为密封的管或盒结构，所述密封的管或盒结构具有朝向叶片10的尖端14布置的闭合的端部。
管82或孔布置为提供流出通道70与前缘加热通道或腔72之间的流路，管82或孔延伸穿过抗剪腹板12a。挡板71或其他密封装置布置在前缘侧抗剪腹板12a的端部处，以防止流体从前缘加热通道或腔72围绕抗剪腹板12a的尖端流动。
因为管82或孔与叶片10的尖端14间隔开定位，因此补充挡板84a布置为使来自管82或孔的加热流体的一部分朝向叶片10的尖端14改变方向。补充挡板84a可以与补充绝缘壁74a连接，以防止在改变方向的流体到达叶片10的尖端14之前额外的热损失。在尖端14处，在重新结合未被补充挡板84a改变方向的来自流出通道70的加热流体的剩余部分之前，改变方向的流体在根端20的方向上沿前缘18流动。因此，叶片10的尖端区域内的两个不同的位置直接从绝缘流出通道70接收加热流体，此处加热流体具有最高的热含量。结果，加热流体的最大加热效果可最初施加在叶片10的前缘18的较宽区域上。
参考图11，示出了沿图6的线A-A的横截面视图，其中，指出了流出通道70和回流通道78的流动方向。如在图11中可见，流出通道70和回流通道78通过使用柔性支架部件90各自支撑在前缘侧抗剪腹板12a上。支架部件90可以设置为沿抗剪腹板12a的长度延伸的上下轨道，和/或支架部件90可以设置为沿抗剪腹板12a的长度布置的分开的支架元件的阵列。支架部件90可以由适合的弹性材料，例如，橡胶形成，其可以变形，以适应局部弯曲或通道70、78与抗剪腹板12a之间承受的其他应力和应变。
通过将除冰系统的通道70、78支撑在抗剪腹板12a上，因此风力涡轮机叶片10中的除冰系统包含的任何结构性作用都能够最小化，并且有效地局限于叶片10的现有结构元件。因此，由于通道70、78与叶片壳体的表面隔离，对叶片的气动壳体部分的任何作用都可以最小化或完全消除。虽然所示的实施例示出了支撑在抗剪腹板上的除冰系统的元件，但应该理解，替代地，这些元件可以支撑在其他类型的叶片结构构件上，例如，翼梁盒等。
应该理解，虽然在图11中示出了支撑在前缘侧抗剪腹板12a上的通道70、78，但可以使用其他配置。例如，流出通道70可以使用适合的支架部件（未示出）完整地或部分地支撑在后缘侧抗剪腹板12b上，由此使在除冰系统的安装中引入的力分布在两个抗剪腹板12a、12b之间。
虽然以上实施例的流出通道被示为从根端到尖端延伸大致叶片的整个长度的绝缘通道，但应该理解，可以使用流出通道的其他配置。在一个替代中，流出通道可以包括从远离叶片的根端延伸一部分路径到朝向尖端的位置的绝缘通道，并且其中，沿叶片的长度从所述位置到叶片的尖端的流出通道至少部分地由叶片结构组件，例如，叶片抗剪腹板、叶片壳体元件、翼梁盒等形成。优选地，所述叶片结构组件的至少一部分是用绝缘材料处理过的，以减少系统的热损失。在朝向尖端的所述位置处，应该理解，可以使用适合的内部隔板、密封构件或止流件以防止流出通道的流体损失。
在一个方面中，流出通道包括从根端沿叶片的长度的大约2/3延伸的绝缘通道，其中，对于叶片长度的大约外部1/3，流出通道由叶片的内部抗剪腹板和叶片壳体的区段限定的空间形成。
参考图12，示出了沿图6的线B-B的一对替代横截面视图，其中，指出了流出通道70和加热通道72的流动方向。
在图12（a）中，示出了用于图6的实施例的绝缘壁74的支撑机构的第一实施例。绝缘壁74经由从抗剪腹板12a延伸的至少一个中间支架94受到前缘侧抗剪腹板12a的支撑。至少一个中间支架94可以设置为从抗剪腹板12a的表面延伸的连续延伸的轨道或衍架结构，和/或至少一个中间支架94可以设置为沿抗剪腹板12a的长度布置的分开的支架元件的阵列。绝缘壁74设置有上密封构件和下密封构件92，所述上密封构件和下密封构件布置在绝缘壁74的上端和下端与风力涡轮机叶片10的内表面之间。密封构件92布置为防止加热流体从加热通道72离开。密封构件92设置为非承载构件。密封构件92由适合的柔性材料形成，以便密封构件92响应绝缘壁74与叶片壳体之间的相对移动而变形，其中，叶片壳体与可能由风力涡轮机叶片10的操作导致的应力或应变隔离。
在图12（b）的实施例中，不使用至少一个中间支架94支撑绝缘壁74，其中，密封构件94布置为将绝缘壁74保持在适当的位置中，以限定加热通道72。在这个实施例中，密封构件92可操作变形，以允许绝缘壁74与叶片壳体之间的一定程度的相对移动，以在风力涡轮机叶片10的操作过程中使从绝缘壁74转移到叶片壳体的应力和应变最小。
图13示出了沿图9的线C-C的横截面视图。在图13中，类似于图11，使用支架部件90将补充绝缘流道88支撑在前缘侧抗剪腹板12a上，并且其中，使用上密封构件和下密封构件92将补充绝缘流道88的前缘侧连接到叶片壳体的内表面上，以在补充绝缘流道88与风力涡轮机叶片10的前缘18之间限定加热通道72的一部分。
在图17（a）和17（b）中展示了另外的示例配置，其中，绝缘壁96设置为能够安装到前缘侧抗剪腹板12a上的弯曲构件。弯曲的绝缘壁96的形状能够形成为符合风力涡轮机叶片的前缘的内表面，其中，前缘加热通道72设置为形状遵循风力涡轮机叶片的前缘轮廓的室。
图14展示了具有除冰系统的叶片，所述除冰系统具有利用两个抗剪腹板之间的空间作为通道的一部分的绝缘流出通道。最接近前缘的抗剪腹板具有多个孔(100)。加热流体部分通过这些孔进入加热通道，部分通过朝向尖端流动并进入抗剪腹板结束所在的加热通道。
很明显，挡板(101)可以用来限制加热流体在不需要的方向上的流动。流出通道朝向尖端的开口也可以通过抗剪腹板之间的挡板（未示出）与根端隔开，以避免流体朝向根端的任何回流，由此可能损失用来加热前缘的能量。
图15展示了横截面面积从根端朝向尖端减小的流出通道。流出通道具有多个孔(106)，并安装在抗剪腹板上，并且面向叶片的前缘。典型地 ，根据作为整体的具体的叶片和除冰系统，变窄的流出通道可以延伸到接近于叶片的尖端，但也可以更短。
这些孔可以具有不同的横截面面积。例如，孔的尺寸可以随着流出通道变窄而变小。可以优化孔的精确的几何形状，以在进入回流通道之前，在加热通道中提供加热的效果。
挡板(103)再次指出了朝向未受益于任何加热的叶片的区域的加热流体流可以被安装在叶片内的一个或多个挡板限制。
图16展示了本发明的实施例，其中，流出通道和回流通道经由柔性软管(105)和缩减单元(106)连接到加热和循环设备。柔性软管为通道关于设备的相对移动提供空间。可选地，过滤单元(107)可以安装在流出和/或回流通道中，以捕捉出现在叶片内的任何碎片。
图17（a）展示了这种弯曲的室如何可以用作图12（a）和12（b）的配置的替代。图17（b）展示了弯曲的绝缘壁96如何可以为图13的配置提供替代，其中，弯曲的绝缘壁96和前缘侧抗剪腹板限定补充绝缘流道，以形成用于加热流体的旁通道。
在可以以任何上述实施例实施的本发明的另外方面中，流出通道的至少一部分可以限定为以98表示的抗剪腹板12a、12b之间的区域。
应该理解，可以使用所示实施例的另外的加强和替代。例如，风力涡轮机可以使用中央加热和/或循环设备作为用于每个风力涡轮机叶片的单独设备80的替代。在此情况下，加热和/或循环设备可以设置在风力涡轮机的毂部或机舱中，并适当地连接到每个风力涡轮机叶片的除冰系统上。应该进一步理解，以上实施例的个性化特征可以与任何其他实施例的那些特征组合，以提供如权利要求所描述的除冰系统。
具有如上所述的除冰系统的风力涡轮机叶片提出了优于现有技术的几个优点。本发明提供了一种更有效率和更有效果的除冰系统，从而减少了整个风力涡轮机叶片结构的应力和应变以及重量要求。
本发明不限于本文中所描述的实施例，而是可以在不脱离本发明范围的情况下修改或调整。

Claims (26)

1.一种风力涡轮机叶片（10），具有叶片除冰系统，所述风力涡轮机叶片包括根端（16）和尖端（14）、前缘（18）和后缘（20），所述叶片具有朝向所述尖端（14）设置的外侧部分和朝向所述根端（16）设置的内侧部分，所述叶片除冰系统布置为传送加热流体，以将热提供给所述风力涡轮机叶片的部分，其中，所述叶片除冰系统包括：
绝缘流出通道（70），其从所述根端（16）流到邻近所述尖端（14）的位置；
加热通道（72），其在所述叶片的外侧部分中，所述加热通道沿所述叶片的外侧部分中的叶片的前缘（18）从邻近所述尖端（14）的所述位置流动；以及
绝缘回流通道（78），其在所述叶片的内侧部分中，所述绝缘回流通道（78）从所述加热通道的根端侧延伸到所述叶片的根端，
其中，所述除冰系统布置为将加热流体从所述根端（16）经过所述流出通道（70）传送到所述尖端（14），从所述尖端（14）经过所述加热通道（72）传送到所述绝缘回流通道（78），并从所述绝缘回流通道（78）传送到所述根端（16），所述除冰系统配置为加热所述叶片的所述外侧部分中的所述叶片的前缘（18），
其中，所述风力涡轮机叶片包括形成所述风力涡轮机叶片的外表面的叶片壳体结构，其特征在于，所述加热通道包括：
绝缘壁，其布置为在所述外侧部分中在所述叶片的前缘处，以限定所述绝缘壁与所述叶片壳体结构的内表面之间的前缘腔，以及
柔性密封构件，其布置在所述绝缘壁的相应的上侧和下侧与所述叶片壳体结构的内表面的相应的邻近部分之间，
其中，所述绝缘壁被所述风力涡轮机叶片的内部抗剪腹板支撑，并且
其中，所述柔性密封构件是非承载构件，并且作用为在所述加热通道处使与所述绝缘壁相关联的力与所述叶片壳体结构的内表面隔离。
2.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述加热通道（72）布置为加热所述叶片的所述外侧部分中的所述叶片的前缘，其中，所述外侧部分包括所述风力涡轮机叶片朝向所述尖端（14）的至少外部三分之一。
3.如权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述外侧部分包括所述风力涡轮机叶片朝向所述尖端（14）的至少外部一半。
4.如权利要求3所述的风力涡轮机叶片，其中，所述外侧部分包括所述风力涡轮机叶片朝向所述尖端（14）的至少外部三分之二。
5.如权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括在所述风力涡轮机叶片的相对内表面之间延伸的至少一个内部抗剪腹板（12a，12b），其中，所述绝缘流出通道仅安装到所述至少一个内部抗剪腹板上，和/或所述绝缘回流通道仅安装到所述风力涡轮机叶片的所述至少一个内部抗剪腹板上。
6.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括形成所述风力涡轮机叶片的外表面的叶片壳体结构，其中，所述绝缘流出通道（70）和/或所述绝缘回流通道（78）与所述叶片壳体结构的内表面间隔开。
7.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述加热通道（72）布置为加热距离所述风力涡轮机叶片的前缘叶片弦长的大约10%的风力涡轮机叶片的表面面积。
8.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道（70）布置在风力涡轮机叶片的前缘抗剪腹板（12a）与后缘抗剪腹板（12b）之间。
9.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设置为所述除冰系统的一部分的至少一个分流管和/或流体流动孔，其中，所述至少一个分流管和/或流体流动孔从所述绝缘流出通道延伸到所述加热通道。
10.如权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括设置有至少一个所述分流管和/或流体流动孔的至少一个驱动阀，其中，所述至少一个驱动阀是可操作的，以控制从所述绝缘流出通道到所述加热通道的加热流体流。
11.如权利要求10所述的风力涡轮机叶片，其中，所述驱动阀为温度控制阀。
12.如权利要求8所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道在所述叶片的外侧部分中布置在所述前缘抗剪腹板（12a）与所述后缘抗剪腹板（12b）之间的空间中，
其中，加热流体通过所述前缘抗剪腹板（12a）中的孔（100）传送到所述加热通道。
13.如权利要求5所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道形成为具有在从所述根端（16）朝向所述尖端（14）的方向上减小的横截面面积，
其中，所述绝缘流出通道具有从所述流出通道延伸到所述加热通道（72）的多个孔（106），并且
其中，所述绝缘流出通道布置在所述至少一个内部抗剪腹板（12a）上或附近，并面向所述前缘（18）。
14.如权利要求13所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道形成为具有大致圆形的横截面，所述绝缘流出通道的直径在面向根端（16）的端部处是在300与500 mm之间，并且在面向尖端（14）的端部处是在50与250 mm之间。
15.如权利要求13或14所述的风力涡轮机叶片，其中，所述孔（106）关于它们的横截面面积朝向所述尖端（14）减小。
16.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，加热和循环设备（80）通过柔性软管（105）和缩减单元（106）连接到所述流出通道（70），并通过柔性软管（105）和缩减单元（106）连接到所述回流通道（78），所述柔性软管（105）连接到所述加热和循环设备以及所述缩减单元（106），所述缩减单元（106）分别连接到所述流出通道和所述回流通道。
17.如权利要求15所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道和/或所述绝缘回流通道包括过滤单元（107）。
18.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道（70）和/或所述绝缘回流通道（78）由绝缘板形成，所述板布置为形成管或盒装通道结构。
19.如权利要求18所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘板为低密度泡沫板。
20.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道（70）和/或所述绝缘回流通道（78）由柔性绝缘材料形成。
21.如权利要求19所述的风力涡轮机叶片，其中，所述柔性绝缘材料为实质上不渗透的柔性材料。
22.如权利要求21所述的风力涡轮机叶片，其中，所述实质上不渗透的柔性材料为橡胶、乳胶、氯丁橡胶、尼龙织物、防水布或塑料布。
23.如权利要求20所述的风力涡轮机叶片，其中，所述流出通道（70）和/或所述回流通道（78）形成为双壁充气管，所述管包括布置为传送加热流体的内管以及外管，所述内管位于所述外管的内部内，绝缘腔限定在所述内管与所述外管之间，其中，所述绝缘腔中设置有绝缘流体，以防止在所述内管中传送的任何加热流体的热损失。
24.如权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述叶片除冰系统进一步包括设置在所述加热通道中的至少一个挡板（71、74），以使在所述加热通道中加热流体流的一部分改变方向。
25.如权利要求24所述的风力涡轮机叶片，其中，所述绝缘流出通道（70）在所述尖端（14）处与所述加热通道连通连接，其中，所述至少一个挡板（74）在所述加热通道中限定至少一个补充通道，其中，所述至少一个补充通道延伸到所述加热通道中的第二位置，以使加热流体流的一部分从所述绝缘流出通道分流到所述加热通道中的所述第二位置。
26.一种风力涡轮机，包括至少一个如权利要求1至25中任一项所述的风力涡轮机叶片。
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