CN110799750A

CN110799750A - 改进的电热加热元件

Info

Publication number: CN110799750A
Application number: CN201880042523.9A
Authority: CN
Inventors: L·斯潘德利; P·巴杰
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2017-06-29
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2020-02-14
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: CN110799750B; WO2019001656A1; EP3645876C0; EP3645876B1; ES2948929T3; EP3645876A1; US20210153301A1; CA3066684A1; US11570850B2

Abstract

本发明涉及方法和电热加热元件，其中该电热加热元件包括切口。形成用于所述切口的至少一个多电阻贴片，并且将所述至少一个多电阻贴片邻近所述切口附接到所述电热加热元件。

Description

改进的电热加热元件

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机叶片的电热加热(ETH)元件，尤其涉及防止ETH元件中的热点。

背景技术

风力涡轮机利用风能产生电能，并且可以处于陆地上或海上。处于寒冷气候中的风力涡轮机可能遭受结冰事件，其中由于寒冷表面上的极冷的水的存在，可能在风力涡轮机叶片的表面上形成冰。冰在叶片的表面上的积聚会导致不希望的后果。例如，由于冰的积聚而导致的风力涡轮机叶片的轮廓的变化会降低风力涡轮机的旋转速度。结果，风力涡轮机可能在最佳速度和效率以下运行，这降低了风力涡轮机的性能。而且，在风力涡轮机叶片上积聚的冰的额外重量可能导致叶片的疲劳和应力破坏。

因此，需要能够防止或减小结冰对风力涡轮机的叶片的影响，以防止损坏叶片以及提高风力涡轮机的性能。

已经描述了用于为风力涡轮机除冰(例如除去积聚的冰)或为风力涡轮机提供防冰(例如防止冰积聚)或为风力涡轮机除冰以及防冰的各种系统和方法。

例如，已知的是将加热垫附接到风力涡轮机叶片，当加热垫被供给电力时，其产生热量以增加叶片表面的表面温度。这种加热垫可用于风力涡轮机叶片的防冰或除冰中的一项或两项。

该加热垫可以覆盖叶片的很大一部分和/或位于需要防冰/除冰的位置。一旦被放置在叶片结构之上或之中，可能有必要切掉加热垫的一部分，例如，以用于接闪器螺栓、连接件、紧固件、压载钻孔或用于任何其他原因。

然而，加热垫中的切口可能会导致形成热点，这可能不利于加热垫和/或叶片结构的效率和健康。该切口会影响通过加热垫的电流流动，这会导致局部过热、即该切口附近的热点。

本发明试图至少部分地解决上述问题和缺点，并试图防止或减少由加热垫中的切口引起的加热垫中的热点。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种形成电热加热元件的方法，所述方法包括：在所述电热加热元件中形成切口；形成用于所述切口的至少一个多电阻贴片；以及将所述至少一个多电阻贴片邻近所述切口附接到所述电热加热元件。

因此，通过将至少一个多电阻贴片附接到所述电热加热元件，本发明有利地使得能够防止或减少由所述电热加热元件中的切口引起的热点。

所述至少一个多电阻贴片可以形成为包括至少两个层的多层电阻贴片。所述至少一个多层电阻贴片的每一层可以形成为具有不同的尺寸，使得每个随后的层相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

所述至少一个多电阻贴片可以形成为包括至少两个具有不同电阻和/或导电材料的部段的单个层。所述至少一个多电阻贴片的每个部段可以形成为具有不同的尺寸，使得每个随后的部段相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

所述至少一个多电阻贴片的一个边缘可以成形为基本匹配所述切口的边缘的形状。所述多电阻贴片中的至少一个的形状可以形成为圆环扇形、矩形、椭圆形和正方形中的任意一种。

所述至少一个多电阻贴片中的一个可以成形为基本匹配所述电热元件的边缘。

所述至少一个多电阻贴片可以与所述多电阻贴片附接到其上的电热加热元件以基本相同的材料和特性形成。

附接的多电阻贴片可以防止或减少电热元件中切口附近的热点。

可以使用粘合剂、缝合线和U形钉中的一种或多种将所述多电阻贴片附接到所述电热加热元件。

根据本发明的第二方面，提供了一种电热加热元件，其包括：形成在所述电热加热元件中的切口；以及邻近所述切口附接到所述电热加热元件的至少一个多电阻贴片。

所述至少一个多电阻贴片可以形成为包括至少两个层的多层电阻贴片。所述至少一个多层电阻贴片的每一层可以包括至少一个不同的尺寸，使得每个随后的层相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

所述至少一个多电阻贴片可以形成为包括至少两个具有不同电阻和/或导电材料的部段的单个层。所述至少一个多电阻贴片的每个部段可以包括至少一个不同的尺寸，使得每个随后的部段相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

所述至少一个多电阻贴片的一个边缘可以成形为基本匹配所述切口的边缘的形状。所述多电阻贴片中的至少一个的形状形成为圆环扇形、矩形、椭圆形和正方形中的任意一种。所述至少一个多电阻贴片中的一个可以成形为基本匹配所述电热元件的边缘。

所述至少一个多电阻贴片可以与所述多电阻贴片附接到其上的电热加热元件以基本相同的材料和特性形成。附接的多电阻贴片可以基本防止或减少电热元件中在切口附近或邻近切口的热点。

使用粘合剂、缝合线和U形钉中的一种或多种将所述多电阻贴片附接到所述电热加热元件。

附图说明

现在将仅通过示例的方式、并参考附图来描述本发明的实施例，其中：

图1示出了根据本发明的一个或多个实施例的风力涡轮机的示意图。

图2示出了加热垫中切口附近的热点的热图像。

图3示出了根据本发明的一个或多个实施例的附接到加热垫的、用于朝向加热垫的中心的切口的多电阻贴片的示意图。

图4示出了根据本发明的一个或多个实施例的附接到加热垫的、用于朝向加热垫的边缘的切口的多电阻贴片的示意图。

图5示出了根据本发明的一个或多个实施例的附接到加热垫的、用于处在加热垫的边缘处的切口的多电阻贴片的示意图。

图6示出了根据本发明的一个或多个实施例的多电阻贴片的其他示例。

具体实施方式

图1示出了典型的风力涡轮机10的示意图，其包括根据本发明的风力涡轮机叶片19的实施例。风力涡轮机10安装在基座12上，该基座12可以是陆上基底或海上平台或基底。该风力涡轮机包括具有多个塔架部分的塔架14。机舱16位于塔架14的顶部并附接到塔架14的顶部。连接到机舱16的风力涡轮机转子包括轮毂18和至少一个风力涡轮机叶片19，其中在图1中示出了三个风力涡轮机叶片，尽管取决于风力涡轮机10的设计和实现，可以存在任意数量的风力涡轮机叶片19。风力涡轮机叶片19连接到轮毂18，轮毂18又通过伸出机舱16的前部的低速轴连接到机舱16。

为了基本上防止或减少风力涡轮机叶片上的积冰现象，叶片可装配有电热加热(ETH)元件(例如，加热垫)，该电热加热元件可以产生热量以加热风力涡轮机叶片的表面。该ETH元件被供给电力，并且由于电力水平以及ETH元件的预定电阻，它会产生用于加热叶片的表面以防止或减少叶片上的积冰现象所需的热量水平。该ETH元件通常由轻质电阻材料制成，其具有特定的尺寸和电阻特性，使得ETH元件能够产生用于叶片的加热系统的位置和要求所需的热量水平。

附接到风力涡轮机叶片或嵌入风力涡轮机叶片内的ETH元件可能需要在ETH元件内形成切口以容纳各种组件(例如，接闪器螺栓、连接件、紧固件、压载钻孔)或用于任何其他原因。

然而，形成在ETH元件中的切口会阻止电子均匀地流过ETH元件，从而导致电子在形成的切口周围流动。这会导致在切口周围的特定位置处电子流的浓度较高，而特定位置处电子流的浓度较高又会引起热点，如图2所示。由切口203引起的热点202可能会导致损坏ETH元件201和/或叶片表面，这可能严重影响ETH元件201的效率，并可能引起火灾或损坏叶片结构和表面。

为了防止或基本减少热点202在切口203周围的位置处产生在ETH元件201中，可以邻近切口203将一个或多个多电阻贴片附接到ETH元件201。该多电阻贴片有效地为在切口203周围流动的电子提供额外的通道或路径，这减少了切口203周围的热点202。

该多电阻贴片可以由单个层形成，其中所述单个层具有两个或更多个部段，所述两个或更多个部段具有不同的电阻，其中，较低电阻部段将位于邻近所述切口的位置。替代地或附加地，所述多电阻贴片可以由两个层或更多个层形成，其中每个随后的层定位在前一层的顶部，其中层的数量在远离切口的方向上的预定尺寸处减小。

可以通过例如粘合剂、U形钉、缝合线或任何其他合适的方式将多电阻贴片附接到ETH元件，以确保多电阻贴片与ETH元件之间的良好电接触。

在参考图3至图5描述的以下示例中，多电阻贴片被形成为具有三个层的多层电阻贴片。然而，如将理解的那样，本发明的原理也可应用于其他形式的多电阻贴片(例如由具有两个或更多个具有不同电阻的部段的单个层形成的多电阻贴片)。

在参考图3至图5描述的以下示例中，多层电阻贴片使用与ETH元件相同的材料形成，因此每一层具有与ETH元件相同的电阻特性。基于形成在ETH元件中的切口的位置和形状来预定多层电阻贴片的形状和尺寸。邻近切口附接到ETH元件的多层电阻贴片的数量取决于形成在ETH元件中的切口的形状和/或位置。

参考图3，示出了切口301形成在ETH元件302的中心的示例。在该示例中，切口301大致呈圆形(例如以允许螺栓穿过ETH元件302)并且多层电阻贴片303呈圆环扇形，该圆环扇形具有：基本匹配切口301的圆弧的第一弧，其中，该多层电阻贴片303的第一弧304位于邻近切口301的位置；以及比所述第一弧304大的第二弧305，所述第二弧305位于距所述第一弧304预定距离的位置。

该示例的多层电阻贴片包括三个层306、307、308，其中每个随后的圆环扇形层定位在前一层的顶部。每个随后的圆环扇形层具有比前一层更短的半径，使得在距切口301预定距离的位置处存在不同层数的多层电阻贴片。这样，多电阻贴片的层数随着更远离切口301而有效地减小。因此，在该示例中，在毗邻切口301的位置处存在3个层306、307、308，在距切口301预定距离或半径的位置处存在2个层，并且在多层电阻贴片的距切口301最远点处存在单个层306。

在该示例中，由于切口301朝向ETH元件302的中心形成，因此两个多层电阻贴片303附接到ETH元件，在切口的两侧各一个。

多电阻贴片303邻近切口301附接到ETH元件302。在该示例中，该多电阻贴片303在基本上垂直于通过ETH元件302的电流流动的方向上附接。出于本发明的目的，该多电阻贴片可以具有任何合适的尺寸和形状。在本示例中，切口301为圆形并且具有半径R，并且该多层电阻贴片的顶层308距切口的预定距离为2R，该多层电阻贴片的中间层307距切口的预定距离为3R，并且该多层电阻贴片的底层306距切口的预定距离为4R。

在图4所示的另一示例中，切口401靠近ETH元件402的边缘形成，其中该切口401同样为圆形。在该示例中，多层电阻贴片403在切口401一侧沿垂直于通过ETH元件402的电流流动、朝向ETH元件402的中心线的方向邻近切口401附接。该多层电阻贴片403具有与以上关于图3描述的结构和尺寸相同的结构和尺寸。也就是说，该多电阻贴片403为圆环扇形并且包括三个层404、405、406，其中每个随后的层在距切口401预定距离的位置处半径减小。

然而，由于切口401相对靠近ETH元件402的边缘，所以第二多层电阻贴片407附接到ETH元件402，且该第二多层电阻贴片407从邻近切口401的位置延伸到ETH元件402的至少一个边缘408。在该示例中，该多层电阻贴片407由三个层形成，并且其中所述层中的一层或多层延伸超出ETH元件的边缘，该相应的层被修整为基本匹配ETH元件的边缘。在图4所示的示例中，ETH元件的边缘在所有这三个层的半径之内，因此，所有层均被修整以匹配ETH元件的边缘。然而，如将理解的那样，如果切口进一步朝向ETH元件的中心线形成，使得ETH元件的边缘落在层404和/或405内，则该相应的层将被修整以匹配ETH元件的边缘。因此，由于切口靠近ETH元件的边缘，因此多层电阻贴片的每一层都不会减小尺寸或改变其形状，而是被修整以匹配ETH元件的边缘。

在图5所示的另一示例中，半圆形切口501形成在ETH元件502的边缘上。在该示例中，多层电阻贴片503在切口501的一侧、在ETH元件502的中心线的方向上并且垂直于通过ETH元件502的电流流动邻近切口501附接。该多层电阻贴片503具有与以上关于图3和图4描述的结构和尺寸相同的结构和尺寸。也就是说，该多电阻贴片为圆环扇形并且包括三个层504、505、506，其中每个随后的层在距切口预定距离的位置处半径减小(距切口越远)。

然而，由于切口位于ETH元件的边缘上，因此仅需要单个多层电阻贴片。

在上述示例中，多电阻贴片由呈圆环扇形的三个层形成，每个随后的层定位在前一层的顶部，其中每个随后的层的半径小于该前一层。然而，如将理解的那样，出于防止或基本减少ETH元件中的切口附近的热点的目的，多电阻贴片可以是任何合适的形状或构造。将参考图6提供几个另外的非限制性示例。

图6a示出了多层多电阻贴片，其中，随后的层601、602、603的宽度也与半径一起减小。

图6b示出了具有三个层604、605、606的矩形多层多电阻贴片，其中每个随后的层的长度都比前一层的长度小。图6c示出了具有三个层607、608、609的矩形多层多电阻贴片，其中每个随后的层的长度和宽度均比前一层的长度和宽度小。

图6d示出了包括三个部段610、611、612的单层多电阻贴片，其中每个随后的部段相对于前一部段具有减小的电阻或导电材料。在图6d中，多电阻贴片的形状为矩形，然而，如将理解的那样，多电阻贴片可以是任何形状(例如是圆环扇形、正方形、椭圆形)，并且类似于图3至5所示的示例，每个部段的一个或多个尺寸可以减小。

图6示出了不同的多电阻贴片的几个非限制性示例，然而，如将理解的那样，贴片的形状可以是任何合适的形状(例如，圆环扇形、矩形、正方形、椭圆形或任何其他合适的形状)。在多层多电阻贴片的示例中，可以有任意数量的层(例如2、3、4、5、6层等)。在具有不同部段的单层多电阻贴片、该不同部段具有不同电阻/导电材料的示例中，可以有任意数量的部段(例如2、3、4、5、6个部段等)。

用于多电阻贴片的材料可以与ETH元件的材料相同，也可以不同。

多电阻贴片的邻近切口的边缘优选地具有与切口的边缘(在切口的、多电阻贴片邻近其附接的部分处)基本相同的形状和轮廓。

每个随后的层或部段的半径、宽度、长度、电阻、导电材料浓度和厚度中的一个或多个可以不同。

本发明通过邻近切口附接多电阻贴片而有利地防止或减少在ETH元件中的任何切口附近或邻近ETH元件中的任何切口的热点的出现。该多电阻路径有效地为切口周围的电流提供了额外的流动路径，从而防止或减少由ETH元件中的切口引起的局部过热。

以上描述的示例和实施例仅出于示例目的，并且应当理解，不同实施例或示例的特征可以彼此组合。本发明的实施例仅通过示例的方式被描述，并且可以对实施例进行许多修改或改变，并且这些修改或改变在所附权利要求的范围内。

Claims

1.一种形成电热加热元件的方法，所述方法包括：

在所述电热加热元件中形成切口；

形成用于所述切口的至少一个多电阻贴片；以及

将所述至少一个多电阻贴片邻近所述切口附接到所述电热加热元件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片形成为包括至少两个层的多层电阻贴片。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述至少一个多层电阻贴片的每一层形成为具有不同的尺寸，使得每个随后的层相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片形成为包括至少两个具有不同电阻和/或导电材料的部段的单个层。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片的每个部段形成为具有不同的尺寸，使得每个随后的部段相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片的一个边缘成形为基本匹配所述切口的边缘的形状。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多电阻贴片中的至少一个的形状形成为圆环扇形、矩形、椭圆形和正方形中的任意一种。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片中的一个成形为基本匹配所述电热元件的边缘。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述至少一个多电阻贴片与所述多电阻贴片附接到其上的电热加热元件以基本相同的材料和特性形成。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，附接的所述多电阻贴片减少所述电热元件中所述切口附近的热点。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，使用粘合剂、缝合线和U形钉中的一种或多种将所述多电阻贴片附接到所述电热加热元件。

12.一种电热加热元件，包括：

形成在所述电热加热元件中的切口；以及

邻近所述切口附接到所述电热加热元件的至少一个多电阻贴片。

13.根据权利要求12所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片形成为包括至少两个层的多层电阻贴片。

14.根据权利要求13所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多层电阻贴片的每一层包括至少一个不同的尺寸，使得每个随后的层相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

15.根据权利要求12所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片形成为包括至少两个具有不同电阻和/或导电材料的部段的单个层。

16.根据权利要求15所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片的每个部段包括至少一个不同的尺寸，使得每个随后的部段相对于前一层在至少一个方向上具有较短的尺寸。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片的一个边缘成形为基本匹配所述切口的边缘的形状。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的电热加热元件，其中，所述多电阻贴片中的至少一个的形状形成为圆环扇形、矩形、椭圆形和正方形中的任意一种。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片中的一个成形为基本匹配所述电热元件的边缘。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的电热加热元件，其中，所述至少一个多电阻贴片与所述多电阻贴片附接到其上的电热加热元件以基本相同的材料和特性形成。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的电热加热元件，其中，附接的所述多电阻贴片减少所述电热元件中所述切口附近的热点。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的电热加热元件，其中，使用粘合剂、缝合线和U形钉中的一种或多种将所述多电阻贴片附接到所述电热加热元件。