CN112204252A - 用于风力涡轮机叶片的除冰系统 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有叶片除冰系统的风力涡轮机叶片。叶片除冰系统包括：第一通道，其从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，第二位置在末梢端与第一位置之间；以及加热通道，其沿着风力涡轮机叶片的前缘从第二位置纵向地延伸到第一位置，加热通道和第一通道成流体连接。叶片除冰系统布置成：提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动，穿过加热通道的被加热流体的流动具有沿着风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向，并且其中，叶片除冰系统构造为：影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。旋转流动为在前缘处从吸力侧到压力侧旋转。

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（de-icing）系统。

背景技术

当风力涡轮机在寒冷天气的气候下操作时，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，叶片表面上的任何结冰都将破坏叶片空气动力学，这可导致涡轮机效率上的降低和/或增加的运行噪音水平。在另一方面中，从叶片表面剥落的冰可存在掉落风险。就此而言，风力涡轮机叶片在此类位置中常设置有系统，以提供冰预防和/或去除。

除了嵌入在叶片中的电气加热系统和机械除冰系统，已知的是提供热空气除冰系统，其按以下原理操作：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冰点（freezing）以上。此类热空气除冰系统的示例在美国专利申请公开号US 2013/0106108中可见。

本发明的目的是提供一种除冰系统，其提供优于现有技术的改善的性能。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有除冰系统的风力涡轮机叶片和一种用于对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，其为风力涡轮机叶片提供更有效的除冰。特别地，本发明提供了对风力涡轮机叶片的壳体的更有效的热传递，并且尤其是靠近风力涡轮机叶片的前缘，风力涡轮机叶片的前缘可特别倾向于结冰（ice formation）。

因此，公开了一种具有叶片除冰系统的风力涡轮机叶片。风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及在前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在吸力侧与压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成。

叶片除冰系统包括第一通道，所述第一通道从第一位置纵向地延伸到第二位置。第二位置在末梢端与第一位置之间。叶片除冰系统包括加热通道，所述加热通道沿着风力涡轮机叶片的前缘从第二位置纵向地延伸到第一位置。加热通道和第一通道成流体连接。

叶片除冰系统布置为提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动。穿过加热通道的被加热流体的流动具有沿着风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向。叶片除冰系统进一步构造为影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。

还公开了一种用于对风力涡轮机叶片（例如所公开的风力涡轮机叶片）进行除冰的方法，所述风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及在前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在吸力侧与压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成。风力涡轮机叶片进一步包括第一通道，所述第一通道从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，第二位置在末梢端与第一位置之间。风力涡轮机叶片进一步包括加热通道，所述加热通道沿着风力涡轮机叶片的前缘从第二位置纵向地延伸到第一位置，加热通道和第一通道成流体连接。

所述方法包括：提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动，穿过加热通道的被加热流体的流动具有沿着风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向；以及影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。

提供穿过加热通道的被加热流体的旋转流动可导致壳体的内部部分附近流体的湍流增加和速度增加，由此提供从被加热流体到风力涡轮机叶片的壳体的更有效的热传递。

旋转流动可为在任一方向上的旋转。旋转流动可为在前缘处从压力侧到吸力侧旋转。旋转流动可为在前缘处从吸力侧到压力侧旋转。在吸力侧上，例如在前缘附近，结冰可为更加可能的，因此，在前缘处引导旋转流动从吸力侧旋转到压力侧可为有利的，例如允许在吸力侧处的增加的热传递。

在所述方法和除冰系统中采用的被加热流体可为气体或液体。例如，在所述方法和除冰系统中采用的被加热流体可为热空气、蒸汽或除冰流体。

第一通道从第一位置延伸到第二位置。加热通道从第二位置延伸到第一位置。第一位置可为靠近风力涡轮机叶片的根部，例如，根部端。第二位置可为靠近风力涡轮机叶片的末梢，例如，末梢端。第二位置在末梢端与第一位置之间。第一位置在根部端与第二位置之间。

风力涡轮机叶片，例如，风力涡轮机叶片的除冰系统可包括加热装置。风力涡轮机叶片，例如，风力涡轮机叶片的除冰系统可包括循环装置。循环装置和加热装置可组合在加热和循环装置中，例如，循环装置可包括加热装置，且/或加热装置可包括循环装置。循环装置和/或加热装置可设置在第一位置处，例如，靠近风力涡轮机叶片的根部。备选地，风力涡轮机可利用中央加热和/或循环装置，在此情况下，视情况而定，加热和/或循环装置可设置在风力涡轮机的毂部或机舱中，并且连接到每个风力涡轮机叶片的除冰系统。

循环装置可构造为提供穿过加热通道的被加热流体的旋转流动。例如，循环装置可构造为使流体循环到加热通道中，所述加热通道在壳体附近具有与风力涡轮机叶片的纵向方向形成角度的方向。如果循环装置使流体直接地循环到加热通道中（例如，在第一位置处），则用循环装置提供旋转流动可为特别有用的。

被加热流体的流动可为穿过加热通道从第二位置提供到第一位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供穿过加热通道从第二位置到第一位置的被加热流体的流动。被加热流体的流动可为从第一位置穿过第一通道提供到第二位置，并且从第二位置穿过加热通道提供到第一位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供从第一位置穿过第一通道到第二位置的被加热流体的流动，以及从第二位置穿过加热通道到第一位置的被加热流体的流动。被加热流体的流动可为从第二位置穿过加热通道提供到第一位置，并且从第一位置穿过第一通道提供到第二位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供从第二位置穿过加热通道到第一位置的被加热流体的流动，以及从第一位置穿过第一通道到第二位置的被加热流体的流动。

备选地，被加热流体的流动可为穿过加热通道从第一位置提供到第二位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供穿过加热通道从第一位置到第二位置的被加热流体的流动。被加热流体的流动可为从第一位置穿过加热通道提供到第二位置，并且从第二位置穿过第一通道提供到第一位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供从第一位置穿过加热通道到第二位置的被加热流体的流动，以及从第二位置穿过第一通道到第一位置的被加热流体的流动。被加热流体的流动可为从第二位置穿过第一通道提供到第一位置，并且从第一位置穿过加热通道提供到第二位置。例如，叶片除冰系统可布置成提供从第二位置穿过第一通道到第一位置的被加热流体的流动，以及从第一位置穿过加热通道到第二位置的被加热流体的流动。

前缘腔可形成加热通道。前缘腔可形成加热通道的一部分，例如，加热通道可包括多个加热通道部分。例如，加热通道可包括在前缘腔与第一位置之间的第一加热通道部分，且/或加热通道可包括在前缘腔与第二位置之间的第二加热通道部分。

前缘腔的背部表面可由抗剪腹板形成，例如由前缘抗剪腹板形成。前缘腔的背部表面可由翼梁的翼梁侧形成，例如由前缘翼梁侧形成。背部表面可将加热通道和第一通道分开。

第一通道可为隔热通道。例如，第一通道可被隔热，以避免或至少减少来自第一通道内部的流体的热量损失，例如，以保存用于在加热通道中提供的流体的热量。

第一通道可布置在前缘腔的外部，例如，在前缘腔的背部表面与后缘之间。例如，第一通道可布置在两个抗剪腹板（例如，前缘抗剪腹板与后缘抗剪腹板）之间的空间中，或者第一通道可布置在翼梁的两个翼梁侧（例如，翼梁的前缘翼梁侧与后缘翼梁侧）之间的空间中。

备选地，第一通道可布置在前缘腔内部。例如，第一通道可设置为在前缘腔内部的管。

一个或多个孔，例如，多个孔，可设置在第一通道与加热通道之间，例如，以提供在第一通道与加热通道之间的流体连接。多个孔可为沿风力涡轮机叶片的纵向方向分布。

多个孔可构造为在第一方向上将被加热流体引导到加热通道中，例如，以提供被加热流体在加热通道中的旋转流动。第一方向可在孔与前缘之间与第二方向形成第一角。第一角可为大于10度，例如大于20度，例如大于30度，例如大于40度，例如45度。第一方向可为朝向吸力侧。第一方向可为朝向压力侧。多个孔可包括流体引导元件。流体引导元件可构造为在第一方向上引导被加热流体。流体引导元件可由泡沫块制成。流体引导元件可形成喷嘴和通道，以引导被加热流体。通过在形成角的方向上从孔中引导流体，离开孔的被加热流体不会被直接地引导到主流动中，并且由此，另一个优点可为其减少了由主流动引起的来自孔的被加热流体的偏移。因此，到达前缘的被加热流体的温度比如果孔被直接地引导到主流动中的温度更高。由此，来自孔的被加热流体可在孔附近提供壳体的增加的局部化加热。

多个孔可定位在距吸力侧的第一孔距离处以及距压力侧的第二孔距离处。可选择第一孔距离和第二孔距离，例如，以提供被加热流体在加热通道中的旋转流动。例如，第二孔距离可为比第一孔距离更长，例如，第二孔距离可为第一孔距离的两倍以上。比第一孔距离更长的第二孔距离可提供在前缘处沿着吸力侧和从吸力侧到压力侧的旋转流动。备选地，第一孔距离可为比第二孔距离更长，例如，第二孔距离可为第一孔距离的两倍以上。比第二孔距离更长的第一孔距离可提供在前缘处沿着压力侧和从压力侧到吸力侧的旋转流动。

加热通道可包括一个或多个引导结构，例如，多个引导结构，例如，沿着加热通道的纵向方向分布。一个或多个引导结构可构造为影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。例如，引导结构可包括具有引导表面法线的引导表面。引导表面法线可与主流动方向形成引导角。引导角可为大于0度并且小于90度，例如在20与70度之间，例如在40与50度之间，例如45度。

附图说明

本公开的实施例将在下文中关于附图更详细地描述。这些图示出了实现本发明的一种方式，并且将不会被解释为限制至落在所附权利要求组的范围内的其他可能实施例。

图1是示意图，图示了示例性风力涡轮机，

图2是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片，

图3是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的纵向截面视图，

图4a是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的横截面，

图4b是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的横截面，

图4c是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的横截面，

图5a是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的抗剪腹板或翼梁侧的纵向截面视图，

图5b是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的抗剪腹板或翼梁侧的纵向截面视图，

图5c是示意图，图示了示例性风力涡轮机叶片的抗剪腹板或翼梁侧的纵向截面视图，以及

图6是示例性方法的流程图。

具体实施方式

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代迎风式风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6以及转子，转子具有大致水平的转子轴。转子包括毂部8和从毂部8径向地延伸的三个叶片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的叶片末梢14。

图2示出了示例性风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，具有根部端17和末梢端15，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、以及在根部区域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）具有关于产生升力的理想的或近乎理想的叶片形状，而由于结构考虑，根部区域30具有大致圆形或椭圆形的横截面，这例如使之更容易且更安全地将叶片10安装到毂部。根部区域30的直径（或弦）可沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓，过渡轮廓从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓逐渐变化。过渡区域32的弦长典型地随着距毂部的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，所述翼型轮廓具有在叶片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。

叶片10的肩部40被限定为其中叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40典型地设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。

应注意的是，叶片的不同区段的弦通常并不位于共同的平面中，因为叶片可扭转和/或弯曲（即，预弯），因此提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这最常见于以下情况：为了补偿叶片的局部速度，叶片的局部速度取决于距毂部的半径。

风力涡轮机叶片10包括叶片壳体。叶片壳体可包括典型地由纤维增强聚合物制成的两个叶片壳体部件，第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件26。第一叶片壳体部件24典型地是压力侧或逆风叶片壳体部件。第二叶片壳体部件26典型地是吸力侧或顺风叶片壳体部件。第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件典型地沿结合线或胶接接头28胶接在一起，所述结合线或胶接接头沿叶片10的后缘20和前缘18延伸。典型地，叶片壳体部件24、26的根部端具有半圆形或半椭圆形的外横截面形状。

风力涡轮机叶片10进一步包括在风力涡轮机叶片10的吸力侧与压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧（例如，参见图4a）。

图3示出了从吸力侧54到压力侧52所见的示例性风力涡轮机叶片10的示意性地图示的纵向截面视图，示例性风力涡轮机叶片10具有除冰系统。风力涡轮机叶片10具有叶片末梢14和叶片根部16。风力涡轮机叶片10具有末梢端15和根部端17。风力涡轮机叶片10进一步包括在风力涡轮机叶片10的吸力侧与压力侧之间延伸的两个抗剪腹板22、24，前缘抗剪腹板22和后缘抗剪腹板24。备选地，风力涡轮机叶片10可包括翼梁，并且翼梁的翼梁侧可代替所图示的抗剪腹板22、24（例如，参见图4b）。内部前缘腔78可形成在前缘18与背部表面79（例如，前缘抗剪腹板22）之间。

风力涡轮机叶片10包括第一通道70，第一通道70从第一位置P1纵向地延伸到第二位置P2。风力涡轮机叶片10包括加热通道72，加热通道72沿着风力涡轮机叶片的前缘18从第二位置P2纵向地延伸到第一位置P1。第二位置在末梢端15与第一位置P1之间。第一位置P1在根部端17与第二位置P2之间。第一位置P1靠近根部端17。第二位置P2靠近末梢端15。

第一通道70可布置在前缘抗剪腹板22与后缘抗剪腹板24之间。加热通道72可布置在前缘腔78中。第一通道70和加热通道72可例如通过孔60成流体连接。

叶片10具有循环装置80，例如加热和循环装置。循环装置80可位于叶片的根部端17附近。备选地，循环装置80可位于末梢端15附近。循环装置80可布置为更靠近前缘18而不是后缘20。备选地，循环装置80可布置为更靠近后缘20而不是前缘18。备选地，循环装置80可布置为与靠近前缘18一样靠近后缘20。循环装置80提供穿过第一通道70和加热通道72的被加热流体的流动。循环装置80可构造为加热流体。

如所图示，流动的方向具有主流动方向74，其可从根部端17穿过第一通道70引导到末梢端15，并从末梢端15穿过加热通道72引导到根部端17。备选地，主流动方向74可为在相反的方向上，即，从叶片根部端17穿过加热通道72到叶片末梢端15，并从叶片末梢端15穿过第一通道70到叶片根部端17。

前缘抗剪腹板22包括多个孔60。多个孔60可沿风力涡轮机叶片10的纵向方向分布。这些孔允许被加热流体在第一通道70与加热通道72之间的流动，例如从第一通道70到加热通道72。孔60可构造为影响穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动（例如，参见图4a至图4c）。备选地或附加地，循环装置80可构造为影响穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动。备选地或附加地，加热通道72可设置有沿着加热通道72的纵向方向分布的多个引导结构（例如，参见图5c）。

图4a是示意图，图示了具有除冰系统的风力涡轮机叶片10的横截面，例如与图3相关联来图示的风力涡轮机叶片10的横截面。风力涡轮机叶片10具有：前缘18、后缘20、压力侧52和吸力侧54。风力涡轮机叶片10包括前缘抗剪腹板22和后缘抗剪腹板24。抗剪腹板22、24的备选可为翼梁，如图4b中所图示。除冰系统包括由抗剪腹板22、24限定的第一通道70和加热通道72。加热通道72可为在前缘18与背部表面79（例如，前缘抗剪腹板22）之间的内部前缘腔78，或形成其一部分。

前缘抗剪腹板22包括孔60，例如多个孔中的孔60。如所图示，孔60允许被加热流体在第一通道70与加热通道72之间的流动，例如从第一通道70到加热通道72。孔60构造为影响穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体沿着加热通道72围绕主流动方向的旋转流动76。如所图示，旋转流动76可为在前缘18处从吸力侧54到压力侧52旋转。备选地，旋转流动76可从压力侧52旋转到吸力侧54。如所图示，孔60可包括流体引导元件62，以引导被加热流体的流动。流动的方向可为在第一方向102上，并且在孔60与前缘18之间与第二方向104形成角α。例如，角α可为大于10度。

图4b是示意图，图示了具有除冰系统的风力涡轮机叶片10'的横截面，例如与图3相关联来图示的风力涡轮机叶片10的横截面。除了风力涡轮机叶片10'包括翼梁26，代替图4a的风力涡轮机叶片10的抗剪腹板之外，图4b的风力涡轮机叶片10'等同于图4a的风力涡轮机叶片10。翼梁26包括前缘翼梁侧23，代替图4a的风力涡轮机叶片10的前缘抗剪腹板22，以及后缘翼梁侧25，代替图4a的风力涡轮机叶片的后缘抗剪腹板24。翼梁的前缘翼梁侧23包括孔60。

图4c是示意图，图示了具有除冰系统的风力涡轮机叶片10的横截面，例如与图3相关联来图示的风力涡轮机叶片10的横截面。图4c的风力涡轮机叶片10图示为具有抗剪腹板22、24。然而，备选地，风力涡轮机叶片10可用具有翼梁侧的翼梁来实现，如与图4b相关联来解释的那样。

除冰系统可包括由抗剪腹板22、24限定的第一通道70和加热通道72。加热通道72可为在前缘18与背部表面79（例如前缘抗剪腹板22）之间的内部前缘腔78，或形成其一部分。

前缘抗剪腹板22包括孔60'，例如多个孔中的孔60'。如所图示，孔60'允许被加热流体在第一通道70与加热通道72之间的流动，例如从第一通道70到加热通道72。孔60'构造为影响穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体沿着加热通道72围绕主流动方向的旋转流动76。如所图示，旋转流动76可为在前缘18处从吸力侧54到压力侧52旋转。备选地，旋转流动76可从压力侧52旋转到吸力侧54。孔60'定位在距离吸力侧54的第一孔距离D1处，并且在距离压力侧52的第二孔距离D2处。为了影响穿过加热通道72的流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动76，第一孔距离D1和第二孔距离可为不同的。例如，如所图示，第二孔距离D2可为比第一孔距离D1更长，例如，导致在前缘18处从吸力侧54到压力侧52的旋转流动76。备选地，第二孔距离可为比第一孔距离D1更短。由此，孔60'的位置影响加热通道72被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动76。

图5a是示意图，图示了风力涡轮机叶片（例如，如与图4a或4b相关联来图示的风力涡轮机叶片）的示例性抗剪腹板22或翼梁侧23的纵向截面视图。纵向截面视图是从前缘到后缘所见的。抗剪腹板22或翼梁侧23包括沿着风力涡轮机叶片的纵向方向分布的多个孔60。孔60包括流体引导元件62，以将被加热流体从第一通道70引导到加热通道72中。孔60构造为在第一方向上将被加热流体引导到加热通道72中，所述第一方向在孔60与前缘18之间与第二方向形成第一角（未示出）。由此，被加热流体可围绕主流动方向74在旋转流动76上流动，并且可在前缘18处从吸力侧54旋转到压力侧52。

图5b是示意图，图示了风力涡轮机叶片（例如，如与图4c相关联来图示的风力涡轮机叶片）的示例性抗剪腹板22或翼梁侧23的纵向截面视图。纵向截面视图是从前缘到后缘所见的。抗剪腹板22或翼梁侧23可包括沿着风力涡轮机叶片的纵向方向分布的多个孔60'。孔60'定位在距离吸力侧54的第一孔距离D1处，并且在距离压力侧52的第二孔距离D2处。为了影响穿过加热通道72的流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动76，第一孔距离D1和第二孔距离是不同的。例如，如所图示，第二孔距离D2可为比第一孔距离D1更长，例如，导致在前缘处从吸力侧54到压力侧52的旋转流动76，以及在加热通道72的背部表面（例如，抗剪腹板22或翼梁侧23）处从压力侧到吸力侧54的旋转流动76。备选地，第二孔距离可为比第一孔距离D1更短，这将提供相反的旋转流动。由此，孔60'的位置影响加热通道72被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动76。

图5c是示意图，图示了风力涡轮机叶片的示例性抗剪腹板22或翼梁侧23的纵向截面视图。纵向截面视图是从前缘到后缘所见的。抗剪腹板22或翼梁侧23可包括沿着抗剪腹板22或翼梁侧23的纵向方向（例如沿着加热通道72的纵向方向）分布的多个引导结构90。引导结构90可构造为影响穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向74的旋转流动76。引导结构可构造为使得：旋转流动76可在前缘处从吸力侧54旋转到压力侧52，并且在加热通道72的背部表面（例如，抗剪腹板22或翼梁侧23）处从压力侧旋转到吸力侧54。引导结构90包括引导表面92。引导表面法线n与主流动方向74形成引导表面角

。引导表面角

可为大于0度且小于90度，例如，引导表面角

可为45度。

图6示出了用于对风力涡轮机叶片（例如，先前图中的任意图，例如图2的风力涡轮机叶片）进行除冰的示例性方法200的流程图。方法200包括：提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动202，被加热流体的流动具有沿风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向。例如，被加热流体可由加热和循环装置提供。方法200进一步包括：影响204穿过加热通道72的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。例如，可通过以下方式来影响主流动：提供具有流体引导元件的一个或多个孔（例如，参见图4a、图4b或图5a）、使一个或多个孔朝向压力侧或吸力侧移位（例如，参见图4c或5b）、或提供一个或多个引导结构（例如，参见图5c）。

将理解的是，上述示例并非相互排斥的，并且可组合。上述实施例的个体特征可与任何其他实施例的那些特征组合。例如，可组合上述用于影响穿过加热通道的被加热流体的流动的示例，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。例如，风力涡轮机叶片可实现为：使如与图4a、图4b和图5a相关联来解释的流体引导元件62与如与图4c和图5b相关联来解释的偏移的孔组合，和/或与如与图5c相关联来解释的引导结构90组合。

具有如上所述的除冰系统的风力涡轮机叶片给出了优于现有技术的若干优点。本发明提供了一种更有效率和有效的除冰系统，这导致了对于整个风力涡轮机叶片结构的降低的应力和应变以及重量要求。

将理解的是，对本发明的不同实施例来说共有的元件已在附图中设置有相同的参考标号。将进一步理解的是，本发明不同实施例中所示的个体特征并不仅限于那些特定的实施例，并且可适当地重现在其他所示的实施例中的任何一个中。

已经参考优选实施例描述了本发明。然而，本发明的范围并不限于图示的实施例，并且可在不脱离本发明的范围的情况下进行改变和修改。

示例性风力涡轮机叶片和方法在下列项目中列出：

1. 一种具有叶片除冰系统的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及在前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在吸力侧与压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成，所述叶片除冰系统包括：

第一通道，其从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，第二位置在末梢端与第一位置之间；以及

加热通道，其沿着风力涡轮机叶片的前缘从第二位置纵向地延伸到第一位置，加热通道和第一通道成流体连接；

其中，叶片除冰系统布置成提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动，穿过加热通道的被加热流体的流动具有沿着风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向，并且其中，叶片除冰系统构造为影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。

2. 根据项目1所述的风力涡轮机叶片，包括设置在第一位置处的加热装置和/或循环装置。

3. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，叶片除冰系统布置成提供从第一位置穿过第一通道到第二位置的被加热流体的流动，以及从第二位置穿过加热通道到第一位置的被加热流体的流动。

4. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，并且其中，前缘腔形成加热通道。

5. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，背部表面将加热通道和第一通道分开。

6. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，第一通道布置在前缘抗剪腹板或翼梁的前缘翼梁侧与后缘抗剪腹板或翼梁的后缘翼梁侧之间的空间中。

7. 根据项目1-4中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，第一通道布置在前缘腔内部。

8. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，旋转流动是在前缘处从吸力侧到压力侧旋转。

9. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，包括在第一通道与加热通道之间的多个孔，多个孔沿着风力涡轮机叶片的纵向方向分布。

10. 根据项目9所述的风力涡轮机叶片，其中，多个孔构造为在第一方向上将被加热流体引导到加热通道中，第一方向在孔与前缘之间与第二方向形成第一角。

11. 根据项目10所述的风力涡轮机叶片，其中，第一角为大于10度。

12. 根据项目9-11中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，多个孔包括流体引导元件，以在第一方向上引导被加热流体。

13. 根据项目9-12中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，多个孔定位在距吸力侧的第一孔距离处，并且在距压力侧的第二孔距离处，并且其中，第二孔距离比第一孔距离更长。

14. 根据项目13所述的风力涡轮机叶片，其中，第二孔距离是第一孔距离的两倍以上。

15. 根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，加热通道包括沿着加热通道的纵向方向分布的多个引导结构，多个引导结构构造为影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。

16. 根据项目15所述的风力涡轮机叶片，其中，引导结构包括具有引导表面法线的引导表面，所述引导表面法线与主流动方向形成引导角，所述引导角为大于0度且小于90度。

17. 用于对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在吸力侧与压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成，所述风力涡轮机叶片进一步包括第一通道，第一通道从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，第二位置在末梢端与第一位置之间，并且所述风力涡轮机叶片进一步包括加热通道，加热通道沿着风力涡轮机叶片的前缘从第二位置纵向地延伸到第一位置，加热通道和第一通道成流体连接，所述方法包括：

-提供穿过第一通道和加热通道的被加热流体的流动，穿过加热通道的被加热流体的流动具有沿着风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向，以及

-影响穿过加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕主流动方向的旋转流动。

参考符号列表

10 叶片

14 叶片末梢

15 末梢端

16 叶片根部

17 根部端

18 前缘

20 后缘

22 前缘抗剪腹板

23 前缘翼梁侧

24 后缘抗剪腹板

25 后缘翼梁侧

26 翼梁

52 压力侧

54 吸力侧

60 孔

62 流体引导元件

α 第一角

70 第一通道

72 加热通道

74 主流动方向

76 旋转流动

78 前缘腔

79 背部表面

80 加热和循环装置

90 引导结构

92 引导表面

n 引导表面法线

引导角

D1 第一孔距离

D2 第二孔距离

P1 第一位置

P2 第二位置

Claims (16)

1.一种具有叶片除冰系统的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及在所述前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在所述吸力侧与所述压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成，所述叶片除冰系统包括：

第一通道，所述第一通道从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，所述第二位置在所述末梢端与所述第一位置之间；以及

加热通道，所述加热通道沿着所述风力涡轮机叶片的所述前缘从所述第二位置纵向地延伸到所述第一位置，所述加热通道和所述第一通道成流体连接；

其中，所述叶片除冰系统布置成提供穿过所述第一通道和所述加热通道的被加热流体的流动，穿过所述加热通道的被加热流体的流动具有沿着所述风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向，并且其中，所述叶片除冰系统构造为：影响穿过所述加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕所述主流动方向的旋转流动，并且

其中，所述旋转流动为在所述前缘处从所述吸力侧到所述压力侧旋转，或在所述前缘处从所述压力侧到所述吸力侧旋转。

2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，包括设置在所述第一位置处的加热装置和/或循环装置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述叶片除冰系统布置成提供从所述第一位置穿过所述第一通道到所述第二位置的被加热流体的流动，以及从所述第二位置穿过所述加热通道到所述第一位置的被加热流体的流动。

4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，并且其中，所述前缘腔形成所述加热通道。

5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述背部表面将所述加热通道和所述第一通道分开。

6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一通道布置在前缘抗剪腹板或翼梁的前缘翼梁侧与后缘抗剪腹板或翼梁的后缘翼梁侧之间的空间中。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一通道布置在所述前缘腔内部。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，包括在所述第一通道与所述加热通道之间的多个孔，所述多个孔沿着所述风力涡轮机叶片的所述纵向方向分布。

9.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多个孔构造为在第一方向上将被加热流体引导到所述加热通道中，所述第一方向在所述孔与所述前缘之间与第二方向形成第一角。

10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一角为大于10度。

11.根据权利要求8-10中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多个孔包括流体引导元件，以在所述第一方向上引导被加热流体。

12.根据权利要求8-11中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多个孔定位在距所述吸力侧的第一孔距离处，并且在距所述压力侧的第二孔距离处，并且其中，所述第二孔距离比所述第一孔距离更长。

13.根据权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二孔距离是所述第一孔距离的两倍以上。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述加热通道包括沿着所述加热通道的所述纵向方向分布的多个引导结构，所述多个引导结构构造为：影响穿过所述加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕所述主流动方向的旋转流动。

15.根据权利要求14所述的风力涡轮机叶片，其中，所述引导结构包括引导表面，所述引导表面具有引导表面法线，所述引导表面法线与所述主流动方向形成引导角，所述引导角为大于0度且小于90度。

16.用于对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述风力涡轮机叶片包括：根部端和末梢端、前缘和后缘、吸力侧和压力侧、以及在所述前缘与背部表面之间的内部前缘腔，所述背部表面由在所述吸力侧与所述压力侧之间延伸的至少一个内部抗剪腹板或翼梁的翼梁侧形成，所述风力涡轮机叶片进一步包括第一通道，所述第一通道从第一位置纵向地延伸到第二位置，其中，所述第二位置在所述末梢端与所述第一位置之间，并且所述风力涡轮机叶片进一步包括加热通道，所述加热通道沿着所述风力涡轮机叶片的所述前缘从所述第二位置纵向地延伸到所述第一位置，所述加热通道和所述第一通道成流体连接，所述方法包括：

- 提供穿过所述第一通道和所述加热通道的被加热流体的流动，穿过所述加热通道的被加热流体的流动具有沿着所述风力涡轮机叶片的纵向方向的主流动方向，以及

- 影响穿过所述加热通道的被加热流体的流动，导致被加热流体围绕所述主流动方向的旋转流动。

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