CN113167222A - 风力涡轮机的叶片、风力涡轮机和防止叶片结冰的方法 - Google Patents

风力涡轮机的叶片、风力涡轮机和防止叶片结冰的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机（1）的叶片（6），所述叶片（6）包括：接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片（6）连接到所述风力涡轮机（1）的毂（4）；活动的附加构件（17），所述活动的附加构件（17）由对应的调节致动器致动以改变所述叶片（6）的空气动力学性质；以及通道（10），所述通道（10）被构造成将介质从所述接头区段供应到所述活动的附加构件（17）。本发明还涉及一种风力涡轮机，以及一种防止所述叶片结冰的方法。

Description

风力涡轮机的叶片、风力涡轮机和防止叶片结冰的方法
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机的叶片、一种风力涡轮机以及一种防止所述叶片结冰的方法。用于风力涡轮机的常规叶片包括：接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片连接到所述风力涡轮机的毂；以及活动的附加构件，所述活动的附加构件由对应的调节致动器致动以改变所述叶片的空气动力学性质。在寒冷气候条件下，存在活动的附加构件可能冻结并被卡住的危险，并且所述活动的附加构件将失去其主要功能。
背景技术
常规上，如果活动的附加构件被卡在打开或冻结位置中，则所述风力涡轮机将随后进入安全模式，因此发电减少。
发明内容
可能需要一种用于风力涡轮机的叶片，以及一种可以防止所述叶片结冰的风力涡轮机。此需求可以由根据独立权利要求的主题来满足。本发明如从属权利要求中所阐述的内容那样进行进一步扩展。
根据本发明的第一方面，一种用于风力涡轮机的叶片包括：接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片连接到所述风力涡轮机的毂；活动的附加构件，所述活动的附加构件由对应的调节致动器致动，以改变所述叶片的空气动力学性质；以及通道，所述通道被构造成将介质从所述接头区段供应到所述活动的附加构件。
有利地，所述叶片设置有防结冰器件。所述通道将所述介质（例如经加热的空气）提供到所述活动的附加构件以防止所述活动的附加构件结冰。所述介质可以恒定地流动。流量优选地低，以便在待关闭所述活动的附加构件的情况下避免过高的压力。这将尽可能长时间地保持所述活动的附加构件无冰。所述叶片使得能够限制或控制叶片上结冰，从而确保所述活动的附加构件保持按设计那样操作，并维持所设计的涡轮机负载。
优选地，所述通道包括布置在所述叶片内的软管或管道。
优选地，所述通道包括大致沿着所述叶片的纵向方向从所述接头区段延伸的第一通道区段和从所述第一通道区段朝向所述活动的附加构件延伸的第二通道区段。
根据本发明的第二方面，一种风力涡轮机包括塔架和转子，所述转子安装在所述塔架的顶部上以围绕旋转轴线旋转，其中所述转子具有毂和多个上述叶片。每一叶片经由所述接头区段连接到所述毂。
然而，可能出现结冰变得越来越严重并且所述（热）介质不足以维持所述活动的附加构件无冰的情况。
优选地，针对此情况，所述风力涡轮机进一步包括被构造成检测所述活动的附加构件的第一结冰条件的第一除冰设备，其中如果所述第一除冰设备检测到所述活动的附加构件的所述第一结冰条件，则所述第一除冰设备使所述调节致动器致动所述活动的附加构件。更优选，当所述叶片或其环境的温度低于预先确定的温度时，检测到所述第一结冰条件。
有利地，所述活动的附加构件的强制移动（打开/关闭）可以防止其变得冻结，很像俯仰运动。由于每次打开/关闭所述活动的附加构件时周围的流量改变，因此此效果还可以具有从漩涡发生器（VG）脱去冰的益处。
然而，可能发生如果所述活动的附加构件完全冻结，则其并不适当地对调节致动器作出响应的情况。
优选地，针对此情况，所述风力涡轮机进一步包括：被构造成检测所述活动的附加构件的第二结冰条件的第二除冰设备；以及被构造成改变所述叶片的俯仰角的俯仰致动器，其中所述俯仰角围绕所述叶片的纵向轴线进行测量。如果所述第二除冰设备检测到所述活动的附加构件的所述第二结冰条件，则所述第二除冰设备使所述俯仰致动器改变所述叶片的所述俯仰角。优选地，当所述活动的附加构件的实际移动并不对应于如由所述调节致动器确定的所述活动的附加构件的目标移动时，检测到所述第二结冰条件。
然后，所述风力涡轮机的涡轮机可以减速并增加俯仰角以改变叶片周围的流量，以便从所述活动的附加构件脱去冰，然后停止所述涡轮机并垂直于风对所述叶片进行俯仰调整，使得潜在地，可以按此方式脱去冰。此策略可以包括操作角与停止角之间的任何俯仰角，以试图脱去冰。当活动的附加构件开始正常响应时，可以恢复所述操作。可替代地，如果检测到所述活动的附加构件完全冻结并且无俯仰调整将脱去冰以恢复正常功能，则可以在不操作所述活动的附加构件的情况下操作所述涡轮机。
根据本发明的第三方面，提供一种防止风力涡轮机的叶片结冰的方法。所述风力涡轮机包括塔架和转子，所述转子安装在所述塔架的顶部处以围绕旋转轴线旋转，其中所述转子具有毂和多个叶片，其中每一叶片包括：接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片连接到所述风力涡轮机的所述毂；活动的附加构件，所述活动的附加构件由对应的调节致动器致动以改变所述叶片的空气动力学性质；以及通道，所述通道被构造成将介质从所述接头区段供应到所述活动的附加构件。所述方法包括通过所述通道将所述介质从所述接头区段引导到所述活动的附加构件的步骤。
优选地，所述方法进一步包括用以检测所述活动的附加构件的第一结冰条件的第一除冰步骤；其中如果所述第一除冰步骤检测到所述活动的附加构件的所述第一结冰条件，则所述第一除冰步骤使所述调节致动器致动所述活动的附加构件。更优选地，当所述叶片或其环境的温度低于预先确定的温度时，检测到所述第一结冰条件。
优选地，所述方法进一步包括：用以检测所述活动的附加构件的第二结冰条件的第二除冰步骤；以及被构造成改变所述叶片的俯仰角的俯仰致动器，其中所述俯仰角围绕所述叶片的纵向轴线进行测量；其中如果所述第二除冰步骤检测到所述活动的附加构件的所述第二结冰条件，则所述第二除冰步骤使所述俯仰致动器改变所述叶片的所述俯仰角。更优选地，当所述活动的附加构件的实际移动并不对应于如由所述调节致动器确定的所述活动的附加构件的目标移动时，检测到所述第二结冰条件。
必须注意，已经参考不同主题描述了本发明的实施例。特别地，已经参考装置类权利要求描述了一些实施例，而已经参考方法类权利要求描述了其它实施例。然而，本领域技术人员将从以上和以下描述获悉，除非另外通知，否则除了属于一类主题的特征的任何组合以外，关于不同主题的特征之间、特别是装置类权利要求的特征和方法类权利要求的特征之间的任何组合也都被认为与此申请一起公开。
附图说明
本发明的上文限定的方面和其它方面根据将在下文中描述的实施例的示例显而易见并参考所述实施例的示例进行解释。将在下文中参考实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于所述实施例的示例。
图1示出风力涡轮机及其不同元件；
图2示出具有附加构件的风力涡轮机叶片；并且
图3示出处于激活位置的相同附加构件，其中所述附加构件被转动到最大失速效果。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意，在不同的图中，类似或相同的元件设置有相同的附图标记。
图1示出风力涡轮机1。风力涡轮机1包括机舱3和塔架2。机舱3安装在塔架2的顶部处。机舱3借助于偏航轴承相对于塔架2可旋转地安装。机舱3相对于塔架2的旋转轴线称为偏航轴线。
风力涡轮机1还包括带有三个转子叶片6的毂4（其中的两个转子叶片6绘示在图1中）。所述叶片经由接头区段（未示出）连接到毂4。毂4借助于主轴承7相对于机舱3可旋转地安装。毂4围绕转子旋转轴线8可旋转地安装。
此外，风力涡轮机1包括发电机5。发电机5继而包括使发电机5与毂4连接在一起的转子10。毂4直接连接到发电机5，因此风力涡轮机1称为无齿轮直驱式风力涡轮机。此发电机5称为直驱式发电机5。作为替代方案，毂4还可以经由齿轮箱连接到发电机5。此类风力涡轮机1称为齿轮式风力涡轮机。本发明适于两种类型的风力涡轮机1。
发电机5容纳在机舱3内。发电机5被布置成和准备好用于将来自毂4的旋转能量转换成呈AC功率形式的电能。
图2示出风力涡轮机1的风力涡轮机叶片6。每一叶片6具有活动的附加构件17，活动的附加构件17由致动器致动以改变叶片6的空气动力学性质。
附加构件17被设计为扰流片。此处，扰流片17布置在叶片6的前边缘附近，但是也可以布置在叶片6的后边缘附近。附加构件17容纳在叶片6中的凹部16中，并且可以通过致动器的激活围绕铰链18转动。在图2中，示出扰流片17处于其正常停用位置，在所述正常停用位置处，无扰流效果，并且不期望失速。
图3示出处于激活位置的相同附加构件17，其中附加构件17通过致动器转动到最大量，使得失速效果最大。
根据本发明，附加构件17无需形成为扰流片。附加构件17可以具有能够改变叶片6的空气动力学性质的任何其它构造。
叶片6进一步包括通道10，通道10被构造成将介质从所述接头区段供应到活动的附加构件17。所述介质可以是空气。所述空气可以由加热器（未示出）加热，并且在预先确定的压力下由泵（未示出）泵送到通道10中。所述介质可以恒定地供应到活动的附加构件17，或者所述介质可以在叶片6或其环境的温度低于预先确定的温度时供应到活动的附加构件17。所述加热器和所述泵可以并入机舱3或塔架2中。
通道10可以形成为布置在叶片6内的柔性软管或刚性管道。通道10包括大致沿着叶片6的纵向方向从所述接头区段延伸的第一通道区段11和从第一通道区段11朝向活动的附加构件17延伸的第二通道区段12。
风力涡轮机1进一步包括被构造成检测活动的附加构件17的第一结冰条件的第一除冰设备，其中如果所述第一除冰设备检测到活动的附加构件17的第一结冰条件，则所述第一除冰设备使所述调节致动器致动活动的附加构件17。如果检测到所述第一结冰条件，则可以恒定地致动活动的附加构件17。当叶片6或其环境的温度低于预先确定的温度时，可以检测到所述第一结冰条件。所述第一除冰设备可以由连接到所述调节致动器的控制器的温度传感器形成。
风力涡轮机1进一步包括：被构造成检测活动的附加构件17的第二结冰条件的第二除冰设备，以及被构造成改变叶片6的俯仰角的俯仰致动器，其中所述俯仰角围绕叶片6的纵向轴线进行测量。如果所述第二除冰设备检测到活动的附加构件17的第二结冰条件，则所述第二除冰设备使所述俯仰致动器改变叶片6的俯仰角。当活动的附加构件17的实际移动并不对应于如由所述调节致动器确定的活动的附加构件17的目标移动时，可以检测到所述第二结冰条件。可替代地，所述第一和第二结冰条件可以是相同的。
详细地，可以将能够由移动传感器检测到的活动的附加构件17的实际移动与活动的附加构件17的目标移动进行比较。如果活动的附加构件17的实际移动与目标移动之间的差超过预先确定的值，则可以检测到所述第二结冰条件。所述第二除冰设备可以由连接到所述俯仰致动器的控制器的移动传感器形成。
应注意，术语“包括”并不排除其它元件或步骤，并且“一（a）”或“一（an）”并不排除多个。而且，可以组合关联不同实施例描述的元件。还应注意，权利要求书中的附图标记不应解释为限制权利要求书的范围。

Claims (14)

1.一种用于风力涡轮机（1）的叶片（6），其包括：
接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片（6）连接到所述风力涡轮机（1）的毂（4）；
活动的附加构件（17），所述活动的附加构件（17）由对应的调节致动器致动，以改变所述叶片（6）的空气动力学性质；以及
通道（10），所述通道（10）被构造成将介质从所述接头区段供应到所述活动的附加构件（17）。
2.根据前一权利要求所述的叶片（6），
其中，所述通道（10）包括布置在所述叶片（6）内的软管。
3.根据前述权利要求中的任一项所述的叶片（6），
其中，所述通道（10）包括布置在所述叶片（6）内的管道。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的叶片（6），
其中，所述通道（10）包括大致沿着所述叶片（6）的纵向方向从所述接头区段延伸的第一通道区段（11）和从所述第一通道区段（11）朝向所述活动的附加构件（17）延伸的第二通道区段（12）。
5.一种风力涡轮机（1），其包括塔架（2）和转子，所述转子安装在所述塔架（2）的顶部处以围绕轴线旋转（8）旋转，其中，所述转子具有毂（4）和多个根据前述权利要求中的任一项所述的叶片（6），其中，每一叶片（6）经由所述接头区段连接到所述毂（4）。
6.根据前一权利要求所述的风力涡轮机（1），
其进一步包括被构造成检测所述活动的附加构件（17）的第一结冰条件的第一除冰设备；其中
如果所述第一除冰设备检测到所述活动的附加构件（17）的所述第一结冰条件，则所述第一除冰设备使所述调节致动器致动所述活动的附加构件（17）。
7.根据前一权利要求所述的风力涡轮机（1），其中，当所述叶片（6）或其环境的温度低于预先确定的温度时，检测到所述第一结冰条件。
8.根据前述权利要求5至7中的任一项所述的风力涡轮机（1），
其进一步包括被构造成检测所述活动的附加构件（17）的第二结冰条件的第二除冰设备；以及
被构造成改变所述叶片（6）的俯仰角的俯仰致动器，其中，所述俯仰角围绕所述叶片（6）的纵向轴线进行测量；其中
如果所述第二除冰设备检测到所述活动的附加构件（17）的所述第二结冰条件，则所述第二除冰设备使所述俯仰致动器改变所述叶片（6）的所述俯仰角。
9.根据前一权利要求所述的风力涡轮机（1），
其中，当所述活动的附加构件（17）的实际移动并不对应于如由所述调节致动器确定的所述活动的附加构件（17）的目标移动时，检测到所述第二结冰条件。
10.一种防止风力涡轮机（1）的叶片（6）的结冰的方法，所述风力涡轮机（1）包括塔架（2）和转子，所述转子安装在所述塔架（2）的顶部处以围绕轴线旋转（8）旋转，其中，所述转子具有毂（4）和多个叶片（6），其中，每一叶片（6）包括：接头区段，所述接头区段被构造成将所述叶片（6）连接到所述风力涡轮机（1）的所述毂（4）；活动的附加构件（17），所述活动的附加构件（17）由对应的调节致动器致动以改变所述叶片（6）的空气动力学性质；以及通道（10），所述通道（10）被构造成将介质从所述接头区段供应到所述活动的附加构件（17），其中，所述方法包括通过所述通道（10）将所述介质从所述接头区段引导到所述活动的附加构件（17）的步骤。
11.根据前一权利要求所述的方法，其进一步包括：
用以检测所述活动的附加构件（17）的第一结冰条件的第一除冰步骤；其中
如果所述第一除冰步骤检测到所述活动的附加构件（17）的所述第一结冰条件，则所述第一除冰步骤使所述调节致动器致动所述活动的附加构件（17）。
12.根据前一权利要求所述的方法，
其中，当所述叶片（6）或其环境的温度低于预先确定的温度时，检测到所述第一结冰条件。
13.根据前述权利要求10至12中的任一项所述的方法，
其进一步包括用以检测所述活动的附加构件（17）的第二结冰条件的第二除冰步骤；以及
被构造成改变所述叶片（6）的俯仰角的俯仰致动器，其中，所述俯仰角围绕所述叶片（6）的纵向轴线进行测量；其中
如果所述第二除冰步骤检测到所述活动的附加构件（17）的所述第二结冰条件，则所述第二除冰步骤使所述俯仰致动器改变所述叶片（6）的所述俯仰角。
14.根据前一权利要求所述的方法，
其中，当所述活动的附加构件（17）的实际移动并不对应于如由所述调节致动器确定的所述活动的附加构件（17）的目标移动时，检测到所述第二结冰条件。
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