CN1705823A - 风设备的防结冰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明的技术方案是一种产生电能的包括所述除冰和抗冰装备的风能转化系统(下面称为WECS),以及防止和消除在WECS的转子叶片上的冰层的方法。该WECS(1;1’;1”;1”’)是以下类型,其包括:易于支撑所述WECS(1;1’;1”;1”’)并将其固定于地面或基底的塔(4;4’),位于所述塔(4;4’)上的舱(3),其连接用于转换转子的旋转运动以便产生即将引入电[电栅格]的电能并用于管理和操作所述WECS(1)的可能的电装置的第一装置(9,IN,10;TR),以可相对于所述舱(3)转动的方式与所述舱(3)相连的转子(2),所述转子(2)包括多个叶片(5)并由于打击所述叶片(5)的风(V)而易于旋转,其中所述WECS(1;1’;1”;1”’)内部包括第二装置(2E,19,21),用于使在所述转子(2)的所述叶片(5)的内部限定的容积(14,15)内的流体(F;F’;F”;F”’)流动。本发明的特征在于转子的叶片(5)在外表面(5S)的至少一部分上包括孔(12),孔(12)与所述叶片(5)内的所述容积(14,15)的流体相连并易于实现所述叶片(5)外部的所述流体(F;F’;F”;F”’)的至少一部分的喷出,从而流体热动力地与打击有所述孔(12)的表面(5S)的至少所述部分的所述风(V)和/或可能出现在所述叶片(5)的所述外表面(5S)上的水和冰相互影响。
Description
本发明的技术内容为一种应用于风能转化系统(下面称为WECS)的不结冰和防结冰装置、一种含有所述不结冰和防结冰装置的风能转化系统(WECS)以及一种防止和避免在风能转化系统(WECS)中的风轮机的动叶片上的冰层的方法。更具体的,提供一种系统,用于当系统在确定的气候和环境条件下操作时防止和/或消除在WECS的动叶片上生成的冰层。
在翼型上更具体的在风轮机动叶片上的冰层,严重影响了所述部件的流体动力属性。尤其是,关于单独翼型和叶片的升和拉是作为具有三维扩展的整体,因此沿着相关表面的压力分布会显著变化。通常很难超前地看出这些因素会如何依据表面上的冰的沉积而变化。因此,操作中的叶片除了遭受到风轮机的一般空气动力学效率的显著损失以外,还遭受到相对于设计状况的不同的弯曲和扭转压力。
总之,当动叶片上出现冰时由WECS转子产生的功率就大大小于在没有结冰时所产生的功率。为此人们必须对于设计状况而增加该显著问题,即叶片由于沿着相关表面出现的冰所引起的增加的和不同的质量分布因此具有完全改变的静态和动力行为。
而且,在这种操作状态下,无论是按照对于靠近系统的人或物的安全性还是系统本身失效和毁坏的可能性,都存在着一个不可忽视的关于WECS安全性的问题。实际上,如果叶片与其表面上的冰一起运作,则可能会在完全未预料到的方式下发生冰块飞离叶片的情况。
该事件会造成下列事实:
1)这些冰块击中系统附近的物体或人;
2)假如风轮机转子正在运行中,则会产生突发的且几乎不可预料到的本质上属于空气弹性变形属性的结构压力。
由于最后一代WECS所固有的重要尺寸,其转子可能会具有九十米的直径且塔会达到一百米高,一旦出现冰飞出的情况,则突发的且不可预料的重要的大冰块就会象子弹一样从叶片飞出,从而对附近环境造成严重损坏。从该事件引发的相关结果在合法的形式下也并非不可能,其可以凭直觉而容易地想到。
与第2)点相关的问题一点也不是小问题。当WECS正在操作时,气动弹性属性的结构性振动不但会在单个叶片上而且还会在整个系统上产生显著的结构压力。结构谐振的现象会导致叶片的失效(一种情况是作为叶片表面上的压力分布的不易预见的“摆动”现象可能会与所设计的情况极不相同)以及整个系统的失效(根据文献作品而著名的20世纪初由于狂风而造成的桥梁的倒塌)。
由于叶片上出现冰而导致WECS停止的上述原因可以检测出。这种停止可能会依据问题的严重程度而具有或长或短的持续时间。实际上,如果不能通过现有的除冰装置来充分地消除冰,那么结果就可能是:无论是否具体安装在能形成冰的临界区域,该系统都仅仅在每年有限的天数期间可以使用。现有的评估表明系统连续运作会造成大约普通年生产的20-50%的电力损失。
目前已经知道几种试图解决WECS叶片上的冰层的麻烦问题的方案。应用于该领域的这些系统充分遵循三个操作原理:
I)利用沿着热太阳辐射的叶片表面吸收的热量;
II)定位与冰层相关的叶片表面的热量
III)使叶片体内的热空气循环从而通过内部热传导将热量传到与冰层相关的叶片外部表面。
很明显第一种系统只有在出太阳时才会有一些效果,因此仅仅在具有好太阳辐射的天气和气候条件下才有用。但是由于大多数危急操作条件都是在易于结冰的夜晚,因此这些系统在恰恰最需要它们的时刻反而是无效的。
II)中的系统通常利用电阻的或导热材料的板,并将它们嵌入叶片表面里面加热以获得焦耳效应。这些板在构造应用于叶片的薄层的附加的导电体期间,尤其在易于结冰的地区被加热。
所述类型的系统看起来倾向于为了在WECS操作期间防止结冰并且在系统停下的瞬间消除形成于叶片上的冰。但是它们显示出这种缺陷:到目前为止这些类型的解决方案仅仅用在非常少的系统上并几乎全部用于教学。
实际上,为了有效操作,II)类型的除冰和抗冰设备首先需要非常复杂的冰层控制和管理机构。这些机构利用冰定位传感器、控制和管理处理软件,该软件易于控制电力向有危险的或结冰的地区供应。最终WECS的复杂性、成本、可靠性和维修问题都变得显著。
而且,通过焦耳效应加热板所必需的电力会表现出一点也不可忽视的WECS的总产出能量的共享部分,并且在确定条件下它甚至可以吸收非常接近于产出量的电能量。因此导致该系统的实际效率彻底降低,并且在临界操作状态下具有非常令人不满意的产出。
还有一个缺陷是当WECS停下时,即转子在没有生产电力的情况下运动时,防止或消除冰层所需要的电力必须取自[电栅格],并且该系统在这些状态下是无利的。
而且,粘在叶片表面上的所述导热板很容易耗尽,因此需要经常的维修工作并降低了用于产生电力的机器的有效性。基本由金属材料制成的所述板还是大气[闪电]的招引者。螺栓不仅可以严重损坏除冰和抗冰装置,而且还可损坏现有的电设备和机器,并且在某些情况下可导致已卸下螺栓的转子的失效。
一旦对所述板供应重要的电力,则会产生非常强的静电旋转磁场,并且因此在WECS周围造成污染和不期望的电磁噪音效应。
所述解决方案还有不可忽视的缺陷,即当这种除冰和抗冰设备结合入叶片结构以及叶片结构的任何插入设备中时,由风轮机制造商给出的任何保证就丧失了。
另外,已经试验地验证过:在确定的环境和气候条件下冰可以形成在叶片表面上的任何地方,叶片可能几乎完全由导热板覆盖。
因此制造和维修成本达到非常昂贵的水平,这和系统的不一定高的总效率一起会断然造成没有利益。
对于III)类型的系统来说,它存在专利文献,这些文献显示出用于使叶片体内的加热空气循环的装置,适于通过构成叶片体的材料的内部热传导而加热它以及外部表面。一种实例是德国专利DE19621485,其内容可以参照相关解决方案的说明和细节。
在所述专利中,对每个叶片采用了由扇控制的内部气体的再循环,且通过电阻加热空气。所有部件位于转子中心。尤其是,设置两个管,其改造叶片的主要部分中的被加热气体,而一个管适于将其从叶片的尾部拔出从而允许空气的内部再循环。
所述解决方案显示出这种特性,即在叶片的远端上具有小输出孔从而防止了冷凝水的存储,冷凝水的流体距离热发生器较远因此较冷。叶片的远端实际上是较容易结冰的点。为了尽可能地将更多的热带到所述端,还可以在叶片内靠近主要边缘的地方提供导热材料如铝的连续支持。由于转子叶片通常由导热性降低的合成材料制成例如树脂玻璃,因此该解决方案适于产生对于加热的有效热桥。
该系统显示出以下缺点。首先是,由于具有叶片的实际尺寸,因此其厚度可以达到大约60mm,因而必须向叶片内的循环空气供应许多热能以便有效加热含有相关外部表面的整个叶片体。假想我们成功地供应并传输所有必需的能量以获得抗冰效应,则装配有该系统的风轮机在当有结冰危险时就会显示出非常低的效率。这是因为为了加热叶片表面,我们必须加热整个叶片整体,则即将被转化为热量的主要的电能量实际上就很显著。
还知道在旋转元件内利用扇也是被扇制造商所高度阻止的,这是因为由于扇的旋转部分上的科里奥利力的作用因此会有故障和崩溃的高度可能性。
总之,强制空气循环的所述解决方案可能只有在当系统停下时才可实际实施,并具有我们能容易设想出的所有引发的后加限制。
德国实用新型DE20014238U1也是公知的。在该文献中空气在叶片体内以这种方式循环,即通过风轮机发动机舱中容纳的电气装置的废热来加热空气。由于强制空气循环的扇位于装备的发动机舱中,因此可利用还能够与操作中的转子一起操作的通风系统。还在叶片的每一个内提供连续加热的空气分布系统。
所实现的实例由于利用了用于在电气装置的废热和叶片内的循环空气之间实现热交换的中间流体,因此具有非常复杂并且很难实施的缺陷。
而且,它还具有已经从先前引用的德国专利‘485中看出的同样缺点,即由弱导电材料构成的叶片的显著厚度不可确保叶片表面的有效并高效的加热。
另外,通过电气装置内部的流体的强制循环所供应的热量并不一定足以避免尤其在临界环境条件下结冰的问题。为此,始终必须增加一致量的热量,典型地通过焦耳效应所获得的。
要强调的是一定要弱导热材料构成叶片,这会显著地危害流体和叶片体之间的有效热交换。综合而言,即使通过插入能达到叶片远端的导热金属部分而使叶片构造复杂,装备仍然会显现出弱的有效性。如果从电栅格取出大量电力以便加热风轮机的叶片体则功效增加,但具有在临界操作状态下WECS的总效用很差的缺陷。
总之,所述专利的解决方案确实选出了热传输的类型,即从叶片体到外部表面的热量内部对流表现出了对于除冰和抗冰效用的主要局限。这类解决方案事实上导致为了预期目的而利用了大量热能,并且不能仅将热量传到涉及冰的叶片的具体表面区域。尤其是,最可能结冰的叶片的尖端区域正好是具有最低温度的所述内部气流到达的区域,其已经将热量移交到靠近叶片根部的区域。
本发明的目的是解决现有技术的上述缺陷,并给出可以用于风能转化系统中的显著改进的除冰和抗冰装备。
在该范围内,本发明的目的是实现简单并可靠的除冰和抗冰装备,其需要较少的维修工作并显示出降低的实现和实施成本。
本发明的另一目的是相对于利用已知解决方案的系统,以决定性的方式增加一年中WECS可连续工作的天数。根据本发明的除冰和抗冰装备还可完全避免专门由于冰、或叶片上的实际冰层而造成的停工。
还有一目的在于保证WECS尤其在对于结冰的临界操作状态下具有高效用,避免停工的必要。
根据本发明的除冰和抗冰装备的另一目的在于当转子空转时即发电机不产生电力时仍显示抗冰属性。这种系统实际上可避免利用外部电源,如取自电栅格的f.i.电能。
另一目的在于对单独转子叶片便于维修工作,尤其是清洁表面。实际上与风轮机的操作相关联的问题是撞击叶片的流体中的有机和无机残渣的沉积,其特别积聚在与叶片轮廓的边缘相对应的区域上,从而改变其动力学特征。
另一目的在于降低由于风轮机叶片的旋转而造成的发声水平。
另一目的在于避免或减少所述固体沉积物在叶片上的增长和积聚。
为了达到所述目的,本发明的技术方案是一种除冰和抗冰装置,一种包括所述除冰和抗冰装置的WECS以及一种防止和消除在WECS中的风轮机的转子叶片上的冰层的方法,具有所附的权利要求的特性,它们是本说明书的完整部分。所述除冰和抗冰装置以及相应方法采用了在WECS领域中完全新的解决理念。
通过下面仅作为说明性并且非限定性的实例给出的详细说明以及附图,可以清楚地理解本发明的目的、特征和优势。其中:
-图1显示为根据本发明的WECS中的风轮机的横向示意和局部截面图;
-图2显示了图1中的系统的一部分的视图,尤其显示了风轮机的叶片的一部分;
-图3显示了图2中细节的二维剖面;
-图4显示为图2中的一部分细节的可能实施例的截面图;
-图5示意地显示了实现图2中细节的方法;
-图6进一步显示了图4的细节;
-图7和图12分别显示了图1中的风轮机的第二细节及其变形体的横向、局部截面图和原理图;
-图8解释了与图1相同的视图,其包含WECS的气流行为的操作细节;
-图9显示了根据本发明的整个WECS的变形体的有关气流的行为的示意图;
-图10和图14以示意性局部截面图的形式分别显示了根据本发明的WECS的可能构造的第二和第三种变形;
-图11显示了图10中WECS的细节的几种可能实施例的前视图;
-图13显示了图12中的WECS的一部分细节的顶视图。
图1中示意地显示了用于产生电力的WECS,作为整体由1表示,其被流体或风撞击,由箭头V表示。该系统包括公知的结构元件,象整个由2表示的转子、舱3和塔4。塔4设置在设计安装系统1的地方的地里或底部。依据风的特性通过公知装置和设备来定向位于塔4上的舱3,为了简单起见不显示这些公知装置。
转子2的特征在于事实上在它的中心具有易于安装到WECS 1的风轮机的旋转轴7上的轴心2F。所述轴心2F携带着刚性连接到其整体结构的适配器或“延伸器”2E。该适配器2E设计用于在转子2的每一个叶片5的内部进行螺栓连接,可以从图7和12中看出。所示实例中的转子2具有三个叶片5,它们彼此基本相同。在与所述转子2相连的舱3的前部上,具有易于执行空气动力学和结构性功能的流线体或旋转器6。在舱3里面,尤其正好在囊11(下面将更好地说明其特性)内,包含着易于将转子2的旋转动作转化为电能的所有部件,它们尤其能改变用于供应连接到WECS1的电栅格的电流。
在所述的本发明的解释性但非局限性的实例中,我们可以注意到,同步电动机9的转子2和转动部R分别从外面到里面以公知的方式安装到轴7上,如图1示意性所示。所述轴7可以相对于WECS1的风轮机的舱3的固定支撑8而转动。在该支撑8上电动机9的静态部S面向转动部R以公知的方式依次固定,从而当转动部R运动时并且同步电动机9通电时允许生成电流。产出的电流送到中间电路或反相器IN然后前进到电栅格,其具有合适的频率和设计的电压。在舱3内部还具有电气连接到反相器IN和/或电栅格的电单元10,其包含备用电系统,对于WECS1的部件操作所必需的所有电机设备该系统均可供电。这些部件例如有小电动机,其控制舱的子分布系统,即依据风的特性的转子2的叶片5的倾斜或“斜度”,或检测风的强度和方向的风力表,或控制所述装置的操作的计算机以及许多其它的公知电气装备,为了简化起见不显示这些装置。
固定于舱3上的囊11基本封闭并由具有弱导热特性的材料构成,例如树脂玻璃类型的复合材料。以这种方式,可以识别在WECS1的风轮机内部循环的空气的累计量。与外部环境热绝缘的空气通过与位于囊11内的电设备9、10的受热部相接触而被加热。
同样的囊11出现在后部或多个开口11A,流体通过位于舱3后部上的一个或多个开口3A而连接到囊11内的进气口外面。前面具有在前壁11P上获得的一个或多个通窗11L,其允许通过囊11的开口11A吸空气以从积聚体通过到转子2的轴心2F。
在图1中,还显示出叶片5的顶部5E,在其表面5S上显示出一些与叶片5的内部联通的开口或孔12。这些叶片5具体可在图2和3中详细看出,其中分别显示了由风V冲击的顶部5E的远景图,以及叶片5的普通截面图5P或轮廓。
所述孔或开口12可以是圆形、椭圆形或任何其它部分。所述孔12还可以随着位于其上的表面5S区域而具有相同或不同的形状,可以根据特定研究和数学试验调查来选择它们的特性。
图2显示了叶片5的顶部5E,其表面5S上具有接近于其前沿的第一套开口或孔12以及接近于其尾沿的第二套孔12T。所述沿是指与沿着叶片5的纵向发展的截面5P相关的各个叶片5的轮廓。通过F箭头显示了通过所述表面5S开口或孔12的气流。
顶部5E的内部由两个隔板13A和13B分离开,如图3中清楚地示出,这实质限定出三个容积:对应于第一套12L孔12的第一容积14、对应于第二套12T孔12的第二容积15、以及最后的含在其它两个之间的即位于相应于轮廓的中部的第三容积16。在第三容积16里面,定位有两个根据公知技术与叶片5表面5S相连的具有支撑功能的梁17A和17B。每个叶片5的表面5S由分别为上和下的两个半壳5U和5L构成,两个半壳通常由复合材料象树脂玻璃制成。
在图4中,显示了叶片5表面5S上提供的三个不同的可能孔12结构,即:
1)图4a中显示了第一类型,其中孔12具有对于空气从叶片5的内部表面5Si流向外部表面5Se的恒定部分;
2)图4b中显示了第二类型,其中孔12是分叉的并显示出实质垂直于叶片5外部的电流V的方向的正交轴,如实例1);
3)图4c中显示了第三类型,替代地显示出具有实质平行壁和倾斜轴的孔12,形成了对于垂直于外部表面的轴的确定的锐角,其具有这种定向即流出空气具有跟随外部电流V的方向的方向。
在图2和3中,还显示了当根据本发明的除冰和抗冰装备操作时在叶片内的气流循环的行动。下面将更好地解释这种行动。图2中已经通过箭头F1显示出了关于第一容积14的气流,并通过箭头F2显示出了第二容积15中的气流。两气流F1和F2从各个叶片5的根部移动到其顶部。然后通过F指出在WECS1的风轮机内循环的流体流动,其从构成液体薄膜的孔12流出而正好到达表面5S,下面将更好地说明。
在图3中通过F显示出了从孔12流出的叶片5内的空气,其混入了流体电流V的外部。
图5和6显示了形成外部壳体即每个叶片5的外部表面5S的两个半壳5U和5L的具体制造。尤其是,所述半壳5U和5L是通过叠置大量的复合纤维板18而制成的,其中已经在孔或开口12内部实施过。以这种方式,可以克服由于为获得孔12的机械钻孔而造成的复合纤维变弱的问题。然后通过粘合或制作所述半壳5U和5L的其它公知方法来将这些板18结合,然后准备通过公知的技术方法将其装配在一起并装到支承叶片5结构上,这里为了简单起见就不做说明了。
图6在图6a-6c中显示了接近于每一个孔12的板18装备和构造。要注意,倾向于个体化构成每个孔12的通道的提供边界12B的板18已经制成以与叶片5表面5S上提供的每一个孔12轴排成直线。以前讨论过对应于孔12的类型的图4a、4b、4c的图6a、6b、6c。
图7在叶片5插入中心2F的位置上,尤其在根据穿过叶片5的中间平面的断面的局部截面装配图中,显示出了转子2中心2F的细节。还显示出了基本为圆柱形的延伸器2E的细节,其在侧面上具有一个面向舱3的囊11的嘴19。中心2F以这种方式制成,即它提供相应于囊11窗口11L的圆环,所述环由相应于每一个转子2叶片5的嘴19打断。在允许流体流经窗口11L到囊11的嘴19和延伸器2E的内部之间提供有公知的夹持元件20,为了简化这里不再详细说明。该夹持元件20易于允许空气从囊11流向嘴19然后到延伸器2E里面,而且即使转子2运动时即当WECS1的风轮机工作时也不会有任何外部泄漏。叶片5根5R与形成延伸器2E的所述圆柱体的一个基座啮合。
在图7中的截面图中通过21显示了易于使来自囊11和中心2F的内部气流偏转的内部挡板装备。尤其是,在叶片5里面提供有易于限定所述叶片5内的所述第一容积14的第一挡板21A,其以公知的方式连接于叶片5顶部5E的第一隔板13A。第二挡板21B以同样的方式结合到第二隔板13B以限定叶片5内的第二容积15。
结合到在前的挡板21A和21B的第三挡板21C设置在延伸器2E内以便一旦将叶片5装配到延伸器2E上就仅形成一个内挡板21,其用于阻挡两个容积14和15里面的气流循环。
图8显示了在WECS1的风轮机中的气流F循环,风轮机构成了用于根据本发明实现除冰和抗冰效应的装置,其具有下面将要解释的形态。
下面将说明在转子2操作中的WECS1的风轮机中循环的气流F路径。
气流F从舱3的开口3A流入,通过囊11的开口11A,到达由囊11的内部空间构成的积聚容积。这里它叠在电元件10、反相器IN上,并到达静态部S孔、电马达9旋转部R。气流F从这里,通过窗口11L,到达转子2中心2F,然后到达叶片5的内部,即第一和第二容积14和15。实际上,在中心2F里面,由于挡板21的出现因此气流F偏转(见图7),在具有通过图2和3中清楚地辨出的隔板13A和13B的各个叶片5的顶部5E里运动。以这种方式,在每一个叶片5里面产生两个单独的分别从叶片5的根部运动到顶部的气流F1和F2,一个在第一容积14内而另一个在第二容积15内,直到通过每一个叶片5的表面5S上提供的第一套12L和第二套12T孔12流出。
鉴于根据公知形式的转子2的旋转运动和相关动能,这种气流F行动实质上是由在内部和外部流之间产生的全压差导致的。
参照图2、3和4,从孔或开口12流出的气流F与冲击5的风V相互作用,并在与孔12相连的叶片5外部表面5E上即其下游产生气层或薄膜。由于公知的热和动力效应的这种空气薄膜使从直接冲击外部叶片5表面5S的风V的流体流偏转,从而加热该流体并防止风V的水分粒子聚集并结冰。
从孔12的这种流出防止了风V与表面5S的直接冲击,这不仅包括水分粒子,还包括具有对于空气流出量的相对小的质量的任何物体。例如,阻挡了大量积聚在风轮机转子叶片上的小昆虫,这迫使系统定时停下以便驱除它们。
将孔或开口12做得离每个叶片5轮廓5P的前沿和尾沿接近,这是由于它们是叶片温度最低并且施加于表面5S的风V的流体压力最高因而冰粒子增加的风险最大的点。在该实例中实现了这种具体的孔12装备,但在整个轮廓上还可有利地实现不同装备,例如还疏导第三容积16内的空气(见图3)。
为了更好地预防结冰的危险,便于产生不仅沿着与孔12有关的每个叶片5的完整轮廓5P而且沿着其外部表面5S而从孔12均匀流出的流体空气薄膜F。为此,空气会具有合适的热函内容,并且孔和导管的尺寸便于参照从孔12的流出速度而对流出空气F给出质量、压力、方向、韵律和强度的合适值。为此目的可以合适地设定孔12的尺寸,图4中显示出了一些实例。
已知,图4a中的孔12允许流体F垂直于风V流出,图4b中的孔允许压力恢复因此使流出速度慢下来,而图4c中的孔可以实际致力于对打击每个轮廓5P的风V的流体赋能。在航空学文献中公知的该赋能过程可以改善叶片5的全空气动力学性能并因此改善其空气动力学效能,从而增加了WECS1的全性能,即在风轮机主要支撑上获得了更大的能量。实际上,通过与在WECS1里循环的空气相关的适当热函内容,流出空气F可以达到该目标:具有对于打击每一个叶片5的表面5S的风V的流体的方向的确定角度。
总之,本发明致力于在开发在风轮机转子叶片的至少一部分上的流出空气流体的流体热动力效应的WECS中实现的除冰和抗冰装备,其依次具有肯定大于推动风轮机的风的热函内容。而且为了增加流出空气流体的热函内容的这种系统开发来自发电机中提供的电气设备的相同热量,在发电机的操作期间必须将其驱散。
实际上在所示出的WECS1中的流体F的行动可以显示出两个清楚不同的操作状态,即:
1)具有连接的转子R,因此具有来自WECS1中的囊11中提供的所有电气设备的产生电能和热消散;
2)具有电马达9闲的转子R,因此没有电能产生和热消散。
在状态1)中,取自WECS周围环境的具有基本等于周围压力的压力的空气在从聚集容积即从囊11中流出之前,在与囊11中提供的电气设备9、10、IN接触的该容积中加热。而且该空气失去潮湿并与WECS1的所有元件的壁相接触而压缩。因此从孔12中流出具有相对于打击叶片表面5S的风V的流体的较高温度和较大压力并具有非常低的潮湿程度的气流F。
状态2)与状态1)的不同在于在气流F和电气设备9、10、IN之间缺乏大的热交换,而所述现象和反冰效应的剩余也是不改变的。
要注意这样的事实:从孔12流出的流出空气F热动力地与流体相互影响,这不仅包括打击与开口12相关的外部表面5S的风(V)的流体,还包括可能出现在叶片5的外部表面5S上的任何其它流体或固体,象水或冰。WECS1风轮机实际上可以带着重大的雨操作,或带着以前形成的一些冰而操作。
另一点必须强调的是在除冰和抗冰装备中的气流F的跳动特性,至少在聚集容积即囊11和中心2F之间的通道中,并且从这里到叶片5的根部5R里面。
气流F实际上并不连续从囊11的窗口11L和中心2F嘴19通过,这是由于嘴19仅仅与每一个叶片5相关地定位。因此流体F在相关嘴19连接到窗口11L的每时每个叶片5里升高。每个叶片就这样在每转并且在转子2的确定的角度运动期间间断地供应。这种间断依照具有位于周围的几个窗口11L的囊的前壁11P,在相应于中心2F的嘴19的高度的高度上是可变的。最好所述窗口11L可形成基本连续的圆环。
这种间断确保了气流F较长时间地保持在积聚容积中,因此可以在每个叶片5的根部5R的入口获取较大的热函内容。
由于关于本发明的代表性但并不限制的实例的前面的详细说明以及操作,除冰和抗冰装备的下列优点将变得明显。
除冰和抗冰装备可简单并可靠的实现,一旦它的各个部件已做成合适的尺寸它就不需要任何控制系统。因此它显示出对于公知系统的降低的实现和实施成本,而且公知系统的效率较低。
而且由于它的简单和缺乏管理和控制系统(这会造成非常小的故障风险)因此它本质上可安全操作。
另一优势在于保证WECS的高效率,以及即使在操作状态下也能避免停下,这些尤其对于冰的增加都是危急的。总之,在WECS可以连续操作的一年中的天数相对于具有利用公知解决方案的系统而发生的显著增加了。
除冰和抗冰装备的这种效率是源于从孔流出的流体产生的热和流体动力效应。该热效应实质是源于具有增加的热函的边界热层的形成,其中水滴吸收热以便局部或整个蒸发,从而避免了在叶片表面上的冰层增加。流体动力效应存在于偏转中,其中在水滴和各种属性的打击粒子(例如昆虫、沙)上引起空气薄膜。该效应在特定的速度和颗粒尺寸下最大。
除冰和抗冰装备的另一优势在于即使在转子处于停下状态时或当发电机不产生电能时它们仍很有效率。该系统实际上不需要电能来准确操作,因此也不需要从电栅格引出电流,不像一些公知技术方案那样。
另一优势在于由于需要从转子叶片消除固体残渣因此减少了系统停工的次数和时间。
另外,所述系统不改变叶片的结构长度,并且制造商对转子叶片的保证保持有效。
另一优势关于降低了由旋转叶片产生的噪音,这归因于在从转子叶片的孔流出的流体和打击它的主要流体之间的良好的相互影响。
另一优势在于实质开发了由WECS中提供的电能装置所驱散的所有热量,以增加产生除冰和抗冰效应的循环流体的热函内容。换句话说,当转子停下时,几乎所有的不从WECS风轮机的主轴承/和从电栅格收集的能量为了除冰和抗冰目的而恢复。
很明显,根据本发明的WECS的除冰和抗冰装备的几种变形对于本领域普通技术人员来说是可以实现的,但并不离开本发明理念的新颖原则;还很明显在实际实施所述细节的形状时可以不同,并且这些细节可以由技术等价元件来替换。
图9显示了在可能实施例中作为整体的WECS的变形的示意图,由1’表示。相对于图8中的系统,所述变形在其部件上具有稍微不同的构造,其易于建立具有在相同图中显示的稍微改变的过程的内部气流F’。
尤其是,所述WECS1’是容纳携载塔4’内的电变压器TR的类型,即依据地面以便不具有其它太大的悬挂物。在塔4’的基底的临近变压器TR的地方提供有用于使WECS1’内的循环气流F’进入的进气口,从而进入的气流叠在所述变压器TR上。由于在该变形实施例中的囊11’在尾部关闭,因此这种进气口仅仅是设置在整个系统1’中的口。在交换还构成了气流F’的积聚容积的所述囊11’中,提供了通过塔4’连接流体的开口,以作为从塔4’到囊11’内的流体F的通道。
因此气流F’被吸入塔4’的基底,覆盖变压器TR并在塔4’上疏导,直到它流入积聚容积,即囊11’。其余路径与图1中的系统的情况完全相似。
在图9的变形中,在WECS里循环并从转子叶片孔流出的气流F还通过与变压器TR相接触而获取热量。
所述变压器可有利地配备有合适的鳍以便形成热量到气流的通道,以及设置在系统的舱中的电能设备。
必须指出,目前的系统可设计具有高度能达到大于一百米的塔。结果形成会促成还通过与塔的内壁接触的湿气浓缩的气流F’覆盖的附加路径,或可能在其里面盘绕和引导的路径。
所述变形有利地允许增加注定要在WECS的风轮机的叶片上施加流体热动力效应的气流F的热函内容,在相同的时间减少湿度等级。以这种方式改善了根据本发明的除冰和抗冰装备的效率,这是由于它能经受得住非常危险的有可能增加转子叶片上的冰层的周围环境。
在图10中,显示了除冰和抗冰装备的另一可能变形,以及含有该系统的WECS,在示意图中整个以1”表示,其中还显示了构成实现所述系统的主要装置的气流F”。
该变形与图1中的系统的不同之处在于在系统1”的囊和转子中心2F之间的在囊11之前的区域。在所述区域中在轴7上安置了面向囊11的前部11P的可动分配盘22。图11中显示了如何符合所述分配盘22以获得分配的实例,以及在转子2的每一个叶片5的根部5R里面的流体F”的这种不同间断。
所述分配盘22可以显示为插在盘22上的键孔22C之间(见图11),以及键入的系统1”的轴7、改变角度速度的装置。具体公知为减法/乘法机构和/或小马达的所述装置在此为了简化并不显示,其目的在于改变所述盘22对于紧固其上的轴7的角度速度。
在图11的11a图中,显示了仅具有一个孔22D的分配盘22的形式,其尺寸基本对应于其面对的转子2的中心2F的嘴19的尺寸。在图11b中,显示了具有三个孔的另一分配盘22’,每个孔22D具有盘22的单个孔22D的相同属性。在图11c中,显示了具有关于盘的中心不对称分布的形状为扇形的同样开口22S的分配盘22”。为了简化起见没有详细显示出插在在分配盘22和前壁11P之间,以及在盘22和嘴19之间的公知夹持装置。
分配盘22、22’、22”的不同构造有利地允许和改变角度速度的引用装置一起来获得不同的间断可能,其中气流F”进入WECS的叶片5中。
以这种方式,一旦校验流体的这种间断值没有改善在确定的操作和周围状态下WECS的除冰和抗冰装备的效率,就可以有利地获得可以通过试验测试获得的具体间断可能。
图11中的分配盘22、22’、22”还可以用在根据本发明的WECS的另一变形中。它们与改变角度速度的所述装置一起,可以实际上直接插入WECS1”的囊11的前壁11P里面,替换图10的构造中提供的固定隔板。在该情况下,在盘22、22’、22”的外侧和囊11的前壁11P的内侧之间提供公知的径向夹持装置,从而保持循环气流F”的积聚容积的必要绝缘。
这种变形有利地显示出相对于图10中的变形的较小的结构复杂度,在相同的时间允许循环气流F”的更多间断变化。
图12还显示了根据本发明的WECS的除冰和抗冰装备的变形。尤其是它显示了叶片5和延伸器2E’的装备的示意远视图,其中在转子的中心中提供有气流F的通道,为了简化没有显示。不像图1中的延伸器2E的延伸器2E’由在中心2F和每一个叶片5之间起连接功能的一片简单的圆柱组成,延伸器2E’事实上具有基本为圆柱的形状但显示出特殊性。实际上,在延伸器2E’里面提供有装在延伸器2E’中的依靠叶片5的根部5R定位的第二分配盘23。所述第二盘23耦合到延伸器2E’通过延伸器2E’中提供的公知装置的协助而在角度感应中可动,为了简化起见并不显示它。鉴于此,第二分配盘23实质仅倾向于在基本与含有其侧面的圆柱体的准线相符的轴上转动。
必须注意,在叶片5的根部5R内的第一隔板13A和第二隔板13B的局部图,它们分别对在叶片5E端部的方向上的有关气流F1和F2的通道的第一内部容积14和第二内部容积15进行划界。
在图13中,显示了在可能实施例中的第二分配盘23的顶视图。它显示了具有扇形的形状并且尺寸基本相应于或稍微小于容积14和15的通道部分的窗口24。
很明显,该通道部分由叶片5的有关第一隔板13A和第二隔板13B的形状和布置来限定,其在径向和周围感应上识别出确定的范围。因此得到提供以朝由第一隔板13A限定的第一容积14打开通道的第一类型24A窗口24,对于朝向相应于有关轮廓5P的前沿的叶片5的表面5S的气流F的通道。类似的,第二套24B窗口24成形以得到气流F进入第二容积15并且从这里到接近于有关轮廓5P的尾沿的叶片5的表面5S的通道。
在如实例所示的该代表实施例中,第二分配盘23实际上被分成六个相同的扇形,三个注定面向第一容积14并含有第一套的两个窗口24A,而另外三个注定第二容积15并含有第二套的单个窗口24B。结果对于该第二分配盘23实质上具有三个操作可能:
1)窗口24相应于叶片5内的容积14、15而布置以允许气流F1、F2流入有关容积14、15中,如图12所示;
2)第一类型的一个窗口24A相应于第一容积14而布置以便气流F1流通,而第二容积15的通道停下;
3)没有窗口与容积14、15相对应,因此没有空气向它们供应。
图12和图13中的解决方案有利地允许调整WECS的除冰和抗冰装备的进一步可能,尤其是在控制提供以从转子叶片的孔或开口流出的气流分布中,例如,可以决定中断从孔流出的空气一段确定的时间以便增加流出流体的热函内容。
根据本发明的含有除冰和抗冰装备的WECS的另一变形在于提供舱3的囊11内的扇和/或压缩装置以实现设计以通过转子叶片5的孔或开口12流出的气流F的强制对流。
该方案可有利地允许为增加除冰和抗冰装备的效率的其它两个参数的控制,即作为输出的气流F的质量和压力。
图14显示了根据本发明的在WECS1中的扇和/或压缩元件25的一种可能实施。尤其是该元件紧固在电马达9的转动部R和静态部S之间的转动轴7上。元件25可以是具有可变斜度叶片的类型,为了更好地控制囊11内的气流F,可以改变所述气流F参数。
所述气流F路径完全与图8中所显示的类似,差别在于它可以引入根据公知的有关热动力现象的压力的加速或增加。
所述变形的另一可能必须注意。考虑到可以选择在囊中提供利用易于明显增加直接流向流出孔或开口的气流的压力的压缩器,第二套孔(图2中的12T)具体成形为图4c中所示。从航空学文献中公知的,通过临近轮廓的尾沿的特定形状的孔的具有确定速度的特定质量的空气的流出,可带来叶片特性空气动力学效率的改善,从而允许叶片以较大的入射角在流体上操作。
总之,该方案可允许在根据本发明的WECS操作的一年期间收集同样的安装能量和较大的电气工作。
而且,可获得结构和动力质量的减少,在一年中产生的电气工作相同,以及安装、管理和维护成本的节约,对系统所定位的地区的环境冲击减少。
根据本发明的除冰和抗冰装备的另一变形在于在叶片里提供具有弱导热属性的材料的疏导,其导致空气流向叶片区域,叶片区域可选择性地配备有孔12以便流出。
该变形可有利地允许流体保持实际不改变其热函内容直到空气通过孔或开口流出,从而获得较好的抗冰效率。
对于叶片除冰问题,即消除冰的可能性已经因为偶然原因而做过,除冰和抗冰装备可具有相等的效率。实际上,可以提供根据本发明的WECS的另一变形及其所包含的系统。向容器的囊内的空气供应热,例如通过从电栅格网络提取充分时间的足够电能的热电阻,可以加热相应于开口或孔而形成的第一冰层,直到冰块从叶片的外表面滑下,于是释放它们。
另一有趣的变形是在WECS里提供小空气压缩装置。通过合适安置在每一个转子叶片中的第一和第二容积内的所述装置的直接朝向局部或整个由冰覆盖的孔或开口的喷嘴,可以传递压缩空气的脉冲。这种行为会导致冰块的易碎破裂,其以这种方式落到地面上,从而决定性地释放叶片。这两个正好引用的变形都可以设置在相同的WECS中。
根据本发明的除冰和抗冰装备还有利地允许安装即使在转子停下时也易于提供所谓的除冰效应的系统和/或装置。即使所述的除冰和抗冰装备允许WECS尤其还能在临界环境状态下连续操作,停下的原因还可以归因于例如WECS暂时维护工作的需要。
WECS的另一变形实施例在于在叶片表面上提供用于外部引入对叶片循环清洁的流体如酒精或表面活性手段的孔。以这种方式可有利地进行更容易清洁叶片和将它们恢复到原始状态的维护。
为了提供更多的流体空气量流入舱的内囊,另一变形在于提供与舱相连的动力进气口。该进气口便于以这种方式形成以具有尽可能相对于风的方向垂直的进口部,以及通过舱将风送到舱内因此到聚集容积的通道。对于其在舱上的布置,最好将其设置在舱的尾部内,这是由于两个原因。第一个原因是不具有独特的漩涡进气流体因此具有比周围大气低的压力。第二个原因是由于需要该流体可以覆盖设置在聚集容积内的所有电能装置或系统,从而最大化通过除冰和抗冰装备循环的气流的热函内容。
而且为了最大化热交换,还可以提供具有内部由金属或导热材料覆盖的风轮机舱的WECS,并且可以将该涂层连接到电能装置的鳍上。通过该方案可以有利地实现热桥,还增加了热交换因而增加了系统的聚集容积内的对流。
Claims (40)
1.一种用于为了产生电能的风能转化系统的除冰和抗冰装备,所述WECS(1;1’;1”;1)是以下类型,其包括:
易于支撑所述WECS(1;1’;1”;1)并将其固定于地面或基底的塔(4;4’),
位于所述塔(4;4’)上的舱(3),其连接到用于转换转子(2)的旋转运动以便产生即将引入电[电栅格]的电能并用于管理和操作相连的所述风能转化系统(1)的可能的电装置的第一装置(9,IN,10;TR);
以可相对于所述舱(3)转动的方式与所述舱(3)相连的转子(2),所述转子(2)包括多个叶片(5)并由于打击所述叶片(5)的风(V)而易于旋转,
所述风能转化系统(1;1’;1”;1)内部包括第二装置(2E,19,21),用于在所述转子(2)的所述叶片(5)的内部限定的容积(14,15)内的流体(F;F’;F”;F)流动,
其特征在于,转子的叶片(5)在外表面(5S)的至少一部分上包括孔(12),孔(12)与所述叶片(5)内的所述容积(14,15)的流体相连并易于实现所述叶片(5)外部的所述流体(F;F’;F”;F)的至少一部分的喷出,从而流体热动力地与打击有所述孔(12)的表面(5S)的至少所述部分的所述风(V)和/或可能出现在所述叶片(5)的所述外表面(5S)上的水和冰相互影响。
2.根据权利要求1所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)的所述外表面(5S)的所述开口(12)包括与所述叶片(5)内的所述容积(14,15)的第一(14)的流体相连的第一套(12L)孔,所述第一套(12L)孔位于基本接近于构成所述转子(2)的每一个叶片(5)的轮廓(5P)的前沿的地方。
3.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)的所述外表面(5S)的所述开口(12)包括与所述叶片(5)内的所述容积(14,15)的第二(15)的流体相连的第二套(12T)孔,所述第二套(12T)孔位于基本接近于构成所述转子(2)的每一个叶片(5)的轮廓(5P)的尾沿的地方。
4.根据权利要求2或3所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,与所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)内的所述容积(14,15)的流体相连的所述开口(12)优选地位于所述转子(2)的每一个叶片(5)的顶部上。
5.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述舱(3)内部地包括与所述第一装置(9,IN,10;TR)相连的第三装置(11;11’),其易于构成所述流体(F;F’;F”;F)的积聚容积以便于在所述流体(F;F’;F”;F)和所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一装置(9,IN,10;TR)的加热表面之间进行热交换。
6.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,它包括用于所述第三装置(11;11’)内的所述流体(F;F’;F”;F)的循环的第四装置(11A,11L,3A;25)。
7.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)包括第一分配装置(22,22’,22”),第一分配装置(22,22’,22”)与所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二装置(2E,19,21)相连以形成在所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的所述容积(14,15)内的所述流体(F;F’;F”;F)的通道,第一分配装置(22,22’,22”)还与所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第三装置(11;11’)相连以构成所述流体(F;F’;F”;F)的所述积聚容积,所述第一分配装置(22,22’,22”)通过所述连接来产生从所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二装置(2E,19,21)内的所述第三装置(11;11’)通过所述WECS(1)的所述第四装置(11A,11L,3A;25)流动的所述流体(F;F’;F”;F)的间断流。
8.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一分配装置(22,22’,22”)位于所述WECS(1)的所述第三装置(11;11’)和所述第二装置(2E,19,21)之间。
9.根据权利要求7或8所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一分配装置(22,22’,22”)是易于改变所述流体(F;F’;F”;F)的所述间断流的间断值的类型。
10.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,第二分配装置(2E’,23)设置在所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)中并易于选择性地控制所述流体(F;F’;F”;F)进入在所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的所述容积(14,15)。
11.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二分配装置(2E’,23)是易于选择性地允许所述流体(F;F’;F”;F)进入所述WECS(1)的所述第一容积(14)和/或所述第二容积(15)或不进入所述容积(14,15)的类型。
12.根据至少权利要求5所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第三装置(11;11’)包括可动地连接于所述WECS(1)的所述舱(3)的囊(11;11’)。
13.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述囊(11;11’)的外皮基本由具有弱导热性的材料制成。
14.根据权利要求12或13所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述囊(11;11’)内部至少局部地由导热材料涂覆,其与用于将转子的旋转运动转化为即将送到电栅格的电能并用于管理和操作所述WECS(1)的可能的电操作装置的第一装置(9,IN,10;TR)连接,从而构成加热在所述WECS(1)的所述囊(11;11’)内循环的所述流体(F;F’;F”;F)的热桥。
15.根据至少权利要求6所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,用于循环所述第三装置(11;11’)内的所述流体(F;F’;F”;F)的所述第四装置(11A,11L,3A;25)包括至少一个在所述WECS(1)的所述囊(11;11’)的前壁(11P)上的窗口(11L),至少一个形成于所述囊(11;11’)的尾部的开口(11A),以及位于所述舱(3)的尾部上的一个或多个开口(3A)。
16.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)包括中心(2F),其可牢固连接于所述WECS(1;1’;1”;1)的旋转轴(7),所述旋转轴(7)依次牢固连接于用于将转子的旋转运动转化为即将送到电栅格的电能的所述第一装置(9,IN,10;TR)、在其一侧上使所述转子(2)的每一个所述叶片(5)牢固连接于所述中心(2F)而在其另一侧上连接到所述叶片(5)的根部(5EII)的延伸器(2E;2E’)。
17.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,用于所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的容积(14,15)内的流体(F;F’;F”;F)的通道的所述第二装置包括具有至少一个面向所述WECS(1)的所述囊(11)的至少一个窗口(11L)的嘴(19)以及偏转在所述叶片(5)的所述延伸器(2E)和所述根部(5EII)中出现的气流的挡板(21)的延伸器(2E)。
18.根据至少权利要求8所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一分配装置(22,22’,22”)包括连接到所述WECS(1;1’;1”;1)的所述旋转轴(7)的位于所述囊(11;11’)的所述前壁(11P)和所述转子(2)之间的分配盘(22,22’,22”),尤其是显示转换装置(22D;22S)的所述分配盘(22,22’,22”),以使在所述分配盘(22,22’,22”)的至少一个角度位置上,所述转换装置(22D;22S)对应于所述转子(2)的所述延伸器(2E)的所述嘴(19)形成通过所述分配盘(22,22’,22”)的所述流体(F;F’;F”;F)的通道。
19.根据至少权利要求8所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一分配装置(22,22’,22”)包括连接到所述WECS(1;1’;1”;1)的所述旋转轴(7)的位于所述囊(11;11’)的所述前壁(11P)和所述转子(2)中的分配盘(22,22’,22”),尤其是显示转换装置(22D;22S)的所述分配盘(22,22’,22”),以使在所述分配盘(22,22’,22”)的至少一个角度位置上,所述转换装置(22D;22S)对应于所述转子(2)的所述延伸器(2E)的所述嘴(19)形成通过所述分配盘(22,22’,22”)的所述流体(F;F’;F”;F)的通道。
20.根据权利要求18或19所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述分配盘(22,22’,22”)的所述转换装置包括至少一个孔(22D)或开口(22S)。
21.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述分配盘(22,22’,22”)的所述至少一个孔(22D)具有基本与所述转子(2)的所述延伸器(2E)的所述嘴(19)相当的部分。
22.根据权利要求18或19所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述分配盘(22,22’,22”)的所述转换装置包括具有对于所述分配盘(22,22’,22”)的中心不对称分布的扇形的开口(22S)。
23.根据至少权利要求18或19所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述分配盘(22,22’,22”)通过易于在所述分配盘(22,22’,22”)和所述旋转轴(7)之间产生相对旋转运动从而改变所述流体(F;F’;F”;F)进入所述转子(2)的所述延伸器(2E)的所述嘴(19)中的第六装置而连接于所述旋转轴(7)。
24.根据至少权利要求11所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二分配装置包括第二分配盘(23),其可动地连接于邻近所述转子(2)的所述叶片(5)的所述根部(5R)的所述转子(2)的所述延伸器(2E)内。
25.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二分配盘(23)可动地连接于所述转子(2)的所述延伸器(2E)内,从而易于在所述延伸器(2E’)内旋转以调整在所述WECS(1)的所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的所述容积(14,15)里所述流体(F;F’;F”;F)的进入。
26.根据至少权利要求24或25所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二分配盘(23)面向通过偏转在所述转子(2)的所述叶片(5)的所述根部(5EII)中出现的气流的挡板(21A,21B)而在所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的所述容积(14,15)的通道部分。
27.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第二分配盘(23)成形以在其一些扇形中显示面积基本与所述第一容积(14)的所述通道部分相当的第一套(24A)通道窗口(24)以及面积基本与所述第二容积(15)的所述通道部分相当的第二套(24A)通道窗口,所述容积(14,15)在所述转子(2)的所述叶片(5)内。
28.根据至少权利要求6所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,用于所述第三装置(11;11’)内的所述流体(F;F’;F”;F)的循环的所述第四装置(11A,11L,3A;25)包括与所述第三装置(11;11’)相连的扇和/或压缩装置(25)。
29.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述扇和/或压缩装置包括固定于所述WECS(1)的所述旋转轴(7)上的扇和/或压缩装置(25)。
30.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,用于将转子的旋转运动转换成即将送入电栅格的电能并用于管理和操作所述WECS(1;1’;1”;1)的可能的电装置的所述第一装置(9,IN,10;TR)包括位于所述WECS(1’)的所述塔(4’)的基底上的变压器(TR)和/或其它能源或辅助电装置,并且易于构成所述流体(F;F’;F”;F)的积聚容积以便于所述流体和所述WECS(1;1’;1”;1)的所述第一装置(9,IN,10;TR)的加热表面之间的热交换的所述第三装置(11;11’)包括在邻近所述变压器(TR)的所述塔(4’)的基底上的开口和/或其它能源或辅助电装置,所述塔(4’)还显示了在其内和所述WECS(1;1’;1”;1)的积聚容积(11’)之间的流体连接以形成从外部环境到所述积聚容积(11’)的流体(F)通道。
31.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)的所述外表面(5S)通过叠盖多个含有所述孔或开口(12)的以前成形的板(18)而构成。
32.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)的所述外表面(5S)由复合材料构成。
33.根据权利要求32或33所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述转子(2)的所述叶片(5)的所述外表面(5S)包括上半壳(5U)和下半壳(5L)。
34.根据前述权利要求2至4的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述叶片(5)的所述第一套(12L)孔和/或所述第二套孔(12T)包括第一类型(4a)和/或第二类型(4b)和/或第三类型(4c)的孔(12,图4),所述类型的特征在于具有孔(12):
第一具有在从所述叶片(5)的所述表面(5S)的内表面(5Si)到外表面(5Se)的空气通道中的恒定部件,
第二的分歧的具有相对于所述风(V)的流体外部到所述叶片(5)的方向基本垂直的轴,
第三,基本平行的壁和倾斜轴,形成相对于外部表面的垂直轴的确定锐角,具有这种定向即流出空气定向到风(V)的流体的外部到所述叶片(5)的相同方向。
35.根据前述权利要求所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述叶片(5)的所述第二套(12T)孔(12)包括所述第三类型(4c)的孔(图4,12)。
36.根据前述权利要求的一个或多个所述的除冰和抗冰装备,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)包括从另一电源外部到所述WECS(1;1’;1”;1)提取的电能的至少一个驱散装置,其易于增加在所述除冰和抗冰装备内循环的所述流体(F;F’;F”;F)的热函内容。
37.一种产生电能的风能转化系统,包括根据权利要求1至36的一个或多个所述的除冰和抗冰装备。
38.根据前述权利要求的WECS,其特征在于,所述WECS(1;1’;1”;1)的所述舱(3)通过插入第七装置而可动地连接于所述塔(4),第七装置用于将所述舱(3)定位于在安置所述WECS(1)的地方出现的最大风(V)流的方向上。
39.一种防止和消除在风能转化系统的转子叶片上的冰层的方法,该风能转化系统是以下类型,其包括:
易于支撑所述WECS(1;1’;1”;1)并将其固定于地面或基底的塔(4;4’),
位于所述塔(4;4’)上的舱(3),其连接到用于转换转子(2)的旋转运动以便产生即将送入电栅格的电能并用于管理和操作相连的所述WECS(1)的可能的电操作装置的第一装置(9,IN,10;TR);
以可相对于所述舱(3)转动的方式与所述舱(3)相连的转子(2),所述转子(2)包括确定数目个叶片(5)并由于风(V)打击所述叶片(5)而易于旋转,
该方法包括以下步骤:
a)从所述WECS(1;1’;1”;1)的外部环境吸入流体(F;F’;F”;F)或空气,
b)将所述吸入的流体(F;F’;F”;F)送入第二装置(2E,19,21)以形成在所述转子(2)的所述叶片(5)内限定的容积(14,15)内的所述流体(F;F’;F”;F)的通道,
c)实现通过叶片的外表面(5S)的至少一部分上提供的开口(12)而向所述叶片(5)外部的所述流体(F;F’;F”;F)的至少一部分的喷出,所述开口(12)与所述叶片(5)内的所述容积(14,15)流体连接,从而流体热动力地与打击有所述孔(12)的表面(5S)的所述至少部分的所述风(V)和/或可能出现在所述叶片(5)的所述外表面(5S)上的水和冰相互影响。
40.根据前述权利要求的方法,其特征在于,在方法步骤a)和b)之间提供有通过由连接到所述WECS(1;1’;1”;1)的所述舱(3)和所述第一装置(9,IN,10;TR)的第三装置(11;11’)构成的积聚容积在所述流体(F;F’;F”;F)和所述第一装置(9,IN,10;TR)的加热表面之间的热交换。
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20080102 Termination date: 20171016 |
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