NO322750B1 - Fremgangsmate for avising av et rotorblad for et vindkraftanlegg, samt slikt rotorblad - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en fremgangsmåte for avising av et rotorblad for et vindenergianlegg, som har hulrom som står i forbindelse med hverandre. Oppfinnelsen angår også et rotorblad som egner seg fordelaktig til gjennomføringen av fremgangsmåten.

Fra DE PS 842 330 er et vindkraftverk med rotorblader kjent, som skal beskyttes mot isdannelse på rotorbladspissene. Til dette har rotorbladet i omradet ved forkanten et innvendig hulrom som parallelt med rotorbladets lengdeakse med gjennombrudd i avstivningselementene strømningsteknisk står i forbindelse med hverandre. Oppvarmet luft som går ut fra rotorbladnavet kommer dermed gjennom strømningskanalene til området ved rotorbladspissene og blir så gjennom styrbare utslippsåpninger sluppet ut. Den oppvarmede luften blir dermed fra sentrumsområdet til vindkratfanlegget ført radialt til endeområdet til en rotorspiss og under avgivelse av varmeenergien til varmebærermediumet blir bladforkanten varmet opp, hvorved det blir forsøkt å hindre isdannelsen.

Isbelegget på overflaten til rotorbladene på et vindenergianlegg kan føre til uønskede ubalanser med de mekaniske belastninger på anlegget som dette medfører, men også til aerodynamiske forstyrrelser som kan virke hemmende på anleggets ytelse. Dessuten representerer en isdannelse på et anlegg som er i gang en ulykkesrisiko, fordi isen kan falle av og isbiter kan i gitte tilfeller bli slynget langt avgårde i omgivelsene.

Vindenergianlegg skal lages med minst mulige omkostninger og drives med høyt utbytte. Ytterligere forholdsregler for å forhindre en nedising skal helst ikke innvirke negativt, hverken på fremstillingsomkostningene eller på utbyttet, men på grunn av en for dette nødvendige konstruksjons- og byggeomkostninger kan en innvirkning på fremstillingsomkostningene neppe unngås. Spesielle problemer av konstruksjonsmessig art representerer i dette henseende rotorbladenes tendens til isdannelse da de i motsetning til faststående byggedeler i anlegget beveger seg og det derfor konstruksjonsmessig må tas hensyn til og bestemmes sikkert overgangene mellom stillestående og bevegelige deler i vindenergianlegget.

Oppgaven som ligger til grunn for oppfinnelsen, å finne en konstruksjonsmessig enklest mulig og dermed rimelig, men allikevel effektiv fremgangsmåte for å hindre de ulempene som oppstår ved isdannelse på rotorbladene, og også å lage et passende rotorblad som egner seg til dette.

Denne oppgaven er løst med et rotorblad av det slaget som er beskrevet i det foregående som angår oppfinnelsen, at et om nødvendig fra ca. +1 DC til +5 DC på forhånd litt oppvarmet varmebærermedium blir ledet gjennom hulrommene.

Ved utetemperaturer rundt frysepunktet, f.eks. fra -2 DC til -5 DC men også bare når luftfuktigheten er tilsvarende høy kan det dannes is. Fremgangsmåten som angår oppfinnelsen utnytter med fordel at is som setter seg på rotorbladet danner et isolasjonslag mellom bladoverflaten og den omgivende luften. Dermed er det med relativt liten varmemengde mulig å varme opp den nedisede overflaten til bladveggen det gjelder så mye at isen smelter og av seg selv faller av rotorbladet. For avisingen som angår oppfinnelsen blir rotorbladet ikke varmet opp, d.v.s. en nedising blir ikke generelt forhindret, som i den ovenfor nevnte DE PS 842 330, men is som allerede er dannet blir fjernet igjen.

Nedising av et rotorblad oppstår spesielt i bladets forkant som peker i løperetningen og også på de ytre bladspissene. Hva oppfinnelsen angår blir det derfor gått frem slik at det oppvarmede varmebærende mediumet etter gjennomstrømningen i et hulrom i bladets forkant med tilsvarende varmeavgivelse til området ved bladveggen blir ledet til et hulrom ved siden av dette, fortrinnsvis et hulrom i bladets bakkant og ledet bort derfra.

Forekommer det i rotorbladene avstivningsskott som løper parallelt med bladets lengdeakse, kan disse brukes spesielt fordelaktig til å utforme strømningsveier for varmebærende medium som ledes inn, som først strømmer gjennom hulrom i bladets forkant og der avgir sin varme til bladveggen, spesielt til bladets forkant, for der å smelte is som er dannet der. Deretter kan varmebærermediumet også strømme gjennom andre hulrom som det blir ledet igjennom før en bortledning finner sted. Selvfølgelig kan hulrom som står i forbindelse med hverandre også være utformet med f.eks. innsatte eller innbyggede rør, rørstykker og lignende.

Spesielt fordelaktig blir varmebærermediumet ledet inn i fotområdet til rotorbladet som kan forbindes med et rotornav og i området til rotorbladspissen ledet inn i det tilsvarende hulrommet, nemlig et kammer i bladets bakkant og igjen ledet tilbake til fotområdet. Dermed ér det på enkleste måte dannet en sirkulasjon for det varmebærende mediumet inne i rotorbladet. Her kan som varmebærende medium den luften som befinner seg inne i rotorbladet anvendes. Men det er også tenkelig å fylle rotorblader med gassen eller damper med mere formålstjenlige egenskaper enn luft, som eksempelvis i temperaturområdene hvor det er fare for isdannelse kan sette fri kondensasjons varme for å redusere energitilførselen til en eventuell nødvendig oppvarming av varmebærermediumet som sirkulerer i rotorbladet. Et elektrisk ikke-ledende varmebærermedium som luft er ut over dette fordelaktig med hensyn til beskyttelse mot lynnedslag for vindenergianlegget i motsetning til elektrisk oppvarming med f.eks. motstandstråder.

For eventuelt å underkaste det avledede varmebærermediumet en oppvarming etter dets utstrømning fra det siste hulrommet kammeret i bladets bakkant for videre på nytt å lede det inn i det første hulrommet kammeret i bladets forkant kan det for å lage og opprettholde varmebærermediumssirkulasjon i rotorbladet kan det anvendes elektriske vifter og også elektriske varmeelementer som er plassert i den strømmen som er skapt for det varmebærende mediumet.

Da viften og også eventuelt varmeelementet som er integrert i viften er plassert i fotområdet til rotorbladet sitter de med fordel i nærheten av rotasjonsaksen og løper derved med liten omløpshastighet, slik at statiske og dynamiske påvirkninger gjennom innbygning av viftene og varmeelementene i praksis er ubetydelige. Dermed får man spesielt den fordelen at rotorblader som allerede er konstruert og laget som har hevdet seg under bruk, med hensyn tit konstruksjonen ikke må forandres vesentlig for å kunne benytte avisingen som angår oppfinnelsen. Elektriske vifter og også varmeelementer med passende liten ytelse som fullt ut er tilstrekkelig til å opprettholde sirkulasjonen for den oppvarmede luften gjennom hulrommene hhv kamrene i rotorbladet har små dimensjoner og kan fåes som industrielle seriedeler.

De elektriske ledningen til de elektriske viftene og også de tilordnete varmeelementene som er installert i rotorbladet er likeledes lett å utføre. Den nødvendige elektriske energien er relativt liten.

For at avisingen når det opptrer isdannelse på rotorbladene til vindenergianlegget kan foregå av seg selv er det etter en videreutvikling av fremgangsmåten som angår oppfinnelsen forutsatt at vibrasjoner på grunn av ubalanse i løpende vindenergianlegg, som oppstår på grunn av isdannelse på rotorbladene, blir registrert måleteknisk og omgjort til et koplingssignal for å stanse rotoren til vindenergianlegget og også til igangsetting av varmebærermediumssirkulasjonen i rotorbladene og eventuelt de tilordnete varmeelementene, at etter en forhåndsbestemt virkningstid for sirkulasjonen og varmeelementene blir vindenergianlegget igjen igangsatt og at forløpet om nødvendig blir gjentatt inntil vindenergianlegget på grunn av avisingen som har foregått igjen løper vibrasjonsfritt.

Det kan treffes forholdsregler, at utetemperaturen, temperaturen til varmebærermediumet, rotorens omdreiningstall, vindhastigheten og vibrasjonene blir registrert med passende sensorer og bearbeidet i en programstyrt automatikk til passende styrende koplmgssignaler som innleder en avising.

Et egnet rotorblad til gjennomføringen av fremgangsmåten som angår oppfinnelsen, som det også gjøres krav på egen beskyttelse for, karakteriseres ved at i det fotområdet til rotorbladet er forutsatt midler for innledning av et varmebærende medium i minst et hulrom i bladets forkant, som kan forbindes med et rotornav, og at det i endeområdet til kamrene ved bladspissen befinner seg varmebærermediumsledende strømningsveier som forbinder hulrom som ligger ved siden av hverandre.

For et rotorblad som angår oppfinnelsen kan hulrommene være dannet ved at et bladinnerrom omgitt av en ytre bladvegg med minst et avstivningsskott som løper parallelt med bladets lengdeakse er delt i kammer, minst et kammer i bladets forkant og et kammer i bladets bakkant.

De forbindende strømningsveiene kan ganske enkelt være åpninger i avstivningsskottene som deler inn hulrommene hhv kamrene. Blir varmebærende medium ledet inn i kammeret i bladets forkant i fotområdet til rotorbladet så strømmer dette i kammeret i bladets forkant til dets endeområde i bladspissen og løper der inn i kammeret som ligger ved siden av , fortrinnsvis kammeret i bladets bakkant, hvor det f.eks. kan strømme tilbake til fotområdet til rotorbladet.

Selvfølgelig er det også mulig å utforme strømningsveiene i rotorbladet i området ved bladspissen, slik at varmebærermediumet omspyler hele endeområdet av innerrommet til rotorbladet i bladspissen.

Midlet til innføring av et varmebærende medium omfatter i det minst en elektrisk vifte med integrerte varmeelementer, hvorved sugesiden til hver vifte er tilkoplet et hulrom som sist er blitt gjennomstrømmet, kammeret i bladets bakkant, og trykksiden til hver vifte til det første hulrommet, kammeret i bladets forkant.

Elektriske vifter med integrerte varmeelementer kan med fordel dimensjoneres så små at de problemløst, også i fleranordninger kan bygges inn i et innerrom i et rotorblad, og altså i fotområdet. Ytelsen til de minste viftene skulle være tilstrekkelig til å sette i gang og opprettholde en luftsirkulasjon gjennom hulrommene i rotorbladet. Som varmeelement kan enkle motstandsvarmetråder med varmeviklinger eller lignende brukes som blir integrert i hver vifte. Hvis det viser seg at ytelsen til en elektrisk vifte ikke er tilstrekkelig kan også flere passende små dimensjonerte vifter med hvert sitt integrerte varmeelement sammenfattes til en innbygningsenhet slik at ytelsene til viftene adderes.

For at en optimal sirkulasjon i innerrommet i et rotorblad blir sikret er hulrommet i bladets forkant som i enden vender mot fotområdet i rotorbladet tettet med et deksel mot innerrommet som er åpent mot hulrommet i bladets bakkant.

Dekselet kan spesielt fordelaktig benyttes som bærer av de elektriske viftene med varmeelementer, i det minste har en åpning hvor en sjaktdel som inneholder viften er satt inn.

Her er hver sjaktdel plassert i en åpning i dekselet, slik at den heller mot bladets forkant og stikker ut i kammeret i bladets forkant.Dermed er den luftgjennomgang som skapes ved driften av viften styrt mot bladets forkant og befinner seg i en fordelaktig avstand fra fotområdet til rotorbladet, slik at dets uønskede oppvarming under avisingen blir unngått. Som sjaktdeler kan det f.eks. anvendes slanger.

Varmetap kan videre reduseres ytterligere ved at det i overgangsområdet mellom enden av rotorbladet i fotområdet og en bladadapter som tjener som tilkopling til et rotornav er forsynt med en innerromskledning av et isolerende materiale. Innerromskledningen kan f.eks. være en formriktig skumstoffplate innsatt i enden av rotorbladet i fotområdet som står omtrent parallelt med dekselet.

Er dekselet likeledes laget av isolerende materiale så er innerrommet på sugesiden til viften for det meste isolert.

Et utformingseksempel for oppfinnelsen som viser andre karakteristiske trekk som angår oppfinnelsen er fremstilt i tegningen. Den viser på figur 1 fotområdet til et rotorblad i lengdesnitt, figur 2 viser et lengdesnitt gjennom et rotorblad II-II i figur 1, figur 3 viser rotorbladet i snitt III-III på figur 3 og figur 4 viser et koplingsskjema for en automatisk styring av avisingen.

I figur 1 er den nedre delen av et rotorblad, dets fotområde vist i et skjematisk lengdesnitt. Pilen 1 angir strømningsretningen, hvor rotorbladets forkant 2 blir tydeliggjort. Bladets bakkant betegnes 3.

Som tilkoplingen av rotorbladet til et rotornav som ikke er gjengitt her tjener en bladadapter 4, hvor så fotenden av rotorbladet er påsatt. I overgangsområdet mellom fotenden og bladadapteren 4 er det satt inn en skumstoffplate 5.

Rotorbladet er formet hult og innerrommet 7 som er omgitt av den ytre bladveggen 6 er med minst et avstivningsskott 8 hhv 8a, 8b som løper parallelt med bladets lengdeakse delt i kammer, minst et kammer 9 i bladets forkant og et kammer 10 i bladets bakkant. Avstivningsskottet 8a ender kort før rotorbladets spiss 11. Med pilen 12 er det her gjort tydelig at det finnes en gjennomgangsforbindelse fra kammeret 9 i bladets forkant til kammeret 10 i bladets bakkant i bladspissen 11 i rotorbladets.

Enden av kammeret 9 som vender mot fotområdet til rotorbladet og i dette utformingseksempelet også det funksjonsløse kammeret som ligger ved siden av som befinner seg mellom avstivningsskottene 8 og 8a er tettet igjen med et deksel 13 mot innerrommet 7 som er åpent til kammeret 10 i bladets bakkant.

Dekselet tjener som bærer for sjaktdelene 14, 15 som er bøyd mot bladets forkant 2 og som stikker ut i kammeret 9 i bladets forkant.

I hver sjaktdel er det anordnet en vifte 16 hhv 16' med integrert varmeelement. Henvisningen 17 er her en elektrisk ledning for strømforsyningen til viften og varmeelementene som bare er antydet. Figur 3 viser fotområdet for rotorbladet i et snitt III-III i figur 1. Like byggedeler har igjen fått samme henvisningstall. Figur 2 viser rotorbladet i snitt II-II i figur 1. Like byggedeler har fatt samme henvisningstall som i figur 1. Figur 3 tydeliggjør at dekselet 13 tjener som bærer for i alt fire sjaktdeler 14, 15 hhv 14', 15'. Sjaktdelene 14, 15 hhv 14', 15' med viftene er festet i en monteringsinnsats 18, som igjen kan tilpasses formriktig som enhet i et passende gjennombrudd 19 i dekselet 13 som tjener som bærer for monteringsinnsatsen 18. Figur 4 viser et skjematisk koplingsdiagram til en utformingsmulighet for en styring av avisingen av tre rotorblader på en rotor i et vindenergianlegg. Hvert rotorblad 19, 20 og 21 er representert med stiplet felt tegnet firkantet og tilsvarer med sin utforming et rotorblad ifølge figurene 1-3.1 hvert rotorblad er sensorene 22, 23 hhv 24 innebygget for registrering av temperaturen til et varmebærende medium. I hvert rotorblad 19, 20 hhv 21 er det likeledes satt inn elektriske vifter 25, 26 hhv 27 (tilsvarende viftene 16 og 16' i figur 1), som hver med tilordnete varmeelementer 28, 29 hhv 30 er sammenfattet i en byggeenhet, hvorved byggeenhetene danner midler til innledning av et varmebærermedium i hvert av kamrene i innerrommet i bladets forkant i hvert rotorblad, hvor temperaturene blir registrer av hver av sensorene 22, 23 hhv 24. Målingen av temperaturen til varmebærermediumet i rotorbladet med sensorene 22, 23 hhv 24 tjener som funksjonsovervåkning for viftene 25, 26, 27 og også varmeelementene 28,29 og 30 og beskytter rotorbladene mot overoppheting.

Temperaturene blir avlest av en programstyrt automatikk 31. Den programstyrte automatikken 31 registrerer også utetemperaturen med en sensor 32 og vindhastigheten med sensor 33, med sensor 34 omdreiningstallet og med sensor 35 vibrasjonene, f.eks. svingningene i tårnet.

Så snart vindhastigheten er tilstrekkelig, for drift av anlegget og utetemperaturen ligger i et område hvor isdannelse på rotorbladene er mulig blir enhetene i hvert rotorblad som omfatter varmeelementene og viftene koplet inn av automatikken. Etter en bestemt tid blir vindenergianlegget så startet. Skulle det på grunn av ulik avising av rotorbladene bli en ubalanse i rotoren så blir vibrasjonene med rotoren i bevegelse som er resultatet av dette registrert ved målingen av tårnets svingninger, anlegget blir koplet ut og avisingen av bladene gjentatt med stillestående rotor.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte for avising av et rotorblad til et vindenergianlegg, som har hulrom som står i forbindelse med hverandre, som det blir ledet et varmebærende medium gjennom som for anledningen er varmet opp på forhånd, karakterisert ved at det oppvarmede varmebærende mediumet etter å ha gjennomstrømmet hulrommet (9) i bladets forkant med tilsvarende varmeavgivelse til områder ved bladveggen blir ledet inn i et hulrom (10) i bladets bakkant og derfra ledet bort.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at det varmebærende mediumet i et fotområdet til rotorbladet som kan forbindes med et rotornav blir ledet inn i hulrommet (9) i bladets forkant og i rotorbladspissområdet (11) ledet over i hulrommet (10) på bladets bakside og igjen ledet tilbake til fotområdet.

3. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at som varmebærende medium anvendes luften som befinner seg i rotorbladet.

4. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at det avledede varmebærende mediumet etter utstrømningen frå det sist gjennomstrømmende hulrommet (10) for anledningen underkastes en oppvarming og videre på nytt blir ledet inn i hulrommet (9) i bladets forkant.

5. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at til å lage varmebærersirkulasjon i rotorbladet blir det anvendt elektriske vifter (16, 16' hhv 25, 26,27) og i den luftstrømmen som dannes plasseres varmeelementer (28,29, 30).

6. Fremgangsmåte ifølge foregående krav, karakterisert ved at vibrasjoner på grunn av ubalanse i vindenergianlegg som er i gang, som oppstår ved isdannelse på rotorbladene, blir oppfanget måleteknisk og oversatt til et koplingssignal for å stanse rotoren til vindenergianlegget og også igangsettingen av varmebærermediumssirkulasjonen i rotorbladene og for anledningen de tilordnede varmeelementene (28,29, 30), at etter en på forhånd bestemt virkningstid for sirkulasjonen og varmeelementene (28, 29, 30) blir vindenergianlegget igjen koplet inn og at forløpet ved anledning blir gjentatt inntil vindenergianlegget etter avisingen løper vibrasjonsfritt.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, karakterisert ved at utetemperaturen, temperaturen på det varmebærende mediumet, rotoromdreiningstall, vindhastighet og vibrasjoner blir registrert med passende sensorer (32, 22, 23, 24, 34, 33, 35) og i en programstyrt automatikk (31) blir bearbeidet til passende koplingssignaler som innleder og styrer en avising.

8. Rotorblad til vindenergianlegg som har hulrom som står i forbindelse med hverandre, karakterisert ved at rotorbladet på innersiden har en skillevegg (8, 8a, 8b) som løper langs rotorbladets lengdeakse og som danner et kammer (9) i bladets forkant og et kammer (10) i bladets bakkant og at det er en forbindelse mellom de to kamre, hvor det gjennom forbindelsen kan strømme et varmebærende medium mellom kammeret i bladets forkant og kammeret i bladets bakkant.

9. Rotorblad ifølge krav 8, karakterisert ved at det i fotområdet til rotorbladet som kan forbindes med et rotornav er forutsatt midler til innledning av et varmebærende medium til i det minste hulrommet (9) i bladets forkant.

10. Rotorblad ifølge krav 8-9, karakterisert ved at midlene til innledning av et varmebærende medium omfatter i det minste en elektrisk vifte (16, 16' hhv 25, 26, 27) med integrerte varmeelementer (28, 29, 30), og at sugesiden til hver vifte (16, 16' hhv 25, 26, 27) er tilknyttet hulrommet (kammer 10) i bladets bakkant og trykksiden til hver vifte (16, 16' hhv 25,26, 27) er tilknyttet hulrommet (kammer 9) i bladets forkant.

11. Rotorblad ifølge krav 8-10, karakterisert ved at enden av rotorbladet som vender mot fotområdet for hulrommet (kammer 9) i bladets forkant er tettet med et deksel (13) mot innerrommet (7) som er åpent til hulrommet (10) i bladets bakkant.

12. Rotorblad ifølge krav 11, karakterisert ved at dekselet (13) har i det minste et gjennombrudd hvor en sjaktdel (14, 15, 14', 15') som rommer viften (16, 16' hhv 25, 26, 27) med varmeelementer (28, 29, 30) er plassert.

13. Rotorblad ifølge krav 12, karakterisert ved at hver sjaktdel (14, 15, 14', 15') bøyer seg mot bladets forkant (2) og stikker ut i hulrommet (kammer 9) i bladets forkant.

14. Rotorblad ifølge foregående krav, karakterisert ved at i overgangsområdet mellom rotorbladets ende i fotområdet og en bladadapter (4) som tjener som tilkopling til et rotornav er forsynt med en innerkledning av isolerende materialer.

15. Rotorblad ifølge krav 14, karakterisert ved at innerkledningen er en formriktig skumstoffplate (5) som er satt inn i enden av rotorbladet i fotområdet som står omtrent parallelt med dekselet (13).