TW201335479A - 風力發電設備之轉子葉片與除冰風力發電設備之轉子葉片的方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種風力發電設備之轉子葉片，該轉子葉片包括：一轉子葉片前端(11)；一轉子葉片後緣(12)；一轉子葉片根部區(14)，其用於將該轉子葉片固定至一風力發電設備之一轂；及一轉子葉片尖端(13)。該轉子葉片沿一縱向軸自該轉子葉片根部區(14)延伸至該轉子葉片尖端(13)。該轉子葉片進一步具有一空氣分佈單元(500)，該空氣分佈單元(500)具有一調整部件(540)以用於將一空氣流引導至該轉子葉片前端區(11)及/或一轉子葉片後緣區(12)中。

Description

風力發電設備之轉子葉片與除冰風力發電設備之轉子葉片的方法

本發明係關於一種風力發電設備之轉子葉片及一種除冰一風力發電設備之轉子葉片的方法。

風力發電設備亦正越來越多地設立在其中可發生風力發電設備之轉子葉片之結冰的區域中。風力發電設備之轉子葉片之結冰不僅係危險的而且減少風力發電設備之輸出產量。因此，已知早期偵測一轉子葉片之結冰及除冰一轉子葉片的諸多方法。可藉由加熱轉子葉片來減少或減輕轉子葉片之結冰。

一轉子葉片(特定而言在前端區中(即，轉子葉片之前緣區))之結冰後旋即發生輸出產量之一減少。因此，已提議除冰風力發電設備之轉子葉片之前端區的諸多方法。

德國專利及商標局已搜索關於本申請案之優先申請案之以下文件：DE 10 2010 051 296 A1、DE 10 2010 051 297 A1、DE 10 2010 051 293 A1、DE 10 2010 030 472 A1、DE 10 2005 034 131 A1、DE 195 28 862 A1及DE 200 14 238 U1。

因此，本發明之一目的係提供一種風力發電設備之轉子葉片及一種除冰一風力發電設備之轉子葉片的方法，此准許經改良除冰風力發電設備。

藉由根據技術方案1之一種風力發電設備之轉子葉片及 藉由根據技術方案9之一種除冰一風力發電設備之轉子葉片的方法來達成彼目的。

因此，提供一種風力發電設備之轉子葉片，其包括：一轉子葉片前端；一轉子葉片後緣；一轉子葉片根部區，其用於將該轉子葉片固定至一風力發電設備之一轂；及一轉子葉片尖端。該轉子葉片沿一縱向方向自該轉子葉片根部區延伸至該轉子葉片尖端。該轉子葉片進一步具有一空氣分佈單元，該空氣分佈單元具有一調整部件以用於將一空氣流引導至該轉子葉片前端區及/或一轉子葉片後緣區中。

在本發明之一態樣中，在一第一操作模式中，該空氣分佈單元呈使得將一空氣流引導至該轉子葉片前端區中之一組態。在一第二操作模式中，該空氣分佈單元呈使得將一空氣流至少部分地引導至該轉子葉片後緣區中之一組態。藉助該調整部件，該空氣分佈單元可將該空氣流引導至該轉子葉片前端區或至該轉子葉片後緣區，藉此具體而言可定標除冰該轉子葉片或其零件。

在本發明之又一態樣中，沿自該轉子葉片根部區至該轉子葉片尖端之該轉子葉片之該縱向方向提供至少一個第一桿或樑。該轉子葉片之內部藉由該至少一個桿劃分成可單獨加熱之不同容積。

在本發明之又一態樣中，該至少一個桿在該轉子葉片尖端之區中呈使得將在該轉子葉片前端區中之一空氣流沿該至少一個第一桿或在一第一桿與一第二桿之間往回導引至 該轉子葉片根部區之一組態。

視情況，可在該轉子葉片尖端之區中為該第一及/或第二桿提供一可閉合開口以使得當該開口打開時該空氣流可流動經過該後緣區往回至該轉子葉片根部區且可因此加熱該後緣區。

作為本發明之一替代方案，亦可在該轉子葉片根部區提供可閉合開口以准許一空氣流在一第一桿與一第二桿之間的一容積中或在一第一桿與該後緣區之間的一容積中。

在本發明之又一態樣中，該空氣分佈單元具有：一第一部分，其用於接納一經加熱空氣流；一第二部分，其用於將該經加熱空氣流引導至該轉子葉片後緣之區中；及一第三部分，其用於將該經加熱空氣流引導至該轉子葉片前端區中。

在本發明之又一態樣中，該轉子葉片意欲用於具有至少一百萬瓦之一風力發電設備。

本發明亦係關於一種除冰一風力發電設備之轉子葉片的方法。該風力發電設備之轉子葉片具有一轉子葉片前端區、一轉子葉片後緣、一轉子葉片尖端及一轉子葉片根部區。在一第一操作模式中，將一經加熱空氣流引導至該轉子葉片前端區中，且在一第二操作模式中，將一經加熱空氣流至少部分地引導至該風力發電設備之該轉子葉片後緣區中。

本發明亦係關於一種具有如前文所闡述之一轉子葉片之風力發電設備。

本發明係關於如下構想：不僅減少或避免該轉子葉片之該前端區中之結冰，而且減少或避免該後緣區之結冰，從而改良該風力發電設備之操作。特定而言，遍於整個表面面積之上的轉子葉片(即，亦該轉子葉片後緣)之結冰可導致對該設備之操作的一不利效應。即使(舉例而言)該轂區藉由一轉子葉片加熱系統加熱至此一程度以使得彼處不再存在任何結冰，但儘管如此可有如下情形：在轉子葉片後箱區段之區或後緣區中仍存在結冰。由於該轉子葉片後箱區段或該後緣區之大表面面積(尤其在極大設備(涉及>1 MW之一額定功率輸出)之情形中)，因此結冰可涉及總體一相當大程度以使得由於冰之被覆而存在轉子葉片中之一不平衡。彼在較低風速範圍中尤其顯著，此乃因係在彼時亦在該後緣上之結冰具有一顯著不利效應。

因此，本發明係關於如下構想：不僅加熱該轉子葉片之該前端區而且加熱其後緣區以避免結冰。彼相對於多百萬瓦範圍(亦即，>1百萬瓦)之風力發電設備而言尤其重要。

應指出，由於在多百萬瓦範圍中之風力發電設備之該轉子葉片後箱區段或該後緣區之大容積，因此加熱完整轉子葉片與極高成本水準關聯。

因此，本發明係係關於一種風力發電設備之轉子葉片，其中將溫暖或經加熱空氣(舉例而言)藉由一風扇吹送至該轉子葉片中且特定而言沿該前端區。視情況，桿或樑可沿該轉子葉片之該縱向方向延伸。為了能夠亦加熱該轉子葉片之該後緣區，提供可將該空氣流導引於該前端區中或僅 導引至該轉子葉片後緣區之具有一調整部件之一空氣導引或空氣分佈單元。此係有利的，此乃因可能免除用於吹送經加熱空氣經過該後緣區之一單獨風扇或一額外散熱器。僅當需要時且僅只要需要，可藉由調整調整部件來實施對該後緣區之加熱。

本發明之進一步態樣係附屬申請專利範圍之標的物。

下文中參考圖式藉由實例之方式更詳細地闡述優點及實施例。

圖1展示根據本發明之一風力發電設備之轉子葉片的一示意圖。轉子葉片10具有一轉子葉片前端區11及一轉子葉片後緣區12。轉子葉片10進一步具有一轉子葉片根部區14及一轉子葉片尖端13。在彼配置中，轉子葉片10沿其縱向方向自轉子葉片根部14延伸至轉子葉片尖端13。沿轉子葉片之縱向方向提供可至少部分地沿轉子葉片之縱向方向延伸之(視情況)一個、兩個或兩個以上桿或樑200、210。視情況，第一桿210及第二桿200可實質上彼此平行配置且在轉子葉片之壓力側與吸入側之間。轉子葉片之內部容積藉由第一桿210及第二桿200被劃分成三個容積，即：在兩個桿之間的一容積、在一個桿與轉子葉片前端區之間的一容積及在一個桿與轉子葉片後緣之間的一第三容積。

另外，第一實施例之風力發電設備之轉子葉片具有一空氣流分佈或導引單元500。視情況，轉子葉片可具有一擴散器300及一散熱器400。一風扇600可連接至擴散器300， 該風扇可產生可流動經過擴散器300及散熱器400之一空氣流。在彼情形中，空氣分佈單元500用於沿轉子葉片前端區11或沿轉子葉片後緣12導引經加熱空氣流以除冰轉子葉片。

圖2展示根據一第二實施例之一風力發電設備之轉子葉片的一示意圖。轉子葉片10具有一轉子葉片前端區11、一轉子葉片後緣12、一轉子葉片尖端13及一轉子葉片根部區14。轉子葉片可藉助其轉子葉片根部區14連接至一風力發電設備之一轂90。轉子葉片10沿其縱向方向自轉子葉片根部區14延伸至轉子葉片尖端13。轉子葉片具有一轉子葉片前端區11及一轉子葉片後緣區或一轉子葉片後箱區12。視情況，可至少部分地沿轉子葉片10之縱向方向提供一第一桿200及一第二桿210以使得轉子葉片之內部容積可被劃分成三個容積。轉子葉片根部區14可藉由一閉合單元700被閉合。在轉子葉片根部區14中，轉子葉片可具有一擴散器300、一散熱器400及一空氣流分佈單元500。空氣流分佈單元500可具有可耦合至散熱器400之一第一部分510。空氣流分佈單元500進一步具有一第二部分520及一第三部分530。第二部分520用於將經加熱空氣流引導至轉子葉片後緣12之區中。空氣流分佈單元500之第三部分530用於至少部分地沿轉子葉片前端11引導經加熱空氣流。空氣分佈單元500進一步具有一調整部件540，調整部件540可打開或閉合第二部分520或者第三部分530以便准許一空氣流610、620經過第二部分520及/或第三部分530。作為其一 替代方案，調整部件亦可部分地打開以使得空氣流可流動至前端區中且亦流動至後緣區中。

視情況，一風扇800可提供於轉子葉片根部14之區中且可將一空氣流吹送至擴散器300中。風扇800亦可提供於風力發電設備之轂90中。

本發明基於如下概念：將用於除冰一風力發電設備之一轉子葉片的已現有組件不僅用於除冰轉子葉片前端區而且用於除冰轉子葉片後緣12。上述概念由於可藉由空氣分佈單元500不僅將經加熱空氣流引導至轉子葉片前端區11中而且或僅引導至轉子葉片後緣之區中而實現。

以彼方式，可使用對風力發電設備之控制以亦藉助一經加熱空氣流除冰轉子葉片後緣或轉子葉片後緣之區。僅出於彼目的，使用具有一調整部件540之一個空氣流偏轉單元或空氣分佈單元500。在一第一操作模式中，對風力發電設備之控制可將一經加熱空氣流傳送至轉子葉片前端區11中。在一第二操作模式中，可藉由空氣分佈單元將經加熱空氣流傳送至一轉子葉片後緣12之區中而非至轉子葉片前端區中。以彼方式，後緣區亦可藉由自第一操作模式切換至第二操作模式中而被加熱且因此被除冰。

因此，根據本發明，在需要時，轉子葉片後緣亦可藉由對風力發電設備之控制而被除冰。若不需要除冰轉子葉片後緣，則風力發電設備控制保持在第一操作模式中且將經加熱空氣流吹送至轉子葉片前端區中。

因此，在第一操作模式中，空氣分佈單元500中之調整 部件540可呈現一第一位置，亦即，避免空氣流經過第二部分520且整個空氣流可沿轉子葉片前端區流動經過第三部分530至轉子葉片尖端13。然後空氣流可在第一桿100與第二桿200之間流動再次至轉子葉片根部區14中，以使得此可產生一迴路。在彼情形中，轉子葉片後箱區可藉由第一桿210及調整部件540與經加熱空氣流分離以使得僅轉子葉片前端區被加熱。以彼方式，使空氣之回流之能量損失最小化且可相對於轉子葉片前端區中之最大表面面積供應最大能量。

在第二實施例中，調整部件540可以使得避免一空氣流經過第三部分530至轉子葉片前端區中之一方式設定於第二操作模式中。以彼方式，藉由風扇800及散熱器400加熱之空氣流可流動經過第二部分520沿轉子葉片尖端13之方向至後面區中。視情況，穿孔或開口可提供於轉子葉片尖端之區中之桿中以使得空氣流可然後在第一桿200與第二桿210之間往回流動至轉子葉片根部區14。

本發明係有利的，此乃因除冰一轉子葉片可僅藉由添加一空氣分佈單元而實質上得以改良。一新程度自由可藉由空氣分佈單元之調整部件被添加至風力發電設備控制系統。根據本發明之轉子葉片尤其適合於在處於嚴重結冰風險之區域中使用。根據本發明，整個轉子葉片可視需要且相繼地藉由一空氣流加熱。

一後箱區段可提供於靠近轉子葉片根部之區中之轉子葉片後緣處。此一後箱區段可作為一單獨組件裝配至靠近轉 子葉片根部之後緣之區。若後箱結構係空心的，則若空氣分佈單元之調整部件經設定以使得經加熱空氣經過第二部分520流入至後緣區中則後箱區段可在第二操作模式中被加熱。

在本發明之一態樣中，根據本發明之轉子葉片可視情況在轉子葉片尖端之區中之第一及/或第二桿中或在轉子葉片尖端之區中之第一及/或第二桿處具有一可閉合開口900。沿轉子葉片前端區延伸之一空氣流620可經引導經過彼可閉合開口至在第一桿與第二桿之間的容積中或至在第一桿210與轉子葉片後緣之間的容積中。若可閉合開口900係打開的，則空氣流620亦可流動經過在第一桿220與轉子葉片後緣12之間的容積往回至轉子葉片根部區中。顯然，沿轉子葉片後緣流動之空氣流已經冷卻(此乃因其已經沿轉子葉片前端區流動)，但儘管如此空氣流將能夠有助於加熱轉子葉片後緣。

在本發明之又一態樣中，可視情況在一閉合單元700中或在一閉合單元700處提供一個或兩個可閉合開口710、720以用於閉合轉子葉片之轉子葉片根部區。控制可閉合開口710、720之打開或閉合使得可控制空氣流自轉子葉片尖端13流動經過在第一桿210與第二桿200之間的容積或是經過在第一桿210與轉子葉片後緣之間的容積。若開口710係打開的，則空氣流可流動經過在第一桿210與轉子葉片後緣12之間的容積。然而，若第二開口720係打開的，則空氣流可往回流動經過在兩個桿之間的容積。

圖3展示根據本發明之一風力發電設備之一示意圖。風力發電設備100具有一塔柱102及一罩艙104。具有三個轉子葉片108及一旋轉體110之一空氣動力轉子106配置於罩艙104上。在操作中，轉子106藉由風致使以旋轉且藉此驅動罩艙104中之一發電機。轉子葉片108可對應於圖1及圖2中之轉子葉片10。

10‧‧‧轉子葉片

11‧‧‧轉子葉片前端/轉子葉片前端區

12‧‧‧轉子葉片後緣/轉子葉片後緣區/轉子葉片後箱區

13‧‧‧轉子葉片尖端

14‧‧‧轉子葉片根部/轉子葉片根部區

90‧‧‧轂

100‧‧‧風力發電設備

102‧‧‧塔柱

104‧‧‧罩艙

106‧‧‧空氣動力轉子/轉子

108‧‧‧轉子葉片

110‧‧‧旋轉體

200‧‧‧桿/樑/第一桿/第二桿

210‧‧‧桿/樑/第一桿/第二桿

300‧‧‧擴散器

400‧‧‧散熱器

500‧‧‧空氣分佈單元/空氣流分佈單元/空氣流分佈或導引單元

510‧‧‧第一部分

520‧‧‧第二部分

530‧‧‧第三部分

540‧‧‧調整部件

600‧‧‧風扇

610‧‧‧空氣流

620‧‧‧空氣流

700‧‧‧閉合單元

710‧‧‧可閉合開口/開口

720‧‧‧可閉合開口/第二開口

800‧‧‧風扇

900‧‧‧可閉合開口

圖1展示根據一第一實施例之一風力發電設備之轉子葉片的一示意圖，圖2展示根據一第一實施例之一風力發電設備之轉子葉片的一示意圖，及圖3展示根據本發明之一風力發電設備之一示意圖。

11‧‧‧轉子葉片前端/轉子葉片前端區

12‧‧‧轉子葉片後緣/轉子葉片後緣區/轉子葉片後箱區

13‧‧‧轉子葉片尖端

14‧‧‧轉子葉片根部/轉子葉片根部區

90‧‧‧轂

200‧‧‧桿/樑/第一桿/第二桿

210‧‧‧桿/樑/第一桿/第二桿

300‧‧‧擴散器

400‧‧‧散熱器

500‧‧‧空氣分佈單元/空氣流分佈單元/空氣流分佈或導引單元

510‧‧‧第一部分

520‧‧‧第二部分

530‧‧‧第三部分

540‧‧‧調整部件

600‧‧‧風扇

610‧‧‧空氣流

620‧‧‧空氣流

700‧‧‧閉合單元

710‧‧‧可閉合開口/開口

720‧‧‧可閉合開口/第二開口

800‧‧‧風扇

900‧‧‧可閉合開口

Claims (10)

1. 一種風力發電設備之轉子葉片，其包括一轉子葉片前端(11)，一轉子葉片後緣(12)，一轉子葉片根部區(14)，其用於將該轉子葉片固定至一風力發電設備之一轂，一轉子葉片尖端(13)，其中該轉子葉片沿一縱向方向自該轉子葉片根部區(14)延伸至該轉子葉片尖端(13)，及一空氣分佈單元(500)，其具有一調整部件(540)以用於將一空氣流引導至該轉子葉片前端區(11)及/或一轉子葉片後緣區(12)中。
2. 如請求項1之風力發電設備之轉子葉片，其中在一第一操作模式中，該空氣分佈單元(500)呈使得將一空氣流引導至該轉子葉片前端區(11)中之一組態，且在一第二操作模式中，該空氣分佈單元(500)呈使得將一空氣流至少部分地引導至該轉子葉片後緣區(12)中之一組態。
3. 如請求項1或2之風力發電設備之轉子葉片，其中沿自該轉子葉片根部區(14)至該轉子葉片尖端(13)之該轉子葉片之該縱向方向提供至少一個第一桿(200、210)。
4. 如請求項3之風力發電設備之轉子葉片，其中該至少一個第一桿(200、210)在該轉子葉片尖端(13)之區中呈使得將在該轉子葉片前端區(11)中之一空氣流沿該至少一 個第一桿(200、210)往回導引至該轉子葉片根部區(14)之一組態。
5. 如請求項1至4中任一項之風力發電設備之轉子葉片，其中該空氣分佈單元(500)具有：一第一部分(510)，其用於接納一經加熱空氣流；一第二部分(520)，其用於將該經加熱空氣流引導至該轉子葉片後緣(12)之區中；及一第三部分(530)，其用於將該經加熱空氣流引導至該轉子葉片前端區(11)中。
6. 如請求項1至5中任一項之風力發電設備之轉子葉片，其用於具有至少1 MW之一風力發電設備。
7. 一種風力發電設備之轉子葉片，其包括一轉子葉片前端(11)，一轉子葉片後緣(12)，一轉子葉片根部區(14)，其用於將該轉子葉片固定至一風力發電設備之一轂，一轉子葉片尖端(13)，其中該轉子葉片沿一縱向方向自該轉子葉片根部區(14)延伸至該轉子葉片尖端(13)，及至少一個第一桿(200、210)，其沿自該轉子葉片根部區至該轉子葉片尖端之該轉子葉片之該縱向方向，其中一可閉合開口(900)在該轉子葉片尖端之區中之該至少一個第一桿(200、210)中，其中該可閉合開口經調適以准許一空氣流。
8. 一種風力發電設備之轉子葉片，其包括 一轉子葉片前端(11)，一轉子葉片後緣(12)，一轉子葉片根部區(14)，其用於將該轉子葉片固定至一風力發電設備之一轂，一轉子葉片尖端(13)，其中該轉子葉片沿一縱向方向自該轉子葉片根部區(14)延伸至該轉子葉片尖端(13)，及至少一個第一桿(200、210)，其沿自該轉子葉片根部區(14)至該轉子葉片尖端(13)之該轉子葉片之該縱向方向，其中該轉子葉片根部區可藉由一閉合單元(700)閉合，該閉合單元具有至少一個可閉合開口(710、720)，其中該空氣流可在該至少一個可閉合開口打開時流動經過該至少一個可閉合開口。
9. 一種除冰一風力發電設備之轉子葉片的方法，其中該風力發電設備之轉子葉片具有一轉子葉片前端區(11)、一轉子葉片後緣(12)、一轉子葉片尖端(13)及一轉子葉片根部區(14)，該方法包括如下步驟：在一第一操作模式中：將一經加熱空氣流引導至該轉子葉片前端區中，且在一第二操作模式中：將一經加熱空氣流至少部分地引導至該風力發電設備之該轉子葉片後緣區中。
10. 一種風力發電設備，其包括如請求項1至8中任一項之至少一個轉子葉片， 其中該風力發電設備具有至少1 MW之一額定功率輸出。