对风力涡轮机叶片进行除冰的方法
【专利摘要】一种对风力涡轮机叶片(5)进行除冰的方法，包括以下步骤：使用配置在叶片根部中的加热构件(10)产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔(24，26，28)的至少一部分绕叶片内部持续地循环。循环步骤包括：将受热空气从加热构件的排气口(32a)至少部分地穿过第一纵向叶片腔(26)朝向叶片尖端(18)输送；在沿叶片长度的一位置处使受热空气从第一纵向叶片腔(26)偏转到第二纵向叶片腔(24)中；以及将偏转的空气至少部分地穿过第二纵向叶片腔(24)输送回加热构件(10)的进气口(34)。受热空气至少穿过前缘腔(26)和限定在叶片内的纵向腹板(22)之间的中心腔(24)循环。
【专利说明】对风力涡轮机叶片进行除冰的方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种通过使受热空气穿过叶片内部循环来对风力涡轮机叶片进行除冰的方法。本发明还涉及一种包括适于本发明的除冰方法的一个或多个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
【背景技术】
[0002]冰形成在风力涡轮机叶片的表面上是相当常见的问题，即使是在温和气候中。冰在叶片表面上，特别是在叶片尖部中的形成和扩散将会改变叶片空气动力学特征并且还可能导致叶片上的增加的振动和载荷，所有这些都导致功率输出方面的降低。在更严重的情况下，涡轮机可能需要在冰积累时停机，以防止叶片的过大载荷，所述过大载荷可能损伤叶片部件或对叶片部件造成永久性疲劳。此外，存在与冰从风力涡轮机叶片甩出的潜在风险有关的安全问题，这意味着涡轮机必须停机，直到冰能够被去除。明确的是，任何长时间的停机都将会对涡轮机的产能产生不利影响。
[0003]因此，已认识到重要的是使风力涡轮机配备有用于防止冰在风力涡轮机叶片上形成或将已在叶片表面上形成的冰去除的有效系统。还重要的是提供用于在早期阶段检测冰在风力涡轮机上形成的准确方式。
[0004]使用受热空气加热风力涡轮机叶片表面，以便防止冰形成或将冰从叶片上去除在先前已被提出。在这样的方法中，加热叶片表面使得冰在冰与叶片表面之间的界面处解冻，由此冰能够在其自身重量影响下从叶片上滑落。例如，DE-A-842330描述了一种系统，其中空气在通过离心力穿过叶片内部抽入之前穿过机舱抽入，空气在所述机舱中由发电设备加热。受热空气从叶片尖端排出。
[0005]期望的是提供一种用于对风力涡轮机进行除冰的改进的系统和方法，所述系统和方法在将冰从叶片表面去除方面是有效的并且能够以相对较低的成本并且在不对叶片结构进行显著改动的情况下结合到新的和现有的风力涡轮机叶片中。特别期望的是这样的除冰系统和方法能够整合到风力涡轮机控制中，从而使得能够响应于叶片表面处的情况而准确地控制所述系统和方法。
【发明内容】
[0006]根据本发明，提供一种对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述方法包括以下步骤:使用配置在叶片根部中的加热构件产生受热空气；以及使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔的至少一部分绕叶片内部持续地循环。在循环步骤期间，受热空气首先从加热构件的排气口至少部分地穿过第一纵向叶片腔朝向叶片尖端输送。在沿叶片长度的一位置处，受热空气接下来从第一纵向叶片腔偏转到第二纵向叶片腔中。偏转的空气接下来至少部分地穿过第二纵向叶片腔被输送回加热构件的进气口。在除冰方法期间，重要的是受热空气至少穿过限定在穿过叶片内部延伸的各纵向腹板之间的中心腔以及限定在一个或多个纵向腹板与叶片前缘之间的前缘腔循环。
[0007]在本发明的除冰方法中，在叶片根部中产生的受热空气穿过叶片内部循环以与叶片外壳的内部表面相接触。由于受热空气穿过叶片的腔结构循环，因此受热空气将热量传递到外壳，从而使得外壳温度上升。如在上文中描述的，这使得至少与叶片表面接触的冰层解冻。因此，冰与叶片表面之间失去附着并且冰将会完全融化或由于其自身重量而从叶片滑落。
[0008]在商用风力涡轮机上使用的风力涡轮机叶片通常由外壳和内部支撑结构形成。增强件可以配置在外壳中，配置在内部支撑结构内，或既配置在外壳中又配置在内部支撑结构内。在特定类型的风力涡轮机叶片中，增强材料中的大部分配置在纵向内部翼梁或穿过外壳内部延伸的梁内。内部翼梁通常在叶片的压力侧和吸收侧处包括与外壳接触或成一体的翼梁帽。纵向腹板在翼梁帽的各边缘之间延伸以形成中空的管状结构。纵向腹板限定出内部翼梁内部的腔并且在叶片前缘和叶片后缘处限定出翼梁两侧上的腔。
[0009]在其它类型的风力涡轮机叶片中，增强材料中的大部分配置在外壳内。因此，不需要内部翼梁，而是通常将会配置有在外壳的压力侧与吸收侧之间延伸的两个或更多纵向腹板或边框。纵向腹板将叶片的内部体积分隔成多个纵向腔，所述多个纵向腔至少包括穿过叶片中部延伸的中心腔、前缘腔以及后缘腔。
[0010]因此，如在上文中描述的，能够看出的是在风力涡轮机叶片中的大部分中，在叶片的内部作为标准设置两个或更多纵向腹板，所述两个或更多纵向腹板将叶片内部分隔成不同的腔。
[0011]本发明的除冰方法有利地使用限定在叶片内的腔结构以通过已定义的循环模式协助引导空气穿过叶片。由于风力涡轮机叶片中的大部分由这样的已就位的腔结构形成，因此，如在上文中描述的，需要对叶片结构进行相对较少的改动，以便使得叶片与使用除冰方法相容。因此，除冰方法能够有利地在各种类型的叶片结构中实施并且能够易于在现有叶片中实施，以及与新制造的叶片一起实施。
[0012]本发明的除冰方法建立受热空气在叶片内的循环，所述循环能够方便地利用已存在于叶片内部的空气执行，以使得无需从外部抽入空气。空气以环形流动路径绕叶片输送，以使得空气能够穿过加热构件并且绕叶片持续地再循环。这提供一种非常有效的方式以建立穿过叶片的受热空气的连续流。具体地，使用环形流动路径的系统需要比空气不在叶片内再循环的开环系统所需更少的功率输入以便达到叶片内的目标温度。
[0013]空气在叶片内部加热到温度高于环境空气的温度。然而，加热的程度和受热空气的温度将会取决于叶片处的状况和所使用的受热空气循环的模式。在一些情况下，将空气在叶片内部加热到仅略微高于环境空气的温度已足够。在其它情况下，可能期望提供更暖的空气以能够将更多热量传递到叶片表面。
[0014]受热空气在叶片根部中产生，所述叶片根部是叶片最靠近轮毂的部分。受热空气接下来穿过叶片内部沿纵向方向朝向叶片尖端输送或泵送。术语“纵向”限定出沿叶片长度的基本上平行于叶片纵轴线的方向。叶片的“尖端”是叶片的最远离轮毂的周端，叶片的“尖部”是叶片的配置有尖端的部分。在大多数情况下，期望的是将受热空气从叶片根部尽可能沿叶片长度输送到尖部中，以使得包括叶片尖端的尖部被加热。这通常将会是重要的，因为冰的形成可能对叶片的在叶片尖部中的空气动力学效率产生显著影响，所述叶片尖部扫过比根端更大的面积。
[0015]叶片的内部体积随着叶片弦长减少而朝向尖端减少，以使得在距根端较远距离处更难将足够的空气穿过叶片输送。除使用前缘腔之外还使用中心腔用于受热空气循环提供用于将尽可能大体积的受热空气传递到叶片尖部的一种有效方式。中心腔通常具有明确限定的形状和体积并且其能够与邻近的腔便利地分隔，以便提供用于受热空气的便捷流动路径。
[0016]为了执行本发明的除冰方法，加热构件必须被结合到叶片根端中以将受热空气提供到叶片内部。叶片内的加热构件适于将受热空气沿一个或多个纵向叶片腔朝向叶片尖端输送。因此，加热构件优选地包括用于将受热空气流喷射或泵送到叶片内部的一个或多个风扇、泵或其它适当构件。加热构件将会优选地还包括用于将空气从尖部穿过叶片吸回或抽回根端的适当构件。
[0017]为了在叶片内部建立受热空气的环流模式，叶片必须适于使受热空气在各叶片腔之间偏转。受热空气在各腔之间偏转能够实现的方式将会取决于叶片结构和受热空气的绕叶片内部的期望路径。
[0018]在一些情况下，现有的叶片内部结构足以使空气以期望的方式在各腔之间偏转。在其它情况下，可能需要将附加结构结合在叶片内部以建立更明确限定的流动路径并且从而确保受热空气按要求偏转。附加结构可以包括例如一个或多个区段、挡板、隔板或腹板，所述附加结构可以定位成阻塞特定流动路径，或分隔受热空气流并且使不同部分沿不同方向偏转。替代地或附加地，可以通过将在叶片的不同腔之间延伸的一个或多个孔、开口或导管结合并且提供被限定用于针对受热空气的流动路径来提供适当流动路径。将会参考特定除冰方法在下文中描述用于使受热空气偏转的特定构件。
[0019]在本发明第一实施方式中，除冰方法包括以下步骤:将受热空气的至少一部分从加热构件的排气口穿过前缘腔朝向叶片尖端输送；在沿叶片长度的一位置处，使受热空气从前缘腔偏转到中心腔中；以及将偏转的空气穿过中心腔输送回加热构件的进气口。
[0020]因此，在根据本发明第一实施方式的方法中，受热空气穿过叶片在前缘腔中被向外输送并且穿过中心腔被输送回向加热构件。术语“向外”指的是朝向叶片尖端的方向。
[0021]优选地，除将受热空气沿叶片在前缘腔中向外输送之外，受热空气还附加地从加热构件的排气口沿限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔被输送。这部分受热空气类似地在沿叶片长度的一位置处偏转到中心腔中并且穿过中心腔被输送回向加热构件的进气口。因此，受热空气穿过前缘腔和后缘腔两者被向外输送，而仅穿过中心腔被输送回加热构件。
[0022]附加地使用后缘腔沿叶片输送受热空气可以提供多个益处。后缘腔通常提供相对较大的体积，因此能够通过将受热空气穿过后缘腔以及前缘腔输送而显著地增加受热空气朝向叶片尖端的流率，从而提供针对叶片表面的更有效率的加热。此外，通过将受热空气穿过后缘腔和前缘腔两者输送，可以提供针对叶片表面的更均匀的加热，因为受热空气能够与较大的叶片外壳表面积接触。
[0023]优选地，空气在叶片尖部内的一位置处从前缘腔偏转到中心腔中，以使得受热空气在对叶片尖端进行加热和除冰方面是有效的。在受热空气附加地穿过后缘腔被输送的情况下，这部分受热空气还优选地在叶片尖部中偏转到中心腔中。
[0024]为了使风力涡轮机叶片适于与根据本发明第一实施方式的除冰方法一起使用，因此用于将空气绕叶片尖部在不同腔之间引导的适当偏转构件被结合到叶片尖部中。适当偏转构件可以包括例如从叶片尖端延伸到中心腔的端部中的挡板或隔板。偏转构件优选地限定出从前缘腔和后缘腔进入中心腔中的分开的流动路径，而基本上防止受热空气在前缘腔与后缘腔之间转移。
[0025]在根据本发明第一实施方式的方法中，受热空气穿过前缘腔和后缘腔两者被输送，可以提供分开的加热构件以便为每个腔产生受热空气。更优选地，单一加热构件配置在叶片根部中，所述方法还包括将受热空气从加热构件的一个或多个排气口分配到前缘腔和后缘腔中的步骤。受热空气的分配可以通过将适当空气分配系统结合在叶片根部中实现。空气分配系统优选地包括用于将受热空气引导到后缘腔中的第一排气口以及用于将受热空气引导到前缘腔中的第二排气口。
[0026]优选地，本发明第一实施方式的方法还包括控制通向前缘腔和后缘腔的受热空气流的步骤。这意味着提供给每个腔的包括例如温度和质量流率的空气参数能够被单独地控制以满足叶片的各种需求。
[0027]在本发明第二实施方式中，所述除冰方法包括以下步骤:将受热空气的至少一部分从加热构件的排气口穿过限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔朝向叶片尖端输送；在沿叶片长度的一位置处，将受热空气的第一部分从后缘腔偏转到中心腔中并且将受热空气的第二部分从后缘腔偏转到前缘腔中；以及将受热空气穿过前缘腔和中心腔输送回加热构件的一个或多个进气口。
[0028]因此，在根据本发明第二实施方式的方法中，受热空气穿过叶片在后缘腔中被向外输送并且穿过中心腔和前缘腔两者被输送回加热构件。
[0029]如与在上文中描述的第一实施方式有关的，有利的是使用后缘腔将受热空气朝向叶片尖端输送，因为后缘腔提供使受热空气能够以高流率进入叶片尖部的相对较大体积。
[0030]优选地，受热空气在叶片尖部中、最优选地在叶片尖端处从后缘腔偏转到中心腔和前缘腔中。这使得受热空气循环能够在对叶片进行最少改动的情况下进行，因为叶片尖端将会使从后缘腔流出的空气自然地继续偏转回叶片的剩余部分。因此，在一些情况下，无需将用于使受热空气偏转的分开构件结合在各腔之间。在其它情况下，附加结构构件可以配置在叶片尖部中以协助将受热空气从后缘腔导引到中心腔和前缘腔中。
[0031]在叶片尖部具有相对较小横截面积的情况下，受热空气的至少一部分可以在其到达叶片尖端之前从后缘腔偏转到中心腔中。这有助于维持穿过叶片尖部的受热空气流。空气可以从后缘腔穿过配置在将后缘腔与中心腔分开的一个或多个纵向腹板中的一个或多个开口或通道偏转到中心腔中。例如，多个被隔开的开口可以在叶片尖部中配置在纵向腹板中。因此，受热空气在其接近叶片尖端时被逐渐偏转到中心腔中，以使得绕叶片尖端经过的受热空气的体积被降低。
[0032]根据本发明第二实施方式的除冰方法可以有利地利用在后缘腔内具有附加隔热材料的叶片实施。所述隔热材料可以被结合例如以向叶片提供附加结构支撑。隔热材料存在于后缘腔内意味着受热空气能够在受热空气穿过后缘腔行进时向周围叶片表面损失较少热量的情况下被输送到叶片尖部。这意味着较热空气能够更易于被传递到最需要加热的叶片尖部。
[0033]使用中心腔和前缘腔两者将受热空气输送回向加热构件通过最大化叶片与受热空气接触的表面积优化尖部中的加热。此外，如在上文中描述的，使用中心腔和前缘腔两者有助于维持穿过后缘腔的、具体是在中心腔和前缘腔的横截面相对较小的叶片尖部中的可能的较高流速。
[0034]优选地，在根据本发明第二实施方式的方法中，受热空气的穿过中心腔被输送回的第一部分在沿叶片长度的一位置处从中心腔偏转出来进入前缘腔。受热空气的被偏转的第一部分接下来与受热空气的在前缘腔中的第二部分结合被输送回加热构件。因此，受热空气在与受热空气的余下部分一起偏转到前缘腔中之前仅经过中心腔的一部分。受热空气接下来在前缘腔中的单一气流中被输送回加热构件。这有利地意味着在加热构件处仅需要单一进气口以便接收返回空气。
[0035]受热空气的第一部分优选地在从尖端沿叶片长度的至少四分之一、更优选地从尖端沿叶片长度的至少三分之一的位置处偏转到前缘腔中。因此，受热空气至少在叶片尖部中维持在中心腔内。待受热空气从中心腔偏转到前缘腔中时，前缘腔的横截面积将会足够大，使得能够容纳受热空气的全部体积。
[0036]为了使受热空气的第一部分从中心腔偏转到前缘腔，适当区段或屏障优选地配置在中心腔内以阻塞中心腔的剩余部分。在中心腔与前缘腔之间的适当流动路径接下来优选地配置在所述区段处或邻近于所述区段。例如，孔或通道可以配置在将中心腔与前缘腔分开的一个或多个纵向腹板中。
[0037]在根据本发明第二实施方式的方法中，受热空气穿过后缘腔被向外输送并且穿过前缘腔返回加热构件，加热构件优选地配置成包括定位成将受热空气引导到后缘腔中的排气口以及定位成从前缘腔接收空气的进气口。
[0038]在特定替代实施方式中，受热空气可以沿针对第二实施方式在上文中描述的方向的相反方向绕叶片输送。因此，在这样的实施方式中，受热空气穿过前缘腔和中心腔向外输送并且穿过后缘腔返回到加热构件。
[0039]在本发明第三实施方式中，除冰方法包括以下步骤:将受热空气从加热构件的排气口穿过中心腔朝向叶片尖端输送；在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的至少一部分从中心腔偏转到前缘腔中；以及将偏转的空气穿过前缘腔输送回向加热构件的进气口。
[0040]因此，在根据本发明第三实施方式的方法中，受热空气穿过叶片在中心腔中被向外输送并且穿过前缘腔返回加热构件。
[0041]受热空气能够在无需对叶片结构进行显著结构性改动的情况下朝向叶片尖端穿过中心腔被方便地输送。然而，为了确保受热空气在中心腔内保持相对较好的隔热状态，附加隔热材料优选地被结合在中心腔内。例如，如下文中所述的，当中心腔限定在内部翼梁内时，附加隔热材料优选地被结合在翼梁内，以便最小化穿过翼梁的热传递。在这样的情况下，受热空气在穿过中心腔被输送的同时将不会与叶片的外壳显著接触，并且利用翼梁内的附加隔热，能够有效地保留热量。因此，可以将较热空气传递到叶片尖部，以使得尖部中的除冰能够以有效方式进行。
[0042]优选地，除使受热空气从中心腔偏转到前缘腔中之外，受热空气的一部分还附加地从中心腔偏转到限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔中。这部分受热空气接下来穿过后缘腔被输送回向加热构件的进气口。因此，受热空气在根端处穿过前缘腔和后缘腔两者被输送回加热构件，而仅穿过中心腔从加热构件被输送出来。
[0043]如与在上文中描述的第一实施方式有关的，附加的使用后缘腔沿叶片输送热空气可以提供多个益处。
[0044]优选地，受热空气在叶片尖部中、最优选地在叶片尖端处从中心腔偏转到前缘腔中并且可选地偏转到后缘腔中。在大多数情况下，中心腔不一直延伸到叶片尖端，因此受热空气将会在距尖端较短距离处离开中心腔。用于使受热空气偏转到前缘腔中并且可选地偏转到后缘腔中的适当构件能够方便地配置在中心腔的端部与叶片尖端之间的空间内。
[0045]适当偏转构件可以包括例如从叶片尖端延伸到中心腔的端部中的挡板或隔板。偏转构件优选地限定与中心腔分开的进入前缘腔和后缘腔中的流动路径，而基本上防止受热空气在前缘腔与后缘腔之间转移。
[0046]受热空气的一部分可以在受热空气到达中心腔的在尖端处的端部之前可选地从中心腔偏转到前缘腔和后缘腔中。这可以使得受热空气绕叶片的流速较高，因为中心腔的端部与叶片尖端之间的空间通常非常有限。例如，一个或多个开口可以可选地配置在限定出中心腔的纵向腹板中，所述一个或多个开口提供从中心腔到前缘腔和后缘腔中的流道。优选地，多个开口在叶片尖部内配置在沿纵向腹板的被隔开的位置处。
[0047]根据本发明中任意实施方式的除冰方法还可以包括以下步骤:监控叶片处的温度；以及控制加热构件取决于叶片处的温度调节产生的受热空气的温度。适当温度传感器可以配置在叶片外表面上或叶片内部，以便监控叶片处的温度。温度传感器可以配置成用于监控空气温度或叶片表面的温度。反馈循环可以接下来被建立，其中来自温度传感器的输出由与加热构件相关联的控制器接收，所述控制器控制加热构件将温度调节到期望等级。反馈循环还可以用作安全措施以防止叶片的过度加热。
[0048]对于监控叶片处的温度的步骤而言替代地或附加地，本发明的除冰方法还可以包括以下步骤:监控叶片内的空气流；以及取决于空气流控制加热构件。适当压力传感器，诸如压差切换式传感器，可以配置在叶片内，以便监控叶片腔中的一个或多个内的空气流。来自压力传感器的输出可以由加热构件内的相关联的控制器接收，所述控制器控制加热构件取决于空气流调节加热等级。优选地，控制器在叶片内检测到低或零空气流的情况下关闭加热构件，从而提供安全装置以防止叶片的过度加热。
[0049]可以响应于来自温度或压力传感器的输出而控制的加热构件的参数包括:提供给加热构件的功率和/或空气穿过加热构件的流率。还可以响应于所述输出而控制加热构件保持打开的时长。
[0050]根据本发明的除冰方法适于去除在叶片上形成的冰。因此不必使得受热空气在整个操作期间穿过叶片持续地循环。为了降低与除冰方法相关联的能量消耗，更优选的是仅当已在叶片表面上检测到冰时启动受热空气循环并且加热构件当没有冰存在于叶片上时保持关闭。
[0051]因此，根据本发明的方法还包括以下步骤:监控风力涡轮机以检测冰在叶片表面上的存在并且在检测到冰的情况下启动受热空气循环。以这种方式，除冰仅当在叶片上检测到冰时进行，从而优化除冰系统的效率。
[0052]叶片表面可以使用安装在叶片上的适当冰传感器直接地监控，所述冰传感器连接到用于加热构件的控制器。当由冰传感器检测出特定等级的冰时，冰传感器向控制器发送输出信号以启动加热构件。
[0053]替代地或附加地，可以通过监控涡轮机的功率曲线以检测作为冰形成的结果而出现的功率曲线的改变间接地检测出冰在叶片表面上的存在。冰在叶片表面上的形成足以影响叶片的空气动力学特性以及来自涡轮机的功率输出，使得即使在相对较低的结冰等级下也能够检测出功率曲线中的改变。在检测到功率曲线中的与冰形成相关联的改变的情况下，能够发送信号到加热构件的控制器以启动加热构件并且执行除冰方法。
[0054]通过利用冰传感器或借助于功率曲线持续地监控叶片，可以在非常早期阶段、在冰已变厚或扩散到显著程度之前检测出冰在叶片表面上的形成。如果除冰方法能够在所述早期阶段启动，则能够最小化实现叶片除冰所需的功率。
[0055]根据本发明，还提供一种风力涡轮机，其包括一个或多个风力涡轮机叶片，每个叶片包括:外壳；以及配置在外壳内并且穿过叶片内部纵向地延伸的一个或多个纵向腹板。一个或多个纵向腹板在叶片内部限定出腔结构，所述腔结构包括:限定在叶片前缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向前缘腔、限定在叶片后缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向后缘腔、以及限定在一对纵向腹板之间并且定位在前缘腔与后缘腔之间的中心腔。用于产生受热空气的加热构件配置在叶片根部中，所述加热构件包括:一个或多个空气进气口 ；用于加热穿过一个或多个进气口进入的空气的一个或多个加热器；一个或多个空气排气口 ；以及用于使受热空气从一个或多个排气口绕叶片内部循环并且返回一个或多个进气口的构件。加热构件适于使受热空气至少穿过前缘腔和中心腔循环。
[0056]因此，根据本发明的风力涡轮机包括适于如上文中限定的本发明的除冰方法的一个或多个风力涡轮机叶片。具体地，一个或多个叶片中的每个包括用于产生受热空气并且在叶片内建立受热空气的穿过腔结构的循环的加热构件。叶片内部包括限定出腔结构的纵向腹板结构，所述腔结构包括前缘腔、后缘腔以及中心腔。其它腔可以附加地限定在叶片内部。如在上文中描述的，常规风力涡轮机叶片通常包括在外壳的压力侧与吸收侧之间延伸并且限定出所述腔结构的纵向腹板结构。每个腔优选地沿基本上全部叶片长度从根端延伸到靠近叶片尖端的位置。
[0057]能够通过调整加热构件的在叶片根部内的形状和位置控制受热空气的绕叶片内部的循环模式。优选地，一个或多个空气排气口定位成将受热空气从加热构件释放到一个或多个纵向腔中。因此，排气口优选地定位或安装在每个纵向腔的根端处，受热空气穿过所述排气口被向外输送。优选地，一个或多个进气口类似地定位成从一个或多个纵向腔中接收或抽入空气，其中在进气口处接收的空气已绕叶片内部循环以将热量传递到叶片外壳。因此，进气口优选地定位或安装在每个纵向腔的根端处，受热空气穿过所述进气口在每个纵向腔的根端处被输送回加热构件。
[0058]优选地，加热构件的主体安装在叶片的中心腔内，提供适当空气分配歧管以将受热空气分配到适当腔并且从叶片内接收再循环空气。
[0059]优选地，加热构件包括用于建立穿过纵向腔的受热空气流的一个或多个风扇或泵。一个或多个风扇或泵适于将空气穿过加热构件的一个或多个进气口抽入加热构件中并且接下来在将受热空气穿过一个或多个排气口泵送出来之前使空气经过或跨过一个或多个加热器。
[0060]用于加热被抽入加热构件中的空气的适当加热器对于本领域中的技术人员而言将会是熟知的，但还可以包括例如在空气跨过加热元件被抽入时加热空气的一个或多个电阻式加热元件。加热构件通常将会连接到涡轮机的静止部分(诸如机舱)内的供电装置。加热构件可以可选地配置有用于在空气被抽入穿过时清洁空气的构件，包括例如一个或多个过滤器。
[0061]根据本发明的风力涡轮机的每个叶片还包括用于使受热空气从纵向腔中的一个偏转到其它纵向腔中的至少一个的构件。如在上文中描述的，偏转构件的形式和位置将会取决于选定用于叶片的除冰方法以及现有的叶片内部结构。
[0062]偏转构件在叶片尖部中优选地配置在纵向叶片腔中的至少两个之间。如在上文中描述的，特别期望的是使受热空气绕叶片尖部循环，因为所述叶片尖部是冰的形成能够对于叶片的性能潜在地造成最大影响的位置。因此，期望的是建立受热空气在偏转和返回叶片根端之前沿基本上全部叶片长度被输送到所述叶片尖端的受热空气循环。在特定优选实施例中，偏转构件包括从叶片尖端延伸的区段。适当偏转构件已在上文中与本发明的方法有关地描述并且将会参考本发明的风力涡轮机的优选实施方式更详细地描述。
[0063]对于配置在叶片尖部中的偏转构件而言替代地或附加地，偏转构件可以配置在叶片根端与叶片尖端之间的一个或多个中间位置处。针对需要使受热空气在远离尖端的位置处的各腔之间偏转的特定除冰方法，这可以是值得期望的。例如，在根据本发明第二实施方式的除冰方法中，需要偏转构件使受热空气在距叶片尖端一段距离处从中心腔偏转到前缘腔中。
[0064]根据本发明的风力涡轮机可以包括适于与如在上文中描述的根据本发明第一实施方式的除冰方法一起使用的一个或多个风力涡轮机叶片。在所述风力涡轮机叶片中，每个叶片的加热构件包括用于将受热空气输送到叶片的前缘腔中的排气口和用于接收穿过中心腔被输送的空气的进气口。这使得受热空气循环能够建立成从加热构件穿过前缘腔朝向叶片尖端并且穿过中心腔返回叶片根端。
[0065]优选地，叶片的适于与根据本发明第一实施方式的除冰方法一起使用的加热构件还包括用于将受热空气输送到叶片的后缘腔中的排气口。这使得受热空气能够穿过前缘腔和后缘腔两者朝向尖端被输送。
[0066]在所述叶片中，偏转构件优选地配置在中心腔的尖端处以提供从前缘腔到中心腔的第一流动路径和从后缘腔到中心腔的第二流动路径。例如，可以配置从叶片尖端延伸到中心腔的端部中的区段，所述区段将受热空气从前缘腔和后缘腔引导到中心腔中，但基本上防止受热空气在前缘腔与后缘腔之间转移。
[0067]每个叶片中的加热构件优选地还包括用于单独地控制被输送到前缘腔和后缘腔中的每个中的受热空气的温度和流率中的至少一个的控制构件。
[0068]根据本发明的风力涡轮机替代地可以包括适于与如在上文中描述的根据本发明第二实施方式的除冰方法一起使用的一个或多个风力涡轮机叶片。在所述风力涡轮机叶片中，每个叶片的加热构件包括用于将受热空气输送到叶片的后缘腔中的排气口以及用于接收穿过前缘腔被输送的空气的进气口。这使得受热空气循环能够建立成从加热构件穿过后缘腔朝向叶片尖端并且穿过中心腔和前缘腔返回。
[0069]在所述叶片中，一区段优选地在中心腔内配置在沿中心腔长度的一位置处，一个或多个开口配置在纵向腹板内以提供中心腔与前缘腔之间的流动路径，其中一个或多个开口配置在所述区段与叶片尖端之间的一个或多个位置处。
[0070]优选地，配置在纵向腹板中的一个或多个开口附加地提供后缘腔与中心腔之间的流动路径。这意味着受热空气能够从后缘腔穿过中心腔在所述区段与叶片尖端之间的一个或多个位置处流动到前缘腔。如在上文中描述的，所述布置使得穿过叶片尖部的受热空气流能够维持在相对较高等级，尽管叶片截面在所述区域中减小。这继而提供对叶片尖部的更有效率的加热。
[0071]根据本发明的风力涡轮机可以替代地包括适于与如在上文中描述的根据本发明第三实施方式的除冰方法一起使用的一个或多个风力涡轮机叶片。在所述风力涡轮机叶片中，每个叶片的加热构件包括用于将受热空气输送到叶片的中心腔中的排气口以及用于接收穿过前缘腔被输送的空气的进气口。这使得受热空气循环能够建立成从加热构件穿过中心腔朝向叶片尖端并且穿过前缘腔返回。
[0072]优选地，适于与根据本发明第一实施方式的除冰方法一起使用的叶片加热构件还包括用于接收穿过后缘腔被输送空气的进气口。这使得受热空气能够从叶片尖端穿过前缘腔和后缘腔两者被输送回。
[0073]在所述叶片中，偏转构件优选地配置在中心腔的尖端处以提供从中心腔到前缘腔的第一流动路径以及从中心腔到后缘腔的第二流动路径。例如，挡板可以配置在中心腔的端部处以将受热空气流分隔成两个部分，一个部分将会穿过前缘腔偏转回，另一个部分将会穿过后缘腔偏转回。
[0074]在根据本发明的风力涡轮机中，每个叶片还可以包括用于将纵向腔在叶片根端处彼此分隔的构件。这可以有利地通过防止空气在叶片根端处在纵向腔之间的不期望的流动而确保在叶片内部维持期望的受热空气循环。在叶片内建立闭环路线也将会有助于确保空气尽可能高效地经过加热构件。
[0075]在特定叶片中，前缘腔和后缘腔可以借助于纵向腹板在根端处有效地闭合，所述纵向腹板可以穿过叶片根部一直延伸，直到遇到叶片壁。在其它叶片中，可能在纵向腔的根端处需要附加区段或密封件，以便将各腔彼此分隔。
[0076]纵向腔在根端处的闭合可以有利于防止受热空气逸出叶片，以使得受热空气能够绕叶片沿基本上闭环路线有效地再循环。
[0077]如与方法权利要求有关在上文中描述的，风力涡轮机叶片通常由在叶片的压力侧与吸收侧之间延伸的至少两个纵向腹板形成。纵向腹板沿纵向方向从根端延伸，优选地延伸到叶片尖端处的位置或靠近叶片尖端的位置。
[0078]在本发明的特定优选实施方式中，风力涡轮机包括一个或多个叶片，所述一个或多个叶片包括穿过叶片内部延伸的内部翼梁，其中翼梁包括限定出中心腔的一对腹板。因此，中心腔由内部翼梁内的空间提供。内部翼梁内的腔提供方便、明确限定并且相对较好隔热的空间以将受热空气从根端穿过所述空间输送或穿过所述空间输送回根端。方便地形成内部翼梁的所述一对纵向腹板还在翼梁的任一侧上限定出前缘腔和后缘腔，以使得期望的腔结构能够以相对简单的方式配置在叶片内部。内部翼梁内的腔与任一侧上的腔沿翼梁的全部长度隔热，从而使得可以建立明确限定的绕叶片内部的受热空气流。
[0079]根据本发明的风力涡轮机的一个或多个叶片还可以在后缘腔内包括隔热材料。在特定叶片中，隔热材料将会针对结构目的配置在后缘腔内以在所述区域中对叶片提供支撑。在后缘腔中包括隔热材料的叶片可以特别好地适于根据本发明的受热空气的至少一部分穿过后缘腔朝向叶片尖端被输送的除冰方法。隔热材料有利地降低受热空气的热量损失，以使得较热空气能够被传递到叶片尖部。
[0080]隔热材料可以呈至少部分地填充后缘腔的泡沫状芯材的形式。替代地，隔热材料可以呈包括多层隔热材料的夹层材料的形式。例如，夹层材料可以应用到外壳的内部表面。
[0081]对于配置在后缘腔中的任意隔热材料而言替代地或附加地，隔热材料可以沿叶片长度的至少一部分配置在每个叶片的中心腔内。在中心腔中包括隔热材料的叶片可以特别好地适于根据本发明的受热空气的至少一部分穿过中心腔朝向叶片尖部被输送的除冰方法。
[0082]可以调整根据本发明的风力涡轮机的一个或多个叶片，以使得受热空气可以在限定在叶片内部的纵向腔内自由地移动。替代地，每个叶片还可以包括用于将受热空气输送到加热构件中或从加热构件中输送出来的一个或多个空气管道或管线。取决于内部叶片结构，所述管道可以有助于控制受热空气循环以及尽可能高效地引导受热空气进入和离开加热构件。
[0083]根据本发明的风力涡轮机的一个或多个叶片中的每个优选地还包括用于控制所述叶片内的加热构件的控制构件。在涡轮机包括多个叶片的情况下，每个叶片的加热构件将会具有与所述叶片相关联的单独的控制构件，以使得能够单独地控制每个叶片的除冰。有利地，例如，在加热构件中的一个出现故障的情况下，每个加热构件还能够相对于同一涡轮机内的其它加热构件单独地关闭。
[0084]如在上文中描述的，控制构件可以接收来自与叶片相关联的温度传感器的输出信号，以使得能够响应于叶片处的温度情况而控制受热空气流。因此，每个叶片优选地还包括用于监控叶片处的温度并且向与所述叶片内的加热构件相关联的控制构件提供输出的一个或多个温度传感器，其中控制构件适于基于从温度传感器接收的输出来操作地控制加热构件。
[0085]对于温度传感器而言替代地或附加地，每个叶片还可以包括用于监控叶片内的空气流并且向与所述叶片内的加热构件相关联的控制构件提供输出的一个或多个压力传感器，诸如压差切换式传感器。控制构件适于基于从压力传感器接收的输出来操作地控制加热构件。优选地，控制构件适于当检测到空气流低于阈值时关闭加热构件。例如，作为安全措施，控制构件优选地适于当在叶片内基本上检测不到空气流时关闭加热构件。
[0086]与加热构件相关联的控制构件可以适于响应于测量到的温度或空气流而操作地控制下述参数中的至少一个:提供给一个或多个加热器的功率、空气穿过加热构件循环的速度、以及一个或多个加热器的加热循环。
[0087]常规水平轴线式风力涡轮机通常将会包括三个风力涡轮机叶片。在多个叶片配置在根据本发明的风力涡轮机上的情况下，配置在每个叶片中的加热构件优选地全部连接到涡轮机内的中央控制单元和中央供电装置。除了优选地包括单独的控制构件之外，与涡轮机上的每个叶片相关联的加热构件还优选地能够被集中控制。
[0088]用于控制加热构件的中央控制单元可以形成风力涡轮机的主控制系统的一部分，或至少可以连接到主控制系统。因此，中央控制单元能够基于与风力涡轮机性能或风力涡轮机处的情况有关的数据和信息来控制加热构件。例如，如在上文中描述的，中央控制单元可以适于当检测到功率曲线中的指示出冰在叶片上的存在的改变时启动除冰系统。因此，能够当冰的等级变得足以对于涡轮机的性能产生负面影响时执行除冰。
[0089]对于功率曲线任意分析以检测冰在叶片上的存在而言替代地或附加地，根据本发明的风力涡轮机还可以包括用于检测冰在叶片中的至少一个上的存在并且向中央控制单元提供输出的一个或多个冰传感器，其中中央控制单元适于在检测到冰的情况下启动一个或多个叶片内的加热构件。
【专利附图】
【附图说明】
[0090]将会通过实施例的方式并且参考附图进一步描述本发明，其中:
[0091]图1示出根据本发明结合有除冰系统的风力涡轮机；
[0092]图2示出风力涡轮机叶片的示意性纵截面图，所述风力涡轮机叶片适于根据本发明第一实施方式的除冰方法；
[0093]图3示出穿过图1的叶片的示意性横截面图；
[0094]图4示出风力涡轮机叶片的示意性纵截面图，所述风力涡轮机叶片适于根据本发明第二实施方式的除冰方法；以及
[0095]图5示出风力涡轮机叶片的示意性纵截面图，所述风力涡轮机叶片适于根据本发明第三实施方式的除冰方法。
【具体实施方式】
[0096]图1展示了迎风式风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2，风力涡轮机机舱3安装在所述风力涡轮机塔架上。风力涡轮机转子4包括接附到中央轮毂6的三个被隔开的风力涡轮机叶片5，所述风力涡轮机转子安装在涡轮机上。图1中展示的风力涡轮机I可以是适于家用或轻型多用途的较小型号，或可以是较大型号，诸如适于在风电场上进行大规模发电所使用的型号。在后一种情况下，转子的直径可以大至100米或更多。本发明不限于三叶片式涡轮机，尽管大多数商用风力涡轮机使用三叶片式转子。
[0097]风力涡轮机I结合有用于对叶片5进行除冰的除冰系统。除冰系统包括安装在每个叶片5根端处的加热器10，所有加热器都连接到机舱3内的供电装置。如下文中更详细描述的，加热器10中的每个都适于将受热空气供给到叶片内部5中并且适于建立受热空气穿过叶片5的循环。
[0098]图2示出叶片5中的一个的纵截面图并且展示叶片5内的内部结构。所述结构在图3中示出的叶片的横截面图中进一步展示。叶片5包括外壳12和在外壳内沿纵向方向从叶片的根端16延伸到距叶片的尖端18较短距离位置的内部翼梁14。内部翼梁14由在叶片5的压力侧和吸收侧结合到外壳12中的一对相对的翼梁帽20形成。一对相对的纵向腹板22在相对的翼梁帽20的端部之间延伸以形成具有大致正方形横截面的中空的梁结构。
[0099]如能够从图2和3中看出的，纵向腹板22在叶片5内限定出腔结构。中心腔24在各纵向腹板22之间限定在内部翼梁14内部。前缘腔26在内部翼梁12的最靠近前缘的一侧上限定在叶片前缘5与纵向腹板22之间。后缘腔28在内部翼梁的最靠近后缘的一侧上限定在叶片后缘5与纵向腹板22之间。
[0100]在图2中示出的叶片5适于与根据本发明第一实施方式的除冰方法一起使用。加热器10在中心腔24内安装在叶片根端并且包括从中心腔24延伸到前缘腔26和后缘腔28中的空气分配歧管30。分配歧管30包括定位在前缘腔26中的第一排气口 32a、定位在后缘腔28中的第二排气口 32b以及定位在中心腔24中的进气口 34。风扇系统(未示出)结合在加热器内，所述风扇系统适于将受热空气穿过排气口 s32a、b泵送出来并且适于将空气穿过进气口 34抽入加热器10中。加热元件(未示出)配置在加热器内以在空气穿过加热器10从进气口 34被抽入排气口 32a、b时加热空气。控制构件配置在加热器10中以控制穿过排气口 32a、b被泵送出来的受热空气的温度和流率。
[0101]除上文中描述的叶片结构之外，叶片5还包括从叶片尖端延伸到内部翼梁12靠近叶片尖端的开口中的区段36。区段36有效地在叶片尖端处将前缘腔26与后缘腔28分开。
[0102]在叶片5中的除冰系统的操作期间，受热空气由加热器10在叶片的根端16处产生并且从加热器穿过排气口 32a、b被泵送到前缘腔26和后缘腔28中。受热空气在图2中示出的箭头方向上朝向叶片的尖端18流动。在受热空气流过叶片腔时，热量从空气传递到外壳12，以便加热叶片表面。当受热空气到达叶片5的尖端18时，区段36将空气从每个腔引导到中心腔24中。受热空气接下来穿过中心腔24被抽回向叶片的根端16，空气在所述中心腔中穿过进气口 34重新进入加热器10。空气绕叶片内部穿过由纵向腹板22限定出的叶片腔持续地再循环。
[0103]图4示出具有与图2和3中示出的类似的内部结构但已适于与根据本发明第二实施方式的除冰方法一起使用的叶片100。如在叶片5中，叶片100的加热器110在中心腔24中安装在叶片根端。然而，仅提供单一的排气口 132，所述排气口定位在后缘腔28中。进气口 134定位在前缘腔26中。
[0104]叶片在尖端处不包括任何区段，而是区段136在中心腔24中配置在距叶片尖端沿中心腔24长度的大致三分之一处。区段136阻塞中心腔24，以使得空气不能在中心腔24的在区段136两侧上的部分之间流动。多个开口配置在每个纵向腹板22中，所述多个开口形成在后缘腔28与前缘腔26之间穿过中心腔24延伸的流动路径。
[0105]在叶片100中的除冰系统的操作期间，受热空气由加热器110在叶片根端处产生并且从加热器穿过排气口 132被泵送到后缘腔28中。受热空气在图3中示出的箭头的方向上朝向叶片尖端流动。当受热空气到达叶片100尖端时，空气绕尖端被输送并且进入中心腔24和前缘腔26。在叶片的外三分之一中，受热空气的一部分附加地经过将中心腔与后缘腔分开的纵向腹板22中的开口进入中心腔24中。
[0106]受热空气穿过中心腔24和前缘腔26被抽回向叶片根端。在受热空气流过中心腔24时，所述受热空气穿过将中心腔与前缘腔分开的纵向腹板22中的开口被逐渐偏转到前缘腔26中。所有空气都被推动穿过开口，因为区段136防止空气穿过中心腔24朝向叶片根端进一步流动。因此，所有空气都在前缘腔26中停驻，空气在所述前缘腔中被抽回叶片根端并且穿过进气口 134重新进入加热器110。如与图2有关的描述，空气绕叶片内部持续地再循环。
[0107]图5示出具有与图2至4中示出的类似的内部结构的叶片200，但所述叶片适于与根据本发明第三实施方式的除冰方法一起使用。如在叶片5和100中的那样，叶片200加热器210在中心腔24中安装在叶片根端处。配置有定位在中心腔24中的单一排气口 232。第一进气口 234a定位在前缘腔26中，第二进气口 234b定位在后缘腔28中。
[0108]在叶片200尖端处，配置有从叶片200尖端延伸到中心腔24邻近于尖端的开口的挡板236。如在图3中示出的叶片100中，开口配置在纵向腹板22外三分之一中以提供从中心腔24到前缘腔24和后缘腔28中的流动路径。
[0109]在叶片200中的除冰系统操作期间，受热空气由在叶片根端处的加热器210产生并且从加热器穿过排气口 232泵送到中心腔24中。受热空气在图5中示出的箭头方向上沿中心腔24朝向叶片尖端流动。在受热空气经过中心腔24外三分之一时，受热空气的一部分从中心腔24穿过纵向腹板22中的开口偏转到邻近的前缘腔26和后缘腔28。当受热空气到达叶片200尖端时，受热空气的剩余部分由挡板236引导到前缘腔26和后缘腔28两者中。
[0110]受热空气接下来穿过前缘腔26和后缘腔28被抽回叶片根端，空气在所述叶片根端处穿过相应进气口 234a、b重新进入加热器210。
[0111]在每个除冰方法中，加热器在由安装在叶片上的冰传感器检测出冰在叶片外表面的情况下启动。在受热空气穿过叶片腔循环时，外壳被加热并且至少与叶片表面接触的冰层被解冻。冰接下来由于重力影响从叶片滑落。一旦冰已被去除，则可以关闭加热器。
【权利要求】
1.一种对风力涡轮机叶片进行除冰的方法，所述方法包括以下步骤: 使用配置在叶片根部中的加热构件产生受热空气；以及 使受热空气穿过限定在叶片内的另外两个纵向叶片腔的至少一部分绕叶片内部持续地循环，所述循环步骤包括: 将受热空气从加热构件的排气口至少部分地穿过第一纵向叶片腔朝向叶片尖端输送; 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气从第一纵向叶片腔偏转到第二纵向叶片腔中；以及 将偏转的空气至少部分地穿过第二纵向叶片腔输送回加热构件的进气口， 其中受热空气至少穿过限定在穿过叶片内部延伸的各纵向腹板之间的中心腔以及限定在一个或多个纵向腹板与叶片前缘之间的前缘腔循环。
2.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤: 将受热空气的至少一部分从加热构件的排气口穿过前缘腔朝向叶片尖端输送； 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气从前缘腔偏转到中心腔中；以及 将偏转的空气穿过中心腔输送回加热构件的进气口。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括: 将受热空气的一部分从加热构件的排气口沿限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔输送；以及 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气从后缘腔偏转到中心腔中；以及 将偏转的空气穿过中心腔输送回加热构件的进气口。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其中受热空气在叶片尖部中从前缘腔并且可选地从后缘腔受偏转到中心腔中。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的方法，还包括将受热空气从加热构件的一个或多个排气口分配到前缘腔和后缘腔中。
6.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤: 将受热空气的至少一部分从加热构件的排气口穿过限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔朝向叶片尖端输送； 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的第一部分从后缘腔偏转到中心腔中并且使受热空气的第二部分从后缘腔偏转到前缘腔中；以及 将受热空气穿过前缘腔和中心腔输送回加热构件的一个或多个进气口。
7.根据权利要求6所述的方法，还包括: 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的第一部分从中心腔偏转出来进入前缘腔中；以及 将受热空气的偏转的第一部分与受热空气的在前缘腔中的第二部分结合输送回加热构件的一个或多个进气口。
8.根据权利要求6或7所述的方法，其中受热空气在叶片尖部中从后缘腔偏转到中心腔和前缘腔中。
9.根据权利要求8所述的方法，包括使受热空气的第一部分在从尖端沿叶片长度的至少四分之一处从中心腔偏转出来进入前缘腔中。
10.根据权利要求1所述的进行除冰的方法，包括以下步骤: 将受热空气从加热构件的排气口穿过中心腔朝向叶片尖端输送； 在沿叶片长度的一位置处，使受热空气的至少一部分从中心腔偏转到前缘腔中；以及 将偏转的空气穿过前缘腔输送回向加热构件的进气口。
11.根据权利要求10所述的方法，还包括: 在沿叶片的一位置处，使受热空气的一部分从中心腔偏转到限定在一个或多个纵向腹板与叶片后缘之间的后缘腔中；以及 将受热空气穿过后缘腔输送回向加热构件的进气口。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其中受热空气在叶片尖部中从中心腔偏转到前缘腔中并且可选地偏转到后缘腔中。
13.根据权利要求12所述的方法，其中受热空气在叶片尖部内的沿叶片长度的一个或多个位置处穿过配置在限定出中心腔的纵向腹板中的一个或多个开口从中心腔偏转到前缘腔中并且可选地偏转到后缘腔中。
14.根据在前权利要求中任一项所述的方法，其中受热空气使用配置在加热构件内的一个或多个风扇穿过叶片内部循环。
15.根据在前权利要求中任一项所述的方法，还包括: 监控叶片处的温度；以及 控制加热构件以取决于叶片处的温度来调节产生的受热空气的温度。
16.根据在前权利要求中任一项所述的方法，还包括: 监控叶片内的空气流；以及 取决于叶片内的空气流来控制加热构件。
17.根据权利要求15或16所述的方法，包括控制下述参数中的至少一个:提供给加热构件的功率以及穿过加热构件的空气的流速。
18.根据在前权利要求中任一项所述的方法，还包括: 使用一个或多个传感器监控叶片以检测冰在叶片表面上的存在；以及 在检测到冰存在于叶片表面上的情况下启动受热空气循环。
19.根据在前权利要求中任一项所述的方法，还包括: 监控风力涡轮机的功率曲线以检测在功率曲线中的作为冰存在于叶片表面上的结果的改变；以及 在检测到冰存在于叶片表面上的情况下启动受热空气循环。
20.一种风力涡轮机,包括一个或多个风力涡轮机叶片,每个叶片包括: 夕卜壳; 一个或多个纵向腹板，其配置在外壳内并且穿过叶片内部纵向地延伸，其中一个或多个纵向腹板在叶片内部限定出腔结构，所述腔结构包括:限定在叶片前缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向前缘腔、限定在叶片后缘与一个或多个纵向腹板之间的纵向后缘腔、以及限定在一对纵向腹板之间并且定位在前缘腔与后缘腔之间的中心腔；以及 加热构件，其配置在叶片根部中，加热构件包括:一个或多个空气进气口 ；用于加热穿过一个或多个进气口进入的空气的一个或多个加热器；一个或多个空气排气口 ；以及用于使受热空气从一个或多个排气口绕叶片内部循环并且回到一个或多个进气口的构件，其中加热构件适于使受热空气至少穿过前缘腔和中心腔循环。
21.根据权利要求20所述的风力涡轮机，其中每个叶片还包括用于使受热空气从纵向腔中的一个偏转到另外的纵向腔中的至少一个的构件。
22.根据权利要求21所述的风力涡轮机，其中每个叶片包括在叶片尖部中配置在至少两个纵向叶片腔之间的偏转构件。
23.根据权利要求22所述的风力涡轮机，其中配置在叶片尖部中的偏转构件包括从叶片尖端延伸的一隔壁。
24.根据权利要求21至23中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片包括配置在叶片根端与叶片尖端之间的中间位置处的偏转构件。
25.根据权利要求20至24中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片的加热构件配置在叶片的中心腔内。
26.根据权利要求20至25中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片的加热构件包括将受热空气输送到叶片的前缘腔中的排气口以及用于接收穿过中心腔被输送的空气的进气口。
27.根据权利要求26所述的风力涡轮机，其中加热构件还包括用于将受热空气输送到叶片的后缘腔中的排气口。
28.根据权利要求27所述的风力涡轮机，其中每个叶片还在中心腔尖端处包括偏转构件以提供从前缘腔到中心腔的第一流动路径以及从后缘腔到中心腔的第二流动路径。
29.根据权利要求27或28所述的风力涡轮机，其中每个叶片中的加热构件还包括用于单独地控制进入前缘腔和后缘腔中的每个的受热空气的温度和流率中的至少一个的控制构件。
30.根据权利要求20至25中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片中的加热构件包括用于将受热空气输送到叶片的后缘腔中的排气口以及用于接收穿过前缘腔被输送的空气的进气口。
31.根据权利要求30所述的风力涡轮机，其中每个叶片还在沿中心腔长度的一位置处包括中心腔内的一隔壁以及在纵向腹板内的一个或多个开口以提供中心腔与前缘腔之间的流动路径，其中一个或多个开口配置在隔壁与叶片尖端之间的一个或多个位置处。
32.根据权利要求20至25中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片中的加热构件包括用于将受热空气输送到叶片的中心腔中的排气口以及用于接收穿过前缘腔被输送的空气的进气口。
33.根据权利要求32所述的风力涡轮机，其中加热构件还包括用于接收穿过后缘腔被输送的空气的进气口。
34.根据权利要求32或33所述的风力涡轮机，其中每个叶片还在中心腔的尖端处包括偏转构件以提供从中心腔到前缘腔的第一流动路径以及从中心腔到后缘腔的第二流动路径。
35.根据权利要求20至34中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片还包括用于在叶片根端处将纵向腔彼此分隔的构件。
36.根据权利要求20至35中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片包括穿过叶片内部延伸的内部翼梁，翼梁包括在内部翼梁内部限定出中心腔的一对腹板。
37.根据权利要求20至36中任一项所述的风力涡轮机，隔热材料沿叶片长度的至少一部分配置在限定在叶片内部的后缘腔内。
38.根据权利要求20至37中任一项所述的风力涡轮机，其中隔热材料沿叶片长度的至少一部分配置在每个叶片的中心腔内。
39.根据权利要求20至38中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中每个叶片还包括用于将受热空气输送到加热构件中或从加热构件输送出来的一个或多个空气管道。
40.根据权利要求20至39中任一项所述的风力涡轮机，其中每个叶片还包括用于控制所述叶片内的加热构件的控制构件。
41.根据权利要求40所述的风力涡轮机，其中每个叶片还包括用于监控叶片处的温度并且向所述叶片内的控制构件提供输出的一个或多个温度传感器，其中控制构件适于基于从温度传感器接收的输出来操作地控制相关联的加热构件。
42.根据权利要求40或41所述的风力涡轮机，其中每个叶片还包括用于监控叶片内的空气流的一个或多个压力传感器，其中控制构件适于基于从压力传感器接收的输出来操作地控制相关联的加热构件，从而使得加热构件在检测到的叶片内的空气流低于阈值等级的情况下关闭。
43.根据权利要求41或42所述的风力涡轮机，其中控制构件适于操作地控制下述参数中的至少一个:提供给一个或多个加热器的功率、空气穿过加热构件循环的速度、以及一个或多个加热器的加热循环。
44.根据权利要求20至43中任一项所述的风力涡轮机，包括多个风力涡轮机叶片，其中配置在每个叶片中的加热构件连接到涡轮机内的中央控制单元和中央供电装置。
45.根据权利要求44所述的风力涡轮机，还包括用于检测冰在叶片中的至少一个上的存在并且向中央控制单元提供输出的一个或多个冰传感器，其中中央控制单元适于在检测到冰的情况下启动一个或多个叶片内的加热构件。
【文档编号】F03D11/00GK104169576SQ201380014776
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年1月9日 优先权日:2012年1月20日
【发明者】J·科吉, K·格雷戈里, R·汤森 申请人:维斯塔斯风力系统集团公司