风轮机叶片除冰系统和方法与流程

本公开在此涉及一种风轮机，具体涉及用于对风轮机叶片进行除冰的系统和方法。

背景技术：

用于风能生产的风资源可能位于寒冷潮湿地区，在这些地区，可能会在风轮机的叶片上形成冰。风轮机叶片结冰会给风轮机的操作带来若干严重问题，诸如测量错误、长时间电力损失、机械故障和安全危害。根据叶片的轮廓，结冰的关键区域发生在沿着前边缘的最远端三分之一叶片处。最远端三分之一叶片具有最高相对速度并且因此更容易具有冰积累。因而，可能期望的是具有一种风轮机除冰系统。

传统的除冰系统可以包括外部涂层和涂料。另外，尽管可能有某些传统除冰系统，但是它们经常在叶片的制造过程期间直接嵌入在叶片内。对现有叶片的改进涉及诸如能量、系统附加质量的作用以及安装难度和成本之类的参数(作为改进)。例如，这些参数表示嵌入在风轮机叶片的玻璃纤维层内的装置可能不适合于对现有风轮机进行改进。另外，对于外部安装的装置来说，安装成本也是应该考虑的因素。叶片上的流体和机器可以改变系统的动力学特性，特别是当质量更接近顶端移动时。向叶片外部增加除冰系统可能导致发电损失，这是因为改变了叶片的空气动力学特性，这可能超过结冰事件之后重新捕获的电力的好处。另外，外部除冰系统暴露于恶劣环境条件和空气侵蚀，需要频繁维护以维持有效性。

注意到航空工业，在过去一个世纪就已经考虑了机翼防结冰和除冰。用于机翼防结冰和除冰的方法可以包括热排放空气循环、气动靴和使用防冻喷雾剂(例如，乙二醇喷雾剂)。乙二醇喷雾剂可以在飞机机翼上使用。然而，乙二醇喷雾剂不除冰，它仅仅防止冰形成，并且仅仅用于有限时间段(例如，15分钟)，这对于航空工业来说是有效的，因为这种防冻将为飞机提供正好足够的时间到达上层大气，而上层大气的结冰不太严重。这样，防冻系统将可能连续地供应，但是对于风轮机应用来说可能不太实际或者不可持续。

气动靴在叶片的前边缘上使用可膨胀橡胶条带。这些方法提供了使冰脱落的不同替换方案，而且无需向结冰区域供热的能量需求方法。尽管在航空工业中成功地应用了气动靴，但是它们并不完美，并且不能满足风轮机的某些规格。在航空工业中，使用加热空气系统作为防结冰系统而不是作为除冰系统，这是因为由于对流引起的损失在高空速时是相当高的。传统系统可能由于超过可用电能容量而达不到标准。另外，传统系统或者无法安装，或者作为改进来实现成本极其高昂。

因此，期望具有一种改进的风轮机叶片除冰系统，这些除冰系统可以对现有叶片提供改进。

技术实现要素：

根据一个方面，提供了一种用于加热风轮机叶片的系统。所述系统包括用于加热空气和用于附装至所述风轮机叶片的内表面的加热器、用于使空气穿过所述加热器以产生加热空气流的鼓风机、以及用于接收加热空气流并将该加热空气流释放到所述风轮机叶片的内部的柔性管道。

在所述系统的一个实施方式中，所述柔性管道包括多孔性织物管道。在一个实施方式中，所述柔性管道包括非孔性管道，该非孔性管道用于接收加热空气流并将该加热空气流传送到所述多孔性织物管道。在所述系统的一个实施方式中，当加热空气流动时，所述多孔性织物管道的尺寸减小，并且所述非孔性管道的尺寸不减小。在所述系统的一个实施方式中，所述柔性管道是自膨胀的。

在所述系统的一个实施方式中，所述系统包括用于连接至所述柔性管道并支撑该柔性管道的支柱。在所述系统的一个实施方式中，所述风轮机叶片的内表面包括翼梁，并且所述支柱附装到所述翼梁。

在所述系统的一个实施方式中，所述系统包括顶端约束器，该顶端约束器用于支撑所述柔性管道的远端而不附装到所述风轮机叶片的内表面。在所述系统的一个实施方式中，所述顶端约束器包括：用于周向地支撑所述柔性管道的一对顶端约束器凸缘；以及弓形杆，所述弓形杆在每个端部处固定到所述顶端约束器凸缘，以与所述风轮机叶片的内表面摩擦配合。

在所述系统的一个实施方式中，所述系统包括附装到所述柔性管道的远端的喷嘴，该喷嘴用于将空气传送到所述风轮机叶片的顶端。

在所述系统的一个实施方式中，所述系统包括用于感测所述风轮机叶片的内部的空气温度的温度传感器。在一个实施方式中，所述系统包括用于根据所感测的空气温度来调节加热器和鼓风机输出的控制系统。

根据另一方面，提供了一种用于加热风轮机叶片的内部的方法，所述方法包括将上面提供的系统中的任一个系统安装到风轮机叶片中。

根据另一方面，提供了一种风轮机叶片，所述风轮机叶片包括上面提供的系统中的任一个系统。

根据另一方面，提供了一种风轮机，所述风轮机包括上面提供的风轮机叶片。

根据另一方面，提供了一种用于加热风轮机叶片的内部的方法，所述方法包括：在风轮机叶片的内部产生加热空气；使所述加热空气进入到所述风轮机叶片的内部的多孔性管道中；以及使所述加热空气通过所述多孔性管道并进入所述风轮机叶片的内部以加热所述风轮机叶片的表面。

在一个实施方式中，用于加热风轮机叶片的内部的所述方法包括使所述风轮机叶片的外表面上的冰融化。

在一个实施方式中，用于加热风轮机叶片的内部的所述方法包括加热所述风轮机叶片的前边缘表面。

在一个实施方式中，用于加热风轮机叶片的内部的所述方法包括感测所述风轮机叶片的温度并根据所感测到的温度来调节所产生的加热空气。

在一个实施方式中，用于加热风轮机叶片的内部的所述方法包括以下步骤：感测所述风轮机叶片的压力并根据所感测到的压力来调节所产生的加热空气。根据一个方面，提供了一种用于对风轮机叶片除冰的系统。所述系统包括：安装在所述叶片的基部处的内表面的用于鼓动空气的鼓风机；安装在叶片内部的基部并联接到所述鼓风机的用于加热空气的加热器；安装在叶片内部的基部并联接到所述加热器的用于接收所述加热空气的柔性管道；其中，所述加热空气穿过所述柔性管道并进入所述叶片的内部以加热所述叶片的内部，从而使叶片外部上的冰融化。所述柔性管道延伸成接近所述叶片的顶端，以将所述加热空气传送到关键结冰区域。

在一个实施方式中，所述柔性管道由织物制成。在一个实施方式中，所述柔性管道由支柱支撑。在一个实施方式中，所述叶片的内表面包括翼梁或剪切腹板，并且所述支柱的一端固定到所述翼梁或剪切腹板。在一个实施方式中，加热系统被安装成使其加热所述叶片的前边缘腔室。在一个实施方式中，所述加热组件还包括：用于测量所述叶片的温度的至少一个传感器；以及根据所述叶片的温度来调节进入所述腔室的加热空气的量和温度的控制系统。所述控制系统还可以确定何时启动(打开)和停用(关闭)所述除冰系统。在一个实施方式中，所述加热器通过凸缘附装到所述柔性管道。

根据另一方面，提供了一种用于加热风轮机叶片的内部以使所述叶片上的冰融化的方法。所述方法包括：加热空气；传送加热空气；以及使所述加热空气通过所述柔性管道进入风轮机叶片的内部。在一个实施方式中，根据所述风轮机叶片的温度来调节所述加热空气的量和温度。

根据另一方面，提供了一种具有安装好的加热组件的风轮机叶片。所述加热组件包括：传送空气的鼓风机；用于附装至风轮机并产生加热空气的热源；和用于接收加热空气并附装至所述叶片的内表面的柔性管道；其中，所述加热空气穿过所述管道并进入所述叶片的内部，以加热所述叶片的内部从而使所述叶片上的冰融化。

在阅读了一些示例性实施方式的以下描述之后，对于本领域普通技术人员来说，其他方面和特征将变得明白易懂。

附图说明

现在将参照如下附图仅仅以示例方式描述本说明书的一些实施方式，其中：

图1示出了根据一个实施方式的风轮机的立体图；

图2示出了根据一个实施方式的除冰系统的框图；

图3示出了根据一个实施方式的用于对风轮机叶片进行除冰的系统的流程图；

图4示出了根据一个实施方式的用于对风轮机叶片进行除冰的方法的流程图；

图5A和图5B示出了根据一个实施方式的除冰系统的立体图。

图6A和6B示出了图5A和5B的除冰系统的侧视图，其中图6B为了更清晰起见而省略了风轮机叶片；

图7示出了图5A和图5B的除冰系统的近视图；

图8A示出了安装在图5A和图5B的除冰系统的柔性管道上的顶端约束器的立体图；

图8B示出了安装在风轮机叶片内部的图5A和5B的除冰系统的柔性管道上的顶端约束器的立体图；

图8C至8E分别示出了顶端约束器的一端的近视图、端视图和近视图；以及

图9至14分别示出了根据另一个实施方式的除冰系统的立体图、侧视图、近视图、分解图、管道图和端视图。

具体实施方式

这里描述的各种实施方式总体涉及用于对风轮机叶片进行除冰的方法和系统。

参照图1，这里所示的是风轮机100，该风轮机100具有根据一个实施方式的除冰系统101。如图1所示，风轮机100包括塔架102、机舱104、毂(主轴部分)106和叶片108。塔架102安装成从地面向上竖直延伸。机舱104可旋转地布置在塔架102上，从而该机舱104能够通过偏航驱动设备(未示出)在水平平面内来回转动。动力传输轴和电力发电机(未示出)布置在机舱104内。包括主轴部分的毂106联接至动力传输轴并可旋转地设置在机舱104上。用于接收风的多个(在当前实施方式中为三个)叶片108附装至毂106从而以相等角度间隔径向地延伸。

机舱104保持风轮机100的主电气和机械部件诸如用于从旋转运动产生电力的发电机、滑动环和置顶盒(未示出)。在机舱104内可能没有大量空间，该机舱104可以具有从5英尺到7英尺的竖直空间。发电机在长期操作过程中会使机舱104发热。该发电机可以包括机械制动器，以确保风轮机在维护期间不旋转。滑动环可以向毂106和叶片108提供电力。滑动环可以在远离置顶盒一定距离(例如，大约三英尺)处安装至机械轴的后部。在具体实施方式中，该滑动环可以使一个三相690V端口断开。在其它实施方式中，滑动环可能需要升级以能够适应用于除冰系统101的新的布线。在进一步实施方式中，滑动环将随着具体风轮机而改变。置顶盒可以保持用于远程控制除冰系统101的CPU和软件。机舱104还可以具有两个顶部舱口，这两个顶部舱口提供人员接近毂106的通路。机舱104的顶部可以没有扶手或行走引导件。从机舱104的顶部到毂106中的检查孔的大部分行走可以从左到右以20至30度角度倾斜，并且从后到前以5至10度角度倾斜。

可以通过朝向毂106的前鼻部的三个端口孔中的一个端口孔进出毂106。在90度，紧跟随该初始端口孔可以是另一个端口孔，从而允许人员进出毂106的中心。该空间可能限于供两个或三个人进出。毂106可能不像机舱104那样经历来自于发电机的潜热，因此可以配备有电加热器以将电路板保持在可操作温度下。毂106可以利用内部齿轮和小齿轮系统连接至叶片108，并且可以对该齿轮进行良好润滑。在通向叶片108的整个动作系列中最小的端口孔可以出现在毂106和叶片108之间。

在一个示例中，进出塔架102的顶部的人员通路可以包括单个长梯(例如，80m)。在塔架102的基部和机舱104之间可以有三个平台。在每个平台中可以有孔(例如3英尺乘以3英尺)，并且可以有用于升降设备通过这些孔的绞盘(例如，1/4公吨)。所述绞盘可以用来(例如，通过两个600lbs的袋子)升降大多数工具。进出风轮机的人员通路可以根据风轮机的模型和规格而改变。

可以通过计算机(例如，GM SCADA)系统来对风轮机100进行手动电动控制。风轮机和顶置盒可以接线以对在制造阶段过程中就已经安装的带进行加热。该断开连接在一些实施方式中可以用来开启和关闭除冰系统101。可以借助于接地条带来防止叶片108、毂106、机舱104和塔架102受到雷电浪涌的影响。

图2示出了根据一个实施方式的用于对风轮机叶片108进行除冰的除冰系统101(未按比例示出)，图3示出了除冰系统101的另一个实施方式的流程图。图5至8示出了除冰系统101的一个实施方式。图9至图14示出了除冰系统301的另一个实施方式，其中相应的附图标记增加200而成为3XX系列附图标记。所示出的每个除冰系统101、301都安装在风轮机100的叶片108的内部空腔的内表面上。

通常，叶片108具有变化厚度，不过这不是必须的。沿着叶片108的前边缘128，可以有不同条带，该条带允许雷电通过叶片108的表面经过而不是在叶片108的其它地方经过。叶片108的内部表面可以是未修整的玻璃纤维。叶片108可以包括由夹持在玻璃纤维之间的轻木或泡沫芯制成的位于叶片108内的剪切腹板或翼梁，尽管翼梁和腹板在这里可以互换地使用，但是根据叶片108是否具有剪切腹板或翼梁122来将系统101安装至剪切腹板或翼梁122。

叶片108可以包括两个结构翼梁：位于后边缘172的第一后边缘翼梁121，该第一后边缘翼梁121相当短；和中间翼梁122，该中间翼梁122位于叶片108的中间附近并且延伸叶片108的长度。叶片108可以包括位于距离叶片108的顶端118大约1英尺处的实心节段123。叶片108包括位于叶片108内的不可接近节段125，该不可接近节段125可以变得太小而对于技术人员来说无法对叶片108进行维护。例如，在叶片108为37m长的情况下，叶片108的不可接近节段125可以出现在叶片108的远端处的大约15-16米处。

除冰系统101安装在叶片108的封闭空间内。除冰系统101可以使用三种传热机制：传导、对流和辐射。对流传热包括使来自加热器的加热空气沿着叶片108移动，使用绝缘材料减小内部容积，通过管道系统移动流体，其中考虑了不同的流体，以及将加热器定位在整个叶片108中。传导传热包括在叶片108表面上使用电阻元件，在叶片108表面上施加摩擦，并使用输送不同流体的热管。辐射传热包括使用微波或红外波来加热叶片108的表面。除冰系统101还可以利用超声波形式的振动。

除冰系统101包括鼓风机110，鼓风机110使空气穿过一个或多个加热器112。加热器112可以包括电阻元件，以加热由鼓风机110驱动的空气，从而产生加热空气。加热空气流被推动通过每个叶片108内的管道系统114。管道系统114在叶片108下方的特定点处将加热空气流释放到叶片108中。鼓风机110还可以控制在加热器112周围徘徊的废热量。除冰系统101可以使每个风轮机叶片108下方离毂106更远的部件的数量最小化(这可能使维护变得困难)。除冰系统101可以最小化电气和移动件的数量。

系统101完全装配在叶片108中，而不是装配在叶片108的外部。有利的是，系统101受到保护而免受叶片108外部的恶劣环境和功能元件的影响，并且可以需要较少的维护。

一旦风轮机由于在叶片108上形成的冰116或由于操作者的指令而关闭，除冰系统101可以工作。除冰系统101也可以远程开启。除冰系统101还可以由自动控制系统控制，该自动控制系统在感测到例如叶片108低于特定温度或者叶片108上积累了一定量的冰时操作除冰系统。在一些实施方式中，除冰系统101可以持续运行，但根据叶片108的感测特性而具有不同工作参数。当除冰系统101运行时，加热器112和鼓风机110可以迫使热空气通过管道系统114到达叶片108的顶端118。加热器112可以工作直到叶片108的冰116已经脱落。

除冰系统101可以被设计成作为现有风轮机叶片108的改进而进行安装。系统101可以是简单的安装，每个部件的尺寸和形状被设计成装配到叶片中而不需要起重机将叶片取下来。

管道系统114可以尽可能远地延伸到叶片108的顶端118。管道系统114可以延伸到叶片腔室中的内部区域收缩到最小面积例如300cm²的点处。通常，在管道系统114终止于叶片108中的情况下，空气循环结束，从而导致加压。加压可能需要非常少的对流传热。因为传热的主要形式可以是对流，所以空气循环到达叶片108的顶端118是有利的。在没有管道系统114的情况下，仅加热器112和鼓风机110自己可能不足以促进空气循环到叶片108的顶端118。

管道系统114可以包括柔性管道120。柔性管道120可以是多孔性织物管道。可以基于期望的流动特性来选择织物的孔隙率。例如，可以选择织物的孔隙率，以便沿着管道120的长度保持一定的压力和速度分布。例如，织物的孔隙率在120Pa可以是40(±5％)m³/m²/h。在一些实施方式中，柔性管道120的部分可以是非孔性的，而其他部分是多孔性的。例如，柔性管道120的离开加热器112的部分可以是非孔性的，而柔性管道120的在叶片108下方更远的另一部分可以是多孔性的。

柔性管道120包括多孔性织物管道。柔性管道120还包括非孔性管道，所述非孔性管道用于接收加热空气流并将其传送到多孔性织物管道。非孔性管道也可以是织物管道。当加热空气流动时，多孔性织物管道的尺寸减小，并且非孔性管道的尺寸不减小到空气涡轮机叶片108的远端。

柔性管道120可以是自膨胀的。这里的术语“自膨胀”用于表示柔性管道120可以由例如鼓风机110提供的内部压力来支撑。

织物管道120可以由支柱124支撑。支柱124可以悬臂式地穿过叶片108中的难以接近的点。支柱124可以将柔性管道120保持不接触叶片108的壁。在一些实施方式中，当叶片108停止时(例如，在叶片108处于直立位置的情况下)，支柱124使织物管道120保持不自身坍塌。在其他一些实施方式中，织物管道120可以不由支柱支撑，并且可以是自支撑的(例如，通过管道支柱124)，或者由其他装置支撑。织物管道120还可以刚性地连接到风轮机的翼梁122，直到到达叶片108内的大致中途(例如，在某些情况下为15m)，之后，织物管道120可以自支撑，例如由管道支柱124自支撑。支柱124可具有位于管道末端的另外的支撑件，其中该支撑件阻止支柱从一侧移动到另一侧。

柔性管道120可包含一个或多个周向支撑件126。周向支撑件126可集成到柔性管道120中。柔性管道120可由塑料(例如聚氨酯)制成。支柱124可具有用于叶片108的顶端118的顶端约束器130，以便为柔性管道120提供额外的支撑。这在柔性管道120由较重材料制成的情况下会是有利的。该顶端约束器130可以像瓶塞一样起作用，被楔入叶片108的顶端118中以帮助支撑柔性管道120的载荷。在其他一些实施方式中，顶端约束器130可以防止或减少由柔性管道120在叶片108运动时撞击叶片108的内表面引起的噪声。位于叶片108的顶端118的用于柔性管道120的支撑件可以防止柔性管道120的端部从适当位置脱落。顶端约束器130装置被固定以支撑管道系统114以防止坍塌和损坏叶片108的内部或除冰系统101的其他部件。在其他一些实施方式中，柔性管道120可以在叶片108的顶端118处没有任何支撑。例如，在风轮机叶片108的顶端118闭合的情况下，除冰系统101可以不包括顶端约束器130。

在一个实施方式中，帆布壁(未示出)可以安装在叶片108腔室中，以将腔室分成输入和输出空气流(以促进空气循环)。管道系统114可以包括伸缩管道，当叶片108静止时，该伸缩管道选择性地展开以延伸到叶片108的顶端118中。管道系统114可以包括可膨胀帘幕，该可膨胀帘幕被安装成将叶片108腔室分成输入和输出空气流以促进空气循环。

柔性管道120可以朝向毂106开始并且延伸到叶片108的顶端118之前的不可接近区段125(例如，7米)。

柔性管道120可以以第一直径(例如，315mm)开始并且当其沿着叶片108向下延伸时逐渐变细，以在叶片108的腔室内保持50％的返回区域(即，用于空气循环)。在叶片108的顶端118之前的不可接近区段125中的一点处，柔性管道120的直径可以是100mm。当柔性管道120逐渐变细时，可能存在一个或多个漏气点(bleed-out)以保持叶片108中的空气速度和静压力，或者织物可以是可渗透的以允许空气逸出并保持叶片中的速度和静压力。在一些实施方式中，柔性管道120在每个点处的直径可以大于4英寸。在一些实施方式中，柔性管道120开始时的尺寸可以与鼓风机110的直径相同。在一些实施方式中，柔性管道120可以在叶片108的腔室中留出至少50％的返回区域。

柔性管道120还可以包括喷嘴131，该喷嘴131从柔性管道120的端部向叶片108的顶端118提供空气喷射。喷嘴131的端部的直径可以是例如50mm。

柔性管道120可以沿着主翼梁122的前边缘128侧延伸。管道系统114可以包括在叶片108的可接近部分中间隔开(例如，每隔20英寸)的紧固件132。例如，紧固件132可以是夹子。紧固件132可以连接到紧固在主翼梁122中的有眼螺栓134。在另一个实施方式中，柔性管道120可以完全由支柱124支撑，并且支柱124可以通过附装到柔性管道120的纵向皱褶(未示出)供送，该纵向褶皱沿柔性管道120的长度可以具有多个切口。这些切口可提供用于将支柱124螺栓连接到主翼梁122的位置。支柱124可使用管夹或环形夹作为紧固件而螺栓固定到翼梁122上。管夹或环形夹可具有硅涂层，用于增加这些夹和支柱124之间的摩擦，以减少支柱124相对于翼梁122滑动的可能性。

柔性管道120可由支柱124支撑而经过叶片108中的不可接近区段125。柔性管道120在毂106附近经由方形到圆形的加热器凸缘136和加热器凸缘支架137连接到加热器112。

对于柔性管道120外部的压力为大气压的某些条件，柔性管道120中的静压力可保持在125Pa以上，并且空气速度可保持在约7m/s。通过利用从鼓风机110获得的全静压力，柔性管道120可以使来自柔性管道120的喷嘴131的空气喷射最大化。

在管道系统114包括周向支撑件126的情况下，管道系统114可以包括将翼梁122附装到周向支撑件126的附加紧固件132。例如，紧固件132可以是4英寸长的有眼螺栓134，该螺栓234的柄部直径为1/4英寸并且额定拉伸载荷为250磅。

选择加热器112以提供空气中的温度升高。由加热器112提供的空气温度升高对通过叶片108的传热的影响可能大于空气速度。随着空气速度增加，加热空气循环通过叶片108的速率可以增加；然而，对通过叶片108的传热可能几乎没有影响。此外，叶片108的最冰冷区域-远端三分之一处-可主要通过对流进行加热，因为在该区域中可能存在低气流142；因此，由加热器112提供的空气温度升高对于由除冰系统101对叶片108的这个区域进行的的传热尤其重要。

在用于除冰系统101的每个叶片108中可获得15kW的实施方式中，加热器112可以是14kW加热器112，并且可以在690V AC三相电力下工作。加热器112的尺寸可以设定成使其装配在叶片108内，同时仍然保持与柔性管道120类似的流动区域。加热器112可以具有70℃的最大出口温度，该温度可以是不会有显著降低风轮机叶片108的强度和/或弹性的风险的最高温度。最大出口温度可以由风轮机叶片108的构造中使用的材料类型来控制，并且还可以由期望的安全系数来控制。例如，最大出口温度可以由存在软化环氧树脂/树脂的风险之前的最高温度确定。柔性管道120可以经由定制金属工件，例如柔性管道120可以被系到其上的圆形加热器凸缘136，安装到加热器112上。

加热器112的加热区域可以是315mm×315mm×235mm长。加热器112的外部尺寸可以是385mm×385mm和235mm长。加热器112可以是过热安全切断。加热器112的壳体可以由耐腐蚀的镀锌钢或不锈钢制成。可以选择加热器112以适合用于具有湿气和灰尘的环境。

在一些实施方式中，加热器112可以使通过它的空气温度增加15.5℃。在加热器112上可能存在90Pa的压降。加热器112中的加热线圈的温度可以为约200℃至260℃。在一个实施方式中，多个加热器112可以提供所需的加热水平。

加热器112可能是除冰系统101的最重部件，并且可以使翼梁122和安装部件承受最大的应力。加热器112可由支架138支撑。支架138的材料可选择为与加热器壳体类似的材料以使腐蚀最小化。支架138可以与加热器112壳体紧密配合(mesh)。支架138可以用螺栓连接到翼梁122。在叶片108的翼梁122具有0.079m的厚度并且支架138被选择为具有0.00635m的厚度的实施方式中，这些螺栓可以具有0.09m的长度，且螺母和垫圈到螺栓的“贯穿侧”为0.005m。

在一个实施方式中，加热器112可以具有两个支架138，这两个支架138具有六个0.011m的孔。两个支架138可以使用具有0.01m直径和0.02m长度的柄的螺栓附装到总共为六个的这些孔中。这个长度允许有足够的空间以使用0.005m的螺母将0.00735m的管道材料夹起来。一块胶合板(未示出)可以放置在翼梁122的后侧，以将螺栓的载荷分布在翼梁上。

柔性管道120夹紧在圆形加热器凸缘136上，该圆形加热器凸缘136平行于气流142。加热器112和鼓风机110都具有垂直于气流142的支架138，140。在一个实施方式中，鼓风机支架140包括为鼓风机110制备的圆形附件141，其具有平行于气流142的150mm凸缘。除冰系统101包括以例如150mm的长度位于加热器112两侧的加热器凸缘支架137和加热器连接支架139。柔性管道120装配在圆形加热器凸缘136上并且用一个或多个束紧条带(cinch strap)144夹紧。圆形附件141通过鼓风机加热器连接件143附装到加热器连接支架139。

在一个实施方式中，鼓风机110向柔性管道120提供静压力和流量，并且在加热器112上提供损失压力。例如，鼓风机110可以是离心式风扇或轴流式风扇。在一个实施方式中，到柔性管道120的压力和流量分别为350Pa和2208m³/h，并且柔性管道120中的空气速度保持在7.87m/s。在该实施方式中，加热器112两端的压力损失为100Pa，这意味着鼓风机110应产生至少450Pa的静压力。在2208m³/h(1300CFM)下，鼓风机110能够输出最大的450Pa；因此，鼓风机110必须以最大容量运行以获得必要的最小静压力。鼓风机110可以是0.91kW并且以690V三相AC操作。

柔性管道120将经由使用束紧条带144束紧的柔性管道120的圆形加热器凸缘136安装到鼓风机110上。

鼓风机110可以结合柔性管道120进行选择。鼓风机110可以被选择成使用尽可能少的电力，同时仍然提供空气速度和静压力，并且在例如690V三相电源上工作。柔性管道120可以选择为具有例如7m/s的空气速度以及至少125Pa的静压力。在鼓风机110的输出面积是162mm×300mm的实施方式中，流量可以为约1300CFM以维持7m/s的速度。由于加热器112和柔性管道120的端部处的喷嘴131上的压降，所需的最小静压力可以是至少215Pa。在一个实施方式中，鼓风机110是离心式风扇，其能够提供在1300CFM的体积流量时提供450Pa的静压力。

鼓风机110安装在两个鼓风机支架140上，鼓风机支架140可用于将鼓风机110安装到翼梁122。在一些情况下，可能需要额外的支架来分布载荷。鼓风机110可以比加热器112的重量轻，并且也可以更靠近毂106的中心定位。这可以导致鼓风机110上的重力和离心力小于加热器112。然而，可以使用将加热器112支架附装到翼梁122的相同螺栓将鼓风机110支架和支脚附装到翼梁122，以便使用于安装的工具最小化并利用任何的规模经济。

虽然鼓风机110的重量小于加热器112，并且受到比加热器112更小的离心力，但是可以选择更薄或更细的鼓风机支架140和更小的螺栓间距离，使得可以获得与加热器112的螺栓应力相似的螺栓应力。在这些实施方式中，用于附装鼓风机110支架的紧固件可以类似于在加热器112中使用的螺栓。例如，这些紧固件可以是十六个直径为0.006m的紧固件。在一些情况下，支架和螺栓具有安全系数(例如，50)以限制系统故障的可能性。

柔性管道120在叶片108的不可接近区段125中可由支柱124支撑，以在叶片108处于竖直位置时阻止柔性管道120自身坍塌。例如，支柱124可以是玻璃纤维杆。玻璃纤维杆插入到沿柔性管道120的长度向下延伸的纵向皱褶(未示出)中，并且在叶片108中的最后可接近点处附装到主翼梁122。支柱124可以由允许进入叶片108中的5英尺节段构造，并且具有快速更换的公端部和母端部以易于安装。

支柱124可以插入形成在支柱124顶部的皱褶中。在一个实施方式中，皱褶从5.4m点开始并从叶片108的基部延伸到30m点处，并进入给末端(在130)带帽的口袋中。可以使用顶端约束器130限制支柱124在叶片的端部处移动。顶端约束器130和/或支柱124将阻止柔性管道120摩擦叶片108的壁，以防导致过度磨损，并且阻止柔性管道120向后折叠在自身上。

具体参考图8A-E，顶端约束器130包括固定到两个或更多个顶端约束器凸缘162的至少一个塑料弓形杆160。每个塑料弓形杆160可以向外弓弯以便向叶片108的侧面施加摩擦力。顶端约束器130可以使用这种摩擦力以将其自身固定到叶片108的减小的或不可接近的区段125中。顶端约束器130可以朝向柔性管道120的远端放置，并且可以通过顶端约束器凸缘162附装到柔性管道120。在这些实施方式中，顶端约束器凸缘162还可以用作柔性管道120的周向支撑件126。

在其他一些实施方式中，顶端约束器130可以不附装到柔性管道120，但是可以在顶端约束器凸缘162的内部或其他装置上提供摩擦元件，以防止柔性管道120滑过顶端约束器凸缘162。顶端约束器130还可以包括顶端约束支撑杆164，该顶端约束支撑杆164用于支撑顶端约束器130的结构。顶端约束支撑杆164可以是支柱124的一部分，或者它可以是独立于支柱124的支撑杆。

顶端约束支撑杆164可通过压配合或摩擦配合或使用例如螺栓或其他紧固件紧固到顶端约束器凸缘162。顶端约束器凸缘162可以包括用于接收围绕顶端约束支撑杆164的纵向皱褶的狭槽。

塑料弓形杆160可通过引导孔166利用压配合或摩擦配合或通过例如螺栓或其他紧固件固定到顶端约束器凸缘162。引导孔166可以相对于顶端约束器凸缘162成角度，以便引起塑料弓形杆160弓弯。这可以允许塑料弓形杆160最初是直的(但是具有柔性)塑料杆。塑料弓形杆160的尺寸可以设定—并且它们相应的引导孔160围绕顶端约束器凸缘162间隔开-使得每个塑料弓形杆160对应于由叶片108的内壁形成的边缘168。将塑料弓形杆160装配到这些边缘168中的一个或多个边缘内可以防止顶端约束器130在叶片108腔室内明显旋转。将塑料弓形杆160装配到这些边缘168中的一个或多个边缘中还可以将顶端约束器130固定到叶片118的顶端，从而允许顶端约束器130在不可接近区域125中为柔性管道120提供支撑。

顶端约束器130可以防止或减缓柔性管道120的移动，以便防止柔性管道120与叶片108的壁摩擦或过度接触。使用顶端约束器130还可以降低可能由这种接触造成的噪音。

柔性管道120可具有约50％的回流区域。柔性管道120沿叶片108向下延伸的长度是柔性管道120和支柱124的总横截面的函数。支柱124的横截面越大，在柔性管道120的末端处叶片108就必须越大，从而限制柔性管道120可以沿着叶片108的长度向下延伸的最大距离。由于冰116沿着叶片108向下融化的长度与柔性管道120沿着叶片108向下延伸到达的长度相关，因此，柔性管道120的长度以及柔性管道120和支柱124的横截面可以被限制在一定限度内，这取决于例如叶片108的尺寸。在一些实施方式中，支柱124的横截面直径可以不大于两英寸，并且柔性管道120可沿叶片108向下到达约31米。

当风轮机100处于静止状态时，支柱124支撑柔性管道120。在涡轮机运行期间，离心效应将接管并且管道坍塌和/或缠结可能不是问题。在一些实施方式中，当风轮机100静止时，柔性管道120可搁置在叶片108的侧面上。支柱124抵抗垂直压缩并允许与叶片108的侧面安全接触。在一个实施方式中，柔性管道120的直径约为8英寸或0.203米，并且长度为27m。织物材料的密度为0.300kg/m²，导致总管道质量约为5kg，不包括皱褶和拉链。总管道质量可以是10kg，包括皱褶和拉链。在该实施方式中，必须将支柱124选择成能够在风轮机100处于静止状态时支撑该重量。

支柱124的重量可取决于：为支柱124选择的材料、支柱124的长度、支柱124的横截面以及所选择的材料的密度。支柱124的材料应具有足够的强度以支撑其自身和柔性管道120的重量。所选择的材料可以具有等于或大于涡轮机工作温度范围的允许温度工作范围(-30℃至50℃)，可以不是易燃或可燃的，并且在管道或杆中可以是可商购获得的。材料的理想质量可以包括：轻质，以最小化其存在的任何负面影响；具有高杨氏模量以尽可能多地防止弯曲和/或屈曲；具有柔软性以防止支柱124可能撞击到的物体受损，并且具有低成本。支柱124的材料可以包括工程用复合材料，工程用合金和工程用聚合物。在一个实施方式中，用于支柱124的材料是具有螺纹端部的玻璃纤维以提供简单的安装。

支柱124可以构造成适合穿过机舱104和叶片108中的进入点并进入叶片108。在一个实施方式中，支柱124由多个节段(例如，不长于5英尺)构成，这可以容易地组装和拆卸，以允许支柱124通过机舱104中的进入点进入叶片108。例如，支柱124可以由1英寸外径、7/8英寸内径和5英尺长度的玻璃纤维管节段构成。这些管子可以通过较大的玻璃纤维管连接，两段管子都拧入其中。这些管子的尺寸可以设计为具有1.5的安全系数以防止屈曲。用于支柱124的金属量可以最小化以避免招致雷击。

在其他一些实施方式中，支柱124可以包括5英尺节段的带有金属螺纹端的玻璃纤维管。支柱124可以包括刚性或柔性玻璃纤维管，或其某种组合。为了在叶片108中具有更大的稳定性，可以选择刚性管。可以选择更大直径的管以增加支柱124的刚度。泡沫绝缘材料(未示出)(例如具有3/8英寸厚度)可以覆盖金属端部以防止对叶片108造成任何损坏。

可以选择用于安装除冰系统101的方法，以减少安装件的故障，这反过来又可以降低设备性能损失和叶片108损坏的可能性。例如，安装系统可以在叶片108的翼梁122上具有所有刚性连接点，并且紧固件可以穿过翼梁122(例如，在翼梁122的两侧可接近的带螺母螺栓)。为了安装除冰系统101，安装者可以向下爬进叶片108中进行安装。安装者可以在翼梁122中钻多个孔，然后将除冰系统101固定到叶片108。

支柱124在沿着支柱的可接近部分的几个点处连接到翼梁122，在每个紧固件132之间具有相等的距离。取决于支柱124的质量和叶片108的几何形状，可以有大约6到10个附装点。这些附装点从支柱124的起点沿着叶片108向下安装到风轮机系统安装者可以接近的最远点。柔性管道120和支柱124的重量取决于所使用的杆/管的尺寸，并且可以在10kg至40kg的范围内。附装点可以是围绕支柱124收紧的环形夹具。诸如夹具等紧固件132在防止滑动的位置处附装到支柱124。滑动运动可能潜在地撕裂柔性管道120，导致设备性能的损失。夹具可以具有硅涂层，以增加摩擦并防止滑动。家具可紧贴地抵靠支柱124的可接近的母端部和公端部安装。

除冰系统101包括电气系统103。电气系统103将电力从毂106输送到叶片108。电气系统103包括远程关闭(remote shut off)，防止电涌，防止雷击风轮机。电气系统103可由每个叶片108可用的690VAC的15kW供电，和/或设计可由使用者手动控制或由控制系统自动控制。电气系统103可以包括备用过热传感器。可以修改电气系统以适应额外的电力需求。例如，可以增加滑环尺寸。

在电气系统103的设计中考虑到加热器112。除冰系统101可以设计成仅在鼓风机110在相同时间运行时向加热器112供电。

除冰系统101可以最大化加到叶片108内部的热量，同时确保所有部件满足访问限制，并确保所有部件之间的兼容性。除冰系统101可以用690V AC三相电源(未示出)实现，能够根据叶片尺寸耗散高达15kW或更高的功率，并且能够满足尺寸、重量和安全规格。在其他一些实施方式中，可以使用其他电源电压和瓦特数。电源可以是变桨电机(pitch motor)。在一个实施方式中，690V AC变桨电机源可以分支到叶片108中，以便向叶片108内的部件(例如加热器112和鼓风机110)提供本地电压(native voltage)。在这种情况下，加热器112、鼓风机110和任何其他电气元件的额定电压为690V AC。

电气系统103可以使加热器112和鼓风机110并联连接到电源，使得加热器112和鼓风机110都以690V运行并且共享从电源接收到的电力。

电流过载保护可以结合到电气系统103中。可以同时保护鼓风机110电机和加热器112免于暴露于高电流以避免损坏。鼓风机110可以包括延时熔断器，该延时熔断器用于由于鼓风机的AC电机的感应特性和3.1安培的鼓风机-电机启动电流规格而引起的过载保护。熔断器可以是额定功率为690VAC的IEC 60364，并且能够承受1.23安培的最小工作电流。熔断器的中断额定值可以高于最大供电电流。满足这些规格的熔断器的示例是Edison^TM EDCC类CC熔断器。

可以选择加热器112以便在电气系统103上无法施加显著的感应负载。Edison^TMEDCC熔断器也可以与加热器112一起使用。然而，可以为加热器112选择更大的载流量熔断器，因为在一些实施方式中，加热器112可以比鼓风机110消耗更多的电流。例如，25安培Edison^TM EDCC熔断器可以与加热器112一起使用。可能需要升级毂106和机舱104中的电气盒中的熔断器，以允许增加由加热器112和鼓风机110消耗的电流，或升级滑动环的容量。

除冰系统101可以包括传感器系统105。传感器系统105可以包括两个一体式热切断传感器以防止过热。第一个切断器可以在75℃启动，并在温度降低到可接受的范围后自动复位。第二个热切断器可以在120℃启动，并且可以仅能手动复位。传感器系统105还可以包括每个叶片108中的至少一个温度传感器和/或至少一个压力传感器(未示出)，其将只用于数据收集的目的。

加热器112内的过热传感器的故障可能导致柔性管道120熔化，加热器112失效，或者叶片108在加热器112周围的区域中弱化。实施第二过热传感器作为第一个的故障保护。

在其他一些实施方式中，加热器112可以无限期地以足额的14kW的额定值运行，以尽可能多地将热能注入到叶片108中。

传感器系统105还可以测量叶片108内的除冰系统101的性能。传感器系统105提供用于性能验证的定量数值数据。传感器系统105包括数据记录仪(例如来自Novus^TMFieldLogger)，其具有多个电阻温度检测器(RTD)、温度传感器(例如RTD PT100传感器)和压力传感器。温度传感器可以具有内置冷端补偿器。该传感器系统105安装在风轮机100的毂106中，温度传感器插入叶片108内的关键点处。所获取的数据将允许使用者在除冰循环之后分析叶片108内的热量分布。这种事后分析将允许增加对除冰系统101的性能的理解。

传感器系统105包括RTD以测量叶片108内的若干点的温度，使得可以在除冰系统101上进行操作后热分析。传感器系统105可以是坚固且耐用的，以承受安装、潜在破坏性操作作用和大的温度波动。

在其他一些实施方式中，传感器系统105可以包括热电偶或热敏电阻、双金属传感器、硅带隙装置和/或密封计量压力传感器。热电偶可具有相对低的成本，没有运动部件，宽温度范围，短响应时间以及在可重复性方面声誉良好。然而，热电偶可能具有相对低的精度(0.5℃)、在除冰系统101内具有非线性的可能性、以及已知的参考温度。

在一些实施方式中，可能需要将数据记录仪安装在叶片108腔室的外部，以便允许传感器系统105准确地读取叶片108内的温度。例如，在传感器系统105包括具有热电偶的温度传感器的情况下，这可能是必需的。热电偶可以基于金属特性作为温度的函数来工作。端(junction)温度和参考温度相同的热电偶将不测量温度。为了让热电偶获得读数，参考温度应与正在被测量的温度不同。参考温度传感器可以位于数据记录仪中，因此，所选的数据记录仪不应安装在叶片108内。如果这样做，数据记录仪中测量参考温度的温度传感器可能会导致另一个温度传感器指示叶片108的内部处于零度。因此，将数据记录仪安装在叶片108腔室外部会允许传感器系统105准确地读取叶片108内的温度。在这些实施方式中，数据记录仪可以安装在毂106内。

可以选择数据记录仪以便能够测量-240℃至1760℃的温度。

数据记录仪具有足够用于三个温度传感器的空间。在温度传感器没有内置冷端补偿器的情况下，数据记录仪中可存在用于冷端补偿器端子的空间。铜/康铜型T热电偶可用于这种应用，因为它们具有涵盖叶片108内的预期温度的温度范围，并且它们可以广泛用于商业用途。

数据记录仪可以包括冷端补偿器(CJC)机构，以辨别每个温度传感器处的温度。CJC测量环境温度，然后向其添加温度传感器读数。这给出了热电偶读数，这些读数是绝对温度而不是相对于数据记录仪周围环境温度的温度。

传感器系统105可以具有一体式电池并且采样速度在例如每10秒1次测量到每天1次测量之间，并且可以选择成具有10年的电池寿命。传感器系统105还可以具有内部存储设备，该内部存储设备用于存储由数据记录仪记录的数据。一旦记录了数据，就可以从数据记录仪中检索内部存储设备。然后可以使用软件(例如vLog)从设备下载数据。该软件允许对数据进行转换和分析。

在一个实施方式中，除冰系统101包括自动控制系统。控制系统可以检测风轮机由于结冰而关闭并且启动除冰。控制系统还可以检测冰何时从叶片脱落并结束除冰。控制系统可以从天气传感器或天气源接收天气状况并确定是否除冰。控制系统可以从传感器系统105接收数据。控制系统还可以接收天气预报数据。在一个实施方式中，控制系统可以集成到现有的风轮机控制系统中，例如集成到监督控制和数据采集(SCADA)系统中。控制系统还可以通过考虑诸如不超过叶片108的最大安全温度(例如70摄氏度)而如由风力发电场技术人员设定的或基于天气条件自动设定的那样对内部叶片温度进行调节。

在一个实施方式中，鼓风机110具有AC三相电机，该电机使用全额0.91kW来启动，但是将以小于该值工作。在该实施方式中，如果首先在加热器112之前启动鼓风机110，则可以使用更高功率的加热器。

如果希望进一步减少除冰时间，则可以在主翼梁122的后边缘127侧安装绝缘材料，并且阻挡住来自主翼梁122的前边缘128侧的空气流142，以便将热量集中在前边缘128上。

除非鼓风机110开启，否则电气系统103可以防止加热器112接收电力，以防止由于循环不足而在叶片108的根部处局部积聚热量。

在一个实施方式中，加热器112安装在主翼梁122上并连接到安装在前边缘128上的柔性管道120。通过将柔性管道120安装在前边缘128上，可以使用传导来加热叶片108的前半部分，并可以使用对流来加热叶片108的后半部分。

在另一个实施方式中，有策略地沿着风轮机叶片108向下喷射绝缘材料，使得待加热的空气体积减小。在该实施方式中，有一个加热器112和鼓风机110位于叶片108的底部。通常，与供应的热量相比，具有来自绝缘材料的附加热阻和/或包含叶片108内的强制对流的实施方式可以提高流向冰116的热量的效率。

图4示出了根据一个实施方式的用于对风轮机叶片108进行除冰的方法200。方法200包括能量组件202和信息组件204，在206，它们组合而使风轮机叶片的冰融化掉。

信息组件204的流程包括接收使用者输入208和系统接受开关信号210。在212，信息被转发回使用者。在214，系统在过热的情况下自动关闭。

能量组件202的流程包括在218接受来自电压源的电压，并且在220将来自机舱连接的能量通过毂传递到叶片中。在222，将电能转换成热能。在224，将能量被传输到叶片的目标结冰区域。在226，防止热能传递到叶片的不需要热量的部分。能量组件202的流程还包括在228将雷击传输到地面并且在230防止能量浪涌。

虽然以上描述提供了一个或多个装置、方法或系统的示例，但是应当理解的是，其他装置、方法或系统可以在如本领域技术人员所解释的权利要求的范围内。