本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的除冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

當(dāng)風(fēng)力渦輪機(jī)在天氣寒冷的氣候條件下操作時(shí)，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上出現(xiàn)潛在的冰的累積對(duì)渦輪機(jī)性能提出挑戰(zhàn)。在第一方面中，葉片表面上形成的任何冰都將破壞葉片的空氣動(dòng)力學(xué)，這可能會(huì)導(dǎo)致渦輪機(jī)效率的降低和/或運(yùn)行噪音水平的增加。在另一方面中，從葉片表面剝離的冰可能存在掉落的風(fēng)險(xiǎn)。就此而言，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的這些位置中通常設(shè)置有用來(lái)提供冰預(yù)防和/或去除的系統(tǒng)。

除了嵌入在葉片中的電加熱系統(tǒng)和機(jī)械除冰系統(tǒng)，已知提供熱空氣除冰系統(tǒng)，其操作原理是將加熱的空氣供應(yīng)到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部，以使葉片的表面溫度升高到零度以上。這種熱空氣除冰系統(tǒng)的示例在公開(kāi)號(hào)為us2013/0106108的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)中可見(jiàn)。

然而，這種現(xiàn)有技術(shù)的熱空氣系統(tǒng)往往是低效的，并可能需要大量的能量來(lái)確保防止冰形成在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖端處，此處任何冰的形成對(duì)葉片空氣動(dòng)力學(xué)的影響都是最嚴(yán)重的。此外，使用這種熱空氣系統(tǒng)會(huì)引入增加葉片重量和/或結(jié)構(gòu)應(yīng)變方面的額外的復(fù)雜性，從而影響這些解決方案的實(shí)用性。

本發(fā)明的目的是提供一種除冰系統(tǒng)，其提供比現(xiàn)有技術(shù)改進(jìn)的性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，具有葉片除冰系統(tǒng)，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括根端和尖端、前緣和后緣，所述葉片具有朝向所述尖端設(shè)置的外側(cè)部分和朝向所述根端設(shè)置的內(nèi)側(cè)部分，所述葉片除冰系統(tǒng)布置為傳送加熱流體，以將熱提供給所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的部分，其中，所述葉片除冰系統(tǒng)包括：

絕緣流出通道，其從所述根端流到鄰近所述尖端的位置；

加熱通道，其在所述葉片的外側(cè)部分中，所述加熱通道沿葉片的外側(cè)部分中的葉片的前緣從鄰近所述尖端的所述位置流動(dòng)；以及

絕緣回流通道，其在所述葉片的內(nèi)側(cè)部分中，所述絕緣回流通道從所述加熱通道的根端側(cè)延伸到所述葉片的根端，

其中，所述除冰系統(tǒng)布置為將加熱流體從所述根端經(jīng)過(guò)所述流出通道傳送到所述尖端，并從所述尖端經(jīng)過(guò)所述加熱通道和所述絕緣回流通道傳送到所述根端，所述除冰系統(tǒng)配置為加熱所述葉片的所述外側(cè)部分中的所述葉片的前緣。

在此系統(tǒng)中，所述葉片的外側(cè)部分沿外側(cè)部分的長(zhǎng)度從尖端向后被加熱，然后經(jīng)由絕緣通道返回，以減少系統(tǒng)中的熱損失，并且提供更有效的除冰系統(tǒng)。通過(guò)使從葉片的根端到尖端的除冰系統(tǒng)的流出通道絕緣，因此工作流體，優(yōu)選加熱空氣保持在高溫下，直到它到達(dá)葉片尖端處的加熱通道。結(jié)果，工作流體從葉片尖端處或附近的位置開(kāi)始加熱葉片的前緣，其中最高溫度下的流體用于葉片的最外部的區(qū)段，此處除冰操作對(duì)葉片和渦輪機(jī)性能具有最大的影響。結(jié)果，葉片的最外部區(qū)域的除冰不受因加熱相對(duì)多的葉片的內(nèi)側(cè)區(qū)段而產(chǎn)生的任何熱損失的影響。

應(yīng)該理解，在葉片的外側(cè)部分內(nèi)，所述系統(tǒng)可以配置為例如，通過(guò)使用適合的管或分流器，提供葉片的外側(cè)區(qū)段的除冰區(qū)域的大致同時(shí)加熱。因此，可以大致同時(shí)從葉片的整個(gè)外側(cè)部分去除冰。

因?yàn)槌跏嫉谋w可以沿葉片的前緣提供絕緣效果，因此沉積的冰可以用來(lái)防止除冰系統(tǒng)的初始的熱損失。執(zhí)行葉片表面的同時(shí)除冰可意味著控制除冰系統(tǒng)的熱損失，當(dāng)葉片的表面相對(duì)同時(shí)地從具有相對(duì)低熱損失水平的有冰表面轉(zhuǎn)換到具有相對(duì)高熱損失水平的暴露表面時(shí)，此時(shí)除冰系統(tǒng)能夠關(guān)閉或以降低的強(qiáng)度運(yùn)行。

所述加熱通道可以是由至少一個(gè)絕緣壁限定的通道，或可以包括由風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)限定的加熱室或腔，并且布置為加熱風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的一部分。應(yīng)該理解，所述加熱通道可以由風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)元件，例如，抗剪腹板、葉片殼體壁等限定。

在一個(gè)方面中，所述流出通道可以通過(guò)沿風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的大致整個(gè)長(zhǎng)度，從根端延伸到尖端的絕緣通道來(lái)設(shè)置。在替代方面中，所述流出通道可以限定為沿葉片的長(zhǎng)度從所述根端延伸到第一位置的絕緣通道，并且其中，所述流出通道進(jìn)一步由通過(guò)從所述第一位置到葉片的尖端的葉片結(jié)構(gòu)元件限定的空間或腔形成。葉片結(jié)構(gòu)元件可以包括翼梁盒、抗剪腹板和/或葉片殼體區(qū)段。應(yīng)該理解，可以用絕緣材料處理葉片結(jié)構(gòu)元件的多個(gè)部分，以防止除冰系統(tǒng)的熱損失。應(yīng)該進(jìn)一步理解，這種絕緣可以應(yīng)用到葉片的有限的區(qū)段，例如，應(yīng)用到后緣側(cè)抗剪腹板的表面或翼梁盒的區(qū)段上。

在一個(gè)方面中，所述加熱通道可以包括限定在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片內(nèi)的結(jié)構(gòu)。應(yīng)該理解，替代地，所述加熱通道可以包括限定在前緣側(cè)抗剪腹板與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的前緣之間的空間或腔。

在附加的或替代的方面中，所述加熱通道可以包括至少一個(gè)隔板元件。所述至少一個(gè)隔板元件可以布置為為加熱通道和/或葉片的前緣幾何形狀提供支撐。應(yīng)該理解，所述至少一個(gè)隔板設(shè)置有孔，以允許加熱流體通過(guò)加熱通道循環(huán)。至少一個(gè)隔板可以由任何適合的材料形成，優(yōu)選絕緣材料，例如，諸如低密度聚氨酯泡沫的低密度泡沫。應(yīng)該理解，所述除冰系統(tǒng)可以包括絕緣壁、元件或涂層，其包括氯丁橡膠或任何其他適合的合成橡膠材料。

在一個(gè)方面中，外側(cè)部分包括朝向尖端的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部一半。在替代方面中，外側(cè)部分包括朝向尖端的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部三分之一。在另一替代方面中，外側(cè)部分包括朝向尖端的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部三分之二。

優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的相對(duì)內(nèi)表面之間延伸的至少一個(gè)內(nèi)部抗剪腹板，其中，所述絕緣流出通道僅安裝到所述至少一個(gè)內(nèi)部抗剪腹板上。附加地或替代地，所述絕緣回流通道僅安裝到所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一個(gè)內(nèi)部抗剪腹板上。

因?yàn)榱鞒鐾ǖ篮?或回流通道安裝到設(shè)置為葉片的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)元件的抗剪腹板上，因此對(duì)葉片的結(jié)構(gòu)承載的作用最小化，對(duì)葉片外部殼體很少或沒(méi)有影響。

優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括形成所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外表面的葉片殼體結(jié)構(gòu)，其中，所述絕緣流出通道與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面間隔開(kāi)。附加地或替代地，所述絕緣回流通道與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面間隔開(kāi)。

因?yàn)樵跍u輪機(jī)操作過(guò)程中葉片的表面可以彎曲和折曲，通過(guò)使流出通道和/或回流通道與葉片殼體自身間隔開(kāi)，降低了除冰系統(tǒng)對(duì)葉片殼體的任何可能的彎曲的作用。

優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括形成所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外表面的葉片殼體結(jié)構(gòu)，其中，所述加熱通道包括：

絕緣壁，其布置為在所述外側(cè)部分中的所述葉片的前緣處，以限定所述絕緣壁與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面之間的前緣腔，以及

柔性密封構(gòu)件，其布置在所述絕緣壁的相應(yīng)的上側(cè)和下側(cè)與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面的相應(yīng)的鄰近部分之間，

其中，所述絕緣壁被所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部抗剪腹板支撐，并且

其中，所述柔性密封構(gòu)件是非承載構(gòu)件，并且作用為在所述加熱通道處使與所述絕緣壁相關(guān)聯(lián)的力與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面隔離。

所述絕緣壁被內(nèi)部抗剪腹板支撐，由此將與所述絕緣壁相關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)力和剛度傳遞到葉片結(jié)構(gòu)的加強(qiáng)元件。柔性密封構(gòu)件的使用可以布置為變形并吸收在加熱通道處的葉片殼體結(jié)構(gòu)與絕緣壁之間的任何彎曲或相對(duì)移動(dòng)，由此確保除冰系統(tǒng)的絕緣壁的使用對(duì)渦輪機(jī)操作過(guò)程中由葉片殼體結(jié)構(gòu)經(jīng)受的結(jié)構(gòu)力沒(méi)有顯著影響，通過(guò)使用除冰系統(tǒng)降低殼體故障或開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)。

在附加的或替代的方面中，所述加熱通道包括：

絕緣壁，其布置為在所述外側(cè)部分中在所述葉片的前緣處，以限定所述絕緣壁與所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面之間的前緣腔，其中，所述絕緣壁包括彎曲的輪廓，優(yōu)選地，其中，所述彎曲的絕緣壁在所述外側(cè)部分中的葉片的前緣處大致對(duì)應(yīng)于所述葉片殼體結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面，其中，所述彎曲的絕緣壁被所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)部抗剪腹板支撐。優(yōu)選地，所述絕緣壁由絕緣材料形成，例如，合成橡膠，例如，氯丁橡膠。

在一個(gè)方面中，所述加熱通道可以布置為加熱距離所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣葉片弦長(zhǎng)的大約10%的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的表面面積。

在此方面中，通過(guò)除冰系統(tǒng)加熱的葉片的區(qū)域包括鄰近葉片前緣的區(qū)域，此處任何冰的形成產(chǎn)生的影響都對(duì)葉片性能有最大的作用。優(yōu)選地，因此，絕緣壁定位為在距離葉片的前緣的10%的弦處，在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)表面的相對(duì)部分之間延伸。

優(yōu)選地，所述絕緣流出通道布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣抗剪腹板與后緣抗剪腹板之間。附加地或替代地，所述絕緣流出通道布置在用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的翼梁盒的內(nèi)部中。

應(yīng)該理解，可以用絕緣材料處理抗剪腹板或翼梁盒的一部分，以防止熱損失進(jìn)入和/或通過(guò)所述部分。例如，可以用絕緣層、絕緣噴霧或凝膠等層壓抗剪腹板或翼梁盒的表面。優(yōu)選地，絕緣材料是輕質(zhì)的和/或柔軟的，以便不影響抗剪腹板或翼梁盒的結(jié)構(gòu)特性。

優(yōu)選地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括設(shè)置為所述除冰系統(tǒng)的一部分的至少一個(gè)分流管，其中，所述至少一個(gè)分流管從所述絕緣流出通道延伸到所述加熱通道。附加地或替代地，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括至少一個(gè)流體流動(dòng)孔，其中，所述至少一個(gè)流體流動(dòng)孔提供所述流出通道與所述加熱通道之間的流路。

優(yōu)選地，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括沿所述外側(cè)部分的長(zhǎng)度在所述絕緣流出通道到所述加熱通道之間延伸的分流管和/或流體流動(dòng)孔的陣列，其中，所述分流管和/或流體流動(dòng)孔布置為將加熱流體從所述絕緣流出通道傳送到所述加熱通道。

通過(guò)在流出通道與加熱通道之間提供分流管和/或流體流動(dòng)孔，工作流體可以容易地從除冰系統(tǒng)的絕緣部分傳送到最需要除冰的區(qū)域。

在優(yōu)選方面中，至少一個(gè)分流管延伸到由所述加熱通道限定的前緣腔中。優(yōu)選地，至少一個(gè)分流管包括在所述前緣腔中緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)表面布置的出口，其中，所述至少一個(gè)分流管布置為將加熱流體從所述流出通道傳送到所述前緣腔中的鄰近風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的內(nèi)表面的區(qū)域。

優(yōu)選地，至少一個(gè)分流管布置為其中所述分流管的出口緊鄰風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的絕對(duì)前緣定位。

通過(guò)提供延伸到加熱通道自身中的分流管，并且優(yōu)選地分流管緊鄰葉片的前緣結(jié)束，因此加熱流體更直接地傳送到前緣處的葉片的內(nèi)表面，由此確保流體在流體的最高溫度下到達(dá)葉片的前緣，提高除冰系統(tǒng)的效率。

在優(yōu)選方面中，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括設(shè)置有至少一個(gè)所述分流管和/或流體流動(dòng)孔的至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)閥，其中，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)閥是可操作的，以控制從所述絕緣流出通道到所述加熱通道的加熱流體流。

允許控制通過(guò)分流管和/或流體流動(dòng)孔的流動(dòng)意味著可以根據(jù)除冰條件控制流體從流出通道到加熱通道的傳送。優(yōu)選地，這些閥初始是關(guān)閉的，并按沿外側(cè)部分的長(zhǎng)度從尖端移動(dòng)的順序打開(kāi)，以便除冰系統(tǒng)的除冰性能被調(diào)整為在尖端處初始提供相對(duì)高的除冰效果，并且其可以通過(guò)適當(dāng)?shù)拈y的打開(kāi)和/或關(guān)閉沿葉片的長(zhǎng)度向后擴(kuò)展到其他區(qū)域。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)驅(qū)動(dòng)閥包括溫度控制閥。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述絕緣流出通道布置在所述葉片的外側(cè)部分中的所述前緣抗剪腹板(12a)與所述后緣抗剪腹板(12b)之間的空間中，

其中，加熱流體通過(guò)所述前緣抗剪腹板(12a)中的孔(100)傳送到所述加熱通道。

根據(jù)這些實(shí)施例，前緣抗剪腹板與后緣抗剪腹板之間的空間用作外側(cè)區(qū)段中的流出通道。通過(guò)在前緣抗剪腹板中提供孔，加熱流體傳送到加熱通道，并且可用于加熱葉片的前緣。以此方式，可以獲得由加熱流體提供的改進(jìn)的能量利用。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述絕緣流出通道形成為具有在從所述根端(16)朝向所述尖端(14)的方向上減小的橫截面面積，

其中，所述絕緣流出通道具有從所述流出通道延伸到所述加熱通道(72)的多個(gè)孔(106)，并且

其中，所述絕緣流出通道布置在所述至少一個(gè)抗剪腹板(12a)上或附近，并面向所述前緣(18)。

根據(jù)這些實(shí)施例，流出通道的幾何形狀可以提供由加熱流體提供的能量的更均勻的分布。流出通道的橫截面面積的減小使通道中的流體朝向尖端的速度增加，由此至少部分地補(bǔ)償通道中的由于孔的壓降。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述絕緣流出通道形成為具有大致圓形的橫截面，所述絕緣流出通道的直徑在面向根端(16)的端部處是在300與500mm之間，并且在面向尖端(14)的端部處是在50與250mm之間。

根據(jù)這些實(shí)施例，使用管狀的流出通道，并且流出通道的直徑朝向葉片的尖端減小?？梢?xún)?yōu)化直徑的相對(duì)減小，以有效地利用由加熱流體提供的用于加熱葉片的部分前緣的能量。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，孔（106）關(guān)于它們的橫截面面積朝向尖端（14）減小。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，加熱和循環(huán)設(shè)備（80）通過(guò)柔性軟管（105）和縮減單元（106）連接到所述流出通道（70），并通過(guò)柔性軟管（105）和縮減單元（106）連接到所述回流通道（78），所述柔性軟管（105）連接到所述加熱和循環(huán)設(shè)備以及所述縮減單元（106），所述縮減單元（106）分別連接到所述流出通道和所述回流通道。

根據(jù)這些實(shí)施例，柔性軟管用來(lái)將流出通道和回流通道連接到加熱和循環(huán)設(shè)備。這具有的優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)軟管的柔性補(bǔ)償通道關(guān)于所述設(shè)備的任何相對(duì)移動(dòng)。此外，經(jīng)由縮減單元的連接使流體進(jìn)入到流出通道中的流動(dòng)加速并使從回流通道進(jìn)入到所述設(shè)備中的流動(dòng)減速。這可以導(dǎo)致更有效的利用由所述設(shè)備提供的熱。

在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述絕緣流出通道和/或所述絕緣回流通道包括過(guò)濾單元（107）。

根據(jù)這些實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)過(guò)濾器安裝在這些通道中，以從流體中去除顆粒。在葉片內(nèi)部的腔內(nèi)，固體材料可能從表面磨損或脫離。為了確保除冰系統(tǒng)的功能，可能有利的是通過(guò)過(guò)濾在葉片中循環(huán)的流體流去除這種碎屑?？梢栽诙ㄆ诜?wù)過(guò)程中檢查和更換過(guò)濾器。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述絕緣流出通道和/或所述絕緣回流通道由絕緣板形成，優(yōu)選由低密度泡沫板形成，所述板布置為形成管或盒裝通道結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述絕緣板組裝為形成一種結(jié)構(gòu)，這些板使用粘合劑粘結(jié)、機(jī)械連接器和/或通過(guò)層壓板附接在一起，以形成所述結(jié)構(gòu)。

附加地或替代地，所述絕緣流出通道和/或所述絕緣回流通道可以由柔性絕緣材料形成。

優(yōu)選地，所述流出通道和/或所述回流通道形成為雙壁充氣管，所述管包括布置為傳送加熱流體的內(nèi)管以及外管，所述內(nèi)管位于所述外管的內(nèi)部?jī)?nèi)，絕緣腔限定在所述內(nèi)管與所述外管之間，其中，所述絕緣腔中設(shè)置有絕緣流體，以防止在所述內(nèi)管中傳送的任何加熱流體的熱損失。

優(yōu)選地，所述絕緣流體包括惰性氣體，例如，氬氣，但是應(yīng)該理解，大氣也可以用作絕緣流體。在一個(gè)方面中，絕緣流體可以包括惰性氣體和空氣的混合物。

優(yōu)選地，所述內(nèi)管和/或所述外管由實(shí)質(zhì)上不滲透的柔性材料，例如，橡膠、乳膠、氯丁橡膠、尼龍織物、防水布、塑料布、醋酸纖維素、聚酯織物、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯醋酸、優(yōu)選地防水材料、或?yàn)榱死缤ㄟ^(guò)應(yīng)用涂層，例如pvc涂層提高材料的不滲透性的處理過(guò)的材料來(lái)形成。

假如絕緣通道由柔性材料形成，其可以用絕緣流體充氣，允許除冰系統(tǒng)的組件相對(duì)容易地制造，而不需要高精度。此外，由于通道的充氣性質(zhì)，組件能夠在從制造位置到安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的位置的未充氣的狀態(tài)下容易運(yùn)輸，其中在安裝在葉片中的過(guò)程中或之后，通道能夠被充氣。

此外，應(yīng)該理解，可以在制造和組裝具有這種除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片時(shí)執(zhí)行絕緣通道的充氣，然后密封通道以保持絕緣流體。

附加地或替代地，當(dāng)執(zhí)行或預(yù)期要發(fā)生除冰操作時(shí)，可以執(zhí)行通道的充氣。

通過(guò)僅在激活或預(yù)期要激活除冰系統(tǒng)的時(shí)期對(duì)通道充氣，因此能夠提高除冰系統(tǒng)的效率和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的總體操作。在一個(gè)方面中，與絕緣流體在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的使用壽命期間都保持在通道中的系統(tǒng)相反，除冰系統(tǒng)可以經(jīng)歷減少的絕緣流體從系統(tǒng)的損失。在另一方面中，可能由通道的充氣導(dǎo)致的對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的任何結(jié)構(gòu)性作用都能夠局限于除冰事件的發(fā)生，并且對(duì)這種除冰事件之外的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的性能沒(méi)有影響。

在附加的或替代的方面中，提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其包括根端和尖端、前緣和后緣，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片進(jìn)一步包括葉片除冰系統(tǒng)，所述葉片除冰系統(tǒng)布置為傳送加熱流體以為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的部分提供熱，其中，所述葉片除冰系統(tǒng)包括：

絕緣流出通道，其布置為將加熱流體從所述根端傳送到鄰近所述尖端的位置；以及

加熱通道，其布置為鄰近所述葉片的前緣，所述加熱通道與所述絕緣流出通道連通連接，以從所述流出通道傳送加熱流體，以加熱所述葉片的前緣，

其中，所述葉片除冰系統(tǒng)進(jìn)一步包括設(shè)置在所述加熱通道中的至少一個(gè)擋板，以使加熱流體流的一部分在所述加熱通道中改變方向。

通過(guò)在除冰系統(tǒng)中設(shè)置擋板或其他適合的導(dǎo)流隔板，因此可以根據(jù)需要控制和調(diào)整除冰系統(tǒng)中的加熱流體流。優(yōu)選地，加熱流體流改變方向，以提高葉片除冰系統(tǒng)的效率。

在一個(gè)方面中，所述絕緣流出通道在所述尖端處與所述加熱通道連通連接，其中，所述至少一個(gè)擋板在所述加熱通道中限定至少一個(gè)補(bǔ)充通道，其中，所述至少一個(gè)補(bǔ)充通道延伸到與所述尖端間隔開(kāi)的所述加熱通道中的位置，以使加熱流體流的一部分從所述絕緣流出通道分流到與所述尖端間隔開(kāi)的所述位置。

如果流出通道和加熱通道在尖端處連接，那么加熱流體在尖端處傳送到加熱通道。使該流的一部分分流到與尖端間隔開(kāi)的位置的流導(dǎo)流擋板的使用允許一些加熱流體改變方向到第二位置，以便加熱流體在所述第二位置處到達(dá)葉片的前緣，而沒(méi)有顯著的熱損失。因此，可以改進(jìn)葉片除冰系統(tǒng)的除冰操作，因?yàn)樵诩訜崛~片前緣之前加熱流體的熱損失可以最小化。

優(yōu)選地，所述至少一個(gè)補(bǔ)充通道延伸到所述加熱通道中的距離所述尖端葉片長(zhǎng)度的大約5%的位置，以使加熱流體流的一部分從所述絕緣流出通道分流到距離所述尖端葉片長(zhǎng)度的大約5%的所述位置。

應(yīng)該理解，可以使用多個(gè)導(dǎo)流擋板，以形成從葉片的尖端沿加熱通道的長(zhǎng)度在不同位置處間隔開(kāi)的多個(gè)補(bǔ)充通道。

在替代方面中，所述絕緣流出通道在與所述尖端間隔開(kāi)的位置處與所述加熱通道連通連接，其中，所述至少一個(gè)擋板在所述加熱通道中限定至少一個(gè)補(bǔ)充通道，其中，所述至少一個(gè)補(bǔ)充通道從所述加熱通道中與所述尖端間隔開(kāi)的所述位置延伸到鄰近葉片尖端的位置，其中至少一個(gè)擋板的作用是使加熱流體流的一部分從所述絕緣流出通道分流到葉片的尖端。

在一些葉片結(jié)構(gòu)中，例如，由于在葉片的內(nèi)部抗剪腹板中設(shè)置孔或通道的結(jié)構(gòu)考慮，絕緣流出通道與加熱通道之間的流體連接可以不位于葉片的尖端處。在這些實(shí)施例中，絕緣分流器或可以用來(lái)使加熱流體的一部分從流出通道連接到加熱通道的位置改變方向到葉片尖端處的位置，此處葉片的除冰為葉片性能提供最大的益處。

優(yōu)選地，流出通道在距離葉片的尖端葉片長(zhǎng)度的大約5%的位置處連接到所述加熱通道，其中，所述至少一個(gè)擋板布置為使加熱流體流的一部分從距離葉片尖端葉片長(zhǎng)度的大約5%的所述位置分流到所述葉片尖端處的位置。

附圖說(shuō)明

現(xiàn)在將參考附圖，僅通過(guò)示例描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中：

圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；

圖3示出了圖2的葉片的翼型輪廓的示意圖；

圖4示出了從上面和從側(cè)面看的圖2的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；

圖5展示了已知的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的橫截面平面圖；

圖6展示了具有根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面平面圖；

圖7展示了具有根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面平面圖；

圖8展示了具有根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面平面圖；

圖9展示了具有根據(jù)本發(fā)明方面的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖端區(qū)段的放大橫截面視圖；

圖10展示了具有根據(jù)本發(fā)明另一方面的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尖端區(qū)段的放大橫截面視圖；

圖11展示了沿線a-a的圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一個(gè)區(qū)段的橫截面視圖；

圖12展示了沿線b-b的圖6的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一個(gè)區(qū)段的替代配置的兩個(gè)橫截面視圖；以及

圖13展示了沿線c-c的圖9的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的一個(gè)區(qū)段的橫截面視圖；

圖14展示了具有根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面平面圖；

圖15展示了具有根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的橫截面平面圖；

圖16展示了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的除冰系統(tǒng)的元件之間的連接的橫截面視圖；

圖17展示了圖12（a）和圖12（b）和圖13的配置的替代配置的橫截面視圖。

應(yīng)該理解，本發(fā)明不同實(shí)施例所共有的元件在附圖中設(shè)置有相同的參考符號(hào)。應(yīng)進(jìn)一步理解，本發(fā)明不同實(shí)施例中所示的個(gè)性化特征不僅限于那些特定的實(shí)施例，而是可以適當(dāng)?shù)刂噩F(xiàn)在任何其他所示的實(shí)施例中。

具體實(shí)施方式

圖1展示了根據(jù)所謂的“丹麥概念”的常規(guī)的現(xiàn)代迎風(fēng)式風(fēng)力渦輪機(jī)2，其具有塔架4、機(jī)艙6以及具有大致水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轂部8和從轂部8徑向延伸的三個(gè)葉片10，每個(gè)葉片具有最靠近轂部的葉片根部16和最遠(yuǎn)離轂部8的葉片尖端14。轉(zhuǎn)子具有用r表示的半徑。

圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的示意圖。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10具有傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的形狀，并且包括：最靠近轂部的根部區(qū)域30、最遠(yuǎn)離轂部的成型或翼型區(qū)域34、以及位于根部區(qū)域30與翼型區(qū)域34之間的過(guò)渡區(qū)域32。葉片10包括前緣18和后緣20，當(dāng)葉片安裝在轂部上時(shí)，前緣18面向葉片10的旋轉(zhuǎn)方向，并且后緣20面向前緣18的相反方向。

翼型區(qū)域34（也稱(chēng)為成型區(qū)域）具有關(guān)于產(chǎn)生升力方面的理想的或近乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)域30由于結(jié)構(gòu)方面的考慮具有大致圓形或橢圓形的橫截面，例如使之更容易和更安全地將葉片10安裝到轂部上。根部區(qū)域30的直徑（或弦）一般沿整個(gè)根部區(qū)域30是恒定的。過(guò)渡區(qū)域32具有從根部區(qū)域30的圓形或橢圓形形狀40向翼型區(qū)域34的翼型輪廓50逐漸變化的過(guò)渡輪廓42。過(guò)渡區(qū)域32的弦長(zhǎng)一般隨著距轂部的距離r的增加而大致線性增加。

翼型區(qū)域34具有翼型輪廓50，翼型輪廓50具有在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸的弦。弦的寬度隨著距轂部的距離r的增加而減小。

應(yīng)注意到，葉片的不同區(qū)段的弦通常不位于共同的平面中，因?yàn)槿~片可能扭轉(zhuǎn)和/或彎曲（即，預(yù)彎），從而提供具有相應(yīng)地扭轉(zhuǎn)和/或彎曲的線路的弦平面，這是最常見(jiàn)的情況，以補(bǔ)償取決于距轂部的半徑的葉片的局部速度。

圖3示出了以各個(gè)參數(shù)描繪的風(fēng)力渦輪機(jī)的典型葉片的翼型輪廓50的示意圖，這些參數(shù)一般用來(lái)限定翼型的幾何形狀。翼型輪廓50具有壓力側(cè)52和吸力側(cè)54，在使用過(guò)程中，即在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，壓力側(cè)和吸力側(cè)通常分別面向迎風(fēng)（或逆風(fēng)）側(cè)和背風(fēng)（或順風(fēng)）側(cè)。翼型50具有弦60，弦60具有在葉片的前緣56與后緣58之間延伸的弦長(zhǎng)c。翼型50具有厚度t，其定義為壓力側(cè)52與吸力側(cè)54之間的距離。翼型的厚度t沿弦60變化。與對(duì)稱(chēng)式輪廓的偏離由拱形線62表示，拱形線62是穿過(guò)翼型輪廓50的中線。該中線能夠通過(guò)繪制從前緣56到后緣58的內(nèi)接圓而得到。該中線遵循這些內(nèi)接圓的中心，并且與弦60的偏離或距離稱(chēng)為拱高f。也可以通過(guò)使用稱(chēng)為上拱高（或吸力側(cè)拱高）和下拱高（或壓力側(cè)拱高）的參數(shù)來(lái)限定不對(duì)稱(chēng)性，其中上拱高和下拱高分別定義為從弦60到吸力側(cè)54和壓力側(cè)52的距離。

翼型輪廓通常通過(guò)下列參數(shù)來(lái)表征：弦長(zhǎng)c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼型厚度t（其為沿中拱線62的內(nèi)接圓的最大直徑）、最大厚度t的位置dt、以及鼻部半徑（未示出）。這些參數(shù)一般限定為與弦長(zhǎng)c之比。因此，局部相對(duì)葉片厚度t/c給定為局部最大厚度t與局部弦長(zhǎng)c之間的比。另外，最大壓力側(cè)拱高的位置dp可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)然，最大吸力側(cè)拱高的位置也可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖4示出了葉片的一些其他幾何參數(shù)。葉片具有總?cè)~片長(zhǎng)度l。如圖2所示，根端位于位置r=0處，并且尖端位于r=l處。葉片的肩部40位于位置r=lw處，并且具有肩寬w，其中肩寬w等于肩部40處的弦長(zhǎng)。根部的直徑限定為d。另外，葉片設(shè)置有預(yù)彎曲，預(yù)彎曲限定為δy，其對(duì)應(yīng)于相對(duì)于葉片的俯仰軸線22的平面外偏轉(zhuǎn)。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10通常包括由纖維加強(qiáng)的聚合物制成的殼體，并且一般制造為沿著結(jié)合線28膠接在一起的壓力側(cè)或逆風(fēng)側(cè)殼體部件24和吸力側(cè)或順風(fēng)側(cè)殼體部件26，其中結(jié)合線28沿著葉片10的后緣20和前緣18延伸。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常由纖維加強(qiáng)塑料材料，例如玻璃纖維和/或碳纖維制成，這些材料布置在模具中并且用樹(shù)脂固化以形成實(shí)心結(jié)構(gòu)。當(dāng)代的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片常常能夠超過(guò)30或40米長(zhǎng)，具有數(shù)米長(zhǎng)的葉片根部直徑。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常為了相對(duì)較長(zhǎng)的壽命并且為了承受顯著的結(jié)構(gòu)載荷和動(dòng)態(tài)載荷而設(shè)計(jì)。

圖5中顯示了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的橫截面平面圖。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10包括在逆風(fēng)側(cè)與順風(fēng)側(cè)殼體部件24、26的內(nèi)表面之間沿葉片的縱向長(zhǎng)度的一部分延伸的大致平行的內(nèi)部抗剪腹板12a、12b，第一抗剪腹板12a朝向前緣18定位，并且第二抗剪腹板12b朝向后緣20定位。抗剪腹板12a、12b從鄰近葉片10根端16的位置延伸到鄰近葉片10尖端14的位置?？辜舾拱?2a、12b為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10提供內(nèi)部加強(qiáng)，并防止葉片結(jié)構(gòu)的屈曲。雖然圖中所示的實(shí)施例顯示一對(duì)內(nèi)部抗剪腹板，但應(yīng)該理解，本發(fā)明還可以用在具有替代內(nèi)部結(jié)構(gòu)，例如翼梁盒或橫梁的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中。

圖6中展示了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的除冰系統(tǒng)的第一實(shí)施例，除冰系統(tǒng)布置為引導(dǎo)加熱流體，例如，熱空氣，以提高風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的部件的溫度。葉片10包括在葉片10內(nèi)部的絕緣的流出通道70，其從鄰近葉片10根端16的位置延伸到鄰近葉片10尖端14的位置。流出通道70位于第一與第二抗剪腹板12a、12b之間。

在尖端14處，流出通道70通向加熱通道72并與加熱通道72連通連接，加熱通道72沿葉片10的前緣18的一部分限定。加熱通道72限定在絕緣壁74與葉片10的內(nèi)表面之間。優(yōu)選地，加熱通道72布置為加熱距離風(fēng)力渦輪機(jī)葉片前緣18大約5至15%葉片弦長(zhǎng)之間的，進(jìn)一步優(yōu)選地，距離前緣18大約10%弦長(zhǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的表面面積。

加熱通道72沿葉片10的外側(cè)或遠(yuǎn)端部分中的葉片10的前緣18，從葉片10的尖端14延伸到距離葉片10的尖端14大約1/3至2/3葉片長(zhǎng)度的加熱端點(diǎn)76。

應(yīng)該理解，根據(jù)希望將熱提供到其上的葉片的前緣的部分，可選擇加熱通道72的長(zhǎng)度。在圖6所示的實(shí)施例中，示出了加熱通道72沿葉片10的長(zhǎng)度的大約50%延伸，但是應(yīng)該理解，加熱通道可以?xún)H沿葉片10的外部1/3延伸，以便在葉片更明顯需要除冰的葉片10的外部區(qū)域中加熱效果更集中。

如果在其他部分之前從除冰區(qū)域的一些部分去除了冰，則可能導(dǎo)致不均勻的除冰效果，如除冰系統(tǒng)可能經(jīng)歷從這些暴露的部分損失過(guò)多的熱，導(dǎo)致除冰系統(tǒng)從仍被冰覆蓋的除冰區(qū)域的那些部分去除冰的效率降低。因此，在優(yōu)選方面中，除冰優(yōu)選地沿除冰區(qū)域的長(zhǎng)度大致同時(shí)進(jìn)行，以便大約在同一時(shí)間從除冰區(qū)域的整個(gè)表面上去除冰。

在加熱端點(diǎn)76處，加熱通道72通向絕緣回流通道78并與絕緣回流通道78連通連接。絕緣回流通道78包括絕緣導(dǎo)管，所述絕緣導(dǎo)管與葉片10的前緣18間隔開(kāi)，并從加熱端點(diǎn)76延伸到鄰近葉片10的根端16的位置。絕緣回流通道78與鄰近葉片10的根端16的絕緣流出通道70連通連接。

加熱和循環(huán)設(shè)備80在絕緣回流通道78與絕緣流出通道70之間的界面處或鄰近絕緣回流通道78與絕緣流出通道70之間的界面朝向葉片10的根端16設(shè)置。設(shè)備80布置為當(dāng)循環(huán)流體經(jīng)過(guò)設(shè)備80時(shí)加熱循環(huán)流體，并使循環(huán)流體通過(guò)各個(gè)通道70、72、78繞葉片10的除冰系統(tǒng)移動(dòng)。

設(shè)備80可以包括適合的系統(tǒng)，例如，任何適合的流體葉輪或風(fēng)扇的任何配置或組合，和/或任何適合的加熱器，例如，諸如電加熱元件的加熱元件。流體葉輪或風(fēng)扇可以設(shè)置在與加熱元件相同的殼體中，或者這些系統(tǒng)可以設(shè)置為方便服務(wù)和維修操作的單獨(dú)的單元。

在圖6所示的實(shí)施例中，加熱和循環(huán)設(shè)備80被示為設(shè)置在葉片10的根端18中。但是，應(yīng)該理解，絕緣回流通道78和絕緣流出通道70可以延伸到葉片10的根端18。在這些實(shí)施例中，絕緣回流通道78和絕緣流出通道70可以在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的外部的位置處連通連接，并且其中，加熱和循環(huán)設(shè)備80可以設(shè)置在更大的風(fēng)力渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的轂部8和/或機(jī)艙6中。為了進(jìn)一步提高除冰系統(tǒng)的服務(wù)和維修操作的方便性可以設(shè)置這種配置。

在使用中，在葉片10的除冰系統(tǒng)中提供工作流體，如，大氣。加熱設(shè)備80的作用是將熱傳遞給使用葉輪或風(fēng)扇80循環(huán)的流體。如箭頭所示，絕緣流出通道70中的流體從葉片10的根端18轉(zhuǎn)移到葉片10的尖端14。將流體從葉片10的根端16處的加熱區(qū)域引導(dǎo)到葉片10的尖端14的絕緣通道的使用防止加熱流體發(fā)生嚴(yán)重的熱損失。

在葉片10的尖端14處，加熱流體進(jìn)入加熱通道72。因此，流體開(kāi)始接觸葉片10的前緣18的內(nèi)表面，其中，加熱流體將熱傳遞給葉片10的前緣表面。限定加熱通道72的絕緣壁74的使用防止遠(yuǎn)離葉片10的前緣18的方向上的任何嚴(yán)重的熱損失。因此，葉片10的外部前表面被加熱，以去除任何存在于前緣表面上的冰。

在一個(gè)方面中，當(dāng)加熱流體在葉片10的尖端14處被提供給葉片10的前緣18時(shí)，葉片10的尖端區(qū)域中的初始加熱效果最大，其能夠?yàn)槿コ?或防止冰提供大多數(shù)的操作益處。替代地，應(yīng)該理解，加熱流體可以大致沿要除冰的區(qū)域的長(zhǎng)度大致同時(shí)提供給葉片的前緣18。

然后在加熱流體到達(dá)位于回流通道70與流出通道78之間的界面處的加熱和循環(huán)設(shè)備80之前，流體循環(huán)到絕緣回流通道78，絕緣回流通道78與葉片10的前緣18絕緣并間隔開(kāi)，以防止系統(tǒng)的任何進(jìn)一步的熱損失。優(yōu)選地，所述系統(tǒng)是閉合回路系統(tǒng)，其中，工作流體在通道70、72、78內(nèi)再循環(huán)。應(yīng)該理解，葉片10可以進(jìn)一步包括將額外的工作流體提供到除冰系統(tǒng)中的注入系統(tǒng)，以補(bǔ)償由于例如泄露、滲透損失等損失的流體。

優(yōu)選地，流出通道70、加熱通道72的絕緣壁74和/或回流通道78由絕緣材料例如，絕緣板，優(yōu)選低密度泡沫板形成。對(duì)于流出通道70和回流通道78，這種板可以布置為形成管或盒狀通道結(jié)構(gòu)，其可以使用粘合劑粘結(jié)、機(jī)械連接器和/或通過(guò)層壓板附接在一起以形成所述結(jié)構(gòu)。絕緣材料可以被選為任何合適的材料來(lái)防止熱量損失，例如，聚苯乙烯泡沫（eps）、擠塑聚苯乙烯泡沫（xps）、聚異氰脲酸酯泡沫、聚氨酯泡沫、復(fù)合蜂窩（hsc）、軟木等。

附加地或替代地，應(yīng)該理解，流出通道70和/或回流通道78可以至少部分地由葉片10的抗剪腹板12a、12b限定，例如，其中，抗剪腹板12a、12b中的至少一個(gè)用來(lái)限定流出通道70和/或回流通道78的至少一側(cè)，其中，流出通道70和/或回流通道78的其他側(cè)可以由附接到所述至少一個(gè)抗剪腹板12a、12b上的絕緣材料來(lái)限定。

附加地或替代地，絕緣流出通道70、絕緣壁74和/或所述絕緣回流通道可以由柔性絕緣材料形成。在一個(gè)方面中，所述流出通道70和/或所述回流通道78可以形成為雙壁充氣管（未示出），所述管包括內(nèi)管和外管，所述內(nèi)管位于所述外管的內(nèi)部?jī)?nèi)。內(nèi)管可以布置為傳送加熱的工作流體，其中，外管限定環(huán)繞內(nèi)管的絕緣腔。絕緣腔可以設(shè)置有絕緣流體，以防止在內(nèi)管中傳送的任何加熱流體的熱損失。優(yōu)選地，所述絕緣流體包括惰性氣體，例如，氬氣，但是應(yīng)該理解，大氣也可以用作絕緣流體。在一個(gè)方面中，絕緣流體可以包括惰性氣體和空氣的混合物。

假如絕緣通道為使用輕質(zhì)流體作為絕緣體的柔性材料，則當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的除冰系統(tǒng)的剛性結(jié)構(gòu)相比時(shí)，除冰系統(tǒng)引入到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的額外的重量最小化，并且除冰系統(tǒng)施加在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)上的額外的應(yīng)力和應(yīng)變也最小化。

優(yōu)選地，所述內(nèi)管和/或所述外管由實(shí)質(zhì)上不滲透的柔性材料，例如，橡膠、乳膠、氯丁橡膠、尼龍織物、防水布、塑料布、醋酸纖維素、聚酯織物、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、氯乙烯醋酸、優(yōu)選地防水材料、或?yàn)榱死缤ㄟ^(guò)施加涂層，例如pvc涂層提高材料的不滲透性的處理過(guò)的材料來(lái)形成。

通過(guò)提供由柔性材料制成的絕緣通道，這允許通道能夠在折疊或壓縮狀態(tài)下使用時(shí)充氣。結(jié)果，除冰系統(tǒng)的組件能夠相對(duì)容易地制造，而不需要高精度的組裝或定位。此外，由于通道的充氣性質(zhì)，組件能夠在從制造位置到安裝在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的位置的未充氣的狀態(tài)下容易運(yùn)輸，其中在安裝在葉片中的過(guò)程中或之后，通道能夠被充氣。應(yīng)該理解，可以在制造和組裝具有這種除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片時(shí)進(jìn)行絕緣通道的充氣，然后密封通道以保持絕緣流體。附加地或替代地，當(dāng)執(zhí)行或預(yù)期要發(fā)生除冰操作時(shí)，可以執(zhí)行通道的充氣。

通過(guò)僅在激活或預(yù)期要激活除冰系統(tǒng)的時(shí)期對(duì)通道充氣，因此能夠提高除冰系統(tǒng)的效率和風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的總體操作。在一個(gè)方面中，與絕緣流體在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的使用壽命期間都保持在通道中的系統(tǒng)相反，除冰系統(tǒng)可以經(jīng)歷減少的絕緣流體從系統(tǒng)的損失。在另一方面中，可能由通道的充氣導(dǎo)致的對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的任何結(jié)構(gòu)性作用都能夠局限于除冰事件的發(fā)生，并且對(duì)這種除冰事件之外的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的性能沒(méi)有影響。這種充氣管可以沿葉片10的長(zhǎng)度在單獨(dú)的錨點(diǎn)處附接到葉片10的結(jié)構(gòu)或從葉片10的結(jié)構(gòu)懸掛下來(lái)，由此減小在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的組裝過(guò)程中需要注意的粘結(jié)或附接位置的尺寸和/或數(shù)量。

應(yīng)該理解，可以采用根據(jù)本發(fā)明的除冰系統(tǒng)的替代配置。圖7和圖8示出了本發(fā)明的替代實(shí)施例，應(yīng)該理解，與圖6的實(shí)施例共用的元件在圖7和圖8的實(shí)施例中設(shè)置有相同的參考符號(hào)。因此，以上關(guān)于圖6的描述可以應(yīng)用到圖7和圖8的實(shí)施例。

在圖7中，絕緣流出通道70在葉片10的尖端14處與加熱腔172連通連接并通向加熱腔172。加熱腔172在葉片10的前緣處限定在前緣側(cè)抗剪腹板12a的表面與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的內(nèi)表面之間。在此實(shí)施例中，抗剪腹板12a可以設(shè)置有絕緣材料，例如，作為設(shè)置在抗剪腹板12a的前緣側(cè)的表面上的涂層。加熱腔172沿葉片10的外側(cè)或遠(yuǎn)端部分中的葉片10的前緣18，從葉片10的尖端14延伸到距離葉片10的尖端14大約1/3至2/3葉片長(zhǎng)度的加熱端點(diǎn)76。

在加熱端點(diǎn)76處，加熱腔172通向絕緣回流通道78并與絕緣回流通道78連通連接，絕緣回流通道78在鄰近葉片10的根端16處與絕緣流出通道70連通連接，加熱和循環(huán)設(shè)備80布置為加熱并循環(huán)通過(guò)除冰系統(tǒng)的工作流體。與圖6的實(shí)施例相比，圖7的實(shí)施例的結(jié)果是去除了絕緣壁74，導(dǎo)致了圖7的實(shí)施例所需要的較少的部件和組裝。

在圖8中，多個(gè)分流管82設(shè)置在葉片10中，管82從流出通道70與加熱腔172之間的連接延伸并提供流出通道70與加熱腔172之間的連接。管82沿加熱腔172的長(zhǎng)度間隔開(kāi)，其中，流出通道70中的加熱流體的一部分能夠從流出通道70改變方向到加熱腔172中。管82布置為加熱流體定向到在葉片10的前緣18處的與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的內(nèi)表面緊密相鄰的位置，以便由于加熱流體被立即傳送到腔172的實(shí)際前緣表面，對(duì)沿加熱腔172的長(zhǎng)度的前緣18的流體的加熱效果最大化。

管82布置在設(shè)置在前緣側(cè)抗剪腹板12a中的孔中，但是應(yīng)該理解，管82可以完全去除，并且流出通道70和加熱腔172通過(guò)抗剪腹板12a中的孔連接?？梢酝ㄟ^(guò)鉆削或機(jī)加工抗剪腹板12a的部分來(lái)形成孔。應(yīng)該理解，可以圍繞孔應(yīng)用加強(qiáng)件，以保存抗剪腹板12a的結(jié)構(gòu)完整性，例如，附加的加強(qiáng)材料可以在孔的圓周周?chē)鷳?yīng)用到抗剪腹板12a。加強(qiáng)件可以包括層壓材料的附加層、附加的輕木等?？椎倪吘壙梢园ǖ菇恰A斜的或修圓的邊緣，以減少或消除由于在孔中存在尖角而導(dǎo)致的任何可能的負(fù)面的流體動(dòng)力學(xué)作用。應(yīng)該理解，附加的擋板或流體指向元件可以與孔組合使用，以使流出通道70中的部分流體流改變方向到加熱腔172。

附加地或替代地，圖6的實(shí)施例可以進(jìn)一步包括從流出通道70延伸穿過(guò)抗剪腹板12a和絕緣壁74的多個(gè)管，以使加熱流體改變方向到加熱通道72中。

管82可以設(shè)置有驅(qū)動(dòng)閥（未示出），其能夠被控制為調(diào)節(jié)從流出通道70到葉片10的前緣18的加熱流體流。閥可以被遠(yuǎn)程控制，和/或可以是溫度控制閥，其布置為當(dāng)鄰近閥的區(qū)域超過(guò)預(yù)定溫度時(shí)打開(kāi)。具體地，閥可以被控制為，管82按從尖端14朝向根端16的順序打開(kāi)。在此情況下，可以準(zhǔn)確地控制和調(diào)節(jié)葉片10的前緣18的加熱。因此，閥可以布置為提高葉片10的除冰系統(tǒng)的效率和總體性能。附加地或替代地，管或孔可以以確保葉片表面的相對(duì)均勻除冰的方式來(lái)布置，例如，布置為管或孔的多個(gè)交錯(cuò)排列的排。

應(yīng)該理解，可以使用適合的擋板，以從除冰系統(tǒng)的通道或腔70、72、78、172封閉葉片10的區(qū)段，以防止加熱流體進(jìn)入所述區(qū)段，例如，擋板71防止加熱流體進(jìn)入后緣側(cè)抗剪腹板12b與葉片10的后緣20之間的區(qū)域。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的尖端14可以配置為提高葉片10的除冰系統(tǒng)的效率。參考圖9的放大視圖，示出了用于圖6的實(shí)施例的葉片10的加強(qiáng)的尖端部分的第一實(shí)施例。在圖9中，流出通道70連接到如由絕緣壁74限定的加熱通道72上，其中，提供在流出通道70中的加熱流體能夠流到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的前緣18。此外，補(bǔ)充擋板構(gòu)件84鄰近流出通道70的端部定位，其中，擋板84的作用是使來(lái)自流出通道的加熱流體流的一部分分流到加熱通道72內(nèi)的第二位置86。因?yàn)閾醢?4布置為使一些加熱流體分流到與葉片10的尖端14間隔開(kāi)的加熱通道72中的位置86，因此，葉片10的尖端區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)不同的位置直接從絕緣流出通道70接收加熱流體，此處加熱流體具有最高熱含量。結(jié)果，加熱流體的最大加熱效果被最初施加在葉片10的前緣18的較寬區(qū)域上。

在圖9的這個(gè)實(shí)施例中，擋板84連接到加熱通道72中的補(bǔ)充絕緣流道88上，以便防止被擋板84改變方向的加熱流體的流在到達(dá)第二位置86之前的嚴(yán)重?zé)釗p失。應(yīng)該理解，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10可以包括多個(gè)擋板和/或補(bǔ)充流道，以將適當(dāng)改變方向的加熱流體提供到葉片除冰系統(tǒng)的加熱通道72或加熱腔172內(nèi)的期望位置。

應(yīng)該理解，在正常葉片結(jié)構(gòu)中，由于內(nèi)部葉片腔中的高度限制，葉片抗剪腹板或其他內(nèi)部結(jié)構(gòu)不完全延伸到葉片10的尖端14。在流出通道70經(jīng)由設(shè)置在抗剪腹板12a中的管或孔連接到前緣加熱通道或腔上的實(shí)施例的情況下，這需要額外考慮除冰系統(tǒng)的尖端部分的設(shè)計(jì)。在一些方面中，流出通道70可以在尖端14處直接向前緣18開(kāi)放，如圖8中可見(jiàn)，擋板71或其他密封裝置的作用是防止來(lái)自流出通道70的加熱流體離開(kāi)除冰系統(tǒng)的閉合回路并進(jìn)入后緣側(cè)抗剪腹板12b與葉片后緣20之間的腔。

參考圖10的放大視圖，示出了葉片10的加強(qiáng)的尖端部分的替代配置。流出通道70在通道70的尖端處是密封的。在圖10中，這是由設(shè)置在流出通道70的端部處的單獨(dú)的密封元件73展示的，但是應(yīng)該理解，流出通道70可以設(shè)置為密封的管或盒結(jié)構(gòu)，所述密封的管或盒結(jié)構(gòu)具有朝向葉片10的尖端14布置的閉合的端部。

管82或孔布置為提供流出通道70與前緣加熱通道或腔72之間的流路，管82或孔延伸穿過(guò)抗剪腹板12a。擋板71或其他密封裝置布置在前緣側(cè)抗剪腹板12a的端部處，以防止流體從前緣加熱通道或腔72圍繞抗剪腹板12a的尖端流動(dòng)。

因?yàn)楣?2或孔與葉片10的尖端14間隔開(kāi)定位，因此補(bǔ)充擋板84a布置為使來(lái)自管82或孔的加熱流體的一部分朝向葉片10的尖端14改變方向。補(bǔ)充擋板84a可以與補(bǔ)充絕緣壁74a連接，以防止在改變方向的流體到達(dá)葉片10的尖端14之前額外的熱損失。在尖端14處，在重新結(jié)合未被補(bǔ)充擋板84a改變方向的來(lái)自流出通道70的加熱流體的剩余部分之前，改變方向的流體在根端20的方向上沿前緣18流動(dòng)。因此，葉片10的尖端區(qū)域內(nèi)的兩個(gè)不同的位置直接從絕緣流出通道70接收加熱流體，此處加熱流體具有最高的熱含量。結(jié)果，加熱流體的最大加熱效果可最初施加在葉片10的前緣18的較寬區(qū)域上。

參考圖11，示出了沿圖6的線a-a的橫截面視圖，其中，指出了流出通道70和回流通道78的流動(dòng)方向。如在圖11中可見(jiàn)，流出通道70和回流通道78通過(guò)使用柔性支架部件90各自支撐在前緣側(cè)抗剪腹板12a上。支架部件90可以設(shè)置為沿抗剪腹板12a的長(zhǎng)度延伸的上下軌道，和/或支架部件90可以設(shè)置為沿抗剪腹板12a的長(zhǎng)度布置的分開(kāi)的支架元件的陣列。支架部件90可以由適合的彈性材料，例如，橡膠形成，其可以變形，以適應(yīng)局部彎曲或通道70、78與抗剪腹板12a之間承受的其他應(yīng)力和應(yīng)變。

通過(guò)將除冰系統(tǒng)的通道70、78支撐在抗剪腹板12a上，因此風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10中的除冰系統(tǒng)包含的任何結(jié)構(gòu)性作用都能夠最小化，并且有效地局限于葉片10的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)元件。因此，由于通道70、78與葉片殼體的表面隔離，對(duì)葉片的氣動(dòng)殼體部分的任何作用都可以最小化或完全消除。雖然所示的實(shí)施例示出了支撐在抗剪腹板上的除冰系統(tǒng)的元件，但應(yīng)該理解，替代地，這些元件可以支撐在其他類(lèi)型的葉片結(jié)構(gòu)構(gòu)件上，例如，翼梁盒等。

應(yīng)該理解，雖然在圖11中示出了支撐在前緣側(cè)抗剪腹板12a上的通道70、78，但可以使用其他配置。例如，流出通道70可以使用適合的支架部件（未示出）完整地或部分地支撐在后緣側(cè)抗剪腹板12b上，由此使在除冰系統(tǒng)的安裝中引入的力分布在兩個(gè)抗剪腹板12a、12b之間。

雖然以上實(shí)施例的流出通道被示為從根端到尖端延伸大致葉片的整個(gè)長(zhǎng)度的絕緣通道，但應(yīng)該理解，可以使用流出通道的其他配置。在一個(gè)替代中，流出通道可以包括從遠(yuǎn)離葉片的根端延伸一部分路徑到朝向尖端的位置的絕緣通道，并且其中，沿葉片的長(zhǎng)度從所述位置到葉片的尖端的流出通道至少部分地由葉片結(jié)構(gòu)組件，例如，葉片抗剪腹板、葉片殼體元件、翼梁盒等形成。優(yōu)選地，所述葉片結(jié)構(gòu)組件的至少一部分是用絕緣材料處理過(guò)的，以減少系統(tǒng)的熱損失。在朝向尖端的所述位置處，應(yīng)該理解，可以使用適合的內(nèi)部隔板、密封構(gòu)件或止流件以防止流出通道的流體損失。

在一個(gè)方面中，流出通道包括從根端沿葉片的長(zhǎng)度的大約2/3延伸的絕緣通道，其中，對(duì)于葉片長(zhǎng)度的大約外部1/3，流出通道由葉片的內(nèi)部抗剪腹板和葉片殼體的區(qū)段限定的空間形成。

參考圖12，示出了沿圖6的線b-b的一對(duì)替代橫截面視圖，其中，指出了流出通道70和加熱通道72的流動(dòng)方向。

在圖12（a）中，示出了用于圖6的實(shí)施例的絕緣壁74的支撐機(jī)構(gòu)的第一實(shí)施例。絕緣壁74經(jīng)由從抗剪腹板12a延伸的至少一個(gè)中間支架94受到前緣側(cè)抗剪腹板12a的支撐。至少一個(gè)中間支架94可以設(shè)置為從抗剪腹板12a的表面延伸的連續(xù)延伸的軌道或衍架結(jié)構(gòu)，和/或至少一個(gè)中間支架94可以設(shè)置為沿抗剪腹板12a的長(zhǎng)度布置的分開(kāi)的支架元件的陣列。絕緣壁74設(shè)置有上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件92，所述上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件布置在絕緣壁74的上端和下端與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的內(nèi)表面之間。密封構(gòu)件92布置為防止加熱流體從加熱通道72離開(kāi)。密封構(gòu)件92設(shè)置為非承載構(gòu)件。密封構(gòu)件92由適合的柔性材料形成，以便密封構(gòu)件92響應(yīng)絕緣壁74與葉片殼體之間的相對(duì)移動(dòng)而變形，其中，葉片殼體與可能由風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的操作導(dǎo)致的應(yīng)力或應(yīng)變隔離。

在圖12（b）的實(shí)施例中，不使用至少一個(gè)中間支架94支撐絕緣壁74，其中，密封構(gòu)件94布置為將絕緣壁74保持在適當(dāng)?shù)奈恢弥?，以限定加熱通?2。在這個(gè)實(shí)施例中，密封構(gòu)件92可操作變形，以允許絕緣壁74與葉片殼體之間的一定程度的相對(duì)移動(dòng)，以在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的操作過(guò)程中使從絕緣壁74轉(zhuǎn)移到葉片殼體的應(yīng)力和應(yīng)變最小。

圖13示出了沿圖9的線c-c的橫截面視圖。在圖13中，類(lèi)似于圖11，使用支架部件90將補(bǔ)充絕緣流道88支撐在前緣側(cè)抗剪腹板12a上，并且其中，使用上密封構(gòu)件和下密封構(gòu)件92將補(bǔ)充絕緣流道88的前緣側(cè)連接到葉片殼體的內(nèi)表面上，以在補(bǔ)充絕緣流道88與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的前緣18之間限定加熱通道72的一部分。

在圖14（a）和14（b）中展示了另外的示例配置，其中，絕緣壁96設(shè)置為能夠安裝到前緣側(cè)抗剪腹板12a上的彎曲構(gòu)件。彎曲的絕緣壁96的形狀能夠形成為符合風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的內(nèi)表面，其中，前緣加熱通道72設(shè)置為形狀遵循風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣輪廓的室。

圖14展示了具有除冰系統(tǒng)的葉片，所述除冰系統(tǒng)具有利用兩個(gè)抗剪腹板之間的空間作為通道的一部分的絕緣流出通道。最接近前緣的抗剪腹板具有多個(gè)孔(100)。加熱流體部分通過(guò)這些孔進(jìn)入加熱通道，部分通過(guò)朝向尖端流動(dòng)并進(jìn)入抗剪腹板結(jié)束所在的加熱通道。

很明顯，擋板(101)可以用來(lái)限制加熱流體在不需要的方向上的流動(dòng)。流出通道朝向尖端的開(kāi)口也可以通過(guò)抗剪腹板之間的擋板（未示出）與根端隔開(kāi)，以避免流體朝向根端的任何回流，由此可能損失用來(lái)加熱前緣的能量。

圖15展示了橫截面面積從根端朝向尖端減小的流出通道。流出通道具有多個(gè)孔(106)，并安裝在抗剪腹板上，并且面向葉片的前緣。典型地，根據(jù)作為整體的具體的葉片和除冰系統(tǒng)，變窄的流出通道可以延伸到接近于葉片的尖端，但也可以更短。

這些孔可以具有不同的橫截面面積。例如，孔的尺寸可以隨著流出通道變窄而變小?？梢?xún)?yōu)化孔的精確的幾何形狀，以在進(jìn)入回流通道之前，在加熱通道中提供加熱的效果。

擋板(103)再次指出了朝向未受益于任何加熱的葉片的區(qū)域的加熱流體流可以被安裝在葉片內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)擋板限制。

圖16展示了本發(fā)明的實(shí)施例，其中，流出通道和回流通道經(jīng)由柔性軟管(105)和縮減單元(106)連接到加熱和循環(huán)設(shè)備。柔性軟管為通道關(guān)于設(shè)備的相對(duì)移動(dòng)提供空間?？蛇x地，過(guò)濾單元(107)可以安裝在流出和/或回流通道中，以捕捉出現(xiàn)在葉片內(nèi)的任何碎片。

圖17（a）展示了這種彎曲的室如何可以用作圖12（a）和12（b）的配置的替代。圖17（b）展示了彎曲的絕緣壁96如何可以為圖13的配置提供替代，其中，彎曲的絕緣壁96和前緣側(cè)抗剪腹板限定補(bǔ)充絕緣流道，以形成用于加熱流體的旁通道。

在可以以任何上述實(shí)施例實(shí)施的本發(fā)明的另外方面中，流出通道的至少一部分可以限定為以98表示的抗剪腹板12a、12b之間的區(qū)域。

應(yīng)該理解，可以使用所示實(shí)施例的另外的加強(qiáng)和替代。例如，風(fēng)力渦輪機(jī)可以使用中央加熱和/或循環(huán)設(shè)備作為用于每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的單獨(dú)設(shè)備80的替代。在此情況下，加熱和/或循環(huán)設(shè)備可以設(shè)置在風(fēng)力渦輪機(jī)的轂部或機(jī)艙中，并適當(dāng)?shù)剡B接到每個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的除冰系統(tǒng)上。應(yīng)該進(jìn)一步理解，以上實(shí)施例的個(gè)性化特征可以與任何其他實(shí)施例的那些特征組合，以提供如權(quán)利要求所描述的除冰系統(tǒng)。

具有如上所述的除冰系統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片提出了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明提供了一種更有效率和更有效果的除冰系統(tǒng)，從而減少了整個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的應(yīng)力和應(yīng)變以及重量要求。

本發(fā)明不限于本文中所描述的實(shí)施例，而是可以在不脫離本發(fā)明范圍的情況下修改或調(diào)整。