[发明专利]用于风力涡轮机叶片的被动式除冰

说明书

技术领域

本文所描述的主题一般地涉及包括控制装置的流体反应面及操作方法，该控制装置是温度响应式或者结冰条件响应式的，且更特别地涉及用于风力涡轮机叶片的被动式除冰。

背景技术

风力涡轮机是一种用来将风中的动能转换成机械能的机器。如果机械能被机器直接使用，比如泵水或碾麦，则风力涡轮机可称为风车。类似地，如果机械能转换成电，则该机器也可称为风力发电机或风力发电设备。

风力涡轮机典型地根据叶片围绕其转动的垂直或水平轴线进行归类。一种所谓的水平轴线风力发电机在图1中被示意性地图示，并可从通用电气公司获得。用于风力涡轮机2的此特定构造包括支撑外罩(nacelle)6的塔架4，该外罩6包围传动系统8。叶片10布置在轮毂9上以在外罩6外的传动系统8的一个末端处形成“转子”。转动叶片10驱动在传动系统8的另一个末端处连接到发电机14上的齿轮箱12，发电机14与可自风速计18接收输入的控制系统16一起布置在外罩6内。风速计18常包括用来确定风向的风向标或其它装置，控制系统16然后使用该风向使外罩6的“轴承”在其垂直“偏航”轴线上转动，以便使轮毂9定位成逆风。

叶片10从运动的空气产生升力并俘获动量，然后当叶片在“转子平面”内旋转时将动量赋予转子。各叶片典型地紧固在其“根部”端上，然后径向“向外”地“延伸”到自由的“末梢”端。叶片的前部或“前缘”连接最先接触空气的叶片的最前端的点。叶片的后部或“后缘”是被前缘分开的气流在越过叶片的吸力面和压力面后再结合的地方。“弦线”在典型气流横过叶片的方向上连接叶片的前缘和后缘。弦线的长度简称为“弦长”。

“攻角”是用来描述叶片10的弦线和代表叶片和空气之间的相对运动的矢量之间的角度的术语。“变桨”指使整个叶片10的攻角旋转以逆风或顺风，其目的是控制转速和/或来自风的功率的吸收。例如，“向顺桨”使叶片变桨使得叶片10的前缘转向逆风，而“向失速”使叶片变桨使得叶片10的前缘转向顺风。完全失速的涡轮机叶片10在停止时典型地具有在有时称作“零度变桨”的方位上大体上顶着风的叶片的平坦侧。完全顺桨的涡轮机叶片10布置成叶片的前缘在有时称作“90度变桨”的方位上大体上指向风。

对于所谓的“桨距受控”的风力涡轮机，变桨可在每次风改变时调节，以便对于所有的风速将转子叶片维持在最优角度上并最大化功率输出。例如，控制系统16可每秒若干次地检查涡轮机2的功率输出。当功率输出时变得太高时，则控制系统16将信号发送到叶片变桨机构(未示出)，该机构使叶片10轻微偏离风而变桨。叶片10然后在风速降低时转回成逆风。

共同转让的美国专利第7,126,236号公开了“Methods andApparatus for Pitch Control Power Conversion”并在图2中再现，此处控制系统16(自图1)包括控制面板112内的用于整体系统监视和控制的一个或多个控制器，整体系统监视和控制包括变桨和速度调节、高速轴和偏航制动应用、偏航和泵马达应用以及故障监视。然而，也可使用备选的分布式或集中式的控制架构。

控制系统16将控制信号提供给可变叶片变桨驱动器或致动器114以控制叶片10的变桨(图1)，叶片10驱动轮毂9。风力涡轮机2的传动系统8(图1)包括连接到轮毂9和齿轮箱12上的主转子轴116(也称为“低速轴”)。来自齿轮箱的相对端的高速轴用来驱动发电机120。在一些构造中，扭矩经由联轴器122传递。偏航驱动器124和偏航平台126提供用于风力涡轮机2的偏航定向系统。在一些构造中，偏航定向系统被控制系统16根据从一个或多个传感器接收的信息电气地操作和控制。

结冰常在寒冷气候下有害地影响叶片10的性能。例如，结冰可改变叶片的空气动力学轮廓，并因此改变其整体效率。另外，涡轮机叶片10上的非均匀结冰可产生不对称的负载，这使得风力涡轮机2的叶片和/或其它部件振动，有时候是灾难性地。此外，冰的碎片有时候可折断其中一个叶片10，损害其它叶片、附近的结构和/或伤害人员。有时候，这些结冰问题会严重到尽管在理想的风力条件下也防止风力涡轮机2发电。

发明内容

此类常规方法的这些和其它方面在本文中通过在不同的实施例中提供操作风力涡轮机的方法而得到解决，风力涡轮机有带至少一个叶片的转子，该方法包括：感测对于叶片的结冰危险；将该至少一个叶片移动到减少结冰危险的位置。

附图说明

现在将参考下述的图形(附图)描述本技术的不同方面，附图不一定按比例画出，但在若干视图中的每一个中，均使用相同的参考标号来表示相应的部件。