[发明专利]风力涡轮机及为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及风力涡轮机转子叶片，并且更特别地涉及用于为风力涡轮机叶片除冰的系统和方法。

背景技术

风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已获得越来越多的关注。现代风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理俘获风的动能。转子叶片传递呈旋转能量的形式的动能，从而转动将转子叶片联接到齿轮箱(或者如果未使用齿轮箱，则直接联接到发电机)的轴。发电机然后将机械能转换成可以调度到共用电网的电能。

风力涡轮机叶片上的冰的形成不利地影响风力涡轮机的性能。有时，结冰会严重到使得即使在理想的风况下它也阻止风力涡轮机发电。另外，结冰产生叶片和转子的不平衡，这会生成动力系部件中的过度振动和应力。

已提出用于为风力涡轮机叶片除冰的各种建议。例如参考美国专利第6,890,152号，该专利建议使用在涡轮机叶片中配置成振动叶片并且导致冰断裂的振动器。振动器可以是声波发生器，例如音波号角(sonic horn)。美国专利公告第2010/0189560号建议通过叶片的受控加速和随后减速为风力涡轮机叶片除冰。美国专利公告第2010/0189560号建议在叶片的预定方位角范围内使用桨距角控制器来单独地诱导相应叶片中的旋转振动。

因此，该行业不断地在寻求为风力涡轮机叶片除冰的新颖和有效方法。

发明内容

本发明的方面和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从该描述显而易见，或者可以通过本发明的实施而获悉。

在一个实施例中，提供了一种用于为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法，其中来自所述涡轮机叶片安装在其上的转子毂的旋转扭矩传递到发电机。应当领会所述方法不限于风力涡轮机的任何特定类型或配置。所述方法包括检测指示所述风力涡轮机叶片上的冰形成的状况。响应检测到的结冰状况(实际或可能结冰)，控制所述发电机以调制由所述发电机生成的扭矩，从而诱导所述涡轮机叶片中的上游振动，所述振动足以震松可能已形成于所述涡轮机叶片上的冰。所述方法也不限于发电机或传动系配置的任何特定类型。

在特定实施例中，所述方法可以包括在调制所述发电机扭矩之前将所述涡轮机叶片变桨到中性位置(neutral position，或称为“空档位置”)。

为了增强在所述涡轮机叶片中诱导的振动，在某些实施例中可能期望确定所述涡轮机叶片的自然共振频率，并且在叶片共振频率下调制所述发电机扭矩。例如可以通过用布置在所述叶片或转子毂上的一个或多个传感器检测叶片振动并且从所述检测到的叶片振动计算所述共振频率而确定所述共振频率。

一旦启动，可以多样地控制发电机扭矩调制。例如，调制过程可以继续直到检测到的结冰状况降低到阈值以下。在另一个实施例中，调制过程可以在启动之后继续持续限定时间段。

应当领会所述方法不需要依赖于风力涡轮机叶片上的冰的实际形成。例如，检测到的状况可以指示状况有利于涡轮机叶片上的冰形成，与实际冰形成无关。在这些有利状况时间，可以为了预防目的定期地执行所述方法。

可以为了检测结冰状况而监测各种操作和环境状况中的任何一个或组合，包括风速、转子速度、由风力涡轮机生成的电力、温度或湿度中的任何一个或组合。

本发明也包含配置成在除冰模式下操作的任何形式的风力涡轮机，如本文中所述。例如，示例性风力涡轮机可以包括可操作地联接到所述发电机的调制系统，所述控制器被配置成当检测指示所述涡轮机叶片上的冰形成的状况时调制发电机扭矩，从而诱导所述涡轮机叶片中的上游振动以震松可能已形成于所述叶片上的冰。所述调制系统可以与布置成检测指示涡轮机叶片上的冰形成的操作或环境状况(例如风速、转子速度、由风力涡轮机生成的电力、温度或湿度中的任何一个或组合)的一个或多个传感器通信。

在特定实施例中，所述调制系统可以被配置成确定所述涡轮机叶片的自然共振频率，并且在叶片共振频率下调制所述发电机扭矩。运动传感器可以与所述涡轮机叶片(或转子)配置在一起并且与所述调制系统通信以用于传递振动频率信息，所述调制系统使用所述振动频率信息计算所述叶片共振频率。

参考以下描述和附带的权利要求，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。包含在该说明书中并且构成该说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。

附图说明