风力涡轮机及为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法和相关系统，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。所述方法和系统包括检测指示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，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涡轮机叶片上的冰。

【技术实现步骤摘要】

本公开总体上涉及风カ涡轮机转子叶片，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。
技术介绍
风能被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风カ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、机舱以及ー个或多个转子叶片。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。风カ涡轮机叶片上的冰的形成不利地影响风カ涡轮机的性能。有吋，结冰会严重到使得即使在理想的风况下它也阻止风カ涡轮机发电。另外，结冰产生叶片和转子的不平衡,这会生成动カ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。例如參考美国专利第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カ涡轮机叶片除冰。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単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カ涡轮机叶片除冰的新颖和有效方法。
技术实现思路
本专利技术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，或者可以通过本专利技术的实施而获悉。在一个实施例中，提供了一种用于为风カ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カ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カ涡轮机叶片上的冰形成的状況。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。在另ー个实施例中，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カ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、由风カ涡轮机生成的电力、温度或湿度中的任何一个或组合。本专利技术也包含配置成在除冰模式下操作的任何形式的风カ涡轮机，如本文中所述。例如，示例性风カ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、由风カ涡轮机生成的电力、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。參考以下描述和附带的权利要求，本专利技术的这些和其它特征、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专利技术的实施例，并且与描述一起用于解释本专利技术的原理。附图说明在參考附图的说明书中阐述了包括对于本领域的普通技术人员来说是本专利技术的最佳模式的本专利技术的完整和能够实现的公开，在附图中:图1是可以包含根据本专利技术的方面的涡轮机叶片除冰能力的风カ涡轮机的透视图；图2是具有涡轮机叶片除冰能力的特定实施例的风カ涡轮机的示意图；以及图3是示出用于为风力涡轮机叶片除冰的方法的实施例的流程图。具体实施例方式现在将详细地參考本专利技术的实施例，所述实施例的一个或多个例子在附图中示出。每个例子作为本专利技术的解释而不是作为本专利技术的限制而被提供。实际上，本领域的技术人员将显而易见可以在本专利技术中进行修改和变化而不脱离本专利技术的范围或精神。例如，作为ー个实施例的一部分示出或描述的特征可以用于另ー个实施例以产生又一个实施例。因此，本专利技术g在涵盖属于附带的权利要求及其等效物的范围内的这样的修改和变型。參考附图，图1示出可以配置有根据本专利技术的方面的除冰特征的水平轴线风カ涡轮机10的透视图。应当领会风カ涡轮机10可以是竖直轴线风カ涡轮机。在所示实施例中，风カ涡轮机10包括塔架12、安装在塔架12上的机舱14和通过诸如驱动轴和齿轮装置的动カ系部件联接到机舱14内的发电机50(图2)的转子毂18。塔架12可以由钢管或其它合适的材料制造。转子毂18包括联接到毂18并且从该毂18径向向外延伸的一个或多个转子叶片16。转子叶片16可以大体上具有能够使风力涡轮机10根据设计标准工作的任何合适的长度。转子叶片16旋转转子毂18以能够将来自风的动能转换成可使用的机械能，并且随后转换成电能。具体地，毂18旋转地联接到定位在机舱14内以用于产生电能的发电机50。大体上如图1中所示，风カ涡轮机10也可以包括位于机舱14内或任何其它合适的位置处的风力涡轮机控制控制器20。控制器20可以包括合适的处理器和/或配置成控制风カ涡轮机10的操作方面的其它处理功能性，以及本文中所述的与除冰功能性相关的功能。例如，控制器20可以通过将合适的控制信号传输到机舱14内的桨距驱动或桨距调节系统而单独地或同时地控制转子叶片16的桨距角。此外，当风向变化时，控制器20可以被配置成经由机舱14内的偏航驱动机构控制机舱14相对于偏航轴线的位置以相对于风向定位转子叶片16。本领域的技术人员应当领会，控制器20被配置成控制包括发电机50的发电部件的各种操作特性。大体上參考图2，风カ涡轮机系统10包括可操作地将风的机械能转换成旋转扭矩(TAero)的涡轮机部分32和可操作地将涡轮机部分32所产生的旋转扭矩转换成电カ的发电机部分34。提供传动系36以将润轮机部分32联接到发电机部分34。风カ涡轮机系统10也包括调制系统38，该调制系统可操作地控制发电机部分34所产生的扭矩以诱导叶片16中的振动以便断裂或抖落已形成于叶片上的冰。涡轮机部分32包括转子18和联接到转子18的涡轮机转子轴40。旋转扭矩经由传动系36从转子轴40传递到发电机轴42。在某些实施例中，例如在图2所示的实施例中，传动系36本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法，其中来自转子毂的旋转扭矩传递到发电机，所述涡轮机叶片安装在所述转子毂上，所述方法包括：检测指示风力涡轮机叶片上的冰形成的状况；以及响应检测到的结冰状况，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涡轮机叶片上的冰。

【技术特征摘要】
2011.11.03 US 13/2882781.一种为风力涡轮机的涡轮机叶片除冰的方法，其中来自转子毂的旋转扭矩传递到发电机，所述涡轮机叶片安装在所述转子毂上，所述方法包括: 检测指示风カ涡轮机叶片上的冰形成的状況；以及 响应检测到的结冰状况，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涡轮机叶片上的冰。2.根据权利要求1所述的方法，所述方法还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。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述方法还包括确定所述涡轮机叶片的自然共振频率，并且在所述涡轮机叶片的自然共振频率下调制所述发电机扭矩。4.根据权利要求1所 述的方法，所述方法包括继续调制发电机扭矩直到检测到的结冰状况降低到阈值以下。5.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括继续调制发电机扭矩持续限定时间段。6.根据权利要求1所述的方法，其中在检测到的状况有利于所述涡轮机叶片上的冰形成期间周期性地进行所述方法，与实际冰形成无关。7.根据权利要求6所述的方法，其中通过监测风速、转子速度、由所述风カ涡轮机生成的电力、温度或湿度中的任何一个或组合确定检测到的状况。8.一种风カ涡轮机，其包括: 安装到转子的多个涡轮机叶片； 发电机，所述转子经由动力系旋转地联接到所述发电机使得旋转扭矩从所述转子传递到所述发电机；以及 调制系统，所述调制系统可操作地联接到所述发电机并且配置成当检...

【专利技术属性】
技术研发人员：DC芒努松，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：