專利名稱：將加熱墊固定到風力渦輪機葉片的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于風カ渦輪機的葉片以及制造用于風カ渦輪機的具有加熱系統的葉片的方法。
背景技術：
風カ渦輪機的任意暴露部分上都可能會結冰并且會導致風カ渦輪機性能下降。此夕卜，例如當冰在ー個或多個風カ渦輪機轉子葉片上積累時，會發生由于不均勻的葉片結冰導致的過度振動問題。這又會在風カ渦輪機組件上產生過大的機械負荷，最終導致風カ渦輪機停止運轉或風カ渦輪機故障。 因而，需要通過除冰系統或通過加熱系統避免或去除位于風カ渦輪機葉片上的冰。特別地，已知可使用一種附接到葉片外表面的電加熱器。該加熱器通過電線與電源和控制單元連接。由于導體沿葉片外表面延伸到加熱位置，因此該電線容易被雷擊損壞。特別地，還需要加熱葉片梢端，因此，在常規加熱系統中，導體必須從梢端延伸到葉片的根部端。特別地，在葉片的梢端區域，延伸到加熱器的導體被雷擊的風險很大。
發明內容
本發明的目的是要提供ー種具有堅固的加熱系統和合適的電連接的用于風カ渦輪機葉片的加熱器。此目的由獨立權利要求所述的用于風カ渦輪機的葉片和制造用于風カ渦輪機的具有加熱系統的葉片的方法實現。根據本發明的第一方面，提出了一種用于風カ渦輪機的葉片。所述葉片包括用于產生熱量的至少ー個加熱墊，其中，所述加熱墊被安裝到葉片，例如安裝到葉片疊層結構內的葉片外表面或安裝到葉片的內部空間。此外，葉片包括沿葉片內部空間延伸到葉片外表面的至少ー個通孔。此外，葉片包括至少ー個導電元件，其中，所述導電元件電耦接到所述加熱墊。導電元件插入通孔中，以便在葉片的內部空間和外表面之間產生電連接。根據本發明的另一方面，提出了一種制造用于風カ渦輪機的具有加熱系統的葉片的方法。在所述葉片的外表面處安裝有用于產生熱量的至少ー個加熱墊。在所述葉片中形成有至少ー個通孔，其中所述通孔從所述葉片的內部空間延伸到所述葉片的所述外表面。將至少一個導電元件插入所述通孔，以便在所述內部空間和所述外表面之間產生電連接。將所述導電元件電耦接到所述加熱墊。插入葉片通孔的導電元件可包括將葉片的內部空間連接到葉片外表面的套管、電纜、螺栓或其他導電元件。加熱墊大致形成為沿縱向方向延伸的扁平條狀墊。縱向方向限定了在加熱墊的兩個端點之間的方向(具體是在兩個端點之間平行干與葉片表面平行的平面的方向或距離)，在所述兩個端點之間限定了加熱墊的長度。高度從加熱墊的外表面豎直地(具體是平行于外葉片表面(的平面)的法線)延伸，并且加熱墊的寬度是與長度成直角地橫跨加熱墊從一側到另ー側測量的距離。該寬度比加熱墊的長度短。該寬度可以為約25cm(厘米)到1.50m(米)，優選為約55cm。加熱墊的長度一般可以為葉片長度的二倍。加熱墊可包括約60m至200m (米)的長度，優選為約90m。因此，葉片可以具有約30m至IOOm (米)的長度。加熱墊的高度可以為約0. 5mm (毫米)至Icm (厘米)。優選地,加熱墊包括約400 g/m2至800 g/m2的纖維表面密度，尤其是約600 g/m2 (克每平方米)的纖維表面密度。在沿縱向(延伸)方向的相對端上，形成第一端段和第二端段。電源輸入和/或電源輸出連接件可以附接到所述第一端段和第二端段。通過電源端子可以施加100V AC至1000V (伏特)AC的電壓。在葉片或風カ渦輪機的靜止狀態下，400V AC的電壓使得加熱墊可以產生約10°C (攝氏度)的溫度，并且650VAC至750V AC的電壓可以產生約20°C至30°C的溫度。但，這是可以依據所選擇的加熱墊表面密度和加熱墊面積而改變的。在葉片的工作狀態下，希望施加電壓，以使加熱墊沿溫度約為2°C至4°C的葉片表面產生熱量，從而具有適當的除冰作用。 通過本發明，由通孔中的導電元件將向加熱墊供應的電力從葉片內引導到葉片夕卜。因此，可以舍棄掉沿葉片表面的長的電カ連接線。通孔可以形成在葉片中加熱墊在外表面上所處的區域處，從而使得導電元件從加熱墊直接穿過通孔延伸到葉片的內部區域，而不沿著葉片外表面延伸。這具有降低電源損壞風險的技術效果。特別地，擊中葉片的雷擊會導致對沿葉片外表面延伸的導體造成損壞。通過本發明，在葉片內形成通孔，從而減少了連接器沿葉片外表面的延伸，并由此降低了沿外表面的導體被雷擊擊中的風險。為了提供加熱墊與電源的電耦接，可以在葉片中形成多個通孔，其中插入有導電元件。因此，形成了與加熱墊的多個電連接。例如，能夠在每個通孔中耦接與導電元件或電力電纜連接的單獨的電カ輸入和電カ輸出連接。更進ー步地，可概括出，在一個示例性實施例中，多于ー個的加熱墊也能夠安裝到葉片，這些加熱墊電耦接到通孔中各自的耦接單元。根據另ー示例性實施例，加熱墊包括用于產生熱量的(導電)碳纖維。碳纖維很堅固，從而可以降低由雷擊導致損壞的風險。此外，加熱墊的碳纖維可被柔性地編織，因而可適應待被加熱的葉片的要求。例如，可能有益的是，沿葉片前緣設置密度較大的編織碳纖維，從而使得在此前緣區域中產生更多的熱。替代性地或額外地，加熱墊還可以由其他導電材料制成，其他導電材料諸如金屬(如銅纖維)或導電合成材料。根據另ー示例性實施例，葉片進一歩包括根部端段，其具有用于將葉片固定到風力渦輪機輪轂的固定部件。所述通孔形成在根部端段中。根部端段中的固定部件是例如將葉片固定到風カ渦輪機葉片的保持器(輪轂)的固定螺栓。根部端段位于葉片梢端相對于葉片的縱向方向的相對側上。特別地，根部端段可以描述從根部端開始沿葉片縱向方向延伸的葉片的第一半。特別地，根部端段可以限定從葉片根部端開始沿朝向梢端的縱向方向延伸葉片的三分之一、四分之一、五分之一。特別地，例如，根部端段可以限定沿朝向葉片梢端的縱向方向從根部端延伸約lm、2m、5m、IOm或20m的葉片段。根據另ー示例性實施例，導電元件包括從所述外表面突起的外段和延伸到所述內部空間中的內段。導體可以固定到內段，以便將來自電源的電カ供應到導電元件，并且其中，所述加熱墊電連接到外段。導電元件例如是附接到葉片內表面的電纜或條狀導體。導電元件可以與附接在葉片內或風カ渦輪機外殼內的電源連接。因此，通過利用例如導電元件和電源之間的滑環連接，可以實現轉動的葉片和外殼元件之間的電カ連接。通過本示例性實施例，導體在葉片內部空間的內側分別延伸到通孔以及延伸到插入所述通孔的導電元件。因此，用于供電的導體位于葉片內部，從而不需要導體在葉片外表面上進行長的延伸。因此，降低了被雷擊擊中的風險。根據另ー示例性實施例，導電元件包括導電螺栓。導電螺栓以下述方式固定到通孔，即在導電螺栓的螺栓頭和所述外表面之間夾住加熱墊，以便產生導電夾持連接。螺栓可包括具有夾持螺母的螺釘。此外，螺栓可包括一體形成的螺栓頭或墊片，用于增加例如墊片和加熱墊之間的夾持面積。
因此，通過在導電元件和加熱墊之間產生導電夾持連接，不需要在加熱墊中設置例如連接孔。通過夾持連接，實現了加熱墊和電源之間的簡易連接。根據另ー示例性實施例，葉片包括導電片。導電片通過導電螺栓安裝到所述外表面且與所述加熱墊電耦接。導電片可以增加螺栓和加熱墊之間的接觸面積和夾持面積。因此，可以實現適當的電和機械連接。根據另ー示例性實施例，葉片進一歩包括固定在通孔內的導電套管。導電螺栓固定在導電套管中。因此，實現了效率提高的適當電連接。根據另ー示例性實施例，葉片進一歩包括介于導電元件和加熱墊之間的導電網。通過利用該導電網(例如金屬網)，在加熱墊和導電元件之間產生了更大的接觸面積。通過利用該導電網，増加了接觸面積，而不會導致大的重量。特別地，導電網可以包覆在加熱墊的端段周圍并且部分地遮蓋加熱墊。因此，特別地，當通過夾持連接連接加熱墊時，可以實現改進的電和機械連接。導電網可包括鋼、鋁、銅或碳材料。根據另ー示例性實施例，葉片進一歩包括粘合層，其用于用導電元件和加熱墊產生疊層結構。因此，通過使用例如樹脂作為用于形成粘合層的粘合劑，可以實現導電元件和加熱墊之間穩固和堅固的連接，而不會在導電元件和加熱墊之間產生負面影響。根據另ー示例性實施例，葉片進一歩包括覆蓋層，其中，所述覆蓋層覆蓋加熱墊、導電元件和所述外表面，從而形成均勻的葉片外表面。覆蓋層使得葉片型面均勻光滑，從而使得空氣動力學特征不會因為將加熱墊固定到葉片外表面上而受到影響。此外，覆蓋層可包括保護特性，從而使得可以實現堅固的葉片。覆蓋層可包括例如玻璃纖維材料。根據另ー示例性實施例，加熱墊包括第一端段和第二端段。所述第二端段限定了所述加熱墊的沿所述加熱墊縱向方向相對于所述第一端段的相對端段。所述葉片進ー步包括位于所述外表面上的電カ傳送段。所述電カ傳送段包括用于向所述加熱墊供電的通孔和導電元件。所述第一端段和所述第二端段位于所述電カ傳送段內并且與所述導電元件電連接。所述加熱墊包括從所述第一端段延伸到所述電カ傳送段外部區域的第一段。所述加熱墊包括第二段，其從所述電カ傳送段外部的區域延伸到所述電カ傳送段內的第二端段。根據另ー示例性實施例，所述加熱墊被安裝到葉片的外表面。加熱墊包括具有第一端段的第一段和具有第二端段的第二段。所述第一端段和第二端段可電連接(例如通過電纜)到用于向加熱墊供電的相應電源端子。第二端段限定了所述加熱墊的沿加熱墊縱向方向相對于第一端段的相對端段。所述第一段和第二段沿所述葉片的表面延伸為從第一端段到第二端段的一個或多個環。此外，所述加熱墊可包括在電カ傳送段外連接第一段和第二段的過渡段。所述加熱墊包括與葉片表面平面平行的延伸,其例如具有在與葉片表面的平面大致平行的平面內的半環形形狀。加熱墊從ー個提供電源端子連接的通孔延伸到電カ傳送段夕卜，并且在半環(例如具有約180度的彎曲)之后，加熱墊從電カ傳送段外延伸返回電カ傳送段內，在該處，加熱墊的第二端段最終連接到另ー個用于提供與另ー電源端子連接的通孔中的導電元件。加熱墊在電カ傳送段外連接第一段和第二段的這一段就是過渡段。通過本示例性實施例，提出了一種葉片，其包括形成半環和/或多個環的加熱墊，其中，在ー個共用的電カ傳送段中，第一端段和第二端段經由電源端子連接到電源。因此，電連接以及因而僅需的電線必須被施加在電カ傳送段處，而不是葉片的另一段(諸如梢端 段)中。這具有如下技術效果，即除了通孔和加熱墊的端段所位于的電力傳送段外，沿葉片表面不需要安裝和連接諸如電線之類的電連接。因此，降低了由雷擊或其它物理沖擊導致加熱墊損壞的風險。根據所述方法的另ー示例性實施例，所述安裝包括向加熱墊和所述外表面加入粘合劑以形成疊層結構，以及固化所述粘合剤。因此，在葉片的生產和制造過程中，加熱墊和電連接被同時制造。特別地，加熱墊可以附接到葉片外表面，并且，例如，通過真空樹脂模塑或樹脂傳遞模塑法，容易制造包括這些加熱墊的葉片。總之，通過本發明，電カ從葉片內部空間通過通孔供應到附接有加熱墊的葉片外表面。特別地，通過上文描述的發明，實現了(碳纖維)加熱墊的良好電連接以及通過葉片通孔提供的電連接。根據本發明，例如在葉片根部端段處包括電連接的ー個(或多個)加熱墊被例如機械地連接到通孔中的導電元件，或者例如通過真空壓縮樹脂模塑法附接到該導電元件。通過本發明的示例性實施例，可以應用例如用于增加導電元件和加熱墊之間夾持面積的導電網，從而實現低電阻的適當電連接。以此方式，在對葉片進行除冰期間節省了電能，從而使得加熱更聞效。特別地，通過將用于提供電連接的通孔放置在葉片根端部分，降低了由雷擊導致的損壞電連接的風險。應該注意，已經參照不同主題描述了本發明的實施例。特別地，已經參照裝置類權利要求描述了ー些實施例，參照方法類權利要求描述了另一些實施例。然而，本領域技術人員將從以上和以下描述中總結出，除非另有注明，否則，除了屬于同一類主題的特征的任意結合外，涉及不同主題的特征之間的任意結合，尤其是裝置類權利要求的特征和方法類權利要求的特征之間的任意結合，也被認為被本申請公開。
根據下文將要描述的實施例，上文限定的方面以及本發明的其它方面將變得明顯，并且將參照實施例對它們進行解釋。下面將參照實施例更詳細地描述本發明，但是本發明不受限于這些實施例。圖I示出了本發明一個示例性實施例的示意 圖2示意性地示出了根據本發明一個示例性實施例的用于導電元件的導體；
圖3示意性地示出了根據本發明一個示例性實施例的在加熱墊和導電元件之間的夾持連接；以及
圖4示出了根據本發明一個示例性實施例的延伸為半環的加熱墊的示意圖。
具體實施例方式附圖中的圖示是示意性的。應該注意，在不同附圖中使用了相同的附圖標記來表示類似或相同的部件。圖I示出了風力渦輪機葉片100。葉片100包括用于產生熱量的加熱墊101，其中，加熱墊101被安裝在葉片100的外表面104。此外，示出了通孔102，其中，所述通孔102從葉片100的內部空間103延伸到葉片100的外表面104。此外，葉片100包括導電元件105，其中，導電元件105電耦接到加熱墊101。導電元件105插入通孔100中，以在內部空間103和外表面104之間形成電連接。如圖I所示，導電元件105包括套管和/或螺栓，其中，套管和/或螺栓兩者都是導電的。在板100的內部空間103中，可以在葉片100內將導體106 (如導體電纜)導引到電源。電源可以位于風力渦輪機的輪轂或外殼中，其中，通過滑環連接可以形成導體106與電源之間的電力連接。在葉片103的外表面104上，導電元件105 (如螺栓)被連接到加熱墊101的電力連接部。通孔102的位置靠近加熱墊101的電力連接部，從而舍棄了沿外表面104從導體元件105延伸到加熱墊101的導體，或者使得在外表面上的導體延伸長度很短。圖2示意性地示出了另一示例性實施例，其中，向葉片103鉆出連接內部空間103和外表面104的通孔102。導體105 (例如電纜)將加熱墊101直接連接到電源。通孔102可包括沿外表面104到加熱墊101的例如約10cm、50cm、Im或2m (米)的距離。圖3示出了通過夾持連接被夾持到導電元件105的加熱墊101。例如，導電元件105是包括螺栓頭303的導電螺栓。在螺栓頭303和加熱墊101之間可以設置由某種材料制成的導電塊和/或導電片304，以通過增加加熱墊和導電片304之間的夾持面積來改進夾持連接。此外，通過增加夾持面積，也提高了導電元件105和加熱墊101之間的導電性。導電元件105的外段301從外表面104突起。在導電元件105的外段301處，附接有夾持裝置，例如導電片304或導電網305。導電元件105也向內部空間103突起，其中，導電元件105的該突起段形成了內段302。墊片或另一導電片可被附接到內段302。導體106被夾持到導電元件105的內段302。導體106延伸到電源。通過圖3的示例性實施例，加熱墊101的一個端段(其優選位于葉片100的根部端段中)通過一個或多個導電元件105 (如螺栓)與銅塊(導電片304)和銅柵或網305夾持到一起。導電元件105 (例如螺栓)從內部空間103穿過葉片100的通孔102延伸到外表面104。加熱墊101可以為例如碳纖維加熱墊。例如，可以將加熱墊101和導電網305及導電元件105壓在一起。將凝固材料或粘合劑(例如環氧樹脂或聚酯樹脂)施加到葉片101上的加熱墊101、導電網305和導電元件105。接著，將所有組件壓在一起。通過真空去除凝固材料。在固化后，加熱墊和其它組件牢固地附接到葉片101。由此形成疊層結構。圖4示出了延伸為半環路徑的條型形狀的加熱墊101。加熱墊101包括第一端段401和第二端段402。加熱墊101的第一端段401和第二端段402位于靠近葉片101根部端形成的電力傳送段403內。在根部端中，安裝有用于將葉片固定到風力渦輪機輪轂的固定元件408。為了形成與加熱墊101的第一端段401和第二端段402的電連接，第一端段401被連接到導電元件105，第二導電元件402被連接到另一導電元件105。將多個導電元件105中的每個 安裝在葉片101的電力傳送段403內多個通孔102中的各相應通孔中。導電元件105 (如螺釘)可以延伸穿過通孔102，并且進一步將加熱墊101連接和固定到葉片100。該螺釘是導電的并且與加熱墊101形成電連接。螺釘可以擰到導電片304中，以便將加熱墊101固定到葉片100。在加熱墊101的第一段404和第二段405之間保持一距離407，從而不會發生短路。用作絕緣材料的玻璃纖維可以插置在該距離407內。在過渡段406中，第一段404橫跨變成第二段405。因此，可以折疊加熱墊101，以便實現加熱墊101延伸路徑的改變。在另一示例性實施例中，加熱墊101的形狀被彎曲，以便實現加熱墊101延伸路徑的改變。端段401、402位于電力傳送段403中用于提供電力連接的通孔102所處的位置處。因此，不需要沿葉片101外表面104的電線。僅需要在根部端區域中連接端段401、402。以此方式，由擊中葉片的雷擊導致的損壞加熱墊101的風險較小。應該注意，用語“包括”并不排除其它元件或步驟，表示英語不定冠詞的用語“一”并不排除多個。此外，可以結合那些聯系不同實施例描述的元件。還應該注意，權利要求中的附圖標記不應被理解成限制了權利要求的范圍。附圖標記列表
100葉片
101加熱墊
102通孔
103內部空間
104外表面
105導電元件
106導體
301外段
302內段
303螺栓頭
304導電片305導電網
401第一端段
402第二端段
403電力傳送段
404第一段
405第二段
406過渡段
407第一段和第二段之間的距離 408固定元件。
權利要求
1.ー種用于風カ渦輪機的葉片(100)，所述葉片(100)包括 用于產生熱量的至少ー個加熱墊(101)，其中，所述加熱墊(101)安裝在所述葉片(100)的外表面(104)處； 至少ー個通孔(102)，其從所述葉片(100)的內部空間(103)延伸到所述葉片(100)的所述外表面(104);以及 至少ー個導電元件(105)，其中，所述導電元件(105)電耦接到所述加熱墊(101 )， 其中，所述導電元件(105)插入所述通孔(102)中，以便在所述內部空間(103)和所述外表面(104)之間產生電連接。
2.根據權利要求I所述的葉片(100)， 其中，所述加熱墊(101)包括用于產生熱量的碳纖維。
3.根據權利要求I或2所述的葉片(100)，進ー步包括 根部端段，其具有用于將所述葉片(100)固定到所述風カ渦輪機的輪轂的固定元件， 其中，所述通孔(102)形成在所述根部端段中。
4.根據權利要求I至3之一所述的葉片(100)， 其中，所述導電元件(105)包括從所述外表面(104)突起的外段(301)和延伸到所述內部空間(103)中的內段(302)， 其中，ー導體(106)能夠被固定到所述內段(302)，以便從電源單元向所述導電元件(105)供電，并且其中，所述加熱墊(101)被電連接到所述外段(301)。
5.根據權利要求I至4之一所述的葉片(100)， 其中，所述導電元件(105)包括導電螺栓， 其中，所述導電螺栓以下述方式固定到所述通孔(102)中，即在所述導電螺栓的螺栓頭(303)和所述外表面(104)之間夾住所述加熱墊(101 )，以便產生導電夾持連接。
6.根據權利要求5所述的葉片(100)，進ー步包括 導電片(304)， 其中，所述導電片(304)通過所述導電螺栓安裝到所述外表面(104)，并且 其中，所述導電片(304)電耦接到所述加熱墊(101)。
7.根據權利要求5或6所述的葉片(100)，進ー步包括 固定在所述通孔(102)內的導電套管， 其中，所述導電螺栓固定在所述導電套管中。
8.根據權利要求I至7之一所述的葉片(100)，進ー步包括 介于所述導電兀件(105)和所述加熱墊(101)之間的導電網(305)。
9.根據權利要求I至8之一所述的葉片(100)，進ー步包括 粘合層，用于用所述導電元件(105)和所述加熱墊(101)產生疊層結構。
10.根據權利要求I至9之一所述的葉片(100)，進ー步包括 覆蓋層， 其中，所述覆蓋層覆蓋所述加熱墊(101 )、所述導電元件(105)和所述外表面(104)，從而形成所述葉片(100)的均勻外層。
11.根據權利要求I至10之一所述的葉片(100)， 其中，所述加熱墊(101)包括第一端段(401)和第二端段(402)，其中，所述第二端段(402)限定了所述加熱墊(101)沿所述加熱墊(101)的縱向方向相對于所述第一端段(401)的相對端段， 其中，所述葉片(100)進ー步包括 位于所述外表面(104)上的電カ傳送段(403)， 其中，所述電カ傳送段(403)包括用于向所述加熱墊(101)供電的所述通孔(102)和所述導電元件(105)，其中，所述第一端段(401)和所述第二端段(402)位于所述電カ傳送段(403)內并且被電連接到所述導電元件(105)， 其中，所述加熱墊(101)包括從所述第一端段(401)延伸到所述電カ傳送段(403)外部區域的第一段(404)，并且其中，所述加熱墊(101)包括從所述電カ傳送段(403)外部區域延伸到所述電カ傳送段(403)內的所述第二端段(402)的第二段(405)。
12.一種制造用于風カ渦輪機的具有加熱系統的葉片(100)的方法，所述方法包括 在所述葉片(100)的外表面(104)處安裝用于產生熱量的至少ー個加熱墊(101)； 在所述葉片(100)中形成至少ー個通孔(102)，其中，所述通孔(102)從所述葉片(100)的內部空間(103)延伸到所述葉片(100)的所述外表面(104)； 將至少一個導電元件(105)插入所述通孔(102)，以便在所述內部空間(103)和所述外表面(104)之間產生電連接；以及 將所述導電元件(105)電耦接到所述加熱墊(101 )。
13.根據權利要求12所述的方法， 其中，所述安裝包括 將粘合劑添加到所述加熱墊(101)和所述外表面(104)，以形成疊層結構，并且固化所述粘合劑。
全文摘要
本發明描述一種用于風力渦輪機的葉片(100)。所述葉片(100)包括用于產生熱量的至少一個加熱墊(101)，其中，所述加熱墊(101)被安裝在所述葉片(100)的外表面(104)處。所述葉片(100)進一步包括從所述葉片(100)的內部空間(103)延伸到所述葉片(100)的外表面(104)的至少一個通孔(102)。所述葉片(100)進一步包括至少一個導電元件(105)，其中，所述導電元件(105)電耦接到所述加熱墊(101)。所述導電元件(105)插入所述通孔(102)中，以便在所述內部空間(103)和所述外表面(104)之間產生電連接。
文檔編號F03D11/00GK102822517SQ201080066158
公開日2012年12月12日 申請日期2010年9月16日 優先權日2010年4月12日
發明者S.O.林德, F.D.馬德森, K.席布斯拜 申請人:西門子公司