DK177514B1

DK177514B1 - Apparat til at afise vingeprofiler eller rotorvinger

Info

Publication number: DK177514B1
Application number: DKPA200501071A
Authority: DK
Inventors: David Lawrence Lemieux
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2004-07-20
Filing date: 2005-07-19
Publication date: 2013-08-19
Also published as: DK200501071A; CN1727673A; CN1727673B; US7217091B2; US20060018752A1; DE102005034131A1

Abstract

Fremgangsmàde til at afise en rotorvinge (10) med en vingerod (20), en vingetip (26) og en forkant (32), hvor rotorvingen er driftsmæssigt forbundet med et nav (16) af en turbine (100), der omfatter at cirkulere opvarmet luft (28) gennem en udstrømningskanal (24) fra vingeroden mod vingetippen, at recirkulere den opvarmede luft via en returkanal (30) fra vingetippen til vingeroden, hvorefter den recirkulerede opvarmede luft bliver returluft, og at genopvarme returluften for yderligere cirkulation.

Description

DK 177514 B1 i

Opfindelsen angår generelt vindturbiner, og nærmere bestemt apparater til at forøge virkningsgraden af vindturbiner.

På det seneste har vindturbiner fået forøget 5 opmærksomhed som miljømæssigt forsvarlige og relativt billige alternative energikilder. Med den stigende interesse er der blevet gjort betydelige anstrengelser for at udvikle vindturbiner, som er pålidelige og effektive.

10 En vindturbine omfatter generelt en rotor med en eller flere vinger. Rotoren er monteret på et hus eller en nacelle, som er anbragt ovenpå en gittermast eller et rørformet tårn. Turbinens vinger omdanner vindenergien til et drejningsmoment eller en drej-15 ningskraft, som driver en eller flere generatorer, der er drejningsforbundet til rotoren gennem en gearkasse. Gearkassen forøger den ifølge sagens natur lave rotationshastighed af turbinerotoren for at generatoren effektivt kan omdanne mekanisk energi til 20 elektrisk energi, som tilføres til et forsyningsnet. Gearløse, direkte drevne turbiner eksisterer også.

Under visse atmosfæriske betingelser bliver rotorvingerne dækket med is. Isdannelse sker typisk på forkanten af vingeprofilet og forårsager en reduceret 25 opdriftsevne. Efterhånden som islaget bliver tykkere, bliver der tilføjet vægt til vingeprofilet, således at vingeprofilets opdriftsflade bliver ændret. For luftturbiner kan denne ændring føre til reduceret aerodynamisk ydeevne af rotorvingen. (For bæreplaner på 30 fly kan et tilsvarende tab af ydeevne resultere i et styrt.) DK 177514 B1 2

Vingeprofiler eller rotorvinger kan være svære at servicere på grund af deres driftsmiljø. Installering af modstandsvarmetråde eller andre elektriske ledere på forkanten af et vingeprofil kan tilveje-5 bringe en ledning for lyn, som gør vingeprofilet ubrugeligt. Ifølge mindst et eksempel på kendt teknik til at reducere tilisning, er en oppustelig luftblære blevet fastgjort til forkanten af vingeprofiler. Oppustning af luftblæren ændrer imidlertid aerodynamik-10 ken af vingeprofilet eller rotorvingen, og luftblæren selv kan være eller blive udsat for udmattelse og svigt i i det mindste visse miljøer.

DE 1964355 (DRAYER)beskriver et anlæg til op varmning af en rotorvinge. En varmeindretning cirku-15 lerer varmluft gennem en udstrømningskanal og en returkanal, som går fra vingetippen til vingeroden.

Ifølge nogle aspekter af den foreliggende opfindelse er der derfor tilvejebragt en fremgangsmåde 20 til afisning af en rotorvinge med en vingerod, en vingetip og en forkant. Rotorvingen er driftsmæssigt forbundet til et nav af en turbine. Fremgangsmåden omfatter at cirkulere opvarmet luft gennem en udstrømningskanal fra vingeroden mod vingetippen, at 25 recirkulere den opvarmede luft via en returkanal fra vingetippen til vingeroden, hvorefter den recirkule-rede, opvarmede luft bliver til returluft, og at genopvarme returluften for yderligere cirkulation.

Ifølge andre aspekter ved den foreliggende op-30 findelse er der tilvejebragt et Apparat til at afise vingeprofiler eller rotorvinger omfattende: en turbi- DK 177514 B1 3 ne eller en motor med et nav, en rotorvinge driftsmæssigt forbundet til turbinen eller motoren og forsynet med en vingerod, en forkant, en vingetip, en bagkant, en centerlinje, der strækker sig fra vinge-5 roden til vingetippen og er placeret mellem forkanten og bagkanten, hvor rotorvingen omfatter en udstrømningskanal deri fra vingeroden til vingetippen, og en returkanal fra vingetippen til vingeroden, hvor at returkanalen er placeret mellem udstrømningskanalen 10 og mindst en del af centerlinjen og hvor returkanalen er konfigureret til at recirkulere luft, der strømmer gennem udstrømningskanalen, tilbage til vingeroden således at luften, der strømmer gennem udstrømningskanalen, er i det mindste delvist isoleret af den re-15 cirkulerede luft, og en varmeindretning konfigureret til at lede opvarmet luft gennem udstrømningskanalen.

Ifølge et andet aspekt tilvejebringer den foreliggende opfindelse en vindturbine med en rotor. Rotoren har mindst én vinge. Vindturbinen har også et 20 termisk kamerasystem omfattende et termisk kamera, som er konfigureret til at detektere varmestråling fra en forkant af rotorvingen for at bestemme om der eksisterer isdannelse på forkanten af rotorvingen.

Det vil forstås, at konfigurationer af den fo-25 religgende opfindelse tilvejebringer effektiv detek-tion af is på rotorvinger og/eller effektiv afisning af rotorvinger.

Fig. 1 er en tegning af et eksempel på en vindturbine i hvilken en konfiguration af den foreliggen-30 de opfindelse kan anvendes.

Fig. 2 er en skematisk afbildning af en vind- DK 177514 B1 4 turbinerotorvinge, som er repræsentativt for forskellige konfigurationer af den foreliggende opfindelse, visende luftcirkulationskanaler.

Fig. 3 er en snitafbildning af vindturbinero-5 torvingen i fig. 2 langs linien 3-3, som mere detaljeret viser de luftcirkulationskanaler og den isolering, der er til stede i nogle konfigurationer.

Fig. 4 er en anden afbildning af vindturbinero-torvingen i fig. 3.

10 Fig. 5 er en perspektivafbildning af en vind- turbinekonfiguration, som anvender et termisk kamera til at detektere isdannelse på en forkant af et vin-geprofil.

I nogle konfigurationer og under henvisning til 15 fig. 1, 2 og 4, anvender den foreliggende opfindelse vingeopvarmning til at afise vingeprofiler og rotorvinge (r) af en vindturbine 100. Nacellen 102 af vindturbinen 100 kan være monteret på et højt tårn 104, hvoraf kun en del er vist i fig. 1. En modstandsvar-20 meenhed 12 forbundet med en blæser 14 er monteret i et nav 16 af en vindturbine 100 eller nær en vingerod 20. Opvarmet luft 22 ledes gennem en udstrømningskanal 24 fra vingeroden 20 mod vingetippen 26 og recirkuleres 28 dernæst via en returkanal 30 fra vingetip-25 pen 26 til vingeroden 20, hvorefter varmeenheden 12 genopvarmer returluften 28. På denne måde isolerer varm returluft 28 den udgående varme luft 22 og varme spredes primært ind i forkanten 32 af rotorvingen 10.

I nogle konfigurationer og under henvisning til Fig.

30 3, kan isolering 34 være tilføjet til en ydre væg 36 af returkanalen 30 for at optimere varmetransporten DK 177514 B1 5 til forkanten 32. Elektrisk effekt tilføres til mod-standsvarmeenheden 12 og blæseren 14 via en slæbering (ikke vist), således at rotation af navet 16 (og dermed rotorvingerne 10) ikke hæmmes.

5 I nogle konfigurationer omfatter et rotorvinge- afisningssystem 10 følgelig mindst ét varmeelement 12 placeret nær enten en rotorvinge 20 eller navet 16. Varmeelementet 12 er forbundet til en blæser eller ventilator 14 for at cirkulere opvarmet luft 22 fra 10 varmeelementet eller -elementerne 12. Opvarmet luft 22 ledes så ind i en "c"-kanal 24 installeret langs forkanten 32 af rotorvingen 10. "C"-kanalen 24 er placeret inde i rotorvingen 10. Yderligere danner "c"-kanalen 24 et rør idet den er klæbet eller på an-15 den måde fastgjort til den indvendige side af forkanten 32 af rotorvingen 10. Opvarmet luft 22 strømmer således, i nogle konfigurationer, fra varmeenheden 12 langs forkanten 32 af rotorvingen 10 inden i et indesluttet rør 24. Opvarmet luft 22 strømmer fra roden 20 20 af rotorvingen 10 mod tippen 26. Når opvarmet luft 22 når tippen 26 eller et punkt nær tippen 26, bliver dens strømningsretning vendt om ved at lede strømningen gennem et returrør 30, som danner et "C"-svøb på "c"-kanalen 24. I nogle konfigurationer er virkningen 25 følgelig praktisk taget svarende til et rør inden i et rør eller et kappeforsynet rør med den varmeste luft indvendigt og den koldere returluft udvendigt.

Det er fordelagtigt, når opvarmet luft 28 fra returruten 30 delvist isolerer opvarmet luft 22 i den ud-30 gående rute 24 og den returnerede, opvarmede luft 28 genopvarmes, dvs. den luft, der bliver opvarmet, er i DK 177514 B1 6 et lukket eller næsten lukket kredsløb.

I nogle konfigurationer danner "c"-kanalen 24 et rør fordi den er hæftet til den indvendige overflade af forkanten 32 af rotorvingen 10. Endvidere 5 angiver et lille "c", sådan som det anvendes heri, et indre rør 24 indeholdende den varmeste udledningsluft 22 fra varmeenheden 12, mens et stort "C" angiver kapperøret eller det ydre rør 30, der omslutter en returrute og indeholder relativt køligere luft 28.

10 Den ydre "C" kappe 30 er isoleret 34 i nogle konfigurationer for at reducere varmetab til det indre af rotorvingen 10. "c" eller "C" formen anvendt i mange konfigurationer af den foreliggende opfindelse forøger eller optimerer varmetransporten til forkanten 15 32 af rotorvingen 10.

En højere temperatur og/eller en større mængde af opvarmet luft kan være fordret for at smelte vin-geis under visse atmosfæriske betingelser. Derfor er varmeindretningen 12 og/eller blæseren 14 justerbar i 20 visse konfigurationer for at justere en af delene eller både mængden af opvarmet luft og temperaturen af den opvarmede luft efter omgivelsernes atmosfæriske betingelser for at smelte is.

I nogle andre konfigurationer af den forelig-25 gende opfindelse og under henvisning til fig. 5, bliver is detekteret ved brug af et termisk kamerasystem 40 omfattende et termisk kamera, som er rettet mod forkanten 32 af rotorvingen 10 og konfigureret til at detektere varmestråling fra forkanten 32. Systemet er 30 konfigureret til at anvende sensorer (ikke vist) til at detektere eller på anden måde estimere eller udle- DK 177514 B1 7 de fysiske parametre, som kan indbefatte varmeydelse, luftstrømningshastighed, varmeledningsevne og/eller atmosfæriske betingelser (såsom temperatur og/eller vindhastighed). Disse estimater eller målinger af 5 termiske parametre anvendes af det termiske kamerasystem 40 sammen med den detekterede stråling 44 til at bestemme isdannelse på forkanten eller forkanterne 32 på et eller flere rotorvinger 10. Maling (fx sort maling) påført på forkanterne 32 af rotorvingerne 10 i 10 nogle konfigurationer tillader isdannelse at blive detekteret med et termisk kamera 40 uden at være nødt til at forvarme vingerne 10.

I nogle konfigurationer er specifikke forkantzoner af en rotorvinge opvarmet. For eksempel, i nog-15 le konfigurationer, er en linear- eller drejeaktuator tilvejebragt til den eller de indre "c"-rør. Varm udledningsluft, som strømmer udefter gennem kappen returneres via en udvalgt rute ved at anvende aktuato-ren til at dreje eller bevæge det indre "c"-rør til 20 at flugte med en udvalgt rørledningsslids.

Det vil således værdsættes, at forskellige konfigurationer af den foreliggende opfindelse er effektive til afisning og/eller til at detektere isdannelse på rotorvinger og vingeprofiler, og er særligt 25 praktiske i forbindelse med vindturbiner.

Mens opfindelsen er blevet beskrevet ved hjælp af forskellige specifikke udførelsesformer, vil fagmanden indse, at opfindelsen kan føres ud i livet med modifikationer inden for beskyttelsesomfanget af kra-30 vene.

DK 177514 B1 8

STYKLISTE

Rotorvinge.................................10

Varmeindretning ............................ 12 5 Blæser eller ventilator .................... 14

Nav........................................16

Rotorvingerod .............................. 20

Opvarmet luft..............................22

Udstrømningskanal eller "c"-kanal .......... 24 10 Vingetip...................................26

Recirculeret luft..........................28

Returkanal.................................30

Forkant....................................32

Isolering..................................34 15 Ydervæg....................................36

Termisk kamerasystem ....................... 40

Maling.....................................42

Stråling...................................44

Vindturbine...............................100 20 Nacelle...................................102 Højt tårn.................................104

Claims

1. Apparat til at afise vingeprofiler eller rotorvinger omfattende: en turbine (100) eller en motor med et nav 5 (16), en rotorvinge (10) driftsmæssigt forbundet til turbinen eller motoren og forsynet med en vingerod (20), en forkant (32), en vingetip (26), en bagkant, en centerlinje, der strækker sig fra vingeroden til 10 vingetippen og er placeret mellem forkanten og bagkanten, hvor rotorvingen omfatter en udstrømningskanal (24) deri fra vingeroden til vingetippen, og en returkanal (30) fra vingetippen til vingeroden, k e n detegnet ved, at returkanalen er placeret mel-15 lem udstrømningskanalen og mindst en del af centerlinjen og hvor returkanalen er konfigureret til at recirkulere luft (28), der strømmer gennem udstrømningskanalen, tilbage til vingeroden således at luften, der strømmer gennem udstrømningskanalen, er i 20 det mindste delvist isoleret af den recirkulerede luft, og en varmeindretning (12) konfigureret til at lede opvarmet luft (22) gennem udstrømningskanalen og at genopvarme nævnte recirkulerede luft.

2. Apparat ifølge krav 1, hvor udstrømningska nalen (24) er nær forkanten (32) af rotorvingen (10).

3. Apparat ifølge krav 2, hvor den ydre væg (36) af returkanalen (30) er isoleret.

4. Apparat ifølge krav 3, hvor udstrømningska-30 nalen (24) er en "c"-kanal langs forkanten (32) af rotorvingen (10). 10 DK 177514 B1

5. Apparat ifølge krav 4, hvor "c"-kanalen (24) er placeret inden i rotorvingen (10).

6. Apparat ifølge krav 4, hvor "c"-kanalen (24) er klæbet eller fastgjort til forkanten (32) af ro- 5 torvingen (10).

7. Apparat ifølge krav 4, hvor returkanalen (30) omfatter en "C"-kappe af "c"-kanalen.

8. Apparat ifølge krav 1, hvor varmeindretnin-gen (12) er justerbar.

9. Apparat ifølge krav 1, hvor returkanalen er placeret ved siden af udstrømningskanalen.

10. Apparat ifølge krav 1, hvor varmeindretnin-gen (12) omfatter en ventilator eller en vifte konfigureret så luft strømmer gennem udstrømningskanalen 15 og returkanalen.

11. Apparat ifølge krav 1, hvor apparatet yderligere omfatter et termisk kamerasystem (40) indbefattende et termisk kamera konfigureret til at detektere varmestråling (44) fra forkanten (32) af ro- 20 torvingen, hvor det termiske kamerasystem er konfigureret til at anvende mindste en sensor konfigureret til at bestemme mindst en af følgende: termisk output af forkanten; mængde af luftgennemstrømning ved forkanten; 25 atmosfærisk luft temperatur; og lufthastighed.

12. Apparat ifølge krav 11, hvor forkanten (32) er farvet sort. 30