[0002] 本
发明涉及一种
风力涡轮机的
转子叶片，该转子叶片从一个叶片根部延伸至一个叶片梢部并且具有一个空腔，该空腔是由在该转子叶片的纵向范围中所安排的一个
腹板而使该转子叶片的一个第一区域与该转子叶片的一个第二区域分隔开，该第一区域包括一个转子叶片鼻部，该第二区域包括一个转子叶片尾缘。
[0003] 本发明还涉及一种用于
风力涡轮机的
除冰系统。此外，本发明涉及一种用于为风力涡轮机的转子叶片除冰的方法。
[0004] 在风力涡轮机的运行过程中，在寒冷地点处存在转子叶片结冰的问题，这在一方面导致转子叶片在空
气动力学方面以及效率方面劣化，并且在另一方面导致不希望的负载问题。
[0005] 出于此原因，已开发出多种系统，转子叶片可以借助于这些系统来加热以便提供除冰。
[0006] DE 10 2010 030 472 A1披露了一种风力涡轮机的转子叶片，该转子叶片具有在该转子叶片内部延伸从而用于引导空气流通过的一个第一通道和一个第二通道。还提供了一种用于为风力涡轮机的转子叶片除冰的方法。根据DE 10 2010 030 472 A1的转子叶片具有一个分隔装置，该分隔装置将这些通道彼此分隔开，使得该第一通道被安排在该分隔装置朝向该转子叶片的压力侧的第一侧上，并且该第二通道被安排在该分隔装置朝向该转子叶片的吸力侧的第二侧上。所描述的方法提供的是，至少在该转子叶片的多个部分中，规定了在该第一通道和该第二通道中提供的空气流的流速。
[0007] 热空气系统的根本问题在于，在接近该叶片根部的区域中损失了显著比例的
热能，并且作为结果，只可能用大量的
能量消耗和
质量流来在该叶片的外部区域、尤其在该叶片梢部的区域中进行除冰。由于转子叶片的材料(通常是玻璃
纤维增强塑料)不能承受那么高的
温度，因此使加热空气的温度受限，并且此外压力损失随着质量流而不成比例地增加，现已研发出一些电气系统。然而这些电气系统关于转子叶片的雷电防护的概念方面还具有问题。此外，由于对应的加热箔片被典型地粘性附接到这些转子叶片的外部并且被对应地曝露在天气的影响下，这些电气系统牵涉了更高的维护
费用。
[0008] 本发明的目的是提供一种有效且低维护的除冰系统，尤其意欲提供一种风力涡轮机转子叶片和一种用于对风力涡轮机的转子叶片进行除冰使得可以对该转子叶片更有效除冰的方法。
[0009] 此目的是通过一种风力涡轮机的转子叶片实现的，该转子叶片从一个叶片根部延伸至一个叶片梢部并且具有一个空腔，其中，一个腹板被安排在该转子叶片的纵向范围中，该腹板将该转子叶片的一个第一区域与该转子叶片的一个第二区域分隔开，该第一区域包括一个转子叶片鼻部，该第二区域包括一个转子叶片尾缘，该转子叶片被开发的方式为使得一个绝热通道被安排在该腹板上的该转子叶片的该第一区域中，以便在该叶片梢部的方向上的空气流中传导热空气，多个开口被提供在该通道中，这些开口被形成的方式为使得将该热空气引导至该转子叶片鼻部，其中该热空气在该转子叶片的该第一区域中向该叶片根部返回。通过提供一个绝热通道，可以在叶片梢部的方向上将热空气运输很远而没有大量的
热损失。此外，该绝热通道在该腹板(尤其是被安排朝向该转子叶片鼻部的腹板)上的安排有助于实现空气流从该通道至该转子叶片鼻部的内壁的短的路径。同样其结果是，使之可以进行非常有效率且有效用的除冰。具体地讲，该转子叶片的第一区域和该转子叶片的第二区域应理解为意味着该转子叶片的空腔或内部空间的第一区域和该空腔或内部空间的第二区域。
[0010] 优选地提供了封闭的空气流。该转子叶片的这些部件因此被重新设计的方式为使得可以实现封闭的空气流。通过提供封闭的空气流可以非常有效的除冰，由于没有损失空气并且尤其是可能性地保留了剩余热量的空气，这些保留了剩余热量的空气不需要重新加热来作为热空气再次被允许进入该转子叶片。这确保了高能量效率。
[0011] 该通道中的这些开口优选地被形成为
喷嘴，由此当热空气离开这些开口时实现了其速度上的增加，并且因此使对应的空气流可以直接到该转子叶片的内壁上。
[0012] 该绝热通道优选地在该叶片梢部的方向上逐渐变细。作为结果，实现了速度上的增加或者补偿了由于热空气经由该通道中的这些开口排出而引起的速度的损失。该通道优选地至少在特定部分中连续地逐渐变细或替代地至少在特定部分中以阶段的形式逐渐变细。
[0013] 该绝热通道优选地在其朝向该叶片梢部的末端处具有一个开口，该开口指向该叶片梢部并且尤其被形成为一个喷嘴。作为结果，该叶片梢部的内壁可以非常有效地经受热空气并且因此为叶片梢部除冰。
[0014] 该第一区域优选地被形成为一个前箱。然后该前箱包括该腹板还有该转子叶片壳体的多个部分，该腹板被安排成朝向该转子叶片鼻部，该转子叶片壳体的多个部分包括该转子叶片鼻部并且延伸直至该腹板。
[0015] 特别优选的是，在该第一区域中提供一个空气流引导装置，该装置沿该转子叶片鼻部在该叶片根部的方向上引导被加热的空气流。该空气流引导装置可以包括多个引导板或多个引导
角度。这些引导板或引导角度优选地安排在该转子叶片鼻部的内侧或内壁上。该通道优选地被形成为一个管。
[0016] 以热隔绝或绝热的方式来形成该通道或该管，以便避免大的热量损失。“以绝热方式来形成”或者“绝热通道或绝
热管”应该被理解为意味着通道或管的壁存在对应的具有低热传导率的热绝缘。该热传导率优选地低于1W/(m*K)、尤其低于0.8W/(m*K)、尤其地低于0.4W/(m*K)。特别优选的是，该热传导率低于0.11W/(m*K)、尤其是低于0.1W/(m*K)。该绝热通道的壁的厚度优选地在1cm与10cm之间、尤其在3cm与8cm之间、尤其地在4cm与6cm之间。
至少在多个特定部分中，该绝热通道的壁优选地由
绝热材料和稳定材料(例如玻璃纤维增强塑料)制成的。优选地为该壁提供夹层结构，一层稳定材料对应地封闭一层绝热材料。因此从内到外获得了以下结构：稳定材料/绝热材料/稳定材料。还可以提供另外的层或分层，例如以下结构：稳定材料/绝热材料/稳定材料/绝热材料/稳定材料。优选地将聚
氨酯、矿
棉、
玻璃棉和/或PVC
泡沫纳入考虑作为绝热材料。
[0017] 该通道或该管优选地被粘性附接到该腹板上。这在生产过程中特别有效，因为可以在生产过程中在该转子叶片的主模具外部将该管或该通道安装在该腹板上，并且因此优选地不会增加该模具占用时间并且也不需要
修改该模具。
[0018] 作为额外措施，可以优选地设想提供一个装置，该装置用于封闭该绝热通道中的
泄漏。可以将这种装置设计为
喷枪(尤其是呈管的形式)并且用于将
粘合剂或
树脂引入该绝热通道的泄漏
位置的区域中的目的。特别优选地，可以提供一个喷射头，借助于该喷射头提供了将该粘合剂或该树脂喷射到该泄漏位置中。可以将该喷射头设计成刷子的形式，该刷子的
刷毛接触该绝热通道的内壁并且将该粘合剂或该树脂输送到该泄漏处。
[0019] 可以具体地设想提供空心刷毛，然后可以将该粘合剂或该树脂从被形成为喷枪的装置或从此装置的内部穿过这些空心刷毛传导到该绝热通道的内表面上。作为结果，可以非常具体地仅在泄漏的区域中引入相应材料，以便消除泄漏。
[0020] 还可以使用其他修复方法，例如将玻璃纤维增强塑料垫供给到泄漏的区域中，这些玻璃纤维增强塑料垫优选地是已被提供或浸透有树脂或粘合剂的塑料垫，然后该树脂或该粘合剂粘到该泄漏位置上。相应地还可以应用
胶带、或在至少一侧上提供有粘合剂的特别优选的绝热材料。
[0021] 根据本发明或优选地，该目的还通过一种用于具有以上描述的转子叶片的风力涡轮机的除冰系统来实现该除冰系统提供热空气流或被加热的空气流，以便能够进行除冰。
[0022] 在该除冰系统中，一个空气加热装置优选被提供在一个短舱、一个转子毂或该叶片根部的区域中。该空气加热装置还优选地包括一个空气流产生装置。特别优选地，该空气加热装置被形成为一个加热风扇。
[0023] 本目的还通过一种用于为风力涡轮机的转子叶片除冰的方法来实现，该方法具有以下方法步骤：
[0024] -从该转子叶片的叶片根部在叶片梢部的方向上传导被加热的空气流，[0025] -在一个绝热通道中传导该被加热的空气流，该绝热通道被安排在一个腹板上，该腹板界定该转子叶片的一个第一区域和一个第二区域，该第一区域包括一个转子叶片鼻部，该第二区域包括一个转子叶片尾缘，
[0026] -将该被加热空气流在通向该叶片梢部的途中至少部分地从该通道分出并且在该转子叶片鼻部的方向上传导，并且
[0027] -随后在一个空腔中将分出的空气流传导返回至该叶片根部，该空腔被提供在该转子叶片鼻部与该腹板还以及该通道之间。
[0028] 术语或特征“在该转子叶片鼻部的方向上”包括“在该转子叶片鼻部的内壁的方向上”的含义。因此该空气流的一部分被直接引导到该转子叶片鼻部的内壁上。
[0029] 分出的空气流优选地在该转子叶片鼻部的内壁上返回至该叶片根部。作为结果，还可以进一步利用剩余热量以便对应地在该转子叶片鼻部处为该转子叶片除冰。
[0030] 该空气流的速度在从该通道分出的过程中被增大的变体是特别优选的。这涉及利用了喷嘴效应或伯努利效应，以便将该空气流直接引导到该转子叶片鼻部的内壁上。
[0031] 该被加热的空气流的一部分优选地被引导到该叶片梢部的内壁上并且随后在该空腔中、尤其在该转子叶片鼻部处返回至该叶片根部。作为结果，该转子叶片的叶片梢部也可以被非常有效地加热。
[0032] 特别优选的是，提供一个封闭的空气流循环。
[0033] 还优选借助于一个空气流引导装置将该空气流引导到该转子叶片鼻部的内壁上和/或该转子叶片梢部的内壁上。这优选地涉及利用了柯恩达效应。该引导装置可以例如以弯曲的方式来形成，使得该热空气流保持与该空气流引导装置紧密接触并且随后保持与该转子叶片鼻部的内壁和/或该转子叶片梢部的内壁紧密接触。还可以提供一个引导壁或一个引导角度作为该空气流引导装置，该引导壁或该引导角度在该转子叶片的纵向范围中延伸并且将该热空气流的大部分限制到该转子叶片梢部或该转子叶片鼻部的内壁的预期区域。
[0034] 优选地，该转子叶片的从该叶片根部到该叶片梢部测量的长度的仅40％至100％、尤其是50％至95％的区域经受直接来自该通道的该被加热的空气流。因此，优选地，该通道仅从40％(从该叶片根部测量的)、优选地仅从50％(从该叶片根部测量的)提供有多个开口，然后热空气从这些开口流出并且使该转子叶片鼻部的内壁经受热空气。实施根据本发明的方法的优选方式设想使用该操作控制系统的额外措施来在此帮助除冰。在此优选的是，将该转子转向而不受风(例如通过移动该
塔架上的短舱)、改变该转子的位置(例如
水平地设置该叶片使该鼻部向下或者直立地向下设置该叶片轴线)、180°地改变该叶片角度(间距)和/或用于将已开始解冻的冰震下来的额外的振动激励。
[0035] 优选地仅在一个转子叶片的情况下实施该用于除冰的方法，该转子叶片被安排在该转子上的方式为使得没有其他转子叶片被安排在待被除冰的该转子叶片下方。在带有多个转子(具有三个转子叶片)的风力涡轮机的情况下，通常情况始终是待被除冰的转子叶片被安排在该转子追踪的圆形的下半部中。这避免了由冰落下所造成的对另一转子叶片的损害。
[0036] 此外，为了除冰，一个转子叶片尾缘被优选地
定位在或调整到入流风的方向上。被调整到入流风的方向上的该转子叶片的该转子叶片尾缘(即，风首先作用在该转子叶片尾缘上)具有的作用是，在该转子叶片鼻部处没有产生
对流。然后该转子叶片鼻部是在下风侧上的，并且该转子叶片尾缘是在上风侧上的。因此，风流动在该鼻部前分开，使得没有另外的冰可以在那里形成，这使该转子叶片鼻部更容易进行除冰。
[0037] 在该绝热通道有
缺陷的事件中，优选地借助于在该缺陷位置处或在泄漏位置处喷射树脂或粘合剂来修复该通道。这涉及使
用例如一个类似喷枪的装置，该类似喷枪的装置可以尤其以管的形式来配置并且具有喷射头。将该喷射头送入到泄漏位置或损坏位置的区域中，使得粘合剂或树脂可以被引入到那里。
[0038] 特别优选的是，提供一个类似毛刷的喷射头，该类似毛刷的喷射头特别优选地与该绝热通道的内表面的整个圆周操作性地连接。借助于该类似毛刷的喷射头，然后可以非常有效的将粘合剂送至该泄露位置。
[0039] 还可以设想在该喷射头上提供一个毛刷，该毛刷仅被提供到一侧上，使得每次都仅该
隔热通道的内侧的小的区域可以被提供有粘合剂或树脂，使得可以用很少的材料消耗以特定方式来密封该泄露位置。
[0040] 替代地，在一侧上被提供有粘合剂或粘合剂层的绝热材料也可以被粘到该泄漏位置上。
[0041] 此外，还可以例如借助于一个摄像机
机器人来进行监测，该机器人被送入到该泄漏位置的区域中以便检查该泄漏位置的确切性质以及哪种修复措施显得最为合理。
[0042] 从根据本发明的多个
实施例、连同
权利要求书和
附图的说明，本发明的进一步特征变得明显。根据本发明的实施例可以实施单个特征或者若干特征的组合。
[0043] 参照附图基于多个示例性实施例在下文中描述了本发明，而没有限制本发明的一般概念，关于根据本发明在本文中没有更具体解释的所有细节可以清楚地参照附图。在附图中：
[0044] 图1示出了转子叶片在平面视图中的示意性截面表示，
[0045] 图2示出了平面视图中的图1的示意性细节25，
[0046] 图3示出了穿过根据本发明的转子叶片的一部分的示意性横截面，确切地讲相对于纵向范围是横向的，并且
[0047] 图4示出了在示意性表示中的根据本发明的另一个转子叶片的细节。
[0048] 在附图中，相同或相似的元件和/或零件在每种情况下都被提供有相同的参考数字，并且所以不会每次都从头对其进行描述。
[0049] 图1示意性地示出了根据本发明的转子叶片10的截面表示和平面视图。转子叶片10具有通常被附接到转子毂上的一个叶片根部11。在与叶片根部11相反的一侧上提供了一个叶片梢部12。转子叶片10的纵向范围可以例如高达60米或者更长。
[0050] 呈现了一个转子叶片鼻部15(也就是说该转子叶片的向前区域，即在如预期使用该转子叶片的过程中曝露给空气流动的区域)和一个尾缘16。在该转子叶片中安排了例如两个腹板13和14，腹板13是向前的腹板或者是被安排成朝向转子叶片鼻部15的腹板。
[0051] 转子叶片10通常被形成为带有空腔31的空心体。根据本发明，转子叶片10的空腔31被分成一个第一区域19和一个第二区域20，第一区域19是在向前的腹板13与转子叶片鼻部15之间的区域。根据本发明，在这个区域中提供的是一个通道或管18，该通道或该管基本上从叶片根部11基本上延伸至转子叶片梢部12。在此示例性实施例中，该管在距该叶片根部11一段距离处起始并且在距该叶片梢部12一段距离处终止。借助于连接管21存在管18通向加热风扇22的连接，该连接管优选被配置为柔性的，以便补偿公差并且减弱振动和噪声传播。
[0052] 管18在多个阶段中、确切地讲在该转子叶片朝向叶片梢部12的纵向轴向方向上逐渐变细。这可以优选地通过将带有合适的
橡胶密封件的具有不同直径的管推到彼此中而产生，使得与此同时可以有简单的
热膨胀补偿或轴向
运动补偿。在叶片根部11处提供的是一个隔板23，该隔板从该转子毂关闭该空腔31。穿过隔板23提供的是一个引导穿孔，连接管21被引导穿过该引导穿孔。
[0053] 热空气24借助于加热风扇22被传导穿过该管18。冰17被指示是在该转子叶片鼻部上。热空气24被引导穿过管18并且从管18穿过多个开口26(图1中未表示但在图2中被表示出)到转子叶片鼻部32的内壁上并且在管18在叶片梢部12的内壁33的方向上的末端处。作为结果，可以有效的执行除冰。
[0054] 图2示意性地示出了图1的细节25的区域。在此，表示了开口26和对应的热空气流24，该对应的热空气流可以被称为部分热的空气流。管18被附接到腹板13上。可以例如尤其在表面区域上通过粘性接合来产生该附接或者借助于粘性接片，或者在这些管被推到彼此中以用于长度调整的情况下借助于将其部分粘性地接合的多个橡胶夹子。在图2中还尤其示出了，在管18在该叶片梢部侧上的末端处提供了一个喷嘴27，以便当热空气流24离开管
18时可以增加热空气流的速度。由此可以用有效方式在该叶片梢部的区域中进行除冰，其中该前箱的横截面非常窄。
[0055] 图3相对于转子叶片10的纵向轴线在横向上示意性地示出了转子叶片10的一部分(即转子叶片10的前部)和尤其是转子叶片10的前箱的横截面表示。表示了转子叶片鼻部15，冰17位于该转子叶片鼻部上。已借助于粘性接合28将通道18应用至腹板13。还表示了空腔31的第一区域19和对应的引导角度29，这些引导角度提供了使空气流基本上形成在这两个引导角度29之间，使得实质上对转子叶片鼻部15的加热是从转子叶片鼻部15的内壁32进行的。
[0056] 图4示出了根据本发明的转子叶片10的另一个实施例，其中在加热风扇22中终止的连接管21’还被额外地提供用于空气流24’的返回。此外，提供了用于使空气流可靠返回、并且以便不损失空气流的封闭元件30，返回的空气流24’穿过封闭元件被传导。还可以非常简单的将封闭元件配置成软片材的形式，例如
卡车篷布。作为结果，可以特别有效地实现封闭的空气流循环。优选地应该在空气流24’的返回区域中提供一个网或类似物，以便防止灰尘或树脂的
凝块被吸入。在图4中，对应的空气质量流被表示为 和 对于封闭的空气环流，其保持了
[0057] 通过提供具有减小的横截面的对应除冰系统，该除冰系统在转子叶片中具有被紧固在该转子叶片的前箱上并且被紧固到该向前腹板上的一个绝热管，在生产方面特别相容的设计是可能的，因为在生产中该管可以在主模具的外部被安装该腹板上。该管将热空气传导直至该叶片梢部。在该叶片梢部的区域中提供的是许多简单的钻孔开口，这些钻孔开口产生对应的热空气流或热空气射流。
[0058] 在本发明的范围内，术语“叶片外部区域”尤其包括转子叶片10在多于半径50％上的区域。该叶片外部区域因此可以构成从该转子叶片根部测量的该转子叶片的长度的50％至100％。该叶片外部区域的一部分在本发明的范围内被限定为叶片梢部。该叶片梢部被限定为该转子叶片的长度的85％至100％。该转子叶片梢部优选地包括从该转子叶片根部测量的该转子叶片关于该转子叶片长度的90％至100％的区域。
[0059] 热空气流直接指向在待被除冰的前缘处并且优化地将热量转移到那里。对应的引导角度沿该前缘引导质量流。该管朝该叶片梢部进一步逐渐变细并且在那里用作喷嘴。这产生了额外的热空气流，该额外的热空气流可以与对应的热能一起被转移到该叶片梢部的最后几米中，因为在那里不存在用于管的对应安装空间。
[0060] 该除冰系统或该热空气系统优选是封闭的，即在该叶片根部区域中流动的热空气穿过该绝热管到该前箱中并且经由热空气射流被传导至该前缘。然后空气经由该前箱流动返回到该叶片根部中，一个加热风扇被定位在该叶片根部中。
[0061] 此外优选地设想将该前箱提供为完全封闭的。在这种情况下，两个开口用于连接到该加热风扇上，在这两个开口中提供了对应的柔性管道或连接管21、21’。该加热系统或该转子叶片以及该用于为转子叶片除冰的方法是非常低维护的并且优选的不具有与转子毂分开的任何金属部件。当然可以提供避雷针形式的多个金属部件和/或将这些金属部件与叶片壳体合并以便更好地将热量传导至冰。因此，优化地转移了热能并且可以优选地在关键的叶片外部区域中进行除冰。
[0062] 根据本发明，与DE 10 2010 030 472 A1相比减少了结构支出，并且此外作为更多的引导传导流动的结果产生了更少的摩擦损失。
[0063] 尽管结构非常简单，非常有效的功能性和因此地除冰是可能的。通过提供这些开口可以被规定的对应安排，可以在该转子叶片鼻部的特定区域处(尤其在该叶片外部区域中)提供所希望的温度曲线。尤其可以允许在鼻部区域中的叶片壳体的厚度和结构方面的变化，这些变化已基于从强度方面优化结构而产生。可以通过置换或添加或省略开口来适配该除冰系统或该转子叶片。可以将该系统或该转子叶片优
化成使得可以主要的对该转子叶片的关键外部区域(就是从该叶片根部测量的该叶片的长度的50％至95％，即该叶片的长度的从50％至95％)进行除冰。
[0064] 所有提到的特征，包括可以单独取自于附图的特征还以及与其他特征组合地披露的单个特征，其自身和组合被视为本发明所必需的。可以通过单个特征或者若干特征的组合来实施根据本发明的实施例。在本发明的范围内，以“尤其”或“优选地”为特征的特征将被理解为任选特征。
[0065] 标记清单
[0066] 10 转子叶片
[0067] 11 叶片根部
[0068] 12 叶片梢部
[0069] 13 腹板
[0070] 14 腹板
[0071] 15 转子叶片鼻部
[0072] 16 转子叶片尾缘
[0073] 17 冰
[0074] 18 管
[0075] 19 第一区域
[0076] 20 第二区域
[0077] 21、21’ 连接管
[0078] 22 加热风扇
[0079] 23 隔板
[0080] 24、24’ 空气流
[0081] 25 细节区域
[0082] 26 开口
[0083] 27 喷嘴
[0084] 28 粘性接合
[0085] 29 引导角度
[0086] 30 封闭元件
[0087] 31 空腔
[0088] 32 内壁
[0089] 33 内壁
