НАГРЕВАТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ИЛИ СПОСОБ РЕМОНТА ИЛИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И ЕЕ ЧАСТЕЙ, А ТАКЖЕ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
HEATING DEVICE OR METHOD OF REPAIR OR MANUFACTURING OF COMPONENTS OF WIND-DRIVEN POWER PLANT, AND ITS PARTS, AS WELL AS WIND-DRIVEN POWER PLANT

Данное изобретение касается нагревательного устройства для использования при ремонте или изготовлении компонентов ветроэнергетической установки, способа ремонта или изготовления компонентов ветроэнергетической установки, а также ветроэнергетической установки.
Компоненты современных ветроэнергетических установок, например, лопасти ротора в настоящее время по меньшей мере частично изготовляются из композиционного материала на стекловолокнистой основе (GFK), композиционного материала на углеродоволокнистой основе (CFK) или подобных материалов. При изготовлении, а также при ремонте, например, лопастей ротора требуется тепло, которое может предоставляться нагревательным блоком.
При этом тепло, вырабатываемое нагревательным блоком, должно по возможности без потерь передаваться, например, на лопасть ротора или, соответственно, на другие компоненты ветроэнергетической установки.
Задачей данного изобретения является создание усовершенствованного нагревательного устройства, которое обеспечивает улучшенную передачу произведенного тепла на ремонтируемые или изготовляемые компоненты.
Эта задача решается посредством нагревательного устройства по пункту 1 формулы изобретения, способа по пункту 10, а также посредством ветроэнергетической установки по пункту 12 формулы изобретения.
Таким образом, предлагается нагревательное устройство для использования при ремонте или изготовлении компонентов ветроэнергетической установки, в частности лопасти ротора ветроэнергетической установки. Такое нагревательное устройство содержит мат (например, из силикона, полиуретана или иного гибкого материала) по меньшей мере с одним окружным, открытым с одной стороны каналом и вакуумный рукав в по меньшей мере одном канале. По меньшей мере один окружной канал делит мат на первый и второй участки. Нагревательный блок предусмотрен в зоне первого участка. Воздух в зоне первого участка может откачиваться через вакуумный рукав в по меньшей мере одном канале.
Согласно одному аспекту данного изобретения нагревательное устройство содержит по меньшей мере один первый температурный датчик в зоне первого участка. Кроме того нагревательное устройство содержит управляющий блок для управления нагревательным блоком в зависимости от температуры, определенной первым температурным датчиком.
Согласно второму аспекту данного изобретения нагревательное устройство содержит всасывающий патрубок с вакуумным соединением для подключения рукава к вакуумному насосу, чтобы откачивать воздух в зоне первого участка.
В основе изобретения лежит идея создания нагревательного устройства с (силиконовым) матом, или соответственно, с силиконовым слоем, причем в этом силиконовом слое предусмотрен нагревательный блок и по меньшей мере один канал с вакуумным рукавом. За счет вакуумного рукава к одному участку нагревательного устройства может быть подведен вакуум, так что этот участок будет прочно приклеен к ремонтируемому или, соответственно, изготовляемому компоненту или, соответственно закреплен на нем. Предпочтительно нагревательное устройство содержит патрубок с вакуумным соединением, или соответственно, всасывающий патрубок, к которому может подключаться рукав вакуумного насоса. Этот всасывающий патрубок в свою очередь соединен с вакуумным рукавом, или соответственно, с первым открытым с внутренней стороны каналом. Канал, или соответственно, этот по меньшей мере один канал охватывает первый участок. Внутри этого участка предусмотрен нагревательный блок. При необходимости в первом участке может быть предусмотрен по меньшей мере один температурный датчик. При активации вакуумного насоса воздух в зоне первого участка (когда нагревательное устройство помещается на конструктивный элемент) выкачивается, так что первый участок приклеивается к конструктивному элементу.
При необходимости на нагревательном устройстве может быть предусмотрен управляющий блок, который управляет как вакуумным насосом, так и нагревательным блоком. Управление посредством управляющего блока может происходить, например, в зависимости от выходных сигналов указанного по меньшей мере одного температурного датчика. Вакуумный рукав может быть выполнен, например, как спиральный рукав.
Другие варианты выполнения изобретения раскрываются в зависимых пунктах формулы изобретения.
Преимущества и примеры осуществления изобретения поясняются ниже более подробно с привлечением чертежей, на которых показано:
фиг. 1 - схематично, вид сверху нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления,
фиг. 2 - поперечное сечение по A-A нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления,
фиг. 3 - вид нижней стороны нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления,
фиг. 4 - схематично, вид ветроэнергетической установки согласно второму примеру осуществления,
фиг. 5 - схематично, вид нижней стороны нагревательного устройства согласно третьему примеру осуществления,
фиг. 6 - схематично, вид внешней стороны нагревательного устройства согласно третьему примеру осуществления,
фиг. 7 - схематично, сечение нагревательного устройства согласно третьему примеру осуществления,
фиг. 8a и 8b - схематичные изображения нагревательного устройства согласно четвертому примеру осуществления, и
фиг. 9 - схематично, сечение нагревательного устройства согласно пятому примеру осуществления.
На фиг. 1 схематично показан вид сверху нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления изобретения. Нагревательное устройство 100 согласно первому примеру осуществления содержит мат 110, например, силиконовый мат, по меньшей мере с одним каналом 120, который окружает первый участок 130. В зоне первого участка 130 предусмотрен нагревательный блок 150. Второй участок 140 предусмотрен снаружи канала 120. В канале 120 предусмотрен вакуумный рукав с множеством отверстий в открытом конце канала 120. Кроме того, нагревательное устройство 100 имеет патрубок с вакуумным соединением, или соответственно, всасывающий патрубок 190, который может подсоединяться к вакуумному насосу 200 через рукав 210. При необходимости в первом и/или втором участке 130, 140 может быть предусмотрен по меньшей мере один первый температурный датчик 170. Этот температурный датчик 170 служит для того, чтобы определять температуру в нагревательном блоке 150, на нем или в этой зоне нагревательного блока 150. Второй, внешний температурный датчик 160 может быть позиционирован между нагревательным блоком 150 и местом ремонта или подлежащим обработке местом, чтобы определять температуру непосредственно в месте ремонта или вблизи места ремонта. Нагревательное устройство может иметь, кроме того, управляющий блок 300, который соединен с нагревательным блоком 150 и/или вакуумным насосом 200 и может управлять режимом работы вакуумного насоса 200 и/или режимом работы нагревательного блока 150.
При необходимости (силиконовый) мат 110 в зоне первого участка 130 может иметь два отверстия 180, которые могут служить в качестве вывода для введения смолы. В частности при ремонте лопастей ротора ветроэнергетической установки или других элементов, например, гондолы ветроэнергетической установки зачастую необходимо, чтобы подлежащее ремонту место (или соответственно, ремонтируемое место) или подлежащее обработке место 400 обрабатывалось инфузионным способом, при котором, например, нужно нанести смолу на место ремонта и затем ее отвердить. Для этого смолу вводят через отверстия 180 в первый участок 130.
Нагревательное устройство помещают на подлежащий ремонту или изготовлению элемент (место 400 ремонта), активируют вакуумный насос 200, так что воздух между (силиконовым) матом 110 в первом участке 130 и подлежащем ремонту или изготовлению элементе откачивается. Тем самым в зоне под первым участком 130 создается вакуум. Это является преимуществом, поскольку за счет этого можно избежать пузырьков воздуха в зоне первого участка и, соответственно, под ним. Вакуумный рукав 121 внутри канала 120 может быть выполнен, например, как спиральный рукав, так, что отверстия в этом рукаве совпадают с открытой стороной канала, так что воздух, находящийся в зоне первого участка, может быть откачан.
Согласно первому примеру осуществления предлагается, таким образом, нагревательное устройство с матом 110, например, силиконовым матом, по меньшей мере одним первым окружным каналом 120 и по меньшей мере одним нагревательным блоком 150 (например, электрическим нагревательным элементом). Окружной канал 120 делит (силиконовый) мат 110 на первый и второй участки 130, 140. В по меньшей мере одном канале предусмотрен вакуумный рукав 121, который может подключаться к вакуумному насосу 200. С помощью вакуумного рукава 121 в по меньшей мере одном канале 120 может быть откачан воздух в зоне первого участка 130, так что в зоне первого участка 130 (между силиконовым матом и подлежащим обработке компонентом) создается вакуум.
На фиг. 2 показано поперечное сечение по A-A нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления. Нагревательное устройство содержит мат 110, например, силиконовый мат, с по меньшей мере одним каналом 120, который делит мат (110) на первый участок 130 (окруженный каналом) и второй участок 140 (снаружи канала), в зоне первого участка 130 предусмотрен нагревательный блок 150. В окружном канале 120 с открытым концом 120a предусмотрен вакуумный канал 121, имеющий отверстия 121a в открытом конце 120a канала 120. При необходимости первый температурный датчик 170 предусмотрен в нагревательном блоке 150 или на нем, а второй, внешний температурный датчик 160 предусмотрен между ним и местом ремонта или подлежащим обработке местом 400.
На фиг. 3 показан вид сверху нагревательного устройства согласно первому примеру осуществления. Это нагревательное устройство содержит мат 110 и по меньшей мере один окружной канал 120, который делит мат 110 на первый и второй участки 130, 140, и в канале 120 предусмотрен вакуумный рукав 121, который может быть выполнен, например, как спиральный рукав. Когда вакуумный насос активируется 200, воздух между первым участком 130 и подлежащим обработке конструктивным блоком (местом ремонта или подлежащим обработке местом 400) удаляется, так что в зоне первого участка 130 создается вакуум. За счет этого вакуума в зоне первого участка 130 мат может «приклеиться» к подлежащему обработке конструктивному элементу. Посредством вакуумного насоса 200 (фиг. 1) откачивается воздух в зоне первого участка 130.
Если нагревательное устройство согласно первому примеру осуществления используется для ремонта или, соответственно, обслуживания лопасти ротора ветроэнергетической установки, то мат 110 может быть закреплен на лопасти, например, с помощью натяжных ремней. Затем с помощью вакуумного насоса 200, регулируемого посредством управляющего блока 300, в зоне первого участка откачивается воздух, так что там возникает вакуум, и силиконовый мат остается приклеенным к лопасти ротора.
Изобретение согласно второму варианту осуществления касается нагревательного блока, например, как он описан согласно первому примеру осуществления, и управляющего блока для управления этим нагревательным блоком. Нагревательный блок 150 содержит по меньшей мере один температурный датчик 170 в первом участке 130, а также при необходимости второй температурный датчик 160, который предусмотрен вне первого участка, или соответственно, с наружной стороны этого первого участка (то есть между нагревательным блоком и местом ремонта). Этот второй температурный датчик может служить в качестве резервной меры безопасности. Нагревательный блок содержит также управляющий блок 300, который с помощью по меньшей мере одного первого и/или второго температурного датчика 170 контролирует характеристику изменения температуры, например, при ремонте лопасти ротора ветроэнергетической установки, например, когда на подлежащее ремонту место лопасти ротора ветроэнергетической установки наносят матрицу, которую затем нагревают с помощью нагревательного устройства, чтобы отвердить ее. Посредством второго температурного датчика 160 (между нагревательным блоком и местом ремонта) при этом можно определять фактическую температуру матрицы, соответственно, трубки в месте ремонта или на нем. Это позволяет установить экзотермию (тепловыделение), так что может быть снижена подача энергии, или соответственно, подвод тепла с помощью нагревательного блока. При этом мощность нагрева нагревательного блока может быть снижена или нагревательный блок 150 может быть, например, дезактивирован при превышении температурного порога.
Благодаря наличию двух независимых температурных датчиков предусмотрен резервный контроль температуры, то есть если один из температурных датчиков показывает ошибочные значения, то контроль температуры может осуществляться на основе значений измерения другого температурного датчика. Тем самым можно обеспечить, что никогда не возникнет превышение температуры в подлежащем обработке месте. Кроме того таким путем можно избежать повреждения обрабатываемого конструктивного элемента или нагревательного блока. Можно также избежать охрупчивания места ремонта из-за слишком высокой температуры реакции.
Согласно одному аспекту данного изобретения предпочтительно используются по меньшей мере два независимых датчика (температурные датчики 160, 170), которые подключены к управляющему блоку 300. Эти температурные датчики 160, 170 выполнены предпочтительно как независимые датчики, чтобы можно было контролировать лишенный сбоев процесс темперирования подлежащего обработке места или места ремонта. Управляющий блок 300 принимает выходные сигналы первого и второго температурных датчиков 170, 160. Первый температурный датчик 170 предусмотрен в нагревательном блоке 150, на нем или в зоне нагревательного блока 150. Предпочтительно первый температурный датчик 170 расположен по центру в нагревательном блоке или на нем. Тем самым этот первый температурный датчик 170 контролирует температуры, которые возникают в процессе нагрева непосредственно в нагревательном блоке 150 или на нем.
Второй температурный датчик 160 может быть предусмотрен, например, между местом ремонта (или подлежащим обработке местом) 400 и нагревательным блоком 150. Этот второй температурный датчик 160 может быть тем самым выполнен как внешний (температурный) датчик и служит для того, чтобы определять (точную) температуру на месте ремонта, соответственно, на подлежащем обработке месте.
Управляющий блок 300 служит для управления временной и температурной последовательностью. При необходимости управляющий блок может иметь несколько временных и/или температурных последовательностей. Временные и температурные последовательности могут быть согласованы, если это требуется.
Согласно изобретению можно, например, матрицу для ремонта или изготовления конструктивного блока после ее нанесения нагреть с помощью нагревательного блока 150 до температуры 40°C. Эту температуру при необходимости можно поддерживать, например, в течение двух-трех часов. При этом контролируют температурный сигнал первого и/или второго температурных датчиков 170, 160, чтобы обеспечить распознавание экзотермии. Если, например, температура превысит 40°C, то мощность нагрева нагревательного блока 150 снижается или, соответственно, нагревательный блок отключается. Нагревательный блок 150 после этого активируется лишь тогда, когда температура, измеренная первым и/или вторым температурным датчиком 170, 160, опустится ниже порогового значения. Затем матрицу можно нагреть, например, до 80°C, при этом нагревательный блок продолжает работать еще несколько часов.
В качестве меры безопасности можно по желанию отключить управляющий блок, если первый или второй температурный датчик неисправен. Второй температурный датчик можно использовать в качестве резервного температурного датчика, чтобы определять экзотермию.
Управляющий блок 300 может иметь, например, два температурных режима, чтобы управлять процессом отверждения наносимой на место ремонта смолы. Первый температурный режим может представлять собой 40°C-режим, а второй температурный режим - 86°C-режим. Следует, однако, подчеркнуть, что эти фактические целые числа могут быть уточнены в соответствии с используемыми смолами. Поэтому далее эти 40°C-режим и 86°C-режим рассматриваются лишь в качестве примера. Ниже будет описан первый температурный режим (40°C-режим), а затем второй температурный режим (86°C-режим).
В первом температурном режиме реакция смеси смол (связывание молекул) запускается медленно. Путем попеременного подключения и отключения нагревательного блока 150 (+/-2°XC к заданному значению) поддерживается средняя температура около 40°C. Этот первый температурный режим используется в начале реакции, чтобы температура реакции могла нарастать медленно и контролируемо. Предпочтительно этот первый температурный режим позволяет распознать экзотермию. Второй температурный датчик 160 определяет температуру непосредственно на месте ремонта, или соответственно, на подлежащем обработке месте 400. Таким образом, повышение температуры может определяться непрерывно или через интервалы времени. Чтобы можно было исключить колебания температуры, вызываемые, например, метеорологическими условиями, управляющий блок 300 имеет пороговое значение температуры, которое должно быть превышено для активации распознавания экзотермии. Если это пороговое значение не превышено (например, из-за слишком низких температур), то управляющий блок 300 осуществляет управление в нормальном предварительно запрограммированном промежутке времени и лишь после этого переходит во второй температурный режим.
Когда начинается распознавание экзотремии, то максимальное значение температуры может быть сохранено в памяти. Для некоторых смоляных смесей максимальная температура реакции может достигаться, например, уже примерно после 45 мин, причем после этого температура реакции постепенно понижается. Если максимальная температура понизится через 10 мин, например, по меньшей мере на 0,5°C, то управляющий блок 300 устанавливает, что экзотермия закончилась. Если затем температура падает, например, еще на 0,2°C, то управляющий блок 300 может переключиться с первого температурного режима на второй. За счет предлагаемого согласно изобретению распознавания экзотермии можно существенно сократить первый температурный режим.
Во втором температурном режиме (например, 86°C-режиме) смоляная смесь полностью отверждается. Путем попеременного подключения и отключения нагревательного блока 150 (то есть +/-2°C к заданному значению) температура на месте ремонта или на подлежащем обработке месте 400 поддерживается около 86°C.
Мат 110 может представлять собой, например, силиконовый мат, полиуретановый мат или мат из иного гибкого материала.
На фиг. 4 показано схематичное изображение ветроэнергетической установки согласно третьему примеру осуществления изобретения. Эта ветроэнергетическая установка имеет башню 1а, гондолу, а также лопасти 30 ротора. Ветроэнергетическая установка в зоне гондолы содержит вакуумный насос, а также по меньшей мере один воздушный рукав и систему энергоснабжения для нагревательного мата, причем этот воздушный рукав может выводиться наружу и служить воздушным рукавом для описанного выше нагревательного мата.
В области гондолы 20 может быть предусмотрен клапан, через который может направляться по меньшей мере один воздушный рукав. Ветроэнергетическая установка содержит, кроме того, нагревательный блок, такой, как уже было описано для первого и второго примеров осуществления изобретения. Кроме того, ветроэнергетическая установка может иметь управляющий блок для управления вышеописанным нагревательным блоком и для управления вакуумным насосом.
На фиг. 5 схематично показан вид нижней стороны
нагревательного устройства согласно третьему примеру осуществления. Нагревательное устройство согласно третьему примеру осуществления может основываться на нагревательном устройстве согласно первому примеру осуществления. Нагревательное устройство 100 содержит мат 110 с электрическим нагревательным блоком 150.
Нагревательный блок 150 имеет нагревательный провод 151 и электрический подводящий провод 152. Нагревательный блок 150 может быть выполнен, например, как нагревательная секция, причем нагревательный провод 151 расположен в мате 110 или на нем в форме меандра. Нагревательное устройство может иметь температурный датчик 170 с подводящим проводом 171. Температурный датчик 170 может быть зашит в нагревательном мате по центру. Расстояние между соседними витками нагревательного провода 151 может составлять, например, 15 мм. Электрический подводящий провод 152 может быть введен в одном углу нагревательного устройства и зашит, так что вывод выполнен водонепроницаемым. Мат 110 по своему периметру может иметь, по меньшей мере в некоторых местах, участок 111 без нагревательного провода 151, который следует выполнять как можно меньшим.
На фиг. 6 схематично показан вид внешней стороны нагревательного устройства согласно третьему примеру осуществления. Нагревательное устройство 100 имеет: мат 110 с нагревательным блоком 150, электрическим подводящим проводом 152, опциональным обрамлением 152, по меньшей мере в некоторых местах крепление, например, в виде застежки-молнии 113, застежки-липучки 113 или текстильной застежки, опционально петли 114 для регулирования мата и опционально маркировку 115 для маркировки положения температурного датчика 170. С помощью застежек-молний 113 или текстильной застежки (застежки-липучки) 112 можно одно нагревательное устройство соединить с соседним нагревательным устройством. Резиновое обрамление 112 служит для лучшего сцепления с клеевой лентой, если нагревательное устройство монтируется, например, на лопасти ротора.
На фиг. 7 схематично показано в сечении нагревательное устройство согласно третьему примеру осуществления. На фиг. 7 показаны два соединенных друг с другом нагревательных устройства. Оба нагревательных устройства соединены друг с другом застежкой-молнией 113. Оба нагревательных блока имеют по одной нагревательной проволоке 151 и одной зоне 111, в которой нагревательная проволока не предусмотрена, так что эта область представляет собой холодную зону, или соответственно, необогреваемый участок.
На фиг. 8a и 8b схематично представлены изображения нагревательного устройства согласно четвертому примеру осуществления. Нагревательное устройство 100 содержит мат 110 с нагревательным блоком 150, например, в виде нагревательной секции. Нагревательный блок 150 содержит нагревательный провод 151, который расположен в форме меандра. Нагревательное устройство имеет электрический подводящий провод 152. Нагревательный провод 151 включает в себя проволоку, окружающую его изоляцию и металлическое экранирование, например, в форме проволочной оплетки 153. Таким образом, этот нагревательный провод может иметь металлический сердечник, изоляцию и снаружи окружен экранированием из металла. Между электрически подводящим проводом 152 и нагревательным проводом 151 может быть предусмотрен (кодируемый) штекер 154. Штекер может иметь, например, 8 штифтов, при этом первый штифт соединен с нулевым проводом, второй штифт соединен с фазой, третий и четвертый штифты - с соответствующими температурными датчиками, а восьмой штифт - с землей (РЕ).
Согласно четвертому примеру осуществления, который может основываться на первом, втором или третьем примерах осуществления, нагревательный провод 151 в области мата по всей своей длине имеет металлическое экранирование, например, в форме проволочной оплетки. Оба конца (вход/выход) предпочтительно могут быть подключены к земле, соответственно, к защитному проводу.
Согласно четвертому примеру осуществления можно контролировать нагревательный провод, соответственно, нагревательную проволоку, чтобы контролировать исправность изоляции. В случае повреждения защитного провода этот дефект может отображаться оптически/акустически. Если возникает ошибка при эксплуатации, то и она может отображаться оптически и/или акустически. Если ошибка возникает до начала процесса нагрева, то процесс нагрева не будет запущен.
Предпочтительно между нагревательным устройством и питающей сетью может быть предусмотрен разделительный трансформатор, так что имеет место гальваническая развязка. Тем самым можно гарантировать, что для потребителя не возникнет никакой угрозы.
Разделительный трансформатор может быть предусмотрен в нагревательном устройстве или, соответственно, на нем, или, соответственно, в системе управления для нагревательного устройства, или может представлять собой самостоятельный блок между нагревательным устройством и питающей сетью.
Согласно изобретению нагревательное устройство содержит мат из текстильной ткани. Нагревательное устройство согласно изобретению содержит нагревательный блок с нагревательной проволокой, причем нагревательная проволока имеет изоляцию, например, из силикона и металлическое экранирование, например, в виде проволочной оплетки. Оба конца металлического экранирования нагревательной проволоки соединены с защитным проводом, так что ток утечки может протекать по защитному проводу.
Согласно изобретению электрические выводы нагревательного устройства выполнены водонепроницаемыми.
На фиг. 9 схематично показано в разрезе нагревательное устройство согласно пятому примеру осуществления. Нагревательное устройство согласно пятому примеру осуществления может основываться на одном из предшествующих примеров осуществления. Нагревательное устройство 100 согласно пятому примеру осуществления может иметь несколько матов 110 с нагревательным блоком 150 и нагревательной проволокой 151. Два нагревательных мата 110 могут иметь на своих концах соответствующие текстильные застежки (например, для застежки-липучки) 113a. Чтобы соединить друг с другом два мата 110, оба эти мата 110 располагают рядом друг с другом и размещают текстильную застежку 113b (например, для застежки-липучки) на расположенных рядом текстильных застежках 113a, так что оба нагревательных мата соединяются друг с другом. Недостаток такого выполнения можно было бы усмотреть в том, что возникает более холодный участок, но с другой стороны, предотвращается возможность возникновения горячих точек, то есть, областей, где два нагревательных провода располагаются друг над другом, и температура в этом месте становится слишком высокой.
Согласно другому варианту выполнения изобретения, который может основываться на одном из предыдущих примеров осуществления, нагревательный мат снабжен радиочастотным идентификационным чипом для идентификации. Записанные в этом радиочастотном идентификационном чипе характеристики могут быть затем считаны считывающим устройством и сохранены в базе данных, например, SAP. Таким образом можно отследить, где и как было использовано это нагревательное устройство.