CN103821674B - 一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法，包括固定在叶片上的电热融冰层和叶片监测终端、设置于塔架底部的控制箱、设置于塔架底部的塔架监测终端；其中所述叶片中空具有内腔，且外表面覆盖有内蒙皮层和外蒙皮层，所述电热融冰层设置于所述内蒙皮层与外蒙皮层之间；其中所述叶片的ＳＳ面和ＰＳ面上分别设有独立的叶片监测终端；其中所述塔架底部设有塔架监测终端；所述叶片监测终端盒塔架监测终端都连接控制箱。本发明实施例能够对风力发电机的叶片进行电热融冰以提高风电机组的安全性。同时由于其ＳＳ面及ＰＳ面分别设置独立的叶片监测终端和电热融冰层，可以更为精确地监控叶片的参数，提高电热融冰的准确度并降低能耗。

Description

一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，特别是指一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法。

背景技术

随着当前社会对能源的消耗，导致不可再生能源日益枯竭，因此可再生能源的利用一直是当前人类社会技术发展的重点。在清洁能源中，尤其以风力发电和太阳能发电最为收到关注。据估计，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍；而目前全世界每年燃烧煤所获得的能量只有风力所能够提供能量的三分之一。尤其在中国西部地广人稀且常年风力资源丰富的地区，非常适合进行风力发电因此。

现有的利用风力进行发电的设备称为风力发电机组，包括塔架、螺旋桨形状的叶轮、发电机。其中螺旋桨形状的叶轮在风力驱动下转动以将动能转换为机械能，再通过增速机将旋转增速后驱动发电机发电以将机械能转换为电能。其中叶轮是将风的动能转化为机械能的重要部件，它由至少两只螺旋桨形的叶片组成（一般都采用3只叶片组成一个叶轮）。叶片要求材料强度高且重量轻，因此大多采用玻璃钢或其他复合材料（如碳纤维）制造。但是由于气候多变，特别是近几年我国冻雨天气增多危害严重，导致风电机组的叶轮会出现结冰现象。叶片产生结冰造成的危害主要有：

1、叶片的物理外形由于结冰发生变化，使叶片受风能力降低。而且叶片组的平衡受到破坏，叶片的重量增加，发电机组磨损增大，不仅影响发电机组的发电量，而且对发电机组的寿命和安全造成很大影响。

2、叶片结冰使其增加叶片的重量，加大发电机组的负荷，增加了发电机 组的机械磨损。

目前消除叶片结冰通常采用的方法是：在叶片结冰到一定程度时停机除冰，而停机除冰又可以分为自然除冰和人工除冰。上述方法一是影响发电机组的发电量；二是人工除冰时是依靠敲打叶片除冰，因此有可能会损坏设备。同时目前对于叶片是否结冰主要依靠天气预报数据根据经验判断，或是依靠人工巡视的方式。这样导致最终结果不准确，很容易对设备运行造成影响。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够对风力发电机组的叶片进行融冰的风力发电机转子叶片电热融冰系统。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种风力发电机转子叶片电热融冰系统，包括固定在叶片上的电热融冰层和叶片监测终端、设置于塔架底部的控制箱、设置于塔架底部的塔架监测终端；

其中所述叶片中空具有内腔，且外表面覆盖有内蒙皮层和外蒙皮层，所述电热融冰层设置于所述内蒙皮层与外蒙皮层之间；所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸风向延伸的碳纤维发热线，且所述叶片上的每一碳纤维发热线都通过贯穿所述叶片本体的通孔连接伸入所述叶片内腔里的供电线；所述供电线通过设置于所述叶轮与塔架连接处的滑环连接设置于塔架底部的控制箱；其中所述外蒙皮为玻璃纤维布层，且所述玻璃纤维布层的至少一个表面涂覆有环氧树脂；其中所述叶片ＳＳ面和ＰＳ面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述ＳＳ面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述ＰＳ面上的电热融冰层的第二供电线组；

其中所述叶片的ＳＳ面和ＰＳ面上分别设有独立的叶片监测终端，所述每一叶片监测终端包括无线数据传输芯片、固定于所述叶片外表面以监测叶片外表面温度的第一温度传感器、固定于所述叶片内腔的供电线上以监测所述供电线的温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器都分别连接 所述无线数据传输芯片以通过无线网络连接所述控制箱；

其中所述塔架底部设有塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱；

其中所述控制箱包括主板，主板上设有远程控制芯片、控制箱有线传输芯片；其中所述远程控制芯片连接远程控制端，并通过所述控制箱有线传输芯片连接所述塔架监测终端；其中所述远程控制芯片连接电热融冰开关电路，所述电热融冰开关电路分别连接为叶片进行电热融冰供电的供电线及外接供电电源；所述控制箱还包括控制箱无线传输芯片，所述控制箱无线传输芯片通过无线网络连接设置于所述叶片上的叶片监测终端，且所述远程控制芯片连接所述控制箱无线传输芯片；

所述控制箱还包括自动控制芯片，所述自动控制芯片通过所述控制箱有线传输芯片连接所述塔架监测终端，且所述自动控制芯片连接所述电热融冰开关电路，并连接所述控制箱无线传输芯片；且所述自动控制芯片连接远程控制端；

所述控制箱上还设有手动开关，所述手动开关连接所述电热融冰开关电路。

作为上述技术方案的优选，所述电热融冰开关电路为单输入双输出开关，其输入端连接外接供电电源，两个输出端分别连接所述第一供电线组、第二供电线组。

作为上述技术方案的优选，设置于叶片切风面和叶片尾部的碳纤维发热线的功率大于其他位置的碳纤维发热线的功率。

作为上述技术方案的优选，设置于叶片切风面和叶片尾部的碳纤维发热线的功率为200Ｗ，且其他位置的碳纤维发热线的功率为100Ｗ。

为了解决上述问题，本发明实施例提出了一种前述任一项所述的系统的制造方法，包括：

在叶片的内蒙皮外表面铺设预制的电热融冰层，所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸风向延 伸的碳纤维发热线；

在所述叶片上的对应位置开孔，并将所述叶片ＳＳ面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第一供电线组，将所述ＰＳ面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第二供电线组；

在所述叶片的ＳＳ面和ＰＳ面上分别设置叶片监测终端，将所述叶片监测终端的第一温度传感器固定在所述内蒙皮表面，将第二温度传感器固定在内腔中的对应的第一供电线组或第二供电线组上；将所述第一温度传感器通过从所述孔伸入内腔的传输线连接无线数据传输芯片，将所述第二温度传感器连接无线数据传输芯片；

在所述电热融冰层上通过环氧树脂铺设玻璃纤维布以形成外蒙皮，并在所述外蒙皮表面喷涂抗腐蚀表面胶；并通过伸入所述叶片内腔中的加热装置对叶片表面的外蒙皮进行加温；

将所述叶片监测终端的无线数据传输芯片通过无线局域网连接所述控制箱，并将所述塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱；

将所述控制箱的远程控制芯片、自动控制芯片分别连接所述电热融冰开关电路，并将电热融冰开关电路连接所述第一供电线组、第二供电线组及外接供电电源；将所述远程控制芯片连接远端的控制端。

作为上述技术方案的优选，所述方法还包括：对已有的叶片祛除外蒙皮。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明实施例提供了一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法，能够对风力发电机的叶片进行电热融冰以提高风电机组的安全性。同时由于其ＳＳ面及ＰＳ面分别设置独立的叶片监测终端，可以更为精确地监控叶片的参数。同时在ＳＳ面及ＰＳ面分别设置独立的电热融冰层，这样可以提高电热融冰的准确度并降低能耗。

附图说明

图1为本发明实施例的系统的结构示意框图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

现有的每一风力发电机组都包括塔架、螺旋桨形状的转子（叶轮）、发电机，其中叶轮设置于塔架顶端，并通过转轴与塔架转动连接；而发电机设置于塔架底端。螺旋桨形状的叶轮在风力驱动下转动以将动能转换为机械能，再通过增速机将旋转增速后驱动发电机发电以将机械能转换为电能。

本发明实施例了一种对现有的风力发电装置进行融冰的系统，其结构如图1所示的，包括固定在叶片上的电热融冰层和叶片监测终端、设置于塔架底部的控制箱、设置于塔架底部的塔架监测终端。

其中所述叶片中空具有内腔，且外表面覆盖有内蒙皮层和外蒙皮层，所述电热融冰层设置于所述内蒙皮层与外蒙皮层之间；所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸风向延伸的碳纤维发热线，且所述叶片上的每一碳纤维发热线都通过贯穿所述叶片本体的通孔连接伸入所述叶片内腔里的供电线；所述供电线通过设置于所述叶轮与塔架连接处的滑环连接设置于塔架底部的控制箱；其中所述外蒙皮为玻璃纤维布层，且所述玻璃纤维布层的至少一个表面涂覆有环氧树脂；其中所述叶片ＳＳ面和ＰＳ面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述ＳＳ面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述ＰＳ面上的电热融冰层的第二供电线组。

这是由于现有的叶片必然具有两个表面：ＰＳ面和ＳＳ面。本领域内技术人员都可以理解，由于这两个表面一个是迎风一个背风，因此必然会有一定的温度差。采用两个表面分别供电的方式，可以更为精确地控制叶片进行融冰。

其中所述叶片的ＳＳ面和ＰＳ面上分别设有独立的叶片监测终端，所述每一 叶片监测终端包括无线数据传输芯片、固定于所述叶片外表面以监测叶片外表面温度的第一温度传感器、固定于所述叶片内腔的供电线上以监测所述供电线的温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器都分别连接所述无线数据传输芯片以通过无线网络连接所述控制箱。

基于与前述相同的理由，对于ＳＳ面和ＰＳ面分别进行温度监控可以更为准确地获知当前叶片的工作状态，以分别控制ＳＳ面和ＰＳ面上的电热融冰层进行工作，提高融冰的精确度。这样可以防止出现迎风面结冰而背风面未结冰时造成的环境参数不准确，延误融冰进程。

其中所述塔架底部设有塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱。

这样可以通过塔架底部的塔架监测终端获知当前的环境参数，以为远程控制和自动控制提供更为详尽的参考数据。

其中所述控制箱包括主板，主板上设有远程控制芯片、自动控制芯片、控制箱无线传输芯片、控制箱有线传输芯片；其中所述远程控制芯片通过控制箱无线传输芯片连接远程控制端；其中所述自动控制芯片通过控制箱无线传输芯片连接每一叶片监测终端，并通过控制箱有线传输芯片连接所述塔架监测终端；其中所述远程控制芯片、自动控制芯片分别连接电热融冰开关电路，且所述电热融冰开关电路分别连接所述第一供电线组、第二供电线组及外接供电电源；所述远程控制芯片连接远端的控制端。其中，该电热融冰开关电路为单输入双输出开关，其输入端连接外接供电电源，两个输出端分别连接第一供电线组、第二供电线组；且所述电热融冰开关电路可以将第一供电线组和／或第二供电线组与所述外接供电电源导通，以分别为第一供电线组或第二供电线组供电，或同时为第一供电线组和第二供电线组供电。

在本发明实施例中，控制箱可以包括远程控制芯片和／或自动控制芯片。远程控制芯片和／或自动控制芯能够将叶片表面的传感器的参数、塔架底部的传感器的参数传送到远程控制端，这样远程控制端可以同时监控多个风电机组 的状态，可以根据需要远程启动使得外接供电电源与第一供电线组和／或第二供电线组导通以对ＳＳ面和／或ＰＳ面进行电热融冰。同时自动控制芯片可以根据预设的参数阈值和工作模式自动启动对ＳＳ面和／或ＰＳ面进行电热融冰，且自动控制芯片可以在启动电热融冰时发送信号通知远程控制端。其中，该控制箱可以实现：显示叶片ＰＳ面ＳＳ面的外表面温度、显示叶片的内腔内供电线的温度、显示当前塔架外的环境温度和环境湿度。

进一步的，在所述控制箱上还设有手动开关，所述手动开关连接所述供电线及外接供电电源。这样可以在数据传输故障且控制箱未能自动启动时，通过手动开关启动融冰，防止设备在恶劣天气下受损。

由于风电机组设备的特性，其叶片切风面和叶片尾部更易结冰。因此可以将在叶片切风面和叶片尾部的设置大功率的碳纤维发热线，而在其他位置设置低功率的碳纤维发热线。这样既可以确保融冰效果，又可以降低功耗。具体的，设置于叶片切风面和叶片尾部的碳纤维发热线的功率为200Ｗ，且其他位置的碳纤维发热线的功率为100Ｗ。

同时，本发明实施例还提出了一种如前任一项所述的系统的制造方法，包括：

在叶片的内蒙皮外表面铺设预制的电热融冰层，所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸风向延伸的碳纤维发热线；

在所述叶片上的对应位置开孔，并将所述叶片ＳＳ面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第一供电线组，将所述ＰＳ面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第二供电线组；

在所述叶片的ＳＳ面和ＰＳ面上分别设置叶片监测终端，将所述叶片监测终端的第一温度传感器固定在所述内蒙皮表面，将第二温度传感器固定在内腔中的对应的第一供电线组或第二供电线组上；将所述第一温度传感器通过从所述孔伸入内腔的传输线连接无线数据传输芯片，将所述第二温度传感器连接无线 数据传输芯片；

在所述电热融冰层上通过环氧树脂铺设玻璃纤维布以形成外蒙皮，并在所述外蒙皮表面喷涂抗腐蚀表面胶；并通过伸入所述叶片内腔中的加热装置对叶片表面的外蒙皮进行加温；

将所述叶片监测终端的无线数据传输芯片通过无线局域网连接所述控制箱，并将所述塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱；

将所述控制箱的远程控制芯片、自动控制芯片分别连接所述电热融冰开关电路，并将电热融冰开关电路连接所述第一供电线组、第二供电线组及外接供电电源；将所述远程控制芯片连接远端的控制端。

进一步的，上述方法还可以对已有的叶片进行改造，由于已有的叶片已经铺设好了内蒙皮和外蒙皮，因此对已有叶片进行改造时所述方法还包括：对已有的叶片祛除外蒙皮。然后就可以在内蒙皮的表面开始进行如前的处理以铺设预制的电热融冰层。

本发明实施例提供了一种风力发电机转子叶片电热融冰系统及制造方法，能够对风力发电机的叶片进行电热融冰以提高风电机组的安全性。同时由于其ＳＳ面及ＰＳ面分别设置独立的叶片监测终端，可以更为精确地监控叶片的参数。同时在ＳＳ面及ＰＳ面分别设置独立的电热融冰层，这样可以提高电热融冰的准确度并降低能耗。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种风力发电机转子叶片电热融冰系统，其特征在于，包括固定在叶片上的电热融冰层和叶片监测终端、设置于塔架底部的控制箱、设置于塔架底部的塔架监测终端；

其中所述叶片中空具有内腔，且外表面覆盖有内蒙皮层和外蒙皮层，所述电热融冰层设置于所述内蒙皮层与外蒙皮层之间；所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸方向延伸的碳纤维发热线，且所述叶片上的每一碳纤维发热线都通过贯穿所述叶片本体的通孔连接伸入所述叶片内腔里的供电线；所述供电线通过设置于叶轮与塔架连接处的滑环连接设置于塔架底部的控制箱；其中所述外蒙皮为玻璃纤维布层，且所述玻璃纤维布层的至少一个表面涂覆有环氧树脂；其中所述叶片SS面和PS面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述SS面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述PS面上的电热融冰层的第二供电线组；

其中所述叶片的SS面和PS面上分别设有独立的叶片监测终端，所述每一叶片监测终端包括无线数据传输芯片、固定于所述叶片外表面以监测叶片外表面温度的第一温度传感器、固定于所述叶片内腔的供电线上以监测所述供电线的温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器都分别连接所述无线数据传输芯片以通过无线网络连接所述控制箱；

其中所述塔架底部设有塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱；

其中所述控制箱包括主板，主板上设有远程控制芯片、控制箱有线传输芯片；其中所述远程控制芯片连接远程控制端，并通过所述控制箱有线传输芯片连接所述塔架监测终端；其中所述远程控制芯片连接电热融冰开关电路，所述电热融冰开关电路分别连接为叶片进行电热融冰供电的供电线及外接供电电源；所述控制箱还包括控制箱无线传输芯片，所述控制箱无线传输芯片通过无线网络连接设置于所述叶片上的叶片监测终端，且所述远程控制芯片连接所述控制箱无线传输芯片；

所述控制箱还包括自动控制芯片,所述自动控制芯片通过所述控制箱有线传输芯片连接所述塔架监测终端，且所述自动控制芯片连接所述电热融冰开关电路，并连接所述控制箱无线传输芯片；且所述自动控制芯片连接远程控制端；

所述控制箱上还设有手动开关，所述手动开关连接所述电热融冰开关电路；

其中，设置于叶片切风面和叶片尾部的碳纤维发热线的功率为200W，且其他位置的碳纤维发热线的功率为100W。

2.根据权利要求1所述的风力发电机转子叶片电热融冰系统，其特征在于，所述电热融冰开关电路为单输入双输出开关，其输入端连接外接供电电源，两个输出端分别连接所述第一供电线组、第二供电线组。

3.根据权利要求1或2所述的风力发电机转子叶片电热融冰系统，其特征在于，设置于叶片切风面和叶片尾部的碳纤维发热线的功率大于其他位置的碳纤维发热线的功率。

4.一种如权利要求3任一项所述的系统的制造方法，其特征在于，包括：

在叶片的内蒙皮外表面铺设预制的电热融冰层，所述电热融冰层包括玻璃纤维布制成的衬底和预铺设在所述衬底上的至少两条沿所述叶片延伸方向延伸的碳纤维发热线；

在所述叶片上的对应位置开孔，并将所述叶片SS面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第一供电线组，将所述PS面上的电热融冰层的碳纤维发热线连接设置于所述叶片的内腔内的第二供电线组；

在所述叶片的SS面和PS面上分别设置叶片监测终端，将所述叶片监测终端的第一温度传感器固定在所述内蒙皮表面，将第二温度传感器固定在内腔中的对应的第一供电线组或第二供电线组上；将所述第一温度传感器通过从所述孔伸入内腔的传输线连接无线数据传输芯片，将所述第二温度传感器连接无线数据传输芯片；

在所述电热融冰层上通过环氧树脂铺设玻璃纤维布以形成外蒙皮，并在所述外蒙皮表面喷涂抗腐蚀表面胶；并通过伸入所述叶片内腔中的加热装置对叶片表面的外蒙皮进行加温；

将所述叶片监测终端的无线数据传输芯片通过无线局域网连接所述控制箱，并将所述塔架监测终端，所述塔架监测终端包括用于测量环境温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的塔底湿度传感器；所述塔架监测终端通过有线网络连接所述控制箱；

将所述控制箱的远程控制芯片、自动控制芯片分别连接所述电热融冰开关电路，并将电热融冰开关电路连接所述第一供电线组、第二供电线组及外接供电电源；将所述远程控制芯片连接远端的控制端。

5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述方法还包括：对已有的叶片祛除外蒙皮。