CN108180120A - 一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置，涉及激光与新能源产业结合技术领域，所述方法包括：获得激光器与所述风机叶片之间的距离；根据所述距离确定所述第一光斑直径；激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；获得所述风机叶片表面的温度；判断所述温度是否达到预定阈值；当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。解决了现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，改善工作环境，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

Description

一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置

技术领域

本发明涉及激光与新能源产业结合技术领域，尤其涉及一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置。

背景技术

安装在湿冷地区的风力机组常遇见叶片覆冰的问题，导致叶片翼型发生改变，影响其动力特性的同时也会造成风力机组不平衡运行，降低机组效率，覆冰严重时甚至会导致机组非计划停机，影响电网的安全稳定运行。

目前，防冰和除冰的方法目前有两种：被动法和主动法。被动法是利用叶片表面的物理性质来消除或者阻止结冰；主动法则是利用外部系统提供的热能、微波等来除冰。但因成本高、安全隐患大、能耗大、低环保等诸多因素，均未得到广泛应用，目前在叶片积冰后基本仍采取停机等待方式。激光除冰作为一种新的除冰方式，将热作用和应力作用结合起来作为除冰新方向和新思路，同时也可以使冰块粘接面融化降低冰块与的结合力，使得冰块向着易去除的类型变化，这些特点可扭转停机等待的被动局势，且随着激光器功率增加、体积减小，激光除冰有更广阔的发展空间。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况。

发明内容

本发明实施例提供了一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置，解决了现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，改善工作环境，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

鉴于上述问题，提出了本申请实施例以便提供一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置。

第一方面，本发明提供了一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法，所述方法包括：获得激光器与所述风机叶片之间的距离；根据所述距离确定所述第一光斑直径；激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；获得所述风机叶片表面的温度；判断所述温度是否达到预定阈值；当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。

优选的，所述根据所述距离确定所述第一光斑直径，还包括：根据距离获得除冰光斑大小；根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。

优选的，所述方法还包括：获得除冰轨迹；根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。

优选的，所述方法还包括：当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。

优选的，所述方法还包括：调整激光器的功率获得第二光斑直径，其中，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。

优选的，所述方法还包括：获得所述风机叶片的除冰图片；判断所述除冰图片是否满足预定条件；当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。

第二方面，本发明提供了一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置，所述装置包括：

第一获得单元，所述第一获得单元用于获得激光器与所述风机叶片之间的距离；

第一确定单元，所述第一确定单元用于根据所述距离确定所述第一光斑直径；

第一发送单元，所述第一发送单元用于激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；

第二获得单元，所述第二获得单元用于获得所述风机叶片表面的温度；

第一判断单元，所述第一判断单元用于判断所述温度是否达到预定阈值；

第一切换单元，所述第一切换单元用于当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。

优选的，所述根据所述距离确定所述第一光斑直径，还包括：

第三获得单元，所述第三获得单元用于根据距离获得除冰光斑大小；

第四获得单元，所述第四获得单元用于根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。

优选的，所述装置还包括：

第五获得单元，所述第五获得单元用于获得除冰轨迹；

第二确定单元，所述第二确定单元用于根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。

优选的，所述装置还包括：

第一停止单元，所述第一停止单元用于当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。

优选的，所述装置还包括：

第六获得单元，所述第六获得单元用于调整激光器的功率获得第二光斑直径，其中，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。

优选的，所述装置还包括：

第七获得单元，所述第七获得单元用于获得所述风机叶片的除冰图片；

第二判断单元，所述第二判断单元用于判断所述除冰图片是否满足预定条件；

第一执行单元，所述第一执行单元用于当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请实施例提供的一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置，所述方法包括：获得激光器与所述风机叶片之间的距离；根据所述距离确定所述第一光斑直径；激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；获得所述风机叶片表面的温度；判断所述温度是否达到预定阈值；当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。解决了现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，改善工作环境，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

2、本申请实施例通过根据距离获得除冰光斑大小；根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。进一步解决了现有技术中的除冰方法对叶片有损伤的技术问题，进一步达到了自动化程度高，防止风机叶片损伤，提高除冰效率的技术效果。

3、本申请实施例通过获得除冰轨迹；根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。进一步解决了现有技术中的除冰方法不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，提高除冰效率的技术效果。

4、本申请实施例通过当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。进一步解决了现有技术中的除冰方法对叶片有损伤的技术问题，进一步达到了防止风机叶片损伤，提高除冰效率的技术效果。

5、本申请实施例通过获得所述风机叶片的除冰图片；判断所述除冰图片是否满足预定条件；当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。进一步解决了现有技术中的除冰方法不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，进一步达到了自动化程度高，降低劳动强度，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

图1为本发明实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法的流程示意图；

图2为本发明实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法的供电原理图；

图3为本发明实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置，用于解决现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，本发明提供的技术方案总体思路如下：

在本发明实施例的技术方案中，获得激光器与所述风机叶片之间的距离；根据所述距离确定所述第一光斑直径；激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；获得所述风机叶片表面的温度；判断所述温度是否达到预定阈值；当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。解决了现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，改善工作环境，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

实施例一

图1为本发明实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法的流程示意图。如图1所示，所述方法包括：

步骤110：获得激光器与所述风机叶片之间的距离；

具体而言，所述风机叶片即为需要除冰的风机叶片，所述激光器为除冰过程中的主要操作单元，举例而言，首先将风机叶片激光除冰系统安置在车载平台的结构分系统上，且所述结构分系统由车载平台、各分系统上装结构件、供电线缆组成。其中，所述风机叶片激光除冰系统包括激光器分系统，由所述激光器连接光束发射分系统与热控分系统，激光测距子系统、光束发射分系统和红外热成像子系统依次放置在伺服子系统的转台安装面上，指控分系统由控制子系统、伺服子系统、可见光成像子系统及配电模块组成，实现除冰系统集成指挥和控制。供配电分系统和可见光成像子系统安装在车载平台上，由控制子系统对所有分系统、子系统实施自动控制。所述指控分系统通过网络通讯及配电与其他分系统互联，提供人机交互平台，对各分系统的状态进行实时监测与控制，集中调度管理各分系统按照预定流程和人工参与完成除冰作业。所述激光测距子系统与控制中心连接，且工作方式为连续测量，指控软件通过控制接口读取激光测距仪输出的距离数据，作为激光光斑自动调整大小的输入。进一步的，所述激光器分系统由所述激光器及其他附属件组成，为了达到较高的除冰效果，经试验验证后，激光波长可选择冰对其吸收系数较大的1080±100nm，当需要对所述风机叶片除冰时，将所述车载平台与所述风机叶片的相对位置调整至合适的位置，进而打开所述车载平台后门，从风机处接好市电，所述供配电子系统从风力发电厂或自备的发电机取电，如图2所示，所述激光器和水冷机直接连接在电源上，所述伺服系统及控制台连接在电源的单相上，另外使用AC/DC模块，将交流电源转化为直流电源分别给红外测温热像仪、可见光摄像机和激光测距仪供电。所述热控系统主要由水冷机和供液管路及附件组成。所述热控系统给激光器和光束发射筒分别供液，可设置为多进多出液路。当各系统连好供电电缆之后，此时，依次将各分系统、子系统和供电电缆连接好，接着热控分系统开机、激光器系统开机、控制子系统开机、整系统开始进行自检，自检结束后通过激光测距子系统测量得到所述激光器与所述风机叶片之间的距离。

步骤120：根据所述距离确定所述第一光斑直径；

进一步的，所述根据所述距离确定所述第一光斑直径，还包括：根据距离获得除冰光斑大小；根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。

具体而言，所述第一光斑直径为所述激光在发射除冰激光时的光斑大小，系统通过获得所述激光器与所述风机叶片之间的距离之后，将距离数据输入完成之后可根据距离自动调整所述第一光斑直径，从而可达到提高除冰效率的技术效果。具体的，通过向控制台输入实测距离，控制分系统自动调节光束发射系统，控制分系统通过算法得出除冰光斑大小和所述激光器工作功率大小，控制分系统设置激光器工作功率，控制分系统自动调节光束发射分系统上的调焦装置，选取所需要的所述第一光斑直径。所述激光发射系统由光学透镜、调焦机构、维形结构件、激光测距仪和红外测温热像仪组成，其中激光测距仪、红外热像仪与激光光束的光路平行，由所述激光器发射出的激光经调焦光学系统放大后得到扩束，再经过调焦后，以指定范围大小的光斑到达需除冰的所述风机叶片。

步骤130：激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；

具体而言，通过控制台、测距子系统和可见光子系统设定除冰区域、起点位置、除冰轨迹、除冰功率和伺服机构旋转速度，进一步的由所述激光器以所述第一光斑直径开始发送融冰激光，激光器出光，系统开始除冰。

步骤140：获得所述风机叶片表面的温度；

具体而言，利用冰融点与所述风机叶片损伤温度不同的原理，使用远程红外测温子系统时刻监测并反馈所述风机叶片表面的温度，所述红外测温子系统由红外测温热像仪、高倍率可见光摄像机组成，所述红外测温热像仪通过USB接口或网口与控制中心连接，支持外部供电。指控软件调用红外热像仪的驱动函数库对热像仪进行操作。进而在达到所述风机叶片的损伤温度阀值前，将所述风机叶片自动转火至叶片下一除冰点，从而可达到避免激光对叶片损伤的技术效果。

步骤150：判断所述温度是否达到预定阈值；

步骤160：当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。

具体而言，所述预定阈值为所述风机叶片的损伤温度阈值，通过红外测温子系统对所述风机叶片表面的温度及时进行监控和反馈，且判断其温度是否达到该预定阈值，当所述温度达到所述第一预定阈值时，则所述激光器会将发送的融冰激光切换至下一激光点，以此来避免激光对叶片的损伤。举例而言，当红外测温子系统对所述风机叶片的温度反馈正常时，则继续进行除冰工作，当所述第一预定阈值设定为50℃时，也就是说，红外测温子系统测量到所述风机叶片的温度超过50℃时，此时所述激光器会将发送的融冰激光切换至下一激光点。

进一步的，所述方法还包括：获得除冰轨迹；根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。

具体而言，通过控制台操作伺服子系统，设定所述风机叶片上的除冰区域和除冰轨迹以自动除冰，同时可由所述除冰轨迹确定所述下一激光点。所述伺服子系统由伺服转台和控制模块组成，接收指控分系统指令，控制光束发射分系统俯仰、偏航运动速度和轨迹。同时出于安全考虑，对所述伺服子系统做了机械限位。

进一步的，所述方法还包括：当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。

进一步的，所述方法还包括：调整激光器的功率获得第二光斑直径，其中，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。

具体而言，当所述风机叶片的温度达到第二预定阈值时，则所述激光器将停止出光，接着调整所述激光器的工作功率来获得所述第二光斑直径，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。举例而言，当红外测温子系统测量到所述风机叶片的温度超过70℃时，此时所述激光器停止出光，接着调整所述激光器的功率，进而继续由所述激光器出光，继续进行除冰操作。

进一步的，所述方法还包括：获得所述风机叶片的除冰图片；判断所述除冰图片是否满足预定条件；当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。

具体而言，当所述激光器停止出光后，可通过可见光成像子系统获得所述风机叶片的除冰图片，进一步对除冰效果进行判定，所述可见光成像子系统通过以太网与控制中心连接，通过控制中心运行摄像机的驱动软件，当判定结果合格时，将转移至下一叶片继续除冰，进而重复上述工作流程；当判定结果不合格时，则继续由所述激光器出光进行除冰工作，直至判定结果合格。

实施例2

基于与前述实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法同样的发明构思，本发明还提供一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置，如图3所示，包括：

第一获得单元11，所述第一获得单元11用于获得激光器与所述风机叶片之间的距离；

第一确定单元12，所述第一确定单元12用于根据所述距离确定所述第一光斑直径；

第一发送单元13，所述第一发送单元13用于激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；

第二获得单元14，所述第二获得单元14用于获得所述风机叶片表面的温度；

第一判断单元15，所述第一判断单元15用于判断所述温度是否达到预定阈值；

第一切换单元16，所述第一切换单元16用于当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。

进一步的，所述根据所述距离确定所述第一光斑直径，还包括：

第三获得单元，所述第三获得单元用于根据距离获得除冰光斑大小；

第四获得单元，所述第四获得单元用于根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。

进一步的，所述装置还包括：

第五获得单元，所述第五获得单元用于获得除冰轨迹；

第二确定单元，所述第二确定单元用于根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。

进一步的，所述装置还包括：

第一停止单元，所述第一停止单元用于当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。

进一步的，所述装置还包括：

第六获得单元，所述第六获得单元用于调整激光器的功率获得第二光斑直径，其中，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。

进一步的，所述装置还包括：

第七获得单元，所述第七获得单元用于获得所述风机叶片的除冰图片；

第二判断单元，所述第二判断单元用于判断所述除冰图片是否满足预定条件；

第一执行单元，所述第一执行单元用于当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。

前述图1实施例1中的一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法的各种变化方式和具体实例同样适用于本实施例的一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置，通过前述对一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法的详细描述，本领域技术人员可以清楚的知道本实施例中一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置的实施方法，所以为了说明书的简洁，在此不再详述。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种技术效果：

1、本申请实施例提供的一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法和装置，所述方法包括：获得激光器与所述风机叶片之间的距离；根据所述距离确定所述第一光斑直径；激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；获得所述风机叶片表面的温度；判断所述温度是否达到预定阈值；当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。解决了现有技术中的除冰方法对环境污染高、对叶片有损伤、不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，改善工作环境，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

2、本申请实施例通过根据距离获得除冰光斑大小；根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。进一步解决了现有技术中的除冰方法对叶片有损伤的技术问题，进一步达到了自动化程度高，防止风机叶片损伤，提高除冰效率的技术效果。

3、本申请实施例通过获得除冰轨迹；根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。进一步解决了现有技术中的除冰方法不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，达到了自动化程度高，降低劳动强度，提高除冰效率的技术效果。

4、本申请实施例通过当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。进一步解决了现有技术中的除冰方法对叶片有损伤的技术问题，进一步达到了防止风机叶片损伤，提高除冰效率的技术效果。

5、本申请实施例通过获得所述风机叶片的除冰图片；判断所述除冰图片是否满足预定条件；当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。进一步解决了现有技术中的除冰方法不能智能监测叶片覆冰情况的技术问题，进一步达到了自动化程度高，降低劳动强度，工作效率高，可实现对各种工况下的远距离非接触除冰的技术效果。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种激光去除风机叶片表面覆冰的方法，其特征在于，所述方法包括：

获得激光器与所述风机叶片之间的距离；

根据所述距离确定所述第一光斑直径；

激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；

获得所述风机叶片表面的温度；

判断所述温度是否达到预定阈值；

当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述距离确定所述第一光斑直径，还包括：

根据距离获得除冰光斑大小；

根据所述除冰光斑大小调节光束发射系统上的调焦装置获得第一光斑直径。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得除冰轨迹；

根据所述除冰轨迹确定所述下一激光点。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述温度达到第二预定阈值时，激光器停止出光，其中，所述第二预定阈值大于所述第一预定阈值。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

调整激光器的功率获得第二光斑直径，其中，所述第二光斑直径小于所述第一光斑直径。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

获得所述风机叶片的除冰图片；

判断所述除冰图片是否满足预定条件；

当满足预定条件时，开始下一叶片的除冰。

7.一种激光去除风机叶片表面覆冰的装置，其特征在于，所述装置包括：

第一获得单元，所述第一获得单元用于获得激光器与所述风机叶片之间的距离；

第一确定单元，所述第一确定单元用于根据所述距离确定所述第一光斑直径；

第一发送单元，所述第一发送单元用于激光器以所述第一光斑直径发送融冰激光；

第二获得单元，所述第二获得单元用于获得所述风机叶片表面的温度；

第一判断单元，所述第一判断单元用于判断所述温度是否达到预定阈值；

第一切换单元，所述第一切换单元用于当所述温度达到所述第一预定阈值时，激光器将发送的融冰激光切换至下一激光点。