CN108644072B - 风力发电机组桨叶的除冰装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组桨叶的除冰装置，包括设置在桨叶内部的控制装置、调速电机和振动传感器，所述的控制装置通过电缆分别连接调速电机和振动传感器，所述的调速电机的电机轴上设置有凸轮。本发明在风力发电机组控制系统检测到桨叶存在覆冰后，无需费时耗电的加热整个桨叶用于除去桨叶覆冰，仅需通过桨叶控制装置快速确定桨叶共振频率，并控制桨叶产生一定强度的共振，即可裂解覆冰，提高了风力发电机组除冰的速度，减少了风力发电机组除冰时对电能的消耗，增强了风力发电机组的利用率，更加快捷、经济。

Description

风力发电机组桨叶的除冰装置及其方法
技术领域
本发明涉及风力发电机组桨叶除冰的技术领域，具体涉及一种风力发电机组桨叶的除冰装置及其方法。
背景技术
风力发电机组桨叶结冰是一种经常发生在寒冷地带的危害风力电机组安全运行的有害现象。桨叶结冰后将导致桨叶升力下降，阻力上升，桨叶气动性能恶化，从而导致风力发电机组发电量的损失；严重时将导致桨叶断裂，威胁机组及人员安全。
在现有技术中，风力发电机组桨叶的除冰方法一般是在桨叶内安装桨叶加热装置，通过提高桨叶表面温度融化覆冰达到除冰的目的。
但在实际运行中，若桨叶内安装单个加热单元，无法保证桨叶整体加热均匀，不可避免的存在局部过热，以及其余局部没有达到除冰效果；若桨叶内安装大量的加热单元将影响桨叶的气动性能。实际上，无论单个加热单元或多个加热单元都必然消耗大量电能用来加热桨叶，并且要将桨叶均匀加热到一定温度需要较长的时间，使得风力发电机组不但不能发电，反而浪费大量发电时间来消耗电能用于加热桨叶。
发明内容
本发明就是为了解决上述的技术问题，而提供一种风力发电机组桨叶的除冰装置及其方法。
本发明是按照以下技术方案实现的：
本发明的风力发电机组桨叶的除冰装置，包括设置在桨叶内部的控制装置、调速电机和振动传感器，所述的控制装置通过电缆分别连接调速电机和振动传感器，所述的调速电机的电机轴上设置有凸轮。
所述的调速电机设置在桨叶内的根部端或尖部端，振动传感器相对调速电机设置在桨叶内的另一端，调速电机与振动传感器同侧或异侧设置。
所述的凸轮为偏心轮。
本发明的风力发电机组桨叶的除冰方法，具体步骤如下：
步骤一，在无覆冰状态下，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮产生由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收无覆冰状态下调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录无覆冰状态下凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为无冰转速A；
步骤二，当控制装置接收风力发电机组控制系统发出的除冰命令时，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn；然后控制装置驱动调速电机的凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行；
步骤三，当调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行一段时间后，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn+1；对比覆冰转速Bn+1与无冰转速A，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围在0至20rpm则除冰完成，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围大于20rpm则重复步骤三。
所述的步骤一至三中，当凸轮产生的振动频率与桨叶的固有频率之间的差值为0时，桨叶振动响应的强度信号最大。
所述的步骤三，调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间运行时间1至30分钟。
本发明具有的优点和积极效果是：
本发明在风力发电机组控制系统检测到桨叶存在覆冰后，无需费时耗电的加热整个桨叶用于除去桨叶覆冰，仅需通过桨叶控制装置快速确定桨叶共振频率，并控制桨叶产生一定强度的共振，即可裂解覆冰，提高了风力发电机组除冰的速度，减少了风力发电机组除冰时对电能的消耗，增强了风力发电机组的利用率，更加快捷、经济。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明在风力发电机组桨叶内的安装结构示意图；
图3是本发明的控制流程图。
其中：
1：控制装置 2：调速电机
3：振动传感器 4：电缆
5：凸轮 6：桨叶。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细的说明。
如图1-2所示，本发明的风力发电机组桨叶的除冰装置，包括设置在桨叶6内部的控制装置1、调速电机2和振动传感器3，所述的控制装置通过电缆4分别连接调速电机和振动传感器，所述的调速电机的电机轴上设置有凸轮5。
所述的调速电机设置在桨叶内的根部端或尖部端，振动传感器相对调速电机设置在桨叶内的另一端，调速电机与振动传感器同侧或异侧设置。
所述的凸轮为偏心轮。
如图3所示，本发明的风力发电机组桨叶的除冰方法，具体步骤如下：
步骤一，在无覆冰状态下，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮产生由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收无覆冰状态下调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录无覆冰状态下凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为无冰转速A；
步骤二，当控制装置接收风力发电机组控制系统发出的除冰命令时，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn；然后控制装置驱动调速电机的凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行；
步骤三，当调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行一段时间后，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn+1；对比覆冰转速Bn+1与无冰转速A，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围在0至20rpm则除冰完成，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围大于20rpm则重复步骤三。
所述的步骤一至三中，当凸轮产生的振动频率与桨叶的固有频率之间的差值为0时，桨叶振动响应的强度信号最大。
所述的步骤三，调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间运行时间1至30分钟。
本发明在桨叶内部分别安装带有凸轮或偏心轮的可调速电机和振动传感器，利用可控转速的带有凸轮的调速电机产生调频振动，通过振动传感器检测桨叶对调频振动的响应，当检测到桨叶振动响应的强度信号最大后，控制调速电机在该频率转速至无冰时最大转速之间周期性变速运行，使桨叶产生共振，从而使桨叶表面覆冰裂解脱落。
本发明在风力发电机组控制系统检测到桨叶存在覆冰后，无需费时耗电的加热整个桨叶用于除去桨叶覆冰，仅需通过桨叶控制装置快速确定桨叶共振频率，并控制桨叶产生一定强度的共振，即可裂解覆冰，提高了风力发电机组除冰的速度，减少了风力发电机组除冰时对电能的消耗，增强了风力发电机组的利用率，更加快捷、经济。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (3)

1.一种风力发电机组桨叶的除冰装置的除冰方法具体步骤如下：
步骤一，在无覆冰状态下，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮产生由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收无覆冰状态下调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录无覆冰状态下凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为无冰转速A；
步骤二，当控制装置接收风力发电机组控制系统发出的除冰命令时，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn；然后控制装置驱动调速电机的凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行；
步骤三，当调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间进行周期性变速运行一段时间后，控制装置控制调速电机工作，调速电机驱动凸轮由0转速逐渐加速运行至3000rpm转速，凸轮将产生一个由0Hz逐渐加强至50Hz的连续变化的振动频率，同时控制装置控制振动传感器工作，振动传感器检测桨叶振动响应的强度信号；控制装置接收调速电机发送的转速数据和振动传感器发送的强度信号，并记录凸轮的转速数据和桨叶振动响应的强度信号的对应关系，在桨叶振动响应的强度信号最大时，标记凸轮的转速数据为覆冰转速Bn+1；对比覆冰转速Bn+1与无冰转速A，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围在0至20rpm则除冰完成，若覆冰转速Bn+1与无冰转速A之间的差值范围大于20rpm则重复步骤三。
2.根据权利要求1所述的风力发电机组桨叶的除冰装置的除冰方法，其特征在于：所述的步骤一至三中，当凸轮产生的振动频率与桨叶的固有频率之间的差值为0时，桨叶振动响应的强度信号最大。
3.根据权利要求1所述的风力发电机组桨叶的除冰装置的除冰方法，其特征在于：所述的步骤三，调速电机驱动凸轮在覆冰转速Bn至无冰转速A之间运行时间1至30分钟。
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