CN110474279B - 直升机搭载的油电混合的热水除冰系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种直升机搭载的油电混合的热水除冰系统及其控制方法，该系统包括：水箱、喷枪以及用于将水箱中的热水高压注入喷枪的高压水泵、用于对水箱中的水进行加热的电阻丝以及，汽油发动机，用于分别为高压水泵以及发电机提供动力；发电机，用于分别为电阻丝和电动机供电，并为蓄电池充电；电动机，用于为高压水泵提供动力；蓄电池，用于分别为电动机和电阻丝供电。本发明在直升机载荷量有限的前提下，使用较小功率的汽油机和电动机的组合，可以达到较大功率的除冰效果，减少汽油发动机重量，增加载水量。
Description
技术领域
本发明涉及电力系统防灾减灾技术领域，尤其涉及一种直升机搭载的油电混合的热水除冰系统及其控制方法。
背景技术
冰灾是电网安全运行的天敌。架空输电线路覆冰后易导致线路舞动、绝缘子桥接，从而发生闪络，导致跳闸停电，严重时引起线路断线、甚至倒塔，引发大面积长时间停电事故。现有的融冰手段均需要大量人力物力，难以覆盖所有线路范围。一些覆冰严重的微地形区域如高山垭口地形上的输电线路常常覆冰严重，现有除冰手段难以覆盖。利用直升机喷射热水除冰，可在覆冰设备25米范围以内进行除冰，且机动性强，受地形影响小。
利用直升机自带的汽油发动机对除冰用水进行加热，不仅需要消耗大量飞机用油，缩短续航时间，还会因为搭接改动飞机电路给飞机造成极大的安全隐患。因此，除冰系统所需所有动力源均需外接。然而，直升机载荷能力有限，若搭载较大功率汽油机，则除冰动力系统占重太大，减少携水量，不利于除冰。同时，除冰过程中气温均较低，飞行过程中水温易下降，热水喷射除冰过程中水温也易下降，若水温过低，不仅无法除冰，被冷却的水流覆盖在冰层表面，反而会加剧覆冰。因此，急需提供一种直升机搭载的热水除冰系统，既能尽可能多地载水，又能保证飞机除冰过程中的水温，提高热水除冰效率，保证冬季输电线路微地形覆冰地区的快速、高效除冰，保障电网冬季运行安全。
发明内容
本发明提供了一种直升机搭载的油电混合的热水除冰系统及其控制方法，用以解决现有的直升机除冰系统不能兼顾载水量和水温的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：
一种直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，包括：水箱、喷枪以及用于将水箱中的热水高压注入喷枪的高压水泵、用于对水箱中的水进行加热的电阻丝，以及
汽油发动机，用于分别为高压水泵以及发电机提供动力；
发电机，用于分别为电阻丝和电动机供电，并为蓄电池充电；
电动机，用于为高压水泵提供动力；
蓄电池，用于分别为电动机和电阻丝供电。
作为本发明的方法的进一步改进：
优选地，还包括控制模块，控制模块用于执行以下操作：
在蓄能状态时，控制汽油发动机为发电机提供动力，控制发电机分别为电阻丝供电，并为蓄电池充电；并在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态；
在除冰准备状态时，控制发电机切换至备用电源，并将蓄电池由充电状态切换为对电阻丝供电；并在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态；在除冰准备状态以及除冰状态中(即除冰过程中)通过蓄电池为热水加热，使得低温条件下热水不降温，保证除冰效果。
在除冰状态时，判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，当满足第一条件时，控制汽油发动机为高压水泵提供动力；判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机以及蓄电池驱动的电动机共同为高压水泵提供动力。
优选地，还包括设置于喷枪固定端的转向机构、以及用于采集转向机构或喷枪的角度信号的角度传感器；控制模块还用于通过角度传感器获取转向机构或喷枪的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构调节喷枪的角度，电动机还用于为转向机构提供动力。
优选地，还包括：设置于水箱内的水温传感器以及用于测量环境温度的气温传感器，控制模块与水温传感器以及气温传感器连接并获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件；第一条件为覆冰厚度在10mm以内和\或环境温度接近0℃；第二条件为覆冰厚度在10mm以上和\或环境温度低于-5℃。
优选地，控制模块判断蓄能完毕包括：在水箱中的水温达到90℃以上，且蓄电池的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕。
本发明还提供一种上述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，包括以下步骤：
进入蓄能状态，在蓄能状态时，控制汽油发动机为发电机提供动力，控制发电机分别为电阻丝供电，并为蓄电池充电；并在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态；
在除冰准备状态时，控制发电机切换至备用电源，并将蓄电池由充电状态切换为对电阻丝供电；并在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态；
在除冰状态时，判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，当满足第一条件时，控制汽油发动机为高压水泵提供动力；判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机以及蓄电池驱动的电动机共同为高压水泵提供动力。
优选地，还包括在除冰状态时，通过角度传感器获取转向机构或喷枪的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构调节喷枪的角度。
优选地，还包括在除冰状态时，通过水温传感器以及气温传感器获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件；第一条件为覆冰厚度在10mm以内和\或环境温度接近0℃；第二条件为覆冰厚度在10mm以上和\或环境温度低于-5℃。
优选地，判断蓄能完毕包括：在水箱中的水温达到90℃以上，且蓄电池的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，在直升机载荷量有限的前提下，使用较小功率的汽油机和电动机的组合，可以达到较大功率的除冰效果，减少汽油发动机重量，增加载水量。
2、在优选方案中，本发明在除冰过程中通过蓄电池为热水加热，使得低温条件下热水不降温，保证除冰效果。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法的流程示意图。
图中各标号表示：
1、汽油发动机；2、高压水泵；3、水箱；4、喷枪；5、发电机；6、电阻丝；7、蓄电池；8、电动机；9、转向机构；10、控制模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
实施例1：
参见图1，本实施例的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，包括：水箱3、喷枪4以及用于将水箱3中的热水高压注入喷枪4的高压水泵2、用于对水箱3中的水进行加热的电阻丝6、汽油发动机1、发电机5、电动机8以及蓄电池7，其中，汽油发动机1用于分别为高压水泵2以及发电机5提供动力；发电机5用于分别为电阻丝6和电动机8供电，并为蓄电池7充电；电动机8用于为高压水泵2提供动力；蓄电池7用于分别为电动机8和电阻丝6供电。在直升机载荷量有限的前提下，使用较小功率的汽油机和电动机8的组合，可以达到较大功率的除冰效果，减少汽油发动机1重量，增加载水量。
本实施例中，系统还包括设置于喷枪4固定端的转向机构9、以及用于采集转向机构9或喷枪4的角度信号的角度传感器；控制模块10还用于通过角度传感器获取转向机构9或喷枪4的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构9调节喷枪4的角度，电动机8还用于为转向机构9提供动力。实施时，热水除冰系统还包括设置于水箱3内的水温传感器、用于测量环境温度的气温传感器，水温传感器和气温传感器均与控制模块10相连。控制模块还可用于获取以下信号：高压水泵2的运行信号，由控制模块10发出控制信号，调节高压水泵2的喷水功率；喷枪4的流量信号，用于反馈信号从而使系统或操作人员获知除冰流量；汽油发动机1的油门信号，油门信号反馈至控制模块10，控制汽油机的输出功率；发电机5的运行信号，用于反馈发电功率，使系统或操作人员了解并控制发电量或发电功率；电阻丝6的电流信号，用于反馈电流信号，使系统或操作人员了解并控制电阻丝的加热功率；电动机8的运行信号，用于使系统或操作人员了解并控制电动机运行功率；蓄电池7的充放电信号，用于使系统或操作人员了解并控制蓄电池7的充放电量。
本实施例优选还包括控制模块10，控制模块10用于执行以下操作：
Ⅰ.在直升飞机到达除冰输电线路附近合适的起飞点后，水箱3加满水的前提下，进入蓄能状态。在蓄能状态时，控制汽油发动机1为发电机5提供动力，控制发电机5分别为电阻丝6供电，并为蓄电池7充电。
控制模块10控制电能在加热与充电之间的分配。电能分配的原则为用相同时间分别将蓄电池充电容量达到90％以上、加热水温达到90℃以上。即：
Q充＝Q热
Q充＝ξU充I充t
Q热＝ηCMΔT
其中，Q充为充电电量、Q热为加热所耗电能，ξ为充电效率，U充为充电电压，I充为充电电流，t为充电时间；η为电阻丝加热效率，C为水的比热容，M为待加热水的质量，ΔT为加热水温差。
在水箱3中的水温达到90℃以上，且蓄电池7的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕，说明具备除冰条件，在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态，并驾驶飞机至待除冰输电线路设备附近。
Ⅱ.在除冰准备状态时，控制发电机5切换至备用电源，并将蓄电池7由充电状态切换为对电阻丝6供电，以保证水温不下降。电动机8暂停运行。在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态。
Ⅲ.在除冰状态时，控制模块10与水温传感器以及气温传感器连接并获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件。
汽油动力除冰：判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，第一条件为覆冰厚度在10mm以内(覆冰较薄)和\或环境温度接近0℃；当满足第一条件时，控制汽油发动机1为高压水泵2提供动力；直接将水箱3中的热水高压注入喷枪4，经喷嘴喷出后形成流量流量不小于15L/min、射程不低于20米的热水流，融化冰层。蓄电池7为电动机8供电，驱动转向机构9，在控制模块10的控制下调节喷枪4的角度，瞄准除冰设备。
油电混合动力除冰：判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，第二条件为覆冰厚度在10mm以上(覆冰较厚)和\或环境温度低于-5℃，此时喷出后的热水降温快，需要快速除冰，宜采用油电混合动力除冰。即当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机1以及蓄电池7驱动的电动机8共同为高压水泵2提供动力。此时热水流量不小于20L/min，射程不低于25米。
参见图2，本实施例还提供一种上述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，包括以下步骤：
进入蓄能状态，在蓄能状态时，控制汽油发动机1为发电机5提供动力，控制发电机5分别为电阻丝6供电，并为蓄电池7充电。在水箱3中的水温达到90℃以上，且蓄电池7的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕。并在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态；
在除冰准备状态时，控制发电机5切换至备用电源，并将蓄电池7由充电状态切换为对电阻丝6供电；并在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态；
在除冰状态时，通过水温传感器以及气温传感器获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件。判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，第一条件为覆冰厚度在10mm以内和\或环境温度接近0℃，当满足第一条件时，控制汽油发动机1为高压水泵2提供动力；判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，第二条件为覆冰厚度在10mm以上和\或环境温度低于-5℃，当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机1以及蓄电池7驱动的电动机8共同为高压水泵2提供动力。在除冰状态时，还优选通过角度传感器获取转向机构9或喷枪4的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构9调节喷枪4的角度。
实施例2：
本实施例为搭载于空客125直升机的架空输电线路油电混合热水除冰系统。
本实施例中，直升机除驾驶人员外的载重量为800kg，为保证油电混合动力除冰时20L/min的流量下能连续除冰时间不低于25min，载水量为500kg。铝合金加内保温热水水箱3重量为50kg。搭载的汽油发动机1功率为800kW，高压水泵2压力为1.5Mpa，发电机5功率700kW，电动机8功率700kW，蓄电池7容量为1200AH，加热电阻丝6功率为660kW。汽油发动机1、高压水泵2、发电机5、电动机8、蓄电池7、控制模块10、转向机构9、喷枪4级附属连接件总重量为210kg。满水状态下符合直升机载重要求。
某次融冰实施过程中，载满水的飞机在输电线路附近停好后，启动汽油发动机1，带动发电机5发电，一方面为蓄电池7充电，另一方面为电阻丝6供能，加热除冰用水。控制模块10控制电能在加热与充电之间的分配。加热约5小时后，水温达92℃，电池的充电量达到容量的90％以上时，具备除冰条件。驾驶飞机至待除冰输电线路设备附近，发电机5切换至备用，蓄电池7由充电状态改为对电阻丝6放电，保证水温不下降。
线路覆冰厚度约20mm，采用油电混合动力除冰，即在汽油动力除冰的同时，蓄电池7驱动电动机8，与汽油发动机1一起驱动高压水泵2，喷射热水除冰。此时热水流量22L/min，射程25米，直至完成除冰。
综上可知，本发明通过在直升机载荷量有限的前提下，使用较小功率的汽油发动机1和电动机8的组合，可以达到较大功率的除冰效果，减少汽油发动机1重量，增加载水量。在除冰过程中通过蓄电池7为热水加热，使得低温条件下热水不降温，保证除冰效果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，其特征在于，包括：水箱(3)、喷枪(4)以及用于将水箱(3)中的热水高压注入喷枪(4)的高压水泵(2)、用于对水箱(3)中的水进行加热的电阻丝(6)以及，
汽油发动机(1)，用于分别为高压水泵(2)以及发电机(5)提供动力；
发电机(5)，用于分别为电阻丝(6)和电动机(8)供电，并为蓄电池(7)充电；
电动机(8)，用于为高压水泵(2)提供动力；
蓄电池(7)，用于分别为电动机(8)和电阻丝(6)供电；
控制模块(10)，所述控制模块(10)用于执行以下操作：
在蓄能状态时，控制所述汽油发动机(1)为发电机(5)提供动力，控制发电机(5)分别为电阻丝(6)供电，并为蓄电池(7)充电；并在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态；
在除冰准备状态时，控制发电机(5)切换至备用电源，并将蓄电池(7)由充电状态切换为对电阻丝(6)供电；并在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态；
在除冰状态时，判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，当满足第一条件时，控制汽油发动机(1)为高压水泵(2)提供动力；判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机(1)以及蓄电池(7)驱动的电动机(8)共同为高压水泵(2)提供动力。
2.根据权利要求1所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，其特征在于，还包括设置于喷枪(4)固定端的转向机构(9)、以及用于采集转向机构(9)或所述喷枪(4)的角度信号的角度传感器；所述控制模块(10)还用于通过所述角度传感器获取所述转向机构(9)或所述喷枪(4)的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构(9)调节所述喷枪(4)的角度，所述电动机(8)还用于为转向机构(9)提供动力。
3.根据权利要求1所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，其特征在于，还包括：设置于水箱(3)内的水温传感器以及用于测量环境温度的气温传感器，所述控制模块(10)与水温传感器以及气温传感器连接并获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件；所述第一条件为覆冰厚度在10mm以内和\或环境温度接近0℃；所述第二条件为覆冰厚度在10mm以上和\或环境温度低于-5℃。
4.根据权利要求1所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统，其特征在于，所述控制模块(10)判断蓄能完毕包括：在水箱(3)中的水温达到90℃以上，且蓄电池(7)的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕。
5.一种如权利要求1至4中任一项所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
进入蓄能状态，在蓄能状态时，控制所述汽油发动机(1)为发电机(5)提供动力，控制发电机(5)分别为电阻丝(6)供电，并为蓄电池(7)充电；并在判断蓄能完毕后进入除冰准备状态；
在除冰准备状态时，控制发电机(5)切换至备用电源，并将蓄电池(7)由充电状态切换为对电阻丝(6)供电；并在达到或靠近覆冰线路位置时进入除冰状态；
在除冰状态时，判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第一条件，当满足第一条件时，控制汽油发动机(1)为高压水泵(2)提供动力；判断覆冰厚度和\或环境温度是否满足第二条件，当满足第二条件时，进行油电混合除冰，控制汽油发动机(1)以及蓄电池(7)驱动的电动机(8)共同为高压水泵(2)提供动力。
6.根据权利要求5所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，其特征在于，还包括在除冰状态时，通过角度传感器获取转向机构(9)或所述喷枪(4)的角度信号，根据角度信号以及当前的覆冰线路位置通过转向机构(9)调节所述喷枪(4)的角度。
7.根据权利要求5所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，其特征在于，还包括在除冰状态时，通过水温传感器以及气温传感器获取水温信号和气温信号，并根据水温信号和气温信号判断是否满足第一条件或第二条件；所述第一条件为覆冰厚度在10mm以内和\或环境温度接近0℃；所述第二条件为覆冰厚度在10mm以上和\或环境温度低于-5℃。
8.根据权利要求5所述的直升机搭载的油电混合的热水除冰系统的控制方法，其特征在于，所述判断蓄能完毕包括：在水箱(3)中的水温达到90℃以上，且蓄电池(7)的充电量达到容量的90％以上时，判定为蓄能完毕。
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| CN110474279A (zh) | 2019-11-19 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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