CN112727713A - 风力发电机组叶片除冰系统及风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种风力发电机组叶片除冰系统及风力发电机组，所述风力发电机组包括机舱、轮毂罩、叶片和除冰系统；所述除冰系统包括鼓风机、加热装置、一通多气滑环和三个叶片通风管道；一通多气滑环的进风口通过管道与加热装置出风口连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道分别与叶片通风管道连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道中分别安装有一个直通的气滑环；所述一通多气滑环安装于支架一上，支架一安装于轮毂罩内。本发明涉及气热除冰技术，提出了一种不需要更换滑环的集成式气热除冰结构，相比现有技术来说成本优势明显，施工周期短，结构简单，安全性高，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种风力发电机组叶片除冰系统及风力发电机组。
背景技术
风力发电机组通常安装在海拔高、温度低、湿度大的山区或者高原地区，这些地区在冬季随着温度的降低和湿度的增大，风电叶片外表面极容易覆冰，叶片覆冰不仅会造成机组停机，也可能造成涡轮机机组振动或者功率因数畸变并危及机组运行，因此给风场造成了巨大的经济损失的同时也严重威胁设备运行安全。
风力发电机组叶片的防除冰技术分为被动防冰和主动除冰两种，主动除冰应用较多的为有气热、电热等技术。
以下是部分相关现有专利技术：
1、大功率风力发电机叶片模块化气热抗冰方法及安装方法，申请号为201410461139.6。
2、一种大功率风力发电机叶片模块化气热抗冰系统，申请号为201420521335.3。
3、ANTI-ICING AND DEICING METHOD AND DEVICE FOR HIGH-POWER WINDTURBINE BLADES，申请号为20170260969。
4、风机叶片防冰除冰系统，申请号为201711427367.1。
5、转子叶片的除冰，申请号为201180030653.9。
6、风力发电机的叶片除冰控制方法、装置及除冰系统，申请号为201610730464.7。
7、一种防冰除冰风电叶片及其制作方法，申请号为201710916688.1。
8、一种风力发电机组叶片防冰除冰系统，申请号为201711068607.3。
9、一种风力发电机组及其叶片除冰系统，申请号为201711097674.8。
10、风力涡轮机转子叶片除冰装置，申请号为201410015789.8。
11、A DE-ICING SYSTEM FOR A WIND TURBINE BLADE，申请号为20170254316。
通过检索发现，目前叶片除冰系统专利较多，设计热风、电加热等多种技术路线，但是上述专利除VTT技术研发中心所申请专利有较大范围应用、商业化较为成熟外，其他专利所述技术均面临成本高、实现困难或者实用性较低的问题，且大部分专利属于在国外专利的基础上小范围的改进，并未实现技术上的真正创新。
发明内容
本发明涉及气热除冰技术，提出了一种不需要更换滑环的集成式气热除冰结构，相比现有技术来说成本优势明显，施工周期短，结构简单，安全性高，具有良好的应用前景。
提供一种风力发电机组叶片除冰系统，所述除冰系统包括鼓风机、加热装置、一通多气滑环和三个叶片通风管道；一通多气滑环包括一通多气滑环的进风口、一通多气滑环转子和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道；一通多气滑环的进风口通过管道与加热装置出风口连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道分别与叶片通风管道连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道中分别安装有一个直通的气滑环；所述一通多气滑环安装于支架一上，支架一安装于轮毂罩内。
系统主要运行原理为：安装在机舱内的鼓风机抽取的冷空气通过加热装置加热后，通过安装在轮毂支架一上的一通多气滑环分配给3支叶片，每支叶片分配的热气通过直通的气滑环经叶片通风管道吹往叶片叶尖区域，吹往叶片叶尖区域的热气流通过腹板内部空腔返回后，回流到轮毂中，实现叶片及轮毂的加热除冰。其中直通的气滑环起到输送气体的作用。
本发明设计了一种一通多气滑环通道结构，可将加热装置产生的热气流通过该装置导引至3支叶片；本发明将现有技术设计的安装在叶片内的3台加热装置减少为一台安装在机舱内的集中加热装置，实现了加热供气装置的集成，降低了系统成本和工程施工量，提高了设备的运行稳定性。本发明设计了一种单通道气滑环结构，避免叶片在变桨旋转运行时损坏管道或者挡风板。
所述一通多气滑环包括转子部分和定子部分，转子部分包括支架一、一通多气滑环转子和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道；定子部分包括一通多气滑环的进风口。
优选地，还包括叶根挡板，叶根挡板上开有人孔、叶根挡板进气孔和溢流孔；所述人孔为维修人出入通道，所述叶片通风管道通过所述叶根挡板进气孔，所述溢流孔处安装有防护网。
叶根挡板上的溢流孔起到导气的作用，使从机舱送往叶片的气流从叶片内溢出，实现低风阻气流循环。
优选地，所述叶根挡板进气孔的结构为开有很多圆孔的圆板。可以有效防止叶片内部杂物进入轮毂。
本发明还提供一种风力发电机组，包括机舱、轮毂罩和叶片，以及以上所述的风力发电机组叶片除冰系统。
优选地，还包括导电滑环，所述导电滑环安装于支架二上，支架二安装于轮毂罩内，所述支架一和支架二为一体。
优选地，还包括安装导电滑环的拔叉支架，所述拔叉支架为管状结构，导电滑环的电缆从所述管状结构中穿过。拨叉支架安装在机舱上，用来固定一通多气滑环的定子侧。
不需要更换滑环指的是不需要更换机组原来的导电滑环，对比文件的除冰方案安装时，需要将加热系统安装到叶片里面，需要新增电源、控制、通信等部件，需要更换原有的导电滑环，造价高。本发明集成式意义就在于设置有一通多气滑环分发热空气至三支叶片，并将原来分散在三支叶片的加热及控制系统集中到了机舱里，成本更低、系统简单、通信控制更可靠、施工方便等，有诸多优点。
优选地，所述机舱与轮毂罩之间设置有轮毂挡风板，轮毂挡风板上开有冷却风通风孔。
轮毂挡风板，采用透明材料制作，设计有进出管道通孔，可以使发电机组的轮毂、叶片内部形成一个相对密闭的空间，实现其内部气流循环加热。
第一技术方案：提供一种风力发电机组，包括机舱、轮毂罩和叶片，以及以上所述的风力发电机组叶片除冰系统；还包括循环吸风管，所述鼓风机和加热装置均安装于所述机舱中，所述轮毂挡风板上还开有入风口和出风口，所述加热装置与所述一通多气滑环之间的管道通过入风口；循环吸风管的一端穿过所述出风口通向轮毂罩内，循环吸风管的另一端与鼓风机连通；所述管道加热器通过加热装置支架安装于机舱侧法兰。
第二技术方案：第二技术方案与第一技术方案不同之处在于，所述鼓风机和加热装置均位于所述轮毂罩中，具体地：提供一种风力发电机组，包括机舱、轮毂罩和叶片，以及以上所述的风力发电机组叶片除冰系统；所述鼓风机和加热装置均位于所述轮毂罩中，所述鼓风机和加热装置通过鼓风机和加热装置安装支架安装于机舱侧法兰。
第三技术方案：第三技术方案与第一、第二技术方案不同之处在于，该风力发电机组的加热装置为管道加热器，具体地：提供一种风力发电机组，包括机舱、轮毂罩和叶片，以及以上所述的风力发电机组叶片除冰系统；还包括循环吸风管，所述鼓风机安装于所述机舱中，所述加热装置为管道加热器；所述轮毂挡风板上还开有入风口和出风口，所述鼓风机与加热装置之间的管道通过入风口；循环吸风管的一端通向轮毂罩内，循环吸风管的另一端与鼓风机连通，所述循环吸风管通过出风口；所述管道加热器通过管道加热器的安装支架安装于机舱侧法兰。
本发明具有以下有益效果：
1）本发明设计了一种一通多气滑环通道结构，可将加热装置产生的热气流通过该装置导引至3支叶片。解决了热气流从机舱接引至叶片的技术难题，相对现有技术，减少了加热装置的数量并将加热装置从叶片内转移到了机舱（或轮毂罩）内，实现了加热和供气装置的集成，设备安全性更高、可维护性更强、成本更低；
2）本发明提供直通的气滑环装置解决了叶片热气流从轮毂至叶片内部的输送，避免叶片在变桨旋转运行时损坏管道（或挡风板）。
3）本发明提出的叶片溢流装置设计了导气及防护装置，使从机舱送往叶片的气流从叶片内溢出，实现低风阻气流循环；可以有效防止叶片内部杂物进入轮毂；
4）本发明设计了一种轮毂挡风板，该装置采用透明材料制作，设计有进出管道通孔，可以使发电机组的轮毂、叶片内部形成一个相对密闭的空间，实现其内部气流循环加热，同时该轮毂挡风板设计的管道通孔可以方便热气输送管道与气流循环管道的通过。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书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是实施例1风力发电机组叶片除冰系统示意图。
图2是一通多气滑环和导电滑环安装结构示意图。
图3是轮毂挡风板结构图结构示意图。
图4是叶根挡板结构示意图。
图5是实施例2风力发电机组示意图。
图6是实施例3风力发电机组示意图。
1为机舱，2为轮毂罩，3为叶片，4为叶片通风管道，5为鼓风机，6为加热装置，6b为管道加热器，7为叶根挡板，8为溢流孔，9为直通的气滑环，10为导电滑环，11为一通多气滑环，12为循环吸风管，13为轮毂挡风板，14为支架一，15为加热装置去往一通多气滑环的管道，16为实施例1加热装置的安装支架，16a为实施例2加热装置的安装支架，17为实施例1鼓风机的安装支架，17a为实施例2鼓风机的安装支架，18为实施例2鼓风机和加热装置安装支架，19为实施例3管道加热器的安装支架，21为一通多气滑环的进风口，22为导电滑环电缆，23为拨叉支架，24为一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道，25为一通多气滑环转子，26为支架二，31为人孔，32为叶根挡板进气孔，33防护网，41为轮毂左半边挡风板，42为轮毂右半边挡风板，43为冷却风通风孔，44入风口，45出风口，46为挡风板固定装置。
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
提供一种风力发电机组叶片除冰系统，所述除冰系统包括鼓风机5、加热装置6、一通多气滑环11和三个叶片通风管道4，一通多气滑环11包括一通多气滑环的进风口21、一通多气滑环转子25和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24；一通多气滑环11的进风口通过管道15与加热装置6出风口连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24分别与叶片通风管道4连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24中分别安装有一个直通的气滑环9；所述一通多气滑环11安装于支架一14上，支架一14安装于轮毂罩2内。
所述一通多气滑环11包括转子部分和定子部分，转子部分包括支架一14、一通多气滑环转子25和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24；定子部分包括一通多气滑环的进风口21。
还包括叶根挡板7，如图3所示，叶根挡板7上开有人孔31、叶根挡板进气孔32和溢流孔8；所述人孔31为维修人出入通道，所述叶片通风管道通过所述叶根挡板进气孔32，所述溢流孔处安装有防护网33。
所述叶根挡板进气孔32的结构为开有很多圆孔的圆板。
实施例2
提供一种风力发电机组，包括机舱1、轮毂罩2、叶片3和叶片除冰系统，所述叶片除冰系统包括鼓风机5、加热装置6、一通多气滑环11和三个叶片通风管道4，一通多气滑环11包括一通多气滑环的进风口21、一通多气滑环转子25和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24；一通多气滑环11的进风口通过管道15与加热装置16出风口连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24与叶片通风管道4连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24中分别安装有一个直通的气滑环9；所述一通多气滑环11安装于支架一14上，支架一14安装于轮毂罩2内。
还包括导电滑环10，所述导电滑环10通过支架二26安装于轮毂内，所述支架一14和支架二26为一体。
还包括安装导电滑环10的拔叉支架23，所述拔叉支架23为管状结构，导电滑环电缆22从所述管状结构中穿过。
还包括叶根挡板7，如图3所示，叶根挡板7上开有人孔31、叶根挡板进气孔32和溢流孔8；所述人孔31为维修人出入通道，所述叶片通风管道通过所述叶根挡板进气孔32，所述溢流孔处安装有防护网33。
所述叶根挡板进气孔32的结构为开有很多圆孔的圆板。
所述机舱1与轮毂罩2之间设置有轮毂挡风板13，轮毂挡风板13上开有冷却风通风孔43。
还包括循环吸风管12，所述鼓风机5和加热装置6均安装于所述机舱1中，所述轮毂挡风板13上还开有入风口44和出风口45，所述加热装置6与所述一通多气滑环11之间的管道通过入风口44；循环吸风管12的一端穿过所述出风口45通向轮毂罩2内，循环吸风管12的另一端与鼓风机5连通。
一通多气滑环11结构分为转子侧和定子侧两部分，其中一通多气滑环转子25、支架一14、支架二26和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道24属于转子部分，在叶片旋转时随轮毂旋转；拨叉支架23、一通多气滑环的进风口21、导电滑环电缆22等为定子侧部分，在叶片旋转时保持静止状态。该装置工作时热风通过定子侧进风口21进入一通多气滑环11并通过3个通风管道24分别送往三支叶片3。
轮毂挡风板13，采用透明材料制作，便于设备维护观察，设计有进出管道通孔（冷却风通风孔43、入风口44和出风口45），可以使发电机组的轮毂、叶片3内部形成一个相对密闭的空间，实现其内部气流循环加热，同时该轮毂挡风板13设计的入风口44和出风口45可以方便热气输送管道与气流循环吸风管的通过。如图4所示，轮毂挡风板13由左右两个半边板组装而成，左右半边板通过上下两个挡风板固定装置46拼装而成。
本实施例所述的风力发电机组主要运行原理为：安装在机舱内的鼓风机5通过循环吸风管12从轮毂抽取的冷空气通过加热装置6加热后，通过一通多气滑环11分配给3支叶片3，每支叶片3分配的热气通过直通的气滑环9经过叶根挡板7和叶片通风管道4吹往叶片叶尖区域，吹往叶片叶尖区域的热气流通过腹板内部空腔返回后，从溢流装置回流到轮毂内并通过循环吸风管12返回鼓风机，实现轮毂及3支叶片内部密封空间内空气的循环加热，实现叶片及轮毂的加热除冰。其中从溢流装置回流到轮毂内的气流为经过叶片叶尖冷却后的气流，冷却气流通过循环吸风管12吸入鼓风机进入下一个循环。
实施例3
本实施例提供一种风力发电机组，本实施例与实施例1不同之处在于，所述鼓风机5和加热装置6均位于所述轮毂罩2中，所述鼓风机5和加热装置6通过鼓风机和加热装置安装支架18安装于机舱侧法兰。因此所述轮毂挡风板13上没有入风口44和出风口45。该发电机组的轮毂、叶片3内部形成一个相对密闭的空间，鼓风机5直接从轮毂罩2内吸取冷却风。
实施例4
本实施例提供一种风力发电机组，本实施例与实施例1及实施例2不同之处在于，所述加热装置为管道加热器6b；所述轮毂挡风板13上还开有入风口44和出风口45，所述鼓风机5与加热装置6之间的管道通过入风口44；循环吸风管13的一端通向轮毂罩2内，循环吸风管12的另一端与鼓风机5连通，所述循环吸风管12通过出风口45；所述管道加热器6b通过管道加热器的安装支架19安装于机舱侧法兰。
本实施例提出的管道型加热装置可以有效降低加热装置重量，提升加热效率。
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包含范围之内。
Claims (10)
1.一种风力发电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述除冰系统包括鼓风机、加热装置、一通多气滑环和三个叶片通风管道，一通多气滑环包括一通多气滑环的进风口、一通多气滑环转子和一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道；一通多气滑环的进风口通过管道与加热装置出风口连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道分别与叶片通风管道连通，一通多气滑环转子侧去往叶片的通风管道中分别安装有一个直通的气滑环；所述一通多气滑环安装于支架一上，支架一安装于轮毂罩内。
2.根据权利要求1所述风力发电机组叶片除冰系统，其特征在于，还包括叶根挡板，叶根挡板上开有人孔、叶根挡板进气孔和溢流孔；所述人孔为维修人出入通道，所述叶片通风管道通过所述叶根挡板进气孔，所述溢流孔处安装有防护网。
3.根据权利要求2所述风力发电机组叶片除冰系统，其特征在于，所述叶根挡板进气孔的结构为开有很多圆孔的圆板。
4.一种风力发电机组，包括机舱、轮毂罩和叶片，其特征在于，还包括权利要求1～3任一项所述的风力发电机组叶片除冰系统。
5.根据权利要求4所述风力发电机组，其特征在于，还包括导电滑环，所述导电滑环安装于支架二上，支架二安装于轮毂罩内，所述支架一和支架二为一体。
6.根据权利要求5所述风力发电机组，其特征在于，还包括安装导电滑环的拔叉支架，所述拔叉支架为管状结构，导电滑环的电缆从所述管状结构中穿过。
7.根据权利要求4所述风力发电机组，其特征在于，所述机舱与轮毂罩之间设置有轮毂挡风板，轮毂挡风板上开有冷却风通风孔。
8.根据权利要求7所述风力发电机组，其特征在于，还包括循环吸风管，所述鼓风机和加热装置均安装于所述机舱中，所述轮毂挡风板上还开有入风口和出风口，所述加热装置与所述一通多气滑环之间的管道通过入风口；循环吸风管的一端穿过所述出风口通向轮毂罩内，循环吸风管的另一端与鼓风机连通。
9.根据权利要求7所述风力发电机组，其特征在于，所述鼓风机和加热装置均位于所述轮毂罩中，所述鼓风机和加热装置通过鼓风机和加热装置安装支架安装于机舱侧法兰。
10.根据权利要求7所述风力发电机组，其特征在于，还包括循环吸风管，所述鼓风机安装于所述机舱中，所述加热装置为管道加热器；所述轮毂挡风板上还开有入风口和出风口，所述鼓风机与加热装置之间的管道通过入风口；循环吸风管的一端通向轮毂罩内，循环吸风管的另一端与鼓风机连通，所述循环吸风管通过出风口；所述管道加热器通过管道加热器的安装支架安装于机舱侧法兰。
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