CN112943567A - 一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统及其工作方法 - Google Patents

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杨博宇
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Abstract

本发明公开的一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统及其工作方法，属于风力发电技术领域。包括加热器出口管道、前缘第一导热管、前缘第二导热管、前缘挡板、后缘挡板、后缘导热管、送风机和加热器。前缘第一导热管通过肋片的加装，可以合理调节叶片不同位置处除冰气流的换热面积，实现除冰气流热量的合理分布；通过前缘多层导热管的布置，合理分配沿弦长方向的除冰气流热量；通过后缘端导热管，实现了除冰工质的内部循环，极大程度降低了系统能耗。本发明优化了除冰系统的传热特性，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性。

Description

一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统及其工作方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统及其工作方法。
背景技术
许多地区的风力发电机在冬天极易发生结冰现象。叶片一旦发生结冰，会严重影响叶片运行的安全性，而由于结冰导致的停机会给风场带来额外的经济损失。目前，市场化程度较高的叶片除冰方法为气热除冰法，但是目前采用的气热除冰法较为粗放，传热设计不合理，未能考虑到热量分布与结冰分布的匹配度，因此会导致整个系统的传热效率较低，能耗较大。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统及其工作方法，优化了除冰系统的传热特性，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
本发明公开了一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，包括加热器出口管道、前缘第一导热管、前缘第二导热管、前缘挡板、后缘挡板、后缘导热管、送风机和加热器；
前缘挡板分别与叶片前缘和腹板连接，前缘挡板上开设有前缘第一导热管接口和前缘第二导热管接口；第一后缘挡板分别与叶片后缘和腹板连接，第一后缘挡板上开设有后缘导热管接口；后缘导热管的一端与后缘导热管接口连接，另一端与送风机连接，送风机与加热器连接；加热器出口管道的一端与加热器连接，另一端分别与前缘第一导热管和前缘第二导热管连接；前缘第一导热管靠近叶片前缘设置，并连接至前缘第一导热管接口；前缘第一导热管上设有肋片；前缘第二导热管位于前缘第一导热管和腹板之间，并连接至前缘第二导热管接口；前缘第二导热管上设有阀门，叶片前缘上设有叶片前缘测温仪，腹板上设有腹板测温仪，叶尖上设有叶尖测温仪。
优选地，前缘第一导热管和前缘第二导热管分别位于叶片前缘与腹板之间的三等分位置处。
优选地，加热器出口管道的长度为2～3m。
优选地，肋片为环形肋片。
优选地，肋片的布置密度沿叶根至前缘挡板递增。
优选地，肋片的高度为前缘第一导热管直径的50％～100％。
优选地，肋片的截面为矩形、三角形或双曲线形。
优选地，前缘第一导热管、前缘第二导热管和后缘导热管的管径相等。
本发明公开的上述具有肋片式风机叶片除冰管路的系统的工作方法，包括：风机叶片需要进行加热时，送风机产生的除冰气流经加热器加热后进入加热器出口管道，流经前缘第一导热管和/或前缘第二导热管时与叶片前缘进行换热，然后进入前缘挡板、后缘挡板、腹板和叶片前缘形成的腔室中与叶尖进行换热，最后绕过叶尖进入后缘导热管与叶片后缘进行换热，最终回到送风机开始下一循环；
当叶尖测温仪测量得到的叶尖温度小于第一预设温度时，提高加热器的功率，直至叶尖温度高于第一预设温度；当叶片前缘测温仪测量得到的叶片前缘温度高出腹板测温仪测量得到的腹板温度超过第二预设温度时，增加阀门的开度，加大前缘第二导热管内部的除冰气流流量，直至叶片前缘温度与腹板温度的温度差在第二预设温度之内。
优选地，第一预设温度为3℃，第二预设温度为5℃。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明公开的一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，一方面，沿着叶片展向，在导热管外部加装环形肋片，增加导热管与风机叶片表面的换热面积。另一方面，沿着叶片的弦长方向，布置多层导热管，使得沿着叶片弦长方向的热量分布均匀，减少叶片表面的热应力。多层导热管内部的除冰气流流量能够通过阀门进行调节，并且在叶片沿展向和弦长方向布置多个温度测点，实时测量叶片展向和弦长方向的温度。并通过加热器和阀门，及时调节除冰气流温度和各导热管内部的气流流量分配，保证除冰效果的同时避免叶片内部热应力过大。前缘导热管与前缘挡板相接，形成单向流动回路，避免气流逆向流动。此外，在叶片的后缘与腹板形成的腔室中，同样设置后缘挡板，使得气流重新进入腔室中的后缘导热管中。经后缘腔室导热管导出的除冰气流经送风机送入加热器重新加热，并再次送入叶片进行除冰，实现除冰气流的内部循环，极大程度降低了能耗。通过肋片的加装，可以合理调节叶片不同位置处除冰气流的换热面积，实现除冰气流热量的合理分布；通过前缘多层导热管的布置，合理分配沿弦长方向的除冰气流热量；通过后缘端导热管，实现了除冰工质的内部循环，极大程度降低了系统能耗。
进一步地，前缘第一导热管和前缘第二导热管均匀分布在叶片前缘与腹板之间，能够避免沿着叶片弦长方向的温度不均。
进一步地，肋片的布置密度沿叶根至前缘挡板递增，一般来说，由于越靠近叶尖的方向，气流温度越低，传热温差越小，传热效果越差，因此肋间距离需要布置的较小，保证单位长度内足够的传热面积，从而确保在靠近叶尖处的传热效果。
进一步地，肋片的高度为前缘第一导热管直径的50％～100％，能够同时保证加热范围和加热效果。
进一步地，肋片的截面为矩形、三角形或双曲线形，能够根据实际的换热量进行选型。
进一步地，前缘第一导热管、前缘第二导热管和后缘导热管的管径相等，便于制造和安装的同时，易于调节控制内部的除冰气流。
本发明公开的上述具有肋片式风机叶片除冰管路的系统的工作方法，自动化程度高，优化了除冰系统的传热特性，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性，具有良好的应用前景。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为前缘第一导热管的纵向剖面图。
图中：1-加热器出口管道；2-阀门；3-前缘第二导热管；4-前缘第一导热管；401-导热管内壁；402-肋片；5-叶片前缘；6-叶片前缘测温仪；7-前缘挡板；8-叶尖测温仪；9-后缘挡板；10-后缘导热管；11-腹板测温仪；12-腹板；13-叶片后缘；14-叶根；15-送风机；16-加热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
在已有的技术方案中，风机热鼓风除冰通过圆柱形导热管将热空气送入叶片，并进行换热。由于圆柱形导热管截面不随叶片内部位置变化，除冰气流的换热面积无法调节，从而导致除冰气流与叶片之间的换热量不可控。肋片是有效增加换热面积的方法，通过合理布置肋片，可以调整除冰气流在叶片内部不同位置处与叶片之间进行换热的换热面积。
如图1，为本发明的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，包括加热器出口管道1、前缘第一导热管4、前缘第二导热管3、前缘挡板7、后缘挡板9、后缘导热管10、送风机15和加热器16。
前缘挡板7分别与叶片前缘5和腹板12连接，前缘挡板7上开设有前缘第一导热管接口和前缘第二导热管接口；第一后缘挡板9分别与叶片后缘13和腹板12连接，第一后缘挡板9上开设有后缘导热管接口；后缘导热管10的一端与后缘导热管接口连接，另一端与送风机15连接，送风机15与加热器16连接；加热器出口管道1的一端与加热器16连接，另一端分别与前缘第一导热管4和前缘第二导热管3连接；前缘第一导热管4靠近叶片前缘5设置，并连接至前缘第一导热管接口；前缘第一导热管4上设有肋片402；前缘第二导热管3位于前缘第一导热管4和腹板12之间，并连接至前缘第二导热管接口；前缘第二导热管3上设有阀门2，叶片前缘5上设有叶片前缘测温仪6，腹板12上设有腹板测温仪11，叶尖上设有叶尖测温仪8。
在本发明的一个的实施例中，前缘第二导热管3和后缘导热管10上也设有肋片。
在本发明的一个较优的实施例中，前缘第一导热管4和前缘第二导热管3分别位于叶片前缘5与腹板12之间的三等分位置处。
在本发明的一个较优的实施例中，加热器出口管道1的长度为2～3m。即三通的位置与叶根14的距离为2～3m。
如图2，前缘第一导热管4的导热管内壁401内径为D，肋片高度为h，肋间距为l。在本发明的一个较优的实施例中，肋片402为环形肋片。
在本发明的一个较优的实施例中，肋片402的布置密度沿叶根14至前缘挡板7递增。在靠近加热器16出口，即靠近叶根14处，肋间距离l较大；随着距离叶根14的距离边缘，肋间距离l逐渐减少，肋片402分布变密。当距离叶尖的距离越远，除冰气流的温度越低，与叶片之间的传热温差越低，传热效果越差。因此，增加肋片的布置密度可在此条件下弥补由于除冰气流温度降低带来的传热效果下降。
在本发明的一个较优的实施例中，肋片402的高度为前缘第一导热管4直径的50％～100％。
在本发明的一个较优的实施例中，肋片402的截面为矩形、三角形或双曲线形。不同的形状，其换热量存在差异，设计和制造成本也不同，可以根据实际需求进行选型。
在本发明的一个较优的实施例中，前缘第一导热管4、前缘第二导热管3和后缘导热管10的管径相等。
上述具有肋片式风机叶片除冰管路的系统的工作方法，包括：
风机叶片需要进行加热时，送风机15产生的除冰气流经加热器16加热后进入加热器出口管道1，流经前缘第一导热管4和/或前缘第二导热管3时与叶片前缘进行换热，然后进入前缘挡板7、后缘挡板9、腹板12和叶片前缘形成的腔室中与叶尖进行换热，最后绕过叶尖进入后缘导热管10与叶片后缘进行换热，最终回到送风机15开始下一循环；传热介质可以选择空气、氮气、氩气等，优先选用导热系数大、传热性能好的介质。
当叶尖测温仪8测量得到的叶尖温度小于第一预设温度时，提高加热器16的功率，直至叶尖温度高于第一预设温度；当叶片前缘测温仪6测量得到的叶片前缘温度高出腹板测温仪11测量得到的腹板温度超过第二预设温度时，增加阀门2的开度，加大前缘第二导热管3内部的除冰气流流量，直至叶片前缘温度与腹板温度的温度差在第二预设温度之内。
一般的，第一预设温度为3℃，第二预设温度为5℃。
以上所述，仅为本发明实施方式中的部分，本发明中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本发明的内容，以便于更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。

Claims (10)

1.一种具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，包括加热器出口管道(1)、前缘第一导热管(4)、前缘第二导热管(3)、前缘挡板(7)、后缘挡板(9)、后缘导热管(10)、送风机(15)和加热器(16)；
前缘挡板(7)分别与叶片前缘(5)和腹板(12)连接，前缘挡板(7)上开设有前缘第一导热管接口和前缘第二导热管接口；第一后缘挡板(9)分别与叶片后缘(13)和腹板(12)连接，第一后缘挡板(9)上开设有后缘导热管接口；后缘导热管(10)的一端与后缘导热管接口连接，另一端与送风机(15)连接，送风机(15)与加热器(16)连接；加热器出口管道(1)的一端与加热器(16)连接，另一端分别与前缘第一导热管(4)和前缘第二导热管(3)连接；前缘第一导热管(4)靠近叶片前缘(5)设置，并连接至前缘第一导热管接口；前缘第一导热管(4)上设有肋片(402)；前缘第二导热管(3)位于前缘第一导热管(4)和腹板(12)之间，并连接至前缘第二导热管接口；前缘第二导热管(3)上设有阀门(2)，叶片前缘(5)上设有叶片前缘测温仪(6)，腹板(12)上设有腹板测温仪(11)，叶尖上设有叶尖测温仪(8)。
2.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，前缘第一导热管(4)和前缘第二导热管(3)分别位于叶片前缘(5)与腹板(12)之间的三等分位置处。
3.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，加热器出口管道(1)的长度为2～3m。
4.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，肋片(402)为环形肋片。
5.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，肋片(402)的布置密度沿叶根(14)至前缘挡板(7)递增。
6.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，肋片(402)的高度为前缘第一导热管(4)直径的50％～100％。
7.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，肋片(402)的截面为矩形、三角形或双曲线形。
8.根据权利要求1所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统，其特征在于，前缘第一导热管(4)、前缘第二导热管(3)和后缘导热管(10)的管径相等。
9.根据权利要求1～8任意一项所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统的工作方法，其特征在于，包括：
风机叶片需要进行加热时，送风机(15)产生的除冰气流经加热器(16)加热后进入加热器出口管道(1)，流经前缘第一导热管(4)和/或前缘第二导热管(3)时与叶片前缘进行换热，然后进入前缘挡板(7)、后缘挡板(9)、腹板(12)和叶片前缘形成的腔室中与叶尖进行换热，最后绕过叶尖进入后缘导热管(10)与叶片后缘进行换热，最终回到送风机(15)开始下一循环；
当叶尖测温仪(8)测量得到的叶尖温度小于第一预设温度时，提高加热器(16)的功率，直至叶尖温度高于第一预设温度；当叶片前缘测温仪(6)测量得到的叶片前缘温度高出腹板测温仪(11)测量得到的腹板温度超过第二预设温度时，增加阀门(2)的开度，加大前缘第二导热管(3)内部的除冰气流流量，直至叶片前缘温度与腹板温度的温度差在第二预设温度之内。
10.根据权利要求9所述的具有肋片式风机叶片除冰管路的系统的工作方法，其特征在于，第一预设温度为3℃，第二预设温度为5℃。
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