CN113623149B - 一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统，包括风电叶片、叶尖联箱、回水融冰管、回水联箱、叶片回水管、给水融冰管、给水联箱、叶片给水管、机舱、旋转套筒、密封垫片、回水室、回水管、回水室排水管、回水室排水阀、给水室、给水管、给水室排水管、给水室排水阀、塔架、三通、给水调节阀、水箱给水管、给水回水阀、给水泵、给水回水管、储水箱、加热器、电源、温度传感器、回水阀和控制器。本发明能够在不影响风电叶片转动的情况下，利用少部分水结冰时释放的凝固潜热来融化风电叶片表面的冰层，融冰效率更高，系统放热量可调，适应工况范围广，散热现象较弱，节能环保，便于大规模推广应用。
Description
技术领域
本发明涉及风电叶片融冰领域，特别是涉及一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统。
背景技术
在我国北部地区，人们会把大白菜放在地窖中储存，还要往地窖中放置几桶水，利用水凝固时释放的潜热来维持地窖中的温度，以免冻坏白菜。同理，水凝固时释放的潜热也可以用于风力发电机叶片除冰。风力发电机在寒冷条件下工作可能会出现叶片结冰问题，严重降低了风电叶片的发电效率、响应特性和使用寿命。目前，大部分风力发电叶片融冰系统均采用热水除冰，由于水的比热容仅为4.2kJ/(kg·℃)，利用水的显热融化冰层存在效率低下和耗时漫长的缺点，而且热水与环境之间温差较大，不利于保温，大量热量逸散到环境中，造成能源的浪费。然而，水的凝固潜热为332.7kJ/(kg·℃)，约为比热容的80倍，若将接近0℃的冷水送入表面覆有冰层的风电叶片，叶片内的低温环境使得少量液态水凝结成冰渣，期间释放大量凝固潜热，快速高效地融化叶片表面的冰层，而且因为冰渣体积较小，不会堵塞管道，保证了管道的流通性，此外，冷水与外界环境之间的温差较小，散热现象较弱。综上所述，采用冷水的凝固潜热融化风电叶片表面的冰层具有高效节能的优点，一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统成为本领域的迫切需求之一。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，能够利用水的凝固潜热去除风电叶片表面附着的冰层。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，包括风电叶片a111、风电叶片b222、风电叶片c333、叶尖联箱2、回水融冰管a31、回水融冰管b32、回水联箱4、叶片回水管5、给水融冰管a61、给水融冰管b62、给水联箱7、叶片给水管8、机舱9、机舱回水口91、机舱给水口92、旋转套筒10、回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105、给水口c106、环形挡板a1071、环形挡板b1072、环形挡板c1073、回水腔108、给水腔109、密封垫片11、垫片回水口112、垫片给水口113、回水室12、回水管a121、回水室排水管122、回水室排水阀123、回水管b124、给水室13、给水管a131、给水室排水管132、给水室排水阀133、给水管b134、塔架14、三通15、给水调节阀16、水箱给水管17、给水回水阀18、给水泵19、给水回水管20、储水箱21、加热器22、电源23、温度传感器24、回水阀25和控制器26。其中，旋转套筒10上设有回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105、给水口c106、环形挡板a1071、环形挡板b1072、环形挡板c1073、回水腔108和给水腔109。机舱9顶部设有机舱回水口91和机舱给水口92两个通孔。密封垫片11顶部设有垫片回水口112和垫片给水口113两个通孔。以风电叶片a111为例，叶尖联箱2、回水融冰管a31、回水融冰管b32、回水联箱4、叶片回水管5、给水融冰管a61、给水融冰管b62、给水联箱7和叶片给水管8均内置于风电叶片a111中，回水融冰管a31和回水融冰管b32的两端分别与叶尖联箱2和回水联箱4焊接相连，给水融冰管a61和给水融冰管b62的两端分别与叶尖联箱2和给水联箱7焊接相连。叶片回水管5的两端分别与回水联箱4和旋转套筒10上的回水口a101焊接相连，叶片给水管8的两端分别与给水联箱7和旋转套筒10上的给水口a104焊接相连。风电叶片b222和风电叶片c333内部的各部件及其位置与风电叶片a111完全相同，其中，风电叶片b222中的叶片回水管5的两端分别与风电叶片b222中的回水联箱4和旋转套筒10上的回水口b102焊接相连，风电叶片b222中的叶片给水管8的两端分别与风电叶片b222中的给水联箱7和旋转套筒10上的给水口b105焊接相连，风电叶片c333中的叶片回水管5的两端分别与风电叶片c333中的回水联箱4和旋转套筒10上的回水口c103焊接相连，风电叶片c333中的叶片给水管8的两端分别与风电叶片c333中的给水联箱7和旋转套筒10上的给水口c106焊接相连。密封垫片11套在机舱9外侧，与机舱9之间通过胶粘固定，避免密封垫片11和机舱9之间发生相对运动；旋转套筒10套在密封垫片11外侧，旋转套筒10可以与密封垫片11之间发生相对运动，因此，旋转套筒10可以随着风电叶片a111的转动而转动。回水室12和给水室13内置于机舱9中。回水室排水管122的一端与回水室12焊接相连，回水室排水管122的另外一端通向机舱9外部，回水室排水管122位于机舱9外的部分设有回水室排水阀123；给水室排水管132的一端与给水室13焊接相连，给水室排水管132的另一端通向机舱9外部，给水室排水管132位于机舱9外的部分设有给水室排水阀133。回水管a121的一侧与回水室12焊接相连，回水管a121的另一侧伸入塔架14中，经过逆止阀25与储水箱21焊接相连；给水管a131的两端分别与给水室13和三通15焊接相连；回水管b124的两端分别与机舱9和回水室12焊接相连；给水管b134的两端分别与机舱9和给水室13焊接相连；三通15通过焊接将给水管a131的下端、水箱给水管17的上端和给水回水管20的上端连接起来；水箱给水管17的上端自上而下设有给水调节阀16和给水泵19，水箱给水管17的下端与储水箱21焊接相连；给水回水管20的下端通过给水回水阀18与储水箱21焊接相连；储水箱21位于塔架14中，储水箱21的内部含有温度传感器24和加热器22，其中，加热器22与电源23相连；控制器26分别与温度传感器24、电源23、回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18、逆止阀25和给水泵19相连。
以所述风电叶片a111为例，叶尖联箱2、回水联箱4和给水联箱7的中心轴线均与风电叶片a111的下边缘平行；从风电叶片a111的正面看，回水融冰管a31和回水融冰管b32的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，回水融冰管a31、回水融冰管b32、叶尖联箱2和回水联箱4的中心轴线共同构成一个梯形，同样，给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，给水融冰管a61、给水融冰管b62、叶尖联箱2和给水联箱7的中心轴线共同构成一个梯形，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值可以按照用户需求自行设定，本专利推荐为15°；叶片回水管5和叶片给水管8的中心轴线均与风电叶片a111的中心轴线重合。从风电叶片a111的侧面看，回水融冰管b32和给水融冰管b62的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，同理，回水融冰管a31和给水融冰管a61的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值可以按照用户需求自行设定，本专利推荐为5°；叶片回水管5和叶片给水管8的中心轴线均与风电叶片a111的中心轴线平行，并且沿着风电叶片a111的中心轴线对称分布。风电叶片b222和风电叶片c333内各部件的尺寸和位置与风电叶片a111完全相同。
所述回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的内径一致；叶片回水管5和叶片给水管8的内径一致而且均为回水融冰管a31内径的
倍；回水管a121、回水管b124、给水管a131、给水管b134、水箱给水管17和给水回水管20的内径一致而且为叶片回水管5内径的
倍，保证回水管a121、回水管b124、给水管a131、给水管b134、水箱给水管17和给水回水管20的流通截面积均为叶片回水管5流通截面积的3倍；回水联箱4和给水联箱7尺寸相同，叶尖联箱2的容积与回水联箱4的相等。
所述旋转套筒10可以跟随风电叶片a111旋转，旋转套筒10的主体部分为一个圆柱形套筒，其两端分别设有环形挡板a1071和环形挡板c1073，中间设有环形挡板b1072，其中，环形挡板a1071和环形挡板b1072之间为回水腔108，环形挡板c1073和环形挡板b1072之间为给水腔109；环形挡板a1071、环形挡板c1073和环形挡板b1072的内径与密封垫片11的外径相同；回水腔108的中间布置了回水口a101、回水口b102和回水口c103，回水口a101、回水口b102和回水口c103绕旋转套筒10外壁依次间隔120°均匀分布；给水腔109的中间布置了给水口a104、给水口b105和给水口c106，给水口a104、给水口b105和给水口c106绕旋转套筒10外壁依次间隔120°均匀分布；其中，回水口a101和给水口a104的中心轴线位于同一条母线上，回水口b102和给水口b105的中心轴线位于同一条母线上，回水口c103和给水口c106的中心轴线位于同一条母线上；回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105和给水口c106的内径均与叶片回水管5和叶片给水管8的内径相等。回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105和给水口c106能在风力发电机运行的情况下令融冰水流经风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333，完成风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面的除冰工作。
所述密封垫片11的长度与旋转套筒10的长度相等；密封垫片11顶部设有垫片回水口112和垫片给水口113两个通孔；机舱9顶部设有机舱回水口91和机舱给水口92两个通孔；其中，垫片回水口112和机舱回水口91的中心轴线完全重合，垫片回水口112和机舱回水口91的中心轴线均与旋转套筒10上的回水口a101、回水口b102和回水口c103的中心轴线位于同一平面上；垫片给水口113和机舱给水口92的中心轴线完全重合，垫片给水口113和机舱给水口92的中心轴线均与旋转套筒10上的给水口a104、给水口b105和给水口c106的中心轴线位于同一平面上；机舱回水口91、机舱给水口92、垫片回水口112和垫片给水口113的内径均与叶片回水管5和叶片给水管8的内径相等。
所述回水室12和给水室13均为一个直径与机舱9内径相同的半圆柱形储水箱，回水室12和给水室13的长度相等。
所述控制器26根据温度传感器24调节电源23接通或是断开，进而控制加热器22的运行与停止，维持储水箱21中水的温度始终为4℃；电源23也可以手动打开或者关闭。
所述回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18、逆止阀25和给水泵19的工作状态均可由控制器26控制，其中，回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18和逆止阀25的导通或断开也可以进行手动调节。
所述旋转套筒10、回水室12、回水管a121、回水室排水管122、回水管b124、给水室13、给水管a131、给水室排水管132、给水管b134、三通15、水箱给水管17、给水回水管20和储水箱21外部都包覆有保温层，减少工质与环境之间的换热。
当风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面结冰后，手动或使用控制器26接通电源23，加热器22开始工作，温度传感器24将储水箱21内的水温反馈给控制器26，控制器26根据温度传感器24传入的温度信号控制电源23的通断，保持储水箱21内的水温为4℃。接着，手动或者通过控制器26控制给水泵19、给水调节阀16和给水回水阀18的运行工况，运送适量的工质流经给水管a131进入给水室13，再依次通过给水管b134、机舱给水口92和垫片给水口113进入给水腔109，经由给水口a104、给水口b105和给水口c106分别进入转动中的风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333。以风电叶片a111为例，融冰水，即工质从给水口a104进入叶片给水管8，汇入给水联箱7中，沿着给水融冰管a61和给水融冰管b62到达叶尖联箱2，然后顺着回水融冰管a31和回水融冰管b32流入回水联箱4，经由叶片回水管5、回水口a101、回水腔108、垫片回水口112、机舱回水口91和回水管b124流入回水室12。同样，风电叶片b222和风电叶片c333中的融冰水也会流入回水室12。回水室12中的融冰水沿着回水管a121，通过逆止阀25，最终回到储水箱21，完成风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面的除冰工作。进入风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333内部的融冰水流量越大，能够凝结放热的水越多，融冰能力越强，用户可以根据风电叶片a111表面冰层的厚度，手动或使用控制器26改变给水泵19的出力与给水调节阀16和给水回水阀18的开度，自行调节进入风电叶片a111内部的融冰水流量。逆止阀25的作用是防止储水箱21中的工质回流入回水管a121。
当风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面的冰层全部融化后，手动或通过控制器26关闭给水泵19和给水调节阀16，打开给水回水阀18。以风电叶片a111为例，叶尖联箱2内的融冰水一部分通过回水融冰管a31与回水融冰管b32回流到回水联箱4中，再依次通过叶片回水管5、回水口a101、回水腔108、垫片回水口112、机舱回水口91和回水管b124流入回水室12，另一部分从给水融冰管a61和给水融冰管b62流入给水联箱7中，再依次通过叶片给水管8、给水口a104、垫片给水口113、机舱给水口92和给水管b134回到给水室13。风电叶片b222和风电叶片c333内部的工质以同样的方式流入回水室12和给水室13中。回水室12中的大部分水依次通过回水管a121和逆止阀25回到储水箱21中，剩余少量无法回流的水可以在手动或使用控制器26打开回水室排水阀123后经由回水室排水管122排出到风力发电机外部的环境中。给水室13中的大部分水依次流经给水管a131、三通15、给水回水阀18和给水回水管20进入储水箱21，剩余少量无法回流的水可以在手动或使用控制器26打开给水室排水阀133后经由给水室排水管132排出到风力发电机外部的环境中。
本发明的有益效果是：
本发明一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，能够在不影响风电叶片转动的情况下将接近0℃的融冰水送入风电叶片内部，利用少部分的水在低温环境中结冰时释放的大量凝固水潜热来融化风电叶片表面的冰层，与常规的热水融冰方式相比，融冰效率更高，还能够方便快捷地调节系统放热量，适应工况范围广，另外，融冰水与环境之间的温差更小，散热现象较弱，节能环保，便于大规模推广应用。
附图说明
图1为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的风电叶片主视图。
图2为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的风电叶片后视图。
图3为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的风电叶片右视图。
图4为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的风力发电机外观示意图。
图5为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的旋转套筒三维视图。
图6为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的密封垫片三维视图。
图7为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的机舱三维视图。
图8为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的机舱剖面图。
图9为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的机舱A-A截面剖视图。
图10为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的塔架剖面图。
图11为本发明一种利用水潜热的风力发电叶片高效融冰系统的控制器连接示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明为一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，包括风电叶片a111、风电叶片b222、风电叶片c333、叶尖联箱2、回水融冰管a31、回水融冰管b32、回水联箱4、叶片回水管5、给水融冰管a61、给水融冰管b62、给水联箱7、叶片给水管8、机舱9、机舱回水口91、机舱给水口92、旋转套筒10、回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105、给水口c106、环形挡板a1071、环形挡板b1072、环形挡板c1073、回水腔108、给水腔109、密封垫片11、垫片回水口112、垫片给水口113、回水室12、回水管a121、回水室排水管122、回水室排水阀123、回水管b124、给水室13、给水管a131、给水室排水管132、给水室排水阀133、给水管b134、塔架14、三通15、给水调节阀16、水箱给水管17、给水回水阀18、给水泵19、给水回水管20、储水箱21、加热器22、电源23、温度传感器24、回水阀25和控制器26。
作为本发明的优选实施方式，如图1所示，以风电叶片a111为例，叶尖联箱2、回水融冰管a31、回水融冰管b32、回水联箱4和叶片回水管5内置于风电叶片a111中，其中，叶尖联箱2、回水联箱4和给水联箱7的中心轴线均与风电叶片a111的下边缘平行。回水融冰管a31和回水融冰管b32的两端分别与叶尖联箱2和回水联箱4焊接相连，叶片回水管5的两端分别与回水联箱4和旋转套筒10上的回水口a101焊接相连。从风电叶片a111的正面看：回水融冰管a31和回水融冰管b32的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，回水融冰管a31、回水融冰管b32、叶尖联箱2和回水联箱4的中心轴线共同构成一个梯形，增加了水管结构的稳定性。此外，叶尖联箱2和回水联箱4的中心轴线均与风电叶片a111的下边缘平行，叶片回水管5的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线重合。风电叶片b222和风电叶片c333内部的各部件及其位置和尺寸与风电叶片a111相同，其中，风电叶片b222中的叶片回水管5的两端分别与风电叶片b222中的回水联箱4和旋转套筒10上的回水口b102焊接相连，风电叶片c333中的叶片回水管5的两端分别与风电叶片c333中的回水联箱4和旋转套筒10上的回水口c103焊接相连。
如图2所示，以风电叶片a111为例，叶尖联箱2、给水融冰管a61、给水融冰管b62、给水联箱7和叶片给水管8内置于风电叶片a111中，给水融冰管a61和给水融冰管b62的两端分别与叶尖联箱2和给水联箱7焊接相连，叶片给水管8的两端分别与给水联箱7和旋转套筒10上的给水口a104焊接相连。给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，给水融冰管a61、给水融冰管b62、叶尖联箱2和给水联箱7的中心轴线共同构成一个梯形。此外，给水联箱7的中心轴线与风电叶片a111的下边缘平行，叶片回水管8的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线重合。风电叶片b222和风电叶片c333内部的各部件及其位置和尺寸与风电叶片a111相同，其中，风电叶片b222中的叶片给水管8的两端分别与风电叶片b222中的给水联箱7和旋转套筒10上的给水口b105焊接相连，风电叶片c333中的叶片给水管8的两端分别与风电叶片c333中的给水联箱7和旋转套筒10上的给水口c106焊接相连。
结合图1和图2，从风电叶片a111的正面和背面看，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值可以按照用户需求自行设定，本专利推荐为15°。风电叶片b222和风电叶片c333内各部件的尺寸和位置与风电叶片a111完全相同。
如图3所示，从风电叶片a111的右侧面看，回水融冰管b32和给水融冰管b62的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，同理，回水融冰管a31和给水融冰管a61的中心轴线沿风电叶片a111的中心轴线对称分布，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的中心轴线与风电叶片a111的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值可以按照用户需求自行设定，本专利推荐为5°。叶片回水管5和叶片给水管8的中心轴线均与风电叶片a111的中心轴线平行，并且沿着风电叶片a111的中心轴线对称分布。风电叶片b222和风电叶片c333内各部件的尺寸和位置与风电叶片a111完全相同。
如图4所示，风力发电机整体由风电叶片a111、风电叶片b222、风电叶片c333、机舱9和塔架14构成。风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333依次间隔120°均匀分布于机舱9表面。
如图5所示，旋转套筒10上设有回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105、给水口c106、环形挡板a1071、环形挡板b1072、环形挡板c1073、回水腔108和给水腔109。旋转套筒10可以跟随风电叶片a111旋转，旋转套筒10的主体部分为一个圆柱形套筒，其两端分别设有环形挡板a1071和环形挡板c1073，中间设有环形挡板b1072，其中，环形挡板a1071和环形挡板b1072之间为回水腔108，环形挡板c1073和环形挡板b1072之间为给水腔109；环形挡板a1071、环形挡板c1073和环形挡板b1072的内径与密封垫片11的外径相同；回水腔108的中间布置了回水口a101、回水口b102和回水口c103，回水口a101、回水口b102和回水口c103绕旋转套筒10外壁依次间隔120°均匀分布；给水腔109的中间布置了给水口a104、给水口b105和给水口c106，给水口a104、给水口b105和给水口c106绕旋转套筒10外壁依次间隔120°均匀分布；其中，回水口a101和给水口a104的中心轴线位于同一条母线上，回水口b102和给水口b105的中心轴线位于同一条母线上，回水口c103和给水口c106的中心轴线位于同一条母线上；回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105和给水口c106的内径均与叶片回水管5和叶片给水管8的内径相等。回水口a101、回水口b102、回水口c103、给水口a104、给水口b105和给水口c106能在风力发电机运行的情况下令融冰水流经风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333，完成风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面的除冰工作。
如图6所示，机舱9顶部设有机舱回水口91和机舱给水口92两个通孔。
如图7所示，密封垫片11的长度与旋转套筒10的长度相等。密封垫片11顶部设有垫片回水口112和垫片给水口113两个通孔。
结合图5、图6和图7，垫片回水口112和机舱回水口91的中心轴线完全重合，垫片回水口112和机舱回水口91的中心轴线均与旋转套筒10上的回水口a101、回水口b102和回水口c103的中心轴线位于同一平面上。垫片给水口113和机舱给水口92的中心轴线完全重合，垫片给水口113和机舱给水口92的中心轴线均与旋转套筒10上的给水口a104、给水口b105和给水口c106的中心轴线位于同一平面上。机舱回水口91、机舱给水口92、垫片回水口112和垫片给水口113的内径均与叶片回水管5和叶片给水管8的内径相等。
如图8所示，密封垫片11套在机舱9外侧，与机舱9之间通过胶粘固定，避免密封垫片11和机舱9之间发生相对运动；旋转套筒10套在密封垫片11外侧，旋转套筒10可以与密封垫片11之间发生相对运动，因此，旋转套筒10可以随着风电叶片a111的转动而转动。回水室12和给水室13内置于机舱9中，回水室12和给水室13均为一个直径与机舱9内径相同的半圆柱形储水箱，回水室12和给水室13的长度相等。回水室排水管122的一端与回水室12焊接相连，回水室排水管122的另外一端通向机舱9外部，回水室排水管122位于机舱9外的部分设有回水室排水阀123；给水室排水管132的一端与给水室13焊接相连，给水室排水管132的另一端通向机舱9外部，给水室排水管132位于机舱9外的部分设有给水室排水阀133。回水管b124的两端分别与机舱9和回水室12焊接相连；给水管b134的两端分别与机舱9和给水室13焊接相连。
如图9所示，回水室12和给水室13的截面均为半圆形，二者扣在一起，可以形成一个完整的圆形，其直径等于机舱9的内径。
结合图8和图10可知，回水管a121的一侧与回水室12焊接相连，回水管a121的另一侧伸入塔架14中，经过逆止阀25与储水箱21焊接相连；给水管a131的两端分别与给水室13和三通15焊接相连。三通15通过焊接将给水管a131的下端、水箱给水管17的上端和给水回水管20的上端连接起来。水箱给水管17的上端自上而下设有给水调节阀16和给水泵19，水箱给水管17的下端与储水箱21焊接相连。给水回水管20的下端通过给水回水阀18与储水箱21焊接相连；储水箱21位于塔架14中，储水箱21的内部含有温度传感器24和加热器22，其中，加热器22与电源23相连。
如图11所示，控制器26分别与温度传感器24、电源23、回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18、逆止阀25和给水泵19相连。控制器26根据温度传感器24传递的温度信号调节电源23接通或是断开，进而控制加热器22运行或者停止，维持储水箱21中水的温度始终为4℃。电源23也可以手动打开或关闭。回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18、逆止阀25和给水泵19的工作状态均可由控制器26控制。此外，也可以手动调节回水室排水阀123、给水室排水阀133、给水调节阀16、给水回水阀18和逆止阀25的通断。
结合图1、图2、图3、图5、图6、图7、图8和图10，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的内径一致。叶片回水管5和叶片给水管8的内径一致而且均为回水融冰管a31内径的
倍。回水管a121、回水管b124、给水管a131、给水管b134、水箱给水管17和给水回水管20的内径一致而且为叶片回水管5内径的
倍，保证回水管a121、回水管b124、给水管a131、给水管b134、水箱给水管17和给水回水管20的流通截面积均为叶片回水管5流通截面积的3倍。回水联箱4和给水联箱7尺寸相同，叶尖联箱2的容积与回水联箱4的相等。旋转套筒10、回水室12、回水管a121、回水室排水管122、回水管b124、给水室13、给水管a131、给水室排水管132、给水管b134、三通15、水箱给水管17、给水回水管20和储水箱21外部都包覆有保温层，减少工质与环境之间的换热。
结合图1、图2、图3、图4和图5，回水融冰管a31、回水融冰管b32、给水融冰管a61和给水融冰管b62的内径一致。叶片回水管5和叶片给水管8的内径一致，均为回水融冰管a31内径的
倍，保证叶片回水管5和叶片给水管8的流通截面积均为回水融冰管a31流通截面积的2倍。回水管a121、回水管b124、给水管a131、给水管b134、水箱给水管17和给水回水管20的内径一致而且为叶片回水管5内径的
倍，保证回水管a121、给水管a131、水箱给水管17和给水回水管20的流通截面积均为叶片回水管5流通截面积的3倍。回水联箱4和给水联箱7尺寸相同，叶尖联箱2的容积是回水联箱4容积的2倍。
综合图1至图11，当风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面结冰后，手动或使用控制器26接通电源23，加热器22开始工作，温度传感器24将储水箱21内的水温反馈给控制器26，控制器26根据温度传感器24传入的温度信号控制电源23的通断，保持储水箱21内的水温为4℃。接着，手动或者通过控制器26控制给水泵19、给水调节阀16和给水回水阀18的运行工况，运送适量的工质流经给水管a131进入给水室13，再依次通过给水管b134、机舱给水口92和垫片给水口113进入给水腔109，经由给水口a104、给水口b105和给水口c106分别进入转动中的风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333。以风电叶片a111为例，融冰水，即工质从给水口a104进入叶片给水管8，汇入给水联箱7中，沿着给水融冰管a61和给水融冰管b62到达叶尖联箱2，然后顺着回水融冰管a31和回水融冰管b32流入回水联箱4，经由叶片回水管5、回水口a101、回水腔108、垫片回水口112、机舱回水口91和回水管b124流入回水室12。同样，风电叶片b222和风电叶片c333中的融冰水也会流入回水室12。回水室12中的融冰水沿着回水管a121，通过逆止阀25，最终回到储水箱21，完成风电叶片a111、、风电叶片b222和风电叶片c333表面的除冰工作。进入风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333内部的融冰水流量越大，能够凝结放热的水越多，融冰能力越强，用户可以根据风电叶片a111表面冰层的厚度，手动或使用控制器26改变给水泵19的出力与给水调节阀16和给水回水阀18的开度，自行调节进入风电叶片a111内部的融冰水流量。逆止阀25的作用是防止储水箱21中的工质回流入回水管a121。
综合图1至图11，当风电叶片a111、风电叶片b222和风电叶片c333表面的冰层全部融化后，手动或通过控制器26关闭给水泵19和给水调节阀16，打开给水回水阀18。以风电叶片a111为例，叶尖联箱2内的融冰水一部分通过回水融冰管a31与回水融冰管b32回流到回水联箱4中，再依次通过叶片回水管5、回水口a101、回水腔108、垫片回水口112、机舱回水口91和回水管b124流入回水室12，另一部分从给水融冰管a61和给水融冰管b62流入给水联箱7中，再依次通过叶片给水管8、给水口a104、垫片给水口113、机舱给水口92和给水管b134回到给水室13。风电叶片b222和风电叶片c333内部的工质以同样的方式流入回水室12和给水室13中。回水室12中的大部分水依次通过回水管a121和逆止阀25回到储水箱21中，剩余少量无法回流的水可以在手动或使用控制器26打开回水室排水阀123后经由回水室排水管122排出到风力发电机外部的环境中。给水室13中的大部分水依次流经给水管a131、三通15、给水回水阀18和给水回水管20进入储水箱21，剩余少量无法回流的水可以在手动或使用控制器26打开给水室排水阀133后经由给水室排水管132排出到风力发电机外部的环境中。
综上所述，本发明能够在不影响风电叶片转动的情况下将接近0℃的融冰水送入风电叶片内部，利用少部分的水在低温环境中结冰时释放的大量凝固水潜热来融化风电叶片表面的冰层，与常规的热水融冰方式相比，融冰效率更高，还能够方便快捷地调节系统放热量，适应工况范围广，另外，融冰水与环境之间的温差更小，散热现象较弱，节能环保，便于大规模推广应用。
Claims (9)
1.一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：包括风电叶片a(111)、风电叶片b(222)、风电叶片c(333)、叶尖联箱(2)、回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、回水联箱(4)、叶片回水管(5)、给水融冰管a(61)、给水融冰管b(62)、给水联箱(7)、叶片给水管(8)、机舱(9)、机舱回水口(91)、机舱给水口(92)、旋转套筒(10)、回水口a(101)、回水口b(102)、回水口c(103)、给水口a(104)、给水口b(105)、给水口c(106)、环形挡板a(1071)、环形挡板b(1072)、环形挡板c(1073)、回水腔(108)、给水腔(109)、密封垫片(11)、垫片回水口(112)、垫片给水口(113)、回水室(12)、回水管a(121)、回水室排水管(122)、回水室排水阀(123)、回水管b(124)、给水室(13)、给水管a(131)、给水室排水管(132)、给水室排水阀(133)、给水管b(134)、塔架(14)、三通(15)、给水调节阀(16)、水箱给水管(17)、给水回水阀(18)、给水泵(19)、给水回水管(20)、储水箱(21)、加热器(22)、电源(23)、温度传感器(24)、回水阀(25)和控制器(26)；其中，旋转套筒(10)上设有回水口a(101)、回水口b(102)、回水口c(103)、给水口a(104)、给水口b(105)、给水口c(106)、环形挡板a(1071)、环形挡板b(1072)、环形挡板c(1073)、回水腔(108)和给水腔(109)；机舱(9)顶部设有机舱回水口(91)和机舱给水口(92)两个通孔；密封垫片(11)顶部设有垫片回水口(112)和垫片给水口(113)两个通孔；叶尖联箱(2)、回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、回水联箱(4)、叶片回水管(5)、给水融冰管a(61)、给水融冰管b(62)、给水联箱(7)和叶片给水管(8)均内置于风电叶片a(111)中，回水融冰管a(31)和回水融冰管b(32)的两端分别与叶尖联箱(2)和回水联箱(4)焊接相连，给水融冰管a(61)和给水融冰管b(62)的两端分别与叶尖联箱(2)和给水联箱(7)焊接相连；叶片回水管(5)的两端分别与回水联箱(4)和旋转套筒(10)上的回水口a(101)焊接相连，叶片给水管(8)的两端分别与给水联箱(7)和旋转套筒(10)上的给水口a(104)焊接相连；风电叶片b(222)和风电叶片c(333)内部的各部件及其位置与风电叶片a(111)完全相同，旋转套筒(10)套在密封垫片(11)外侧；密封垫片(11)套在机舱(9)外侧，与机舱(9)之间通过胶粘固定；回水室(12)和给水室(13)内置于机舱(9)中；回水室排水管(122)的一端与回水室(12)焊接相连，回水室排水管(122)的另外一端通向机舱(9)外部，回水室排水管(122)位于机舱(9)外的部分设有回水室排水阀(123)；给水室排水管(132)的一端与给水室(13)焊接相连，给水室排水管(132)的另一端通向机舱(9)外部，给水室排水管(132)位于机舱(9)外的部分设有给水室排水阀(133)；回水管a(121)的一侧与回水室(12)焊接相连，回水管a(121)的另一侧伸入塔架(14)中，经过逆止阀(25)与储水箱(21)焊接相连；给水管a(131)的两端分别与给水室(13)和三通(15)焊接相连；回水管b(124)的两端分别与机舱(9)和回水室(12)焊接相连；给水管b(134)的两端分别与机舱(9)和给水室(13)焊接相连；三通(15)通过焊接将给水管a(131)的下端、水箱给水管(17)的上端和给水回水管(20)的上端连接起来；水箱给水管(17)的上端自上而下设有给水调节阀(16)和给水泵(19)，水箱给水管(17)的下端与储水箱(21)焊接相连；给水回水管(20)的下端通过给水回水阀(18)与储水箱(21)焊接相连；储水箱(21)位于塔架(14)中，储水箱(21)的内部含有温度传感器(24)和加热器(22)，其中，加热器(22)与电源(23)相连；控制器(26)分别与温度传感器(24)、电源(23)、回水室排水阀(123)、给水室排水阀 (133)、给水调节阀(16)、给水回水阀(18)、逆止阀(25)和给水泵(19)相连；控制器(26)根据温度传感器(24)调节电源(23)接通或是断开，进而控制加热器(22)的运行与停止，维持储水箱(21)中水的温度始终为4℃。
2.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述叶尖联箱(2)、回水联箱(4)和给水联箱(7)的中心轴线均与风电叶片a(111)的下边缘平行；从风电叶片a(111)的正面看，回水融冰管a(31)和回水融冰管b(32)的中心轴线沿风电叶片a(111)的中心轴线对称分布，回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、叶尖联箱(2)和回水联箱(4)的中心轴线共同构成一个梯形，同样，给水融冰管a(61)和给水融冰管b(62)的中心轴线沿风电叶片a(111)的中心轴线对称分布，给水融冰管a(61)、给水融冰管b(62)、叶尖联箱(2)和给水联箱(7)的中心轴线共同构成一个梯形，回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、给水融冰管a(61)和给水融冰管b(62)的中心轴线与风电叶片a(111)的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值能够按照用户需求自行设定，叶片回水管(5)和叶片给水管(8)的中心轴线均与风电叶片a(111)的中心轴线重合；从风电叶片a(111)的侧面看，回水融冰管b(32)和给水融冰管b(62)的中心轴线沿风电叶片a(111)的中心轴线对称分布，同理，回水融冰管a(31)和给水融冰管a(61)的中心轴线沿风电叶片a(111)的中心轴线对称分布，回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、给水融冰管a(61)和给水融冰管b(62)的中心轴线与风电叶片a(111)的中心轴线之间的夹角大小相等，具体数值能够按照用户需求自行设定；叶片回水管(5)和叶片给水管(8)的中心轴线均与风电叶片a(111)的中心轴线平行，并且沿着风电叶片a(111)的中心轴线对称分布；风电叶片b(222)和风电叶片c(333)内各部件的位置和结构与风电叶片a(111)完全相同。
3.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述回水融冰管a(31)、回水融冰管b(32)、给水融冰管a(61)和给水融冰管b(62)的内径一致；叶片回水管(5)和叶片给水管(8)的内径一致而且均为回水融冰管a(31)内径的倍；回水管a(121)、回水管b(124)、给水管a(131)、给水管b(134)、水箱给水管(17)和给水回水管(20)的内径一致而且为叶片回水管(5)内径的倍；回水联箱(4)和给水联箱(7)尺寸相同，叶尖联箱(2)的容积与回水联箱(4)的相等。
4.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述旋转套筒(10)的主体部分为一个圆柱形套筒，其两端分别设有环形挡板a(1071)和环形挡板c(1073)，中间设有环形挡板b(1072)，其中，环形挡板a(1071)和环形挡板b(1072)之间为回水腔(108)，环形挡板c(1073)和环形挡板b(1072)之间为给水腔(109)；环形挡板a(1071)、环形挡板c(1073)和环形挡板b(1072)的内径与密封垫片(11)的外径相同；回水腔(108)的中间布置了回水口a(101)、回水口b(102)和回水口c(103)，回水口a(101)、回水口b(102)和回水口c(103)绕旋转套筒(10)外壁依次间隔120°均匀分布；给水腔(109)的中间布置了给水口a(104)、给水口b(105)和给水口c(106)，给水口a(104)、给水口b(105)和给水口c(106)绕旋转套筒(10)外壁依次间隔120°均匀分布；其中，回水口a(101)和给水口a(104)的中心轴线位于同一条母线上，回水口b(102)和给水口b(105)的中心轴线位于同一条母线上，回水口c(103)和给水口c(106)的中心轴线位于同一条母线上；回水口a(101)、回水口b(102)、回水口c(103)、给水口a(104)、给水口b(105)和给水口c(106)的内径均与叶片回水管(5)和叶片给水管(8)的内径相等。
5.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述密封垫片(11)的长度与旋转套筒(10)的长度相等；密封垫片(11)顶部设有垫片回水口(112)和垫片给水口(113)两个通孔；机舱(9)顶部设有机舱回水口(91)和机舱给水口(92)两个通孔；其中，垫片回水口(112)和机舱回水口(91)的中心轴线完全重合，垫片回水口(112)和机舱回水口(91)的中心轴线均与旋转套筒(10)上的回水口a(101)、回水口b(102)和回水口c(103)的中心轴线位于同一平面上；垫片给水口(113)和机舱给水口(92)的中心轴线完全重合，垫片给水口(113)和机舱给水口(92)的中心轴线均与旋转套筒(10)上的给水口a(104)、给水口b(105)和给水口c(106)的中心轴线位于同一平面上；机舱回水口(91)、机舱给水口(92)、垫片回水口(112)和垫片给水口(113)的内径均与叶片回水管(5)和叶片给水管(8)的内径相等。
6.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述回水室(12)和给水室(13)均为一个直径与机舱(9)内径相同的半圆柱形储水箱，回水室(12)和给水室(13)的长度相等。
7.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述电源(23)也能够手动打开或者关闭。
8. 根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述回水室排水阀(123)、给水室排水阀 (133)、给水调节阀(16)、给水回水阀(18)、逆止阀(25)和给水泵(19)的工作状态均可由控制器(26)控制，其中，回水室排水阀(123)、给水室排水阀 (133)、给水调节阀(16)、给水回水阀(18)和逆止阀(25)的导通或断开也能够进行手动调节。
9.根据权利要求1所述的一种利用水潜热的风电叶片高效融冰系统，其特征在于：所述旋转套筒(10)、回水室(12)、回水管a(121)、回水室排水管(122)、回水管b(124)、给水室(13)、给水管a(131)、给水室排水管(132)、给水管b(134)、三通(15)、水箱给水管(17)、给水回水管(20)和储水箱(21)外部都包覆有保温层。
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