CN115163396A - 一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统 - Google Patents

一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统。所述风机叶片具有叶片前缘和叶片后缘，所述风机叶片包括壳体以及形成于所述壳体内的空腔，所述空腔内设置有第一腹板，所述第一腹板将所述空腔分隔为靠近所述叶片前缘的前缘腔体以及靠近所述叶片后缘的后缘腔体，所述后缘腔体和所述前缘腔体在靠近所述风机叶片的叶尖的一端相互连通；所述风机叶片的壳体包括导热部，所述导热部位于所述风机叶片的叶片前缘，沿由所述壳体的内侧到所述壳体外侧的方向上，所述导热部的热阻小于所述导热部之外的区域的热阻。本发明实施例有助于降低风机叶片结冰的可能性以及提高去除风机叶片结冰的除冰效果。

Description

一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统
技术领域
本发明涉及风电技术领域，尤其涉及一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统。
背景技术
风力发电机通过风机叶片带动发电机旋转以将风能转换为电能，风机叶片的叶片前缘是风机叶片的迎风面，当空气温度湿度达到结冰条件时，风会带动空气中的过冷却水运动，使这些水碰到风机叶片，当叶片上的水滴足够多时便形成了覆冰现象。相关技术中，通常通过加热或涂层等方式实现除冰，然而风机叶片的叶尖与叶根之间的距离较大，通常可能长达40至80米，这导致对于叶片的叶尖的加热控制等均较差，会对除冰效果造成不利影响。
发明内容
本发明实施例提供一种具有除冰防冰功能的风机叶片和风机系统，以解决现有风机叶片除冰防冰效果较差的问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供了一种具有除冰防冰功能的风机叶片，所述风机叶片具有叶片前缘和叶片后缘，所述风机叶片包括壳体以及形成于所述壳体内的空腔，所述空腔内设置有第一腹板，所述第一腹板将所述空腔分隔为靠近所述叶片前缘的前缘腔体以及靠近所述叶片后缘的后缘腔体，所述后缘腔体和所述前缘腔体在靠近所述风机叶片的叶尖的一端相互连通；
所述风机叶片的壳体包括导热部，所述导热部位于所述风机叶片的叶片前缘，沿由所述壳体的内侧到所述壳体外侧的方向上，所述导热部的热阻小于所述导热部之外的区域的热阻。
在一些实施例中，所述导热部的第一端位于所述风机叶片的叶根和叶尖之间，且所述导热部的第一端与所述叶根之间的距离小于所述风机叶片的长度的二分之一，所述导热部的另一端延伸至所述风机叶片的叶尖。
在一些实施例中，在所述导热部，所述壳体的材料掺杂有导热材料，其中，所述导热材料的导热系数大于所述壳体的材料的导热系数。
在一些实施例中，沿着由所述叶根到所述叶尖的方向上，所述导热部的宽度比例逐渐增加。
在一些实施例中，所述壳体在所述叶片前缘厚度小于所述叶片前缘之外的区域壳体厚度，以形成所述导热部。
在一些实施例中，所述风机叶片还包括热风机组件，所述热风机组件在靠近所述风机叶片的叶根的一端与所述前缘腔体相连通。
在一些实施例中，沿由所述叶根到所述叶尖的方向上，所述前缘腔体垂直于所述风机叶片的长度方向的截面的面积逐渐减小。
在一些实施例中，还包括热风挡板，所述热风挡板设置于所述前缘腔体内，所述热风挡板与所述第一腹板和所述壳体相连，所述热风挡板上开设有进风口，所述热风机组件通过所述进风口与所述前缘腔体相连通。
第二方面，本发明实施例提供了一种风机系统，包括以上任一项所述的具有除冰防冰功能的风机叶片。
本发明实施例通过设置第一腹板，将风机叶片内的空腔分割为靠近叶片前缘的前缘空腔和叶片后缘的后缘空腔，进一步的，通过在更容易结冰的叶片前缘处设置导热部，有助于提高对于容易产生结冰的叶片前缘的加热效果，从而有助于降低风机叶片结冰的可能性以及提高去除风机叶片结冰的除冰效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的风机叶片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的风机叶片的又一结构示意图；
图3是本发明实施例提供的风机叶片的又一结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供了一种风机叶片。
如图1所示，在一个实施例中，该风机叶片具有叶片前缘101和叶片后缘102，这里，叶片前缘101指的是风机叶片旋转过程中的迎风侧，叶片后缘102指的是风机叶片远离叶片前缘101的一端。
风机叶片包括壳体以及形成于壳体内的空腔，空腔内设置有第一腹板103，第一腹板103将空腔分隔为靠近叶片前缘101的前缘腔体105以及靠近叶片后缘102的后缘腔体106，后缘腔体106和前缘腔体105在靠近风机叶片的叶尖的一端相互连通。这里，叶尖指的是风机叶片的悬空的一端(也称自由端)，叶根指的是风机叶片与发电机相连接的一端(也称固定端)。
风机叶片还包括热风机组件，热风机组件在靠近风机叶片的叶根的一端与前缘腔体105相连通。
如图2和图3所示，在一个实施例中，热风机组件包括鼓风机1081、电热器1082和通风管1083，实施时，鼓风机1081产生的风通过电热器1082加热之后，通过通风管1083输送至前缘腔体105内，热空气沿着由叶根到叶尖的方向流动至叶尖处，然后由叶尖处流动至后缘腔体106。
本发明实施例通过设置第一腹板103，将风机叶片内的空腔分割为靠近叶片前缘101的前缘空腔和叶片后缘102的后缘空腔，这样，热风机组件提供的热风能够通过前缘空腔由叶尖处循环至后缘空腔，有助于提高对于容易产生结冰的叶片前缘101的加热效果，从而有助于降低风机叶片结冰的可能性以及提高去除风机叶片结冰的除冰效果。
一方面，热空气能够在腔体内循环流动，有助于提高加热效果，另一方面，热空气能够首先加热易产生结冰现象的叶片前缘101，有助于降低整体的除冰效果。
在一些实施例中，风机叶片还包括第二腹板104，第二腹板104与第一腹板103并列设置，第二腹板104设置于后缘腔体106内，第二腹板104将后缘腔体106分割为靠近叶片前缘101的第一腔体1061以及靠近叶片后缘102的第二腔体1062，第一腔体1061和前缘腔体105相连通。
如图2所示，在一些实施例中，第一腔体1061和第二腔体1062相互连通，第一腔体1061和第二腔体1062的连通处位于第一腔体1061和前缘腔体105的连通处远离叶尖的一侧。可以理解为，热空气首先经由前缘腔体105加热叶片前缘101，然后进入后缘腔体106，并进一步分别进入第一腔体1061和第二腔体1062，以实现对风机叶片整体进行加热。
在一些实施例中，沿由叶根到叶尖的方向上，前缘腔体105垂直于风机叶片的长度方向的截面的面积逐渐减小，需要理解的是，风机的叶尖处转动速度更快，更易产生结冰现象，同时，叶尖处与叶根处的距离最大，加热效果也最差。本实施例中，通过降低前缘腔体105的截面积，有助于提高热空气流速，从而起到提高热空气抵达叶尖处的温度，减少热量损失，有助于提高对于叶尖处的加热效果。
在一些个示例性的实施例中，风机叶片的壳体包括纤维层、增强层和芯材层，纤维层可以选择玻璃纤维，增强层可以选择环氧树脂增强材料、芯材层可以选择轻木芯材，上述各结构的数量可以为一层，也可以是多层，各层之间通过粘接胶构成，风机叶片的导热系数相对较低，通常小于0.2W/mK。
如图3所示，在一些实施例中，叶片前缘101还包括导热部109，导热部109设置于叶片前缘101，沿由壳体的内侧到壳体外侧的方向上，导热部109的热阻小于导热部109之外的区域的热阻。
本实施例中，通过设置导热部109，能够使得壳体内部的温度更快的传递至壳体的表面，从而提高导热部109处的表面温度，有助于提高除冰和防冰效果。
需要理解的是，经过本申请发明人的研究发现，风机叶片捕风主要依赖叶片前缘101，尤其是叶片前缘101靠近叶尖的部分，这一部分也更容易结冰，因此，对于这一部分的除冰和防冰的意义更大。因此，本实施例中，根据叶片前缘101更易结冰的区域以及对于捕风更重要的区域设置导热部109，使得在风机叶片内部通过热风加热时，热量能够更快的传递至导热部109，从而提高对于叶片前缘101的防冰和除冰效果。
本实施例中，导热部109是通过在风机叶片的壳体中掺杂导热材料形成。一般来说，导热材料可以选择氧化铝、碳化硅等各种高导热系数的材料。
在壳体厚度相同的情况下，导热部109由于具有更高的导热系数，因此具有更低的热阻，能够使得热量快速的由壳体内侧传递至风机叶片的表面。
实施时，在制作壳体的叶片前缘101区域时，在壳体的材料中掺杂导热系数更大的导热材料，这样，制作的壳体在相应区域会形成导热部109。以提高对于叶片前缘101的加热效果。实施时，导热材料可以掺杂于上述纤维层、增强层和芯材层中的一层内或多层内，本实施例中不做进一步限定。
在一些实施例中，在叶片前缘101处，沿着由叶片后缘102到叶片前缘101的方向壳体的厚度依次降低，这样，壳体厚度降低的部分形成导热部109。可以理解，在壳体的材料相同时，其导热系数相同，这样，导热部109的热阻更小，能够使得导热部109的加热效果更好。
在一些实施例中，沿着由叶根到叶尖的方向上，导热部109的宽度比例逐渐增加。
这样，沿着由叶根到叶尖的方向上，热量能够更加均由的在叶片前缘101的各个位置处传递，有助于提高叶片前缘101的加热效果。
在一些实施例中，还包括热风挡板107，热风挡板107设置于前缘腔体105内，热风挡板107与第一腹板和壳体相连，热风挡板107上开设有进风口，热风机组件通过进风口与前缘腔体105相连通。
本实施例中，热风挡板107用于提高对于前缘腔体105的密封性，从而有助于减少热量损失，提高加热效果。
本发明实施例提供了一种风机系统，包括以上任一项的风机叶片。
该风机系统具体可以包括发电机以及设置于发电机上的风机叶片，该风机系统还可以包括其他必须的设备，具体可以参考相关技术，此处不做进一步限定和描述。
由于本实施例的风机系统包括上述风机叶片实施例的全部技术方案，因此至少能够实现上述全部技术效果，此处不再赘述。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，所述风机叶片具有叶片前缘和叶片后缘，所述风机叶片包括壳体以及形成于所述壳体内的空腔，所述空腔内设置有第一腹板，所述第一腹板将所述空腔分隔为靠近所述叶片前缘的前缘腔体以及靠近所述叶片后缘的后缘腔体，所述后缘腔体和所述前缘腔体在靠近所述风机叶片的叶尖的一端相互连通；
所述风机叶片的壳体包括导热部，所述导热部位于所述风机叶片的叶片前缘，沿由所述壳体的内侧到所述壳体外侧的方向上，所述导热部的热阻小于所述导热部之外的区域的热阻。
2.如权利要求1所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，所述导热部的第一端位于所述风机叶片的叶根和叶尖之间，且所述导热部的第一端与所述叶根之间的距离小于所述风机叶片的长度的二分之一，所述导热部的另一端延伸至所述风机叶片的叶尖。
3.如权利要求1或2所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，在所述导热部，所述壳体的材料掺杂有导热材料，其中，所述导热材料的导热系数大于所述壳体的材料的导热系数。
4.如权利要求1所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，沿着由所述叶根到所述叶尖的方向上，所述导热部的宽度比例逐渐增加。
5.如权利要求1或2所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，所述壳体在所述叶片前缘厚度小于所述叶片前缘之外的区域壳体厚度，以形成所述导热部。
6.如权利要求1所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，所述风机叶片还包括热风机组件，所述热风机组件在靠近所述风机叶片的叶根的一端与所述前缘腔体相连通。
7.如权利要求6所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，沿由所述叶根到所述叶尖的方向上，所述前缘腔体垂直于所述风机叶片的长度方向的截面的面积逐渐减小。
8.如权利要求6所述的具有除冰防冰功能的风机叶片，其特征在于，还包括热风挡板，所述热风挡板设置于所述前缘腔体内，所述热风挡板与所述第一腹板和所述壳体相连，所述热风挡板上开设有进风口，所述热风机组件通过所述进风口与所述前缘腔体相连通。
9.一种风机系统，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的具有除冰防冰功能的风机叶片。
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