CN118622621A - 一种风机叶片微波除冰系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请提出了一种风机叶片微波除冰系统及方法。该方法将充气式柔性微波谐振腔内置于风机叶片的内部空腔，通过调节内部气体的压力来改变充气式柔性微波谐振腔的形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片；将微波天线布置在充气式柔性微波谐振腔的外层，并在充气式柔性微波谐振腔的内层镀上一层金属薄膜；微波发生器产生的微波能量传输给布置在充气式柔性微波谐振腔外层的微波天线，进而将微波能量传输至风机叶片，从而融化风机叶片表面的冰雪，达到除冰的目的。本申请可以有效地将微波能量传输到风机叶片上，提高除冰效率。

Description

一种风机叶片微波除冰系统及方法

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种风机叶片微波除冰系统及方法。

背景技术

随着可再生能源技术的快速发展，风力发电已成为全球范围内重要的清洁能源来源之一。然而，在寒冷地区或冬季条件下，风机叶片上容易积聚冰层，这不仅增加了叶片的重量和负荷，还可能影响风机的正常运行和发电效率，甚至对风机结构造成损害。因此，如何有效地去除风机叶片上的冰层，成为风力发电领域亟待解决的问题。

传统的风机叶片除冰方法主要包括机械除冰、热融除冰和化学除冰等。机械除冰方法虽然直接有效，但可能会对叶片表面造成损伤，且操作复杂、成本较高。热融除冰方法通过加热叶片来融化冰层，但加热方式往往难以均匀分布，且能耗较大。化学除冰方法虽然能够迅速融化冰层，但使用的化学制剂可能对环境造成污染，且对叶片材料有潜在损害。

近年来，微波除冰技术因其独特的加热原理和高效的除冰效果而受到广泛关注。微波除冰技术利用微波在物质内部的穿透性和加热性，能够直接作用于冰层内部，使其迅速融化。与传统除冰方法相比，微波除冰具有加热均匀、能耗低、操作简便等优点。然而，在风力发电领域应用微波除冰技术时，如何有效地将微波能量传输到风机叶片上，成为了一个技术难题。

发明内容

本发明的目的是，提供一种风机叶片微波除冰系统及方法，可以有效地将微波能量传输到风机叶片上，提高除冰效率。

第一方面，本申请提供一种风机叶片微波除冰系统，包括：

微波发生器，用于产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔；

所述充气式柔性微波谐振腔，用于内置于风机叶片的内部空腔，并接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量传输至风机叶片，实现风机叶片的加热除冰；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

所述控制装置，还用于调整微波发生器的参数。

其中，微波发生器的参数可以包括微波发生器产生的微波频率和功率以及微波发生器的工作时间即除冰时间。

上述系统包括充气式柔性微波谐振腔，该充气式柔性微波谐振腔能够通过调节内部气体的压力来改变其形状和尺寸(如长度)，能适应不同形状和尺寸的风机叶片。将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置。通过微波发生器产生微波能量，并通过微波传输线将微波能量传输至充气式柔性微波谐振腔，将微波能量在充气式柔性微波谐振腔产生谐振，并将其辐射到风机叶片表面，可以确保整个叶片表面都能够得到适当的加热，微波能量被叶片表面的冰雪吸收后转化为热能，从而有效地融化冰雪，实现除冰效果。

所述微波发生器产生的微波频率和功率可调，可以适应不同结冰情况和叶片材料。

在一种可能的实现方式中，充气式柔性微波谐振腔的数量为多个；所述微波发生器的数量为一个或多个；

多个充气式柔性微波谐振腔，用于同时内置于多组风机叶片的内部空腔；

一个或多个微波发生器，用于分别产生并传输多路微波能量至多个充气式柔性微波谐振腔。

在一种可能的实现方式中，所述充气式柔性微波谐振腔外层布置有微波天线，用于接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量定向传输至风机叶片。

在一种可能的实现方式中，所述充气式柔性微波谐振腔内层镀有一层金属薄膜，使得微波可以向外传输至风机叶片上的冰层实现加热除冰，提高能量传输和叶片加热效率。

在一种可能的实现方式中，所述系统还包括：

监测装置，用于监测除冰情况并反馈至控制装置。

其中，除冰情况包括每个风机叶片的温度分布、冰层厚度和位置和除冰进度。

所述监测装置可以包括红外热像仪或温度传感器，以及摄像头，用于实时监测每个叶片的温度分布和除冰进程。

在一种可能的实现方式中，所述控制装置还包括用户界面，用于用户输入除冰参数和查看除冰情况。

第二方面，本申请提供一种风机叶片微波除冰方法，采用上述的系统进行除冰，包括：

将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，使其内置于风机叶片的内部空腔；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

通过微波发生器产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔，充气式柔性微波谐振腔将微波能量传输至风机叶片，实现叶片的加热除冰。

微波能量被叶片表面的冰雪吸收后转化为热能，从而融化冰雪，实现除冰效果。

所述微波发生器通过微波传输线将微波能量传输至充气式柔性微波谐振腔。

所述充气式柔性微波谐振腔外层布置有微波天线，可以接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量定向传输至风机叶片。

在一种可能的实现方式中，将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，包括：对于多组风机叶片，分别将多个所述充气式柔性微波谐振腔固定到多组风机叶片的预定位置。

对于多组风机叶片，可同时安装充气式柔性微波谐振腔，同时进行加热。

在一种可能的实现方式中，所述方法还包括：在除冰过程中，定期检查叶片的除冰情况，并根据需要进行调整微波发生器的参数。

通过调整微波发生器产生的微波频率和功率，可以适应不同结冰情况和叶片材料。示例性地，可以根据冰层的厚度来调节调整微波发生器产生的微波频率和功率以及微波发生器的工作时间。冰层较厚时，可以适当加大功率，增加除冰时间。

有益效果：

本申请提供的一种风机叶片微波除冰系统及方法，所述系统包括充气式柔性微波谐振腔，该充气式柔性微波谐振腔的形状和尺寸能够进行灵活调整，以适应不同形状和尺寸的风机叶片。通过外置的微波天线和内层的金属薄膜确保微波能量的高效传输。同时，该方法还结合了实时监测和控制系统，能够根据叶片表面的结冰情况自动调节微波参数，实现精确控制除冰过程。这种新型的微波除冰方法不仅提高了除冰效率，降低了能耗，而且具有环保、安全、可靠等优点，具有重要的实际应用价值。

附图说明

图1是本申请实施例的应用流程示意图。

图2是本申请实施例的多种运行方式示意图；图2(a)为使用一个充气式柔性谐振腔对风机叶片进行除冰；图2(b)同时使用多个充气式柔性谐振腔分别对多组风机叶片进行除冰。

图3是本申请实施例中充气式柔性微波谐振腔的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供一种风机叶片微波除冰系统，包括：

微波发生器，用于产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔；

所述充气式柔性微波谐振腔，用于内置于风机叶片的内部空腔，并接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量传输至风机叶片，实现风机叶片的加热除冰；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

所述控制装置，还用于调整微波发生器的参数。

其中，微波发生器的参数可以包括微波发生器产生的微波频率和功率以及微波发生器的工作时间即除冰时间。

上述系统包括充气式柔性微波谐振腔，该充气式柔性微波谐振腔能够通过调节内部气体的压力来改变其形状和尺寸(如长度)，能适应不同形状和尺寸的风机叶片。将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置。通过微波发生器产生微波能量，并通过微波传输线将微波能量传输至充气式柔性微波谐振腔，将微波能量在充气式柔性微波谐振腔产生谐振，并将其传输至风机叶片，可以确保叶片表面的冰雪能够得到适当的加热，微波能量被叶片表面的冰雪吸收后转化为热能，从而有效地融化冰雪，实现除冰效果。

所述微波发生器产生的微波频率和功率可调，可以适应不同结冰情况和叶片材料。

在一些实施例中，充气式柔性微波谐振腔的数量为多个；所述微波发生器的数量为一个或多个；

多个充气式柔性微波谐振腔，用于同时内置于多组风机叶片的内部空腔；

一个或多个微波发生器，用于分别产生并传输多路微波能量至多个充气式柔性微波谐振腔。

由此，对于多组风机叶片，可以分别将多个所述充气式柔性微波谐振腔固定到多组风机叶片的预定位置，同时进行加热除冰。

在一些实施例中，所述充气式柔性微波谐振腔外层布置有微波天线，用于接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量定向传输至风机叶片。

在一些实施例中，所述充气式柔性微波谐振腔内层镀有一层金属薄膜，使得微波可以向外传输至风机叶片上的冰层实现加热除冰，提高能量传输和叶片加热效率。

在一些实施例中，监测装置，用于监测除冰情况并反馈至控制装置。

其中，除冰情况包括每个风机叶片的温度分布、冰层厚度和位置和除冰进度。

根据反馈数据可以动态调整微波功率和频率，以达到最优除冰效果。

在一些实施例中，所述监测装置可以包括红外热像仪或温度传感器，以及摄像头，用于实时监测每个叶片的温度分布和除冰进程。

在一些实施例中，所述控制装置还包括用户界面，用于用户输入除冰参数和查看除冰情况。

本申请实施例还提供一种风机叶片微波除冰方法，采用上述的系统进行除冰，包括：

将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，使其内置于风机叶片的内部空腔；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

通过微波发生器产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔，充气式柔性微波谐振腔将微波能量定向辐射至风机叶片表面，实现叶片的加热除冰。

微波能量被叶片表面的冰雪吸收后转化为热能，从而融化冰雪，实现除冰效果。

所述微波发生器通过微波传输线将微波能量传输至充气式柔性微波谐振腔。

所述充气式柔性微波谐振腔外层布置有微波天线，可以接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量定向传输至风机叶片。

在一些实施例中，将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，包括：对于多组风机叶片，分别将多个所述充气式柔性微波谐振腔固定到多组风机叶片的预定位置。

对于多组风机叶片，可同时安装充气式柔性微波谐振腔，同时进行加热除冰。

在一些实施例中，所述方法还包括：在除冰过程中，定期检查叶片的除冰情况，并根据需要进行调整微波发生器的参数。

通过调整微波发生器产生的微波频率和功率，可以适应不同结冰情况和叶片材料。示例性地，可以根据冰层的厚度来调节调整微波发生器产生的微波频率和功率以及微波发生器的工作时间。冰层较厚时，可以适当加大功率，增加除冰时间。

如图1所示，本申请实施例的应用流程包括：

一、系统准备与安装

1.安装位置确定：根据风力发电机的具体情况和风机叶片的布局，选择适当的位置来安装充气式柔性微波谐振腔。通常，这些位置应确保充气式柔性微波谐振腔能够填充在风机叶片的内部空腔。

2.充气式柔性微波谐振腔安装：

(1)使用安装工具，将充气式柔性微波谐振腔固定在选定位置。这些充气式柔性微波谐振腔由可伸缩材料制成，可以根据需要进行调整。

(2)对柔充气式柔性微波谐振腔进行充气，确保其形状和尺寸适应安装环境和叶片形状。

(3)确保充气式柔性微波谐振腔与微波发生器之间的连接稳定可靠，以便微波能量能够顺利传输。

(4)在实际运行中，可以根据具体情况来确定充气式柔性微波谐振腔的安装数量，来同时对多组风机叶片进行加热。如图2(a)所示，为使用一个充气式柔性谐振腔对风机叶片进行除冰；如图2(b)所示，同时使用多个充气式柔性谐振腔分别对多组风机叶片进行除冰。

充气式柔性微波谐振腔的结构如图3所示。

3.微波发生器配置：

(1)根据风机叶片的大小、数量以及冰层厚度等因素，选择合适的微波发生器型号和数量，确保其功率可以满足除冰需求。

(2)将微波发生器安装在风力发电机附近，确保其与充气式柔性微波谐振腔之间的能量传输距离和角度适宜。

(3)连接微波发生器与电源，并进行必要的调试和测试，确保其正常工作。

(4)使用多个充气式柔性谐振腔分别对多组风机叶片进行除冰的场景下，可以通过同一个微波发生器分别产生多路微波能量，分别通过不同的微波传输线将微波能量传输给对应的充气式柔性谐振腔。也可以通过不同得微波发生器产生多路微波能量，分别通过不同的微波传输线将微波能量传输给对应的充气式柔性谐振腔。如图2所示，通过3个微波发生器产生3路微波能量，分别通过3条微波传输线将微波能量传输给3个充气式柔性谐振腔。

二、启动与实时监控

1.启动微波发生器：

(1)通过控制系统，可以控制微波发生器产生一路或多路微波能量，微波发生器通过微波传输线将微波能量传至对应的充气式柔性微波谐振腔上的微波天线，再通过微波天线定向辐射至风机叶片区域。由于充气式柔性微波谐振腔内层镀有金属薄膜，使得微波可以向外传输至风机叶片上的冰层实现加热除冰，提高能量传输和叶片加热效率。

(2)在启动过程中，密切关注各微波发生器的工作状态和参数设置，确保其正常工作并达到预定功率和频率。

2.实时监控：

(1)利用红外热像仪和温度传感器等监控设备，实时监测每个叶片的温度分布和除冰进程。这些设备将提供实时数据，用于评估除冰效果和调整微波发生器的参数。

(2)设置合理的监测点和监测频率，确保对整个除冰过程进行全面、准确的监控。

三、参数调整与优化

1.功率调整：

(1)根据监控设备提供的数据，分析每个叶片的除冰效果。如果发现某个叶片的除冰效果不佳，可以适当增加对应微波发生器的功率；反之，如果除冰效果良好，可以适当降低功率以节省能源。

(2)在调整功率时，应逐步增加或减少功率值，并观察除冰效果的变化，以找到最佳的功率设置。

2.频率调整：

(1)同样根据监控数据，分析不同频率对除冰效果的影响。通过调整微波发生器的频率，找到最适合当前除冰条件的频率设置。

(2)在调整频率时，应注意避免与其他通信或雷达设备产生干扰，并确保频率在允许的范围内。

四、除冰过程

1.微波传输：

(1)微波能量通过充气式柔性微波谐振腔传输到风机叶片区域后，实现对叶片冰层区域的加热。

(2)密切关注微波能量的传输和反射情况，确保微波能够稳定地传输至整个叶片表面。

2.冰层融化：

(1)随着微波的持续加热，叶片上的冰层开始逐渐融化。由于微波的加热作用是在冰层内部进行的，因此冰层融化过程更加迅速和均匀。

(2)在除冰过程中，应密切关注叶片的温度变化和冰层融化情况，确保除冰过程安全、高效。

五、拆卸与重新安装

1.拆卸充气式柔性微波谐振腔：在一组叶片除冰结束后，使用拆卸工具将充气式柔性微波充气式柔性微波谐振腔从当前位置拆卸下来。

2.重新安装：根据需要，将拆卸下来的充气式柔性微波谐振腔重新安装到其他需要除冰的风机叶片附近。重复上述步骤，进行下一轮的除冰操作。

本申请实施例提供的技术方案不仅能提高除冰效率，还可以显著降低除冰过程中的环境污染和对风机叶片的潜在损伤，具有广泛的应用前景和市场价值。

以上对于本申请实施例的说明，仅为本申请的部分实施例，用于使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请内容，并不用于限制本申请。对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种风机叶片微波除冰系统，其特征在于，包括：

微波发生器，用于产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔；

所述充气式柔性微波谐振腔，用于内置于风机叶片的内部空腔，接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量传输至风机叶片，实现风机叶片的加热除冰；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

所述控制装置，还用于调整微波发生器的参数。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，充气式柔性微波谐振腔的数量为多个；所述微波发生器的数量为一个或多个；

多个充气式柔性微波谐振腔，用于同时内置于多组风机叶片的内部空腔；

一个或多个微波发生器，用于分别产生并传输多路微波能量至多个充气式柔性微波谐振腔。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述充气式柔性微波谐振腔外层布置有微波天线，用于接收微波发生器发出的微波能量并将微波能量定向传输至风机叶片。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述充气式柔性微波谐振腔内层镀有一层金属薄膜。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：

监测装置，用于监测除冰情况并反馈至控制装置。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述控制装置还包括用户界面，用于用户输入除冰参数和查看除冰情况。

7.一种风机叶片微波除冰方法，其特征在于，采用权利要求1～3中任一项所述的系统进行除冰，包括：

将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，使其内置于风机叶片的内部空腔；

控制装置，用于调节充气式柔性微波谐振腔内部的气体压力来改变其形状和尺寸，以适应不同形状和尺寸的风机叶片，使其填充于风机叶片的内部空腔；

通过微波发生器产生并传输微波能量至充气式柔性微波谐振腔，充气式柔性微波谐振腔将微波能量传输至风机叶片，实现叶片的加热除冰。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，将所述充气式柔性微波谐振腔固定到风机叶片的预定位置，包括：

对于多组风机叶片，分别将多个所述充气式柔性微波谐振腔固定到多组风机叶片的预定位置。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在除冰过程中，定期检查叶片的除冰情况，并根据需要进行调整微波发生器的参数。