CN206256999U - 防结冰风力发电机叶片结构和风力发电机组 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种防结冰风力发电机叶片结构和风力发电机组。该防结冰风力发电机叶片结构包括叶片本体(1)和并联设置在叶片本体(1)上的多个加热单元，多个加热单元沿叶片本体(1)的长度方向依次间隔设置，各加热单元沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加。根据本实用新型实施例的防结冰风力发电机叶片结构，可以解决现有技术中的风力发电机叶片发热功率分布与结冰区域分布不相匹配，加热效率低，耗能较大的问题。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，尤其涉及一种防结冰风力发电机叶片结构和风力发电机组。
背景技术
风力发电机叶片是现代风力发电机组用来捕获风能的核心部件，叶片的空气动力学特性对风力发电机的发电效率有着至关重要的影响。寒冷季节风力发电机在雨雪天气或是湿度较大的环境下运行时，其叶片表面会发生结冰现象。结冰会改变叶片已有的气动外形，对机组安全运行产生危害。叶片表面发生结冰后，其固有频率变化从而导致叶片的动态响应行为发生改变，会给控制系统的控制行为造成干扰。叶片结冰会导致风力发电机的检测信号系统发生故障从而反馈错误信号。叶片旋转时抛出的融化冰层碎块或掉落的大冰块可能会砸伤到风力发电机组附近的人或临近的风力发电机组，风力发电机结构自身的完整性也会受到结冰叶片的不平衡或不对称的影响，增大风力发电机组的疲劳载荷。另外，叶片严重结冰导致机组停机带来的经济损失也是十分巨大的。
通过在叶片表面或者内层布置加热层可以在将要发生结冰时加热叶片从而防止其表面结冰，或者在表面已结冰后启动加热使得表面的冰层融化达到除冰的目的。现有的加热防结冰系统采用的加热单元或是均一布局在叶片表面，或是沿长度方向划分为若干个加热区，由于叶片表面的结冰厚度随着结冰特性而呈现不同，因此采用现有的加热系统会导致结冰强度较大的位置发热功率不足，而结冰量较小或者未发生结冰的区域加热后局部温度偏高的问题，使得加热系统的热量利用效率不高，能源浪费较多。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供一种防结冰风力发电机叶片结构和风力发电机组，以解决现有技术中的风力发电机叶片发热功率分布与结冰区域分布不相匹配，加热效率低，耗能较大的问题。
为达到上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种防结冰风力发电机叶片结构，包括叶片本体和并联设置在叶片本体上的多个加热单元，多个加热单元沿叶片本体的长度方向依次间隔设置，各加热单元沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加。
可选地，多个加热单元之间并联连接，多个加热单元沿叶根到叶尖的方向阻值逐渐减小。
可选地，各加热单元均包括多个加热层，各加热层沿叶片本体的弦向依次设置，各加热层从前缘到后缘发热功率逐渐减小。
可选地，各加热单元的加热层之间并联连接，加热层沿从前缘到后缘的方向阻值逐渐增加。
可选地，各加热单元均设置在叶片本体的前缘。
可选地，加热单元埋设在叶片本体内。
可选地，加热单元为加热膜。
可选地，加热单元为石墨烯薄膜或高分子电热膜。
可选地，加热膜沿叶根到叶尖的方向长度逐渐减小或厚度逐渐减小。
根据本实用新型的另一方面，提供了一种风力发电机组，包括叶片，该叶片具有上述的防结冰风力发电机叶片结构。
本实用新型实施例提供的防结冰风力发电机叶片结构，多个加热单元并联设置，且沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加，可以根据风力发电机叶片的结冰特性对加热单元进行布置，使得叶片的叶根结冰量少或者无结冰区域的发热功率小，叶尖结冰量大的区域发热功率大，保证加热单元可以根据结冰分布区域进行相应的热量供应，保证整个加热系统的能耗更小，加热效率更高，加热防结冰效果更好。
附图说明
图1为本实用新型实施例的防结冰风力发电机叶片结构的示意图；
图2为本实用新型实施例的防结冰风力发电机叶片结构的加热单元的加热层分布结构示意图。
附图标号说明：
1、叶片本体；21、第一加热单元；22、第二加热单元；22、第三加热单元；24、第四加热单元；2a、第一加热层；2b、第二加热层；2c、第三加热层；2d、第四加热层；2e、第五加热层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型实施方式的防结冰风力发电机叶片结构和风力发电机组进行详细描述。
结合参见图1和图2所示，根据本实用新型的实施例，防结冰风力发电机叶片结构包括叶片本体1和并联设置在叶片本体1上的多个加热单元，多个加热单元沿叶片本体1的长度方向依次间隔设置，各加热单元沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加。
申请人在实验过程中发现，根据结冰数值计算、实验和叶片结冰现场观测可知，结冰主要发生在叶片前缘，上下表面沿弦向向后的结冰量逐渐减小；同时，结冰沿长度方向主要发生在距离叶尖较近的区域，叶根附近结冰强度明显减小。因此，在布置加热单元时可以参考这些结冰特性来选择加热单元的合适布设方式。
本实用新型实施例提供的防结冰风力发电机叶片结构，针对不同结冰强度的叶片表面区域有针对性的加热，多个加热单元并联设置，且沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加，可以根据风力发电机叶片的结冰特性对加热单元进行布置，使得叶片的叶根结冰量少或者无结冰区域的发热功率小，叶尖结冰量大的区域发热功率大，保证加热单元可以根据结冰分布区域进行相应的热量供应，保证整个加热系统的能耗更小，加热效率更高，加热防结冰效果更好。
由于多个加热单元之间是并联设置，因此每个加热单元所施加的电压相同，只需要改善各个加热单元的阻值，沿长度方向分区布置阻值不同的加热单元，即可使各个加热单元的发热功率与其所在区域的结冰量相匹配，保证叶尖附近的发热功率较大，而靠近叶根处的区域内发热功率偏小，提高除冰效率。
为了便于表述，本实用新型的下述各实施例均以叶片本体1上布置4个加热单元，每个加热单元上设置5个加热层来进行说明。当然，实际上加热单元的数量可以根据实际的防结冰需求加以调整，每个加热单元所包含的加热层可以为相同，也可以为不同，也可以根据防结冰的需求进行设定，加热单元的结构有着较大灵活性，并不局限于本实用新型的实施例所列的具体数量和结构。
沿着从叶根到叶尖的方向，四个加热单元分别为第一加热单元21、第二加热单元22、第三加热单元22和第四加热单元24。其中第一加热单元21的阻值为R1，第二加热单元22的阻值为R2，第三加热单元22的阻值为R3，第四加热单元24的阻值为R4。
可选地。如图2所示以第一加热单元21为例，沿着从前缘到后缘的方向，第一加热单元21的五个加热层分别为第一加热层2a、第二加热层2b、第三加热层2c、第四加热层2d和第五加热层2e。可选地，以第一加热单元为例，第一加热层2a的阻值为Ri1，第二加热层2b的阻值为Ri2，第三加热层2c的阻值为Ri3，第四加热层2d的阻值为Ri4，第五加热层2e的阻值为Ri5。第二加热单元22、第三加热单元22和第四加热单元24的加热层数可以与第一加热单元21相同或者不同。可选地，四个加热单元沿从叶根到叶尖的方向间隔设置，该间距可以根据实际的防结冰需求进行调节。
可选地，每个加热单元中五个加热层沿从叶片的前缘到后缘的方向叠置，每个加热层的厚度可以相同，也可以不同，如果相同时，可以调节各个加热层的长度来调整该加热层的发热功率，如果不同，则可以各个加热层的长度相同，通过调整其厚度来保证加热层的加热分布满足除冰需求。
可选地，加热单元沿叶根到叶尖的方向阻值逐渐减小，也即R1>R2>R3>R4。由于叶尖区域结冰强度较大，距离叶根越近的区域结冰量逐渐减小，在通电电压一定的条件下，需要保证叶尖结冰强度大的区域发热功率大，即阻值小，而叶根结冰强度小的区域发热功率小，即阻值大，需要满足R1>R2>R3>……Rn。其中的n为加热单元的个数。如此，沿着从叶根到叶尖的方向，阻值是逐渐减小的，相应地发热功率是逐渐增加的，能够与结冰区域相匹配，实现较好的除冰效果。
各加热单元均包括多个加热层，各加热层沿叶片本体1的弦向依次设置，各加热层从前缘到后缘发热功率逐渐减小，也即各加热层从前缘到后缘阻值逐渐增加，即Ri1<Ri2<Ri3<Ri4<Ri5。
由于沿弦长方向，叶片前缘结冰强度最大，沿表面向后结冰量逐渐减少。因此沿弦向层状布置阻值不同的加热单元，可以使得通电电压相同的条件下，结冰强度大的区域发热功率大，而结冰强度较小的区域发热功率对应也偏小。因此，在本实施例中，各加热单元的加热层沿从前缘到后缘的方向阻值逐渐增加，也即Ri1<Ri2<Ri3<……Rin。其中i为第i个加热单元，n为第n个加热层。由于加热层沿从叶片前缘到后缘的方向阻值逐渐增加，因此发热功率逐渐减小，发热层的发热与叶片的结冰量可以相匹配。
可选地，各加热单元均设置在叶片本体1的前缘边缘，可以使加热层的分布更加合理化，能源利用效率进一步提高。
可选地，加热单元埋设在叶片本体1内，从而使加热单元能够通过叶片本体1进行保护，从而使得加热单元具有更好的防护效果，可以具有更好的防水防尘效果。
可选地，加热单元为加热膜。具体而言，该加热单元为石墨烯薄膜或高分子电热膜。当然，该加热单元也可以为其他能够实现对风叶进行加热的结构。
可选地，加热膜沿叶根到叶尖的方向长度逐渐减小。在加热膜的厚度一致的情况下，增加加热膜的长度可以有效增加加热膜的阻值，也即降低加热膜的发热，因此，使加热膜沿叶根到叶尖的方向长度逐渐减小，就可以使加热膜沿着从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐减小。当然，加热膜的厚度也可以不一致，只要能够保证加热膜沿叶根到叶尖的方向长度逐渐减小，同时发热功率逐渐增加即可。
加热膜也可以沿叶根到叶尖的方向厚度逐渐减小，在长度不变的情况下，随着厚度的减小，加热膜的阻值会减小，因此加热膜的发热功率会沿着叶根到叶尖的方向逐渐增加。此处的加热膜厚度的减小可以表现在几个方面，其中一个方面为，加热膜层数不变，但是每一层的厚度减小，另一个方面为，加热膜的厚度不变，但是层数减少，还有一个方面是加热膜的厚度和层数都随着叶根到叶尖的方向逐渐减小。
根据本实用新型的实施例的风力发电机组，包括叶片，该叶片具有上述的防结冰风力发电机叶片结构。
以上所述，仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，包括叶片本体(1)和并联设置在所述叶片本体(1)上的多个加热单元，多个所述加热单元沿所述叶片本体(1)的长度方向依次间隔设置，各加热单元沿从叶根到叶尖的方向发热功率逐渐增加。
2.根据权利要求1所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，多个所述加热单元之间并联连接，多个所述加热单元沿叶根到叶尖的方向阻值逐渐减小。
3.根据权利要求1所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，各所述加热单元均包括多个加热层，各所述加热层沿所述叶片本体(1)的弦向依次设置，各所述加热层从前缘到后缘发热功率逐渐减小。
4.根据权利要求3所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，各加热单元的所述加热层之间并联连接，所述加热层沿从前缘到后缘的方向阻值逐渐增加。
5.根据权利要求1所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，各所述加热单元均设置在所述叶片本体(1)的前缘。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，所述加热单元埋设在所述叶片本体(1)内。
7.根据权利要求6所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，所述加热单元为加热膜。
8.根据权利要求6所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，所述加热单元为石墨烯薄膜或高分子电热膜。
9.根据权利要求7或8所述的防结冰风力发电机叶片结构，其特征在于，所述加热膜沿叶根到叶尖的方向长度逐渐减小或厚度逐渐减小。
10.一种风力发电机组，包括叶片，其特征在于，所述叶片具有如权利要求1至9中任一项所述的防结冰风力发电机叶片结构。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant |