CN206329456U - 微波除冰设备 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种微波除冰设备(100)，用于对风力发电机组的涂覆有碳纳米管涂层的叶片(2)进行除冰，其包括：机器人(210)，所述机器人(210)在风力发电机组的塔筒(1)上移动；微波发射装置(220)，所述微波发射装置(220)搭载在所述机器人(210)上，向涂覆有碳纳米管涂层的叶片(2)发射微波；以及控制系统(230)，所述控制系统(230)用于控制所述微波除冰设备(100)的运行。微波除冰设备(100)通过机器人(210)和微波发射装置(220)的组合，对涂覆有碳纳米管涂层的叶片(2)进行安全高效除冰作业，其安全性、灵活性和机动性高。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及微波除冰设备。
背景技术
目前，风力发电技术飞速发展，风力发电机一般安装于高山及边疆区域，而高山及边疆区域的气象条件往往比较恶劣，风力发电机叶片表面经常会发生覆冰现象，覆冰会改变叶片外形状态，从而影响叶片的气动性能，降低机组发电效率。当覆冰严重时，会综合考虑机组运行的安全性和稳定性，做出停机的决定，这样将会导致严重的发电量损失。因此，能够及时除去叶片表面的覆冰，对于风力发电机组来说是至关重要的。
针对风力发电机的叶片表面结冰的现象，目前普遍的解决方案是在风机叶片内部叶根部位加装鼓风机，向叶片叶尖方向吹送经加热的空气，热空气的热量经叶片结构层传递到叶片外表面，使覆盖在叶片表面的冰融化。
另外，在对叶片表面处理时预埋导电金属导线，再用涂层覆盖，当检测到叶片有结冰趋势时便通电主动加热，以使叶片表面温度不能达到结冰所需温度。
有些风场未安装上述的除冰/防冰装置，在结冰现象出现的时候，需要人工进行除冰，而且多是通过蜘蛛人的方式，将人悬吊在叶片表面，手持尼龙锤，敲击结冰区域，达到除冰的目的。
但是，上述的热力除冰/防冰设备成本高，能耗较大，而蜘蛛人除冰方式，劳动强度大，危险性高，且效率低下。因此，如何降低成本且安全、高效地除冰，就成为了本领域技术人员急需解决的问题。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种微波除冰设备，用于对风力发电机组的涂覆有碳纳米管涂层的叶片进行除冰。
根据本实用新型的一个方面，一种微波除冰设备，用于对风力发电机组的涂覆有碳纳米管涂层的叶片进行除冰，其特征在于，包括：
机器人，所述机器人能够在所述风力发电机组的塔筒外壁上移动；
微波发射装置，所述微波发射装置搭载在所述机器人上，能够向涂覆有碳纳米管涂层的叶片发射微波；以及
控制系统，所述控制系统用于控制所述微波除冰设备的运行。
根据本实用新型的一个方面，微波发射装置可以包括：
聚波装置，所述聚波装置呈扇形弧面结构。
根据本实用新型的一个方面，微波除冰设备还可以包括：
传感器系统，所述传感器系统包括距离传感器、温度传感器、转速传感器中的至少一种。
根据本实用新型的一个方面，微波除冰设备还可以包括：
手持遥控终端，所述手持遥控终端向所述控制系统发出指令，操纵所述微波除冰设备的运行。
根据本实用新型的一个方面，微波除冰设备还可以包括：
摄像头，所述摄像头配置在所述机器人的前端。
根据本实用新型的一个方面，机器人包括用于驱动其移动的伺服电机。
根据本实用新型的一个方面，机器人为磁吸附式爬壁机器人或者负压吸附式爬壁机器人。
根据本实用新型的一个方面，手持遥控终端包括：
处理器；
用于存储所述处理器的可执行指令的存储器；
用于实时显示微波除冰设备的作业环境的图像显示器；以及
用户接口。
本实用新型的微波除冰设备通过机器人和微波发射装置的组合，对涂覆有碳纳米管涂层的叶片进行安全高效除冰作业，其安全性、灵活性和机动性高。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
通过阅读以下参照附图对非限制性实施例所作的详细描述，本实用新型的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的特征。
图1是本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的框图；
图2是本实用新型的另一实施例涉及的微波除冰设备的框图；
图3是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的简要结构示意图；
图4是示出在本实用新型的一实施例涉及的叶片表面覆冰的状态的示意图；
图5是用于说明本实用新型的一实施例涉及的微波发射装置的工作原理的示意图；
图6是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的作业效果图；
图7是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的使用状态图。
附图标记：
1：塔筒
2：叶片
100：微波除冰设备
210：机器人
211：伺服电机
212：永磁吸附履带
220：微波发射装置
221：微波发射器
222：聚波装置
230：控制系统
240：传感器系统
241：距离传感器
242：温度传感器
243：转速传感器
244：摄像头
110：手持遥控终端
111：处理器
112：存储器
113：图像显示器
114：用户接口
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置的例子。
本实用新型提供了一种微波除冰设备，用于对风力发电机组的涂覆有碳纳米管涂层的叶片进行除冰。
图1是本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的框图，图2是本实用新型的另一实施例涉及的微波除冰设备的框图，图3是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的简要结构示意图，图4是示出在本实用新型的一实施例涉及的叶片表面覆冰的状态的示意图，图5是用于说明本实用新型的一实施例涉及的微波发射装置的工作原理的示意图，图6是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的作业效果图。
如图1和图6所示，本实用新型所提供的微波除冰设备100用于风力发电机组，微波除冰设备100对涂覆有碳纳米管涂层的叶片2进行除冰，该微波除冰设备100包括机器人210、微波发射装置220、控制系统230。
机器人210被构成为能够在风力发电机组的塔筒1的外壁上移动。该机器人210结构形式可以有多种，例如可以是磁吸附式爬壁机器人或者负压吸附式爬壁机器人等。当采用磁吸附爬壁机器人210为平台时，其中，永磁吸附履带212部分每个节段均安装有强磁永磁磁铁，且外表面采用橡胶包覆，以确保为机器人210提供强力稳定的吸附力，并提供足够强度的负载能力，同时包覆的橡胶有力的保护确保塔筒1表面漆层不会在机器人作业的同时遭到破坏。
爬壁机器人210的移动可以由伺服电机驱动，伺服电机带有制动功能，在不通电的情况下，确保爬壁机器人210在塔筒上悬停时处于抱闸锁死状态，不至于在重力作用下向下滑落，而能很好的停留在指定位置。
如图2和3所示，微波发射装置220搭载在机器人210上，向涂覆有碳纳米管涂层的叶片2发射微波。微波发射装置220优选使用微波发射器221(例如磁电管)来实现。
碳纳米管是一种具有特殊结构(径向尺寸为纳米量级，轴向尺寸为微米量级，管子两端基本上都封口)的一维量子材料。碳纳米管具有良好的导电性能，由于碳纳米管的结构与石墨的片层结构相同，所以具有很好的电学性能，碳纳米管还具有良好的传热性能。在本实用新型中，风力发电机组的叶片上涂覆有碳纳米管涂层。
因此，当微波发射装置220向叶片2发射微波时，微波经过叶片2表面涂覆的碳纳米管吸收而转化为热能，传递到附着在叶片2表面的冰上，并对冰进行加热融化，待融化到一定程度，覆冰在重力的作用下脱落。
控制系统230是微波除冰设备的控制中枢，用于控制所述微波除冰设备100的运行。控制系统230被设置在机器人210的适当位置处，能够与微波除冰设备100的各部件进行通信连接，接收来自各部件的信号并进行处理，将处理结果发送至相对应的各个部件，以控制各个部件的运行。本实用新型的控制系统230例如可基于PLC或单片机实现逻辑运算。
如图5所示，在机器人210上可以设置有聚波装置222，微波发射器221被有规则的安装在聚波装置222上，聚波装置222具有呈扇形弧面结构，有助于将微波发射器221输出的微波聚拢到叶片2上，以减少微波散射功率损失。
在本实用新型的另一实施例中，微波除冰设备100还可以包括传感器系统240，用于为微波除冰设备100提供各个方面的状态评估。该传感器系统240可以包括距离传感器241、温度传感器242、转速传感器243中的至少一个。距离传感器241可以检测机器人210距离覆冰表面的距离，并将信号发送给控制系统230，控制系统230接收来自距离传感器241的信号并进行处理，将处理结果发送至微波发射装置220，以调节微波发射装置220的功率。当机器人210距离覆冰表面的距离近时，可以把功率输出调节的较小，当机器人210距离覆冰表面的距离远时，可将功率输出的较大。温度传感器242用于检测叶片2表面温度，并将信号发送给控制系统230，控制系统230接收来自温度传感器242的信号并进行处理，将处理结果发送至微波发射装置220，以调整微波发射装置220的微波照射位置。具体的，控制系统230通过将该温度与预设温度值比较，当叶片2表面温度上升到一定温度时，控制微波发射装置220不对叶片2表面照射微波，防止对叶片2表面结构造成损伤。转速传感器243可以采集到机器人210驱动轴转速，并将信号发送给控制系统230，控制系统230接收来自转速传感器243的信号并进行处理，计算出机器人210的移动速度，显示到显示器上，为对本微波除冰设备100的控制提供参考。
如图5所示，在机器人210的前端可以设置有摄像头244，用于拍摄微波除冰设备100的作业环境。摄像头244可以使用高清摄像头，从正面进行短距离拍摄，从而确保所拍摄到的图像的高清晰度。
在本实用新型的另一实施例中，微波除冰设备100还可以包括手持遥控终端110，手持遥控终端110通过与控制系统230进行通信连接，向控制系统230发出指令，操纵微波除冰设备100的运行。所述手持遥控终端110可以包括处理器111、用于存储处理器111的可执行指令的存储器112、用于实时显示微波除冰设备100的作业环境的图像显示器113、用户接口114。具体的，通过距离传感器241、温度传感器242或转速传感器243检测的信号通过无线方式传输到手持遥控终端110，操作人员可以参考这些接收到的信号，通过手持遥控终端110设置的功率调节旋钮、微波除冰设备100运动控制按钮等控制微波除冰设备100的除冰作业。通过摄像头244捕捉的视频信号通过无线方式传输到手持遥控终端110，操作人员能够通过图像显示器113观察到微波除冰设备100的除冰作业状态。接收到的信号或视频文件存储在手持遥控终端110的存储器112中，供后续检查、数据收集及产品升级优化参考。存储器112中还可以存储除冰作业信息和叶片2检测信息，也可以存储作业指令和叶片2缺陷识别软件。在进行除冰作业的同时，可以同步对叶片2缺陷进行检查和识别，并记录在存储器112中，为后续叶片2维护作业提供参考。因使用高清摄像头244正面短距离拍摄，拍摄到的照片可确保很好的清晰度，由此叶片2缺陷的识别能高效高质量的提供叶片2的检查结果，相比传统望远镜巡检方式更具可靠性。存储在存储器112中的文件，可以通过用户接口114，由用户根据需要传输到外部移动硬盘、电脑设备或网络存储器中。
操作人员通过手持遥控终端110控制微波除冰设备100作业动作，手持遥控终端110的图像显示器113上实时显示微波除冰设备100作业环境，为远程操作提供参考。控制系统230控制微波除冰设备100作业动作，以确保机器人210与待处理除冰区域保持高度上的一致性，从而确保机器人210处在最佳作业位置。
微波除冰设备100的动力由电源提供，可以外接电源和内置电池来实现，外接电源由电网提供，是微波除冰设备100动力的可靠保障。内置电池作为备用电源，当作业中外接电源故障或意外断电时，自动切换到内置电池供电，为微波除冰设备100提供基本的移动能力，防止因为外部动力中断造成微波除冰设备100无法回收的情况，有效规避微波除冰设备100动力突发中断，无法回收的风险。
图7是示出本实用新型的一实施例涉及的微波除冰设备的使用状态图。如图6和图7所示，在除冰作业时，首先将待除冰叶片2旋转到最下方，与塔筒1保持平行，叶尖垂直向下，朝向地面，此时将叶轮锁定。这样做的好处是，当覆冰融化后从叶片2表面脱落时，在重力作用下向地面坠落过程中，不至于对风力发电机发生碰撞，避免对风力发电机造成碰撞损伤。
然后，操作人员控制机器人210沿着塔筒1外壁向上爬行，待机器人210攀爬到塔筒1上与叶片的待除冰区域等高的位置，由控制系统230发出制动指令，使机器人210停留在指定的位置，此时优选搭载在机器人210上的微波发射装置220与叶片2表面相互对置，之后，启动微波发射装置220向叶片2表面发射微波，微波经过叶片2表面涂覆的碳纳米管吸收而转化为热能，传递到覆盖在叶片2表面的冰上，并对冰进行加热融化，当叶片2表面的覆冰融化到一定程度时，在重力的作用下脱落。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种微波除冰设备(100)，用于对风力发电机组的涂覆有碳纳米管涂层的叶片(2)进行除冰，其特征在于，包括：
机器人(210)，所述机器人(210)能够在所述风力发电机组的塔筒(1)外壁上移动；
微波发射装置(220)，所述微波发射装置(220)搭载在所述机器人(210)上，能够向涂覆有碳纳米管涂层的叶片(2)发射微波；以及
控制系统(230)，所述控制系统(230)用于控制所述微波除冰设备(100)的运行。
2.根据权利要求1所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，所述微波发射装置(220)包括：
聚波装置(222)，所述聚波装置(222)呈扇形弧面结构。
3.根据权利要求1所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，还包括：
传感器系统(240)，所述传感器系统(240)包括距离传感器(241)、温度传感器(242)、转速传感器(243)中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，还包括：
手持遥控终端(110)，所述手持遥控终端(110)向所述控制系统(230)发出指令，操纵所述微波除冰设备(100)的运行。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，还包括：
摄像头(244)，所述摄像头(244)配置在所述机器人(210)的前端。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，
所述机器人(210)包括用于驱动其移动的伺服电机(211)。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，
所述机器人(210)为磁吸附式爬壁机器人或者负压吸附式爬壁机器人。
8.根据权利要求4所述的微波除冰设备(100)，其特征在于，
所述手持遥控终端(110)包括：
处理器(111)；
用于存储所述处理器的可执行指令的存储器(112)；
用于实时显示微波除冰设备(100)的作业环境的图像显示器(113)；以及
用户接口(114)。
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