CN206360852U - 风机叶片及风电机组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风机叶片及风电机组，以解决现存风机叶片上除冰系统的除冰效率低的技术问题。所述风机叶片包括叶片本体及压电陶瓷片；所述压电陶瓷片镶嵌在所述叶片本体的表面，所述压电陶瓷片用于与超声波发生器连接且能够产生用于除所述叶片本体上的覆冰的机械波。

Description

风机叶片及风电机组

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风机叶片及风电机组。

背景技术

风机叶片处于低温或湿度较大的环境下，叶片表面会出现结冰覆盖现象，覆冰会增加叶片的重量，并且分布不均匀的覆冰会引起叶片的配重失衡，使得叶片的加强振动、疲劳载荷增加，进而引起叶片的损坏；进一步地，覆冰会改变叶片的轮廓，影响叶片的气动性能，降低风电设备的效率，减小机组的输出功率，因此，本领域内人员研制出几种适用于叶片的除冰技术。现有风机叶片的除冰技术尚不成熟，主要包括电加热除冰技术和热空气除冰技术。

电加热除冰技术是指将电加热丝埋嵌于叶片的前缘表面，电加热丝散发的热量传递至叶片表面进行融冰的技术。在寒冷的室外环境下，叶片表面热量损失较大，此时若电加热丝升温过低，叶片表面热量将难以达到理想的融冰效果，导致融冰效率低；若为达到表面融冰热量要求持续升高电加热丝的温度，则该温度可能高于叶片材料玻璃化的温度，导致叶片所采用的树脂材料的物理性能发生改变，进一步导致叶片承载能力下降甚至直接出现熔融破损的现象。因此，电加热除冰技术的温控难度大，导致其融冰效果低。

热空气除冰技术是指在叶片根部装设加热装置和鼓风装置，在叶片内部设置空气循环通道，鼓风装置作为动力源将动力传递至加热装置，带动加热装置四周的空气发生热循环流动，热空气向叶片表面传导热量以达到融冰的目的。由于叶片厚度大且复合材料的热传导性能较差，由叶片的内部将热空气的热量传导至叶片的外表面需要较长的时间，因此，采用该种技术的除冰效率也较低。

综上，现有除冰技术的除冰效率低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种风机叶片，以解决现存风机叶片上除冰系统的除冰效率低的技术问题。

所述风机叶片包括叶片本体及压电陶瓷片；所述压电陶瓷片镶嵌在所述叶片本体的表面，所述压电陶瓷片用于与超声波发生器连接且能够产生用于除所述叶片本体上的覆冰的机械波。

进一步地，所述压电陶瓷片为多个，多个所述压电陶瓷片均镶嵌在所述叶片本体的表面，并且多个所述压电陶瓷片由所述叶片本体的根部至尖端依次间隔设置。

进一步地，所述叶片本体包括相对设置的叶片前缘和叶片后缘，多个所述压电陶瓷片设置在所述叶片前缘上。

进一步地，还包括互连接的控制器和温度传感器，并且所述控制器用于与超声波发生器连接；

所述温度传感器用于获取当前大气温度信息并将该温度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述温度信息并根据所述温度信息控制所述超声波发生器的开启与关闭。

进一步地，还包括互连接的控制器和结冰信号器，所述控制器用于与超声波发生器连接；

所述结冰信号器用于获取所述叶片本体上的覆冰的当前厚度信息并将该当前厚度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述当前厚度信息并根据所述当前厚度信息控制所述超声波发生器所发生的超声波的功率。

进一步地，所述压电陶瓷片镶嵌在所述叶片本体的外表面。

本实用新型提供的风机叶片，其叶片主体上设置有压电陶瓷片，该压电陶瓷片镶嵌在叶片本体的表面，并且压电陶瓷片可与超声波发生器连接。运作时，该超声波发生器发生超声波并将该超声波传递至压电陶瓷片，压电陶瓷片接收该超声波并通过压电耦合将该超声波转化为机械波，由于压电陶瓷片镶嵌在叶片本体的表面，并且覆冰贴覆在叶片本体的表面，因此，压电陶瓷片产生的机械波沿覆冰与叶片主体之间的结合面传播，机械波传播时在该结合面产生一个平行于该结合面的剪切应力，该剪切应力可使覆冰从叶片本体的表面剥离，以达到除叶片本体上的覆冰的目的。

相比于现有技术，本实用新型提供的风机叶片，其中的压电陶瓷片直接镶嵌在叶片本体的表面，压电陶瓷片产生的机械波能够直接沿覆冰与叶片本体之间的结合面传播，覆冰由其最深处的根部剥离叶片本体的表面，使得除冰更加彻底，进而使除冰效率更高；进一步地，其除冰过程与叶片的作业过程互不干涉，可在不停机的状况下持续除冰，并且，其除冰过程不存在温控的问题，亦不受叶片厚度的影响，进一步提高该风机叶片的除冰效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种风电机组，所述风电机组包括机组主体及如上所述的风机叶片，所述风机叶片的根部与所述机组主体连接；

所述机组主体包括超声波发生器，所述风机叶片的所述压电陶瓷片与所述超声波发生器连接。

进一步地，所述风机叶片为三个，三个所述风机叶片沿所述机组主体的外周均匀设置；

各个所述风机叶片中的所述压电陶瓷片均与所述超声波发生器连接。

进一步地，所述机组主体包括机舱，所述机舱与所述风机叶片连接，所述超声波发生器装设在所述机舱内。

进一步地，所述超声波发生器与所述压电陶瓷片通过滑环连接。

上述风电机组相比于现有技术的有益效果，同于上述风机叶片相比于现有技术的有益效果，此处不再赘述。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例提供的风机叶片的示意图。

图中：

1－叶片本体； 2－压电陶瓷片；

3－超声波发生器； 4－电源装置；

5－滑环。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

图1是根据本实用新型实施例提供的风机叶片的示意图，请参阅图1，所述风机叶片包括叶片本体1及压电陶瓷片2；所述压电陶瓷片2镶嵌在所述叶片本体1的表面，所述压电陶瓷片2用于与超声波发生器3连接且能够产生用于除所述叶片本体1上的覆冰的机械波。

本实用新型提供的风机叶片，其叶片主体上设置有压电陶瓷片，该压电陶瓷片镶嵌在叶片本体的表面，并且压电陶瓷片可与超声波发生器连接。运作时，该超声波发生器发生超声波并将该超声波传递至压电陶瓷片，压电陶瓷片接收该超声波并通过压电耦合将该超声波转化为机械波，由于压电陶瓷片镶嵌在叶片本体的表面，并且覆冰贴覆在叶片本体的表面，因此，压电陶瓷片产生的机械波沿覆冰与叶片主体之间的结合面传播，机械波传播时在该结合面产生一个平行于该结合面的剪切应力，该剪切应力可使覆冰从叶片本体的表面剥离，以达到除叶片本体上的覆冰的目的。

相比于现有技术，本实用新型提供的风机叶片，其中的压电陶瓷片直接镶嵌在叶片本体的表面，压电陶瓷片产生的机械波能够直接沿覆冰与叶片本体之间的结合面传播，覆冰由其最深处的根部剥离叶片本体的表面，使得除冰更加彻底，进而使除冰效率更高；进一步地，其除冰过程与叶片的作业过程互不干涉，可在不停机的状况下持续除冰，并且，其除冰过程不存在温控的问题，亦不受叶片厚度的影响，进一步提高该风机叶片的除冰效率。

需要说明的是，根据有关试验数据显示，覆冰的黏附应力为0.4MPa左右，压电陶瓷片所产生的机械波所产生的应力值足够使覆冰剥离且该剥离强度小于叶片材料本身的强度，不会对叶片本体产生损坏。

进一步地，压电陶瓷片具有质量轻、体积小、耐击穿，抗电磁干扰性能强，压电陶瓷片镶嵌在叶片本体的表面上，叶片本体的增重量小；并且其结构简单，不易损坏，可靠性高，

进一步地，请继续参阅图1，为使上述风机叶片的除冰更加彻底，即在同一时间可除去整个叶片本体的表面上的覆冰，本实施例中，所述压电陶瓷片2为多个，多个所述压电陶瓷片2均镶嵌在所述叶片本体1的表面，并且多个所述压电陶瓷片2由所述叶片本体1的根部至尖端依次间隔设置，运作时，多个压电陶瓷片同时产生机械波，机械波沿叶片本体的表面传播，即叶片表面与覆冰之间的整个结合面上均有机械波的分布，机械波产生的剪切应力同时作用，可使覆冰剥离叶片的表面，叶片的除冰效率进一步提供。

所述叶片本体包括相对设置的叶片前缘和叶片后缘，一般地，叶片前缘的面积及厚度均大于叶片后缘的面积及厚度，叶片前缘上的覆冰面积更大，所能够承载的覆冰的厚度更厚，因此，为进一步提高上述风机叶片的除冰效率，将多个所述压电陶瓷片设置在所述叶片前缘上。

进一步地，上述风机叶片还包括互连接的控制器和温度传感器，并且所述控制器用于与超声波发生器连接；所述温度传感器用于获取当前大气温度信息并将该温度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述温度信息并根据所述温度信息控制所述超声波发生器的开启与关闭，如此，可根据当前大气温度开启超声波发生器或者关闭超声波发生器。当大气温度较低时，叶片主体的表面会渐渐贴覆覆冰，此时控制器根据温度传感器所反馈的温度信息开启超声波发生器，启动叶片的除冰过程，以免随着低温的持续覆冰的厚度逐渐加厚；同样，当大气温度逐渐增高时，叶片主体表面的覆冰的积累逐渐减慢，压电陶瓷片产生的机械波不断对覆冰进行清除，当大气温度增高至设定值时，覆冰难以形成或叶片表面停止贴覆覆冰，此时，控制器再次根据温度传感器所反馈的温度信息停止超声波发生器，停止叶片的除冰过程。由此可见，本实用新型提供的叶片可根据大气温度实时进行除冰，使该叶片的除冰过程更加灵活可靠。

进一步地，上述风机叶片还包括互连接的控制器和结冰信号器，所述控制器用于与超声波发生器连接；所述结冰信号器用于获取所述叶片本体上的覆冰的当前厚度信息并将该当前厚度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述当前厚度信息并根据所述当前厚度信息控制所述超声波发生器所发生的超声波的功率，如此，控制器可根据当前覆冰的厚度对超声波发生器的功率进行灵活调节。当覆冰的厚度较大时，控制器接收信号器反馈的厚度信息并调节超声波发生器的功率，使超声波的功率与覆冰厚度匹配，覆冰的厚度越大，则所需的超声波的功率越大。由此可见，本实用新型提供的叶片可根据覆冰的实时厚度进行针对性的除冰作业，使该叶片的除冰过程更加灵活便捷。

需要说明的是，结冰信号器在获取覆冰厚度的同时，可获取当前覆冰在叶片本体的表面上的位置，控制器在调节超声波发生器的功率的同时，可控制超声波发生器所发生的超声波的传递方向，以间接控制距离该覆冰最近的压电陶瓷片以高功率的机械波进行除冰。

优选地，所述压电陶瓷片镶嵌在所述叶片本体的外表面，如此机械波可快速传递至覆冰与叶片本体表面间的结合面上，进一步提高除冰效率。

本实用新型的另一目的在于提供一种风电机组，所述风电机组包括机组主体及如上所述的风机叶片，所述风机叶片的根部与所述机组主体连接；所述机组主体包括超声波发生器，所述风机叶片的所述压电陶瓷片与所述超声波发生器连接。

进一步地，所述风机叶片为三个，三个所述风机叶片沿所述机组主体的外周均匀设置；各个所述风机叶片中的所述压电陶瓷片均与所述超声波发生器连接，如此，该风电机组中的三个叶片均可通过压电陶瓷片产生的机械波进行除冰，并且，三个叶片可同时进行除冰作业，互不干涉，进一步提高除冰效率。

进一步地，所述机组主体1包括机舱，所述机舱与所述风机叶片连接，所述超声波发生器装设在所述机舱内，所述机舱作为保护壳体对超声波发生器形成保护，避免外界环境的不断变化对超声波发生器造成损坏或损伤。优选地，该机舱内还装置有电源装置4，该电源装置4与超声波发生器连接，以向该超声波发生器提供电能。

进一步地，所述超声波发生器3与所述压电陶瓷片2通过滑环5连接，以使超声波发生器与压电陶瓷片之间的波的传递过程更加稳定，进一步保证叶片的高除冰效率。

上述风电机组相比于现有技术的有益效果，同于上述风机叶片相比于现有技术的有益效果，此处不再赘述。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种风机叶片，包括叶片本体(1)，其特征在于，还包括压电陶瓷片(2)；

所述压电陶瓷片(2)为多个，多个所述压电陶瓷片(2)均镶嵌在所述叶片本体(1)的表面，所述压电陶瓷片(2)用于与超声波发生器(3)连接且能够产生用于除所述叶片本体(1)上的覆冰的机械波；

还包括互连接的控制器和结冰信号器，所述控制器用于与超声波发生器连接，所述结冰信号器用于获取当前覆冰在所述叶片本体的表面上的位置，所述控制器可控制超声波发生器所发生的超声波的传递方向，以间接控制距离该覆冰最近的所述压电陶瓷片以机械波进行除冰。

2.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，多个所述压电陶瓷片(2)由所述叶片本体(1)的根部至尖端依次间隔设置。

3.根据权利要求2所述的风机叶片，其特征在于，所述叶片本体(1)包括相对设置的叶片前缘和叶片后缘，多个所述压电陶瓷片(2)设置在所述叶片前缘上。

4.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，还包括与所述控制器连接的温度传感器；

所述温度传感器用于获取当前大气温度信息并将该温度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述温度信息并根据所述温度信息控制所述超声波发生器(3)的开启与关闭。

5.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，

所述结冰信号器用于获取所述叶片本体上的覆冰的当前厚度信息并将该当前厚度信息反馈至所述控制器，所述控制器用于接收所述当前厚度信息并根据所述当前厚度信息控制所述超声波发生器(3)所发生的超声波的功率。

6.根据权利要求1所述的风机叶片，其特征在于，所述压电陶瓷片(2)镶嵌在所述叶片本体的外表面。

7.一种风电机组，包括机组主体，其特征在于，还包括如权利要求1-6任一项所述的风机叶片，所述风机叶片的根部与所述机组主体连接；

所述机组主体包括超声波发生器(3)，所述风机叶片的所述压电陶瓷片(2)与所述超声波发生器(3)连接。

8.根据权利要求7所述的风电机组，其特征在于，所述风机叶片为三个，三个所述风机叶片沿所述机组主体的外周均匀设置；

各个所述风机叶片中的所述压电陶瓷片(2)均与所述超声波发生器(3)连接。

9.根据权利要求7所述的风电机组，其特征在于，所述机组主体包括机舱，所述机舱与所述风机叶片连接，所述超声波发生器(3)装设在所述机舱内。

10.根据权利要求7所述的风电机组，其特征在于，所述超声波发生器(3)与所述压电陶瓷片(2)通过滑环(5)连接。