CN207212599U - 一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，包括加热装置、保护装置和功率控制装置；加热装置从叶片本体前缘开始分别向压力面与吸力面延伸一定距离；保护装置包括绝缘保护装置和电磁屏蔽保护装置，保护装置包裹加热装置；功率控制装置用以控制加热装置的功率密度；所述电加热除冰装置上设有方便导线通过的孔。本实用新型保证了加热材料在展向的连续性；加热装置分为多个呈并联关系的加热分区，可以单独控制接入电路，以便控制加热区域；各加热分区在固定电压下的功率密度仅与其长度有关，方便系统排布设计；电磁屏蔽保护装置能有效避免雷击的危险；功率控制装置只需控制电压即可同步控制所有加热分区的输入功率。
Description
技术领域
本实用新型属于风力发电机领域，具体涉及一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置。
背景技术
风力发电机是目前处于迅速发展中的能源转化装置，它通过捕捉风能驱动发电机产生电能。而风力发电机赖以捕捉风能的部件就是转子叶片，因此保证叶片高效可靠得运转是提高发电效率的重要环节。
但是叶片覆冰却严重影响了叶片的发电效率，甚至结冰严重时，风力发电机在再好的风速条件下也必须停机。这极大的影响了风力机的使用效率，因此对风力发电机的防除冰一直是业内研究热点。如公开号为CN1705823的热气除冰技术，公开号为CN103089550A的振动除冰技术，公开号为CN101886617A的微薄加热和激振除冰技术等，公开号为CN106837682A的电加热除冰技术等
其中电加热技术是广为研究的风力发电机叶片防除冰技术，但电加热不可避免需要在叶片中增加电热导体，必然会增加雷击的风险。现有的专利技术采用的防雷技术，有些是在加热层外添加额外的雷电传导层，并与现有雷电传导系统接通；有些仅提到增加一层保护金属网，但加热层仍旧也会产生感应电流而破坏。且由于加热层需大范围铺设，电极及加热层设计至关重要，现有专利也未有涉及。
发明内容
为解决以上风力发电机叶片电加热除冰技术存在的问题，本实用新型提供了一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，能有效避免雷击的危险。
根据本实用新型的技术方案，所述用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，包括加热装置、保护装置和功率控制装置；所述加热装置从叶片本体前缘开始分别向压力面与吸力面延伸一定距离；所述保护装置包括绝缘保护装置和电磁屏蔽保护装置，保护装置包裹加热装置；所述功率控制装置用以控制加热装置的功率密度；所述电加热除冰装置上设有方便导线通过的孔。
进一步的，所述绝缘保护装置为包裹在加热装置表面的绝缘材料层。
进一步的，所述功率控制装置通过调整输出电压控制控制加热装置的功率密度。
进一步的，所述电磁屏蔽保护装置为包裹在绝缘保护装置表面的封闭的金属网。
进一步的，所述电磁屏蔽保护装置的金属网网格规格间距小于1cm*1cm。
进一步的，所述加热装置沿叶片展向分为多个加热分区，每个加热分区各有两个电极。
进一步的，所述加热分区之间呈并联连接。
进一步的，所述加热分区在固定电压下的功率密度仅与加热分区的展向长度l有关。
进一步的，所述电加热除冰装置利用手糊或真空灌注工艺成型，电加热除冰装置成型完成后打磨至平滑并喷涂保护层。
进一步的，所述电加热除冰装置成型完成后孔内填充绝缘材料。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
加热装置从叶片前缘开始分别向压力面与吸力面延伸一定距离，由于前缘的曲率变化较大，这样压力面与吸力面分开有利于保证加热材料在展向的连续性；
加热装置分为多个加热分区，各个加热分区分别有两个延伸的电极，且加热分区之间呈并联关系，可以单独控制接入电路，以便控制加热区域；
各加热分区在固定电压下的功率密度仅与其长度有关，方便系统对各尺寸叶片的各个部位的排布设计；
保护装置包括绝缘保护装置和电磁屏蔽保护装置两个部分，绝缘保护装置保证加热装置与电磁屏蔽保护装置绝缘，电磁屏蔽保护装置为包裹在绝缘保护装置内外的完全封闭的金属网，且单独接地，形成类“法拉第笼”结构，电磁屏蔽保护装置是一个等电势体，外层电流强度再大处于电磁屏蔽保护装置的加热装置也不会受影响，有效防止雷击的危险；
功率控制装置用以控制功率密度，由于各分块并联，控制装置只需控制电压即可同步控制所有分块的输入功率。
附图说明
图1为本实用新型剖面结构示意图。
图2为本实用新型加热分区示意图。
图3为本实用新型在叶片本体上的整体布置图。
附图标记说明：1、加热装置；2、绝缘保护装置；3、电磁屏蔽保护装置；4、保护层；5、导线；6、叶片本体；7、孔；8、叶片本体前缘部分区域。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示：叶片本体6自身带有接闪器，剖面示意图以方形层为示意，实际实施过程中是沿着叶片外表面随形铺设的。电加热除冰装置一般被安装在叶片本体6外层，对于新生产的叶片合模后，在打磨完成后直接铺设，对于正在运行的叶片可以在空中对叶片进行打磨后铺设。如图3所示，电加热除冰装置一般布置在叶片易结冰区域，例如叶片本体6的前缘部分区域8，打磨完成后需在既定位置打孔7，为导线5预留位置。电加热除冰装置利用手糊或真空灌注工艺成型，为保证叶片的气动性能，电加热除冰装置成型完成后打磨至平滑并喷涂保护层4。电加热除冰装置成型完成后孔7内填充绝缘材料，具体的，可以为树脂、橡胶等。
电加热除冰装置主要包括加热装置1、保护装置和功率控制装置，加热装置1和保护装置可以在现场预组合并铺设至叶片本体6的前缘表面。其中加热装置1从叶片本体6前缘开始分别向压力面与吸力面延伸一定距离，由于前缘的曲率变化较大，这样压力面与吸力面分开有利于保证加热材料在展向的连续性。保护装置包括绝缘保护装置2和电磁屏蔽保护装置3，保护装置包裹加热装置1，功率控制装置用以控制加热装置1的功率密度。
具体的，绝缘保护装置2为全包裹加热装置1的绝缘材料层，可以分段铺设或整体铺设。电磁屏蔽保护装置3为包裹在绝缘保护装置2内外的完全封闭的金属网，可以通过内外整体包裹来增加电磁屏蔽保护装置3的整体性，电磁屏蔽保护装置3的叶根处引出导线并单独接地，形成类“法拉第笼”结构，电磁屏蔽保护装置3是一个等电势体，外层电流强度再大处于电磁屏蔽保护装置3的加热装置1也不会受影响，有效防止雷击的危险。电磁屏蔽保护装置3的金属网网格规格间距小于1cm*1cm，充分保证了电磁屏蔽效果。
加热装置1沿叶片展向分为多个加热分区，每个加热分区各有两个电极，加热分区之间呈并联关系且长度一致，可以单独控制接入电路，以便控制加热区域。加热分区在固定电压下的功率密度仅与加热分区的展向长度l有关，方便系统对各尺寸叶片的各个部位的排布设计，如图2所示，加热装置1沿叶片展向分为n个加热分区，即电路折数为n，其原理如下：
材料的电阻R取决于其电阻率ρ，长度L和截面面积S，存在以下关系
其中截面积
S＝a·t (2)
其中t为加热分区的加热层厚度，a为加热层宽度
又加热装置的输入功率与电阻R及电压U之间存在以下关系
图1中所示，电路折为n段，总电阻长度
L＝n·l (4)
加热层宽度a与加热装置总宽度w及加热分区间空隙b有以下关系
令，b＝λw，其中λ为空隙b与加热装置总宽度w的比值，连立(1)-(5)式可得
又功率密度Wp＝W/(1·w)，可得
由式(7)可得，当空隙与宽度的比值λ，加热分区展向长度l和折数n一定时，可使加热分区从叶根到叶尖的宽度w随时变化，但功率密度保持恒定。功率控制装置通过调整输出电压控制功率密度，由于各加热分区并联，且长度一致，功率控制装置在接收到除冰信号时只需控制电压即可同步控制所有加热分区的输入功率。
本实用新型保证了加热材料在展向的连续性；加热装置分为多个加热分区，加热分区之间呈并联关系，可以单独控制接入电路，以便控制加热区域；各加热分区在固定电压下的功率密度仅与其长度有关，方便系统对各尺寸叶片的各个部位的排布设计；电磁屏蔽保护装置是一个等电势体，能有效避免雷击的危险；功率控制装置通过调整输出电压控制功率密度，由于各加热分区并联，控制装置只需控制电压即可同步控制所有加热分区的输入功率。
Claims (10)
1.一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，包括加热装置（1）、保护装置和功率控制装置；所述加热装置（1）从叶片本体（6）前缘开始分别向压力面与吸力面延伸一定距离；所述保护装置包括绝缘保护装置（2）和电磁屏蔽保护装置（3），保护装置包裹加热装置（1）；所述功率控制装置用以控制加热装置（1）的功率密度；所述电加热除冰装置上设有方便导线（5）通过的孔（7）。
2.根据权利要求1所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述绝缘保护装置（2）为包裹在加热装置（1）表面的绝缘材料层。
3.根据权利要求1所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述功率控制装置通过调整输出电压控制控制加热装置（1）的功率密度。
4.根据权利要求1或3所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述电磁屏蔽保护装置（3）为包裹在绝缘保护装置（2）表面的封闭的金属网。
5.根据权利要求4所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述电磁屏蔽保护装置（3）的金属网网格规格间距小于1cm*1cm。
6.根据权利要求1所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述加热装置（1）沿叶片展向分为多个加热分区，每个加热分区各有两个电极。
7.根据权利要求6所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述加热分区之间呈并联连接。
8.根据权利要求6所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述加热分区在固定电压下的功率密度仅与加热分区的展向长度l有关。
9.根据权利要求1所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述电加热除冰装置利用手糊或真空灌注工艺成型，电加热除冰装置成型完成后打磨至平滑并喷涂保护层（4）。
10.根据权利要求1所述的用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置，其特征在于，所述电加热除冰装置成型完成后孔（7）内填充绝缘材料。
Priority Applications (1)
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| CN201721165207.XU CN207212599U (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置 |
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| CN201721165207.XU CN207212599U (zh) | 2017-09-12 | 2017-09-12 | 一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN107401486A (zh) * | 2017-09-12 | 2017-11-28 | 无锡风电设计研究院有限公司 | 一种用于风力发电机转子叶片的电加热除冰装置 |
| CN108730133A (zh) * | 2018-06-08 | 2018-11-02 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 风电机组叶片整体防冰方法及产品 |
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- 2017-09-12 CN CN201721165207.XU patent/CN207212599U/zh active Active
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