CN207510719U - 一种风电机组叶片除冰无人机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种风电机组叶片除冰无人机，该无人机与一安装有处理器模块的中控室无线通信，该无人机包括：安装有多旋翼的无人机主体；检测单元，用于实时采集大气温度、环境湿度；图像采集单元，用于采集风电机组叶片图像数据；控制单元，与所述检测单元和图像采集单元电连接，用于将所述检测单元和图像采集单元采集的数据发送至所述中控室，并接收所述中控室反馈的除冰命令；热吹风装置，与所述控制单元电连接，接收所述控制单元的控制命令，进行热吹风。本实用新型通过实时采集大气温度、环境湿度、叶片图像信号，经过处理器模块的实时图像处理和数据融合，判断叶片的结冰状态，并通过控制热吹风装置对叶片进行加热除冰。
Description
技术领域
本实用新型涉及无人机应用领域，尤其涉及一种用于风电机组叶片除冰的无人机。
背景技术
随着全球环境问题和能源危机的日益严重，清洁能源越来越受到各国的重视。风能作为一种可再生能源蕴藏量巨大，分布面广，具有很大开发利用潜力。
风力发电机组的工作环境在风力资源较为丰富的室外，而在一些环境湿度大、降水量大、温度低的风场，当气温降到零摄氏度以下时，风力发电机叶片上可能就会结冰，冰附着在叶片上，改变了叶片翼型，不仅影响了叶片的气动性能，降低了风力发电机装置的发电效率，还增加了整个风力发电机装置的动静载荷，对整机强度和稳定性产生更为不利的影响。因此，防止和及时去除风机叶片上的结冰，对于保证风力发电机装置的正常高效运行有着极为重要的意义。
现有技术中，对叶片进行除冰的方法主要有两种：一种为颤抖除冰的方法；另一种是使用热空气对叶片进行加热，融化叶片上结冰，达到除冰的目的。
例如，丹麦维斯塔斯风力装置有限公司申请的专利，公开号101821500A公开的“用于给风轮机的叶片除冰的方法、风轮机及其使用”，采取在风力发电机停机后叶片除冰的方法，即通过叶片变桨电机使叶片加速变桨后减速形成的冲击抖掉叶片上的结冰。该方法在叶尖部分振幅最大，但叶根部分振幅最小，虽可以除去叶片上的一些结冰，但叶根部分的结冰不易被抖掉，所以不能保证完全除去叶片上结冰；同时，这种加速、减速状态形成很大的冲击载荷，对整个风力发电机装置造成冲击，有可能造成相关零部件的损坏，降低风力发电机组的安全性和可靠性。
又如，美国通用电气公司申请的专利，公开号1727673公开的“用于除去翼型或转子叶片上的冰的方法和装置”，该方法通过用装在风力发电机叶片上的加热装置加热空气，再用鼓风机将热空气输送到叶片内的通风道内，通过热空气加热叶片，以达到除冰的目的。该方法虽可以加热叶片以除去结冰，但是热空气的加热完全通过电阻丝加热，不仅耗电量大，而且极不安全，因为叶片的材料一般为布、树脂、木材、碳纤维等材料，如果加热装置失火，可能立即引起叶片的燃烧，导致整个风机装置烧毁等严重灾难。
如上两种方法都是通过在叶片上安装一个装置进行除冰，并没有单独的可供后台控制中心控制的设备有选择的对结冰叶片进行除冰，因此，需要一种合适的设备，既能实现对叶片结冰部分进行除冰作业，又能够将叶表的温度提高到一个安全范围内，而且，升温的速度也控制在合适的范围，以防叶片各部位材料间温度梯度过大，造成叶片损坏或影响叶片的寿命。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型的主要目的在于提供一种风电机组叶片除冰无人机，通过实时采集大气温度、环境湿度和叶片图像数据，经过处理器模块的实时图像处理和数据融合，判断叶片的结冰状态，并通过控制热吹风温度，实现叶片加热除冰处理的同时，还能控制叶片各部位的温度提高在安全温度范围以内，保证了叶片的工作性能和寿命。
本实用新型提供的一种风电机组叶片除冰无人机，该无人机与一安装有处理器模块的中控室无线通信，该无人机包括：
一种风电机组叶片除冰无人机，该无人机与一安装有处理器模块的中控室无线通信，其特征在于，该无人机包括：
安装有多旋翼的无人机主体；
检测单元，安装于所述无人机主体的机身上，用于实时采集大气温度、环境湿度；
图像采集单元，安装于所述无人机主体的机身底部，用于采集风电机组叶片图像数据；
控制单元，与所述检测单元和图像采集单元电连接，用于将所述检测单元和图像采集单元采集的数据发送至所述中控室，并接收所述中控室反馈的除冰命令；
热吹风装置，安装于所述无人机主体的机身底部，与所述控制单元电连接，接收所述控制单元的控制命令，进行热吹风。
由上，无人机与后台中控室无线通信，控制单元将实时采集到的大气温度、环境湿度和叶片图像数据发送至后台中控室，经过图像处理和数据融合，判断叶片的结冰状态，并反馈除冰命令给控制单元，通过控制无人机的热吹风装置吹出合适温度的热风，对结冰叶片进行除冰处理。
进一步改进，所述检测单元包括分别与所述控制单元电连接的温度传感器和湿度传感器。
由上，温度传感器用于实时采集大气温度，湿度传感器用于实时采集环境湿度。
进一步改进，所述图像采集单元包括依次电连接的摄像头、图像编码器和图像传感器。
由上，摄像头用于监测并采集叶片的结冰状况，经过图像编码之后生成图像信号，由图像传感器传输给控制单元。
进一步改进，所述控制单元包括电连接的主控模块和存储模块，所述主控模块与所述检测单元、图像采集单元和热吹风装置电连接。
由上，存储模块可存储检测单元采集的大气温度、环境湿度以及图像采集单元采集的叶片图像数据，主控模块可将数据发送至后台中控室并接收中控室反馈回来的除冰命令，并控制热吹风装置进行除冰任务。
进一步改进，所述热吹风装置包括：
一加热电路，该加热电路包含与温度控制芯片电连接的电阻丝和风机；
所述电阻丝位于该风机的风路上；
所述温度控制芯片与所述主控模块电连接。
由上，接收到主控模块的控制命令后，通过温度控制芯片设定一温度，对电阻丝进行加热，使吹风温度控制在安全范围内，可保证叶片表面温度高于结冰的温度，但又不会温度过高造成叶片损坏或影响叶片寿命。
进一步改进，所述无人机还包括无线通信模块，所述无线通信模块与所述控制单元连接。
由上，优选方案中，无人机可选用WiFi芯片或者GSM芯片，通过连接风电场内的无线网络或者光纤环网实现与后台中控室通信，还可选用蓝牙芯片与后台中控室通过蓝牙实现无线连接。
进一步改进，所述无人机主体的机身底部具有一凹入机身的舱体，舱体中安装有伸缩臂及其驱动装置，所述驱动装置与所述控制单元电连接，所述伸缩臂的伸出端安装所述热吹风装置。
由上，通过控制伸缩臂的延展，可实现热吹风装置对叶片各个方向进行除冰处理，同时还可保证无人机与叶片之间保持一定距离，保证无人机和叶片设备的安全。
进一步改进，所述伸缩臂的伸出端安装有测距仪，所述测距仪与所述控制单元电连接。
由上，通过在无人机的伸缩臂末端安装测距仪，可有效监测热吹风装置与叶片之间的距离，避免与叶片距离过近造成叶片温度过高而损坏。
进一步改进，所述测距仪包括光电测距仪或声波测距仪。
由上，光电测距仪根据测距方法分为脉冲测距仪和相位法测距仪，且光电测距仪多采用调制激光的方式来进行测距，声波测距仪一般采用超声波作为调制对象，测距范围较大。
附图说明
图1为本实用新型风电机组叶片除冰无人机的结构示意图。
图2为本实用新型风电机组叶片除冰无人机的模块示意图。
符号说明
无人机主体 100
检测单元 200
温度传感器 201
湿度传感器 202
图像采集单元 300
摄像头 301
图像编码器 302
图像传感器 303
控制单元 400
主控模块 401
存储模块 402
热吹风装置 500
温度控制芯片 501
电阻丝 502
风机 503
无线通信模块 600
具体实施方式
本实用新型的主要目的在于提供一种风电机组叶片除冰无人机，通过实时采集大气温度、环境湿度和叶片图像数据，经过中控室的处理器模块对数据进行实时图像处理和数据融合，判断叶片的结冰状态，并通过控制热吹风温度，实现叶片加热除冰处理的同时，还能控制叶片各部位的温度提高在安全温度范围以内，保证了叶片的工作性能和寿命。
下面，参照如图1所示的风电机组叶片除冰无人机的结构示意图和如图2所示的风电机组叶片除冰无人机的模块示意图，对本实用新型进行详细说明，该无人机包括：无人机主体100、检测单元200、图像采集单元300、控制单元400、热吹风装置500和无线通信模块600；
所述检测单元200安装于所述无人机主体100的机身上，包括分别与控制单元连接的温度传感器201、湿度传感器202，用于实时采集大气温度和环境湿度；
所述图像采集单元300安装于所述无人机主体100的机身底部，包括依次电连接的摄像头301、图像编码器302和图像传感器303；
所述控制单元400与所述检测单元200和图像采集单元300电连接，包括电连接的主控模块401和存储模块402，所述主控模块401与所述检测单元200、图像采集单元300和热吹风装置500电连接；
所述热吹风装置500安装于所述无人机主体100的机身底部，与所述控制单元400电连接，包括一加热电路，该加热电路包含与温度控制芯片501电连接的电阻丝502和风机503；
所述电阻丝502位于该风机的风路上；
所述温度控制芯片501与所述主控模块501电连接；
所述无线通信模块600与所述控制单元400连接。
优选的，上述温度传感器201采用常规的热电阻或热电偶即可。
优选的，上述无人机主体100的机身底部具有一凹入机身的舱体，舱体中安装有伸缩臂及其驱动装置，所述驱动装置与所述控制单元400电连接，所述伸缩臂的伸出端安装所述热吹风装置500。
优选的，所述伸缩臂安装热吹风装置的一端安装有测距仪，所述测距仪与所述控制单元400电连接，所述测距仪常选用光电测距仪或声波测距仪。
本实用新型的一较佳实施例为，上述无人机可采用常用的四旋翼无人机，该无人机中安装有无线通信模块600，多采用WiFi芯片，通过连接风电场场内安装的无线网或风电场光纤环网，和后台中控室之间进行数据和控制指令的传输，无人机机身上安装有温度传感器201、湿度传感器202和摄像头301，且该摄像头常安装在无人机的机身下部，对周围环境进行拍摄，由图像编码器302进行处理生成图像信号后，由图像传感器303进行传输。
该无人机的机身底部具有一凹入机身的舱体，舱体中安装有伸缩臂及其驱动装置，且伸缩臂的末端安装有测距仪，通过控制单元400发送指令，控制伸缩臂的延展，可使热吹风装置的除冰范围更大。
日常巡检过程中，该无人机可沿风电场叶片位置设定飞行路线，进行巡视，采集风电机组叶片周围的大气温度、环境湿度和叶片的图像数据，控制单元400对数据进行整合处理后传输至后台中控室，后台中控室的处理器模块对数据进行实时图像处理和数据融合，对巡视的叶片结冰状态进行判定，当判定叶片结冰时，即会生成一除冰命令反馈给无人机的控制单元400，无人机的控制单元400收到除冰命令后，由主控模块401生成控制命令发送至热吹风装置500，控制热吹风装置500通过温度控制芯片501设定温度，对电阻丝502进行加热，使风机503吹出指定温度的热风，对结冰叶片进行除冰作业，在正常情况下，热吹风控制在20度左右时，可使叶片上的结冰融化，并且能使叶片表面的温度提高在5度以内，不会影响叶片的工作性能和寿命，此情况下除冰效果最佳。
本实施例可通过后台中控室设置一自动程序，由无人机负责自动实施从叶根到叶尖的除冰任务，将叶片控制在一定角度后，通过后台中控室设置无人机的飞行路线，使无人机紧贴叶片飞行，发现叶片有结冰出现时，立即进行清除工作。
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，例如，对无人机机型的选用和对检测单元、热吹风装置在机身位置的更改等，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 (8)
1.一种风电机组叶片除冰无人机，该无人机与一安装有处理器模块的中控室无线通信，其特征在于，该无人机包括：
安装有多旋翼的无人机主体(100)；
检测单元(200)，安装于所述无人机主体(100)的机身上，用于实时采集大气温度、环境湿度；
图像采集单元(300)，安装于所述无人机主体(100)的机身底部，用于采集风电机组叶片图像数据；
控制单元(400)，与所述检测单元(200)和图像采集单元(300)电连接，用于将所述检测单元(200)和图像采集单元(300)采集的数据发送至所述中控室，并接收所述中控室反馈的除冰命令；
热吹风装置(500)，安装于所述无人机主体(100)的机身底部，与所述控制单元(400)电连接，接收所述控制单元(400)的控制命令，进行热吹风。
2.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述检测单元(200)包括分别与所述控制单元(400)电连接的温度传感器(201)和湿度传感器(202)。
3.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述图像采集单元(300)包括依次电连接的摄像头(301)、图像编码器(302)和图像传感器(303)。
4.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述控制单元(400)包括电连接的主控模块(401)和存储模块(402)，所述主控模块(401)与所述检测单元(200)、图像采集单元(300)和热吹风装置(500)电连接。
5.根据权利要求4所述的无人机，其特征在于，所述热吹风装置(500)包括：
一加热电路，该加热电路包含与温度控制芯片(501)电连接的电阻丝(502)和风机(503)；
所述电阻丝(502)位于该风机(503)的风路上；
所述温度控制芯片(501)与所述主控模块(401)电连接。
6.根据权利要求1所述的无人机，其特征在于，所述无人机主体(100)的机身底部具有一凹入机身的舱体，舱体中安装有伸缩臂及其驱动装置，所述驱动装置与所述控制单元(400)电连接，所述伸缩臂的伸出端安装所述热吹风装置(500)。
7.根据权利要求6所述的无人机，其特征在于，所述伸缩臂的伸出端安装有测距仪，所述测距仪与所述控制单元(400)电连接。
8.根据权利要求7所述的无人机，其特征在于，所述测距仪包括光电测距仪或声波测距仪。
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Cited By (2)
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| WO2020043555A1 (en) * | 2018-08-27 | 2020-03-05 | Icesolution As | De-icing of structures using unmanned aerial vehicles and hot air and/or ir/microwave radiation |
| WO2021167555A1 (en) * | 2020-02-20 | 2021-08-26 | Cnk Havacilik Sanayi̇ Ve Ti̇caret Li̇mi̇ted Şi̇rketi̇ | Antifrost drone |
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2017
- 2017-11-20 CN CN201721558495.5U patent/CN207510719U/zh active Active
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