CN209704773U - 一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片 - Google Patents

一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片 Download PDF

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李云涛
李辉
朱金峰
赖四维
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Abstract

本实用新型公开了一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片，装置包括固定在叶片上的电热融冰层和结冰传感器、设置于电机轮毂内的控制单元、设置于机舱顶部的环境监测终端；所述叶片上按照距离轮毂的远近分为靠近电机轴的叶片A面和远离电机轴的叶片B面，叶片A面和叶片B面上分别设有相互独立的电热融冰层，所述叶片A面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片展向布置的多根电加热丝，所述叶片B面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片径向布置的多根电加热丝；本实用新型能够提高叶片的融冰效率和减少耗电量。

Description

一种风力发电机叶片防/融冰装置及风力发电机叶片
技术领域
本实用新型涉及风力发电技术领域，特别是涉及一种风力机叶片结冰的预防与结冰后除冰系统。
背景技术
几年来，风电装机容量不断上升，截止2017年底，全球累积风电装机容量已达将近5.4亿千瓦(539581MW)；其中，中国的年新增装机容量仍位于世界首位，达到了1950万千瓦，占世界新增装机容量的37％。在实际运行中发现部分地区的风机叶片结冰现象严重影响了风机的出力。以中国西南部为例，尤其是湖南、贵州、云南和川渝等地，由于空气湿度较大，在温度较低的冬天，风力发电机叶片表面容易形成覆冰，而冬天又往往是风资源较好的季节。由于风力发电效率的关键在于风机叶片，其稳定性和性能的好坏直接影响到风能的转换。由于我国风电装机开始在西北地区较多，对风机叶片防/融冰方法开展研究较晚，随着风电装机地域范围的扩大，风机叶片防/融冰方法的研究得到了人们的广泛重视。
目前的主要方法有溶液防冰、机械除冰、热能防冰、电脉冲除冰、图层防冰、气动带除冰、超声波除冰和吹气防冻技术等。其中以热能防/融冰效果最好，也有风场在实际运行中使用了电加热叶片，运行结果显示对于风场整体而言，风能转换效率有所提高。
实用新型内容
本实用新型主要是结合市面上现有的热能防冰方法和技术，提出一种新的风机叶片防/融冰装置。新的风机叶片防/融冰装置能够有效防/融冰的同时减少耗电量。
本实用新型是通过如下技术方案实现的：
一种风力发电机叶片防/融冰装置，包括固定在叶片蒙皮层内的电热融冰层和结冰传感器、设置于电机轮毂内的控制单元、设置于机舱顶部的环境监测终端；
所述叶片上按照距离轮毂的远近分为靠近电机轴的叶片A面和远离电机轴的叶片B面，叶片A面和叶片B面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述叶片A面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述叶片B面上的电热融冰层的第二供电线组，所述叶片A面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片展向布置的多根电加热丝，所述叶片B面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片径向布置的多根电加热丝；
所述叶片A面和叶片B面上分别设有独立的叶片结冰传感器，分别是位于叶片A面上的第一结冰传感器和设置在叶片B面上的第二结冰传感器，所述第一结冰传感器和第二结冰传感器分别连接无线数据传输芯片以通过无线网络连接控制单元；
机舱上设有环境监测终端，所述环境监测终端包括用于测量环境温度的温度传感器、用于测量环境湿度的湿度传感器；所述环境监测终端通过有线网络连接控制单元；
所述控制单元连接电热融冰开关电路，所述电热融冰开关电路分别连接为叶片进行电热融冰供电的供电线及外接供电电源。
所述叶片包括壳体、内腔、与轮毂相连接的叶根部、位于叶片末端的叶尖部、位于叶根部和叶尖部之间的叶片主体，其中，叶片A面位于叶片主体迎风一侧的叶片前缘处，叶片B面位于叶尖部迎风一侧的叶片前缘处。
所述电加热丝的材料为Cr20Ni80的镍铬丝，在Cr20Ni80的镍铬丝表面覆有TIS800K绝缘热矽胶布，TIS800K绝缘热矽胶布厚度为0.152mm。
所述结冰传感器为JCF-1610叶片结冰在线监测传感器。
所述控制单元为单片机。
一种风力发电机叶片，采用所述的风力发电机叶片防/融冰装置。
有益效果：
第一、本实用新型结构简单可靠，造价低；采用了改进的电阻丝布置结构，展向布置的电加热丝和弦向布置电加热丝可以形成不同的融化水通道，融化水通道形成后，随着叶片的旋转，前者融化水在根部流出，后者融化水在叶尖流出，从利用了风力发电机叶片旋转产生的离心力与电加热产生的融水作用相结合共同除冰，除冰效率更高；
第二、采用独立的电加热单元，能够在保证防/融冰的同时提高电热利用效率，更加节能。
附图说明
图1是本实用新型一种风力发电机叶片防/融冰装置架构图；
图2是本实用新型一种风力发电机叶片防/融冰装置结构示意图；
其中，1、控制单元；2、第一结冰传感器；3、第二结冰传感器；4、电阻丝；5、导热绝缘布；6、环境监控终端；
图3是本实用新型风力发电机叶片上电阻丝排布结构。
具体实施方式
下面结合说明书附图以及具体实施例对本实用新型的技术方案作进一步详细说明。
如图1所示，一种风力发电机叶片防/融冰装置，包括固定在叶片上的电热融冰层和结冰传感器、设置于风力机轮毂内的控制单元、设置于机舱顶部的环境监测终端；
所述叶片上按照距离轮毂的远近分为靠近轮毂的叶片A面和远离轮毂的叶片B面，叶片A面和叶片B面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述叶片A面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述叶片B面上的电热融冰层的第二供电线组，所述叶片A面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片展向布置的多根电加热丝，所述叶片B面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片径向布置的多根电加热丝；
所述叶片A面和叶片B面上分别设有独立的叶片结冰传感器，分别是位于叶片A面上的第一结冰传感器和设置在叶片B面上的第二结冰传感器，所述第一结冰传感器和第二结冰传感器分别连接无线数据传输芯片以通过无线网络连接控制单元；
所述机舱顶部设有环境监测终端，所述环境监测终端包括用于测量温度的塔底温度传感器、用于测量环境湿度的湿度传感器；所述环境监测终端通过有线网络连接所述控制单元；
所述控制单元设有远程控制芯片及远程控制端；其中所述远程控制芯片连接远程控制端；
所述远程控制端连接电热融冰开关电路，所述电热融冰开关电路分别连接为叶片进行电热融冰供电的供电线及外接供电电源。
作为本实用新型技术方案的一个优选方案，所述叶片包括壳体、内腔、与轮毂相连接的叶根部、位于叶片末端的叶尖部、位于叶根部和叶尖部之间的叶片主体，其中，叶片A面位于叶片主体迎风一侧的叶片前缘处，叶片B面位于叶尖部迎风一侧的叶片前缘处。示意图如图3所示。
采用该电加热丝排布方式原理如下：
采用了改进的电加热丝布置结构，展向布置的电加热丝和弦向布置电加热丝可以形成不同的融化水通道，融化水通道形成后，随着叶片的旋转，前者融化水在根部流出，后者融化水在叶尖流出，水滴流动具体原理是：水滴在运动的叶片表面主要受到叶片对水滴的作用力和重力，其合力提供水滴随叶片转动的向心力，在靠近叶片尖端处，由于水滴做圆周运动的半径较大，所需向心力也较大，当和重力的合力不足以提供向心力，水滴就会发生滑动，滑动轨迹会沿着叶片伸展方向，最后在叶尖处甩出；靠近叶根位置处，水滴做圆周运动的向心力较小，但随着水滴的累积，重力会越来越大，当垂直地面向上的分力不足以抵消重力作用时，水滴会发生沿着弦向的滑动而脱离叶片。
本实用新型改进的电加热丝利用了风力发电机叶片旋转产生的离心力与电加热产生的融水作用相结合共同除冰，除冰效率更高。
作为本实用新型技术方案的一个优选方案，所述电加热丝的材料为Cr20Ni80的镍铬丝，该材料导热系数达60.3KJ/m·h·℃，不具有磁性，表面覆有TIS800K绝缘热矽胶布，该材料厚度为0.152mm，抗张强度大于13.5Kpsi，击穿电压大于4000VAC。
作为本实用新型技术方案的一个优选方案，所述结冰传感器为JCF-1610叶片结冰在线监测传感器。该传感器可以检测到结冰厚度。
作为本实用新型技术方案的一个优选方案，所述控制单元为Motorola单片机，该单片机高频噪声低，抗干扰能力强，适合工控领域以及恶劣环境工作。
信号电路接受来自结冰传感器的信号，对信号作出判断并根据信号触发控制电路，接通电源使电热丝工作以及根据信号调整发热功率。
当环境监测终端检测到环境温度低且含水量较大时主动开启进入防冰工作模式，检测到覆冰后开启融冰工作模式，加大发热功率。
本实用新型中的控制单元置于轮毂内，方便接入电源以及后续的维护。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种风力发电机叶片防/融冰装置，包括固定在叶片蒙皮层内的电热融冰层和结冰传感器、设置于电机轮毂内的控制单元、设置于机舱上部的环境监测终端；
其特征在于，所述叶片上按照距离轮毂的远近分为靠近电机轴的叶片A面和远离电机轴的叶片B面，叶片A面和叶片B面上分别设有相互独立的电热融冰层，且供电线包括连接所述叶片A面上的电热融冰层的第一供电线组、连接所述叶片B面上的电热融冰层的第二供电线组，所述叶片A面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片展向布置的多根电加热丝，所述叶片B面的电热融冰层包括相互平行且沿叶片径向布置的多根电加热丝；
所述叶片A面和叶片B面上分别设有独立的结冰传感器，分别是位于叶片A面上的第一结冰传感器和设置在叶片B面上的第二结冰传感器，所述第一结冰传感器和第二结冰传感器分别连接无线数据传输芯片以通过无线网络连接控制单元；
机舱上设有环境监测终端，所述环境监测终端包括用于测量环境温度的温度传感器、用于测量环境湿度的湿度传感器；所述环境监测终端通过有线网络连接控制单元；
所述控制单元连接电热融冰开关电路，所述电热融冰开关电路分别连接为叶片进行电热融冰供电的供电线及供电电源。
2.根据权利要求1所述的风力发电机叶片防/融冰装置，其特征在于，所述叶片包括壳体、内腔、与轮毂相连接的叶根部、位于叶片末端的叶尖部、位于叶根部和叶尖部之间的叶片主体，其中，叶片A面位于叶片主体迎风一侧的叶片前缘处，叶片B面位于叶尖部迎风一侧的叶片前缘处。
3.根据权利要求1所述的风力发电机叶片防/融冰装置，其特征在于，所述电加热丝的材料为Cr20Ni80的镍铬丝，在Cr20Ni80的镍铬丝表面覆有TIS800K绝缘热矽胶布，TIS800K绝缘热矽胶布厚度为0.152mm。
4.根据权利要求1所述的风力发电机叶片防/融冰装置，其特征在于，所述结冰传感器为JCF-1610叶片结冰在线监测传感器。
5.根据权利要求1所述的风力发电机叶片防/融冰装置，其特征在于，所述控制单元为单片机。
6.一种风力发电机叶片，其特征在于，采用如权利要求1～5中任一所述的风力发电机叶片防/融冰装置。
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CN111318334A (zh) * 2020-03-24 2020-06-23 龙游讴凡纳米材料有限公司 一种纳米材料生产研磨装置
CN114623052A (zh) * 2022-04-29 2022-06-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种应用于风机叶片的电容式结冰传感器及工作方法
CN114623053A (zh) * 2022-04-29 2022-06-14 中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 一种辅助风电机组的结冰监测系统及方法

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