CN211737358U - 防覆冰叶片及其控制系统以及防覆冰风力发电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了防覆冰叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括根段、中段以及叶尖段，所述根段用于与风力发电机的转毂连接，所述中段位于所述根段和所述叶尖段之间，其中，所述防覆冰叶片还包括：电热薄膜，所述电热薄膜用于通过旋转导电器与所述风力发电机的电源系统和控制器连接，所述电热薄膜设于所述叶片本体的外表面，用于产生热量使覆于所述叶片本体上的冰霜融化；冰霜探测器，所述冰霜探测器用于通过旋转导电器与风力发电机的电源系统和控制器连接，所述冰霜探测器安装在所述叶片本体上，用于检测所述叶片本体是否覆冰；其中，所述电源系统用于对所述电热薄膜和所述冰霜探测器供电，所述控制器用于控制所述冰霜探测器和所述电热薄膜工作。

Description

防覆冰叶片及其控制系统以及防覆冰风力发电机

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种防覆冰叶片及其控制系统以及防覆冰风力发电机。

背景技术

在我国，安装在长年冰雪环境极其恶劣的北方风电机组，低温高湿条件下，风力发电机叶片表面覆冰已成为长期困扰风力发电机冬季正常运转的突出问题。风力发电机叶片表面覆冰带来的影响主要有：叶片覆冰会导致风电叶片空气动力学的性能破坏，导致叶片受风能力降低。冰层在叶片表面的初期堆积会引起叶片表面粗糙的增加，导致摩擦系数的增加，从而造成发电量的持续降低，叶片表面额外冰层会增加叶片的载荷，覆冰状态下，使得叶片原有的翼型改变，大大影响风电机组的载荷和出力，覆冰状态下，叶片非平衡态运行会增加叶片整机各部件的额外载荷；而额外载荷将会导致风力发电机使用寿命的降低。叶片表面覆冰后，随着温度升高，在离心力的作用下，覆冰会发生自动脱落，特别是风力风电机位于道路、居民区或船舶港口附近，脱落飞扬的冰块容易造成人身安全问题。因此，风力发电机防覆冰问题亟待技术突破。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种防覆冰叶片及其控制系统以及防覆冰风力发电机，旨在解决叶片覆冰的问题。

第一方面，本实用新型实施例提供了一种防覆冰叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括根段、中段以及叶尖段，所述根段用于与风力发电机的转毂连接，所述中段位于所述根段和所述叶尖段之间，所述防覆冰叶片还包括：电热薄膜，所述电热薄膜用于通过旋转导电器与所述风力发电机的电源系统和控制器连接，所述电热薄膜设于所述叶片本体的外表面，用于产生热量使覆于所述叶片本体上的冰霜融化；冰霜探测器，所述冰霜探测器用于通过旋转导电器与风力发电机的电源系统和控制器连接，所述冰霜探测器安装在所述叶片本体上，用于检测所述叶片本体是否覆冰；其中，所述电源系统用于对所述电热薄膜和所述冰霜探测器供电，所述控制器用于控制所述冰霜探测器和所述电热薄膜工作。

进一步地，所述冰霜探测器安装于所述叶片本体的根段和/或安装在所述叶片本体的中段。

进一步地，所述电热薄膜覆盖于所述叶片本体的中段和叶尖段的外表面。

进一步地，所述防覆冰叶片还包括接闪避雷器，所述接闪避雷器安装于所述叶片本体的叶尖段，所述接闪避雷器接地。

进一步地，所述接闪避雷器为筒状结构，所述筒状结构的一端开口，另一端为盲端，所述筒状结构开口的一端套设于所述叶片本体的叶尖段的尾端，所述筒状结构的内壁与所述电热薄膜接触。

进一步地，所述接闪避雷器由无氧铜制成。

进一步地，所述电热薄膜包括第一绝缘层、第二绝缘层以及设置于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的红外辐射发生层。

进一步地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的任一种。

进一步地，所述红外辐射发生层为碳黑层、微纳米石墨粉体层、碳纳米纤维层、碳纳米管层和石墨烯层中的任一种材料制成或其中的至少任意两种材料的混合物制成。

进一步地，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层通过粘合剂密封，所述红外辐射发生层由所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包夹密封。

进一步地，所述电热薄膜的表面涂刷有环氧树脂层。

进一步地，所述冰霜探测器包括：加热模块，所述加热模块用于与所述电源系统以及所述控制器连接，用于产生热量使覆于所述加热模块上的冰霜融化成水流；检测模块，所述检测模块用于与所述控制器连接，以通过所述加热模块上的水流检测所述叶片是否覆冰。

进一步地，所述加热模块为电热薄膜基板，所述检测模块包括温度传感器和水探针，所述温度传感器和所述水探针均安装在所述电热薄膜基板上，其中，所述温度传感器的探头凸起，高于所述电热薄膜基板的平面。

进一步地，所述电热薄膜基板由所述电热薄膜复合于环氧树脂板制成。

进一步地，所述水探针由含有钼的不锈钢制成。

进一步地，所述冰霜探测器还包括聚流结构，所述聚流结构安装在所述电热薄膜基板上，用于聚集融化的水流。

进一步地，所述聚流结构包括锥形槽式集水盖板，所述锥形槽式集水盖板盖合在所述电热薄膜基板上以形成集水腔，所述集水腔的宽端朝向所述叶片的迎风面，所述集水腔的窄端处设有集流管，所述水探针安装在所述电热薄膜基板上且位于所述集水腔内，所述温度传感器安装在所述电热薄膜基板上且位于所述集水腔外。

进一步地，在所述集水腔外，所述电热薄膜基板的两侧设有对称的弯边。

第二方面，本实用新型实施例还提供了一种防覆冰风力发电机，其包括防覆冰叶片，所述防覆冰叶片安装在防覆冰风力发电机的转毂上，所述防覆冰叶片为上述所述的防覆冰叶片。

第三方面，本实用新型实施例还提供了一种防覆冰叶片的防覆冰控制系统，所述防覆冰叶片为上述第一方面所述的防覆冰叶片，所述防覆冰控制系统包括：设于所述防覆冰叶片上的电热薄膜，用于产生热量使覆于叶片本体上的冰霜融化；设于所述防覆冰叶片上冰霜探测器，用于检测叶片本体是否覆冰；电源系统，用于对所述电热薄膜和所述冰霜探测器供电；控制器，用于控制所述电热薄膜和所述冰霜探测器工作；旋转导电器，用于传输电源和信号；其中，所述电源系统和所述控制器通过所述旋转导电器与所述电热薄膜和所述冰霜探测器电连接，以实现对所述电热薄膜和所述冰霜探测器的供电和控制。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型通过冰霜探测器检测叶片是否覆冰，若叶片覆冰则启动电热薄膜使叶片上的冰霜融化，可以保证在各种冰霜气候下叶片不会覆冰，保证了风力发电机的正常运行，提高了发电效率以及可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例防覆冰叶片的电路示意框图；

图2是本实用新型实施例风力发电机的主视图；

图3是本实用新型实施例风力发电机的右视图；

图4是本实用新型实施例防覆冰叶片的扫风面示意图；

图5是本实用新型实施例防覆冰叶片的扫风面的背面示意图；

图6是本实用新型实施例防覆冰叶片的接闪避雷器的示意图；

图7是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的示意图；

图8是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的左视图；

图9是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的俯视图；

图10是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的A—A剖视图；

图11是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的B—B剖视图；

图12是本实用新型实施例防覆冰叶片的冰霜探测器的C—C剖视图；

图13是本实用新型实施例防覆冰叶片的电热薄膜基板的示意图；

图14是本实用新型实施例防覆冰叶片的电热薄膜基板的左视图；

图15是本实用新型实施例防覆冰叶片的电热薄膜基板的俯视图；

图16是本实用新型实施例防覆冰叶片的锥形槽式集水盖板的示意图；

图17是本实用新型实施例防覆冰叶片的锥形槽式集水盖板的俯视图；

图18是本实用新型实施例防覆冰叶片的锥形槽式集水盖板的D—D剖视图；

图19是本实用新型实施例防覆冰叶片的防覆冰方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本实用新型说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本实用新型。如在本实用新型说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

还应当进一步理解，在本实用新型说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

参照图1至图18，本实施例提供了一种防覆冰叶片2，其包括叶片本体，所述叶片本体包括根段20、中段21以及叶尖段22，所述根段20用于与风力发电机的转毂3连接，所述中段21位于根段20和叶尖段22之间，所述叶片2还包括：电热薄膜204以及冰霜探测器205。其中，所述电热薄膜204用于通过旋转导电器4与所述风力发电机的电源系统200和控制器100(例如在本实施例中采用PLC控制器)连接，所述电热薄膜204设于所述叶片本体的外表面(叶片外壳203)，用于产生热量使覆于所述叶片本体上的冰霜融化；所述冰霜探测器205用于通过旋转导电器4与风力发电机的电源系统200和PLC控制器100连接，所述冰霜探测器205安装在所述叶片本体上，用于检测所述叶片本体是否覆冰；其中，所述电源系统200用于对所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205供电，所述PLC控制器100用于控制所述冰霜探测器205和所述电热薄膜204工作。通过实施上述实施例，在雾凇、霜凇、雨凇或雨雪等天气下，通过PLC控制器控制冰霜探测器205检测叶片2的覆冰情况；若检测到叶片2覆冰，则控制设于叶片外壳203的电热薄膜204工作以产生热量使覆于叶片2上的冰霜融化，可以使叶片2的表面温度高于零摄氏度，防止叶片覆冰，保证风力发电机的正常运行，提高了发电效率和可靠性。

在一实施例中，所述叶片本体包括根段20、中段21以及叶尖段22。多片叶片组成风力发电机的风轮。叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件，是获取较高风能利用系数和经济效益的基础，作为捕获风能的唯一构件，叶片状态的好坏直接影响到风机的性能和发电效率。

其中，所述的根段20，是连接风力发电机转毂3的叶片段，根段20是叶片与轮毂相连的部位，根段20作用在叶片上的离心拉力、旋转阻力、轴向推力、气动弯矩和扭矩等各种载荷均是通过叶根段20连接传到转毂3上，根段20受到的载荷最大。

所述中段21，是根段20与叶尖段22之间区段；风力机叶片的受力主要集中在叶片的中段21，其根段20及叶尖段22附近的受力比中段21小，并且迎风面的应力大于背风面应力；背风面中段21小的应力虽然小于迎风面，但是随着工作风速的增大，其应力也显著增大。

所述的叶尖段22，是风轮线速度最大的位置，风力发电机输出功率的85％来源于沿风轮半径方向的60％叶片长度区域，包括近叶尖区，其中最外缘的20％风叶长度区域，也就是叶尖段22，对风机整体气动特性的贡献最高。

另外，所述叶片2旋转方向的最前端为叶片前缘2q，迎风面中部位置的应力主要集中在所述叶片前缘2q。所述叶片2旋转方向的最后端为叶片后缘2h，所述叶片后缘2h受力比所述叶片前缘2q小。

在一实施例中，所述叶片2内设有支撑梁202，所述支撑梁202是叶片刚度的结构器件，承担叶片所受到的弯曲载荷，在减轻了叶片的质量同时提高叶片刚度，所述支撑梁202采用碳纤维和环氧树脂材料组成的复合材料制造。

在一实施例中，所述叶片外壳203是所述叶片2的两个半壳，由所述叶片2内的所述支撑梁202支撑。为满足空气动力学要求，不仅需要具有较轻的重量，还需要具有较高的强度、抗腐蚀、耐疲劳性能。因此，所述叶片外壳203采用玻璃纤维、碳纤维增强树脂制成复合材料结构。

在一实施例中，所述电热薄膜204覆盖于所述本体的外表面(即叶片外壳203)的中段21和叶尖段22。通过粘接的方式将所述电热薄膜204粘接在所述叶片外壳203的外层。根据风力发电机风轮空气动力学特性，风力发电机输出功率的85％来源于沿叶片半径方向的60％叶片长度区域，也就是叶片的中段21和叶尖段22。所述电热薄膜204覆盖叶片的中段21和叶尖段22，保证了风力发电机输出功率的85％。而所述叶片2的根段20是近风轮圆心区域，旋转线速度远小于所述叶片2的叶尖段22，也小于所述叶片2的中段21，有效扫掠做功远小于所述叶片2的中段21和叶尖段22。因此，省略所述电热薄膜204对所述叶片2的根段20覆盖，不仅可以节省造价，还可以降低电热薄膜204做工面积，降低制热消耗的电耗。

在一实施例中，由于风力发电机较为高大且处于空旷地带，而雷击也是造成风力发电机损坏的一大原因，因此避雷对于风力发电机也是非常重要的。所述叶片2还包括接闪避雷器201，所述接闪避雷器201安装在所述叶片本体的叶尖段22，所述接闪避雷器201接地。在雷雨天气下，当所述叶片2遭遇雷击时，所述接闪避雷器201可引导雷电并将雷电流通过接地引入大地，避免所述叶片2遭遇雷击，提高叶片的安全可靠性。具体的，所述接闪避雷器201为筒状结构，所述筒状结构的一端开口，另一端为盲端，所述筒状结构开口的一端套设于所述叶片本体的叶尖段22的尾端，所述筒状结构的内壁与所述电热薄膜204接触。所述筒状结构的内壁与电热薄膜204紧贴导热，所述电热薄膜204工作时，所述接闪避雷器201受电热薄膜204加热温升，保持高于零℃，所述接闪避雷器201外表面具有抗覆冰的功能。另外，所述接闪避雷器由无氧铜制成，由无氧铜制成的所述筒状结构导电率高，加工性能和焊接性能、耐蚀性能和低温性能好。

在一实施例中，所述电热薄膜204包括第一绝缘层、第二绝缘层以及设置于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的红外辐射发生层。

所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的任一种。所述第一绝缘层和所述第二绝缘层起到绝缘的作用。

所述红外辐射发生层为碳黑层、微纳米石墨粉体层、碳纳米纤维层、碳纳米管层和石墨烯层中的任一种材料制成或其中的至少任意两种材料的混合物制成。所述红外辐射发生层可以为以上的一种，或者两种，又或者两种以上的混合物。所述红外辐射发生层用于产生热量，起到加热的作用。

所述第一绝缘层和所述第二绝缘层通过粘合剂密封，所述红外辐射发生层由所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包夹密封。所述第一绝缘层、所述红外辐射发生层和所述第二绝缘密封后形成所述电热薄膜204。

所述电热薄膜204的表面涂刷有环氧树脂层，进一步地提高所述电热薄膜204抗风沙侵蚀的能力。

在一实施例中，所述冰霜探测器205安装在所述叶片2的根段20上和/或安装在所述叶片2本体的中段。其中，由于所述根段20受力较小，所述冰霜探测器205安装在所述叶片的根段20上，可以减少受到外力的冲击，延长冰霜探测器205的使用寿命。另外，将所述冰霜探测器205安装在所述叶片2本体的中段，有利于所述叶片迎风的空气动力平衡。还可在所述根段20和所述叶片2本体的中段各安装一个冰霜探测器205，提高检测的可靠性。

本实用新型实施例还解决了现有风力发电机覆冰检测的准确率低问题。现有的风力发电机的覆冰检测方法主要包括以下几种，双风速风力测定法，该双风速风力测定法是采用一个加热的和一个不加热的风速测定仪进行结冰判断，一般认为当两个风速测定仪测得风速差异超过某一界限时判定为结冰出现。视频监测法，该视频监测法是指在风力机上安装网络摄像头以对叶片结冰状况进行监测。这种方法虽然能够提供有效的结冰信息，通过视频画面对叶片表面实时监控。但是这种方法智能在白天监测，因为可视化监测必须要有足够的能见度，对于夜间采用红外光学仪器成本难于消化。基于叶片覆冰后所引起的冰层光学反射、叶轮旋转气动噪声、叶片结构振动频率的变化等监测方法。然而，上述各项检测方法，当雾凇、霜凇、雨凇、冻雨、霜冻交替或同时出现，就无法测量无法给出正确判断。

其中，雾凇是针状和雪花状的薄冰；一般出现在温度远远低于0℃，水滴尺寸及含水量都较小的情况下；雾凇一般是从一个小点发展而来，飘落随风积聚沿所述叶片前缘2q的迎风面。霜凇，水滴尺寸较大，含水量较高，持续寒冷环境下形成白色积冰，积冰形成于所述叶片前缘2q的迎风面。雨凇是液态水撞击叶片表面，没有瞬间结冰，而是在叶片迎风面流动，由于叶片迎风面温度低于零℃，随后结冰。降水结冰出现在降雨加雪天气中，当雨滴落在温度低于零℃的叶片的迎风面时形成积冰。霜冻是在风速较低时，水蒸气在冰冷的叶片的迎风面凝结积冰。

因此，为了解决上述问题，在本实施例中，所述冰霜探测器205包括：加热模块，所述加热模块与所述电源系统200以及所述PLC控制器100连接，用于产生热量使覆于所述加热模块上的冰霜融化成水流；检测模块，所述检测模块与所述PLC控制器100连接，用于通过所述加热模块上的水流检测所述叶片2是否覆冰。通过实施本实施例，在雾凇、霜凇、雨凇或雨雪等天气下，由PLC控制器100控制所述加热模块产生热量，若所述加热模块上覆有冰霜，那么所述加热模块所产生的热量使冰霜融化成水流，从而检测模块通过融化的水流检测到所述叶片2出现覆冰的情况，利用采集的温度信号、水流信号两项简单且可靠的数据联合判定，保证了防覆冰叶片在冰霜气候正常运行，可以准确地检测叶片是否覆冰，提高准确率。

在一实施例中，所述加热模块为电热薄膜基板2052，所述检测模块包括温度传感器2051和水探针2056，所述温度传感器2051和所述水探针2056均安装在所述电热薄膜基板2052上，其中，所述温度传感器2051的探头凸起，高于所述电热薄膜基板2052的平面。具体地，所述温度传感器2051的探头比所述电热薄膜基板2052高出15cm，以使所述温度传感器2051所测温度不受所述电热薄膜基板2052发热干扰，所测温度为所述叶片2表面空气对流的温度，当然可以理解的是，还可以是其他根据实际情况调整的高度。另外，所述温度传感器2051的温度传感器信号线2055和所述水探针2056的水探针信号线2057均从所述电热薄膜基板2052的背面引出从而与所述PLC控制器100连接。

其中，所述电热薄膜基板2052由所述电热薄膜复合于环氧树脂板制成。所述电热薄膜为上述实施例中所述的电热薄膜。所述水探针2056由含有钼的不锈钢制成，例如，可采用sus316牌号的不锈钢。所述水探针2056由于添加了钼，其耐蚀性、耐大气腐蚀性和高温强度优越，可在苛酷的条件下使用。

在一实施例中，所述冰霜探测器205还包括聚流结构，所述聚流结构安装在所述电热薄膜基板2052上，用于聚集融化的水流。所述聚流结构的一端为宽端，另一端为窄端，宽端朝向所述叶片2的迎风面，窄端背向所述叶片2的迎风面。风力发电机的风轮旋转时，气流随着风轮旋转方向从所述聚流结构的宽端进入，从所述聚流结构的窄端流出，利用气流的流向将雾凇、霜凇、雨凇、雨凇融化成的水流定向从所述聚流结构的宽端留入，窄端流出，从而提高所述检测的可靠性和准确性。所述聚流结构只要是一端为宽端，另一端为窄端构成的结构均可用于本实施例，例如，梯形结构，三角形结构等。

在具体实施中，所述聚流结构包括锥形槽式集水盖板2053，所述锥形槽式集水盖板2053盖合在所述电热薄膜基板2052上以形成集水腔2058，所述集水腔2058的宽端朝向所述叶片2的迎风面，所述集水腔2058的窄端处设有集流管2054，所述水探针2056安装在所述电热薄膜基板2052上且位于所述集水腔2058内，所述温度传感器2051安装在所述电热薄膜基板2052上且位于所述集水腔2058外。

其中，所述锥形槽式集水盖板2053由槽板平板2064M和槽板两侧对称的弯边2054L构成。所述电热薄膜基板2052的形状与所述锥形槽式集水盖板2053相适应，所述锥形槽式集水盖板2053的槽板两侧对称的弯边2054L与所述电热薄膜基板2052的锥形区组合构成集水腔2058。所述水探针2056安装在所述集水腔2058内且位于所述电热薄膜基板2052的锥形区豁口处，融化的水流均流向锥形区豁口处，也即所述集流管2054的集水出口2054a，由此，可以提高水探针2056检测的准确率。另外，在所述集水腔2058外，所述电热薄膜基板2052向外延伸用于安装所述温度传感器2051，所述温度传感器2051的探头高于所述电热薄膜基板2052一定高度，以保证所测温度不受所述电热薄膜基板2052发热干扰。所述集水腔2058的宽端朝向所述叶片前缘2q，所述集流管2054朝向所述叶片后缘2h，由于所述叶片前缘2q为迎风面，气流从所述集水腔2058的宽端进入，气流的流向将雾凇、霜凇、雨凇、雨凇融化成的水流定向从所述集水腔2058的宽端流入、从所述集流管2054流出，从而提高检测的准确性和可靠性。

进一步地，在所述集水腔2058外，所述电热薄膜基板2052的两侧设有对称的弯边2052L。该两侧对称弯边2052L能约束迎风携带的雾凇、霜凇、雨凇、雨凇、降水在风压作用下的流向，使雾凇、霜凇、雨凇、雨凇、降水被约束流向集水腔2058，以提高检测的准确率。

以下进一步地说明本实施例的工作原理：在冬春季易出现冰雪天气的情况下，由PLC控制器100发出PLC指令使所述冰霜探测器205启动监测。当所述温度传感器2051采集到温度为零℃时，发出PLC指令启动所述电热薄膜基板2052。所述电热薄膜基板2052产生热量使其表面保持高于零℃，由此，一旦雾凇、霜凇、雨凇飘落在电热薄膜基板2052即融化成水流，水流进入所述集水腔2058，即由所述水探针2056探测电阻信号由空气电阻状态转为水流状态，从而判定所述叶片2覆冰。此时，发出PLC指令启动覆盖在所述叶片外壳203的所述电热薄膜204，所述电热薄膜204产生热量使所述叶片2迎风表面温度高于零℃，从而即使在雾凇、霜凇、雨凇天气或环境空气高湿状态下所述叶片也不会覆冰。

本实用新型实施例展示了一种防覆冰叶片，通过冰霜探测器205检测叶片是否覆冰，若叶片覆冰则启动电热薄膜204使叶片上的冰霜融化，可以保证在各种冰霜气候下叶片不会覆冰，保证了风力发电机的正常运行，提高了发电效率以及可靠性。

参照图2和图3，本实用新型实施例还提供了一种防覆冰风力发电机，所述防覆冰风力发电机包括整流罩1、防覆冰叶片2、转毂3、旋转导电器4、齿轮增速器5、发电机6、机身外罩7、尾翼8以及基座塔杆9。所述整流罩1安装在所述风力发电机叶片前端的气动面，所述防覆冰叶片2固定安装在所述转毂3的径向，所述旋转导电器4安装在风机轴上，用于实现电热薄膜204、冰霜探测器205以及接闪避雷器201与风力发电机的电源系统200和PLC控制器100连接导通，所述转毂3通过风机轴连接所述齿轮增速器5，所述齿轮增速器5包括低速轴和高速轴，低速轴与所述转毂3连接，高速轴与所述发电机连接，所述机身外罩7包容风力发电机的关键设备，如所述发电机和所述齿轮增速器5，所述尾翼8架设在所述机身外罩7的外部，所述基座塔杆9用支撑上述部件。

其中，所述旋转导电器4为导电滑环，导电滑环是用于为位置固定的器件(即电源系统、控制器)与位置旋转变化的器件(电热薄膜、冰霜探测器)提供电源和信号传输的器件。在本实施例中，导电滑环的作用是将所述电源系统的电能和所述控制器的控制信号传输至所述电热薄膜和所述冰霜探测器。所述电源系统和所述控制器设置在所述机身外罩7内，属于位置固定的器件，而所述电热薄膜和所述冰霜探测器设置在所述叶片2上，在风力发电机工作时跟随所述叶片2旋转，属于位置旋转变化的器件。因此，通过所述导电滑环即可实现所述电源系统和所述控制器与所述电热薄膜和所述冰霜探测器的电源和信号传输，从而达到对所述电热薄膜和所述冰霜探测器的控制。

在具体实施中，所述导电滑环可以采用金属丝摩檫导电的方式来实现导电功能。在雾凇、霜凇、雨凇天气或环境空气高湿状态下，为了进一步保证旋转导电器4工作的可靠性和耐用性，本实施例的旋转导电器4采用石墨摩擦导电的方式。石墨的导电性、导热性比一般非金属优越。石墨具有自润滑性，石墨鳞片越大，摩擦系数越小，润滑性能越好。石墨在常温下有良好的化学稳定性，能耐酸、耐碱和耐有机溶剂的腐蚀。常温下，能经受住温度的剧烈变化而不致破坏，温度突变时，石墨的体积变化不大，不会产生裂纹。与现有应用在风力发电机的导电环采用紫铜、黄铜电刷相比，具有更好地耐候性和抗氧化，可靠性更高。尤其是大型风力发电机的风轮转速通常小于30rmp，旋转导电器4的旋转线速度较小，石墨的磨损损耗几乎可以忽略不计。因此，实施本实施例，可有效地提高旋转导电器4的抗氧化，耐腐蚀特性，提高了风力发电机的可靠性和耐用性。

本实用新型实施例展示的一种防覆冰风力发电机，通过冰霜探测器205检测叶片是否覆冰，若叶片覆冰则启动电热薄膜204使叶片上的冰霜融化，可以保证在各种冰霜气候下叶片不会覆冰，保证了防覆冰风力发电机的正常运行，提高了发电效率以及可靠性。

参照图19，本实用新型实施例还提供了一种防覆冰叶片的防覆冰方法，所述防覆冰叶片为上述实施例中所述的防覆冰叶片，所述防覆冰方法包括由所述控制器实现的以下步骤：

S110、接收所述冰霜探测器所采集的温度数值。

S120、判断所述温度数值是否达到预设温度阈值。

S130、若所述温度数值达到预设温度阈值，控制所述冰霜探测器启动加热功能以使所述冰霜探测器上的冰霜融化成水流。

S140、判断是否接收到所述冰霜探测器所采集的水流信号。

S150、若接收到所述冰霜探测器所采集的水流信号，启动所述电热薄膜以使叶片上的冰霜融化。

在本实施例中，首先接收温度传感器2051采集的温度数值，该温度数值为叶片表面空气对流的温度。将接收到的温度数值与预设温度阈值进行对比，若接收到的温度数值达到了预设温度阈值，说明此时空气中的温度很低，叶片可能存在覆冰的情况。其中，预设温度阈值为零℃，当然可以理解的是，还可以是其他温度，如1℃和2℃等。在温度数值达到了预设温度阈值后，控制所述冰霜探测器205启动，所述电热薄膜基板2052产生热量使其表面高于0℃，一旦冰霜覆于所述电热薄膜基板2052随机融化成水流。接收水探针2056采集的水流信号，其中，水流信号是通过电阻来判断的，空气通过的电阻大，水流通过电阻小。若接收到采集的水流信号，说明所述叶片2存在覆冰的情况，从而启动所述电热薄膜204，所述电热薄膜204产生热量使所述叶片外壳203表面高于0℃，即使在各种冰雪天气下，所述叶片2也不会覆冰。

本实用新型实施例展示了一种防覆冰叶片的防覆冰控制方法，通过采集温度数值和水流信号联合判定叶片是否存在覆冰，若叶片覆冰，则启动电热薄膜204产生热量使叶片上的冰霜融化且保证叶片不会覆冰，可以保证在各种冰霜气候下叶片不会覆冰，保证了风力发电机的正常运行，提高了发电效率以及可靠性。

本实用新型实施例还提供了一种防覆冰叶片的防覆冰控制系统，所述防覆冰叶片为上述实施例所述的防覆冰叶片，所述防覆冰控制系统包括：设于所述防覆冰叶片上的电热薄膜204，用于产生热量使覆于叶片本体上的冰霜融化；设于所述防覆冰叶片上冰霜探测器205，用于检测叶片本体是否覆冰；电源系统200，用于对所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205供电；控制器100，用于控制所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205工作；旋转导电器，用于传输电源和信号；其中，所述电源系统200和所述控制器100通过所述旋转导电器与所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205电连接，以实现对所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205的供电和控制；所述控制器100对所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205进行控制时执行如上述实施例所述的防覆冰控制方法。

其中，所述旋转导电器4为上述实施例所述的旋转导电器4，优选采用石墨摩擦导电的方式。通过所述旋转导电器4实现所述电源系统200和所述控制器100与所述电热薄膜204和所述冰霜探测器205的电能和信号的传输。

本实用新型实施例展示了一种防覆冰叶片的防覆冰控制系统，通过控制冰霜探测器205检测叶片2是否覆冰，若叶片2覆冰则启动电热薄膜204使叶片上的冰霜融化，可以保证在各种冰霜气候下叶片2不会覆冰，保证了风力发电机的正常运行，提高了发电效率以及可靠性。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (19)

1.一种防覆冰叶片，包括叶片本体，所述叶片本体包括根段、中段以及叶尖段，所述根段用于与风力发电机的转毂连接，所述中段位于所述根段和所述叶尖段之间，其特征在于，所述防覆冰叶片还包括：

电热薄膜，所述电热薄膜用于通过旋转导电器与所述风力发电机的电源系统和控制器连接，所述电热薄膜设于所述叶片本体的外表面，用于产生热量使覆于所述叶片本体上的冰霜融化；

冰霜探测器，所述冰霜探测器用于通过旋转导电器与风力发电机的电源系统和控制器连接，所述冰霜探测器安装在所述叶片本体上，用于检测所述叶片本体是否覆冰；

其中，所述电源系统用于对所述电热薄膜和所述冰霜探测器供电，所述控制器用于控制所述冰霜探测器和所述电热薄膜工作。

2.根据权利要求1所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述冰霜探测器安装于所述叶片本体的根段和/或安装在所述叶片本体的中段。

3.根据权利要求1所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述电热薄膜覆盖于所述叶片本体的中段和叶尖段的外表面。

4.根据权利要求3所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述防覆冰叶片还包括接闪避雷器，所述接闪避雷器安装于所述叶片本体的叶尖段，所述接闪避雷器接地。

5.根据权利要求4所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述接闪避雷器为筒状结构，所述筒状结构的一端开口，另一端为盲端，所述筒状结构开口的一端套设于所述叶片本体的叶尖段的尾端，所述筒状结构的内壁与所述电热薄膜接触。

6.根据权利要求5所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述接闪避雷器由无氧铜制成。

7.根据权利要求1所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述电热薄膜包括第一绝缘层、第二绝缘层以及设置于所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的红外辐射发生层。

8.根据权利要求7所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层均为聚对苯二甲酸乙二醇酯层、乙烯-醋酸乙烯酯共聚物层、聚双烯丙基二甘醇碳酸酯层、硅橡胶层和聚酰亚胺树脂层中的任一种。

9.根据权利要求8所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层通过粘合剂密封，所述红外辐射发生层由所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包夹密封。

10.根据权利要求9所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述电热薄膜的表面涂刷有环氧树脂层。

11.根据权利要求1-10任一项所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述冰霜探测器包括：

加热模块，所述加热模块用于与所述电源系统以及所述控制器连接，用于产生热量使覆于所述加热模块上的冰霜融化成水流；

检测模块，所述检测模块用于与所述控制器连接，以通过所述加热模块上的水流检测所述叶片是否覆冰。

12.根据权利要求11所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述加热模块为电热薄膜基板，所述检测模块包括温度传感器和水探针，所述温度传感器和所述水探针均安装在所述电热薄膜基板上，其中，所述温度传感器的探头凸起以高于所述电热薄膜基板的平面。

13.根据权利要求12所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述电热薄膜基板由所述电热薄膜复合于环氧树脂板制成。

14.根据权利要求12所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述水探针由含有钼的不锈钢制成。

15.根据权利要求12所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述冰霜探测器还包括聚流结构，所述聚流结构安装在所述电热薄膜基板上，用于聚集融化的水流。

16.根据权利要求15所述的防覆冰叶片，其特征在于，所述聚流结构包括锥形槽式集水盖板，所述锥形槽式集水盖板盖合在所述电热薄膜基板上以形成集水腔，所述集水腔的宽端朝向所述叶片的迎风面，所述集水腔的窄端处设有集流管，所述水探针安装在所述电热薄膜基板上且位于所述集水腔内，所述温度传感器安装在所述电热薄膜基板上且位于所述集水腔外。

17.根据权利要求16所述的防覆冰叶片，其特征在于，在所述集水腔外，所述电热薄膜基板的两侧设有对称的弯边。

18.一种防覆冰风力发电机，其特征在于，包括防覆冰叶片，所述防覆冰叶片安装在防覆冰风力发电机的转毂上，所述防覆冰叶片为权利要求1-17任一项所述的防覆冰叶片。

19.一种防覆冰叶片的防覆冰控制系统，其特征在于，所述防覆冰叶片为权利要求1-17任一项所述的防覆冰叶片，所述防覆冰控制系统包括：

设于所述防覆冰叶片上的电热薄膜，用于产生热量使覆于叶片本体上的冰霜融化；

设于所述防覆冰叶片上冰霜探测器，用于检测叶片本体是否覆冰；

电源系统，用于对所述电热薄膜和所述冰霜探测器供电；

控制器，用于控制所述电热薄膜和所述冰霜探测器工作；

旋转导电器，用于传输电源和信号；

其中，所述电源系统和所述控制器通过所述旋转导电器与所述电热薄膜和所述冰霜探测器电连接，以实现对所述电热薄膜和所述冰霜探测器的供电和控制。

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