CN211900886U - 一种风电机组叶片气热除冰装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种风电机组叶片气热除冰装置，包括：设于风电机组塔筒顶端的机舱内的热风输出装置；连接所述热风输出装置的出风口的单层通风管道，所述单层通风管道用以穿过风机发电机的中间通道延伸至风机轮毂处；设于风机轮毂内的单层多通道旋转接头；设于风机叶片的内腔的叶片通风管道；所述单层多通道旋转接头分别连接所述单层通风管道和所述叶片通风管道。本实用新型所提供的风电机组叶片气热除冰装置可靠性高，无雷击损坏的风险，可维护性强，维护成本低；能够安全、经济、方便地完成风机叶片除冰。

Description

一种风电机组叶片气热除冰装置

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，特别涉及一种风电机组叶片气热除冰装置。

背景技术

风力发电已成为我国一种重要的能源结构，随着风力发电技术的快速更新，风轮直径迅速增加，我国中、南部地区传统的低风速区域已成为各风电开发商竞争开发的区域，然而位于该区域的云、贵、湘、鄂、赣等省由于冬季气候湿润，多冻雨、雾凇等天气，风电机组普遍存在冬季结冰的问题。

风力发电在寒冷气候条件下运行，风机叶片容易发生叶片结冰的现象，这种现象会存在以下几个危害：叶片结冰会不同程度的破坏叶片原有的气动特性，减少功率输出，严重时需被迫停机，从而降低机组发电量。叶片结冰时会增加机组额外载荷，长期负载运行会减少风力机组的使用寿命。叶片结冰时，会存在冰块甩落现象，存在危害人身和设备安全的风险。

然而，根据IEA(国际能源署)对全球冰冻区域等级的划分，全球结冰最为严重的区域主要集中在欧洲，中国区域整体结冰相对较轻，局部有较为严重的结冰现象。所以对于风电机组除冰技术在国内市场推广，必须具备低成本优势，否则市场化难度较大。

根据现有资料显示，风机叶片主动除冰技术主要分两类：电加热除冰和气加热除冰。电加热除冰主要在叶片外表面覆加一层电加热介质，而气热除冰主要是在叶片内腔安装加热系统(加热器+鼓风机)，通过把空气加热后输送到叶片内腔。本实用新型属于气加热除冰技术的一种。

气加热除冰的技术优点在于可靠性高，无雷击损坏的风险，整套系统的可维护性强，维护成本低。

德国森维安有限责任公司申请的专利，公布号CN105683566A公布的“转子叶片除冰”，该实用新型通过在叶片根部或靠近叶片根部的轮毂或短舱中安装一个加热装置，输送热空气的通风管道由加热器穿过叶片根部挡板延生至叶片梢部，并使加热装置和叶片内部空腔形成一个整体的封闭空间，利用叶片内部腹板将叶片内腔分成两个区域的特征，使热空气在这个封闭空间中形成空气流循环，并且在叶片内部热空气通风管道上设置有开口，提高热转换效率，从而达到加热叶片除冰的目的。这种方法的缺点是，加热器工作时只能对一个转子叶片进行加热，非常不利于风机在运行过程中进行动态除冰，因为在冰冻气候条件下，风机三个叶片(目前大功率水平轴风力发电机基本都采用三个叶片)都会同时结冰，如果仅对其中一个叶片除冰就运行，容易造成三个转子叶片的不平衡，严重的情况可能会使风机振动加剧造成倒塌事故。此外，这种方法必须通过轮毂滑环对加热器进行电源供给，对滑环功率等级要求比较高，成本较大。

重庆大学申请的专利，公布号CN102003353A公布的“大型风力发电机叶片除冰方法”，该方法采用气热除冰和叶片机型颤振相结合的方式进行叶片除冰：加热系统全部安装在叶片内部，每一个叶片形成一个封闭的独立空间，先对叶片进行加热，通过检测叶片表面覆盖冰的融融状态，然后通过控制风机变桨和偏航速度形成先加速后减速造成的机组颤振效果辅助叶片除冰。该方法的缺点是：机组颤振可能会造成相关部件(如偏航和变桨减速器、偏航电机、变桨电机等)的机械损伤，降低使用寿命；加热器安装在叶片内部，三个加热器随叶轮一起转动，存在脱落风险，且加热器电源供给必须通过轮毂滑环，成本较大。总而言之，该方法除了能够节省能量外，提升除冰效果外，整体成本较高，加热器的安全可靠性不高，机组颤振影响相关部件的使用寿命。

华润电力投资有限公司深圳分公司申请的专利，公布号CN107676233A公布的“一种风力发电机组及其叶片除冰系统”(备注：该专利属于本单位及本人实用新型)，该实用新型采用通过在机舱内安装加热系统通过多通道旋转接头把热空气经机舱双层通风管道传输至叶片内腔，把三支叶片内腔形成一个密闭的空间进行整体加热，实现叶片除冰的目的。但是该实用新型中采用的双层通风管道内层管道用来向叶片送风，外层管道用来向机舱内部回风；由于机舱至轮毂空间狭小，双层输送管道设计及制造非常困难，尤其是双层多通道旋转接头因需要保证一定的通风流量，体积非常庞大，不利于安装和施工，内层管道的尺寸受到限制，从而限制了送风流量，导致加热除冰效果不佳。且该实用新型采用的双层输送管道和双层多通道旋转接头的设计及制造和施工成本较高，不利于市场推广。

因此，如何对风电机组叶片进行安全、经济、方便地除冰成为本领域技术人员需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种风电机组叶片气热除冰装置。该装置可靠性高，运行稳定安全，运维成本低，能够安全、经济、方便地完成风机叶片除冰。

为实现上述目的，本实用新型提供一种风电机组叶片气热除冰装置，包括：

设于风电机组塔筒顶端的机舱内的热风输出装置；

连接所述热风输出装置的出风口的单层通风管道，所述单层通风管道用以穿过风机发电机的中间通道延伸至风机轮毂处；

设于风机轮毂内的单层多通道旋转接头；

设于风机叶片的内腔的叶片通风管道；

所述单层多通道旋转接头分别连接所述单层通风管道和所述叶片通风管道。

可选地，所述热风输出装置包括加热器和连接所述加热器的进风口的鼓风机。

可选地，所述单层通风管道为耐热软管。

可选地，所述单层通风管道与所述加热器及所述单层多通道旋转接头可拆卸连接。

可选地，所述加热器的周部设有用以隔离所述加热器后方的机舱空间的隔热袋。

可选地，所述叶片通风管道的出风口处设有防回流挡板，所述防回流挡板用以固接于风机叶片的叶片腹板和叶片壳之间。

可选地，所述单层通风管道的内部设有第一温度传感器，所述单层通风管道的外部与风机发电机的中间通道之间设有用以检测回风温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器连接至所述加热器的温控机构；

当所述第一温度传感器检测到出风温度低于第一预设值时，所述温控机构控制所述加热器增大输出功率；当所述第二温度传感器检测到回风温度高于第二预设值时，所述温控机构控制所述加热器减小输出功率。

可选地，还包括用以设于风机叶片外表层的第三温度传感器，所述第三温度传感器连接所述加热器；

当所述第三温度传感器检测到风机叶片温度低于第三预设值时，所述加热器启动加热。

相对于上述背景技术，本实用新型所提供的风电机组叶片气热输出装置通过将热风输出装置设置在风电机组塔筒顶端的机舱内，通过单层通风管道、单层多通道旋转接头和叶片通风管道向风机叶片内部输送热风进行气热除冰，避免了风机叶片内设置电加热机构遭受雷击的风险，安全性能提高，能够同时对全部的风机叶片进行除冰，避免风机叶片除冰不均降低叶片的稳定性。

更为重要的是，采用单层通风管道和单层多通道旋转接头，方便进行管道设计，单层通风管道的尺寸能够在有限的风机发电机的中间通道内的空间内进行布置，并保证送风流量的需求，热风依次经过单层通风管道，降低气热除冰装置的运维成本；单层多通道旋转接头和分别设置在多个风机叶片内的叶片通风管道，回风可经过风机叶片根部敞开的人孔盖板口以及单层通风管道和中间通道之间的间隙回流至机舱内，对机舱进行加热，保证了机舱在冰冻时期较高的温度，有利于提高轮毂和机舱内油脂的润滑效果。单层通风管道和单层多通道旋转接头则降低了气热除冰装置的改造成本；该气热除冰装置通过热风输出装置向风机叶片及机舱内输出热风既能实现气热除冰，热风输出装置设置在机舱内，避免设置在风机叶片内遭受雷击损坏，除冰经济方便且安全。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为实用新型实施例所提供的风电机组叶片气热除冰装置的示意图；

图2为叶片通风管道在风机叶片内布置的示意图。

其中：

1-塔筒、2-机舱、3-发电机、4-轮毂、5-风机叶片、6-叶片腹板、7-鼓风机、8-加热器、9-单层通风管道、10-单层多通道旋转接头、11-叶片通风管道、12-防回流挡板。

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，所描述的实施例仅仅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。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。

请参考图1和图2，图1为实用新型实施例所提供的风电机组叶片气热除冰装置的示意图，图2为叶片通风管道在风机叶片内布置的示意图，其中，箭头的方向表示热风的流向。

本实用新型所提供的风电机组叶片气热除冰装置包括热风输出装置、单层通风管道9、单层多通道旋转接头10和叶片通风管道11。其中热风输出装置用来设置在风电机组的机舱2内，机舱2位于塔筒1的顶端；单层通风管道9则穿过风机发电机3的中间通道延伸至轮毂4处，单层多通道旋转接头10设置在轮毂4内，起到连接单层通风管道9和叶片通风管道11的作用，且能够旋转状态下完成热风的输送，实现风机叶片5运行状态下除冰，十分方便；叶片通风管道11则将热风输出送风机叶片5内部，起到对风机叶片5加热除冰的作用。由于风机发电机3的中间通道空间有限，采用单层通道既能满足叶片除冰送风需求，也方便进行旋转送风，通过风机叶片5的人孔盖板口、单层通风管道9和中间通道之间的间隙进行回风，对机舱2内部进行加热，保证了润滑油的润滑性能。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型所提供的风电机组叶片气热除冰装置进行更加详细的介绍。

在本实用新型所提供的一种具体实施例中，热风输出装置具体采用了加热器8和鼓风机7的组合形式，通过加热器8对空气进行加热，鼓风机7连接加热器8的进风口，单层通风管道9则连接在加热器8的出风口，鼓风机7为热风输出提供充足的动力，同时起到增大送风流量的作用。加热器8采用普通的电热式的加热器8，加热器8内部设置有温控机构，通过调整加热器8的输出功率实现调整热风的输出温度，满足不同天气下的除冰需求。加热器8固定在机舱2内，降低了机舱2起到一定的静电屏蔽作用，且机舱2的高度相对叶片的高度较低，降低了雷击损坏的风险。加热器8及其温控机构为现有基础，此处不再详细展开。

热风输出装置不仅可以采用加热器8和鼓风机7的组合形式，还可以根据需要采用加热器8和引风机的组合，有所不同的是，引风机设置在加热器8的出风口，此种情况下，单层通风管道9则连接在引风机的出风口。

单层多通道旋转接头10设置在风电机组的轮毂4内，能够跟随轮毂4发生旋转，实现旋转状态下完成热风的转送。所谓多通道这里的多与风电机组的风机叶片5数目对应；当风机叶片5数目为n也即叶片通风管道11的数目为n时，单层多通道旋转接头10具有n+1个接头，其中1个接头连接单层通风管道9，另外n个接头与设置在风机叶片5内叶片通风管道11一一对应转接。由于风机叶片5数目通常为三，单层多通道旋转接头10的接头数目通常为四个。

为了方便进行维护，单层多通道旋转接头10、单层通风管道9和叶片通风管道11采用拆卸连接的形式。举例来说，单层通风管道9和叶片通风管道11等可采用耐热软管，如特氟龙管或丁腈橡胶管，既方便与单层多通道旋转接头10及加热器8的出风口装配连接，也有利于在热风输送下保持一定结构稳定性。当然，单层通风管道9和叶片通风管道11也可采用金属管道，并通过法兰结构与加热器8及单层多通道旋转接头10装配连接。

单层多通道旋转接头10和叶片通风管道11可拆卸连接时，还可以拆除叶片通风管道11实现对轮毂4内部加热，在极端恶劣的天气状态下，能够直接利用加热器8对轮毂4内部及机舱2内部进行加热，防止轮毂4和机舱2内机械部件因润滑油脂年度高发生风机故障。

为了提高加热器8的加热效率，减少热风中热量的浪费，在气热除冰装置安装时还特别在加热器8的周部设置隔热层，如隔热袋等，通过隔热袋将加热器8和机舱2后部、不含有转动结构及润滑油脂的空间隔离开，减少回风中热量的损失，充分利用回风热量，从而实现以加热器8相对较低的输出功率保证机舱2内的加热温度，确保润滑油脂的润滑性能。

叶片通风管道11的设置可进一步参考图2，为了方便热风能够输送至叶尖后再从叶片根部敞开的人孔盖板口处回流至轮毂4内，叶片通风管道11的末端还设有防回流挡板12，减少热风在叶片内产生的回流现象。具体来说，防回流挡板12可以焊接固定在叶片腹板6和叶片壳之间，通过在防回流挡板12上设置供叶片通风管道11穿设固定的通孔即可。

在本实用新型所提供的另一种具体实施例中，为了方便对加热器8输出功率也即热风温度的控制，风电机组叶片气热除冰装置还设有温度传感器。通过在单层通风管道9内设置第一温度传感器检测输送向轮毂4及叶片的风温，在单层通风管道9的外表层和发电机3的中间通道之间设置检测回风温度的第二温度传感器。第一温度传感器和第二温度传感器和加热器8的温控机构连接；当第一温度传感器检测到送风温度低于第一预设值时，表明送风温度较低，无法满足叶片除冰需求，温控机构控制加热器8增大输出功率以提高送风温度；当第二温度传感器检测到回风温度高于第二预设值时，表明送风温度过高，对叶片除冰后的回风风温仍然较高，不仅造成能源浪费，而且不利于润滑油脂保持最佳润滑效果，此时，温控机构控制加热器8降低输出功率。

第一预设值可设置为70℃左右，第二预设值可设置为40℃左右，当然，第一预设值和第二预设值可根据不同地区的不同天气条件以及机舱2内部润滑油脂的特性灵活设定。

为了方便对加热器8的启动进行控制，还可在风机叶片5的外表层固定第三温度传感器，第三温度传感器连接加热器8和鼓风机7的启停控制开关，当第三温度传感器检测到外界温度低于第三预设值如0℃时，加热器8和鼓风机7自动启动，对风机叶片5进行加热，完成除冰除霜。上述第一温度传感器、第二温度传感器、第三温度传感器、温控机构及启动控制开关的工作原理可参考现有技术，本实用新型主要是通过其连接关系的设置实现加热器8功率的自动化调整和自动启停。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本实用新型所提供的风电机组叶片气热除冰装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以对本实用新型进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本实用新型权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，包括：

设于风电机组塔筒(1)顶端的机舱(2)内的热风输出装置；

连接所述热风输出装置的出风口的单层通风管道(9)，所述单层通风管道(9)用以穿过风机发电机(3)的中间通道延伸至风机轮毂(4)处；

设于风机轮毂(4)内的单层多通道旋转接头(10)；

设于风机叶片(5)的内腔的叶片通风管道(11)；

所述单层多通道旋转接头(10)分别连接所述单层通风管道(9)和所述叶片通风管道(11)，所述叶片通风管道(11)用以通过其外壁与风机发电机(3)的中间通道的内壁形成回风通道。

2.根据权利要求1所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述热风输出装置包括加热器(8)和连接所述加热器(8)的进风口的鼓风机(7)。

3.根据权利要求2所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述单层通风管道(9)为耐热软管。

4.根据权利要求2所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述单层通风管道(9)与所述加热器(8)及所述单层多通道旋转接头(10)可拆卸连接。

5.根据权利要求2所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述加热器(8)的周部设有用以隔离所述加热器(8)后方的机舱(2)空间的隔热袋。

6.根据权利要求5所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述叶片通风管道(11)的出风口处设有防回流挡板(12)，所述防回流挡板(12)用以固接于风机叶片(5)的叶片腹板(6)和叶片壳之间。

7.根据权利要求2至6任一项所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，所述单层通风管道(9)的内部设有第一温度传感器，所述单层通风管道的外部与风机发电机(3)的中间通道之间设有用以检测回风温度的第二温度传感器，所述第一温度传感器和所述第二温度传感器连接至所述加热器(8)的温控机构；

当所述第一温度传感器检测到出风温度低于第一预设值时，所述温控机构控制所述加热器(8)增大输出功率；当所述第二温度传感器检测到回风温度高于第二预设值时，所述温控机构控制所述加热器(8)减小输出功率。

8.根据权利要求7所述的风电机组叶片气热除冰装置，其特征在于，还包括用以设于风机叶片(5)外表层的第三温度传感器，所述第三温度传感器连接所述加热器(8)；

当所述第三温度传感器检测到风机叶片(5)外表层的温度低于第三预设值时，所述加热器(8)启动加热。

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