CN213270125U - 一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，从外到内依次包含第一玻璃钢层、压电纤维层、第二玻璃钢层、微波材料涂层，叶片内部安装有蓄电池、微波加热器、温度传感器、单片机，所述温度传感器均匀分布在叶片内壁，所述压电纤维层与蓄电池相连，所述蓄电池分别与温度传感器、单片机以及微波加热器相连，所述温度传感器通过导线与单片机相连并传送信号给单片机，所述单片机通过导线与微波加热器相连并控制微波加热器的开关。该叶片无须从外界引电，节能环保，并且不影响叶片的气动外形以及效率，叶片内部铺设有微波材料涂层，使叶片能够均匀加热，可以保持叶片一直在0℃以上，从根本上防止叶片结冰。
Description
技术领域
本实用新型涉及风力发电领域，具体涉及一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片。
背景技术
风力发电是清洁能源利用中技术发展比较成熟，前景比较广阔的发电方式，全球装机容量每年增长十分迅速。风力机叶片是风力机捕获风能的重要部件，但一些特定的气候条件会对风力机叶片以及风力机整机造成损害。风力机叶片覆冰情况在全球范围内普遍存在，欧美、北美、亚洲等地都存在结冰严重的现象。风力机叶片覆冰会改变叶片的气动外形，增加叶片的载荷，造成功率的下降、叶片的疲劳，威胁风力机整机的安全稳定。当结冰到达一定的程度甚至会造成风力机的损毁，引发较为严重的事故，造成难以挽回的损失。一些结冰严重的风场甚至不得不大规模停机。
为解决风力机叶片覆冰问题，研究人员提出了许多解决方案。目前需要突破的风力机叶片覆冰的技术难点有两点，一是叶片覆冰检测技术，二是结冰之后的覆冰处理技术。目前对风力机结冰检测的技术还未成熟，判断叶片覆冰情况的检测技术存在一定的误差。主流的风力机覆冰解决方案有在风力机叶片表面铺设吸热涂层，或者将叶片表面的材料换成疏水材料，这两种方案都不能彻底地防止叶片的结冰；覆冰解决方案也包括电加热解决方案，但电加热之后的融冰在高空甩脱，存在一定的人员安全风险；覆冰解决方案也包括化学喷涂，但这种方案耗时耗力，效率不高。
发明内容
本实用新型的目的在于一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，从外到内依次包含第一玻璃钢层、压电纤维层、第二玻璃钢层、微波材料涂层，叶片内部安装有蓄电池、微波加热器、温度传感器、单片机，所述温度传感器均匀分布在叶片内壁，所述压电纤维层与蓄电池相连，所述蓄电池分别与温度传感器、单片机以及微波加热器相连，所述温度传感器通过导线与单片机相连并传送信号给单片机，所述单片机通过导线与微波加热器相连并控制微波加热器的开关。
进一步的，所述压电纤维层从叶片尾缘引出导线连接蓄电池，将产生的电能送入蓄电池。
进一步的，所述蓄电池引出导线给温度传感器、单片机以及微波加热器供电。
进一步的，所述蓄电池、微波加热器、单片机固定在叶片内的中部位置。
进一步的，所述导线贴合在叶片内壁。
进一步的，所述温度传感器分为6组，每组2个，呈对称分布。
风力机叶片转动时，叶片本身受到的风压力、叶片本身产生挥舞与摆振方向弯矩造成的叶片震动、以及叶片附冰层对叶片产生的压力均可给压电纤维层以压力进行发电，压电纤维层产生电能送入蓄电池，蓄电池再给温度传感器、单片机以及微波加热器供电。温度传感器将叶片温度信息传送至单片机，单片机对温度信息进行分析，当温度在0℃以下时，给微波加热器发送加热指令，微波加热器收到加热指令后开始加热，铺设在叶片腔体上的微波材料涂层吸收微波，对风机叶片进行加热，使叶片均匀升温，维持风机叶片温度在0℃以上，防止其结冰；当温度高于设定值时，单片机给微波加热器发送关闭指令，微波加热器停止加热。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该叶片与内部的蓄电池、微波加热器、温度传感器和单片机装置为一个独立的自除冰系统，无须从外界引电，节能环保，并且这些装置安装在叶片内部，不影响叶片的气动外形以及效率；叶片内部铺设有能有效吸收微波的微波材料涂层，使叶片能够均匀加热；本实用新型的自除冰叶片，可以保持叶片一直在0℃以上，无须判定是否达到结冰的条件，从根本上防止叶片结冰。
附图说明
图1为本实用新型叶片剖面各材料层示意图；
图2为本实用新型叶片内部结构示意图；
图3为本实用新型系统判定流程图；
图4为本实用新型叶片的温度传感器位置分布图；
图5为本实用新型电气关系图。
图中标号：1-第一玻璃钢层，2-压电纤维层，3-微波材料涂层，4-温度传感器，5-导线，6-微波加热器，7-蓄电池，8-单片机，9-第二玻璃钢层。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型进行进一步阐释。
如图1所示，本实用新型的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，从外到内依次包含第一玻璃钢层1、压电纤维层2、第二玻璃钢层9、微波材料涂层3，叶片其余必须材料层在此不再详细介绍。
如图2和图4所示，叶片内部安装有蓄电池7、微波加热器6、温度传感器4、单片机8。所述温度传感器4均匀分布在叶片内壁，分为6组，每组2个，呈对称分布。所述蓄电池7、微波加热器6、单片机8固定在叶片内的中部位置。
风力机叶片转动时，叶片本身受到的风压力、叶片本身产生挥舞与摆振方向弯矩造成的叶片震动、以及叶片附冰层对叶片产生的压力均可给压电纤维层2以压力进行发电。如图5所示，压电纤维层2铺设在叶片上，在叶片内部尾缘引出导线5与蓄电池7连接，将产生的电能送入蓄电池7，蓄电池7引出导线5给温度传感器4、单片机8以及微波加热器6供电。
所述温度传感器4通过导线5与单片机8相连，并传送温度信号给单片机8，所述单片机8通过导线5与微波加热器6相连并控制微波加热器6的开关。其中，导线5均贴合在叶片内壁。
如图3所示，叶片内部各处的温度传感器4采集温度数据，将叶片温度信号传送至单片机8，单片机8对温度信息进行分析，若有一个温度传感器4采集温度小于等于0℃，则打开微波加热器6，微波加热器6收到加热指令后开始加热，铺设在叶片腔体上的微波材料涂层3吸收微波，对风机叶片进行加热，使叶片均匀升温，维持风机叶片温度在0℃以上，防止其结冰；若所有温度传感器4温度都大于0℃，但有一处温度传感器4温度大于设定允许的最高温度T，则单片机8给微波加热器6发送关闭指令，微波加热器6停止加热。其中，设定允许的最高温度T为10℃。
本实用新型的叶片与内部的蓄电池、微波加热器、温度传感器和单片机装置为一个独立的自除冰系统，无须从外界引电，节能环保，并且这些装置安装在叶片内部，不影响叶片的气动外形以及效率；叶片内部铺设有能有效吸收微波的微波材料涂层，使叶片能够均匀加热；该自除冰叶片，可以保持叶片一直在0℃以上，无须判定是否达到结冰的条件，从根本上防止叶片结冰。
Claims (6)
1.一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：从外到内依次包含第一玻璃钢层（1）、压电纤维层（2）、第二玻璃钢层（9）、微波材料涂层（3），叶片内部安装有蓄电池（7）、微波加热器（6）、温度传感器（4）、单片机（8），所述温度传感器（4）均匀分布在叶片内壁，所述压电纤维层（2）与蓄电池（7）相连，所述蓄电池（7）分别与温度传感器（4）、单片机（8）以及微波加热器（6）相连，所述温度传感器（4）通过导线（5）与单片机（8）相连并传送信号给单片机（8），所述单片机（8）通过导线（5）与微波加热器（6）相连并控制微波加热器（6）的开关。
2.根据权利要求1所述的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：所述压电纤维层（2）从叶片尾缘引出导线（5）连接蓄电池（7），将产生的电能送入蓄电池（7）。
3.根据权利要求1所述的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：所述蓄电池（7）引出导线（5）给温度传感器（4）、单片机（8）以及微波加热器（6）供电。
4.根据权利要求1所述的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：所述蓄电池（7）、微波加热器（6）、单片机（8）固定在叶片内的中部位置。
5.根据权利要求1至3中任一项权利要求所述的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：所述导线（5）贴合在叶片内壁。
6.根据权利要求1所述的一种压电材料与微波加热器联合的风力机自除冰叶片，其特征在于：所述温度传感器（4）分为6组，每组2个，呈对称分布。
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|---|---|---|---|---|
| CN114687963A (zh) * | 2022-03-18 | 2022-07-01 | 华能赫章风力发电有限公司 | 一种风力发电控制系统 |
| CN114992067A (zh) * | 2022-06-14 | 2022-09-02 | 东北农业大学 | 一种内夹沼渣碳亲水涂层的反射腔式微波加热防除冰叶片 |
| CN117006003A (zh) * | 2023-03-29 | 2023-11-07 | 哈尔滨理工大学 | 一种风力发电机叶片超声波除冰智慧方法 |
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