CN214366553U - 一种风机叶片除冰系统 - Google Patents

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许扬
蔡安民
林伟荣
焦冲
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Abstract

本实用新型公开的一种风机叶片除冰系统，属于风力发电技术领域。包括风机出口管道、第一气路、第二气路和挡板；风机出口管道为直管，第一气路和第二气路在叶片前缘和腹板之间分层迂回排列，第一气路靠近叶片前缘设置；挡板分别于叶片前缘和腹板固定连接，挡板上开设有贯通的第一气路接口和第二气路接口；第一气路的一端与风机出口管道连接，另一端与第一气路接口连接；第二气路的一端与风机出口管道连接，另一端与第二气路接口连接；第二气路上设有阀门，叶片前缘上设有叶片前缘测温仪，腹板上设有腹板测温仪。本实用新型优化了风机叶片内除冰管道的结构，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性。

Description

一种风机叶片除冰系统
技术领域
本实用新型属于风力发电技术领域，具体涉及一种风机叶片除冰系统。
背景技术
随着风力发电的不断发展，目前已经有许多风电场处于易凝冻的地区，当环境温度降到0℃左右，易发生结冰现象。叶片表面一旦结冰，会带来性能劣化、机械失效等问题，同时由于结冰停机会引起额外的经济损失。目前，风力发电机组除冰技术的研究大体可以分为两大类：一是热鼓风除冰技术；二是电加热除冰技术。热鼓风除冰具有技术风险可控、安装方便、无雷击风险，新装、改造都适宜等特点，因而被更广泛的采用。
现有的热鼓风除冰技术利用导热管将热风送入风机叶片内部，与叶片进行换热。在实际运行时，叶尖由于线速度较大，散热较快，因此结冰趋势较为明显。但是，在与热风进行换热时，越靠近叶尖的部位，气流温度反而越低，且由于流道变窄，气流的停留时间降低，这对于传热效果来说是极不理想的。若有严重的加热不均，还会导致叶片内部的热应力过大，加速叶片的疲劳、老化，对机组安全带来不利影响。
发明内容
为了解决上述问题，本实用新型的目的在于提供一种风机叶片除冰系统，优化了风机叶片内除冰管道的结构，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性。
本实用新型是通过以下技术方案来实现：
本实用新型公开了一种风机叶片除冰系统，包括风机出口管道、第一气路、第二气路和挡板；风机出口管道为直管，第一气路和第二气路在叶片前缘和腹板之间分层迂回排列，第一气路靠近叶片前缘设置；挡板分别于叶片前缘和腹板固定连接，挡板上开设有贯通的第一气路接口和第二气路接口；第一气路的一端与风机出口管道连接，另一端与第一气路接口连接；第二气路的一端与风机出口管道连接，另一端与第二气路接口连接；第二气路上设有阀门，叶片前缘上设有叶片前缘测温仪，腹板上设有腹板测温仪。
优选地，第一气路和第二气路分别位于叶片前缘与腹板之间的三等分位置处。
优选地，第一气路和第二气路为方波形。
进一步优选地，第一气路靠近叶片前缘的管段与叶片前缘的弯曲度匹配。
优选地，第一气路和第二气路的分布密度沿风机出口管道至挡板增大。
优选地，第一气路和第二气路迂回幅值大于30cm。
优选地，第一气路和第二气路的迂回方向相反。
优选地，风机出口管道的长度为2～3m。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：
已有的技术方案中，无论是通过导热管，还是通过叶片自身腹板形成的流道，风机热鼓风除冰均采用顺流传热的布置方式，在叶片尖端的换热气流温度较低，流速较快，除冰气流停留时间较短，传热效果下降，这与靠近叶尖部位结冰严重的实际情况所不符。同时，除冰管道紧贴叶片前缘布置，在弦长方向也会引起一定程度的受热不均。
本实用新型公开的一种风机叶片除冰系统，优化了风机叶片除冰管道的设计，在沿叶片展向方向，通过流道的设计，合理控制气体的停留时间，使得热量分配与覆冰区间有较高的符合度。在沿弦长的方向，布置两层气路，使得叶片内部受热均匀，减少热应力。从热风鼓风机出口的气流送入第一气路，第一气路贴近叶片前缘布置。风机出口管道采用直管，进入叶片一段区域到达第一气路和第二气路后，采用迂回的气路布置，增加了单位展向距离气流的停留时间，换热时间随之增加，换热效果加强，这对去除靠近叶尖部位的覆冰具有较好的效果。通过叶片前缘测温仪和腹板测温仪的实时温度反馈，进行闭环调节，调节第二气路上阀门的开度，使得叶片内部温度均衡，避免沿弦长方向较大热应力的产生。本实用新型优化了风机叶片内除冰管道的结构，改善了叶片内部的传热效果，提高了除冰系统的经济性和安全性。
进一步地，第一气路和第二气路均匀分布在叶片前缘与腹板之间，能够避免沿着叶片弦长方向的温度不均。
进一步地，第一气路和第二气路为方波形，能够便于加工和安装。
更进一步地，第一气路靠近叶片前缘的管段与叶片前缘的弯曲度匹配，能够提高对叶片前缘的加热效果。
进一步地，第一气路和第二气路的分布密度沿风机出口管道至挡板增大，单位展向气流的停留时间越长，换热时间随之增加，换热效果加强，能够提高靠近叶尖部位覆冰的去除效果。
进一步地，第一气路和第二气路迂回幅值大于30cm，能够减小气流流动的局部损失。
进一步地，第一气路和第二气路的迂回方向相反，能够更好地分配热流，减少叶片内部的温度不均。
附图说明
图1为本实用新型的整体结构示意图；
图2为图1的A-A视图；
图3为图1的B-B视图；
图4为挡板的结构示意图。
图中：1-风机出口管道；2-阀门；3-第二气路；4-第一气路；5-叶片前缘；6-叶片前缘测温仪；7-挡板；701-第二气路接口；702-第一气路接口；8-腹板测温仪；9-腹板；10-叶片后缘；11-叶根；12-吸力面；13-压力面。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述，其内容是对本实用新型的解释而不是限定：
如图1，为本实用新型的风机叶片除冰系统，包括风机出口管道1、第一气路4、第二气路3和挡板7。风机出口管道1为直管，风机出口管道1的长度一般为2～3m。
第一气路4和第二气路3在叶片前缘5和腹板9之间分层迂回排列，第一气路4靠近叶片前缘5设置；优选地，第一气路4和第二气路3分别位于叶片前缘5与腹板9之间的三等分位置处。
如图4，挡板7分别于叶片前缘5和腹板9固定连接，挡板7上开设有贯通的第一气路接口702和第二气路接口701；第一气路4的一端与风机出口管道1连接，另一端与第一气路接口702连接；第二气路3的一端与风机出口管道1连接，另一端与第二气路接口701连接。
第二气路3上设有阀门2，叶片前缘5上设有叶片前缘测温仪6，腹板9上设有腹板测温仪8。
如图2和图3，在本实用新型的一个较优的实施例中，第一气路4和第二气路3采用方波形，第一气路4靠近叶片前缘5的管段与叶片前缘5的弯曲度匹配，同时，第一气路4和第二气路3的分布密度沿风机出口管道1至挡板7增大。第一气路4和第二气路3迂回幅值大于30cm，第一气路4和第二气路3的迂回方向相反。第一气路4和第二气路3也可以采用正弦波形。
本实用新型的工作原理如下：
除冰气流在靠近叶根11的位置经过加热器加热，从风机出口管道1进入叶片内部管道。初始段气流沿着紧贴叶片前缘5的管道流动，在距离风机出口2～3米的位置，通过三通阀的布置，除冰气流管路分为第一气路4和第二气路3，两个气路之间的流量通过阀门2调节。对于第一气路4，其沿着紧贴叶片前缘5的位置布置。为了调节气流的停留时间，第一气路4采用弯曲的气路布置，本实施例采用方波形弯曲回路。管道之间连接采用平滑的接头，减小气体流动的局部阻力。沿着展向不同位置，方波波形的间距缩小，即越靠近叶尖方向，方波形弯曲管路分布越密集，单位展向气流的停留时间越长，换热时间随之增加，换热效果加强。对于靠近腹板9布置的第二气路3，其目的是减小沿着叶片弦长方向的温度不均。第二气路3布置于腹板9与叶片前缘5之间，距离叶片前缘5的距离为叶片前缘5与腹板9距离的三分之二，即距离腹板9的距离为叶片前缘5与腹板9距离的三分之一。第二气路3上设置有气量调节阀门2，第二气路3的气流流量根据叶片的温度分布进行合理调节。在叶片前缘5中段位置布置叶片前缘测温仪6，在腹板9相对应的位置布置腹板测温仪8。当除冰系统刚开启工作时，阀门2处于关闭状态，除冰气流仅仅通过第一气路4流动换热。读取叶片前缘测温仪6的温度T0和腹板测温仪8的温度T1，当T1比T0低5℃以上时，逐渐增加阀门2的开度，直至T1与T0之间的温度差在5℃以内，即通过T0和T1实现阀门2开度的闭环控制。第一气路4和第二气路3的尾端均连接至挡板7并紧密粘接。第一气路4和第二气路3的气流流过挡板后，在叶片内部通道混合，并向叶尖流动。挡板7与叶片内表面和腹板之间做好密封，防止气流回流。除冰气流流至叶尖，绕流过腹板9，进入腹板9与叶片后缘10所包围的空间内进行换热后，于叶根11处流出叶片。
图2为由A-A方向观察第二气路3的示意图，管路布置于压力面12与吸力面13之间。越靠近叶根11方向，方波形弯曲管路分布越密集。为了减小气流流动的局部损失，最短的方波形管路不短于30cm。
图3为由B-B方向观察第一气路4的示意图。管路布置于压力面12与吸力面13之间。越靠近叶根11方向，方波形弯曲管路分布越密集。第二气路3方波形管路的布置方式与第一气路4相错开，目的是使得热量在空间分配更均匀，减少热应力。
图4为挡板截面示意图。第二气路3与挡板7上第二气路接口701连接并紧密粘接，第一气路4与挡板7上第一气路接口702连接并紧密粘接。
以上所述，仅为本实用新型实施方式中的部分，本实用新型中虽然使用了部分术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了方便的描述和解释本实用新型的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。以上所述仅以实施例来进一步说明本实用新型的内容，以便于更容易理解，但不代表本实用新型的实施方式仅限于此，任何依本实用新型所做的技术延伸或再创造，均受本实用新型的保护。

Claims (8)

1.一种风机叶片除冰系统，其特征在于，包括风机出口管道(1)、第一气路(4)、第二气路(3)和挡板(7)；风机出口管道(1)为直管，第一气路(4)和第二气路(3)在叶片前缘(5)和腹板(9)之间分层迂回排列，第一气路(4)靠近叶片前缘(5)设置；挡板(7)分别于叶片前缘(5)和腹板(9)固定连接，挡板(7)上开设有贯通的第一气路接口(702)和第二气路接口(701)；第一气路(4)的一端与风机出口管道(1)连接，另一端与第一气路接口(702)连接；第二气路(3)的一端与风机出口管道(1)连接，另一端与第二气路接口(701)连接；第二气路(3)上设有阀门(2)，叶片前缘(5)上设有叶片前缘测温仪(6)，腹板(9)上设有腹板测温仪(8)。
2.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)和第二气路(3)分别位于叶片前缘(5)与腹板(9)之间的三等分位置处。
3.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)和第二气路(3)为方波形。
4.根据权利要求3所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)靠近叶片前缘(5)的管段与叶片前缘(5)的弯曲度匹配。
5.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)和第二气路(3)的分布密度沿风机出口管道(1)至挡板(7)增大。
6.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)和第二气路(3)迂回幅值大于30cm。
7.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，第一气路(4)和第二气路(3)的迂回方向相反。
8.根据权利要求1所述的风机叶片除冰系统，其特征在于，风机出口管道(1)的长度为2～3m。
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