一种风力机叶片用除冰装置及系统

技术领域

本申请涉及风力机叶片除冰领域，尤其涉及一种风力机叶片自动除冰系统。

背景技术

在低温环境中运行的风力机叶片前缘极易发生结冰现象，而叶片前缘结冰会造成的功率损失、机组机械故障停机、覆冰抛落、降低使用寿命等问题。

目前，现有技术中防除冰的手段有：表面涂敷法、热气循环加热法、超声波方法、电加热方法，其中表面涂敷法采用的化学物质不能长时间停留在物体表面，除冰效果差；超声波方法、热气循环加热法在风力叶片大量使用复合材料的情况下，叶片较厚导致耗能量过大，并且需要人工监测结冰情况，进行手动除冰操作，综上所述，现有技术中存在以下技术问题：

1.除冰效果差；

2.消耗能量过大；

3.需要人工监测结冰情况，手动进行除冰操作。

发明内容

为了解决这一技术问题，本申请提供了一种风力机叶片用除冰装置及系统，该装置及系统对叶片前缘的除冰效果好、能量消耗小、自动监测结冰情况、自动进行除冰操作。

为实现本申请的目的，本申请通过以下技术方案实现：

第一方面，本申请提供一种风力机叶片用除冰装置，包括：包裹在风力机叶片上的除冰套，及与除冰套连通的侧进气管路和侧放气管路，所述侧进气管路另一端与主进气管路连通，所述侧放气管路另一端与主放气管路连通，所述主放气管路端口连接有抽气泵，所述主进气管路端口连接有充气泵。

可选的，所述风力机叶片上包裹不止一个所述除冰套，每个所述除冰套连通单独的侧进气管路与侧放气管路。

可选的，所述充气泵功率大于所述抽气泵。

在一种可能的实现方式中，所述侧进气管路与所述侧放气管路位于叶片内部，穿设出叶片与除冰套连通，所述主进气管路和主放气管路用玻璃纤维布粘接固定在风力机叶片内部；所述侧进气管路和所述侧放气管路与所述叶片密闭穿设，所述侧进气管路和所述侧放气管路与所述除冰套密闭连通。

可选的，所述侧进气管路与所述侧放气管路穿设过叶片的缝隙处采用硅胶填充。

在一种可能的实现方式中，所述除冰套的材质为添加润滑剂的聚氨酯复合材料。

在一种可能的实现方式中，所述除冰套通过环氧树脂与叶片贴合包裹。

可选的，所述除冰套通过环氧树脂与叶片，完全贴合包裹叶片的从叶尖到叶根2/3区域。

第二方面，本申请提供一种用于上述风力机叶片用除冰装置的系统，包括：控制器及与其电信号连接的结冰监测系统、电磁阀、充气泵和抽气泵；

所述电磁阀安装在侧进气管路和侧放气管路上，用于根据控制器指令打开或关闭阀门；

所述结冰监测系统包括：远程数据采集器、数据解码装置；所述远程数据采集器用于采集风力机叶片的结冰图像数据，并发送至数据解码装置数据解码后再将解码后的数据发送给控制器；

所述控制器根据解码后的数据判断是否启闭充气泵、抽气泵和电磁阀。

可选的，所述远程数据采集器选用带防结冰保护装置的监测摄像头，保持结冰监测功能，并对叶片表面的结冰情况进行实时监测。

在一种可能的实现方式中，所述远程数据采集器固定连接在风力机轮毂与叶片叶根的连接位置。

在一种可能的实现方式中，所述数据解码装置、控制器、充气泵、和抽气泵均固定在风力机轮毂或检修箱内。

在一种可能的实现方式中，所述风力机叶片用除冰装置的系统还包括：与控制器电连接的气压监测传感器和电磁阀；

所述电磁阀安装在侧进气管路和侧放气管路上；

所述气压监测传感器设置在除冰套内，用于监测冰套内的气压，并将获取的气压数据发送至控制器，控制器根据获得的气压数据与解码后的数据结合后，判断是否打开或关闭电磁阀、充气泵和抽气泵。

可选的，所述气压监测传感器与控制器电连接，电缆穿过所述侧放气管路穿设过叶片的缝隙，与控制器连接，缝隙再采用硅胶填充。

在一种可能的实现方式中，所述除冰套不低于一个，且每一个除冰套上都安装有气压监测传感器，控制器根据获得的气压数据与解码后的数据结合后，判断是否打开或关闭与除冰套对应的电磁阀，以及充气泵和抽气泵。

在一种可能的实现方式中，所述主进气管路上还设有储气罐。

可选的，一种应用于上述风力机叶片用除冰系统的控制方法，包括：

所述控制器指示所述结冰监测系统周期性采集所述叶片前缘结冰情况的图像数据；

所述控制器接收到气压监测传感器检测到的除冰套内的气压数据；

所述结冰监测系统基于采集到的图像数据，判断所述叶片是否结冰，并将判断信息发送给控制器；

所述控制器在所述判断信息标识所述叶片结冰时，指示所述充气泵与所述抽气泵工作；在所述判断信息标识所述叶片未结冰且所述控制器接收到的上一个判断信息标识所述叶片结冰时，所述控制器指示所述充气泵停止工作；

所述控制器在接收到的所述除冰套的气压数据小于等于外界大气压数据时，指示抽气泵停止工作。

可选的，上述一种应用于上述风力机叶片用除冰系统的控制方法，还包括：

所述控制器接收所述气压监测传感器获取的气压数据与所述充气泵工作状态；

若所述气压数据大于等于第一气压，所述控制器控制侧放气管路上的电磁阀开启，所述侧进气管路上的电磁阀关闭；

若充气泵处于开启状态，且所述气压数据小于等于第二气压，所述控制器指示侧进气管路上的电磁阀开启，所述侧放气管路上的电磁阀关闭；

其中，所述第一气压为所述除冰套完全膨胀时的内部气压数据，所述第二气压小于等于所述第一气压数据的70％。

本申请提供的技术方案的技术效果如下：

本申请所述的自动除冰系统，采用远程结冰监测系统监测叶片结冰情况，控制器接收远程结冰监测系统传递的叶片结冰情况，与气压监测传感器传递的除冰套内气压数据，并控制充气泵、抽气泵及电磁阀，从而根据叶片表面结冰情况及时调整除冰套中的气压，将叶片表面冰层撑破成颗粒，破坏冰层的粘附，再利用空气动力或叶片转动的离心力让颗粒冰脱落，实现效果好、耗能少的自动除冰，并保证风机运行过程中叶片气动外形及载荷稳定性，同时，周期性交替的充放气动作，可让除冰套表面振动，达到更好的除冰效果。

附图说明

图1为本申请风力发电机叶片与轮毂的结构示意图；

图2为本申请除冰装置的部分结构示意图；

图3为图2的A区域局部放大图；

图4为本申请除冰系统的结构示意图。

附图标记：1-叶片，111-叶尖，112-叶根，113-前缘；2-侧进气管路；3-电磁阀；4-主进气管路；5-侧放气管路；6-主放气管路；7-除冰套；8-结冰监测系统，801-远程数据采集器，802-数据解码装置；9-控制器；10-充气泵；11-储气罐；12-抽气泵；13-轮毂

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“垂直”、“水平”、“对齐”、“重叠”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征；在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

实施例1

图1-4为本申请实施例提供的一种风力机叶片用除冰装置及系统的结构示意图，如图1-4所示，一种风力机叶片用除冰装置及系统，包括：风力机叶片用除冰装置和用于所述风力机叶片用除冰装置的系统。

在本申请实施例中，所述风力机叶片用除冰装置，包括：包裹在风力机叶片上的除冰套7，及与除冰套7连通的侧进气管路2和侧放气管路5，所述侧进气管路2另一端2与主进气管路4连通，所述侧放气管路5另一端与主放气管路6连通，所述主放气管路6端口连接有抽气泵12，所述主进气管路4端口连接有充气泵，采用该实施方式能够通过除冰套的膨胀实现高效、低功耗的除冰操作。

可选的，所述充气泵10功率大于所述抽气泵12，采用该实施方式能够提高充气效率。

可选的，所述风力机叶片1上包裹不止一个所述除冰套7，每个所述除冰套7连通单独的侧进气管路2与侧放气管路5，采用该实施方式能够提高充气效率能够根据不同部位的结冰情况，进行精准除冰操作。

在一种可能的实施方式中，所述侧进气管路2与所述侧放气管路5位于叶片1内部，穿设出叶片1与除冰套7连通，所述主进气管路4和主放气管路6用玻璃纤维布粘接固定在风力机叶片内部，采用该实施方式能够避免管路对叶片转动造成影响。

在一种可能的实施方式中，除冰套7的材质为添加润滑剂的聚氨酯复合材料，采用该实施方式能够增加除冰套的使用寿命，在除冰套表面结冰时形成一层水润滑层，可以降低冰层与除冰套的结合力，除冰套充气后有利于冰层分离。

在一种可能的实施方式中，所述除冰套7通过环氧树脂与叶片1贴合包裹，采用该实施方式能够避免除冰套对叶片转动造成影响。

可选的，所述除冰套通过环氧树脂与叶片1，完全贴合包裹叶片1从叶尖111到叶根112的2/3区域，采用该实施方式能够提高除冰套除冰效果。

在本申请实施例中，所述用于风力机叶片用除冰装置的系统，包括：控制器9及与其电信号连接的结冰监测系统8、电磁阀3、充气泵10和抽气泵12；所述电磁阀安装在侧进气管路2和侧放气管路5上，用于根据控制器指令打开或关闭阀门；所述结冰监测系统8包括：远程数据采集器801、数据解码装置802；所述远程数据采集器801用于采集风力机叶片的结冰图像数据，并发送至数据解码装置802数据解码后再将解码后的数据发送给控制器9；所述控制器9根据解码后的数据判断是否启闭充气泵10、抽气泵12和电磁阀3，采用该实施方式能够实现除冰装置进行自动除冰。

可选的，所述远程数据采集器801选用带防结冰保护装置的监测摄像头，保持结冰监测功能，并对叶片表面的结冰情况进行实时监测。

在一种可能的实施方式中，所述远程数据采集器801固定连接在风力机轮毂13与叶片1叶根的连接位置，采用该实施方式能够使远程数据采集器801更精准的检测叶片的易结冰部位。

在一种可能的实施方式中，所述数据解码装置802、控制器9、充气泵10、和抽气泵12均固定在风力机轮毂或检修箱内，采用该实施方式能够避免除系统内各装置对叶片转动造成影响。

在一种可能的实施方式中，所述风力机叶片用除冰装置的系统还包括：与控制器电连接的气压监测传感器和电磁阀3；所述电磁阀3安装在侧进气管路2和侧放气管路5上；所述气压监测传感器设置在除冰套7内，用于监测冰套7内的气压，并将获取的气压数据发送至控制器9，控制器9根据获得的气压数据与解码后的数据结合后，判断是否打开或关闭电磁阀3、充气泵10和抽气泵12，采用该实施方式能够通过关闭电磁阀切断放气管路，提高充气效率，从而除冰套除冰效果与效率。

在一种可能的实施方式中，所述气压监测传感器与控制器电连接，电缆穿过所述侧放气管路穿设过叶片的缝隙，与控制器连接，缝隙再采用硅胶填充。

在一种可能的实施方式中，所述除冰套7不低于一个，且每一个除冰套上都安装有气压监测传感器，控制器9根据获得的气压数据与解码后的数据结合后，判断是否打开或关闭与除冰套7对应的电磁阀3，以及充气泵10和抽气泵12，采用该实施方式能够通过精准的对部分区域的除冰套进行充气，提高充气效率，从而除冰套除冰效果与效率。

在一种可能的实施方式中，所述主进气管路4上还设有储气罐11，采用该实施方式能够在侧进气管路上的电磁阀关闭而充气泵工作时，进行预先储气，提高充气效率。

实施例2

基于实施例1的一种风力机叶片用除冰装置及系统，本实施例2提供一种用于所述风力机叶片用除冰装置及系统的控制方法，包括：所述控制器9指示所述结冰监测系统8周期性采集所述叶片1前缘结冰情况的图像数据；

所述控制器9接收到气压监测传感器检测到的除冰套内的气压数据；

所述结冰监测系统8基于采集到的图像数据，判断所述叶片1是否结冰，并将判断信息发送给控制器9；

所述控制器9在所述判断信息标识所述叶片1结冰时，指示所述充气泵10与所述抽气泵12工作；在所述判断信息标识所述叶片1未结冰且所述控制器9接收到的上一个判断信息标识所述叶片1结冰时，所述控制器9指示所述充气泵10停止工作；

所述控制器9在接收到的所述除冰套的气压数据小于等于外界大气压数据时，指示抽气泵12停止工作。

该实施例的有益效果为：实现除冰套在叶片出现结冰时，自动膨胀除冰；实现除冰后自动关闭充气泵10，从而实现除冰套7的自动收缩。

实施例3

基于实施例2的一种用于所述风力机叶片用除冰装置及系统的控制方法，实施例3还提供一种控制方法，包括：所述控制器9接收所述气压监测传感器获取的气压数据与所述充气泵工作状态；

若所述气压数据大于等于第一气压，所述控制器9控制侧放气管路5上的电磁阀3开启，所述侧进气管路2上的电磁阀3关闭；

若充气泵10处于开启状态，且所述气压数据小于等于第二气压，所述控制器9指示侧进气管路2上的电磁阀3开启，所述侧放气管路5上的电磁阀3关闭；

其中，所述第一气压为所述除冰套7完全膨胀时的内部气压数据，所述第二气压小于等于所述第一气压数据的70％。

该实施例的有益效果为：实现除冰套在叶片出现结冰时，自动膨胀除冰；实现周期性交替的充放气动作，让除冰套7表面振动，提高除冰效果。

工作原理如下：

首先，电磁阀3处于开启状态，抽气泵12与充气泵10处于关闭状态，远程数据采集器801周期性的获取叶片1表面结冰的图像视频信息数据，并将图像视频信息数据发送至数据解码装置802；数据解码装置802将接收到的图像视频信息数据，进行解码判断生成判断信息，将判断信息压缩编码发送至控制器9；所述控制器9对接收的判断信息进行解码识别，若判断信息为叶片结冰，则控制器9指示充气泵10与抽气泵12开启，充气泵10功率大于抽气泵12，实现除冰套在叶片出现结冰时，自动膨胀除冰；控制器接收除冰套内的气压监测传感器周期性检测到的气压数据，若检测到的气压数据小于等于外界大气压数据时，控制器9指示抽气泵12停止工作，实现除冰后自动关闭充气泵10，从而实现除冰套7的自动收缩；

所述控制器9接收除冰套7中设置的气压监测传感器获取的气压数据后，若充气泵10处于工作状态，在除冰套7中气压达到第一气压时，打开侧放气管路5上电磁阀3，关闭侧进气管路2上的电磁阀3，在气压达到第二气压时，关闭侧放气管路5上电磁阀3，打开侧进气管路2上的电磁阀3，实现周期性交替的充放气动作，让除冰套7表面振动，提高除冰效果。

上述实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制。本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示意的准确结构，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，做出的各种改变和变形，都应当视为属于本发明的保护范围。