[實用新型]一種風電機組葉片氣熱除冰裝置

有效

• 申請號: 201922319067.2
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN211900886U
• 公開（公告）日: 2020-11-10
• 發明（設計）人: 王化冰;田鵬輝;薛立國
• 申請（專利權）人: 華潤電力投資有限公司深圳分公司
• 主分類號: F03D80/40
• 分類號: F03D80/40;F03D80/60
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 孫曉紅

本實用新型公開了一種風電機組葉片氣熱除冰裝置，包括：設于風電機組塔筒頂端的機艙內的熱風輸出裝置；連接所述熱風輸出裝置的出風口的單層通風管道，所述單層通風管道用以穿過風機發電機的中間通道延伸至風機輪轂處；設于風機輪轂內的單層多通道旋轉接頭；設于風機葉片的內腔的葉片通風管道；所述單層多通道旋轉接頭分別連接所述單層通風管道和所述葉片通風管道。本實用新型所提供的風電機組葉片氣熱除冰裝置可靠性高，無雷擊損壞的風險，可維護性強，維護成本低；能夠安全、經濟、方便地完成風機葉片除冰。

技術領域

本實用新型涉及風力發電技術領域，特別涉及一種風電機組葉片氣熱除冰裝置。

背景技術

風力發電已成為我國一種重要的能源結構，隨著風力發電技術的快速更新，風輪直徑迅速增加，我國中、南部地區傳統的低風速區域已成為各風電開發商競爭開發的區域，然而位于該區域的云、貴、湘、鄂、贛等省由于冬季氣候濕潤，多凍雨、霧凇等天氣，風電機組普遍存在冬季結冰的問題。

風力發電在寒冷氣候條件下運行，風機葉片容易發生葉片結冰的現象，這種現象會存在以下幾個危害：葉片結冰會不同程度的破壞葉片原有的氣動特性，減少功率輸出，嚴重時需被迫停機，從而降低機組發電量。葉片結冰時會增加機組額外載荷，長期負載運行會減少風力機組的使用壽命。葉片結冰時，會存在冰塊甩落現象，存在危害人身和設備安全的風險。

然而，根據IEA(國際能源署)對全球冰凍區域等級的劃分，全球結冰最為嚴重的區域主要集中在歐洲，中國區域整體結冰相對較輕，局部有較為嚴重的結冰現象。所以對于風電機組除冰技術在國內市場推廣，必須具備低成本優勢，否則市場化難度較大。

根據現有資料顯示，風機葉片主動除冰技術主要分兩類：電加熱除冰和氣加熱除冰。電加熱除冰主要在葉片外表面覆加一層電加熱介質，而氣熱除冰主要是在葉片內腔安裝加熱系統(加熱器+鼓風機)，通過把空氣加熱后輸送到葉片內腔。本實用新型屬于氣加熱除冰技術的一種。

氣加熱除冰的技術優點在于可靠性高，無雷擊損壞的風險，整套系統的可維護性強，維護成本低。

德國森維安有限責任公司申請的專利，公布號CN105683566A公布的“轉子葉片除冰”，該實用新型通過在葉片根部或靠近葉片根部的輪轂或短艙中安裝一個加熱裝置，輸送熱空氣的通風管道由加熱器穿過葉片根部擋板延生至葉片梢部，并使加熱裝置和葉片內部空腔形成一個整體的封閉空間，利用葉片內部腹板將葉片內腔分成兩個區域的特征，使熱空氣在這個封閉空間中形成空氣流循環，并且在葉片內部熱空氣通風管道上設置有開口，提高熱轉換效率，從而達到加熱葉片除冰的目的。這種方法的缺點是，加熱器工作時只能對一個轉子葉片進行加熱，非常不利于風機在運行過程中進行動態除冰，因為在冰凍氣候條件下，風機三個葉片(目前大功率水平軸風力發電機基本都采用三個葉片)都會同時結冰，如果僅對其中一個葉片除冰就運行，容易造成三個轉子葉片的不平衡，嚴重的情況可能會使風機振動加劇造成倒塌事故。此外，這種方法必須通過輪轂滑環對加熱器進行電源供給，對滑環功率等級要求比較高，成本較大。

重慶大學申請的專利，公布號CN102003353A公布的“大型風力發電機葉片除冰方法”，該方法采用氣熱除冰和葉片機型顫振相結合的方式進行葉片除冰：加熱系統全部安裝在葉片內部，每一個葉片形成一個封閉的獨立空間，先對葉片進行加熱，通過檢測葉片表面覆蓋冰的融融狀態，然后通過控制風機變槳和偏航速度形成先加速后減速造成的機組顫振效果輔助葉片除冰。該方法的缺點是：機組顫振可能會造成相關部件(如偏航和變槳減速器、偏航電機、變槳電機等)的機械損傷，降低使用壽命；加熱器安裝在葉片內部，三個加熱器隨葉輪一起轉動，存在脫落風險，且加熱器電源供給必須通過輪轂滑環，成本較大。總而言之，該方法除了能夠節省能量外，提升除冰效果外，整體成本較高，加熱器的安全可靠性不高，機組顫振影響相關部件的使用壽命。