[發明專利]一種風機葉片分區電熱除冰裝置

有效

• 申請號: 202110459794.8
• 申請日: 2021-04-27
• 公開（公告）號: CN113187676B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 羅小林;張林通;陳冰;張敬華;林瑜靜;史文珍
• 申請（專利權）人: 昆明理工大學
• 主分類號: F03D80/40
• 分類號: F03D80/40;H05B3/14
• 代理公司: 昆明人從眾知識產權代理有限公司 53204
• 代理人: 何嬌

本發明涉及一種風機葉片分區電熱除冰裝置，屬于風力發電領域。本發明包括分區除冰控制柜、外部結冰傳感檢測裝置、石墨烯電熱膜、電控開關以及太陽能光伏板；分區除冰控制柜根據結冰傳感檢測裝置反饋的結冰信號，控制各分區石墨烯電熱膜獨立工作；根據葉片結冰特點將葉片劃分多個加熱分區，并針對性將石墨烯電熱膜采用縱向布置或橫向布置。各分區石墨烯電熱膜工作一定時間后，風機變槳系統和偏航系統進行一定的變速運動，葉片產生顫震從而抖落加熱后附著力變低的冰層。本發明能實現各分區獨立加熱，針對葉片結冰特點采用針對性熱源布置，并利用葉片顫震，不僅降低了非必要能耗，而且大大提高了除冰效率。

技術領域

本發明涉及一種風機葉片分區電熱除冰裝置，屬于風力發電技術領域。

背景技術

寒冷地區更高的空氣密度會帶來大約10％的額外發電量，因此風電場多建設在高緯度、高海拔的寒冷地區。這些地區冬季由于氣溫低、空氣濕度大，極易造成風力發電機葉片覆冰。

葉片覆冰改變葉片外型而使其氣動性能改變，嚴重影響著風機的輸出效率。同時,由于覆冰的增加,不僅葉片負荷加重嚴重影響其機械強度，而且葉片質量分布的不平衡,會產生不對稱載荷,引發機械故障甚至停機。因此，針對風力發電機葉片除冰技術的研究具有重大現實意義。

現在存在的防除冰技術主要有：氣熱除冰，電熱除冰，機械除冰，超聲波除冰，電脈沖除冰以及疏水涂層防冰等等。其中以美國通用電氣公司發明的熱鼓風機除冰方式最具代表性，并且該方法在Encrocn公司已經有應用實例，通過鼓風裝置將工業加熱裝置產生的熱量以熱空氣形式在葉片內循環，實現熱風循環傳熱除冰，但熱鼓風機大大增加了葉片載荷，同時傳熱效率低下。此外各國研究人員針對其他除冰方式也做了相關研究，也提出了相應措施。

但目前尚未有一種完善的葉片除冰控制裝置。風機覆冰問題已經嚴重阻礙國內外風電產業的發展。因而探究風機葉片的覆冰特性及規律，探尋合理高效的風機除冰裝置已迫在眉睫。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：本發明提供一種風機葉片分區電熱除冰裝置，用于克服現有風電場葉片除冰方法效率低下，能耗大等不足。

本發明技術方案是：一種風機葉片分區電熱除冰裝置，包括分區除冰控制柜 1、外部結冰傳感檢測裝置、石墨烯電熱膜2、電控開關以及太陽能光伏板13；所述外部結冰傳感檢測裝置與分區除冰控制柜1連接用于實時監測風機葉片上各加熱分區的結冰情況并反饋給分區除冰控制柜1，分區除冰控制柜1收到某分區反饋的結冰信號后，分區除冰控柜1通過電控開關控制該結冰區域石墨烯電熱膜2對各加熱分區進行單區域電熱除冰；石墨烯電熱膜2設置在風機葉片葉根部分是縱向布置于葉片內，石墨烯電熱膜2設置在風機葉片葉尖部分是設置葉片前緣和后緣，葉片前緣和后緣中間用橫向條狀石墨烯電熱膜2連接。分區石墨烯電熱膜2在結冰分區進行一定時間電加熱后，冰面與葉片之間會產生水膜間隙，從而使積冰粘附力降低，通過風機變槳系統和偏航系統進行一定范圍內的變速運動，葉片產生顫震從而抖落加熱后附著力變低的冰層。

作為本發明的進一步方案，風機葉片從葉根至葉尖依次劃分為加熱分區Ⅰ9、加熱分區Ⅱ10、加熱分區Ⅲ11和加熱分區Ⅳ12，所述外部結冰傳感檢測裝置包括安裝在各加熱分區內的分區一結冰傳感器3，分區二結冰傳感器4、分區三結冰傳感器5和分區四結冰傳感器6，分區一結冰傳感器3，分區二結冰傳感器4、分區三結冰傳感器5和分區四結冰傳感器6依次分別設置在加熱分區Ⅰ9、加熱分區Ⅱ10、加熱分區Ⅲ11和加熱分區Ⅳ12上；加熱分區Ⅰ9位于葉片根部，采用十根長條形石墨烯電熱膜2縱向布置于葉片內，加熱分區Ⅱ10、加熱分區Ⅲ11、加熱分區Ⅳ12均位于靠近葉尖處，采用階梯狀布置，兩側石墨烯電熱膜2用于加熱葉片前緣和后緣，中間用橫向條狀石墨烯電熱膜2連接，橫向條狀石墨烯電熱膜2數量由加熱分區Ⅳ12至加熱分區Ⅲ11、加熱分區Ⅱ10依次遞減。

作為本發明的進一步方案，所述外部結冰傳感檢測裝置采用若干個結冰傳感器，型號為Model 9734-SYSTEM。Model 9734-SYSTEM重量輕,易于安裝,結構緊湊，能完全獨立運行。