[發(fā)明專利]一種結(jié)合光纖傳輸?shù)臒o人機(jī)激光除冰系統(tǒng)與方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202111138581.1
• 申請(qǐng)日: 2021-09-27
• 公開（公告）號(hào): CN113719434A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林偉榮;孟鵬飛;藺雪峰;緱志斌;李力森;韓毅;蔡安民
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國華能集團(tuán)清潔能源技術(shù)研究院有限公司
• 主分類號(hào): F03D80/40
• 分類號(hào): F03D80/40
• 代理公司: 北京清亦華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 趙迪

本發(fā)明公開了一種結(jié)合光纖傳輸?shù)臒o人機(jī)激光除冰系統(tǒng)，包括地面移動(dòng)能源平臺(tái)，地面能源移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有激光發(fā)射器，激光發(fā)射器連接有傳輸光纖，傳輸光纖的自由端連接有除冰組件，除冰組件包括無人機(jī)和吊籃，吊籃上設(shè)置有入射口和出射口，且在吊籃內(nèi)設(shè)置有用于將柱狀激光轉(zhuǎn)化為平面狀激光的光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，使平面狀激光對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行掃描式除冰，傳輸光纖與所述入射口連通設(shè)置，激光通過入射口進(jìn)入光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之后會(huì)從出射口射出。本發(fā)明通過設(shè)置具有無人機(jī)的除冰組件，將激光通過光纖傳輸至吊籃中得到光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將原本從入射口進(jìn)入的柱狀激光轉(zhuǎn)換為平面狀激光并從出射口射出，完成對(duì)目標(biāo)葉片的掃描式除冰，提升了除冰速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及新能源產(chǎn)業(yè)與激光結(jié)合技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種結(jié)合光纖傳輸?shù)臒o人機(jī)激光除冰系統(tǒng)與方法。

背景技術(shù)

風(fēng)電機(jī)組在易凝凍地區(qū)冬春季的葉片覆冰問題值得重視。葉片覆冰不僅影響氣動(dòng)效率，更會(huì)導(dǎo)致氣動(dòng)不平衡、載荷增加等問題，造成發(fā)電量損失的同時(shí)也影響機(jī)組與周邊環(huán)境設(shè)備人員安全。激光除冰技術(shù)更多是用于電網(wǎng)傳送電線路覆冰的移除，在風(fēng)電機(jī)組葉片除冰上應(yīng)用不多。激光除冰技術(shù)的原理是當(dāng)激光束打在含有覆冰的葉片表面上，能量被葉片表面材料吸收(但不造成葉片材料的損傷)，熱量瞬間積聚，溫度升高，造成葉片表面覆冰的受熱融化，同時(shí)，覆冰融化水繼續(xù)快速受熱發(fā)生相變?cè)诰植繀^(qū)域產(chǎn)生高壓蒸汽，即覆冰受力而斷裂成小塊。在重力及葉片旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生離心力作用下，葉片表面的融化及斷裂/破碎的覆冰將被移除。

現(xiàn)有通用的風(fēng)機(jī)葉片覆冰移除基礎(chǔ)主要包括熱鼓風(fēng)除冰法(在葉片內(nèi)部通以熱氣流，用以加熱葉片，當(dāng)葉片表面溫度超過0℃時(shí)將融化覆冰實(shí)現(xiàn)除冰)、電熱除冰法(在葉片內(nèi)部或表面鋪設(shè)電阻，利用電阻通電產(chǎn)生熱量融化覆冰)、涂層法(在葉片表面噴涂疏水防覆冰材料，抑制過冷水滴在葉片上形成覆冰)等，都不同程度地存在各種問題，比如熱鼓風(fēng)除冰法葉片加熱效率差，熱耗高；電熱涂層施工難度大、易脫落、且有引發(fā)雷擊風(fēng)險(xiǎn)；涂層法只能被動(dòng)防冰，無法主動(dòng)除冰，涂層壽命較短，且易受磨損腐蝕等，導(dǎo)致防冰性能下降。

上述除冰技術(shù)都需要在風(fēng)機(jī)葉片上進(jìn)行改造施工，需要進(jìn)行防雷改造、載荷核驗(yàn)等多項(xiàng)工作。與其相比，激光除冰技術(shù)充分利用了激光的能量密度高、直線傳播、不易散射等優(yōu)點(diǎn)，可在距離風(fēng)電機(jī)組相對(duì)較遠(yuǎn)的距離展開葉片除冰工作。但現(xiàn)有的激光除冰技術(shù)多是使用柱狀激光對(duì)葉片進(jìn)行除冰作業(yè)，雖然能量密度較高，但由于激光束直徑小、傳輸距離遠(yuǎn)的限制，容易出現(xiàn)損傷葉片材料、除冰慢的問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種結(jié)合光纖傳輸?shù)臒o人機(jī)激光除冰系統(tǒng)，包括地面移動(dòng)能源平臺(tái)，地面能源移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有激光發(fā)射器，激光發(fā)射器連接有傳輸光纖，傳輸光纖的自由端連接有除冰組件，除冰組件包括無人機(jī)和吊籃，吊籃上設(shè)置有入射口和出射口，且在吊籃內(nèi)設(shè)置有用于將柱狀激光轉(zhuǎn)化為平面狀激光的光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，使平面狀激光對(duì)風(fēng)機(jī)葉片進(jìn)行掃描式除冰，傳輸光纖與所述入射口連通設(shè)置，激光通過入射口進(jìn)入光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之后會(huì)從出射口射出

本發(fā)明通過設(shè)置地面移動(dòng)能源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)即使在惡劣氣候條件下也可以將激光發(fā)射器運(yùn)送至靠近目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組位置，從而避免由于惡劣天氣條件下激光發(fā)射器離目標(biāo)風(fēng)電機(jī)組過遠(yuǎn)導(dǎo)致激光無法有效投射到目標(biāo)葉片的問題，同時(shí)設(shè)置有除冰組件，將激光通過光纖傳輸至吊籃中得到光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)，將原本從入射口進(jìn)入的柱狀激光轉(zhuǎn)換為平面狀激光并從出射口射出，完成對(duì)目標(biāo)葉片的掃描式除冰，提升了除冰速度。

可選地，所述光學(xué)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)包括正對(duì)所述入射口設(shè)置的凸透鏡以及正對(duì)所述出射口位置設(shè)置的凹透鏡，且所述凹透鏡選用平凹透鏡。

進(jìn)一步地，所述凸透鏡的光軸、凹透鏡的光軸均與入射口至出射口的軸線同軸設(shè)置，所述凸透鏡的軸線豎直設(shè)置。

進(jìn)一步地，所述地面能源移動(dòng)平臺(tái)上設(shè)置有電源件，所述電源件與所述無人機(jī)之間電連接有傳輸電纜。

進(jìn)一步地，所述無人機(jī)內(nèi)設(shè)置有電池，所述電池作為備用電源件。