阅读说明：本技术 一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统 (Temperature and wind pressure adjustable hot blast wind turbine generator blade deicing system ) 是由 毛涵韬 刘钦东 罗勇水 许志 艾真伟 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统,包括设置在叶片内的加热装置和与加热装置连接的控制柜,加热装置包括鼓风机和连接在鼓风机出口端的加热器,叶片内设有调节装置,所述调节装置包括设于叶尖部位的储热腔和设置在储热腔上的调节阀,所述加热装置设置在叶根并通过通风管连通至储热腔内,所述控制柜通过控制调节阀调节储热腔内的温度和气压。本发明具有如下有益效果：提高热量利用率,除冰效果好；实现储热腔内的温度控制调节；设置V形密封条提升密封性能保证保温性能；解决不同运行环境温度下、不同气候条件下对加热系统的差异化需求；通用性强；结构简单,成本低,安装方便。(The invention discloses a temperature and wind pressure adjustable hot blast wind turbine blade deicing system which comprises a heating device arranged in a blade and a control cabinet connected with the heating device, wherein the heating device comprises an air blower and a heater connected to the outlet end of the air blower, an adjusting device is arranged in the blade and comprises a heat storage cavity arranged at a blade tip part and an adjusting valve arranged on the heat storage cavity, the heating device is arranged at a blade root and is communicated into the heat storage cavity through a ventilation pipe, and the control cabinet adjusts the temperature and the air pressure in the heat storage cavity through a control adjusting valve. The invention has the following beneficial effects: the heat utilization rate is improved, and the deicing effect is good; the temperature control and regulation in the heat storage cavity are realized; the V-shaped sealing strips are arranged to improve the sealing performance and ensure the heat insulation performance; the differentiation requirements of the heating system under different operating environment temperatures and different climatic conditions are met; the universality is strong; simple structure, low cost and convenient installation.)

一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统

技术领域

本发明涉及风力发电机组叶片除冰技术领域，尤其涉及一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统。

背景技术

风电机组叶片结冰是风机运行常见的问题之一，特别是户外湿度较大的地区，冬季叶片容易发生结冰现象。叶片结冰会对叶片本身造成很重要的影响，如果在叶片结冰时没有及时检测到叶片结冰，使风机继续旋转，叶片负载过大造成折断。同时如果化冰的时间太长，也会增加不安全因素，比如掉落的冰块会砸坏箱变，甚至可能误伤别人，这些都突出了加速叶片除冰的必要性，尽快将残冰除去，既提高了企业的效益，也解除了安全隐患。对于大尺寸、大预弯型叶片来说，叶尖部位的除冰尤其重要，叶尖部位即使有微量结冰，也会产生巨大的力矩，影响叶片负载，同时叶片长度过长导致热量难以快速传至叶尖部位。现有的风力发电机组叶片通常通过在叶根加热气体，并将热空气输送至叶片腔体，对叶片进行加热。这种技术尤其是在大尺寸、大预弯型叶片中会出现热量无法快速到达叶尖部位，且热量流失迅速等问题，造成除冰效果不佳，能量浪费严重。

例如，一种在中国专利文献上公开的“叶片的加热除冰系统及其方法、叶片和风力发电机组”，其公告号CN107905961B，该叶片的加热除冰系统包括隔离装置，隔离装置设置于叶片腔体内，并将叶片腔体内靠近叶片前缘的部分腔体分隔为沿叶片长度方向依次分布的多个子腔体，每个子腔体内分别设置有加热装置。该叶片的加热除冰系统包括控制器，控制器用于响应于叶片除冰指令，分别控制每个子腔体内的多套加热装置中的每套加热装置的开闭，以对多个子腔体进行加热。其不足之处是，此发明将叶片分隔为多个腔室，且每个腔室内均设有有加热装置，叶尖部分空间小，难以安装各类装置，影响叶尖的除冰效果，且结构复杂、使用大量电器配件、成本高，过多的加热装置增加叶片重量，增加叶片负担，增加能耗。

发明内容

本发明是为了克服现有技术的除冰效果不佳，热量利用率低下，成本高，尤其是叶尖部位除冰难度大的问题，提供一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统，结构简单，提高叶片腔体尤其是叶尖的加热效率，提升热量利用率，达到良好的除冰效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统，包括设置在叶片内的加热装置和与加热装置连接的控制柜，加热装置包括鼓风机和连接在鼓风机出口端的加热器，叶片内设有调节装置，所述调节装置包括设于叶尖部位的储热腔和设置在储热腔上的调节阀，所述加热装置设置在叶根并通过通风管连通至储热腔内，所述控制柜通过控制调节阀调节储热腔内的温度和气压。

本发明的特点在于在叶片叶尖内部设置调节装置，将加热装置产生的热风通过通风管直接通入储热腔中，在低温或低压状态下，调节阀减小开口，甚至为闭合状态，将热风留存在储热腔内，热量难以流失，快速提升叶尖部位温度并能长时间维持较高温的状态，达到良好的除冰效果，且热量利用率高；同时设置调节阀调节储热腔的出风量，储热腔中温度或压力过高时打开调节阀，增大出风量，避免高温影响叶片本身性能，储热腔中温度过低或压力过低时关上调节阀，使储热腔内迅速升温；控制柜设置在叶根部位，减少对叶片负载的影响，控制柜同时控制加热装置的启闭和调节阀。

作为优选，所述叶片内靠近前缘处沿叶片长度方向设有前缘腹板，前缘腹板与叶片前缘壁之间形成前缘腔，所述叶片内靠近后缘处沿叶片长度方向设有后缘腹板，所述前缘腹板和后缘腹板之间形成回风腔，所述前缘腔和回风腔在叶尖处连通，所述储热腔设置在前缘腔和回风腔靠近叶尖的一端。

由于叶片的前缘宽度大于后缘宽度，因此前缘腔有足够空间安装加热装置，热风从通风管出来后先经过前缘腔的叶尖部分，加热了叶尖的前缘侧，再折返进入回风腔，加热了叶尖的其余部分，储热腔集中在叶尖部分，保证了热风集中在叶尖部分，保证了叶尖的快速除冰，多余热风离开储热腔进入回风腔靠近叶根的部分，再次被吸入鼓风机，在叶片腔体内形成空气循环。

作为优选，所述前缘腔内设有前缘腔挡风板，所述前缘腔挡风板设置在叶片靠近叶根的1/4至1/2处，所述回风腔内设有挡风板，所述前缘腔挡风板和挡风板之间形成储热腔，所述调节阀包括设置在挡风板上的风孔和调节机构。

前缘挡风板用于对储热腔的前端进行封闭，防止热风从储热腔向叶根处回流，由于叶根1/4至1/2处位置较为宽敞，方便安装前缘挡风板；挡风板用于对储热腔的后端进行封闭，两块挡风板之间形成储热腔。

作为优选，所述调风机构包括风孔调节板和液压缸，所述风孔调节板与挡风板滑动连接，所述液压缸活塞杆与风孔调节板滑动连接，所述控制柜控制液压缸活塞杆的往复。

第一种实施方式为通过液压缸驱动风孔调节板在挡风板上滑动以改变风孔的开度，当储热腔内温度过高或压力过高时，控制柜控制液压缸驱动风孔调节板增加风孔开度，热风通过风孔离开储热腔降低储热腔内温度和气压；当储热腔内温度过低或压力过低时，控制柜控制液压缸驱动风孔调节板减少风孔开度，热风通过风孔量减少，储热腔起到保温作用，液压缸驱动力大，响应速度较快。

作为优选，所述风孔周围设有密封条，所述密封条横截面呈V字形，V字形两端设置在靠近风孔调节板的一侧，V字形两端均为向外展开的弧形。

风孔处的密封性能影响了储热腔的保温性能，在第一种实施方式中，由于风孔调节板需要来回在挡板上滑动，易造成密封条的变形，常规的密封条难以保证密封，通过设置V字形密封条使风孔调节板无论向哪个方向运动，密封条V字形都有一端与风孔调节板接触，弧形的端部增大密封条与风孔调节板的接触面，增加密封性能。

作为优选，所述调风机构包括电机和设置在风孔内的风孔调节板，所述风孔内设有转轴，所述风孔调节板与风孔通过转轴转动连接，所述电机驱动风孔调节板转动。

第二种实施方式为通过电机驱动风孔调节板在风孔中转动以改变风孔的开度，当储热腔内温度过高或压力过高时，控制柜控制电机驱动风孔调节板增加风孔开度，热风通过风孔离开储热腔降低储热腔内温度和气压；当储热腔内温度过低或压力过低时，控制柜控制电机驱动风孔调节板减少风孔开度，热风通过风孔量减少，储热腔起到保温作用，电机可通过减速齿轮与转轴连接，转轴上可设置转动角度传感器以控制转轴转动角度。电机响应速度快，易于控制。

作为优选，所述调风机构包括电机和设置在风孔内的若干联动的风孔调节单元，所述风孔调节单元包括风孔调节板和转轴，所述风孔调节板与风孔通过转轴转动连接，所述电机驱动一个风孔调节板转动。

第三种实施方式为通过电机驱动单片风孔调节板转动并带动所有风孔调节单元转动以改变风孔的开度，此种结构风量通过均匀，每片风孔调节板受到风压较小，所需驱动力较小。

作为优选，所述叶片外设有串联的温度传感器和传感器组件，所述传感器组件包括并联的湿度传感器、结冰检测仪和大风小功率模块，所述传感器组件与控制柜连接。

只有叶片外温度传感器检测到环境温度过低，并且湿度传感器检测湿度过高或者结冰传感器检测外界结冰或者大风小功率模块判定为机组为大风小功率状态三个条件至少满足一个，机组判定为结冰状态开启加热装置进行加热除冰。

作为优选，所述储热腔内设有腹板传感器组件，所述腹板传感器组件包括并联的腹板温度传感器和腹板压力传感器，腹板传感器组件与控制柜连接。

当腹板传感器组件检测到腹板内腔温度和压力超过设定值时，控制柜就会控制调风机构进行相应动作，由于储热腔内温度及压力最高的位置为风孔位置附近，因此将腹板传感器组件安装在储热腔内靠近风孔位置，防止储热腔内温度或压力过高影响叶片性能。

作为优选，所述鼓风机入口处和通风管内均设有温度传感器。

当此二处温度过高，加热装置停止加热，防止叶片温度过高。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）通过在叶尖设置储热腔保证叶尖具有足够温度除冰，减少能量损失，提高热量利用率，除冰效果好；（2）通过设置调风机构根据储热腔内的温度或压力调节通风量，实现储热腔内的温度控制调节；（3）液压控制或电控满足不同需求；（4）设置V形密封条提升密封性能保证保温性能；（5）解决不同运行环境温度下、不同气候条件下对加热系统的差异化需求；（6）可以应用与小尺寸、小预弯叶片，同时满足大尺寸、大预弯型叶片对叶尖除冰的高要求，通用性强；（7）结构简单，成本低，安装方便。

附图说明

图1是本发明的一种结构示意图。

图2是本发明实施例1调风机构的结构示意图。

图3是本发明实施例1密封条的结构示意图。

图4是本发明实施例2调风机构的结构示意图。

图5是本发明实施例3调风机构的结构示意图。

图中：1、叶片，11、前缘腔，111、前缘挡风板，12、前缘腹板，13、回风腔，14、后缘腹板，15、挡风板，151、风孔，152、插槽，16、腹板传感器组件，17、密封条，2、鼓风机，21、第一温度传感器，3、加热器，4、第二温度传感器，5、通风管，6、调风机构，61、风孔调节板，62、液压缸，63、电机，64、连杆，7、控制柜。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。

实施例1

如图1、图2所示的实施例1中，一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统，包括设置在叶片1内叶根处的加热装置和与加热装置连接的控制柜7，加热装置包括鼓风机2和连接在鼓风机2出口端的加热器3，鼓风机2入口处设有第一温度传感器21，为PT100温度传感器。叶片1内设有调节装置，调节装置包括设于叶尖部位的储热腔和设置在储热腔上的调节阀。调节阀包括风孔151和调节机构6。叶片1内靠近前缘处沿叶片长度方向设有前缘腹板12，前缘腹板12与叶片1前缘壁之间形成前缘腔11，叶片1内靠近后缘处沿叶片长度方向设有后缘腹板14，前缘腹板12和后缘腹板14之间形成回风腔13，前缘腔11和回风腔13在叶尖处连通，前缘腔11内设有前缘腔挡风板111，前缘腔挡风板111设置在靠近叶根的1/4至1/2处，回风腔13内设有挡风板15，挡风板15上开有圆形风孔151，前缘腔挡风板111和挡风板15之间、前缘腔11和回风腔13靠近叶尖的一端形成储热腔，加热器3出口连接通风管5，通风管5延伸至储热腔内，通风管5入口处设有第二温度传感器4，为PT100温度传感器。风孔151上设有调风机构6，调风机构6与控制柜7连接。如图2所示，调风机构6包括风孔调节板61和液压缸62，风孔调节板61靠近叶压力面一侧与液压缸62活塞杆固定连接，风孔调节板61略大于风孔151，液压缸62与挡风板15通过螺栓固定连接，风孔调节板61与挡风板15滑动连接，控制柜7控制液压缸62活塞杆的往复运动。风孔151朝向风孔调节板61的一侧周向设有T型插槽152，插槽152中插设有密封条17，如图3所示，密封条17横截面呈V字形，V字形两端朝向风孔调节板61设置，V字形两端均为向外展开的弧形，弧形凸面与风孔调节板61抵靠。叶片1外设有串联的温度传感器和传感器组件，传感器组件包括并联的湿度传感器、结冰检测仪和大风小功率模块，大风小功率模块为现有技术，可同时检测风速和机组的输出功率，当风速较大且输出功率较小时，为大风小功率状态，传感器组件与控制柜7连接。储热腔内靠近挡板15处设有腹板传感器组件16，腹板传感器组件16包括并联的腹板温度传感器和腹板压力传感器，腹板传感器组件16与控制柜7连接。

当叶片外温度传感器检测到环境温度小于2摄氏度；并且湿度传感器检测湿度大于85%，或者结冰传感器检测到信号1分钟内平均值小于95时，或者大风小功率状态三个条件中至少满足一个，机组判定为结冰状态，控制柜控制加热装置开启一个加热周期进行加热除冰。该设定值不仅限于本发明所提到的数值，可以依据具体情况进行调整。

当腹板传感器组件16检测到储热腔温度或压力超过设定值时，控制柜7就会控制控制液压缸62伸缩杆往前运动，液压缸伸缩杆带动风孔调节板61往前运动，使得风孔151面积变小，实现保温的效果；反之则向相反方向运动。通过液压缸活塞杆的往复运动可以调节风孔151的通风面积，从而实现流量和压力调节，从而实现储热腔温度的控制。

实施例2

如图1、图4所示的实施例2中，一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统，其结构与实施例1大致相同，不同之处在于调风机构6包括电机63和设置在风孔151内的风孔调节板61，风孔151为圆形，风孔151内沿直径方向竖直设有转轴，转轴两端固定在前缘腹板12和后缘腹板14上，风孔调节板61为与风孔151适配的圆形，风孔调节板61与风孔151通过转轴转动连接，电机63固定在前缘腹板12上，电机63驱动风孔调节板61转动，风孔调节板61上设置角度传感器，角度传感器与控制柜连接。

当腹板传感器组件16检测到储热腔温度或压力过低时，控制柜7就会控制控制电机63转动，电机驱动风孔调节板61正转，使得风孔151面积变小，若温度或压力回到正常状态，电机停止转动，若仍过低电机继续转动直到当风孔调节板61与风孔151夹角为零，实现保温的效果；反之当腹板传感器组件16检测到储热腔温度或压力过高时，控制柜7就会控制控制电机63转动，电机驱动风孔调节板61反转，使得风孔151面积变大，若温度或压力回到正常状态，电机停止转动，若仍过高电机继续转动直到当风孔调节板61与风孔151夹角为90°，实现最大程度通风。通过电机的正反转可以调节风孔151的通风面积，从而实现流量和压力调节，从而实现储热腔温度的控制。

实施例3

如图1、图5所示的实施例3中，一种温度风压可调的热鼓风风电机组叶片除冰系统，其结构与实施例1大致相同，不同之处在于调风机构6包括电机63和设置在风孔151内的若干联动的风孔调节单元，每个风孔调节单元包括风孔调节板61和转轴，若干风孔调节板61通过连杆64联动，风孔调节板61与风孔151通过转轴转动连接，电机63固定在前缘腹板12上，并驱动其中一个风孔调节板61转动。

当腹板传感器组件16检测到储热腔温度或压力超过设定值时，控制柜7就会控制控制电机63转动，电机驱动风孔调节板61正转，风孔调节板61通过连杆带动其他风孔调节板正转，使得风孔151面积变小，若温度或压力回到正常状态，电机停止转动，若仍过低电机继续转动直到所有风孔调节板61覆盖住风孔151，实现保温的效果；反之则反转。通过电机的正反转可以调节风孔151的通风面积，从而实现流量和压力调节，从而实现储热腔温度的控制。