[发明专利]一种风力发电机组叶片热气管除冰方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及风力发电领域，更具体地讲，涉及一种风力发电机组叶片的除冰方法和装置。主要用于应对大型风力发电机组在高湿度、低温度的区域运行过程中产生的叶片表面结冰的现象，防止因叶片表面结冰而引起的功率下降和停机以及叶片结冰后的负载对叶片造成损伤，通过除冰装置对叶片加热除冰，提高风力发电机组的发电量以及保证风力发电机组的寿命和安全。

背景技术

如今，提高风力发电机组在工作中对恶劣环境的抵抗能力成为了风力机发展的趋势，我国南方多数风电场在冬季、初春都存在结冰现象，尤其是云贵高原、广西、湖北和湖南等地区，空气温度低、湿度大，经常由于叶片表面结冰而导致风力机效率低下或停机，而且覆冰还会导致叶片翼型几何形状改变导致的风轮严重不平衡，急剧增大了叶片运行载荷，导致叶片开裂、折断等严重故障，甚至激起整机固有频率，出现倒塌，严重影响了风力发电机组运行安全。因此，解决风力机叶片表面结冰的问题迫在眉睫。

现在存在的防除冰技术主要有增加叶片表面涂层的技术，叶片内腔热鼓风除冰技术和叶片前缘电加热膜铺层除冰技术。传统的叶片内腔热鼓风除冰技术无雷击风险，但加热效率较低，叶片前缘电加热膜铺层除冰技术除冰效率相比内部通热气高，但容易引致雷击。

发明内容

为了防止现有技术中因风力发电机组叶片表面结冰而引起的功率下降和停机，甚至带来的叶片开裂、折断和机组倒塌等问题，本发明提供一种风力发电机组叶片热气管除冰方法及装置，在保证了系统无雷击的风险下通过在叶片铺设热气管道集中对叶片前缘进行加热，避免了传统加热整个腔体空气而带来的效率低下问题，不仅能除去叶片的前缘结冰，同时也能保证叶片整体腔内温度上升对叶片进行整体除冰。在保证安全的同时大大地增强了除冰效率和效果。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种风力发电机组叶片热气管除冰方法，所述方法包括以下步骤：

a)根据环境参数传感器检测的温度和湿度判定环境结冰条件，触发除冰装置启动；

b)根据多个叶片表面结冰探测器检测的结冰厚度和结冰位置反馈给叶根柜控制柜，判定叶片表面最大结冰厚度和结冰位置；

c)叶根柜控制柜根据叶片表面最大结冰厚度和结冰位置输出给叶根加热装置相应的加热等级和加热区域，叶根加热装置进行加热除冰。

进一步，所述的加热等级包括四个的等级，分别是加热等级1、2、3、4，对应的加热器功率依次从低到高、鼓风机的鼓风量根据加热功率进行相应的匹配。

再进一步，所述的加热区域分为前缘区域、PS区域、SS区域，将叶片截面前缘加热部分均匀分成三份，中间加热区域为前缘区域，处在叶片PS面的是PS区域，处于叶片SS面的为SS区域。当加热时根据加热位置加热相应区域铺设的热气管道。

更进一步，所述的环境参数传感器和叶片表面结冰探测器的数据每隔一定的时间会进行刷新，根据环境参数传感器输出的温度和湿度重新判定是否加热，如需加热则继续根据叶片表面结冰探测器输出的结冰厚度和结冰位置判定加热的位置、等级。

一种风力发电机组叶片热气管除冰装置，所述的除冰装置包括叶根控制柜、叶根加热装置、风管系统、叶片表面结冰探测器、环境参数传感器和叶片内部温度传感器，所述的叶根控制柜安装于叶根处；所述的叶根加热装置包括加热器、鼓风机和连接加热区连接管道；所述的风管系统包括前缘加热区和回流区；所述的环境参数传感器包括温度传感器和湿度传感器；所述的叶片内部温度传感器铺设在叶片内部防止温度超限。

进一步，所述的叶根加热装置在桨叶前缘与前腹板之间距离叶根一定位置处设置的挡板；所述的连接加热区连接管道依附前缘腹板安装，到达入口挡板位置转向前缘，到达前缘后依附前缘铺置；所述的加热器分为不同功率的档位功能或者无极变功率；所述的鼓风机具有固定鼓风量或者可控制变化鼓风量的功能。

再进一步，所述的前缘加热区依附前缘内腔铺设热气管道，并铺设保温层进行隔热保温。

更进一步，所述的前缘加热区包括热气管道数条，每条热气管可以单独控制开启或者关闭。同时，热气管的截面形状可以为圆形、方形、似翼型前缘形等优化形状。

所述的回流区包括斜圆柱体形的回流挡板靠叶根处逐渐收缩，通过连接管道接在热鼓风机入口。

所述的叶片内部温度传感器分布于加热器管道出口、腔体中部、叶尖和回流管道入口。