[发明专利]一种结合光纤传输的无人机激光除冰系统与方法

说明书

本发明公开了一种结合光纤传输的无人机激光除冰系统，包括地面移动能源平台，地面能源移动平台上设置有激光发射器，激光发射器连接有传输光纤，传输光纤的自由端连接有除冰组件，除冰组件包括无人机和吊篮，吊篮上设置有入射口和出射口，且在吊篮内设置有用于将柱状激光转化为平面状激光的光学转化系统，使平面状激光对风机叶片进行扫描式除冰，传输光纤与所述入射口连通设置，激光通过入射口进入光学转化系统之后会从出射口射出。本发明通过设置具有无人机的除冰组件，将激光通过光纤传输至吊篮中得到光学转化系统，将原本从入射口进入的柱状激光转换为平面状激光并从出射口射出，完成对目标叶片的扫描式除冰，提升了除冰速度。

技术领域

本发明涉及新能源产业与激光结合技术领域，尤其涉及一种结合光纤传输的无人机激光除冰系统与方法。

背景技术

风电机组在易凝冻地区冬春季的叶片覆冰问题值得重视。叶片覆冰不仅影响气动效率，更会导致气动不平衡、载荷增加等问题，造成发电量损失的同时也影响机组与周边环境设备人员安全。激光除冰技术更多是用于电网传送电线路覆冰的移除，在风电机组叶片除冰上应用不多。激光除冰技术的原理是当激光束打在含有覆冰的叶片表面上，能量被叶片表面材料吸收(但不造成叶片材料的损伤)，热量瞬间积聚，温度升高，造成叶片表面覆冰的受热融化，同时，覆冰融化水继续快速受热发生相变在局部区域产生高压蒸汽，即覆冰受力而断裂成小块。在重力及叶片旋转产生离心力作用下，叶片表面的融化及断裂/破碎的覆冰将被移除。

现有通用的风机叶片覆冰移除基础主要包括热鼓风除冰法(在叶片内部通以热气流，用以加热叶片，当叶片表面温度超过0℃时将融化覆冰实现除冰)、电热除冰法(在叶片内部或表面铺设电阻，利用电阻通电产生热量融化覆冰)、涂层法(在叶片表面喷涂疏水防覆冰材料，抑制过冷水滴在叶片上形成覆冰)等，都不同程度地存在各种问题，比如热鼓风除冰法叶片加热效率差，热耗高；电热涂层施工难度大、易脱落、且有引发雷击风险；涂层法只能被动防冰，无法主动除冰，涂层寿命较短，且易受磨损腐蚀等，导致防冰性能下降。

上述除冰技术都需要在风机叶片上进行改造施工，需要进行防雷改造、载荷核验等多项工作。与其相比，激光除冰技术充分利用了激光的能量密度高、直线传播、不易散射等优点，可在距离风电机组相对较远的距离展开叶片除冰工作。但现有的激光除冰技术多是使用柱状激光对叶片进行除冰作业，虽然能量密度较高，但由于激光束直径小、传输距离远的限制，容易出现损伤叶片材料、除冰慢的问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为达到上述目的，本发明提出了一种结合光纤传输的无人机激光除冰系统，包括地面移动能源平台，地面能源移动平台上设置有激光发射器，激光发射器连接有传输光纤，传输光纤的自由端连接有除冰组件，除冰组件包括无人机和吊篮，吊篮上设置有入射口和出射口，且在吊篮内设置有用于将柱状激光转化为平面状激光的光学转化系统，使平面状激光对风机叶片进行扫描式除冰，传输光纤与所述入射口连通设置，激光通过入射口进入光学转化系统之后会从出射口射出

本发明通过设置地面移动能源平台实现即使在恶劣气候条件下也可以将激光发射器运送至靠近目标风电机组位置，从而避免由于恶劣天气条件下激光发射器离目标风电机组过远导致激光无法有效投射到目标叶片的问题，同时设置有除冰组件，将激光通过光纤传输至吊篮中得到光学转化系统，将原本从入射口进入的柱状激光转换为平面状激光并从出射口射出，完成对目标叶片的扫描式除冰，提升了除冰速度。

可选地，所述光学转化系统包括正对所述入射口设置的凸透镜以及正对所述出射口位置设置的凹透镜，且所述凹透镜选用平凹透镜。

进一步地，所述凸透镜的光轴、凹透镜的光轴均与入射口至出射口的轴线同轴设置，所述凸透镜的轴线竖直设置。

进一步地，所述地面能源移动平台上设置有电源件，所述电源件与所述无人机之间电连接有传输电缆。

进一步地，所述无人机内设置有电池，所述电池作为备用电源件。