一种风力发电机叶片的防结冰装置及方法与流程

1.本技术涉及风力发电技术领域，尤其涉及一种风力发电机叶片的防结冰装置及方法。


背景技术：

2.风能是一种可再生的绿色能源，有着巨大的开发价值，然而丰富的风力资源基本分布在高寒地带与湿度较大的沿海地区，当风力发电机叶片长期处于这种温度较低，湿度较大的环境中，叶片表面非常容易出现不同程度的覆冰情况，叶片结冰会造成机组失稳，风力发电机组被迫停机；叶片结冰会导致叶片荷载分布不均，降低叶片使用寿命；随着温度升高，冰块、冰凌会随时脱落，对工作人员造成安全隐患。因此叶片防冰除冰技术是风力发电机如何度过结冰期的重点与难点。
3.各国风电工作人员对于叶片结冰机理和应对方式方法进行了深入研究，目前的主要方法有溶液防冰、涂层防冰、热能防冰、机械除冰、电脉冲除冰和气动带除冰等。然而溶液防冰需要不停补充溶液；涂层防冰维持时间很短且涂层容易脱落，需要补充；热能防冰能源消耗大，对叶片加热可能损坏叶片中粘接材料；机械除冰、电脉冲除冰和气动带除冰等除冰技术都需要停机实施，而结冰是反复发生的，对解决结冰期不能发电的问题作用有限。


技术实现要素：

4.为了上述提出的至少一个技术问题，本发明公开一种风力发电机叶片的防结冰装置及方法。
5.根据本发明的一方面，提供了一种风力发电机叶片的防结冰装置，包括：
6.表面波激发装置和表面波发射装置，所述表面波激发装置设置于风力发电机的内部，所述表面波发射装置设置于风力发电机叶片根部的外表面，其中，所述风力发电机叶片根部为风力发电机叶片靠近目标连接处的端部，所述目标连接处为所述风力发电机叶片与风力发电机轮毂的连接处；
7.所述表面波激发装置，用于向所述表面波发射装置发送表面波激发信号；
8.所述表面波发射装置，用于响应所述表面波激发信号，沿着预设方向发射表面波，以使所述表面波传播至所述风力发电机叶片的表面，在所述风力发电机叶片的表面存在目标对象的情况下，以使所述表面波被所述目标对象吸收，以及以使所述目标对象从所述风力发电机叶片的表面脱落；
9.其中，所述预设方向为从所述风力发电机叶片根部至风力发电机叶片顶部的方向，所述风力发电机叶片顶部为所述风力发电机叶片远离所述目标连接处的端部；所述目标对象表征未结冰的物质。
10.在一些可能的实施方式中，所述风力发电机叶片的数量为至少两个，至少两个所述风力发电机叶片均匀设置在所述风力发电机轮毂上；每个所述风力发电机叶片对应的所述风力发电机叶片根部，均匀设置有预设数量个所述表面波发射装置。
11.在一些可能的实施方式中，所述风力发电机叶片的数量为至少两个，所述表面波发射装置设置在目标风力发电机叶片根部的外表面，所述目标风力发电机叶片根部为基于至少两个所述风力发电机叶片各自对应的所述风力发电机叶片根部的历史结冰数据，在至少两个所述风力发电机叶片各自对应的所述风力发电机叶片根部中确定。
12.在一些可能的实施方式中，所述表面波激发装置，包括：激发模块、电源模块和控制回路模块，所述控制回路模块的输出端与所述电源模块的输入端连接，所述电源模块的输出端与所述激发模块的输入端连接，所述激发模块的输出端与所述表面波发射装置的输入端连接；
13.所述激发模块，用于向所述表面波发射装置发送所述表面波激发信号；
14.所述电源模块，用于为所述激发模块提供电源；
15.所述控制回路模块，用于控制所述电源模块的开启，以使所述电源模块在开启的情况下，为所述激发模块提供电源。
16.在一些可能的实施方式中，所述表面波发射装置通过固定装置可拆装设置在所述风力发电机叶片根部的外表面。
17.在一些可能的实施方式中，所述固定装置包括抱箍和连接装置，所述抱箍设置于所述风力发电机叶片根部的外表面上，所述表面波发射装置通过所述连接装置与所述抱箍可拆装连接。
18.在一些可能的实施方式中，所述表面波发射装置包括超声波换能器，所述超声波换能器的频率为20～50khz。
19.在一些可能的实施方式中，所述激发模块包括发射电路和功率放大器，所述发射电路的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述超声波换能器的输入端连接；
20.所述发射电路，用于将所述电源模块的电源频率调谐到所述超声波换能器的固有频率；
21.所述功率放大器，用于调整所述超声波换能器的发射功率。
22.在一些可能的实施方式中，所述发射电路包括超声波发生器，所述超声波发生器用于调整所述电源模块的电源频率。
23.根据本发明的第二方面，提供一种风力发电机叶片的防结冰方法，所述方法包括：
24.在当前气象数据满足预设条件的情况下，基于所述表面波激发装置向所述表面波发射装置发送所述表面波激发信号；
25.基于所述表面波发射装置响应所述表面波激发信号，沿着所述预设方向发射所述表面波，以使所述表面波传播至所述风力发电机叶片的表面，以使所述表面波被所述目标对象吸收，以及以使所述目标对象从所述风力发电机叶片的表面脱落。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。
27.实施本发明，具有如下有益效果：
28.本发明通过将表面波激发装置设置在风力发电机的内部，将表面波发射装置设置在风力发电机叶片根部的外表面，使得风力发电机表面波发射装置能够在响应表面波激发装置发送的表面波激发信号的情况下，发射表面波，表面波从风力发电机叶片根部传播至
风力发电机叶片顶部，目标对象吸收表面波后发生振荡从风力发电机叶片的表面脱落，从而防止风力发电机叶片结冰，实现风力发电机叶片在结冰气候条件下正常工作。
29.根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本发明的其他特征及方面将变得清楚。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
31.图1为本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰装置的原理图；
32.图2为本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰装置的表面波波传播方向示意图；
33.图3为本发明实施例的表面波发射装置截面布置图；
34.图4为本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰方法的流程示意图；
35.图5为本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰方法的流程示意图。
36.其中，图中附图标记分别对应为：1-表面波发射装置；2-表面波传播方向；3-叶片根部截面。
具体实施方式
37.下面将结合本说明书实施例中的附图，对本说明书实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
38.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或服务器不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
39.以下将参考附图详细说明本发明的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
40.在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
41.本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括a、
b、c中的至少一种，可以表示包括从a、b和c构成的集合中选择的任意一个或多个元素。
42.另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。
43.图1示出根据本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰装置的原理图，图2示出根据本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰装置的表面波波传播方向示意图，应用于风力发电机叶片。
44.请参阅图1和图2，上述风力发电机叶片的防结冰装置包括：
45.表面波激发装置和表面波发射装置1，表面波激发装置设置于风力发电机的内部，表面波发射装置1设置于风力发电机叶片根部3的外表面，其中，风力发电机叶片根部3为风力发电机叶片靠近目标连接处的端部，所述目标连接处为所述风力发电机叶片与风力发电机轮毂的连接处；
46.所述表面波激发装置，用于向所述表面波发射装置1发送表面波激发信号；
47.所述表面波发射装置1，用于响应所述表面波激发信号，沿着预设方向发射表面波，以使所述表面波传播至所述风力发电机叶片的表面，在所述风力发电机叶片的表面存在目标对象的情况下，以使所述表面波被所述目标对象吸收，以及以使所述目标对象从所述风力发电机叶片的表面脱落；
48.其中，所述预设方向为从所述风力发电机叶片根部3至风力发电机叶片顶部的方向，所述风力发电机叶片顶部为所述风力发电机叶片远离所述目标连接处的端部；所述目标对象表征未结冰的物质。
49.在本发明实施例中，本发明通过风力发电机叶片往年结冰数据判断当前气象是否处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，若当前气象处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，打开表面波激发装置，表面波激发装置向表面波发射装置1发送表面波激发信号，表面波发射装置1接收到表面波激发信号并响应发送表面波。表面波发射装置1设置在风力发电机叶片根部3的外表面，表面波传播方向2为表面波沿着风力发电机叶片的长度方向从风力发电机叶片根部3传播至风力发电机叶片顶部，叶片表面目标对象吸收表面波，从叶片表面脱落，从而防止叶片结冰。可以理解的是，目标对象可以是过冷水滴，叶片表面过冷水滴吸收表面波，过冷水滴产生振荡和空化，借助叶片自传的离心力，过冷水滴从叶片表面脱落。可以理解的是，风力发电机叶片表面材质为玻璃钢，声波吸收率较低，可实现较小发射功率实现叶片除冰；材质单一，声束传播路径可控、覆盖范围可控，可有效保证防止结冰的范围。
50.在一个可选的实施例中，图3示出根据本发明实施例的表面波发射装置截面布置图，如图3所示，本发明实施例设置了所述风力发电机叶片的数量为至少两个，至少两个所述风力发电机叶片均匀设置在所述风力发电机轮毂上；每个所述风力发电机叶片对应的所述风力发电机叶片根部3，均匀设置有预设数量个所述表面波发射装置1。
51.在本发明实施例中，风力发电机的叶片数量至少为两个，将至少两个风力发电机叶片均匀设置在风力发电机轮毂上，预设数量个表面波发射装置1，均匀设置在风力发电机叶片根部3，使表面波传播至整个叶片表面。可以理解的是，预设数量个表面波发射装置1可以是表面波发射装置1沿风力发电机叶片根部3的外表面无间隔均匀设置一周，使表面波传播至整个风力发电机叶片表面。设置有预设数量个表面波发射装置1，每个表面波发射装置
1所需的发射功率就较小，可以避免降低表面波发射装置1的使用寿命。
52.在一个可选的实施例中，根据风力发电机叶片表面有不同程度的结冰情况，本发明实施例设置了所述风力发电机叶片的数量为至少两个，所述表面波发射装置1设置在目标风力发电机叶片根部的外表面，所述目标风力发电机叶片根部为基于至少两个所述风力发电机叶片各自对应的所述风力发电机叶片根部的历史结冰数据，在至少两个所述风力发电机叶片各自对应的所述风力发电机叶片根部中确定。
53.在本发明实施例中，不同的地域，风力发电机叶片的结冰情况不同，根据往年风力发电机叶片的历史结冰数据，统计分析风力发电机叶片什么部位会结冰，在结冰部位对应的风力发电机叶片根部布置表面波发射装置1，以防止该部位结冰，可以避免表面波发射装置不必要的浪费。
54.在一个可选的实施例中，所述表面波激发装置包括：激发模块、电源模块和控制回路模块，所述控制回路模块的输出端与所述电源模块的输入端连接，所述电源模块的输出端与所述激发模块的输入端连接，所述激发模块的输出端与所述表面波发射装置的输入端连接；
55.所述激发模块，用于向所述表面波发射装置发送所述表面波激发信号；
56.所述电源模块，用于为所述激发模块提供电源；
57.所述控制回路模块，用于控制所述电源模块的开启，以使所述电源模块在开启的情况下，为所述激发模块提供电源。
58.在本发明实施例中，控制回路模块控制电源模块的开启，使电源模块能够为激发模块供电，以使激发模块能够激发表面波发射装置发射表面波。
59.在一个可选的实施例中，本发明实施例设置所述表面波发射装置1通过固定装置可拆装设置在所述风力发电机叶片根部3的外表面。
60.在一个可选的实施例中，所述固定装置包括抱箍和连接装置，所述抱箍设置于所述风力发电机叶片根部的外表面上，所述表面波发射装置通过所述连接装置与所述抱箍可拆装连接。
61.在本发明实施例中，表面波发射装置通过固定装置以可拆装的连接方式设置在风力发电机叶片的外表面。具体地，在风力发电机叶片根部3的外表面设置抱箍，表面波发射装置1通过连接装置固定在抱箍上，从而使表面波发射装置1设置在风力发电机叶片根部3的外表面，使服役叶片也能过通过本装置防止叶片结冰，并且使表面波发射装置在损坏时容易维修。具体地，连接装置为卡子和螺栓等可以将表面波发射装置固定在抱箍上的装置。
62.在一个可选的实施例中，表面波发射装置包括超声波换能器，所述超声波换能器的频率为20～50khz。
63.在本发明实施例中，超声波换能器的频率高于50khz时，由于风力发电机叶片材料对表面波的吸收率越大，频率过高不利于表面波在叶片表面传播；超声波换能器的频率低于20khz时，目标对象吸收表面波能量较少，不利于目标对象从叶片表面脱落。
64.在一个可选的实施例中，激发模块包括发射电路和功率放大器，所述发射电路的输出端与所述功率放大器的输入端连接，所述功率放大器的输出端与所述超声波换能器的输入端连接；
65.所述发射电路，用于将所述电源模块的电源频率调谐到所述超声波换能器的固有
频率；
66.所述功率放大器，用于调整所述超声波换能器的发射功率。
67.在一个可选的实施例中，所述发射电路包括超声波发生器，所述超声波发生器用于调整所述电源模块的电源频率。
68.图4示出根据本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰方法的流程示意图，请参阅图4，本发明的实施例还提供了一种风力发电机叶片的防结冰方法如下：
69.步骤s401：在当前气象数据满足预设条件的情况下，基于所述表面波激发装置向所述表面波发射装置1发送所述表面波激发信号；
70.可以理解的是预设条件是可能结冰而尚未结冰的气象条件，在当前气象数据满足预设条件的情况下是通过风力发电机往年结冰数据判断当前气象是否处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，若当前气象处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，则当前气象数据满足预设条件。
71.步骤s402：基于所述表面波发射装置1响应所述表面波激发信号，沿着所述预设方向发射所述表面波，以使所述表面波传播至所述风力发电机叶片的表面，以使所述表面波被所述目标对象吸收，以及以使所述目标对象从所述风力发电机叶片的表面脱落。
72.以下，对风力发电机叶片的防结冰方法进行详细说明：
73.图5示出根据本发明实施例的一种风力发电机叶片的防结冰方法的流程示意图，请参阅图5，在一个可选的实施例中，采用上述一种风力发电机叶片的防结冰装置及方法进行风力发电机叶片的防结冰的过程如下：
74.步骤s501：在当前气象数据满足预设条件的情况下，基于所述表面波激发装置向所述表面波发射装置发送所述表面波激发信号，通过表面波激发装置中的控制回路模块控制电源模块的开启，电源模块开启后，为激发模块提供电源；
75.步骤s502：激发模块中的超声波发生器将电源模块的电源频率调谐到表面波发射装置中的超声波换能器的固有频率；
76.步骤s503：激发模块中的功率放大器调整表面波发射装置中的超声波换能器的发射功率；
77.步骤s504：基于所述表面波发射装置响应所述表面波激发信号发射表面波，表面波发射装置中的超声波换能器沿着所述预设方向发射表面波。
78.可以理解的是，表面波激发装置通过激发模块激发超声波换能器发射表面波，表面波从风力发电机叶片根部传播至风力发电机叶片顶部，表面波被目标对象吸收，目标对象发生振荡从风力发电机叶片的表面脱落，防止叶片结冰。
79.由上述本发明提供的实施例可见，本发明通过风力发电机往年结冰数据判断当前气象是否处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，若当前气象处于可能结冰而尚未结冰的气象条件，打开表面波激发装置并向表面波发射装置发送表面波激发信号，表面波发射装置响应表面波激发信号发射表面波，表面波从风力发电机叶片根部传播至风力发电机叶片顶部，当表面波遇到目标对象，目标对象吸收表面波发生振荡，借助叶片自传的离心力，目标对象从风力发电机叶片表面脱落，从而防止叶片结冰。
80.需要说明的是：以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非是穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的
情况下，对应本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。