一种风电机组叶片防冰系统的制作方法

1.本发明涉及风机叶片防冰技术领域,尤其是一种风电机组叶片防冰系统。


背景技术：

2.风力发电是现代清洁能源中的重要组成部分，符合气候变化背景下能源清洁化的需求，是人类发展不可缺少的能源来源。我国风力发电在政策支持下保持较高增长，但冬天高空温度均在零度以下，风电机组叶片表面会出现明显的结冰现象。风电机组叶片表面结冰会导致发电效率降低(从10％-50％不等)、机组停机、自动化控制受影响、冰块脱落导致安全事故等众多问题，从而直接影响风电机组的运行。针对上述问题，现有技术公开了几种除冰方案：
3.涂层防冰(涂层)：被动除冰方法，通过在叶片表面刷(喷)涂疏水涂层，改变叶片表面物理属性，由于疏水涂层具有抗粘附特点，可在一定程度上防止冰或水粘附在物体表面。目前，越来越多的研究向纳米复合材料涂层发展，通过纳米级颗粒增强聚合物表面性能，此类材料与水的接触角(疏水角)非常大，可防止或缓解叶片结冰。该技术路线由三种技术方案：1)新叶片生产工艺纳入防冰涂层(特定环境地区)；2)老旧叶片下塔或人工刷防冰涂层；3)无人机一体化平台喷射防冰涂层；该方案存在的问题是涂层的粘结性能和耐磨性能较差，材料性能退化明显，需频繁修复，后期维护成本高。
4.喷融冰剂(除冰剂)：操作人员或自动飞行系统将携带一定重量融冰剂或携带喷射管路的无人机送至结冰叶片附近，通过高清图像寻找叶片覆冰位置，手动或自动触发药剂喷射系统对覆冰点进行喷射融冰剂，除冰完毕后，无人机寻找下一处覆冰位置作业，直到三支叶片覆冰清除完毕。该技术路线有三种技术方案：1)无人机一体化平台巡航喷射除冰剂；2)机舱安装除冰机喷射除冰剂除冰。3)塔筒铺设除冰剂管固定式喷淋除冰。该方案存在的问题是：人员必须到达风机附近才能操作，而结冰天气上山困难或无法上山；无人机携带的融冰剂重量有限，极端天气条件下续航时间短等。
5.表面加热铺层(电热)：将电加热元件(如加热膜、碳纤维等)嵌入叶片，当叶片结冰时，电加热元件使叶片表面温度升高，使积冰层和叶片表面间形成一层水膜，通过离心力将积冰抛出，或在叶片将要结冰时即启动电加热元件，防止或缓解叶片结冰，从而达到除(防)冰的效果。该方案适用于新机项目，不适用于技改项目；且易引雷，必须对叶片进行特殊防雷处理；电加热元件在叶片表面覆盖局限性大，后期可维护性差。
6.内腔热风(气热)：在叶片空腔(轮毂)内安装加热器、通风机、导热管组成的热风系统，叶片结冰后，通风机使被加热的空气通过导热管送到叶片内部，并形成热流循环，使整个叶片均匀受热，热风系统将叶片均匀地加热到零度以上，进而通过离心力将积冰抛出，或在叶片将要结冰时即启动热风系统，防止或缓解叶片结冰，从而达到除(防)冰的效果。(叶片气热除冰，鼓风机
→
加热器-导热管。叶片气流道导通性测试、覆冰监测)。该方案的存在的问题是叶片材质本身导热性差，加热覆盖面不全，效果不明显，且热风系统易造成叶片内部元件老化，需定期维检和更换，后期维护成本高。
7.微波或电磁感应除冰：通过在叶片附近安装微波或电磁发射装置，发射微波或通过电磁感应除冰，由于造价与除冰效果不明显，目前未见实例。
8.1、如中国专利公开了一种内循环式气热除冰装置(申请号：cn202120914533.6)，包括至少一组内循环式气热除冰机构，在所述叶片对应除冰部位的腔室内至少设置一组内循环式气热除冰机构；所述内循环式气热除冰机构包括第一挡板、气热输出部件和回风管，所述第一挡板设置在腔室内，用于将腔室分隔成靠近叶片根部的第一室和靠近叶片尖部的第二室，所述气热输出部件的主体设置在第一室内，而其输出端穿过第一挡板后插入第二室内，所述回风管的一端位于第二室内，而另一端穿过第一挡板后插入第一室内。可以有效地防止叶片表面发生结冰的问题，且能够实现节能高效除冰。
9.2、一种风机叶片的气热除冰装置(申请号：cn202122078013.9)，包括叶片主体、气体驱流件、加热器以及导热管；所述叶片主体具有内腔，所述气体驱流件、加热器以及导热管均设置于所述内腔内，且所述加热器连接于所述气体驱流件和导热管之间；气体驱流件吹动加热器加热产生的热气流在导热管内流通，可以使叶片主体的整体结构保持较高的温度，能够除去叶片上的结冰，避免叶片断裂，还可以降低风电场的发电电量损失。
10.现有技术虽然公开了一风机叶片除冰系统的方案，但是都是在出现结冰后一段时间，发现结冰情况，然后开启除冰系统进行除冰的，这样的影响风机叶片的正常使用寿命，同时在结冰后一段时间才进行除冰，这样增加除冰工作量，增加成本。
11.因此，对于上述问题有必要提出一种风电机组叶片防冰系统。


技术实现要素：

12.针对上述现有技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种风电机组叶片防冰系统，以解决上述问题。
13.一种风电机组叶片防冰系统，包括结冰监测装置和气热除冰系统，所述结冰监测装置与气热除冰系统之间通过通信信号连接，所述结冰监测装置包括微波覆冰监测传感器、超声波风气象传感器、第一通讯组件和第一控制单元，所述微波覆冰监测传感器、超声波风气象传感器和通讯组件均连接于第一控制单元，所述气热除冰系统包括风机、加热器、热风管道、第二控制单元和第二通讯组件，所述风机通过加热器向热风管送风，所述热风管与叶片内腔连通，所述风机、加热器和第二通讯组件均连接于第二控制单元，所述第一通讯组件与第二通讯组件连接，所述第一通讯组件和第二通讯组件均连接控制平台。
14.在叶片机组的风机叶片表面涂装有一层超疏水涂层，所述超疏水涂层采用疏水疏油纳米陶瓷涂料。
15.优选地，所述微波覆冰监测传感器、超声波风气象传感器和第一通讯组件安装在安装架上，所述安装架安装在叶片机组的基座上。
16.优选地，所述安装架上安装在有控制箱，所述第一控制单元安装在控制箱内，所述控制箱内安装有供电电池，所述供电电池外接供电源。
17.优选地，所述供电源包括有太阳电池板和叶片发电机组电源。
18.优选地，所述风机、加热器和热风管道均安装在叶片内腔的热气腔内，所述热风管道与叶片内腔的回流腔连通，所述回流腔与热气腔之间通过隔板隔开。
19.优选地，所述叶片内腔内安装有温湿度传感器，所述温湿度传感器连接于第二控
制单元。
20.优选地，所述第二控制单元连接电源控制箱，所述电源控制箱安装在叶片内腔的根部位置，所述电源控制箱通过滑环外接主控机柜。
21.优选地，所述第一通讯组件和第二通讯组件均包括4g通信模块、5g通信模块、北斗通信模块和光纤通信模块。
22.与现有技术相比，本发明有益效果：本发明设置有结冰监测装置和气热除冰系统，结冰监测装置用于监测风机叶片结冰状况，同时监测风机所属位置的气象信息进而得出是否要结冰等信息，如要结冰了，将信息反馈至气热除冰系统，气热除冰系统提前开始工作，让风机叶片不结冰，进而达到防冰的目的；在叶片机组的风机叶片表面涂装有一层超疏水涂层，超疏水涂层对风机叶片具有很好的疏水效果，可避免冰水覆在风机叶片的表面上；超疏水涂层采用疏水疏油纳米陶瓷涂料，疏水疏油纳米陶瓷涂料具有很好的超疏水效果。
附图说明
23.图1是本发明提供的风电机组叶片防冰系统图；
24.图2是本发明的风电机组叶片防冰系统结构示意图；
25.图3是本发明的风机叶片内部结构图。
26.图中附图标记：1、结冰监测装置；2、气热除冰系统；3、控制平台；4、安装架；5、叶片机组；6、基座；7、供电电池；8、电源控制箱；9、滑环；10、主控机柜；101、微波覆冰监测传感器；102、超声波风气象传感器；103、第一通讯组件；104、第一控制单元；201、风机；202、加热器；203、热风管道；204、第二控制单元；205、第二通讯组件；501、风机叶片；502、叶片内腔；503、热气腔；504、回流腔；505、温湿度传感器；506、隔板；507、超疏水涂层。
具体实施方式
27.需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
30.以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定
和覆盖的多种不同方式实施。
31.如图1并结合图2至图3所示，一种风电机组叶片防冰系统，包括结冰监测装置1和气热除冰系统2，所述结冰监测装置1与气热除冰系统2之间通过通信信号连接，所述结冰监测装置1包括微波覆冰监测传感器101、超声波风气象传感器102、第一通讯组件103和第一控制单元104，所述微波覆冰监测传感器101、超声波风气象传感器102和第一通讯组件103均连接于第一控制单元104，所述气热除冰系统2包括风机201、加热器202、热风管道203、第二控制单元204和第二通讯组件205，所述风机201通过加热器202向热风管道203送风，所述热风管道203与叶片内腔连通，所述风机201、加热器202和第二通讯组件205均连接于第二控制单元204，所述第一通讯组件103与第二通讯组件205连接，所述第一通讯组件103和第二通讯组件205均连接控制平台3。
32.采用进一步的技术方案有益效果：结冰监测装置1监测的数据通过第一通讯组件103反馈至气热除冰系统2和控制平台3，气热除冰系统2收到除冰指令后开启除冰工作，控制平台3收到结冰监测数据进行提示远程工作人员，控制平台3也可以向气热除冰系2统发出工作指令。
33.在叶片机组5的风机叶片51表面涂装有一层超疏水涂层507，超疏水涂层
34.507对风机叶片501具有很好的疏水效果，可避免冰水覆在风机叶片501的表面上。超疏水涂层507采用疏水疏油纳米陶瓷涂料，疏水疏油纳米陶瓷涂料具有很好的超疏水效果。
35.进一步的，所述微波覆冰监测传感器101、超声波风气象传感器102和第一通讯组件103安装在安装架4上，所述安装架4安装在叶片机组5的基座6上。
36.进一步的，所述安装架4上安装在有控制箱，所述第一控制单元104安装在控制箱内，所述控制箱内安装有供电电池7，所述供电电池7外接供电源。
37.进一步的，所述供电源包括有太阳电池板和叶片发电机组电源。
38.进一步的，所述风机201、加热器202和热风管道203均安装在叶片内腔502的热气腔503内，所述热风管道203与叶片内腔502的回流腔504连通，所述回流腔504与热气腔503之间通过隔板506隔开。
39.进一步的，所述叶片内腔502内安装有温湿度传感器505，所述温湿度传感器505连接于第二控制单元204。
40.进一步的，所述第二控制单元204连接电源控制箱8，所述电源控制箱8安装在叶片内腔502的根部位置，所述电源控制箱8通过滑环9外接主控机柜10。
41.进一步的，所述第一通讯组件103和第二通讯组件205均包括4g通信模块、5g通信模块、北斗通信模块和光纤通信模块。
42.采用多种通信方式进行信息传输，使得信息传输没有延迟，可以及时反馈到叶片结冰的信息；配置灵活，满足各站工况的数据传输，尤其是北斗通讯，可解决大部分无信号点的监测。
43.与现有技术相比，本发明有益效果：本发明设置有结冰监测装置1和气热除冰系统2，结冰监测装置1用于监测风机叶片501结冰状况，同时监测风机所属位置的气象信息进而得出是否要结冰等信息，如要结冰了，将信息反馈至气热除冰系统2，气热除冰系统2提前开始工作，让风机叶片501不结冰，进而达到防冰的目的。
44.气热除冰系统开启条件：一、结冰监测装置1的微波覆冰监测传感器监测101到风机叶片501结冰时(不同物体介质，共振频率、接收微波，反射和吸收频率是不同，微波型结冰探测传感器发射微波，如风机叶片501的表面有结冰情况，则微波型结冰探测传感器会检测到风机叶片501波形态发生变化，即风机叶片501的表面结冰)，将结冰信号反馈至气热除冰系统2开始工作。
45.二、超声波风气象传感器102监测到风机叶片501所处的温度、湿度、风向、风速、气压，根据这一数据综合判断是否要结冰(比如监测到湿度很高，温度低于零时，则说明就要结冰)，如果得出要结冰情况，将结冰信息反馈至气热除冰系统2开始除冰工作。
46.三、工作人员也可以根据情况需求通过控制平台3进行远程控制气热除冰系统2，向气热除冰系统2发出工作指令进行除冰工作
47.工作原理：其工作过程包括结冰监测过程和除冰过程；
48.其中结冰监测过程是利用结冰监测装置1进行结冰监测，其中结冰监测装置1包括微波覆冰监测传感器101和超声波风气象传感器102，微波覆冰监测传感器101采用微波型结冰探测传感器，对风机叶片501进行结冰监测，如有结冰情况并将数据信息反馈至控制平台3和气热除冰系统2，超声波风气象传感器102可监测温度、湿度、风向、风速、气压,并将这一数据反馈至控制平台3和气热除冰系统2，控制平台3和气热除冰系统2根据结冰监测结果做出工作指令。
49.其除冰过程是：气热除冰系统2在收到结冰监测装置1或控制平台3的工作指令时，开始工作，工作时启动风机201和加热器202，通过热风管道203向叶片内腔502送热风，对风机叶片501进行加热，进而起到防冰作用。
50.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。