一种风电机组叶片除冰装置及方法与流程

本发明涉及叶片除冰的技术领域，具体来说，涉及一种风电机组叶片除冰装置及方法。

背景技术：

风电机组叶片结冰会导致其出力能力降低或零出力，目前市场上叶片除冰、防冰的方式主要分为五种：

1）在叶片本体中铺（夹）附加热元件。

其工作原理是将电加热元件嵌入叶片,并覆盖影响叶片气动性能的区域,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。但存在结构复杂、安全风险大的缺点。

2）在叶片空腔内吹（鼓）热风。

在叶片空腔内安装加热器、导热管和通风机组成热风系统，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，从而达到除冰的效果。但存在结构复杂、安全风险大的缺点。

3）使用无人机在叶片表面喷洒融冰剂。

操作人员或自动飞行系统将携带一定重量融冰剂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。但存在除冰效率低、除冰过程可重复性差、造价高的缺点。

4）在叶片表面刷（喷）涂疏水涂层以防结冰。

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，可有效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。但存在除冰过程可重复性差、造价高的缺点。

5）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，目前尚未大规模影响。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种风电机组叶片除冰装置，可解决目前风电机组叶片除冰装置在不同程度上存在的结构复杂、造价高、除冰效率低、安全风险大、除冰过程可重复性差等问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种风电机组叶片除冰装置，包括上下间隔地设置在塔筒上的若干喷管，所述喷管的水平长度小于叶片与所述塔筒之间的距离，所有的所述喷管均通过输送管连接液压站，所述液压站包括储液箱和液压泵，所述储液箱内储存有融冰剂，所述液压站连接有除冰控制系统，所述除冰控制系统连接有风电机组控制系统。

进一步地，所述除冰控制系统还连接有分别与所述叶片相对应的若干叶片位置传感器，所述叶片位置传感器设置在所述塔筒上。

进一步地，所述液压站还包括稳压罐。

本发明还提供了一种风电机组叶片除冰方法，包括以下步骤：

s1在安装于机舱头部的叶片结冰后，风电机组控制系统反馈信号至除冰控制系统；

s2所述风电机组控制系统对所述机舱进行偏航控制，在确保所述机舱头部的朝向与喷管的喷射方向一致的前提下，使所述机舱的中轴线与所述喷管所在的竖向平面重合；

s3所述风电机组控制系统控制所述叶片转动，在所述叶片经过与所述喷管所在的竖向平面相对应的预设扇形区域时，所述除冰控制系统控制液压站工作，使所述液压站内的融冰剂通过所述喷管喷至已结冰的所述叶片上，在所述叶片离开所述预设扇形区域后或对所述叶片喷射所述融冰剂的单次时长超过设定值后，所述除冰控制系统控制所述液压站暂停工作。

进一步地，在s1中，所述风电机组控制系统报警停机并将停机信号反馈至所述除冰控制系统。

进一步地，还包括以下步骤：

s4重复s3直至所述风电机组控制系统实现启机，所述除冰控制系统控制所述液压站停止工作。

进一步地，在s2中，所述风电机组控制系统首先确定所述喷管所在的竖向平面在偏航转动平面上的投影位置距基准线的角度α，然后在确保所述机舱头部的朝向与所述喷管的喷射方向一致的前提下，确定所述机舱的中轴线位置距所述基准线的角度β，最后使所述机舱沿所述偏航转动平面转动，转动角度为α－β或α－β±360°，以实现所述机舱的中轴线与所述喷管所在的竖向平面重合。

进一步地，在s3中，所述叶片的位置通过所述风电机组控制系统确定。或者，所述叶片的位置通过若干叶片位置传感器确定，所述叶片位置传感器连接所述除冰控制系统，所述叶片位置传感器设置在塔筒上。

进一步地，所述预设扇形区域由所述喷管所在的竖向平面围绕所述机舱的中轴线偏转±5°形成。

本发明的有益效果：结构简单、造价低、除冰效率高、安全风险小、除冰过程可重复性强。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的风电机组叶片除冰装置的正视图；

图2是根据本发明实施例所述的风电机组叶片除冰装置的侧视图；

图3是根据本发明实施例所述的偏航控制的示意图；

图4是根据本发明实施例所述的风电机组叶片除冰方法的逻辑框图。

图中：

1、喷管；2、液压站；3、塔筒；4、叶片；5、机舱。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-4所示，根据本发明实施例所述的一种风电机组叶片除冰装置，包括上下间隔地设置在塔筒3上的若干喷管1，所述喷管1的水平长度小于叶片4与所述塔筒3之间的距离，所有的所述喷管1均通过输送管连接液压站2，所述液压站2包括储液箱和液压泵，所述储液箱内储存有融冰剂，所述液压站2连接有除冰控制系统，所述除冰控制系统连接有风电机组控制系统。

在本发明的一个具体实施例中，所述除冰控制系统还连接有分别与所述叶片4相对应的若干叶片位置传感器，所述叶片位置传感器设置在所述塔筒3上。

在本发明的一个具体实施例中，所述液压站2还包括稳压罐。

本发明还提供了一种风电机组叶片除冰方法，包括以下步骤：

s1在安装于机舱5头部的叶片4结冰后，风电机组控制系统反馈信号至除冰控制系统；

s2所述风电机组控制系统对所述机舱5进行偏航控制，在确保所述机舱5头部的朝向与喷管1的喷射方向一致的前提下，使所述机舱5的中轴线与所述喷管1所在的竖向平面重合；

s3所述风电机组控制系统控制所述叶片4转动，在所述叶片4经过与所述喷管1所在的竖向平面相对应的预设扇形区域时，所述除冰控制系统控制液压站2工作，使所述液压站2内的融冰剂通过所述喷管1喷至已结冰的所述叶片4上，在所述叶片4离开所述预设扇形区域后或对所述叶片4喷射所述融冰剂的单次时长超过设定值后，所述除冰控制系统控制所述液压站2暂停工作。

在本发明的一个具体实施例中，在s1中，所述风电机组控制系统报警停机并将停机信号反馈至所述除冰控制系统。

在本发明的一个具体实施例中，还包括以下步骤：

s4重复s3直至所述风电机组控制系统实现启机，所述除冰控制系统控制所述液压站2停止工作。

在本发明的一个具体实施例中，在s2中，所述风电机组控制系统首先确定所述喷管1所在的竖向平面在偏航转动平面上的投影位置距基准线的角度α，然后在确保所述机舱5头部的朝向与所述喷管1的喷射方向一致的前提下，确定所述机舱5的中轴线位置距所述基准线的角度β，最后使所述机舱5沿所述偏航转动平面转动，转动角度为α－β或α－β±360°，以实现所述机舱5的中轴线与所述喷管1所在的竖向平面重合。

在本发明的一个具体实施例中，在s3中，所述叶片4的位置通过所述风电机组控制系统确定。或者，所述叶片4的位置通过若干叶片位置传感器确定，所述叶片位置传感器连接所述除冰控制系统，所述叶片位置传感器设置在塔筒3上。

在本发明的一个具体实施例中，所述预设扇形区域由所述喷管1所在的竖向平面围绕所述机舱5的中轴线偏转±5°形成。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

本发明所述的风电机组叶片除冰装置包括沿塔筒3外壁布置的输送管、喷管1、液压站2、叶片位置传感器和除冰控制系统等部分。多个喷管1沿塔筒3外表面自上而下布置，并分别与输送管连接，输送管用于输送融冰剂，喷管1固定在塔筒3上。输送管与储存液体（如融冰剂）的液压站2相连接，液压站2压力的大小根据喷射液体的高度、重量等因素确定，其压力的保持通过稳压罐实现。液压站2主要包括液压泵、电机、稳压罐、储液箱、管线、动力电源与控制电源等，储液箱内储存有融冰剂，储液箱通过管线连接输送管，管线上设置液压泵和稳压罐。除冰控制系统包括plc控制器。除冰控制系统可连接多个叶片位置传感器，叶片位置传感器为光电开关，用于检测叶片4的位置。

风电机组包括塔筒3、机舱5、叶片4和风电机组控制系统，机舱5可转动的设置在塔筒3顶部，机舱5的头部设置有叶轮，叶轮上安装有三支叶片4，风电机组控制系统包括plc控制器，风电机组控制系统用于控制风电机组的运行同时可实现结冰检测，在结冰检测时，风电机组控制系统会根据机组出力运行状态，机舱外部的温度、湿度和风速等传感器的信息综合判断得出。

当叶片4持续结冰，达到风电机组停机条件且风电机组停止运行后，在此工况下开展的除冰作业为风电机组结冰停机后的除冰。此工况需通过偏航控制来调整机舱5位置以及需检测叶片4的位置，以确定喷管1喷射融冰剂的时机与时长。具体如下：

1）由于叶片4结冰，风电机组控制系统报警停机。

2）风电机组控制系统（或通过人工）将此停机信号反馈至除冰装置控制系统，开始叶片4的除冰作业。

3）风电机组控制系统对机舱5进行偏航控制，在确保机舱5头部的朝向与喷管1的喷射方向一致的前提下，使机舱5中轴线与喷管1所在的竖向平面重合。

4）通过风电机组控制系统（或外置的叶片位置传感器）得知叶轮转动时三支叶片4的具体位置，当三支叶片4依次经过喷管1所在的竖向平面附近（比如将喷管1所在的竖向平面围绕机舱的中轴线偏转±5°）时，除冰装置控制系统控制液压站2工作，使液压站2内的融冰剂通过喷管1喷至已结冰的叶片4上。

5）叶轮旋转时，当叶片4离开喷管1所在的竖向平面附近时或对该叶片4喷射融冰剂的单次时长超过x秒（x的具体数值视实际情况确定），暂停喷射。

6）喷管1对每支叶片4喷设y轮（y值视实际情况确定，即叶轮旋转y圈）融冰剂后，停止喷射。或者，待z分钟（z值视融冰效果确定）后，通过风电机组控制系统（或人工）对风电机组进行启机控制，如风电机组可实现启机，则结束喷射，如风电机组不可启机，则进行下一轮的喷射，直至风电机组实现启机后结束喷射。注：对三支叶片4均喷射一次融冰剂即为1轮。

风电机组控制系统进行偏航控制的目的是使机舱5的中轴线与喷管1所在的竖向平面重合，以确保喷管1喷射的融冰剂能喷射至叶片4上。在通过偏航控制实现重合后，方可对叶片4喷射融冰剂进行除冰，从而达到减少结冰停机时间的目的。在应用时可通过在风电机组控制系统的控制逻辑中加入偏航控制的逻辑以实现重合。

根据机舱5的偏航转动平面，进行偏航控制的逻辑步骤如下：

1）确定喷管1所在的竖向平面在偏航转动平面上的投影位置（赋值）距基准线的角度α，例如α为30°。

2）在偏航转动平面上，在确保机舱5头部的朝向与喷管1的喷射方向一致的前提下，确定机舱5中轴线位置距所述基准线的角度β，例如β为70°。

3）风电机组控制系统控制通过机舱5沿偏航转动平面转动，使机舱5的中轴线位置调整30°－70°＝-40°后变为30°，或通过调整后变为30°±360°，从而实现重合。

除了上述的在叶片4结冰停机后的进行除冰外，还可以在叶片4结冰但未达到停机状态时，对其开展预除冰，以达到减少结冰停机的目的。叶片4结冰后，风电机组控制系统反馈结冰信号给除冰装置控制系统，风电机组控制系统对机舱5进行偏航控制后，除冰装置控制系统对叶片4喷射融冰剂进行除冰。

综上，借助于本发明的上述技术方案，结构简单、造价低、除冰效率高、安全风险小、除冰过程可重复性强。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。