融冰式风力机及其工作方法

本发明涉及一种融冰式风力机及其工作方法，属于空气加热和动力工程领域。

背景技术：

在寒冷季节，由于环境温湿度影响，加之叶片所处位置较高，叶片表面很容易出现结冰现象。叶片结冰不仅引起气动性能下降，降低风力机输出功率，严重时会出现停机等一系列安全问题。

目前风力机叶片常用的除冰方法有：（1）电加热法：此方法将电加热元件嵌入叶片内部或粘贴在叶片外，当叶片结冰时，电加热元件使表面温度升高；（2）热空气法：在风力机中安装暖风机，将暖空气送入或吹向叶片，达到加热叶片的效果；（3）机械震颤法：通过一定技术手段使得叶片产生震颤，集结在叶片表面的积冰产生松弛，从而达到除冰的目的。以上方法除冰效率较低，能耗都比较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种简便高效的融冰式风力机及其工作方法。

一种融冰式风力机，包括塔筒、垂直转轴、叶片支架和叶片；上述风力机叶片通过叶片支架固定于垂直转轴上，垂直转轴安装于塔筒上；

其特征在于：

该融冰式风力机的叶片内部设置有支撑梁；上述支撑梁与叶片内壁形成的腔体内还设置有冲击腔；上述冲击腔表面均匀分布冲击孔；上述叶片表面均匀分布可开关融冰孔；

该融冰式风力机还包括通过进气管与冲击腔相连通的空气处理设备；

该融冰式风力机还包括布置在叶片尾缘处的温湿度传感器；

该融冰式风力机还包括控制系统，该控制系统的数据输入端与温湿度传感器相连，第一控制信号输出端与空气处理设备相连，第二控制信号输出端与可开关融冰孔相连。

上述融冰式风力机，其特征在于包括以下过程：

温湿度传感器将采集到的相关数据信息传输至控制系统，当控制系统判断叶片表面没有出现结冰现象，叶片表面的融冰孔关闭，空气处理设备关闭，风力机正常运行；

当温湿度异常，控制系统判断叶片表面出现结冰现象，开启空气处理设备和融冰孔，通过进气管将空气处理设备产生的高温气流送入叶片内部的冲击腔中，再由冲击腔表面的冲击孔喷射至叶片内壁面，提高叶片内壁面的温度，部分高温空气会从叶片表面均匀分布的融冰孔喷射而出，高温气体对流换热和叶片内外壁面导热的作用下，叶片表面温度升高，积冰受热融化，达到除冰防冰的效果。

本发明提出两种空气处理设备设计方案，方案一：上述融冰式风力机其空气处理设备设在塔筒内，包括电阻丝、位于电阻丝下方的风机、电阻丝外围的防止雷电的sic管。

方案二：上述融冰式风力机其空气处理设备设在垂直转轴内，包括空气压缩机。

与现有技术相比，本发明至少具有如下优点：本发明在传统叶片除冰方法上进行创新，在风力机叶片上设置融冰孔，利用空气处理设备产生高温高压空气，在高温气流对流换热和叶片内外壁面导热的共同作用下，通过控制系统自动控制，实现对风力机叶片的防冰除冰效果。本发明在有效除冰的同时，提高风能利用效率，实现了风力机的安全高效运行。

附图说明

图1是使用空气处理设备设计方案一的融冰式风力机；

图2是叶片截面图；

图3是使用空气处理设备设计方案二的垂直转轴截面图；

图中标号名称：1叶片，2垂直转轴，3叶片支架，4塔筒，5电阻丝，6sic管，7风机，8融冰孔，9冲击孔，10冲击腔，11温湿度传感器，12控制系统，13进气管，14空气压缩机。

具体实施方式

下面参照图1、图2、图3说明融冰式风力机的运行过程。

图1是本发明提出的使用空气处理设备设计方案一的融冰式风力机。该系统的工作过程如下：温湿度传感器将采集到的相关数据信息传输至控制系统，当控制系统判断叶片表面没有出现结冰现象，叶片表面的融冰孔关闭，风机关闭，风力机正常运行；当温湿度异常时，控制系统判断叶片表面出现结冰现象，开启风机和融冰孔，通过风机将空气输送至电阻丝产生高温气流。高温空气通过塔筒、垂直转轴和叶片支架内设置的进气管进入叶片内部的冲击腔中，再由冲击腔表面的冲击孔喷射至叶片内壁面，提高叶片内壁面的温度，部分高温空气会从叶片表面均匀分布的融冰孔喷射而出，高温气体对流换热和叶片内外壁面导热的作用下，叶片表面温度升高，积冰受热融化，达到除冰防冰的效果。

图3是使用空气处理设备设计方案二的垂直转轴截面图。该系统的工作过程如下：温湿度传感器将采集到的相关数据信息传输至控制系统，当控制系统判断叶片表面没有出现结冰现象，叶片表面的融冰孔关闭，空气压缩机关闭，风力机正常运行；当温湿度异常时，控制系统判断叶片表面出现结冰现象，开启空气压缩机和融冰孔，空气压缩机吸入周围空气产生高温高压气流，高温高压气流通过垂直转轴和叶片支架内设置的进气管进入叶片内部的冲击腔中，再由冲击腔表面的冲击孔喷射至叶片内壁面，提高叶片内壁面的温度，部分高温空气会从叶片表面均匀分布的融冰孔喷射而出，高温气体对流换热和叶片内外壁面导热的作用下，叶片表面温度升高，积冰受热融化，达到除冰防冰的效果。

以上所述仅是本发明的较佳实施例子而已，并非对本发明做任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

技术特征：

1.一种融冰式风力机，包括塔筒（4）、垂直转轴（2）、叶片支架（3）和叶片（1）；上述风力机叶片（1）通过叶片支架（3）固定于垂直转轴（2）上，垂直转轴（2）安装于塔筒（4）上；

其特征在于：

该融冰式风力机的叶片（1）内部设置有支撑梁；上述支撑梁与叶片内壁形成的腔体内还设置有冲击腔(10)；上述冲击腔（10）表面均匀分布冲击孔（9）；上述叶片(1)表面均匀分布可开关融冰孔（8）；

该融冰式风力机还包括通过进气管（13）与冲击腔（10）相连通的空气处理设备（15）；

该融冰式风力机还包括布置在叶片（1）尾缘处的温湿度传感器（11）；

该融冰式风力机还包括控制系统（12），该控制系统（12）的数据输入端与温湿度传感器（11）相连，第一控制信号输出端与空气处理设备（15）相连，第二控制信号输出端与可开关融冰孔（8）相连。

2.根据权利要求1所述的融冰式风力机，其特征在于：上述空气处理设备（15）设在塔筒（4）内，包括电阻丝（5）、位于电阻丝（5）下方的风机（7）、电阻丝（5）外围的防止雷电的sic管（6）。

3.根据权利要求1所述的融冰式风力机，其特征在于：上述空气处理设备（15）设在垂直转轴（2）内，包括空气压缩机（14）。

4.利用权利要求1所述的融冰式风力机及其工作方法，其特征在于包括以下过程：

温湿度传感器（11）将采集到的相关数据信息传输至控制系统（12），当控制系统（12）判断叶片（1）表面没有出现结冰现象，叶片（1）表面的融冰孔（8）关闭，空气处理设备（15）关闭，风力机正常运行；

当温湿度异常，控制系统（12）判断叶片（1）表面出现结冰现象，开启空气处理设备（15）和融冰孔（8），通过进气管（13）将空气处理设备（15）产生的高温气流送入叶片（1）内部的冲击腔（10）中，再由冲击腔（10）表面的冲击孔（9）喷射至叶片（1）内壁面，提高叶片（1）内壁面的温度，部分高温空气会从叶片表面均匀分布的融冰孔（8）喷射而出，高温气体对流换热和叶片（1）内外壁面导热的作用下，叶片（1）表面温度升高，积冰受热融化，达到除冰防冰的效果。

技术总结
一种融冰式风力机及其工作方法，本发明利用空气处理设备产生的高温高压气流对风力机叶片表面进行防冰除冰，并提出两种空气处理设备设计方案。本发明包括叶片、叶片支架、垂直转轴、冲击腔、融冰孔、空气处理设备、塔筒等。当控制系统检测到温湿度异常时，开启空气处理设备吸入周围空气产生高温高压气流，高温高压气流通过进气管进入叶片内部的冲击腔，由冲击腔表面的冲击孔喷射至叶片内壁面，接着通过布置在叶片表面的融冰孔喷射出来，在高温气流对流换热和叶片内外壁面的导热作用下使叶片表面温度升高，积冰受热融化。本发明在有效除冰的同时，提高风能利用效率，实现了风力机的安全高效运行。

技术研发人员：周萱;何纬峰;韩东;路裕;安浩浩;岳晨;蒲文灏
受保护的技术使用者：南京航空航天大学
技术研发日：2021.05.18
技术公布日：2021.07.23