专利名称：风力发电机转子叶片防结冰设备及方法
技术领域：
本发明涉及风力发电设备技术领域，尤其涉及一种风力发电机转子叶片防结冰设备及方法。
背景技术：
风能发电是目前国内外方兴未艾的绿色新能源项目。现有的很多风力发电机转子叶片在低温及湿度较大的环境条件下运行或静止时，叶片表面常常出现结冰现象。风力发电机转子叶片结冰后产生的危害有1、叶片的物理外观变化，导致叶片受风能力降低。而且叶片组的平衡受到破坏，发电机组磨损增大，不仅降低发电机组的发电量，而且对发电机组的寿命和安全造成很大的影响；2、叶片结冰时自重增加，导致发电机组的负荷加大，从而增大发电机组的机械磨损。目前消除叶片结冰通常采用的方法是在叶片结冰到一定程度时停机除冰，比如等待气温变化自然融冰或敲打除冰，此种方法极大影响发电机组的发电量，而且可能因敲打而对发电机组造成损坏。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种风力发电机转子叶片防结冰设备及方法，旨在解决风力发电机转子叶片的结冰问题，提高风力发电机组的使用寿命。为了达到上述目的，本发明提出一种风力发电机转子叶片防结冰设备，包括叶片、 监控系统、控制系统以及与所述叶片表面接触的发热系统；其中监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将所述结冰参数发送给控制系统；所述控制系统在所述结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；所述发热系统根据所述启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面。优选地，所述发热系统包括绝缘层及发热器件，所述绝缘层包覆在所述叶片表面， 所述发热器件包覆在所述绝缘层外；所述发热器件通过电源线与外部电源连接。优选地，所述发热系统进一步包括金属薄板，所述金属薄板包覆于所述发热器件外层；所述金属薄板包括以下至少之一钢板、铝板、铜板、锌板及不锈钢板。优选地，所述金属薄板的内表面涂覆有防腐涂料层；所述金属薄板的外表面涂覆有高弹性模量、低表面能、耐老化性的防护涂料层。优选地，所述发热器件包括以下至少之一电热丝、电热膜以及电热片；所述电热膜包括以下至少之一 PET电热膜、聚酰亚胺薄膜电热膜、铁氟龙布电热膜、硅胶电热膜、云母电热膜以及远红外碳膜电热膜；所述电热片包括以下至少之一云母发热片、PTC发热片以及陶瓷发热片。优选地，所述叶片、绝缘层、发热器件及金属薄板相互之间的连接方式包括以下至少之一通过弹性涂料包裹、胶合剂粘接、机械铆接及螺栓连接。优选地，所述结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片表面和内部的温度。优选地，所述发热系统的额定电压为90V-380V，防结冰的维持温度为5°C _80°C。优选地，所述监控系统包括室外湿度探头、室外温度探头、室外风速探头、叶片表面温度探头及叶片内部温度探头。本发明还提出一种风力发电机转子叶片防结冰方法，包括以下步骤监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将所述结冰参数发送给控制系统；所述控制系统在所述结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；所述发热系统根据所述启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面，防止叶片结冰。优选地，所述结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片表面和内部的温度。本发明提出的一种风力发电机转子叶片防结冰设备及方法，通过监控系统实时监控叶片周围环境的结冰参数，控制系统在结冰参数达到预定的结冰条件时，启动发热系统通电发热，由发热系统将热量传递给叶片表面，防止叶片结冰。同时本发明在发热系统的发热器件的最外层用低表面能的高弹涂料包裹，具有施工方便，不影响叶片的流体力学性能， 最大限度的减少冰块对叶片的附着，并具有良好的耐风沙摩擦特性；因此，本发明采用发热器件与高弹性模量、低表面能、耐老化性涂料相组合的方式，既可极大减少叶片的自重，又可以具有极佳的导电加热稳定性；而且本发明工艺简单，检查维修及使用方便，保障风力发电机组在结冰的气候条件下可正常工作不受干扰，减少了对发电机组的磨损，提高了发电机组的寿命及可利用率。
图1是本发明风力发电机转子叶片防结冰设备一实施例中叶片的结构示意图；图2是本发明风力发电机转子叶片防结冰设备一实施例结构示意图；图3是图1中A处的局部剖视图；图4是本发明风力发电机转子叶片防结冰方法一实施例流程示意图。为了使本发明的技术方案更加清楚、明了，下面将结合附图作进一步详述。
具体实施例方式如图1、图2及图3所示，本发明一实施例提出一种风力发电机转子叶片防结冰设备，包括叶片101、监控系统401、控制系统301以及与叶片101表面接触的发热系统201 ； 叶片101内部通过支撑杆107支撑连接，其中监控系统401监控叶片101所在环境的结冰参数，并将结冰参数发送给控制系统 301 ；控制系统301在结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统201发送启动指令；发热系统201根据启动指令通电发热，并将热量传递给叶片101表面，防止叶片101结冰。如图3所示，在本实施例中，发热系统201包括绝缘层102及发热器件103，该绝缘层102包覆在叶片101表面，发热器件103包覆在绝缘层102外；发热器件103通过电源线与外部电源连接。进一步的，为了使叶片101的每一部分受热均勻，在发热器件103的外层包覆有一层金属薄板104 ；该金属薄板104可以是钢板、铝板、铜板、锌板及不锈钢板等。同时，为了防止金属薄板104受外界环境影响被氧化腐蚀，可以在金属薄板104的内表面涂覆防腐涂料层105 ；同时在金属薄板104的外表面涂覆有高弹性模量、低表面能、 耐老化性极佳的防护涂料层107，将金属薄板104的最外层用低表面能的高弹涂料包裹，具有施工方便，不影响叶片的流体力学性能，最大限度的减少冰块对叶片101的附着，并具有良好的耐风沙摩擦特性；因此，本实施例采用发热器件103与耐老化性涂料相组合的方式， 既可极大减少叶片101的自重，又具有极佳的导电加热稳定性。本实施例中发热器件103可以为电热丝、电热膜以及电热片等；电热膜可以为 PET电热膜、聚酰亚胺薄膜电热膜、铁氟龙布电热膜、硅胶电热膜、云母电热膜以及远红外碳膜电热膜等；电热片可以为云母发热片、PTC发热片以及陶瓷发热片等。上述叶片101与绝缘层102之间、绝缘层102与发热器件103之间、以及发热器件 103与金属薄板104之间的连接方式可以是通过弹性涂料包裹、通过胶合剂粘接、通过机械铆接或者通过螺栓固定连接等。上述结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片101表面和内部的温度。此外，控制系统301控制发热系统201的额定电压为90V-380V，维持温度为 50C -80"C。监控系统401可以包括室外湿度探头、室外温度探头、室外风速探头、叶片101表面温度探头及叶片101内部温度探头。各个探头分别采集数据，通过数据线或无线通讯的方式将采集的数据传递给控制系统301，比如可以在控制系统301中设置数据采集模块，监控系统401将采集的数据传递给控制系统301的数据采集模块。本实施例中控制系统301可以是对监控系统401发来的数据进行采集、记录、分析并自动进行下达对应指令和历史统计的微机控制平台。并可包括多套数据控制模块，分别对采集的数据进行分析。适时按需要的温度，指挥输入定量的电流，即可按需要控制发热系统201中发热器件103的发热温度。同时可以自行控制开停发热器件103。比如在控制系统301中设置电源控制开关模块，发热器件103通过电源线与控制系统301中的电源控制开关模块连接进行工作。当然也可转入人工操作，通过人工手动开停发热器件。本实施例的工作原理是监控系统401监测室外环境的风速、温度和湿度，叶片101表面和内部的温度。将数据传给控制系统301。当环境条件接近叶片结冰条件或叶片已结冰时，控制系统301指令开启发热系统201，发热系统201即通电发热，实现防结冰和融冰的目的。控制系统301 设有最低和最高维持温度保护。最低和最高维持温度是指防结冰和融冰需要维持的最低和最高维持温度，本实施例规定额定电压为9V-380V，最低维持温度5°C，最高维持温度 80°C。其中常态绝缘电阻、防护等级、介电强度和绝缘层材料等应符合现有相关规定。本实施例中发热系统201的制造过程为首先，在叶片101的最外层包覆一层绝缘层102。绝缘层102可以是一种膜材料，也可以用绝缘涂料多次涂装形成。然后在绝缘层102的外包覆发热器件103。发热器件103可以有多种选择。如上所述的电热丝、电热膜或电热片等。电热丝可以为PET电热膜、聚酰亚胺薄膜电热膜、铁氟龙布电热膜、硅胶电热膜、云母电热膜、远红外碳膜电热膜等。电热片比如可以是云母发热片、PTC发热片、陶瓷发热片等。其中，电热丝、电热膜或电热片可以为多组，通过电源线将所有电热丝、电热膜或电热片串联起来，并与外部电源联通。此外，电热器件103在叶片101外的设置可以是局部设置，也可以是将叶片101全
部覆盖。之后在发热器件103的外层可包覆一层金属薄板104，以使叶片101的每一部分都受热均勻。金属薄板104的内层应做好防腐蚀处理；外层涂覆高弹性模量、低表面能、耐老化性极佳的防护涂料。需要说明的是，本实施例设备不仅可以对发电机转子叶片起到防结冰的作用，而且还可以对冰冰后的发电机转子叶片起到融冰的作用。如图4所示，本发明一实施例提出一种风力发电机转子叶片防结冰方法，包括步骤S101，监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将结冰参数发送给控制系统；步骤S102，控制系统在结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；步骤S103，发热系统根据启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面，防止叶片结冰。其中，结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片表面和内部的温度。本实施例风力发电机转子叶片防结冰方法的基本原理请参见上述风力发电机转子叶片防结冰设备实施例的具体描述，在此不作赘述。本发明实施例风力发电机转子叶片防结冰设备及方法，通过监控系统实时监控叶片周围环境的结冰参数，控制系统在结冰参数达到预定的结冰条件时，启动发热系统通电发热，由发热系统将热量传递给叶片表面，防止叶片结冰。同时本发明在发热系统的发热器件的最外层用低表面能的高弹涂料包裹，具有施工方便，不影响叶片的流体力学性能，最大限度的减少冰块对叶片的附着，并具有良好的耐风沙摩擦特性；因此，本发明采用发热器件与耐老化性涂料相组合的方式，既可极大减少叶片的自重，又具有极佳的导电加热稳定性； 而且本发明工艺简单，检查维修及使用方便，保障风力发电机组在结冰的气候条件下可正常工作不受干扰，减少了对发电机组的磨损，提高了发电机组的寿命及可利用率，具有重大的社会效益和经济效益。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流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
权利要求
1.一种风力发电机转子叶片防结冰设备，包括叶片，其特征在于，还包括监控系统、控制系统以及与所述叶片表面接触的发热系统；其中监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将所述结冰参数发送给控制系统；所述控制系统在所述结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；所述发热系统根据所述启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述发热系统包括绝缘层及发热器件，所述绝缘层包覆在所述叶片表面，所述发热器件包覆在所述绝缘层外；所述发热器件通过电源线与外部电源连接。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述发热系统进一步包括金属薄板，所述金属薄板包覆于所述发热器件外层；所述金属薄板包括以下至少之一钢板、铝板、铜板、 锌板及不锈钢板。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述金属薄板的内表面涂覆有防腐涂料层；所述金属薄板的外表面涂覆有高弹性模量、低表面能、耐老化性的防护涂料层。
5.根据权利要求2-4中任一项所述的设备，其特征在于，所述发热器件包括以下至少之一电热丝、电热膜以及电热片；所述电热膜包括以下至少之一 PET电热膜、聚酰亚胺薄膜电热膜、铁氟龙布电热膜、硅胶电热膜、云母电热膜以及远红外碳膜电热膜；所述电热片包括以下至少之一云母发热片、PTC发热片以及陶瓷发热片。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述叶片、绝缘层、发热器件及金属薄板相互之间的连接方式包括以下至少之一通过弹性涂料包裹、胶合剂粘接、机械铆接及螺栓连接。
7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片表面和内部的温度。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述发热系统的额定电压为90V-380V，防结冰的维持温度为5°C -80°C。
9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述监控系统包括室外湿度探头、室外温度探头、室外风速探头、叶片表面温度探头及叶片内部温度探头。
10.一种风力发电机转子叶片防结冰方法，其特征在于，包括以下步骤监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将所述结冰参数发送给控制系统；所述控制系统在所述结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；所述发热系统根据所述启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面，防止叶片结冰。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述结冰参数包括室外环境的风速、温度和湿度，以及叶片表面和内部的温度。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电机转子叶片防结冰设备，包括叶片、监控系统、控制系统以及与叶片表面接触的发热系统；监控系统监控叶片所在环境的结冰参数，并将结冰参数发送给控制系统；控制系统在结冰参数达到预定的结冰条件时，向发热系统发送启动指令；发热系统根据启动指令通电发热，并将热量传递给叶片表面。本发明采用发热器件与高弹性模量、低表面能、耐老化性涂料相组合的方式，既可极大减少叶片的自重，又具有极佳的导电加热稳定性，同时本发明工艺简单，检查维修及使用方便，保障风力发电机组在结冰的气候条件下可正常工作不受干扰，减少了对发电机组的磨损，提高了发电机组的寿命及可利用率。
文档编号F03D11/00GK102213191SQ201110131800
公开日2011年10月12日 申请日期2011年5月20日 优先权日2011年5月20日
发明者叶卫, 王书元 申请人:叶卫, 王书元