专利名称：一种设有除冰装置的风力发电机及其除冰方法
技术领域：
本发明涉及风力发电技术领域，特别涉及一种设有除冰装置的风力发电机及其除冰方法。
背景技术：
对于安装在结冰区的风力发电机组，其叶片的前缘和塔筒易于结冰。特别是当叶片表面结冰时，其一将影响风轮动平衡，缩短机组寿命；其二改变叶片翼型，减小升力系数，增大阻力系数，减少机组出力；其三增加人身、物品被飞冰伤害的可能性。其四导致风电机组非计划停机，影响电网的安全运行。但是，对于中国的安装在湿冷地区风电机组，目前没有采用除冰这一功能，对于覆冰的风电机机组，一般采取停机处理
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足之处，从而提供一种设有除冰装置的风力发电机，其包括塔筒、机舱和叶片，其中，在所述叶片上设有压电陶瓷换能器。优选的，所述压电陶瓷换能器包括了复数个条状压电陶瓷，所述压电陶瓷换能器安装在叶片的前缘处。优选的，所述压电陶瓷换能器埋植在叶片中。
优选的，所述机舱内还设有一个超声波控制器，所述超声波控制器通过滑环与所述压电陶瓷换能器电性连接。优选的，所述风力发电机上还设有结冰传感器。优选的，所述结冰传感器包括温度传感器和湿度传感器。优选的，在所述机舱上设有风速风向仪支架，所述结冰传感器设置在风速风向仪支架上。优选的，在所述叶片上还设有厚度传感器。优选的，所述风力发电机还包括一系统控制部，置于机舱内部，所述系统控制部与厚度传感器、结冰传感器、超声波控制器相连。本发明还提供了一种风力发电机的除冰方法，其包括如下步骤
a.通过结冰传感器检测叶片是否结冰；
b.当结冰传感器检测到叶片结冰，通过厚度传感器检测结冰厚度T；
c.当结冰厚度T大于设定厚度TO时，启动超声波发生器，并驱动压电陶瓷换能器进行除冰工作。本发明的有益效果是通过压电陶瓷换能器所产生的超声波在各向异性的叶片中传播时，会在覆冰与叶片的表面处产生速度差，从而在这二者的界面处产生剪切力，从而可以除掉叶片表面的冰层。
图I示意了本发明风力发电机的结构示意 图2示意了图I中A区局部放大的侧视 图3示意了本发明风力发电机除冰步骤；
图4示意了本发明压电陶瓷换能器的示意图。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明，使本发明的上述及其它目的、特征和优势将更加清晰。在全 部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。以下，结合图1-4对本发明进行详细说明。如图I所示，本实施例中提供了一种设有除冰装置的风力发电机，其包括塔筒11、机舱12和叶片13，其中在风力发电机叶片上设有压电陶瓷换能器。该压电陶瓷换能器所产生的超声波在各向异性的叶片中传播时，会在覆冰与叶片的表面处产生速度差，从而在这二者的界面处产生剪切力，当剪切力超过冰的最大粘附力O. 4MPa时，就可以除掉叶片表面的冰层。该风力发电机还包括一个超声波控制器，其安装于风电机组的机舱内，超声波发生器通过滑环(类似于电动机中的电刷)与压电陶瓷换能器电性连接，风力机组的风轮是旋转的，而机舱是不旋转的，通过滑环可以实现电性连接。超声波控制器根据信号，控制压电陶瓷换能器的工作。本发明中，在本发明风力发电机上还设有结冰传感器，用于监测叶片的结冰情况。具体的，该结冰传感器包括了温度传感器和湿度传感器，通过设置温度传感器和湿度传感器，能实时检测大气温度及湿度，以此判断风力机组是否发生结冰，本发明仅采用两个传感器，价格低廉，能准确判定风力机组是否正在结冰，从而保证机组和人身的安全。本发明中，温度传感器和湿度传感器的数量可以按实际需要设置，系统对多个传感器采集的数据可以取极限值或者取平均值的方式来进行处理，具体按照实际需要来设定。本发明中，温度传感器和湿度传感器的位置不做特别的限定，但是优选的，如图I所示，温度传感器和所述湿度传感器设置在机舱上，接近于风机叶片，同时也不会影响叶片的平衡性。具体的，如图1-2所示，图I示意了本发明风力发电机的结构示意图；如图所示，风力发电机包括了塔筒11、机舱12和叶片13，在机舱12上设有风速风向仪支架14。图2示意了图I中A区局部放大的侧视图；如图所示，在风速风向仪支架14上设有风速计141、湿度传感器142、温度传感器143和风向标144。本发明中，在本发明风力发电机上还设有厚度传感器15，具体的，该厚度传感器设置在叶片13上，用于检测结冰厚度，从而确定是否需要启动压电换能器进行除冰工作。图4示意了本发明中安装有压电陶瓷换能器的展开示意图，虚线A-A表示叶片前缘翼型展开的中心线，如图所示，该压电陶瓷换能器包括了复数个条状压电陶瓷20，由于风电机组叶片的覆冰部位主要集中前缘的上下表面，且上表面多于下表面，且约占整个叶片面积的1/3左右，因此优选的，压电陶瓷换能器安装在叶片的前缘处。更优选的，在叶片加工时，将压电陶瓷换能器埋植在叶片中。为实现对风力发电机的有效控制，本发明的风力发电机还包括一系统控制部，置于机舱内部，系统控制部与厚度传感器、结冰传感器、超声波控制器相连，系统控制部接收结冰传感器和厚度传感器上的信号，并对信号进行处理，进而控制超声波控制器的工作。如图3示意了本发明的风力发电机的除冰方法，其包括如下步骤
a.通过结冰传感器检测叶片是否结冰；
b.当结冰传感器检测到叶片结冰，再通过厚度传感器检测结冰厚度T；
c.当结冰厚度T大于设定厚度TO时，启动超声波发生器，并驱动压电陶瓷换能器进行除冰工作。本发明的除冰方法，方便实用，无须停机，即可完成除冰工作，保证叶片正常运行，同时，本发明也便于对现有的风力发电机进行改装。在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术。
权利要求
1.一种设有除冰装置的风力发电机，其包括塔筒、机舱和叶片，其特征在于，在所述叶片上设有压电陶瓷换能器。
2.如权利要求I所述的风力发电机，其特征在于，所述压电陶瓷换能器包括了复数个条状压电陶瓷，所述压电陶瓷换能器安装在叶片的前缘处。
3.如权利要求I所述的风力发电机，其特征在于，所述压电陶瓷换能器埋植在叶片中。
4.如权利要求I所述的风力发电机，其特征在于，所述机舱内还设有一个超声波控制器，所述超声波控制器通过滑环与所述压电陶瓷换能器电性连接。
5.如权利要求I所述的风力发电机，其特征在于，在所述风力发电机上还设有结冰传感器。
6.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，所述结冰传感器包括温度传感器和湿度传感器。
7.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，在所述机舱上设有风速风向仪支架，所述结冰传感器设置在风速风向仪支架上。
8.如权利要求5所述的风力发电机，其特征在于，在所述叶片上还设有厚度传感器。
9.如权利要求8所述的风力发电机，其特征在于，所述风力发电机还包括一系统控制部，置于机舱内部，所述系统控制部与厚度传感器、结冰传感器、超声波控制器相连。
10.一种如权利要求I所述的风力发电机的除冰方法，其包括如下步骤 通过结冰传感器检测叶片是否结冰； 当结冰传感器检测到叶片结冰，通过厚度传感器检测结冰厚度T ； 当结冰厚度T大于设定厚度TO时，启动超声波发生器，并驱动压电陶瓷换能器进行除冰工作。
全文摘要
一种设有除冰装置的风力发电机及其除冰方法，其包括塔筒、机舱和叶片，其中，在所述叶片上设有压电陶瓷换能器。通过压电陶瓷换能器所产生的超声波在各向异性的叶片中传播时，会在覆冰与叶片的表面处产生速度差，从而在这二者的界面处产生剪切力，从而可以除掉叶片表面的冰层。
文档编号F03D7/02GK102644559SQ20121014894
公开日2012年8月22日 申请日期2012年5月15日 优先权日2012年5月15日
发明者于长生, 潘爱华, 王安正 申请人:南京风电科技有限公司