风力发电机的横向加热融冰叶片和融冰设备的制作方法

本实用新型属风力发电领域，涉及风力发电机的横向加热自动融冰叶片和融冰设备及其融冰方法。

(二)

背景技术：

目前，风力发电机正大规模推广应用，但是在冬天，风力发电机叶片会因结冰导致停机。解决风力发电机叶片融冰问题可以避免因叶片结冰停机导致的风电厂生产损失。

申请号为CN201511019717.1的中国专利《叶片除冰装置和风力发电机组、叶片除冰方法》利用气泵在叶片需要除冰时向覆膜中通入气体使其膨胀，快捷地完成叶片除冰。申请号为CN201511014146.2的中国专利《风力发电机叶片的融冰加热结构及其制作方法》，利用设有碳晶膜加热装置，用于加热壳体前缘的覆冰区域，以实现融冰和防止结冰。申请号为CN201610382608.4《一种风机叶片自动防冰除冰系统及防冰除冰方法》利用自动除冰系统确定风机叶片结冰状况，自动进行防冰处理。上述现有技术虽然均采用了不同的除冰设备和方法对叶片进行融冰，但在实际使用中因结冰影响发电的情况还常有发生，现有技术还不能满足实际生产的需要，风机叶片的融冰问题已经是冬季风力发电生产的障碍，迫切需要新技术进行解决。

(三)

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对现有技术在实际生产应用中还不能正常使用的现状，提供一种可以实时融冰的风力发电机叶片以及实时融冰设备，在风力发电机叶片结冰时进行实时自动融冰，保证在天气寒冷时风电发电机正常发电。

本实用新型的目的是这样达到的：一种风力发电机的横向加热融冰叶片和融冰设备，风力发电机叶片由叶片主梁和叶片蒙皮构成。在叶片蒙皮外边，设置有一层加热层完全包裹住叶片蒙皮，在加热层外边设置绝缘层完全包裹加热层，在绝缘层外边设置防雷层完全包裹绝缘层，防雷层与引雷地线连接。加热层由加热材料和加热电源导线构成，加热电源导线嵌入到加热材料中。

加热层有加热层径向导电方式和加热层横向加热方式两种设计方法，在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带有横向带状和横向开窗两种方式。

在加热层径向导电方式中，加热层由加热材料和加热电源导线构成，加热电源导线大部分嵌入到加热材料中，但是在叶根部分露出来，用于通过开关电路跟融冰电源连接；加热电源导线彼此不连接，且都从叶片根部(简称叶根)沿风轮径向到叶片尖部(简称叶尖)；两根加热电源导线均为裸露的金属导线；其中一根加热电源导线沿叶片截面外周从前缘到另一根加热电源导线的距离与沿截面外周从后缘到另一根加热电源导线的距离相等。

在加热层的横向加热方式中，横向加热层由两根横向导线和若干根加热横带、绝缘横带构成，横向导线大部分嵌入到加热横带和绝缘横带中，但是在叶根部分露出来，用于通过开关电路跟融冰电源连接；两根横向导线(10-1、10-2)都为外边包裹有绝缘层的导线；加热横带和绝缘横带按风轮径向连接，覆盖在叶片蒙皮的外边，加热横带与绝缘横带按风轮径向间隔分布，加热横带数量与绝缘横带数量相等或少1条或大1条。横向导线通过开关电路与融冰电源连接，横向导线彼此不连接，且都从叶片根沿风轮径向到叶片尖，嵌入到加热横条和绝缘横条中间。

自动融冰设备由开关电路、微处理器和通信模块构成。微处理器与通信模块双向通信，对开关电路进行控制，开关电路一端连接融冰电源，一端连接可融冰风机叶片的加热电源导线或者横向导线。通信模块同时与风力发电机监控系统和风电厂控制中心连接，融冰电源输出电压等于加热材料工作电压，输出功率满足叶片融冰所需的功率需求。在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带的横向带状方式是：两横向带状加热导线沿着加热横带的边沿嵌入到横向带状加热材料中，两横向带状加热导线分别嵌入横向带状加热材料的两边，两根横向带状加热导线均为裸露的金属导线。其中一根横向带状加热导线与横向导线的其中一根导线短路连接，另一横向带状加热导线与横向导线另一根导线短路连接。横向带状加热材料在两根横向带状加热导线的中间并包裹横向带状加热导线。

在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带开窗方式中的横向开窗方式是：两根横向开窗加热导线沿着加热横带的边沿嵌入到横向带状加热材料中，两根横向开窗加热导线分别嵌入开窗绝缘材料和开窗加热材料的两边；两根横向开窗加热导线均为裸露的金属导线；其中一根横向开窗加热导线与其中一根横向导线短路连接，另一根横向开窗加热导线与另一条横向导线短路连接。开窗绝缘材料与开窗加热材料呈间隔分布在两根横向开窗加热导线之间。加热横带有n根,绝缘横带有m根，m等于n或m等于n-1或m等于n+1。开窗绝缘材料与开窗加热材料完全包裹两条横向开窗加热导线。

开关电路由两组相同的电路构成，两组开关端口A分别连接到融冰电源的两个电源输出端子，当采用采用加热层径向导电方式时两组开关端口B分别连接两根叶片加热电源导线，当采用加热层横向加热方式时两组开关端口B分别连接两根叶片横向导线。

本实用新型的积极效果是：解决现有技术的不足，切实保障在天气寒冷时风电发电机正常发电。本实用新型能及时判断天气寒冷时风力发电机叶片是否结冰，发现风力发电机叶片结冰后能进行实时自动融冰，避免目前天气寒冷风力发电机停机的现象的发生。

四、附图说明

图1是本实用新型的风力发电机叶片整体结构示意图。

图2是本实用新型的风力发电机叶片横截面结构示意图。

图3是本实用新型的风力发电机叶片加热层采用径向导电方式示意图。

图4是本实用新型的风力发电机叶片加热层横向加热方式示意图。

图5是本实用新型的风力发电机叶片加热层横向加热方式中横向导电示意图。

图6是本实用新型的加热层横向加热方式中加热横带的横向带状方式示意图。

图7是本实用新型的加热层横向加热方式中加热横带的横向开窗方式示意图

图8是本实用新型的自融冰设备结构图。

图9是自动融冰设备使用时的连接关系图。

图10是本实用新型的自融冰设备中开关电路原理图。

图11是本实用新型的自融冰设备中微处理器原理图。

图12是本实用新型的自融冰设备中通信模块原理图。

图中，1防雷层，2叶片主梁，3绝缘层，4加热层，5叶片蒙皮，6-1、6-2加热电源导线，7加热材料，8-1～8-n加热横带，9-1～9-m绝缘横带，10-1,10-2横向导线，11-1,11-2横向带状加热导线，12横向带状加热材料，13-1～13-k开窗绝缘材料，14-1～14-k开窗加热材料，15-1、15-2横向开窗加热导线，16开关电路，17微处理器，18通信模块，19可融冰风机叶片，20风力发电机监控系统，21风电厂控制中心。

五、具体实施方式

参见附图1、2。

常规风力发电机叶片由叶片主梁2和叶片蒙皮5构成，本实用新型的叶片主梁和叶片蒙皮按常规叶片设计方法设计。本实用新型在叶片蒙皮5外边，设置有一层加热层4完全包裹住叶片蒙皮5，在加热层4外边设置绝缘层3完全包裹加热层4，在绝缘层3外边设 置防雷层1完全包裹绝缘层3，防雷层与引雷地线连接。绝缘层完全包裹加热层，绝缘层采用绝缘材料。本实施例绝缘材料采用玻璃纤维。防雷层为完全包裹绝缘层的金属网，或金属片。防雷层与引雷地线连接。实时例中防雷层的材料选择铜片。

参见附图3-7。

加热层由加热材料和加热电源导线构成，加热电源导线嵌入到加热材料中。加热材料是一种加电后可以将电能转换为热能的材料，选择正温度系数效应的发热材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的发热材料。加热材料发热所需的电压，称为加热材料工作电压。加热材料涂在叶片蒙皮外，涂满并覆盖叶片蒙皮。本实施例选择芜湖佳红新材料有限公司生产的辐照交联PTC半导体材料。加热材料工作电压为交流220伏。本实施例中加热电源导线选择铜线。

加热层4有加热层径向导电方式和加热层横向加热方式两种设计方法，在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带8-1～8-n有横向带状和横向开窗两种方式。

在加热层径向导电方式中，加热层由加热材料7和加热电源导线6-1、6-2构成，两根加热电源导线大部分嵌入到加热材料7中，但是在叶根部分露出来，用于通过开关电路跟融冰电源连接；两根加热电源导线(6-1、6-2)为裸露的金属导线。两根加热电源导线6-1、6-2彼此不连接，且都从叶片根部沿风轮径向到叶片尖部；从叶片截面来看一根加热电源导线6-1沿叶片截面外周从前缘到另一根加热电源导线6-2的距离与加热电源导线6-1沿截面外周从后缘到加热电源导线6-2的距离相等。

在加热层的横向加热方式中，横向加热层由横向导线和加热横带8-1～8-n、绝缘横带9-1～9-m构成，横向导线大部分嵌入到加热横带8-1～8-n和绝缘横带9-1～9-m中，但是在叶根部分露出来，用于通过开关电路跟融冰电源连接；两根横向导线(10-1、10-2)都为外边包裹有绝缘层的导线；加热横带8-1～8-n和绝缘横带9-1～9-m按风轮径向连接，覆盖在叶片蒙皮的外边，加热横带8-1～8-n与绝缘横带9-1～9-m按风轮径向间隔分布，成环形带状覆盖在叶片蒙皮外边。加热横带有n根,绝缘横带有m根，m等于n或m等于n-1或m等于n+1；横向导线10-1、10-2通过开关电路与融冰电源连接，横向导线10-1、10-2彼此不短路连接，且都从叶片根部沿风轮径向到叶片尖部，嵌入到加热横带和绝缘横条中间。

在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带8-1～8-n的横向带状方式是：两根横向带状加热导线11-1、11-2沿着加热横带8-1～8-n的边沿嵌入到横向带状加热材料12中， 两根横向带状加热导线11-1,11-2分别嵌入横向带状加热材料12的两边；两根横向带状加热导线(11-1,11-2)均为裸露的金属导线；横向带状加热导线11-1与横向导线10-1短路连接，横向带状加热导线11-2与横向导线10-2短路连接；横向带状加热材料12在两根横向带状加热导线11-1、11-2的中间并包裹横向带状加热导线11-1,11-2。

横向带状加热材料在横向带状加热导线11-1,11-2的中间并包裹11-1、11-2；横向带状加热材料涂在叶片蒙皮上，是一种加电后可以将电能转换为热能的材料，选择正温度系数效应的发热材料，本例采用聚合物和炭黑混合物合成的发热材料。加热材料发热所需的电压，称为横向带状加热材料工作电压。横向带状加热材料涂在叶片蒙皮外，在横向带状加热导线之间涂满并覆盖叶片蒙皮。

在加热层横向加热方式中，加热层的加热横带8-1～8-n横向开窗方式是：横向开窗加热导线15-1、15-2沿着加热横带的边沿嵌入开窗绝缘材料13-1～13-k和开窗加热材料14-1～14-k中，横向开窗加热导线15-1、15-2分别嵌入开窗绝缘材料13-1～13-k和开窗加热材料14-1～14-k的两边；横向开窗加热导线15-1与横向导线10-1短路连接，横向开窗加热导线15-2与横向导线10-2短路连接；开窗绝缘材料13-1～13-k与开窗加热材料14-1～14-k呈间隔分布在横向开窗加热导线15-1、15-2之间，开窗绝缘材料13-1～13-k与开窗加热材料14-1～14-k完全包裹横向开窗加热导线15-1、15-2。横向开窗加热导线15-1、15-2为裸露的金属或者合金导线。

开窗加热材料涂在叶片蒙皮上，是一种加电后可以将电能转换为热能的材料，选择正温度系数效应的发热材料，本例采用聚合物和炭黑混合物合成的发热材料。开窗加热材料发热所需的电压，称为开窗加热材料工作电压。开窗加热材料涂在叶片蒙皮外，在横向开窗加热导线之间和开窗绝缘材料之间涂满并覆盖叶片蒙皮。开窗绝缘材料采用绝缘材料制作而成。实施例采用玻璃纤维。

附图8-12给出了自动融冰设备图。

参见附图8、9。

本实用新型的融冰由自动融冰设备完成。融冰设备由开关电路16、微处理器17和通信模块18构成。微处理器17与通信模块18双向通信，对开关电路16进行控制，开关电路一端连接融冰电源的两个输出电源端子，一端连接可融冰风机叶片19的加热电源导线6-1、6-2或者横向导线10-1、10-2，通信模块18同时与风力发电机监控系统20和风电 厂控制中心21连接，融冰电源输出电压等于加热材料工作电压，或者横向带状加热材料工作电压，或者开窗加热材料工作电压，输出功率满足叶片融冰所需的功率需求。

微处理器通过控制开关电路的开关通断来实施融冰。微处理器通过通信模块与风电厂控制中心通信，接收风电厂控制中心命令，在风电厂控制中心的控制下启动融冰或结束融冰。微处理器通过通信模块与风力发电机监控系统通信，读取风力发电机的相关数据，数据包括发电机外边的温度，发电机实际输出的发电功率，风速。

融冰电源输出电压等于加热材料工作电压，输出功率满足叶片融冰所需的功率需求

参见附图10。

本实用新型开关电路16由两组相同的电路构成，两组开关端口A分别连接到融冰电源的两个电源输出端口。在加热层径向导电方式中，两组开关端口B连接到叶片加热电源导线6-1、6-2，在加热层的横向加热方式中，两组开关端口B连接叶片横向导线端10-1、10-2。开关闭合，使得加热层通电，实施融冰；开关断开，使得加热层断电不实施融冰。

本实施例的开关KT采用日本欧姆龙公司，LY1-J。电路中，UT1为日本东芝公司生产的TLP521。QT4为美国Fairchild Semiconductor Corporation公司生产的SS9013。QT1为美国Fairchild Semiconductor Corporation公司生产的IN4148。两组RELAYIN1分别连接微处理器的GPIO引脚。

参见附图11。

本实施例中，自动融冰设备的微处理器选择单片机。单片机为美国TEXAS INSTRUMENTS公司生产，U11:MSP430F5438。

参见附图12。

通信模块选择RS232接口。图12中，U8：MAX232为RS232接口芯片，由美国maxim公司生产。CH3LOOPa、CH3LOOPb与风力发电机监控系统通信接口连接线连接。CH4LOOPa、CH4LOOPb与电厂控制中心连接。