一种风电机组叶片除冰装置的制作方法

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体地说，涉及一种风电机组叶片除冰装置。

背景技术：

风电机组多处于海拔较高的多风区域，随之带来的低温环境给叶片乃至整个风机都带来了严峻的考验，单就叶片而言，低温环境所导致的叶片结冰、材料及结构性能改变、载荷改变等问题，需要有更优秀的解决方案和更细致的设计考虑。

低温因素在很多方面影响风机的设计：冰和霜以及低温下空气密度的上升对风机气动有较显著的影响，进而影响风机的载荷和功率输出。低温会导致叶片附着较大质量的冰层，从而会改变风机叶片的频率，进而改变其动态响应行为。同时，控制系统也会受到影响。由于结冰改变了叶片的气动外形，从而导致了叶片失速可能比设计预期提前或延后。那么电动或液压变桨控制对应的配置也应随之改变。叶片结冰会导致风机的检测信号系统发生故障从而反馈错误信号。极限低温需要改变风机部分部件的材料，例如常用的钢材会变脆。

内陆地区特别是山区，大尺寸风机在运行和停机时都会受到结冰问题的影响。尽管早期考虑结冰问题的风机，试运行时安装了带特殊传感器和相应配套设施的加热除冰系统，积累了一定的经验。然而至今市场上也没有成熟且标准化的低温风机出现。

有鉴于此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

本实用新型旨在提供一种风电机组叶片除冰装置，在叶片表面设置可灌注气体或液体的密封弹性膜，利用弹性膜的形变实现去除叶片表面的冰层的目的。

为了实现上述目的，本实用新型具体采用如下技术方案：

一种风电机组叶片除冰装置，叶片1由从叶根部14沿叶片长度方向延伸至叶尖部15的壳体构成，包括迎流面12、背流面13和迎风设置的叶片前缘11，所述迎流面12和/或背流面13和/或叶片前缘11分布设有若干气液出口3，所述气液出口3通过设于叶片1内部的管路4与气源5或液源6相连，叶片1的表面与气液出口3相对应设有密封的弹性膜2，自气液出口3喷出的气体或液体令弹性膜2发生形变；所述弹性膜2与叶片1的表面相齐平设置。

上述方案中，风机运行时，叶片1在结冰工况旋转会在其前缘转捩点聚积越来越多的冰层。随着旋转半径的增加线速度也随之增加，因此叶尖区域结冰要比其他部位相对严重，结冰量的多少与旋转半径近似成正比。

上述方案中，所述气源5或液源6根据实际情况选择，气源5可以是通过空气压缩机产生的气流，也可以是可充气放气的气瓶；液源6则可以选用容纳液体的箱体或罐体。气源5或液源6中的气体或液体均经过泵结构加压传输至各气液出口3，令与气液出口3对应设置的弹性膜2发生形变，利用形变将附着在叶片1表面的冰霜剔除；并且可以通过泵结构将弹性膜2内的气体或液体吸出令弹性膜2恢复原状。叶片1外周设有与弹性膜2相对应的凹槽，在安装弹性膜2后，令弹性膜2的表面与叶片1表面相齐平。

本实用新型的进一步方案是：所述弹性膜2覆盖叶片1表面的面积沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片1的表面形成密封空间的容积逐渐变大。

上述方案中，由于叶尖部15较容易结冰，因此弹性膜2沿叶片长度方向设置，为长条状，其宽度逐渐增大，在充入液体或气体后，靠近叶尖部15的弹性膜2形变程度较大，更有利于除去叶尖部15的冰霜。

本实用新型的进一步方案是：所述弹性膜2分段盖设于叶片1表面，每段弹性膜2间的间距从叶根部14至叶尖部15逐渐变小，令靠近叶尖部15分布的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。

上述方案中，由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此弹性膜2分多段设置时，在靠近叶尖部15的弹性膜2设置越密集，在充入液体或气体后，相对密集的弹性膜2发生形变令该区域的冰更易脱离叶片1。

本实用新型的进一步方案是：所述弹性膜2分段盖设于叶片1表面，每段弹性膜2覆盖叶片1的面积沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15分布的弹性膜2面积大于靠近叶根部14的弹性膜2面积。

上述方案中，由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此弹性膜2分多段设置时，在靠近叶尖部15的弹性膜2相比靠近叶根部14的弹性膜2具有较大的覆盖面积，在充入液体或气体后，靠近叶尖部15的弹性膜2发生形变程度较大令冰霜更易脱离叶片1。

本实用新型的进一步方案是：所述气液出口3的口径沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15的气液出口3喷射气体或液体的流量增大。

上述方案中，由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的口径进行了调整，在容易结冰的叶片区域增大了气液出口3的口径，在气体或液体通过泵结构传输时，较大的出口口径提高了单位时间内充入液体或气体的体积，令弹性膜2的形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实用新型的进一步方案是：所述气液出口3间的分布间隔沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐变小，令靠近叶尖部15分布的气液出口3多于靠近叶根部14的气液出口3。

上述方案中，由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的分布进行了调整，在容易结冰的叶片区域增加了气液出口3的密集程度，在气体或液体通过泵结构传输时，气液出口3较密集区域的弹性膜2由于受到单位时间内体积较大的液体或气体的灌注，其形变发生更快，形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实用新型的进一步方案是：所述弹性膜2沿叶片1长度方向盖设于叶片前缘11，弹性膜2的宽度沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片前缘11形成的密封空间的容积逐渐变大。

上述方案中，将叶片前缘11盖设长条状弹性膜2，并且令弹性膜2的宽度在靠近叶尖部15时增大，提高了充入液体或气体后弹性膜2的形变程度，更有利于去除叶片1表面的冰霜。

本实用新型的进一步方案是：所述弹性膜2分多段沿叶片1长度方向盖设于迎流面12，每段弹性膜2间的间距沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐变小，令靠近叶尖部15的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。

上述方案中，在叶片1的迎流面12设置多段弹性膜2，并且令弹性膜2的分布在靠近叶尖部15时相对密集，在充入液体或气体后，较密集的弹性膜2发生形变并快速去除靠近叶尖部15的冰霜。

本实用新型的进一步方案是：所述除冰装置还设有加热装置7，所述加热装置7设置于叶根部14，对管路4中的气体或液体加热。

上述方案中，对充入弹性膜2的气体或液体进行加热可以更加快速地去除叶片1表面的冰霜。

本实用新型的进一步方案是：所述除冰装置还设有热交换装置8，所述热交换装置8设于风电机组的机舱内，收集机舱内发电产生的热量，并将热量传递至气源5或液源6。

上述方案中，由于风电机组发电过程中会产生大量的热，利用热交换装置8将多余的热量用于气源5或液源6的加温，提高除冰效率的同时，解决了机舱热量过高导致安全事故的问题。所述热交换装置8可以是热泵系统或其他有类似功能的系统。

本实用新型的进一步方案是：当使用液体作为介质时，在该液体介质中加入防冻液，以防止液源6发生冻结影响除冰装置的正常运转。

本实用新型的有益效果为：

1.本实用新型的叶片除冰装置采用多位置多方法设置叶片表面的弹性膜，对于叶片较易结冰的区域布设相对较多的弹性膜，起到了更好的除冰效果；

2.本实用新型的叶片除冰装置采用不同规格的气液出口，令与之对应的弹性膜的形变程度不同，提高了叶片表面结冰较多的部分的除冰效率；

3.本实用新型的叶片除冰装置中，利用风电机组机舱发电产生的热量对气源和液源进行加热，提高除冰效果的同时也解决了机舱热量过高的问题。

附图说明

图1为本实用新型风电机组叶片除冰装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例1中弹性膜的分布示意图。

图3为本实用新型实施例2中弹性膜的分布示意图。

图4为本实用新型实施例3中弹性膜的分布示意图。

图5为本实用新型实施例1中气液出口的分布示意图。

图6为本实用新型实施例2中气液出口的分布示意图。

图7为本实用新型实施例1中叶片周向的断面图。

图8为本实用新型实施例2中叶片周向的断面图。

图9为本实用新型实施例3中叶片周向的断面图。

图中主要部件为：1—叶片，11—叶片前缘，12—迎流面，13—背流面，14—叶根部，15—叶尖部，2—弹性膜，3—气液出口，4—管路，5—气源，6—液源，7—加热装置，8—热交换装置。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的实施方式作进一步的详细描述。

实施例1

本实施例中，如图1、图2、图5和图7所示，提供了一种风电机组叶片除冰装置，叶片1由从叶根部14沿叶片长度方向延伸至叶尖部15的壳体构成，包括迎流面12、背流面13和迎风设置的叶片前缘11，所述叶片前缘11分布设有若干气液出口3，所述气液出口3通过设于叶片1内部的管路4与气源5或液源6相连，叶片1的表面与气液出口3相对应设有密封的弹性膜2，自气液出口3喷出的气体或液体令弹性膜2发生形变；所述弹性膜2与叶片1的表面相齐平设置。风机运行时，叶片1在结冰工况旋转会在其前缘转捩点聚积越来越多的冰层。随着旋转半径的增加线速度也随之增加，因此叶尖区域结冰要比其他部位相对严重，结冰量的多少与旋转半径近似成正比。

本实施例中，选择气体作为充入弹性膜2的介质，气源5可以是通过空气压缩机产生的气流，也可以是可充气放气的气瓶，气源5中的气体经过泵结构加压传输至各气液出口3，令与气液出口3对应设置的弹性膜2发生形变，利用形变将附着在叶片1表面的冰霜剔除；并且可以通过泵结构将弹性膜2内的气体吸出令弹性膜2恢复原状。叶片1外周设有与弹性膜2相对应的凹槽，在安装弹性膜2后，令弹性膜2的表面与叶片1表面相齐平。

本实施例中，如图2和图7所示，所述弹性膜2覆盖叶片1表面的面积沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片1的表面形成密封空间的容积逐渐变大。由于叶尖部15较容易结冰，因此弹性膜2沿叶片长度方向设置，为长条状，其宽度逐渐增大，在充入气体后，靠近叶尖部15的弹性膜2形变程度较大，更有利于除去叶尖部15的冰霜。

本实施例中，如图2和图7所示，所述弹性膜2沿叶片1长度方向盖设于叶片前缘11，弹性膜2的宽度沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片前缘11形成的密封空间的容积逐渐变大。将叶片前缘11盖设长条状弹性膜2，并且令弹性膜2的宽度在靠近叶尖部15时增大，提高了充入气体后弹性膜2的形变程度，更有利于去除叶片1表面的冰霜。

本实施例中，如图5所示，所述气液出口3设于叶片前缘11，其口径沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15的气液出口3喷射气体的流量增大。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的口径进行了调整，在容易结冰的叶片区域增大了气液出口3的口径，在气体通过泵结构传输时，较大的出口口径提高了单位时间内充入气体的体积，令弹性膜2的形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实施例中，所述除冰装置还设有加热装置7，所述加热装置7设置于叶根部14，对管路4中的气体加热。对充入弹性膜2的气体进行加热可以更加快速地去除叶片1表面的冰霜。

实施例2

本实施例中，如图1、图3、图6和图8所示，提供了一种风电机组叶片除冰装置，叶片1由从叶根部14沿叶片长度方向延伸至叶尖部15的壳体构成，包括迎流面12、背流面13和迎风设置的叶片前缘11，所述迎流面12分布设有若干气液出口3，所述气液出口3通过设于叶片1内部的管路4与气源5或液源6相连，叶片1的表面与气液出口3相对应设有密封的弹性膜2，自气液出口3喷出的气体或液体令弹性膜2发生形变；所述弹性膜2与叶片1的表面相齐平设置。风机运行时，叶片1在结冰工况旋转会在其前缘转捩点聚积越来越多的冰层。随着旋转半径的增加线速度也随之增加，因此叶尖区域结冰要比其他部位相对严重，结冰量的多少与旋转半径近似成正比。

本实施例中，选择液体作为充入弹性膜2的介质，液源6可以选用容纳液体的箱体或罐体。液源6中的液体均经过泵结构加压传输至各气液出口3，令与气液出口3对应设置的弹性膜2发生形变，利用形变将附着在叶片1表面的冰霜剔除；并且可以通过泵结构将弹性膜2内的液体吸出令弹性膜2恢复原状。叶片1外周设有与弹性膜2相对应的凹槽，在安装弹性膜2后，令弹性膜2的表面与叶片1表面相齐平。

本实施例中，如图3和图8所示，所述弹性膜2分段盖设于叶片1表面，每段弹性膜2间的间距从叶根部14至叶尖部15逐渐变小，令靠近叶尖部15分布的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此弹性膜2分多段设置时，在靠近叶尖部15的弹性膜2设置越密集，在充入液体后，相对密集的弹性膜2发生形变令该区域的冰更易脱离叶片1。

本实施例中，如图3和图8所示，所述弹性膜2分多段沿叶片1长度方向盖设于迎流面12，每段弹性膜2间的间距沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐变小，令靠近叶尖部15的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。在叶片1的迎流面12设置多段弹性膜2，并且令弹性膜2的分布在靠近叶尖部15时相对密集，在充入液体后，较密集的弹性膜2发生形变并快速去除靠近叶尖部15的冰霜。

本实施例中，如图6所示，所述气液出口3设置于迎流面12，分别与多段弹性膜2相对应，其口径沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15的气液出口3喷射液体的流量增大。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的口径进行了调整，在容易结冰的叶片区域增大了气液出口3的口径，在液体通过泵结构传输时，较大的出口口径提高了单位时间内充入液体的体积，令弹性膜2的形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实施例中，所述除冰装置还设有热交换装置8，所述热交换装置8设于风电机组的机舱内，收集机舱内发电产生的热量，并将热量传递至液源6。由于风电机组发电过程中会产生大量的热，利用热交换装置8将多余的热量用于液源6的加温，提高除冰效率的同时，解决了机舱热量过高导致安全事故的问题。所述热交换装置8可以是热泵系统或其他有类似功能的系统。

本实施例中，当使用液体作为介质时，在该液体介质中加入防冻液，以防止液源6发生冻结影响除冰装置的正常运转。

实施例3

本实施例中，如图1、图4和图9所示，提供了一种风电机组叶片除冰装置，叶片1由从叶根部14沿叶片长度方向延伸至叶尖部15的壳体构成，包括迎流面12、背流面13和迎风设置的叶片前缘11，所述背流面13和叶片前缘11分布设有若干气液出口3，所述气液出口3通过设于叶片1内部的管路4与气源5或液源6相连，叶片1的表面与气液出口3相对应设有密封的弹性膜2，自气液出口3喷出的气体或液体令弹性膜2发生形变；所述弹性膜2与叶片1的表面相齐平设置。风机运行时，叶片1在结冰工况旋转会在其前缘转捩点聚积越来越多的冰层。随着旋转半径的增加线速度也随之增加，因此叶尖区域结冰要比其他部位相对严重，结冰量的多少与旋转半径近似成正比。

本实施例中，选择气体作为充入弹性膜2的介质，气源5可以是通过空气压缩机产生的气流，也可以是可充气放气的气瓶，气源5中的气体经过泵结构加压传输至各气液出口3，令与气液出口3对应设置的弹性膜2发生形变，利用形变将附着在叶片1表面的冰霜剔除；并且可以通过泵结构将弹性膜2内的气体吸出令弹性膜2恢复原状。叶片1外周设有与弹性膜2相对应的凹槽，在安装弹性膜2后，令弹性膜2的表面与叶片1表面相齐平。

本实施例中，所述弹性膜2覆盖叶片1表面的面积沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片1的表面形成密封空间的容积逐渐变大。由于叶尖部15较容易结冰，因此弹性膜2沿叶片长度方向设置，为长条状，其宽度逐渐增大，在充入气体后，靠近叶尖部15的弹性膜2形变程度较大，更有利于除去叶尖部15的冰霜。

本实施例中，所述弹性膜2分段盖设于叶片1表面，每段弹性膜2间的间距从叶根部14至叶尖部15逐渐变小，令靠近叶尖部15分布的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此弹性膜2分多段设置时，在靠近叶尖部15的弹性膜2设置越密集，在充入气体后，相对密集的弹性膜2发生形变令该区域的冰更易脱离叶片1。

本实施例中，在上述方案的基础上，每段弹性膜2覆盖叶片1的面积沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15分布的弹性膜2面积大于靠近叶根部14的弹性膜2面积。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此弹性膜2分多段设置时，在靠近叶尖部15的弹性膜2相比靠近叶根部14的弹性膜2具有较大的覆盖面积，在充入气体后，靠近叶尖部15的弹性膜2发生形变程度较大令冰霜更易脱离叶片1。

本实施例中，如图4和图9所示，所述弹性膜2沿叶片1长度方向盖设于叶片前缘11，弹性膜2的宽度沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令弹性膜2与叶片前缘11形成的密封空间的容积逐渐变大。将叶片前缘11盖设长条状弹性膜2，并且令弹性膜2的宽度在靠近叶尖部15时增大，提高了充入气体后弹性膜2的形变程度，更有利于去除叶片1表面的冰霜。

本实施例中，如图4和图9所示，所述弹性膜2分多段沿叶片1长度方向盖设于背流面13，每段弹性膜2间的间距沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐变小，令靠近叶尖部15的弹性膜2多于靠近叶根部14的弹性膜2。在叶片1的背流面13设置多段弹性膜2，并且令弹性膜2的分布在靠近叶尖部15时相对密集，在充入气体后，较密集的弹性膜2发生形变并快速去除靠近叶尖部15的冰霜。

本实施例中，所述气液出口3分别设置于叶片前缘11与背流面13并分别与弹性膜2对应，其口径沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐增大，令靠近叶尖部15的气液出口3喷射气体的流量增大。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的口径进行了调整，在容易结冰的叶片区域增大了气液出口3的口径，在气体通过泵结构传输时，较大的出口口径提高了单位时间内充入气体的体积，令弹性膜2的形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实施例中，在上述方案的基础上，气液出口3间的分布间隔沿叶根部14至叶尖部15方向逐渐变小，令靠近叶尖部15分布的气液出口3多于靠近叶根部14的气液出口3。由于叶片越靠近叶尖部15越容易结冰，因此将气液出口3的分布进行了调整，在容易结冰的叶片区域增加了气液出口3的密集程度，在气体通过泵结构传输时，气液出口3较密集区域的弹性膜2由于受到单位时间内体积较大的气体的灌注，其形变发生更快，形变程度更大，有利于对该区域冰霜的剔除。

本实施例中，所述除冰装置还设有加热装置7，所述加热装置7设置于叶根部14，对管路4中的气体加热。对充入弹性膜2的气体进行加热可以更加快速地去除叶片1表面的冰霜。

本实施例中，所述除冰装置还设有热交换装置8，所述热交换装置8设于风电机组的机舱内，收集机舱内发电产生的热量，并将热量传递至气源5。由于风电机组发电过程中会产生大量的热，利用热交换装置8将多余的热量用于气源5的加温，提高除冰效率的同时，解决了机舱热量过高导致安全事故的问题。所述热交换装置8可以是热泵系统或其他有类似功能的系统。

上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。