热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置的制作方法

本发明涉及风力发电机桨叶除冰技术领域，尤其涉及一种热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置。

背景技术：

风能、太阳能等绿色能源是当今世界大力发展的清洁能源，风能以其储量巨大、应用范围广泛等特点得以大规模开发利用。风能的开发利用对环境保护、优化传统能源结构有极为深远的意义。如今，随着低风速风电场建设规模的不断扩大，云贵高原地区风电场机组桨叶大多受冰冻影响。风电机组桨叶结冰是导致大型风力发电机组在高湿度、低温度的区域损失大量发电量的重要原因，风电机组桨叶结冰会增加风机静载荷，降低机组发电效率，严重时会导致风机停机；并且，桨叶结冰能够改变风机动态平衡，使风机的不平衡载荷加大，导致风机组件加速疲劳，降低使用寿命，严重时可能引起桨叶开裂、折断和机组倒塌。此外，桨叶转动时，附着在桨叶上的冰块可能会被甩出，会对周围人口与财产造成损害。现有的除冰系统设计温度检测设备安装及应用耐久性差，支撑结构整体性差、结构强度安全性低，加热位置固定。因此，为风电机组桨叶提供一种可靠高效的除冰装置迫在眉睫。公开日为2018年1月19日，公开号为cn107605670a的中国专利文件公开了一种风力发电机组叶片除冰系统，其加热源为碳纤维加热电缆，加热源位于叶片前缘内腔，碳纤维电缆与叶片前缘壳体固定方式为真空灌注或湿法袋压成型工艺，根据叶片除冰所需温度，设计一定长度的碳纤维加热电缆，在叶片前缘所需加热位置，按照一定间距进行线缆铺设，同时将碳纤维加热电缆两端子进行预留，以便后期与电源线进行连接，该系统铺设工艺简单、生产成本低、可在不规则叶片内腔表面进行铺设；加热效率高，升温迅速、安全可靠、温度控制仅通过设定电缆长度就可以进行精确控温，避免了其他方式电加热控温失效而造成叶片玻璃钢材料损伤。该方法在桨叶制造时预埋碳纤维加热电缆，利用加热电缆进行加热除冰，但这种方式不但增加了桨叶的制造难度、提高了桨叶的制造成本，同时也容易影响桨叶的结构强度。

技术实现要素：

本发明的目的是为解决现有技术的风力发电机组在桨叶表面结冰后容易引起功率下降和停机，且可能出现桨叶开裂、折断和机组倒塌的问题，提供一种热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置，可以对风力发电机组的桨叶进行有效除冰，保证风力发电机组的运行安全和提高风力机组的发电量。

本发明为解决上述技术问题采用的具体方案是，一种热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置，包括设置在桨叶内腔的加热装置及通风管道，所述的加热装置及通风管道设置在桨叶前缘腔内，所述的加热装置包括鼓风机及连接在鼓风机出口端的加热器，加热器的输出端连接风管，风管的出风端穿设在桨叶内腔中设置的挡风板上，所述挡风板将桨叶内腔分隔为加热区及非加热区，所述除冰装置还包括设置在桨叶内腔根部的控制柜，所述加热装置连接控制柜。本发明的控制柜安装在桨叶的内部，由于桨叶工作中处于旋转并且能够变桨，所以需要承受足够的离心力和变桨启动过程中的旋转加速度，因此将控制柜安装在靠近桨叶转动中心的桨叶内腔根部；控制柜能够为桨叶除冰装置提供供电，供电电压为多种电压，如690v、230v、24v等。控制柜内置专门的控制程序及安全保护逻辑，能够对系统进行自动控制。加热装置输出热风，通过风管将热风输入桨叶内腔较深处，从而实现桨叶除冰，而挡风板用来隔离加热区域与非加热工作区域。这样，本发明解决了现有技术的风力发电机组的桨叶表面结冰后容易引起功率下降和停机，且可能带来桨叶开裂、折断和机组倒塌的问题，保证了风力发电机组的运行安全和提高风力机组的发电量。

作为优选，加热器的输出端通过风管转接头连接风管，风管与风管转接头之间设有金属波纹管，所述加热器的输入端与鼓风机之间、加热器的输出端与风管转接头之间及风管转接头与金属波纹管之间均设有耐高温密封垫。本发明风管转接头的入风口和出风口截面大小不同，是连接加热器与风管的转换装置，并且为使结构靠近桨叶腹板上的风管，风管转接头整体结构侧投影为倾斜梯形为连接提供偏移，而金属波纹管为圆筒状，能够提供纵向拉伸及横向偏移。耐高温密封垫能够将除冰装置连接处进行密封，耐高温密封垫的材料耐温性能至少在100℃的环境温度下长期工作不老化。

作为优选，鼓风机的电机安装在鼓风机的机壳两侧并设有防潮加热带，所述的风管上设有若干个温度传感器，温度传感器具有不同长度的温度探针，温度传感器通过温度传感器底座固定在通风管上，所述温度传感器连接控制柜。本发明的鼓风机为离心式鼓风机，能够提供高压和高流量的出风，出风口为法兰连接。鼓风机的电机安装在鼓风机的机壳两侧并配有防潮加热带，电机有机壳和配备的支架双支撑结构，使电机整体具备防尘、防水、防盐雾功能。机壳为分体式结构，能够拆卸成两半，便于安装及维护。温度传感器具有不同长度的温度探针，使得温度传感器具有多种探测长度，可以测量管心温度或者近管内壁温度，控制柜根据温度传感器的数据控制加热装置的工作状态。

作为优选，控制柜固定在控制柜支架上，所述控制柜支架通过玻璃纤维布与桨叶内壁一体固定。本发明的控制柜通过与专门的控制柜支架连接后通过玻璃纤维布手糊的方式一体地固定到桨叶内壁上，这样控制柜可以承受工作过程中足够的离心力和变桨启动过程中的旋转加速度。

作为优选，在加热器进风口和/或出风口配备设有超温保护器，所述超温保护器连接控制柜，所述加热器的壳体及连接件均采用不锈或具有防锈涂层的材料，所述的加热器壳体为耐压结构，其承压能力大于鼓风机的最大风压。本发明加热装置的加热功率为20kw-35kw，能够通过控制柜控制输出功率，功率大小可调节，采用超温保护器可以确保加热装置的安全运行。

作为优选，桨叶内设有加热装置支架，所述的加热装置支架包括主支架和电机安装架，所述的主支架为对称结构，主支架的对称中心面与主支架安装处的桨叶腹板中心面相交，所述的电机安装架竖直设置在主支架上；电机安装架的安装平面垂直于风电机组桨叶旋转过程中鼓风机电机产生的离心力方向。本发明的主支架结构对称，保证主支架在安装后对称面能够与桨叶安装位置的截面的中心相交，保证主支架底部与桨叶内壁面接触连接处能够随型，桨叶弦向截面偏差小于2%；电机安装架竖立安装在支架主体上，其安装平面垂直于风电机组桨叶旋转过程中鼓风机电机产生的离心力方向，能够承受电机向桨叶展向的离心力。

作为优选，挡风板的边缘形状与安装位置处的桨叶横截面形状相适配，挡风板与桨叶叶根之间的距离大于桨叶总长度的十分之一，风管的出风端突出于挡风板。挡风板与桨叶叶根之间的距离大于桨叶总长度的十分之一且风管的出风端突出于挡风板，这样能够将热风送入桨叶内腔的较深处。

作为优选，风管内套接有伸缩管，伸缩管的外径与风管的内径相适配，伸缩管的出口端设有滑动支撑板，滑动支撑板上固定有拉绳，挡风板上设有拉绳电机及拉绳驱动轮，远离挡风板的桨叶内壁上设有换向滑轮，所述拉绳绕设在拉绳驱动轮及滑轮上，桨叶内壁上还设有伸缩限位开关；所述拉绳电机与伸缩限位开关均连接控制柜。在风管内套设伸缩管，通过拉绳电机驱动拉绳调节伸缩管伸出风管部分的长度，通过拉绳电机的正反向转动，使伸缩管从风管内拉出或缩回，相应地改变送风管道的总长度，即改变送风管道在桨叶中的出风位置，滑动支撑板的设置一是确保伸缩管的出风口与桨叶内壁之间有一定的距离，二是以滚动摩擦方式与桨叶内壁接触，从而保证伸缩管的顺利拉出或缩回；伸缩限位开关可以控制伸缩管从风管内拉出或缩回的极限位置，这样可以针对桨叶的主要结冰位置进行重点除冰，加快除冰进程。

作为优选，伸缩管的出口端连接有导向管，所述的导向管为弹性波纹管，导向管的出口外周固定有导向板，导向板上对称设有四根调节螺杆，调节螺杆的一端通过与导向板铰接的螺母与导向板螺接，调节螺杆另的一端与一个铰接在滑动支撑板上的调节电机联接，所述的调节电机连接控制柜。在伸缩管的出风端设置导向管，通过控制调节电机的转动圈数与转动方向，使导向管的出口向特定的方向偏转（例如向桨叶的迎风面偏转），可以使热风对准桨叶上结冰严重的部位或局部结冰部位进行除冰，从而加快除冰进程或简化除冰过程。

本发明的有益效果是：它有效地解决了现有技术的风力发电机组的在桨叶表面结冰后容易引起功率下降和停机，且可能出现的桨叶开裂、折断和机组倒塌的问题，本发明热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置，可以对风力发电机组的桨叶进行有效除冰，保证风力发电机组的运行安全和提高风力机组的发电量，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明热鼓风式的风力发电机组桨叶除冰装置的一种结构示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3是图2的局部放大图；；

图4是本发明桨叶除冰装置在桨叶中的一种安装位置示意图；

图5是本发明桨叶除冰装置的一种局部结构示意图；

图6是本发明桨叶除冰装置的一种局部结构示意图；

图7是本发明桨叶除冰装置导向板的一种结构示意图。

图中：1.前缘腔，2.鼓风机，3.加热器，4.风管，5.挡风板6.控制柜，7.风管转接头，8.金属波纹管，9.耐高温密封垫，10.温度传感器，11.温度传感器底座，12.加热装置支架，13.伸缩管，14.滑动支撑板，15.拉绳，16.拉绳电机，17.拉绳驱动轮，18.换向滑轮，19.导向管，20.导向板，21.调节螺杆，22.调节电机，23.桨叶，24.发电机组。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图对本发明的实施方式进行进一步的说明。

实施例1

在图1图2所示的实施例1中，一种热鼓风式的风力发电机组24桨叶23除冰装置，包括设置在桨叶内腔的加热装置及通风管道，所述的加热装置及通风管道设置在桨叶前缘腔1内（见图4，图中斜向点划线为桨叶腹板中心线），所述的加热装置包括鼓风机2及连接在鼓风机出口端的加热器3，加热器的输出端连接风管4，风管的出风端穿设在桨叶内腔中设置的挡风板5上（见图3），挡风板的边缘形状与安装位置处的桨叶横截面形状相适配，挡风板与桨叶叶根之间的距离大于桨叶总长度的十分之一，风管的出风端突出于挡风板，所述挡风板将桨叶内腔分隔为加热区及非加热区。所述除冰装置还包括设置在桨叶内腔根部的控制柜6（见图2），所述加热装置连接控制柜。控制柜固定在控制柜支架上，所述控制柜支架通过玻璃纤维布与桨叶内壁一体固定。本发明控制柜通过与专门的控制柜支架连接后通过玻璃纤维布手糊的方式一体地固定到桨叶内壁上，这样控制柜可以承受工作过程中足够的离心力和变桨启动过程中的旋转加速度。控制柜能够为桨叶除冰装置提供供电，供电电压为多种电压，如690v、230v、24v等。控制柜内置专门的控制程序及安全保护逻辑，能够对系统进行自动控制。加热装置输出热风，通过风管输出热风，而挡风板用来隔离加热区域与非加热工作区域，风管的出风端突出于挡风板，能够将热风处入桨叶内腔的较深处，从而实现桨叶除冰。

加热器的输出端通过风管转接头7连接风管，风管转接头的入风口和出风口截面大小不同，是连接加热器与风管的转换装置，并且为使结构靠近桨叶腹板上的风管，风管转接头整体结构侧投影为梯形，为连接提供偏移；风管与风管转接头之间设有金属波纹管8，金属波纹管为圆筒状，能够提供纵向拉伸及横向偏移，其中轴向额定补偿量大于100mm，横向额定补偿量大于30mm。加热器的输入端与鼓风机之间、加热器的输出端与风管转接头之间及风管转接头与金属波纹管之间均设有耐高温密封垫9；耐高温密封垫能够将除冰装置连接处进行密封，防止装置运行过程中的空气泄露，导致系统内压力不足，耐高温密封垫的材料耐温性能可以在100℃的温度下长期工作不老化。另外，风管的长短可以根据安装空间确定，风管可以一段整根或分为多段进行铺设安装，采用多段结构时，采用连接玻纤布对风管连接处进行圆周缠绕，通过手糊工艺将连接处密封连接，保证风管连接处结构强度及密封。

鼓风机的电机安装在鼓风机的机壳两侧并设有防潮加热带，所述的风管上设有若干个温度传感器10，温度传感器具有不同长度的温度探针，温度传感器通过温度传感器底座11固定在通风管上，所述温度传感器连接控制柜。鼓风机为离心式鼓风机，能够提供高压和高流量的出风，出风口为法兰连接。鼓风机的电机安装在鼓风机的机壳两侧并配有防潮加热带，电机有机壳和配备的支架双支撑结构，电机整体具备防尘、防水、防盐雾功能。机壳为分体式结构，能够拆卸成两半，便于安装及维护。温度传感器通过温度传感器底座安装在风管上，温度传感器的探测长度有多种，可以测量管心温度或者近管内壁温度。

本发明在加热器的进风口和出风口处、风管转接头与金属波纹管之间均设有超温保护器，所述超温保护器连接控制柜，采用超温保护器确保加热装置的安全运行。加热器的壳体及连接件均采用不锈耐热钢材，加热器壳体为耐压结构，其承压能力大于鼓风机的最大风压。加热装置的加热功率为20kw-35kw，能够通过控制柜控制输出功率，功率大小可调节。

桨叶内设有加热装置支架12，所述的加热装置支架包括主支架和电机安装架，所述的主支架为对称结构，主支架的对称中心面与主支架安装处的桨叶腹板中心面相交，所述的电机安装架竖直设置在主支架上（见图3）；电机安装架的安装平面垂直于风电机组桨叶旋转过程中鼓风机电机产生的离心力方向。主支架结构对称，主支架在安装后对称面能够与桨叶安装位置的截面的中心相交，主支架底部与桨叶内壁面贴合，桨叶弦向截面偏差小于2%；电机安装架竖立安装在支架主体上，其安装平面垂直于风电机组桨叶旋转过程中鼓风机电机产生的离心力方向，能够承受电机向桨叶展向的离心力。

实施例2

在图5所示的实施例2中，风管内套接有伸缩管13，伸缩管的外径与风管的内径相适配，伸缩管的出口端设有滑动支撑板14，滑动支撑板上固定有拉绳15，挡风板上设有拉绳电机16及拉绳驱动轮17，远离挡风板的桨叶内壁上设有换向滑轮18，所述拉绳绕设在拉绳驱动轮及滑轮上，桨叶内壁上还设有伸缩限位开关；所述拉绳电机与伸缩限位开关均连接控制柜。在风管内套设伸缩管，通过拉绳电机驱动拉绳调节伸缩管伸出风管部分的长度，通过拉绳电机的正反向转动，使伸缩管从风管内拉出或缩回，相应地改变送风管道的总长度，即改变送风管道在桨叶中的出风位置，滑动支撑板的设置一是确保伸缩管的出风口与桨叶内壁之间有一定的距离，二是以滚动摩擦方式与桨叶内壁接触，从而保证伸缩管的顺利拉出或缩回；伸缩限位开关可以控制伸缩管从风管内拉出或缩回的极限位置，其余和实施例1相同。

实施例3

在图6所示的实施例3中，伸缩管的出口端连接有导向管19，所述的导向管为弹性波纹管，导向管的出口外周固定有导向板20（见图7），导向板上以伸缩管的轴线为中心对称设有四根调节螺杆21，调节螺杆的一端通过与导向板铰接的螺母与导向板螺接，调节螺杆另的一端与一个铰接在滑动支撑板上的调节电机22联接，所述的调节电机连接控制柜。在伸缩管的出风端设置导向管，通过控制调节电机的转动圈数与转动方向，使导向管的出口向特定的方向偏转（例如向桨叶的迎风面偏转），可以使热风对准桨叶上结冰严重的部位或局部结冰部位进行除冰，其余和实施例2相同。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。