专利名称：风机叶片自动防冰除冰装置的制作方法
技术领域：
本实用新型主要涉及到除冰设备领域，特指一种主要适用于风力发电的风机叶片的自动防冰除冰装置。
背景技术：
随着科技的不断进步，“风力发电”逐渐发展成为一种成熟的发电技术，它属于大规模发电的再生能源发电技术。目前，仅在中国境内的风力发电装机容量就已超过1000万千瓦。在“风力发电”的推广过程中，由于某些特殊地理气候条件(例如湖南、湖北、贵 州、广西东北部、广东北部及江西部分地区)，当气温降低到低于:TC时，就会在风机叶片形成冰凌，并逐渐积聚，最终导至叶片覆冰，进而使得在大风再起时，风机将不能起动运行发电。即使风机在运行中，气温进一步到零摄氏度以下时，也会在风机叶片上形成积冰。因此，在上述地区风力较好的12月至次年2月份期间，很多风机被迫停止运行，造成风力资源严重浪费，降低了风机的利用率，使整个风力发电场的经济性降低。为了有效地利用冰冻期的风能，防止叶片积冰损坏，就需要保持叶片表面高于凝水结冰的温度，但是如果叶片温度过高或温度梯度过大，又会影响叶片材料的使用寿命。因此，必须要将叶表温度的提高到不低于5°C，又不能太高；而且，升温的速度要控制在合适的范围，以防叶片各部位材料间温度梯度过大，造成叶片损坏或影响叶片的寿命。本专利通过有效地连续测量叶片表面的温度，并通过无线遥控导通或断开每根叶片单独的加热电路，可以有效的控制每根叶片的表面温度及升温的速度在合适的范围内。从而既保证风机在冰冻期能安全地发电，提高风机的使用效率，又可以保证叶片的使用寿命O
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题就在于针对现有技术存在的技术问题，本实用新型提供一种自动化程度高、可实现在线监测除冰、提高风机工作适应能力、提高风机使用效率的风机叶片自动防冰除冰装置。为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案一种风机叶片自动防冰除冰装置，包括叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件、叶片位置判断组件、布置于每根风机叶片上的加热组件以及控制器，所述叶片位置判断组件用来判断并确定风机转动时各根叶片的身份特征，所述叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件与控制器相连并将检测到的经叶片位置判断组件判断后叶片的表面温度信号传送至控制器，所述控制器经过分析处理后发出加热启动信号至对应叶片的加热组件完成对叶片的加热除冰。作为本实用新型的进一步改进所述叶片位置判断组件包括一组固定于风机的导流罩上的叶根齿以及固定不动的电磁涡流探头，每根叶片对应一个叶根齿，所有叶根齿的形状均不相同以作为每根叶片的身份区别特征，所述电磁涡流探头对叶根齿进行检测并确定叶片的身份特征。本实用新型还包括与控制器相连的环境温度检测组件，所述环境温度检测组件用来实时检测叶片工作的环境温度并将温度信号传送给控制器作为参考温度。所述叶片迎风面表面温度检测件为安装于风机导流罩上与每根叶片一一对应的视频红外测温仪，每根叶片上均有一视频红外测温仪。所述叶片背风面表面温度检测件为安装于风机导流罩上固定不动的红外测温仪。所述叶片的加热组件包括集电环、导电刷、叶根集电环、加热开关以及涂敷在叶片表面的导电涂料或导电薄膜，所述集电环固定在风机的导流罩外壳上并随导流罩旋转，所述导电刷固定在风机的机舱外壳上，所述导电刷的一端与电源相连，所述导电刷的另一端与集电环接触实现电连接；所述集电环通过导线与叶根集电环、导电涂料或导电薄膜、加热开关形成加热回路。 所述叶片的加热组件采用直流电，所述交流电源依次经过第一交流开关、调压器、第二交流开关、整流器、直流开关后与导电刷相连。所述导电刷包括集电导电刷、导电刷护套、弹簧以及电导电刷支架，所述电导电刷支架固定在机舱外壳上，所述集电导电刷套设于导电刷护套中，所述集电导电刷的底部与集电环接触，所述集电导电刷的顶部通过弹簧连接于电导电刷支架上。所述加热开关包括无线遥控接收器和可控硅二极管，所述遥控接收器按控制器的指令控制可控硅二极管的导通或断开。所述导电涂料或导电薄膜从叶根集电环中叶根集电环正极处开始沿叶片的径向涂覆、涂覆到叶尖后经叶片的背面一直涂覆到叶根集电环负极形成一个纵贯叶片表面的加热层。与现有技术相比，本实用新型的优点在于I、本实用新型的风机叶片自动防冰除冰装置，能够对每根叶片进行独立检测，并在某一叶片出现低温时，对其进行加热，以达到防冰除冰的目的。这样，就无需对所有叶片进行加热，降低了能耗，提高了防冰除冰的效率，保证了风机运行的可靠性。2、本实用新型通过红外光束能够准确确定叶片背风面的表面温度，并通过在相对叶片静止的导流罩上的可视红外测温仪，实现对叶片迎风面表面温度实行连续测量，并进行视频观测，实现连续的自动测量、显示，为控制叶片的表面温度提供依据，能防止叶片温度过高，保证叶片的使用寿命。3、本实用新型的风机叶片自动防冰除冰装置，采用叶片表面加热方式，采用导电涂料或导电薄膜构成直流电加热回路，不影响叶片基材的结构及施工，导电材料涂敷在叶片表面，可以直接对叶片表层的水珠、冰凌等加热，对叶片的基材影响极小，并将用于加热叶片所需的能量降到最低，保证叶片温度，实现叶片除冰、防冰凌的功能。4、本实用新型的风机叶片自动防冰除冰装置，具有无线遥控每一根叶片的加热电路功能，可以根据叶片表面温度测得的数值和设定的温度数值差，对每一根叶片的表面温度进行控制，消除因电路电阻误差等因素引起的叶片的表面温度差，消除叶片过热或温度过低等问题。5、本实用新型结构简单、自动化程度高，能够方便、低成本地对已投入运行的风机叶片进行防冰凌改造，易推广。
图I是本实用新型在具体应用实例中的结构示意图。图2是本实用新型中叶片位置判断组件的测定原理示意图。图3是本实用新型在具体应用实例中单根叶片与导流罩连接的局部结构示意图。图4是本实用新型的叶片温度判定的原理示意图。图5是本实用新型的控制原理示意图。图6是具体实施例中加热组件的布置示意图。 图7是具体实施例的加热组件中集电环与集电刷的配合示意图。图8是具体实施例中加热组件的控制原理示意图。图9是具体实施例中涂敷导电涂料后叶片正面的结构示意图。图10是具体实施例中涂敷导电涂料后叶片侧面的结构示意图。图11是具体实施例中涂敷导电涂料后叶片背面的结构示意图。图12是具体实施例中涂敷导电涂料后叶片截面的结构示意图。图13是图10中A处的截面放大结构示意图。图例说明I、叶片；2、导流罩；3、慢速轴；4、塔筒；5、机舱外壳；6、红外测温仪；61、视频红外测温仪；7、集电环；701、正极集电环；702、负极集电环；8、导电刷；801、集电导电刷；802、导电刷护套；803、弹簧；804、电导电刷支架；9、叶根集电环；901、叶根集电环正极；902、叶根集电环负极；10、叶根齿；11、导电涂料或导电薄膜；12、叶片基材；13、保护性油漆层；14、电磁涡流探头；15、控制器；101、第一交流开关；102、调压器；103、第二交流开关；104、整流器；105、直流开关；106、导线；107、无线遥控接收器；108、可控硅二极管。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。如图I、图2和图3所示，风机一般包括叶片I、导流罩2、慢速轴3、塔筒4以及机舱外壳5,机舱外壳5支承于塔筒4上,慢速轴3的一端位于机舱外壳5中与发电机组相连，另一端与导流罩2相连，数根叶片I固定于沿导流罩2的圆周方向连接在导流罩2上。本实用新型的风机叶片自动防冰除冰装置，它包括叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件、叶片位置判断组件、加热组件以及控制器15，每根叶片I上均设有加热组件，叶片位置判断组件用来判断并确定风机转动时各根叶片I的身份特征，叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件与控制器15相连并将检测到的经叶片位置判断组件判断后叶片I的表面温度信号传送至控制器15，控制器15经过分析处理后发出加热启动信号至对应叶片I的加热组件完成对叶片I的加热除冰或防冰。参见图2，本实施例中，叶片位置判断组件包括一组固定于导流罩2上的叶根齿10以及固定不动的电磁涡流探头14，每根叶片I对应一个叶根齿10，所有叶根齿10的形状均不相同以作为每根叶片I的身份区别特征，叶片I转动经过电磁涡流探头14时，电磁涡流探头14根据不同形状的叶根齿10判断该叶片I的身份特征。电磁涡流探头14可以安装于轴承座上或机舱外壳5上保持固定不动。在具体应用时，叶根齿10可以采用不同大小或具有不同数量缺口等形状特征作为身份区别特征，并在安装时与其对应叶片I的角度保持一致。当叶片I受风力吹动带动慢速轴3转动时，叶根齿10经过电磁涡流探头14时，电磁涡流探头14将会输出不同的脉冲波形；经控制器计算，判断通过电磁涡流探头14的是哪一根叶片1，并截取这一时段温度探头6的数据作为这一叶片I的表面温度。即，可自动选取该时刻红外测温仪反馈的温度，记录并储存下来，实时显时叶片背风面表面的温度，并利用这一温度，与迎风面温度相结合，向叶片加热回路发出导通或切断控制无线指令。参见图4和图5，可通过比较实时叶片表面温度测量值与设定温度(Tsetl、Tset2)之值的大小，决定是否进入叶片I加热状态；当需要加热时，则通过控制器15发送开启加热信号至加热组件对相应叶片I进行加热除冰。作为较佳实施例，本实施例中还设有环境温度检测组件，用来实时检测叶片I工作的环境温度。本实施例中，环境温度检测组件采用两个钼电阻(Tptl、Tpt2)来测量环境温度，用以自检及判断温度探头6的误差，并与设定值(Tsetl、Tset2)进行比较，决定是起动或停止加热组件。 本实施例中，叶片背风面表面温度检测件可采用红外测温仪6，为非接触式自动叶片温度测量系统，例如FIR系列的红外测温仪。红外测温仪6的固定位置保持不动，可固定于机舱外壳5的顶部外侧，相对于叶片I保持不动，用来对叶片I背风面表面温度实行连续测量。本实施例中，叶片迎风面表面温度检测件采用带视频监视的视频红外测温仪61，用来测量叶片迎风面的表面温度；可以选择在导流罩2上与每根叶片I相对应的地方设置视频红外测温仪61，可以实现叶片迎风面表面状态的实时表面状态监视和温度测量。在叶片I不停旋转的动态过程中，通过确定叶片I扫过红外测温仪6发出光束的时刻，选取该时刻红外测温仪6测得的温度，为叶片背风面表面温度；同时，还可进一步与固定在导流罩5上视频红外测温仪61测得的温度共同实现自动、连续较全面地提供准确的控制依据。并利用背风面和/或迎风面温度，向叶片I上的加热组件发出导通或切断控制无线指令。如图6、图7和图8所示，本实施例中，叶片I的加热组件为表面加热组件，其包括集电环7、导电刷8、叶根集电环9、加热开关以及涂敷在叶片I表面的导电涂料或导电薄膜11，集电环7固定在机头部导流罩2外壳上，随导流罩2旋转,导电刷8固定在机舱外壳5上，导电刷8的一端与电源相连，另一端与集电环7接触实现电连接。集电环7通过导线106与叶根集电环9、导电涂料或导电薄膜11、加热开关形成加热回路。本实施例中，叶片I的加热组件采用直流电，以保证叶片I以获得很好的均匀加热，根据外部温度等变化，用尽可能小的电能，使叶片I维持尽可能低的不产生冰凌的温度。交流电源经过第一交流开关101、调压器102、第二交流开关103后进入整流器104，经整流器104整流后至直流开关105 ;正负极电流经过正负极导线，由导电刷8传输到固定在导流罩2上的集电环7的正极集电环701和负极集电环702，正极集电环701和负极集电环702固定在机头部导流罩2外壳上，随导流罩2旋转。导电刷8包括集电导电刷801、导电刷护套802、弹簧803以及电导电刷支架804，电导电刷支架804固定在机舱外壳5上，相对机舱固定不动。集电导电刷801套设于导电刷护套802中，集电导电刷801的底部与正极集电环701或负极集电环702接触，顶部通过弹簧803连接于电导电刷支架804上，在弹簧803的作用下，集电导电刷801能够始终保持与正极集电环701或负极集电环702良好的接触，使电流不间断地能输送到各个叶片I根部的相应的叶根集电环9的叶根集电环正极901、叶根集电环负极902。加热开关包括无线遥控接收器107和可控硅二极管108，无线遥控接收器107按控制器15的指令控制可控硅二极管108的导通或断开。叶根集电环正极901通过导线106、可控硅二极管108将电流输送到位于叶根部位的叶根集电环负极902，叶根集电环负极902与涂敷在叶片I表面的导电涂料或导电薄膜11相连，使电能沿叶片I表面的导电涂料或导电薄膜11流动，进而加热叶片。以上采用无线技术触发可控硅二极管108的开关方式，实现了对任一叶片I的表面温度单独控制，以防止由于加工制造误差引起的不同叶片I间加热过度或加热不足的问题。而采用可调压直流加热的方式，能够实现采用尽可能低的加热功率，对叶片I进行长时间的通电缓慢均匀加热，而不至于加热过快、过量，在叶片I材料中产生过大的温度差或温度梯度过大，将对叶片I寿命的影响降到最低。如图9 图13所示，本实施例中，将导电涂料或导电薄膜11从叶根集电环正极901处开始，沿叶片I的径向涂覆，一直涂覆到叶尖，然后从叶片I的背面，一直涂覆到叶根集电环负极902，这样形成一个纵贯叶片I表面的加热层。在经过上叶根集电环负极902处，要注意与叶根集电环负极902的绝缘。采用这种涂覆加热的方式，能够使叶片I表面的温度更均匀，在更大面积上保持在合理的范围内，进而降低叶片材料中的温度梯度。以导电涂料采用导电漆为例，该导电漆为采用含铜、银等复合微粒作为导电颗粒，能用于喷涂并在干燥形成漆膜后能起到导电的作用，从而屏蔽电磁波干扰的功能，即它是具有良好导电性能的一种油漆。采用导电涂料或导电薄膜11覆设在叶片的表面，在表面加热，而不采用埋设在叶片基材12中的方式，能够防止对叶片基材12的过度加热。根据需要还可以进一步在导电涂料或导电薄膜11的表面再涂上保护性油漆层13，这样在电加热时，叶片基材12受到影响将会降到最少，而且不影响叶片基材12的内部。在具体实施例中，涂覆的方式，可以数条线或一两层，以保证叶片I加热回路的合理电阻及分布，保证足够的加热量及均匀性即可。以上仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于包括叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件、叶片位置判断组件、布置于每根风机叶片(I)上的加热组件以及控制器(15)，所述叶片位置判断组件用来判断并确定风机转动时各根叶片(I)的身份特征，所述叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件与控制器(15)相连并将检测到的经叶片位置判断组件判断后叶片(I)的表面温度信号传送至控制器(15)，所述控制器(15)经过分析处理后发出加热启动信号至对应叶片(I)的加热组件完成对叶片(I)的加热除冰。
2.根据权利要求I所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述叶片位置判断组件包括一组固定于风机的导流罩(2)上的叶根齿(10)以及固定不动的电磁涡流探头(14)，每根叶片(I)对应一个叶根齿(10)，所有叶根齿(10)的形状均不相同以作为每根叶片(I)的身份区别特征，所述电磁涡流探头(14)对叶根齿(10)进行检测并确定叶片(I)的身份特征。
3.根据权利要求I所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于还包括与控制器(15)相连的环境温度检测组件，所述环境温度检测组件用来实时检测叶片(I)工作的环境温度并将温度信号传送给控制器(15)作为参考温度。
4.根据权利要求I所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述叶片迎风面表面温度检测件为安装于风机导流罩(2)上与每根叶片(I) 一一对应的视频红外测温仪(61)。
5.根据权利要求I所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述叶片背风面表面温度检测件为安装于风机导流罩(2)上固定不动的红外测温仪(6)。
6.根据权利要求I 5中任意一项所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述叶片(I)的加热组件包括集电环(7)、导电刷(8)、叶根集电环(9)、加热开关以及涂敷在叶片(I)表面的导电涂料或导电薄膜(11)，所述集电环(7)固定在风机的导流罩(2)外壳上并随导流罩(2)旋转,所述导电刷(8)固定在风机的机舱外壳(5)上,所述导电刷(8)的一端与交流电源相连，所述导电刷(8)的另一端与集电环(7)接触实现电连接；所述集电环(7)通过导线(106)与叶根集电环(9)、导电涂料或导电薄膜(11)、加热开关形成加热回路。
7.根据权利要求6所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述叶片(I)的加热组件采用直流电，所述交流电源依次经过第一交流开关(101)、调压器(102)、第二交流开关(103)、整流器(104)、直流开关(105)后与导电刷(8)相连。
8.根据权利要求6所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述导电刷(8)包括集电导电刷(801)、导电刷护套(802)、弹簧(803)以及电导电刷支架(804)，所述电导电刷支架(804)固定在机舱外壳(5)上，所述集电导电刷(801)套设于导电刷护套(802)中，所述集电导电刷(801)的底部与集电环(7)接触，所述集电导电刷(801)的顶部通过弹簧(803)连接于电导电刷支架(804)上。
9.根据权利要求6所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述加热开关包括无线遥控接收器(107)和可控硅二极管(108)，所述无线遥控接收器(107)按控制器(15)的指令控制可控硅二极管(108)的导通或断开。
10.根据权利要求6所述的风机叶片自动防冰除冰装置，其特征在于所述导电涂料或导电薄膜(11)从叶根集电环(9)中叶根集电环正极(901)处开始沿叶片(I)的径向涂覆、涂覆到叶尖后经叶片(I)的背面一直涂覆到叶根集电环负极(902)形成一个纵贯叶片(I)表面的加 热层。
专利摘要本实用新型公开了一种风机叶片自动防冰除冰装置，包括叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件、叶片位置判断组件、布置于每根风机叶片上的加热组件以及控制器，叶片位置判断组件用来判断并确定风机转动时各根叶片的身份特征，叶片迎风面表面温度检测件和/或叶片背风面表面温度检测件与控制器相连并将检测到的经叶片位置判断组件判断后叶片的表面温度信号传送至控制器，控制器经过分析处理后发出加热启动信号至对应叶片的加热组件完成对叶片的加热除冰。本实用新型具有自动化程度高、可实现在线监测除冰、提高风机工作适应能力、提高风机使用效率等优点。
文档编号G05D23/20GK202718816SQ201220245659
公开日2013年2月6日 申请日期2012年5月29日 优先权日2012年5月29日
发明者唐其敏 申请人:唐其敏