[发明专利]一种碳晶防冰的方法和采用该方法的风力发电机防冰系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种防止室外设备表面结冰的方法，尤其涉及一种风力发电机采用碳晶加热材料进行电加热防冰或融冰的方法和采用该方法的风力发电机的防冰系统，属于风力发电设备技术领域。

背景技术

2012年冬季，在我国，如南方的一些风电场因风机叶片结冰停运2个多月，造成严重的发电损失；在国外，如俄罗斯、瑞典、加拿大等国家的北部地区，部分风电场因为风机叶片结冰，每年停运长达3个月，一些风场叶片结冰过厚，出现风机倒塌事故；风机叶片结冰是当前迫切需要解决的世界性难题，既影响了现有风力发电机出力，又限制了严寒地区一些优质风资源的开发利用，成为阻碍风电行业发展的技术瓶颈。

中国发明专利申请公开说明书CN 102878036 A公开了一种具有电热融冰装置的风力发电机转子叶片，采用电热融冰装置贴附在叶片的表面、内表面以及夹层中，风机叶片的材料一般为不良热导的复合材料，其融冰装置包括保温层、电热元件和绝缘层，电热元件包括锌白铜低温软丝或镍铬合金电热丝或铬铝合金电热丝的电热芯片，电热丝通电后属于体发热，发热集中在内芯，易造成叶片内部或表面局部过热，造成部分能源浪费，加热过程中没有温度在线监测，属于开环控制方式，叶片局部高温存在着火的隐患，同时该专利描述的电热融冰装置的厚度为2mm-4mm，绝缘散热层为PVC工程塑料，贴附在叶片的表面易发生脱落，贴附在叶片的内表面和夹层中会降低叶片的结构力；叶片在一般冰冻环境条件下，运转状态时防冰或融冰需要消耗的功率较大，而该发明描述设置的最大功率才为400W/m^2，，叶片在旋转发电过程中，叶片融冰以对流热损失为主，叶尖对流热损失最大，要维持靠近叶尖位置的表面温度大于0摄氏度而不结冰，需要提供的能耗超过1000W/m²，可见本专利脱离了实际，较难实现其在线融冰的效果。

中国实用新型专利 201220245659.X公开了一种风机叶片自动防冰除冰装置，采用在叶片表面涂覆导电涂料或覆设导电膜，在使用过程中受热易发生脱落且不便于分区控制，同时该专利描述采用红外测温元件动态中测量叶片背风面和迎风面的某一位置的表面温度，不能代表整个叶片的温度情况，同时该红外测温元件处在外界冰冻环境中易损坏，测量误差大、可靠性低，难以实现其风机叶片防冰的目的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种采用碳晶电热板作为叶片加热材料及其加热控制方案，使风力发电机叶片在运转中升温进行防冰的方法，实现风力发电机在线自动防冰，表面加热均匀、可控、效率高。

本发明另一个要解决的技术问题是提供一种具有简单结构、可靠、稳定、经济的风力发电机的防冰系统，该系统采用碳晶电热板作为叶片防冰的加热材料，叶片的制造工艺简单、防冰加热均匀且不影响叶片的结构强度，采用温度在线监测的闭环控制方式，系统实现自动防冰或融冰。

本发明要解决的技术问题通过下述技术方案予以实现：

对于本发明的一种碳晶防冰的方法来说，将纳米级的可导电的碳晶印刷在载体面上，通过固化、热压工艺制成较薄的具有两个电极的碳晶电热板，设置为叶片组成层的一个层面，作为加热层，在风机叶片制造过程中，根据运转中风机叶片不同半径位置线速度的不同设置不同功率的碳晶电热板，该加热层设置为叶片的表层或次表层，加热层至少分成一个加热区域，每个加热区域的碳晶电热板采用并联或者串联或者串并组合接线方式与加热控制柜中对应区域的功率单元的电源输出端连接，在贴近碳晶电热板和加热区域表面设有温度传感器，通过树脂真空灌注工艺将碳晶电热板、温度传感器和其它组成层在叶片模具内浇铸为一整体，每个加热区域的温度传感器与加热控制柜中对应区域的信号输入端相连，检测环境温度、湿度、风速的测定仪与加热控制柜信号采集输入端相连，加热控制柜中PLC或单片机根据预先设置的模型综合分析环境温度、湿度、风速信号来判断和控制防冰控制系统的启停，防冰控制系统启动后，PLC或单片机依据监测各加热区域的温度信号控制对应区域的功率单元来调整对应区域碳晶电热板的加热功率，防冰控制系统对各加热区域控制为同时或交替工作方式，进行自动防冰或融冰。