[发明专利]一种包括风机叶片除冰系统的除冰方法

说明书

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种包括风机叶片除冰系统的除冰方法。所述除冰系统包括具有叶根和叶尖的叶片、除冰装置、结冰诊断装置；所述除冰装置包括石墨烯涂层、加热电极、控制器；所述石墨烯涂层包括石墨烯涂层环和石墨烯涂层条，所述石墨烯涂层环在与叶片弦线垂直的横断面上成环状，形成从叶根至叶尖方向的风机叶片外壳内壁上的多个不同间距的石墨烯涂层环，沿叶片内壁的前缘和后缘线上分别设有从叶根至叶尖的连接所述石墨烯涂层环的石墨烯涂层条。本发明采用石墨烯涂层条与石墨烯涂层环相结合的方式，设计特殊分布结构、尺寸与连接关系，确保叶片除冰效果的稳定、可靠。

所属技术领域

本发明属于风力发电技术领域，尤其涉及一种包括风机叶片除冰系统的除冰方法。

背景技术

风电叶片表面出现覆冰，这会导致叶片的性能以及风力发电机组功率输出无法达到设计要求，并且也对风场、机组运行及人员安全带来一定的影响。因此，叶片的防冰与除冰显得尤为重要。现有的除冰方式主要包括机械除冰与热力除冰，前者主要利用机械方法把冰破碎，然后靠气流吹除，或者利用离心力、振动把冰除去，但这样会给叶片结构带来机械损坏的风险；而后者大多直接采用电阻丝加热用以除冰，然而，采用电阻丝加热的方法会导致能源浪费、总体成本较高，以及人工维护不方便等问题。

本发明设计一种基于石墨烯加热涂层的风机叶片除冰系统的除冰方法来解决如上问题。

发明内容

为解决现有技术中的上述缺陷，本发明公开一种基于石墨烯加热涂层的风机叶片除冰系统，它是采用以下技术方案来实现的。

一种包括风机叶片除冰系统的除冰方法，其特征在于：所述除冰系统包括具有叶根和叶尖的叶片、除冰装置、结冰诊断装置；所述除冰装置包括石墨烯涂层、加热电极、控制器；所述石墨烯涂层采用多层石墨烯结构，其由低于8nm的苯环结构周期性紧密堆积的碳原子以不同的堆垛方式所构成；

制备所述石墨烯涂层的石墨烯浆料通过氢碘酸还原氧化石墨烯得到，通过在模具中依次刮膜、热处理、再刮膜、抛光，得到石墨烯涂层，所述石墨烯涂层包括石墨烯涂层环和石墨烯涂层条，并且将石墨烯涂层在叶片组装之前即平铺在叶根至叶尖方向的叶片外壳的内壁上，所述石墨烯涂层在与叶片弦线垂直的横断面上成环状，形成从叶根至叶尖方向的风机叶片外壳内壁上的多个不同间距的石墨烯涂层环；和/或同时沿叶片内壁的前缘和后缘线上分别设有从叶根至叶尖的贯穿于所述石墨烯涂层环的石墨烯涂层条，该石墨烯涂层条将所述具有不同间距的石墨烯涂层环连接，以便温度从石墨烯涂层条传导至石墨烯涂层环，进而在各石墨烯涂层环之间迅速传递；在所述石墨烯涂层的边缘区域沿着叶片叶根至叶尖的方向布置有加热电极，所述加热电极通过电源线连接控制器；

分别在叶片前缘与后缘沿线布置数个结冰诊断装置，所述结冰诊断装置检测所处位置的邻域面积区间内的结冰层平均厚度，判断所述结冰层厚度是否超过设定的厚度阈值，若是，则启动除冰装置，电源供电并通过控制器控制电极传导至石墨烯涂层以对叶片进行加热，若结冰诊断装置检测到结冰层平均厚度低于所述厚度阈值，则不启动除冰装置；

作为本技术的进一步改进，所述结冰诊断装置在叶片前缘与后缘沿线分别均布置三个，其分别位于叶根、叶尖、叶片前缘/后缘中点处；所述启动除冰装置的条件具体为在叶根、叶尖、叶片前缘/后缘中点分别至少有一处的结冰层厚度超过设定厚度阈值；

作为本技术的进一步改进，所述石墨烯涂层环的厚度为20-25μm，宽度为10-13mm或50-63mm；从叶根至叶尖的方向，所述石墨烯涂层环之间的间距以单调递减函数关系趋势减小，以使叶片叶尖处获得更高的比面加热功率，或者所述函数关系为f(x)=|-x+cos(x)|，其中，x为区间（0，N）之间的正整数，N为一根叶片上的石墨烯涂层环总数，f(x)为从叶根至叶尖方向的各个相邻石墨烯涂层环截面中心线之间的距离，其最小值趋近于零；