[发明专利]一种风机叶片分区电热除冰装置

说明书

本发明涉及一种风机叶片分区电热除冰装置，属于风力发电领域。本发明包括分区除冰控制柜、外部结冰传感检测装置、石墨烯电热膜、电控开关以及太阳能光伏板；分区除冰控制柜根据结冰传感检测装置反馈的结冰信号，控制各分区石墨烯电热膜独立工作；根据叶片结冰特点将叶片划分多个加热分区，并针对性将石墨烯电热膜采用纵向布置或横向布置。各分区石墨烯电热膜工作一定时间后，风机变桨系统和偏航系统进行一定的变速运动，叶片产生颤震从而抖落加热后附着力变低的冰层。本发明能实现各分区独立加热，针对叶片结冰特点采用针对性热源布置，并利用叶片颤震，不仅降低了非必要能耗，而且大大提高了除冰效率。

技术领域

本发明涉及一种风机叶片分区电热除冰装置，属于风力发电技术领域。

背景技术

寒冷地区更高的空气密度会带来大约10％的额外发电量，因此风电场多建设在高纬度、高海拔的寒冷地区。这些地区冬季由于气温低、空气湿度大，极易造成风力发电机叶片覆冰。

叶片覆冰改变叶片外型而使其气动性能改变，严重影响着风机的输出效率。同时,由于覆冰的增加,不仅叶片负荷加重严重影响其机械强度，而且叶片质量分布的不平衡,会产生不对称载荷,引发机械故障甚至停机。因此，针对风力发电机叶片除冰技术的研究具有重大现实意义。

现在存在的防除冰技术主要有：气热除冰，电热除冰，机械除冰，超声波除冰，电脉冲除冰以及疏水涂层防冰等等。其中以美国通用电气公司发明的热鼓风机除冰方式最具代表性，并且该方法在Encrocn公司已经有应用实例，通过鼓风装置将工业加热装置产生的热量以热空气形式在叶片内循环，实现热风循环传热除冰，但热鼓风机大大增加了叶片载荷，同时传热效率低下。此外各国研究人员针对其他除冰方式也做了相关研究，也提出了相应措施。

但目前尚未有一种完善的叶片除冰控制装置。风机覆冰问题已经严重阻碍国内外风电产业的发展。因而探究风机叶片的覆冰特性及规律，探寻合理高效的风机除冰装置已迫在眉睫。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种风机叶片分区电热除冰装置，用于克服现有风电场叶片除冰方法效率低下，能耗大等不足。

本发明技术方案是：一种风机叶片分区电热除冰装置，包括分区除冰控制柜 1、外部结冰传感检测装置、石墨烯电热膜2、电控开关以及太阳能光伏板13；所述外部结冰传感检测装置与分区除冰控制柜1连接用于实时监测风机叶片上各加热分区的结冰情况并反馈给分区除冰控制柜1，分区除冰控制柜1收到某分区反馈的结冰信号后，分区除冰控柜1通过电控开关控制该结冰区域石墨烯电热膜2对各加热分区进行单区域电热除冰；石墨烯电热膜2设置在风机叶片叶根部分是纵向布置于叶片内，石墨烯电热膜2设置在风机叶片叶尖部分是设置叶片前缘和后缘，叶片前缘和后缘中间用横向条状石墨烯电热膜2连接。分区石墨烯电热膜2在结冰分区进行一定时间电加热后，冰面与叶片之间会产生水膜间隙，从而使积冰粘附力降低，通过风机变桨系统和偏航系统进行一定范围内的变速运动，叶片产生颤震从而抖落加热后附着力变低的冰层。

作为本发明的进一步方案，风机叶片从叶根至叶尖依次划分为加热分区Ⅰ9、加热分区Ⅱ10、加热分区Ⅲ11和加热分区Ⅳ12，所述外部结冰传感检测装置包括安装在各加热分区内的分区一结冰传感器3，分区二结冰传感器4、分区三结冰传感器5和分区四结冰传感器6，分区一结冰传感器3，分区二结冰传感器4、分区三结冰传感器5和分区四结冰传感器6依次分别设置在加热分区Ⅰ9、加热分区Ⅱ10、加热分区Ⅲ11和加热分区Ⅳ12上；加热分区Ⅰ9位于叶片根部，采用十根长条形石墨烯电热膜2纵向布置于叶片内，加热分区Ⅱ10、加热分区Ⅲ11、加热分区Ⅳ12均位于靠近叶尖处，采用阶梯状布置，两侧石墨烯电热膜2用于加热叶片前缘和后缘，中间用横向条状石墨烯电热膜2连接，横向条状石墨烯电热膜2数量由加热分区Ⅳ12至加热分区Ⅲ11、加热分区Ⅱ10依次递减。

作为本发明的进一步方案，所述外部结冰传感检测装置采用若干个结冰传感器，型号为Model 9734-SYSTEM。Model 9734-SYSTEM重量轻,易于安装,结构紧凑，能完全独立运行。