[发明专利]风力机在线防冰除冰装置

说明书

技术领域

本发明涉及设备除冰领域，具体涉及一种用于风力发电的风力机的在线防冰、除冰装置。

背景技术

风能是非常重要且储量巨大的安全、洁净能源，风力发电是风能利用的主要形式。然而安装在寒冷地区的风力发电机组，风力机桨叶的结冰问题是影响其安全可靠性的主要因素之一，当风力机桨叶大量覆冰时，将产生如下严重影响：

(1)翼型表面的粗糙度增加、翼型发生改变，从而降低风力机桨叶的气动特性，导致风力机的效率降低，机组的功率输出减少；严重覆冰时将导致风力发电机组非计划停机，影响电网系统的安全稳定运行。

(2)叶片的质量增加，从而增加了转子的载荷，并使转子产生质量不平衡，引发转子及传动系统振动，导致风力机桨叶的轴承损坏及风力机桨叶疲劳断裂。

基于上述原因，研究冬季寒冷地区特别是湿冷地区风力机桨叶的防冰、除冰技术，对于风电场及大型风力机的安全、经济、高效运行具有重要的意义。但是，目前还没有成熟的风力机桨叶除冰技术，对于风力机桨叶覆冰，一股采取停机处理，影响了电网系统的正常运行，限制了对风能的利用。

发明内容

本发明针对上述现有技术的缺点，提供一种可以实现风力机在线防冰除冰，具有不损伤风力机桨叶材料、能耗低、成本低、维修简单的优点的风力机在线防冰除冰装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种风力机在线防冰除冰装置，它包括超声波发生器和用于在风力机桨叶的表面产生超声兰姆波和水平剪切波的除冰单元，所述除冰单元由设于风力机桨叶内表面的多个压电换能器组成，所述压电换能器的输入端分别与所述超声波发生器的输出端相连。

作为本发明的进一步改进：

所述压电换能器为条状，所述除冰单元中各压电换能器沿着同一方向呈阵列状分布。

所述除冰单元中平行分布的两个相邻压电换能器之间的距离L为：

L＝(n+1/2)λ_R，

其中n为自然数，λ_R为所述除冰单元产生的超声兰姆波或者水平剪切波在风力机桨叶的表面传播的波长；

所述压电换能器沿着所述风力机桨叶的长度方向设置；

所述压电换能器的基体为压电陶瓷片，所述压电陶瓷片的两侧分别固设有金属电极，所述金属电极分别与所述超声波发生器的输出端相连；

所述除冰单元的长度a为风力机桨叶的整体长度A的2/3，且除冰单元设于所述风力机桨叶靠根部的一侧；

所述除冰单元的宽度b为风力机桨叶整体宽度B的1/3。

所述超声波发生器装设于风力机的舱体内。

本发明具有下述优点：本发明中设于风力机桨叶的内表面的除冰单元可以在风力机桨叶表面激发超声兰姆波和水平剪切波，可以在不停机的情况下，对风力机桨叶实现在线防冰除冰，在不损伤风力机桨叶材料的前提下，可有效防止并消除风力机桨叶的结冰问题，大大减少风力机的非计划停机，保证风力机在寒冷天气提供持续电力供应，提高风力机的风能利用效率，具有不损伤风力机桨叶材料、能耗低、成本低、无重结冰现象的优点。

压电换能器为条状且平行分布的两个相邻压电换能器之间的距离L为L＝(n+1/2)λ_R，能够提高除冰单元激发超声兰姆波或者水平剪切波的能效比；压电换能器沿着风力机桨叶的长度方向设置，使得压电换能器能够尽可能贴着风力机桨叶的表面，可以有效提高除冰单元在风力机桨叶表面的防冰除冰能力；压电换能器的基体为压电陶瓷片，结构简单，成本低。

除冰单元设于风力机桨叶靠根部的一侧，且长度为风力机桨叶长度的2/3、宽度为风力机桨叶宽度的1/3，对风力机桨叶的载荷影响较小；此外，超声波发生器设于风力机的机舱内，可以进一步减少风力机桨叶的载荷，可以有效保证风力机的风能利用效率。

附图说明

图1为本发明实施例安装于风力机上的结构示意图；

图2为本发明实施例中除冰单元的结构示意图；

图3为本发明实施例的除冰原理示意图；

图4为本发明实施例中压电换能器的结构示意图；

图5为本发明实施例中除冰单元在风力机桨叶宽度方向的安装结构示意图；

图6为本发明实施例中除冰单元在风力机桨叶长度方向的安装结构示意图；

图7为本发明实施例中超声波发生器的结构示意图。

具体实施方式