[发明专利]大型风力发电机叶片除冰方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种叶片除冰方法，尤其涉及一种大型风力发电机叶片除冰方法。

背景技术

 随着能源短缺和生态环境的日益恶化，风力发电机在全球范围的应用越来越广泛，不单是在气候比较适宜的地区应用，而且在气候比较寒冷的地区也适用。在寒冷的地区，风力发电机叶片的空气动力学特性极容易受到结冰的影响，风力发电机的叶片上易结冰，随着冰层的增厚，翼型上会承受较大的重力，使得升力翼面被改变，从而使得叶片的空气动力学性能下降，影响风力发电效率。因此，对叶片进行除冰显得尤为重要。

 现有技术中，最具代表性的除冰方法是丹麦维斯塔斯风力系统有限公司和美国通用电气公司提出的除冰方法。

 丹麦维斯塔斯风力系统有限公司申请的专利，公开号101821500A公开的“用于给风轮机的叶片除冰的方法、风轮机及其使用”，采取在风力发电机停机后叶片除冰的方法，即通过叶片变桨电机使叶片形成加速变桨后减速的颤抖，抖掉叶片上的结冰。该方法的缺点是，对于大型风力发电机而言，其根部因为振动的幅度比较小，很难将覆于叶片根部的冰层除掉，当冰层达到一定厚度的时候，很难仅仅通过增大颤抖的方法将冰层完全除掉；而且，这种依靠增大颤动幅度的除冰方法，不但很难将根部的结冰去除，而且形成较大的冲击载荷，对整个风力发电机系统造成冲击，降低相关零部件的使用寿命，从而降低风力发电机组的安全性和可靠性。

 美国通用电气公司申请的专利，公开号1727673公开的“用于除去翼型或转子叶片上的冰的方法和装置”，该方法通过装在风力发电机叶片上的加热装置加热空气，采用鼓风机将热空气输送到叶片内的循环通道内，热空气从叶根流向叶尖，再从叶尖流向叶根进行循环加热。这种方法的缺点是，对于大功率风力发电机，叶片比较长，当结冰量比较大时，叶片吸收的热量很难达到融冰所需的要求；而且，对于叶片叶尖部分，热空气无法到达，附于叶尖部分的冰层难以除掉。由于叶片的材料一般为布、树脂、木材、碳纤维等材料，若强行通过加热装置提高热空气的温度，不仅耗电量大，而且可能引起叶片燃烧，极不安全。

发明专利内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种可充分除去叶片结冰，且安全性和可靠性更高，可大规模使用的大型风力发电机叶片除冰方法。

本发明提供的大型风力发电机叶片除冰方法，包括如下步骤：

（1）、将结冰探测器设置在叶片表面，采用结冰探测器采集叶片上的结冰信号，并将信号输入结冰速率解算器，结冰速率解算器发出速率信号输入控制器，控制器启动空气加热系统，采用鼓风机将空气加热系统加热后的热空气输入叶片内的循环通道中，与叶片热交换后流出循环通道的空气再进入空气加热系统；

（2）、采用叶片表面设置的液态水含量探测器检测冰层吸热融化产生的液态水，并将信号输入液态水生成速率解算器，液态水生成速率解算器发出速率信号输入控制器，在液态水生成速率解算器检测的液态水的生成速率大于零并且不断加快时，控制器发出控制信号，启动变桨系统和偏航系统，使变桨系统和偏航系统形成先加速后减速运动，叶片产生颤振并抖掉叶片上已开始融化的冰层。

与现有技术相比，本发明的大型风力发电机叶片除冰方法具有如下优点：  

    1、与现有技术中单一的除冰方法相比，使用热空气循环和颤振相结合的方法，能够更有效地除去叶片上的所有覆冰，保持风力发电机叶片的空气动力学特性。

2、采用结冰探测器和液态水含量探测器采集信号，能够及时有效地检测出叶片上覆冰情况，并将检测信号发送到控制器，及时采取相应的除冰响应。

3、利用先加热后颤振的方法，能够有效地除去叶根部分通过颤振法难以除去的冰层。

4、利用热空气循环与颤振相结合的方法，能够通过颤振有效地除去叶尖部分热空气达不到的位置所覆的冰层。

5、先采用热空气与叶片进行热交换，再采用颤振的方法除冰，能够降低除冰所需要的热量，对加热系统的加热功率要求较低，达到节省能量的目的，同时还能避免因为叶片腔体内温度过高而造成的不安全因素。

6、先采用热空气循环加热，再采用颤振的方法，能够降低冰层与叶片结合的紧密度，降低冰层与叶片的吸附力，从而降低颤振除冰的颤振幅度，维持相关零部件的使用寿命。

附图说明

图1为大型风力发电机叶片除冰装置的结构示意图；

图2为大型风力发电机叶片除冰方法的控制流程图。