[实用新型]一种结冰监测与除冰的风电叶片表面结构

说明书

本实用新型公开了一种结冰监测与除冰的风电叶片表面结构。包括用于检测风电叶片表面结冰的监测换能器阵列和用于除去风电叶片表面结冰的除冰换能器阵列，所述的监测换能器阵列和除冰换能器阵列均布置在风电叶片蒙皮层的内侧或者风电叶片内腔的上下表面或者两者的结合：风电叶片沿自身长度方向分为多段区域，每段区域中，紧挨风电叶片的肋板沿肋板方向间隔布置除冰换能器阵列，形成除冰换能器阵列，并且在每段区域的边缘布置一圈监测换能器，形成监测换能器阵列。本实用新型实现了叶片结冰位置和面积等综合信息的定量监测，进行强度可控和区域可设定的主动除冰，使除冰和防冰更为高效、节能且智能。

技术领域

本实用新型属于新能源产业中超声导波无损检测及功率导波应用技术领域，具体涉及一种结冰监测与除冰的风电叶片表面结构。

背景技术

我国风能储备丰富，但风资源主要分布在寒冷的北方、高海拔和沿海地区，据统计在1000米海拔高度以上每增加100米风速增大约0.1m/s，在高海拔和寒冷地区，结冰成为影响风机运行效率和安全的最大问题。风电叶片结冰会改变叶片的外部形状和气动性能，增大叶片阻力，减小升力，影响全机操纵性和稳定性，最终导致风能的转化效率降低，叶片覆冰导致机组不平衡、负载增大容易过载；结冰严重时，机组不得不脱网停机，否则可能造成叶片断裂，引发机组自燃甚至坍塌等严重的安全事故。当前，对风电叶片结冰进行监测并自适应进行除冰具有很大的意义。

对于风电叶片结冰进行监测常用的方法有光学成像法、电热法、电容法等。上述基于单个传感器的检测技术对于风电叶片存在明显不足，首先由于风电叶片结冰的不均匀和传感器安装数量的有限，因此存在大范围的探测盲区；其次由于某些位置，很多传感器需安装在外表面直接接触冰层，这会影响结构的空气动力学性能。对于风电叶片除冰常用的方法有冰点抑制法、热融法和表面变形法等。这些方式都存在各自的不足，可能对风电叶片造成损伤或者对环境造成污染等等。因此研发一种简单高效、低成本、能够实现对风电叶片进行结冰监测与自适应除冰一体化系统成为当前研究的热点之一。

实用新型内容

本实用新型意为克服风电叶片超声导波检测领域的不足，提出了一种结冰监测与除冰的风电叶片表面结构。

本实用新型采用的技术方案是：

本实用新型包括用于检测风电叶片表面结冰的监测换能器阵列和用于除去风电叶片表面结冰的除冰换能器阵列，所述的监测换能器阵列和除冰换能器阵列均布置在风电叶片蒙皮层的内侧或者风电叶片内腔的上下表面或者两者的结合：风电叶片沿自身长度方向分为多段区域，每段区域中，紧挨风电叶片的肋板沿肋板方向间隔布置除冰换能器阵列，形成除冰换能器阵列，并且在每段区域的边缘布置一圈监测换能器，形成监测换能器阵列。

所述的除冰换能器阵列布置在风电叶片的肋板的一侧或者两侧。

所述的监测换能器阵列中，在相邻区域之间的邻边边缘处各自的两排垂直于风电叶片长度方向的监测换能器合并为一排。

所述的监测换能器阵列采用的是片上相控阵磁致伸缩导波换能器。

所述的除冰换能器阵列采用的是多层堆叠式磁致伸缩薄片结构，使总输出应变为单片材料的多倍。

本实用新型的优点在于：

第一，本实用新型实施可实现结冰监测和除冰，使除冰与防冰由被动变主动，不受叶片和复杂区域的限制；

第二，本实用新型使除冰更为高效且减少能耗，充分发挥了超声导波兼具传感与驱动的特色，体现了高效、节能和智能的特点。

附图说明

图1是本实用新型多通道监测系统框图；

图2是本实用新型区域划分和换能器阵列整体布置示意图；

图3是本实用新型换能器阵列局部放大安装示意图；