[发明专利]一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组及其工作方法

权利要求书

1.一种具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，包括叶片(1)、轮毂(2)、机舱(3)、低速轴(4)、发电机高速轴(5)、齿轮传动系统、热泵回路高速轴(8)、热泵循环回路、叶片除冰换热器(10)、发电机冷却换热器(12)、叶片除冰循环回路、叶片除冰装置(16)和外部冷却回路；

叶片(1)与轮毂(2)连接，轮毂(2)与低速轴(4)连接，低速轴(4)与齿轮传动系统连接，齿轮传动系统两个输出端分别与发电机高速轴(5)和热泵回路高速轴(8)连接；发电机高速轴(5)与发电机连接，发电机冷却换热器(12)设在发电机内；热泵循环回路包括压缩机(9)，热泵回路高速轴(8)与压缩机(9)连接；叶片除冰装置(16)设在叶片内部；叶片除冰循环回路上设有加热器(14)和除冰风机(17)，叶片除冰循环回路与叶片除冰装置(16)连通；叶片(1)上设有叶尖测温仪(18)；热泵循环回路与叶片除冰循环回路在叶片除冰换热器(10)中交流换热，热泵循环回路与外部冷却回路在发电机冷却换热器(12)中交流换热。

2.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，齿轮传动系统包括第一齿轮(6)、第二齿轮(7)和第三齿轮组，第一齿轮(6)分别与第二齿轮(7)和第三齿轮组啮合，第二齿轮(7)与热泵回路高速轴(8)连接，第三齿轮组与发电机高速轴(5)连接。

3.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，热泵循环回路还包括膨胀阀(11)、冷凝器和蒸发器，冷凝器与叶片除冰换热器(10)的热侧连接，蒸发器设在发电机内部，且与发电机冷却换热器(12)的热侧连接。

4.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，外部冷却回路的进口和出口均设在机舱(3)外部，外部冷却回路与发电机冷却换热器(12)的冷侧连接，外部冷却回路上设有控制阀和发电机冷却风机(13)。

5.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，叶片除冰循环回路通过旋转接头(15)与叶片除冰装置(16)连接，旋转接头(15)设在轮毂(2)内部。

6.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，叶片除冰装置(16)为若干串联的散热器。

7.根据权利要求1所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，叶片除冰装置(16)为在叶片内部迂回设置的弯管。

8.根据权利要求7所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组，其特征在于，弯管在叶片前缘的布置密度大于叶片后缘。

9.根据权利要求1～8任意一项所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组的工作方法，其特征在于，包括：

叶片(1)捕获风能，通过轮毂(2)的旋转带动低速轴(4)旋转，低速轴(4)通过齿轮传动系统带动发电机高速轴(5)旋转，发电机高速轴(5)带动发电机发电；

当环境温度高于凝冰点时，热泵循环回路不工作，热泵回路高速轴(8)脱离齿轮传动系统；发电机通过外部冷却回路进行冷却；

当环境温度低于凝冰点时，热泵回路高速轴(8)接入齿轮传动系统，热泵循环回路开始工作；叶片除冰循环回路中的除冰气流在叶片除冰换热器(10)中与热泵循环回路中的介质进行换热，除冰气流温度升高后进入叶片(1)中的叶片除冰装置(16)，对叶片(1)进行加热除冰；

叶尖测温仪(18)实时测量叶片(1)尖端的温度并反馈至热泵循环回路，调节压缩机(9)载荷，逐渐增加压缩机(9)出力，直至叶片(1)尖端的温度高于预设温度；

当压缩机(9)运行于最大功率时，若叶片(1)尖端的温度仍然低于凝冰点，则开启加热器(14)对除冰气流进行辅助加热，直至叶尖测温仪(18)测量的温度高于预设温度；

当压缩机(9)运行于最大功率时，若发电机冷却未达到冷却效果，开启外部冷却回路进行辅助冷却，直至发电机内部循环气流温度符合要求。

10.根据权利要求9所述的具有热泵自除冰系统的风力发电机组的工作方法，其特征在于，预设温度为凝冰点+3℃，压缩机最大功率不大于风力发电机组额定功率的5％。