[发明专利]一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统及其设计方法

权利要求书

1.一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，包括热风生成及循环系统、第一通风管(5)、挡风板(6)、第一抽风管(9)、引风机(10)、第二通风管(11)、第三通风管(12)、连接风管(17)、第四通风管(18)、回流挡板(25)、第二抽风管(26)和第三抽风管(27)；

挡风板(6)设在叶片前缘(7)与第一腹板(13)之间，挡风板(6)上开设有通风孔，通风孔通过第一通风管(5)与热风生成及循环系统的出风装置连接；回流挡板(25)设在第一腹板(13)与叶片尾缘(15)之间，第二抽风管(26)穿过回流挡板(25)伸入第一腹板(13)与第二腹板(14)之间，第三抽风管(27)穿过回流挡板(25)伸入第二腹板(14)与叶片尾缘(15)之间，第二抽风管(26)和第三抽风管(27)均连接至热风生成及循环系统的回风装置；第一抽风管(9)穿过回流挡板(25)伸入第一腹板(13)与叶片尾缘(15)之间，第一抽风管(9)通过引风机(10)与第三通风管(12)连接；叶片中段的叶片前缘(7)上设置有若干热气喷出孔；第四通风管(18)设置在叶片前缘(7)处的叶片内表面(20)上，且平行于叶片展向；第四通风管(18)与第三通风管(12)连接，同时通过若干连接风管(17)分别与若干热气喷出孔连接；热气喷出孔喷出的热气流经空气来流的裹挟在叶片外表面(19)形成热空气薄层。

2.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，热风生成及循环系统包括设在叶根(1)内的鼓风机(2)、加热器(3)和控制器(16)，鼓风机(2)的入口连接有引风管，引风管开口处设有电动阀门(24)，鼓风机(2)的出口与加热器(3)的入口连接，加热器(3)的出口与第一通风管(5)连接；第二抽风管(26)和第三抽风管(27)汇合至第二通风管(11)，第二通风管(11)连接至引风管；鼓风机(2)、加热器(3)、引风机(10)和电动阀门(24)分别与控制器(16)连接。

3.根据权利要求2所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，加热器(3)的出口处设有热电偶(4)，热电偶(4)与控制器(16)连接。

4.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，热气喷出孔包括第一热气喷出孔(22)和第二热气喷出孔(23)，若干第一热气喷出孔(22)的轴线相对叶片弦线斜向叶片吸力面设置，若干第二热气喷出孔(23)的轴线相对叶片弦线斜向叶片压力面设置。

5.根据权利要求4所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，若干第一热气喷出孔(22)的间隔相等，若干第二热气喷出孔(23)的间隔相等。

6.根据权利要求4所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，第一热气喷出孔(22)的轴线与叶片弦线的夹角为45°～60°，第二热气喷出孔(23)的轴线与叶片弦线的夹角为45°～60°。

7.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，叶片内表面、第一腹板(13)或第二腹板(14)上固定有若干基板(21)，挡风板(6)和回流挡板(25)可拆卸地连接安装在基板(21)上。

8.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，第三通风管(12)设在第四通风管(18)一侧的中部，若干连接风管(17)均布在第四通风管(18)的另一侧。

9.根据权利要求8所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，第四通风管(18)为文丘里管结构。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统的设计方法，其特征在于，包括：

S1：根据风机的主要风速范围及翼型，确定能被叶片前缘(7)前方空气来流顺利裹挟并能沿着叶片表面流动以形成空气薄层的喷射气流的位置、速度值与方向，对上述数值进行优化；

S2：结合上述优化后的数值，模拟不同的通风孔直径条件下，热气喷出孔所喷射气流形成的空气薄层在叶片展向方向上的有效宽度，选定合适的热气喷出孔直径；

S3：确定需要布置热气喷出孔的叶片中段的长度，初步确定叶片前缘(7)展向方向上需要设置的热气喷出孔的数量，使整个需要设置热气喷出孔的叶片表面能形成连续的相对均匀的空气薄层；

S4：采用数值模拟对所有热气喷出孔在S1～S3中已确定的参数下运行时的空气薄层形成展开观察，进行参数的优化调整，形成热气喷出孔最终的设计参数；

S5：计算单个热气喷出孔的喷气流量，以及热气喷出孔的数量，计算引风机(10)的抽气量；

S6：根据第三通风管(12)、第四通风管(18)和连接管道(17)的结构参数，计算所有抽取气流量的沿程阻力，并对各管道的管径进行优化，减少阻力损失；

S7：基于抽气量与阻力损失，对引风机(10)进行选型，并确定热风生成及循环系统的主要运行参数，使得热风生成及循环系统补充的空气量与引风机(10)的抽气量保持平衡。