本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及基于空氣加熱的風(fēng)機(jī)葉片防冰、除冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在溫度低，濕度大，海拔高的地方，風(fēng)機(jī)葉片很容易結(jié)冰。葉片結(jié)冰后會(huì)導(dǎo)致葉片過(guò)載和載荷不均衡，造成風(fēng)機(jī)運(yùn)行效率降低。葉片結(jié)冰狀態(tài)下繼續(xù)運(yùn)行還會(huì)改變?nèi)~片原有的翼型，導(dǎo)致槳葉氣動(dòng)性能惡化，造成風(fēng)能捕獲能力急劇下降，積冰嚴(yán)重時(shí)載荷增加，震動(dòng)加劇，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?dǎo)致葉片斷裂，對(duì)發(fā)電機(jī)組產(chǎn)生非常大的危害。結(jié)冰嚴(yán)重時(shí)，機(jī)組必須脫網(wǎng)停機(jī)，機(jī)組利用率下降，造成發(fā)電量損失。另外葉片結(jié)冰后，隨著溫度升高，冰塊就會(huì)脫落，脫落冰塊被甩出的距離可達(dá)1.5倍葉尖高度，對(duì)機(jī)組和現(xiàn)場(chǎng)人員會(huì)造成較大的安全隱患。

但是，現(xiàn)有的空氣加熱的風(fēng)機(jī)葉片除冰系統(tǒng)存在除冰速度慢、能耗大、成本高、加熱不均勻、熱風(fēng)難以到達(dá)葉尖等技術(shù)問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種能有效防止風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰，并使風(fēng)機(jī)葉片加熱均勻、有效去除風(fēng)機(jī)葉片上的結(jié)冰，且能耗和成本低的基于空氣加熱的風(fēng)機(jī)葉片防冰、除冰系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

基于空氣加熱的風(fēng)機(jī)葉片防冰、除冰系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)輪轂、風(fēng)機(jī)葉片、葉片內(nèi)支撐骨架擋板，所述風(fēng)機(jī)葉片與風(fēng)機(jī)輪轂連接，所述葉片內(nèi)支撐骨架擋板與風(fēng)機(jī)葉片連接；

還包括控制器、加熱器、通風(fēng)管、冰探測(cè)器、溫濕度傳感器、電動(dòng)渦輪增壓器、多個(gè)葉片內(nèi)溫度傳感器；

所述溫濕度傳感器與風(fēng)機(jī)輪轂連接；所述冰探測(cè)器與風(fēng)機(jī)葉片連接；

所述通風(fēng)管安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板內(nèi)側(cè)，并在通風(fēng)管上設(shè)置通風(fēng)孔；

所述加熱器安裝在通風(fēng)管前端的進(jìn)風(fēng)口處，所述電動(dòng)渦輪增壓器安裝在加熱器前端的進(jìn)風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)葉片上；

所述葉片內(nèi)溫度傳感器安裝在葉片內(nèi)支撐骨架擋板的外側(cè)和內(nèi)腔；

所述控制器分別與溫濕度傳感器、冰探測(cè)器、加熱器、電動(dòng)渦輪增壓器、葉片內(nèi)溫度傳感器電性連接；

當(dāng)冰探測(cè)器沒(méi)有結(jié)冰信號(hào)輸出時(shí)，控制器根據(jù)溫濕度傳感器所探測(cè)到的溫濕度信息，向加熱器發(fā)送控制指令，控制加熱器小功率運(yùn)行，防止風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰；

當(dāng)冰探測(cè)器有結(jié)冰信號(hào)輸出時(shí)，控制器將根據(jù)結(jié)冰厚度控制加熱器大功率運(yùn)行；使風(fēng)機(jī)葉片的溫度上升去除結(jié)冰；

控制器根據(jù)當(dāng)葉片內(nèi)溫度傳感器所監(jiān)測(cè)的溫度信息，對(duì)電動(dòng)渦輪增壓器轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使從加熱器出來(lái)的熱風(fēng)迅速到達(dá)風(fēng)機(jī)葉片的遠(yuǎn)端，使風(fēng)機(jī)葉片受熱均勻。

進(jìn)一步地，所述控制器對(duì)加熱器輸出功率的控制為閉環(huán)線性控制。

進(jìn)一步地，所述控制器對(duì)電動(dòng)渦輪增壓器渦輪轉(zhuǎn)速的控制為閉環(huán)線性控制。

進(jìn)一步地，所述通風(fēng)管的末端分別與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的內(nèi)側(cè)連接，將風(fēng)機(jī)葉片分割成多個(gè)通道；所述通風(fēng)管的內(nèi)腔與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板末端的內(nèi)側(cè)形成送風(fēng)通道；通風(fēng)管外側(cè)與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的內(nèi)側(cè)形成內(nèi)回風(fēng)通道；所述兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的外側(cè)形成外回風(fēng)通道；所述送風(fēng)通道與外回風(fēng)通道在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的頂端聯(lián)通。

進(jìn)一步地，所述葉片內(nèi)溫度傳感器為14個(gè)，分別均布安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的兩側(cè)。

進(jìn)一步地，所述加熱器、電動(dòng)渦輪增壓器安裝在風(fēng)機(jī)葉片與風(fēng)機(jī)輪轂連接端的風(fēng)機(jī)葉片的根部。

采用上述技術(shù)方案，由于采用了控制器、加熱器、通風(fēng)管、冰探測(cè)器、溫濕度傳感器、電動(dòng)渦輪增壓器、多個(gè)葉片內(nèi)溫度傳感器等技術(shù)特征。通過(guò)控制器對(duì)加熱器、電動(dòng)渦輪增壓器閉環(huán)線性控制，通風(fēng)管將風(fēng)機(jī)葉片分割成多個(gè)通道，使得本發(fā)明能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)外部環(huán)境的溫濕度，并根據(jù)溫濕度的變化，以及結(jié)冰情況等做出相適應(yīng)的控制，及時(shí)調(diào)整加熱器的輸出功率和電動(dòng)渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速，有效防止風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰和葉片內(nèi)部溫度均衡控制。當(dāng)出現(xiàn)突變的天氣變化，風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰后，控制器能根據(jù)結(jié)冰探測(cè)器的冰厚信號(hào)有效控制和調(diào)整加熱器的輸出功率，并根據(jù)布置在風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)部各點(diǎn)的溫度傳感器檢測(cè)值有效控制和調(diào)整電動(dòng)渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速，使風(fēng)機(jī)葉片加熱更均勻、有效去除風(fēng)機(jī)葉片上的結(jié)冰。同時(shí)本發(fā)明的工作狀態(tài)是根據(jù)風(fēng)機(jī)葉片運(yùn)行的外部環(huán)境變化，以及風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰的狀態(tài)實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整工作的，有效降低了系統(tǒng)的運(yùn)行能源消耗和運(yùn)行成本，具有更高經(jīng)濟(jì)效益。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中ⅰ局部放大示意圖；

圖3為本發(fā)明加熱器閉環(huán)線性控制原理示意圖；

圖4為本發(fā)明電動(dòng)渦輪增壓器閉環(huán)線性控制原理示意圖

圖5為本發(fā)明加熱器出風(fēng)口參考溫度t*設(shè)定原理示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如附圖1和附圖2所示，基于空氣加熱的風(fēng)機(jī)葉片防冰、除冰系統(tǒng)，包括風(fēng)機(jī)輪轂1、風(fēng)機(jī)葉片2、葉片內(nèi)支撐骨架擋板3。將風(fēng)機(jī)葉片2與風(fēng)機(jī)輪轂1連接，葉片內(nèi)支撐骨架擋板3與風(fēng)機(jī)葉片2連接。還包括控制器4、加熱器5、通風(fēng)管6、冰探測(cè)器7、溫濕度傳感器8、電動(dòng)渦輪增壓器9、多個(gè)葉片內(nèi)溫度傳感器10。

將溫濕度傳感器8與風(fēng)機(jī)輪轂1連接，冰探測(cè)器7與風(fēng)機(jī)葉片2連接。將通風(fēng)管6安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)，并在通風(fēng)管6上設(shè)置通風(fēng)孔11。將加熱器5安裝在通風(fēng)管6前端的進(jìn)風(fēng)口處，將電動(dòng)渦輪增壓器9安裝在加熱器5前端的進(jìn)風(fēng)口處的風(fēng)機(jī)葉片上。將多個(gè)葉片內(nèi)溫度傳感器10安裝在兩塊葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的外側(cè)和內(nèi)腔；并將控制器4分別與溫濕度傳感器8、冰探測(cè)器7、加熱器5、電動(dòng)渦輪增壓器9、葉片內(nèi)溫度傳感器10電性連接。當(dāng)冰探測(cè)器7沒(méi)有結(jié)冰信號(hào)輸出時(shí)，控制器4根據(jù)溫濕度傳感器8所探測(cè)到的溫濕度信息，向加熱器5發(fā)送控制指令，控制加熱器5小功率運(yùn)行，防止風(fēng)機(jī)葉片2結(jié)冰。當(dāng)冰探測(cè)器7有結(jié)冰信號(hào)輸出時(shí)，控制器4將根據(jù)結(jié)冰厚度控制加熱器5大功率運(yùn)行；使風(fēng)機(jī)葉片的溫度上升去除結(jié)冰。

控制器4根據(jù)當(dāng)葉片內(nèi)溫度傳感器10所監(jiān)測(cè)的溫度信息，對(duì)電動(dòng)渦輪增壓器9的轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使從加熱器5出來(lái)的熱風(fēng)迅速到達(dá)風(fēng)機(jī)葉片2的遠(yuǎn)端，使風(fēng)機(jī)葉片2受熱均勻。

上述技術(shù)方案，通過(guò)控制器4分別與溫濕度傳感器8、冰探測(cè)器7、加熱器5、電動(dòng)渦輪增壓器9、葉片內(nèi)溫度傳感器10電性連接。實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)風(fēng)機(jī)葉片2運(yùn)行的外部環(huán)境，當(dāng)溫濕度傳感器8探測(cè)到的溫度降低、濕度較高時(shí)，有可能出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)，控制器4將控制加熱器5、電動(dòng)渦輪增壓器9運(yùn)行在較小的功率，使風(fēng)機(jī)葉片2的溫度在零度以上，有效防止風(fēng)機(jī)葉片2出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。當(dāng)風(fēng)機(jī)葉片的外部環(huán)境溫度驟然變化，使風(fēng)機(jī)葉片2出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象時(shí)，控制器4將控制加熱器5、電動(dòng)渦輪增壓器9運(yùn)行在較大的功率，使風(fēng)機(jī)葉片2的溫度升高，風(fēng)機(jī)葉片2上的結(jié)冰融化，有效去除結(jié)冰。

為了進(jìn)一步降低能源消耗、降低運(yùn)行成本，對(duì)加熱器5輸出功率的控制采用閉環(huán)線性控制。如附圖3所示：其中，t*為加熱器出風(fēng)口的參考溫度，t1為加熱器5出風(fēng)口實(shí)際溫度值。通過(guò)pwm驅(qū)動(dòng)使加熱器5的功率線性輸出，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加熱器5出風(fēng)口溫度t1的線性控制。當(dāng)冰探測(cè)器7未探測(cè)到結(jié)冰，沒(méi)有結(jié)冰信號(hào)輸出時(shí)，t*由控制器4根據(jù)溫濕度傳感器8所探測(cè)到的溫濕度變化，以及溫濕度變化趨勢(shì)所確定。在冰探測(cè)器7探測(cè)到結(jié)冰信號(hào)時(shí)，t*則根據(jù)冰層厚度來(lái)設(shè)定。

為了再進(jìn)一步降低能源消耗、降低運(yùn)行成本，保證加熱的均勻性，提高風(fēng)機(jī)葉片的運(yùn)行性能，控制器4對(duì)電動(dòng)渦輪增壓器9渦輪轉(zhuǎn)速的控制為閉環(huán)線性控制。具體實(shí)施中，如附圖4所示，通過(guò)pwm驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)電動(dòng)渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速線性可調(diào)。其中ω*為電動(dòng)渦輪增壓器9設(shè)定渦輪轉(zhuǎn)速，

t2---t15為14個(gè)葉片內(nèi)溫度傳感器10所均勻分布兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3兩側(cè)的測(cè)量點(diǎn)，分控制器4根據(jù)t2---t15的溫度不均衡性對(duì)渦輪轉(zhuǎn)速ω*進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)整，從而使得熱風(fēng)壓力和傳送速度發(fā)生變化。在需要時(shí)，可將熱風(fēng)以最快速度傳輸?shù)阶钸h(yuǎn)端，減小傳輸過(guò)程中熱量的損耗，以達(dá)到溫度均衡控制目的。由于實(shí)現(xiàn)了電動(dòng)渦輪增壓器9的渦輪轉(zhuǎn)速的線性可調(diào)，如果加熱器5以恒定功率運(yùn)行，就會(huì)造成加熱器5出風(fēng)口溫度t1的變化，如果加熱器5輸出功率線性可調(diào)，通過(guò)圖3所示的閉環(huán)控制，就可以保證在給定加熱器5出風(fēng)口參考溫度t*不變的前提下，加熱器出風(fēng)口實(shí)際溫度t1的恒定。

加熱器5出風(fēng)口的參考溫度t*設(shè)定如圖5所示：主控制器4通過(guò)溫濕度傳感器8對(duì)風(fēng)機(jī)外部的溫濕度進(jìn)行長(zhǎng)期的監(jiān)測(cè)，獲取并預(yù)測(cè)每天的溫濕度變化規(guī)律，提前預(yù)測(cè)結(jié)冰時(shí)刻冰啟動(dòng)防冰控制，讓風(fēng)機(jī)葉片2提前保持一定的溫度，避免結(jié)冰。一旦冰探測(cè)器7探測(cè)到結(jié)冰情況，有結(jié)冰信號(hào)輸出，開(kāi)關(guān)立馬打到2號(hào)點(diǎn)位置，并根據(jù)冰層厚度來(lái)設(shè)定加熱器出風(fēng)口的參考溫度t*。

為了進(jìn)一步提高熱風(fēng)的流動(dòng)效果，使風(fēng)機(jī)葉片2受熱均勻，使熱風(fēng)能迅速到達(dá)風(fēng)機(jī)葉片2的各個(gè)位置，具體實(shí)施中，將通風(fēng)管6的末端分別與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)連接，將風(fēng)機(jī)葉片2分割成多個(gè)通道。其中，通風(fēng)管6的內(nèi)腔與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3末端的內(nèi)側(cè)形成送風(fēng)通道12；通風(fēng)管6外側(cè)與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)形成內(nèi)回風(fēng)通道13；兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的外側(cè)形成外回風(fēng)通道14；送風(fēng)通道12與外回風(fēng)通道14在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的頂端聯(lián)通。送風(fēng)通道12通過(guò)通風(fēng)管6上的通風(fēng)孔11內(nèi)回風(fēng)通道13聯(lián)通。將加熱器5、電動(dòng)渦輪增壓器9安裝在風(fēng)機(jī)葉片2與風(fēng)機(jī)輪轂1連接端的風(fēng)機(jī)葉片2的根部。上述結(jié)構(gòu)使得整個(gè)風(fēng)機(jī)葉片2均可在熱風(fēng)的作用下實(shí)現(xiàn)受熱升溫，同時(shí)從內(nèi)回風(fēng)通道13、外回風(fēng)通道14的回風(fēng)出來(lái)的熱氣不僅能對(duì)風(fēng)機(jī)葉片2進(jìn)行加熱防冰、除冰，而且也能對(duì)風(fēng)機(jī)輪轂1進(jìn)行加熱防冰、除冰，有效實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)機(jī)葉輪的整體保護(hù)。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式作了詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。