本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，特別是一種增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、位于我國(guó)北方和南方山區(qū)的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組都面臨冬季葉片覆冰不能發(fā)電的困擾:由于風(fēng)機(jī)葉片覆冰后沒(méi)有有效的手段去除，只能等到天氣轉(zhuǎn)暖自然融冰，造成發(fā)電量的巨大損失，覆冰還對(duì)機(jī)組安全、使用壽命、維修成本都造成嚴(yán)重影響，對(duì)周邊人、畜、設(shè)備造成安全隱患，對(duì)電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行造成沖擊，加劇結(jié)冰期用電和發(fā)電之間的矛盾。

2、氣熱除冰是目前比較成熟的風(fēng)機(jī)葉片除冰方法，現(xiàn)役風(fēng)機(jī)改造和新風(fēng)機(jī)加裝都可以實(shí)現(xiàn)，且使用壽命長(zhǎng)，維修方便，也不會(huì)引雷，還有一定的防冰能力。氣熱除冰原理是葉片內(nèi)部是一個(gè)封閉的空腔，在葉片空腔內(nèi)安裝鼓風(fēng)機(jī)和加熱器，將葉片內(nèi)冷空氣加熱，再用鼓風(fēng)機(jī)送出，沿設(shè)計(jì)好的風(fēng)道循環(huán)流動(dòng)，通過(guò)熱空氣加熱葉片內(nèi)表面、熱量由內(nèi)表面?zhèn)鲗?dǎo)到葉片外表面，當(dāng)葉片外表面的溫度超過(guò)零度時(shí)，達(dá)到防冰和除冰的效果。

3、氣熱除冰因?yàn)槭窃谌~片內(nèi)部加熱空氣，通過(guò)空氣的流動(dòng)將熱量帶到葉片各處，再通過(guò)熱空氣與接觸到的葉片內(nèi)表面進(jìn)行熱量交換，熱量透過(guò)葉片材料傳到葉片外表面除冰，如果需要達(dá)到比較好的防除冰效果，需要流動(dòng)的空氣自帶更多的熱量，但是受限于葉片材料特性，溫度不能太高，因?yàn)闇囟忍邥?huì)加速葉片材料老化，縮短其使用壽命。另外，因?yàn)樽匀豢諝獾臒崛萘勘容^低，而加熱后溫度不能超過(guò)葉片材料耐受上限，所以熱空氣自帶熱量不多，加熱器設(shè)計(jì)功率受限，且熱空氣流動(dòng)過(guò)程中降溫快，對(duì)葉片加熱升溫不均衡度大，使得氣熱除冰速度慢，效果不理想。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰速度慢的不足，本發(fā)明提供一種能提升氣熱除冰速度的增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)及方法。

2、為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)，包括用于加熱風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)腔空氣的加熱器、用于傳送葉片內(nèi)腔加熱空氣的第一鼓風(fēng)機(jī)，以及：

4、第二鼓風(fēng)機(jī)，用于為葉片內(nèi)腔提供加壓空氣；

5、加濕機(jī)，用于增加加壓空氣的濕度；

6、壓力計(jì)，用于實(shí)時(shí)測(cè)量葉片內(nèi)腔的空氣壓力；

7、濕度傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量葉片內(nèi)腔的空氣濕度；

8、除冰輪轂控制柜，包括用于控制所述第二鼓風(fēng)機(jī)的加壓控制系統(tǒng)、用于控制所述加濕機(jī)的加濕控制系統(tǒng)及用于采集并傳送壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔濕度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)運(yùn)行狀態(tài)至除冰主控制柜的信號(hào)采集系統(tǒng)；

9、除冰電源分配箱，為第一鼓風(fēng)機(jī)、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)供電；

10、除冰主控制柜，用于將壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔濕度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)線發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，并將遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的指令傳送到除冰輪轂控制柜；

11、所述第二鼓風(fēng)機(jī)的出口與所述加濕機(jī)的出口連通，所述第二鼓風(fēng)機(jī)電性連接所述加壓控制系統(tǒng)和所述除冰電源分配箱，所述加濕機(jī)電性連接所述加濕控制系統(tǒng)和所述除冰電源分配箱，所述加壓控制系統(tǒng)控制所述第二鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)作，所述加濕控制系統(tǒng)控制所述加濕機(jī)的動(dòng)作，所述信號(hào)采集系統(tǒng)采集壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔濕度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并上傳至所述除冰主控制柜，所述除冰主控制柜將接收的壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔濕度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)線發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，遠(yuǎn)端監(jiān)控中心根據(jù)接收到的壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔濕度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)發(fā)出動(dòng)作指令給所述除冰主控制柜，再由所述除冰主控制柜將動(dòng)作指令傳送到所述除冰輪轂控制柜的加壓控制系統(tǒng)和加濕控制系統(tǒng)。

12、優(yōu)選地，風(fēng)機(jī)葉片上安裝泄壓閥，當(dāng)葉片的內(nèi)腔壓力大于或等于泄壓閥開(kāi)啟閾值時(shí)，所述泄壓閥打開(kāi)，同時(shí)第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)關(guān)閉，葉片內(nèi)腔泄壓；當(dāng)葉片的內(nèi)腔壓力小于泄壓閥開(kāi)啟閾值時(shí)，所述泄壓閥關(guān)閉。

13、優(yōu)選地，所述第二鼓風(fēng)機(jī)、加濕機(jī)或加氫機(jī)、泄壓閥安裝在風(fēng)機(jī)葉片葉根的人孔擋板上，所述壓力計(jì)、濕度傳感器或氫氣濃度傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片葉根的人孔擋板上或者葉片內(nèi)部。

14、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)，其包括用于加熱風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)腔空氣的加熱器和用于傳送葉片內(nèi)腔加熱空氣的第一鼓風(fēng)機(jī)，以及：

15、第二鼓風(fēng)機(jī)，用于為葉片內(nèi)腔提供加壓空氣；

16、加氫機(jī)，用于為葉片內(nèi)腔注入氫氣，以增加葉片內(nèi)腔空氣的比熱容；

17、壓力計(jì)，用于實(shí)時(shí)測(cè)量葉片內(nèi)腔的空氣壓力；

18、氫氣濃度傳感器，用于實(shí)時(shí)測(cè)量葉片內(nèi)腔的氫氣濃度；

19、除冰輪轂控制柜，包括用于控制所述第二鼓風(fēng)機(jī)的加壓控制系統(tǒng)、用于控制所述加氫機(jī)的加氫控制系統(tǒng)及用于采集并傳送壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔氫氣濃度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)至除冰主控制柜的信號(hào)采集系統(tǒng)；

20、除冰電源分配箱，為第一鼓風(fēng)機(jī)、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)供電；

21、除冰主控制柜，用于將壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔氫氣濃度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)線發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，并將遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的指令傳送到除冰輪轂控制柜；

22、所述第二鼓風(fēng)機(jī)的出口與所述加氫機(jī)的出口連通，所述第二鼓風(fēng)機(jī)電性連接所述加壓控制系統(tǒng)和所述除冰電源分配箱，所述加氫機(jī)電性連接所述加氫控制系統(tǒng)和所述除冰電源分配箱，所述加壓控制系統(tǒng)控制所述第二鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)作，所述加氫控制系統(tǒng)控制所述加氫機(jī)的動(dòng)作，所述信號(hào)采集系統(tǒng)采集壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔氫氣濃度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)并上傳至所述除冰主控制柜，所述除冰主控制柜將接收的壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔氫氣濃度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)通過(guò)風(fēng)機(jī)數(shù)據(jù)線發(fā)送到遠(yuǎn)端監(jiān)控中心，遠(yuǎn)端監(jiān)控中心根據(jù)接收到的壓力計(jì)壓力值、葉片內(nèi)腔氫氣濃度值、第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)發(fā)出動(dòng)作指令給所述除冰主控制柜，再由所述除冰主控制柜將動(dòng)作指令傳送到所述除冰輪轂控制柜的加壓控制系統(tǒng)和加氫控制系統(tǒng)。

23、優(yōu)選地，所述第二鼓風(fēng)機(jī)、加氫機(jī)、泄壓閥安裝在風(fēng)機(jī)葉片葉根的人孔擋板上，所述壓力計(jì)、氫氣濃度傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片葉根的人孔擋板上或者葉片內(nèi)部。

24、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種利用所述的增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)進(jìn)行除冰的方法，其包括：

25、防冰或除冰時(shí)，第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)開(kāi)啟，當(dāng)壓力計(jì)檢測(cè)的葉片內(nèi)腔壓力值大于或等于第一設(shè)定壓力值時(shí)，停止第二鼓風(fēng)機(jī)工作；當(dāng)壓力計(jì)檢測(cè)的葉片內(nèi)腔壓力值小于第二?設(shè)定壓力值時(shí)，開(kāi)啟第二鼓風(fēng)機(jī)工作；當(dāng)濕度傳感器檢測(cè)的濕度值大于或等于第一設(shè)定濕度值時(shí)，停止加濕機(jī)工作；當(dāng)濕度傳感器檢測(cè)的濕度值小于第二?設(shè)定濕度值時(shí)，開(kāi)啟加濕機(jī)工作；

26、防冰或除冰結(jié)束時(shí)，關(guān)閉第二鼓風(fēng)機(jī)、加濕機(jī)的電源。

27、基于同一發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明還提供了一種利用所述的增強(qiáng)型風(fēng)機(jī)葉片氣熱除冰系統(tǒng)進(jìn)行除冰的方法，其包括：

28、防冰或除冰時(shí)，第二鼓風(fēng)機(jī)和加氫機(jī)開(kāi)啟，當(dāng)壓力計(jì)檢測(cè)的葉片內(nèi)腔壓力值大于或等于第一設(shè)定壓力值時(shí)，停止第二鼓風(fēng)機(jī)工作；當(dāng)壓力計(jì)檢測(cè)的葉片內(nèi)腔壓力值小于第二設(shè)定壓力值時(shí)，開(kāi)啟第二鼓風(fēng)機(jī)工作；當(dāng)氫氣濃度傳感器檢測(cè)的氫氣濃度值大于或等于第一設(shè)定濃度值時(shí)，停止加氫機(jī)工作；當(dāng)氫氣濃度傳感器檢測(cè)的氫氣濃度值小于第二設(shè)定濃度值時(shí)，開(kāi)啟加氫機(jī)工作；

29、防冰或除冰結(jié)束時(shí)，關(guān)閉第二鼓風(fēng)機(jī)、加氫機(jī)的電源。

30、本發(fā)明設(shè)計(jì)原理為：

31、一定質(zhì)量的物質(zhì)，在溫度升高時(shí)，所吸收的熱量與該物質(zhì)的質(zhì)量和升高的溫度乘積之比，稱作這種物質(zhì)的比熱容（比熱），用符號(hào)c表示，如下式所示：

32、，

33、其中，q為吸收（或放出）的熱量，m是物體的質(zhì)量，δt=t-to，表示吸熱（或放熱）后溫度的變化量，其中t是加熱后溫度，to是初始溫度。

34、由上面比熱容公式可以得到：?q=cmδt。對(duì)風(fēng)機(jī)葉片內(nèi)腔的空氣而言，q即加熱器對(duì)流經(jīng)的空氣施加的加熱量，c即流經(jīng)空氣的比熱容，m即流經(jīng)空氣的質(zhì)量，to為進(jìn)入加熱器的空氣的初始溫度，t為通過(guò)加熱器加熱后的空氣溫度。

35、因?yàn)槭茱L(fēng)機(jī)葉片材料特性限制，實(shí)際使用時(shí)，t為常數(shù)；當(dāng)葉片表面溫度控制在0℃時(shí)，防除冰效率最高，如果t為常數(shù)，風(fēng)道不變，to也變化不大；因此，可以認(rèn)為δt為常數(shù)。

36、為了增強(qiáng)防除冰能力，必須增大q，為了增大q，在δt為常數(shù)的前提下，需要增大c和m。

37、為了增大c，本發(fā)明往葉片內(nèi)腔空氣中增加比葉片內(nèi)腔空氣比熱容大的氣體，例如水蒸氣、氫氣等；為了增大m，本發(fā)明從葉片外抽取氣體并加壓后注入葉片內(nèi)腔，使得葉片內(nèi)腔中氣體的空氣密度增加，就可使得葉片內(nèi)腔空氣的質(zhì)量m增加。

38、因此，本發(fā)明在現(xiàn)有風(fēng)機(jī)的氣熱除冰裝置（第一鼓風(fēng)機(jī)+加熱器）的基礎(chǔ)上，通過(guò)第二鼓風(fēng)機(jī)向葉片內(nèi)腔鼓入加壓空氣，使葉片內(nèi)腔空氣的密度增加，同時(shí)通過(guò)加濕機(jī)在鼓入空氣中混入水分，或直接通過(guò)加氫機(jī)在葉片內(nèi)腔空氣中混入氫氣，使葉片內(nèi)腔空氣的比熱容增加，根據(jù)熱量公式q=cmδt，葉片內(nèi)腔空氣在加熱到葉片能承受的設(shè)計(jì)溫度后，吸收的熱量將會(huì)更多，進(jìn)而能提升氣熱除冰速度，提升氣熱除冰效果。

39、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

40、1、本發(fā)明防除冰極限溫度更低：由于在葉片安全溫度下，提升葉片內(nèi)腔空氣質(zhì)量及其比熱容，使得葉片內(nèi)腔空氣在加熱后所蘊(yùn)含的熱量更多，在防除冰時(shí)可以把更多的熱量傳遞到葉片外表面，增強(qiáng)了氣熱除冰系統(tǒng)的防除冰能力，使系統(tǒng)的防除冰極限溫度更低；

41、2、本發(fā)明更適合高山和高原風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)：高山和高原風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)因?yàn)楹０胃撸諝庀”?，單位體積內(nèi)的空氣質(zhì)量更小，熱容量更小，氣熱除冰效果比海拔低的地方要差，加裝第二鼓風(fēng)機(jī)和加濕機(jī)（或加氫機(jī)）后，可以大幅提高防除冰效果，對(duì)氣熱除冰技術(shù)的推廣應(yīng)用意義重大；

42、3、本發(fā)明整支葉片的加熱除冰更均衡：大型風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度都在30米以上，現(xiàn)在生產(chǎn)的5mw以上大風(fēng)機(jī)葉片長(zhǎng)度都超過(guò)了90米，氣熱除冰系統(tǒng)的第一鼓風(fēng)機(jī)、加熱器一般都安裝在葉片根部，熱風(fēng)從葉片前緣腔吹到葉尖，再?gòu)娜~尖工藝孔到葉片后緣腔和腹板腔回到葉根部，風(fēng)道很長(zhǎng)。循環(huán)空氣的熱容量越大，循環(huán)過(guò)程的降溫速度越慢，風(fēng)道上葉片各處所獲得的熱量越均衡，整支葉片加熱除冰更均衡，效果更好。