一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法，本發(fā)明的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)包括結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元及控制單元，結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元安裝在風機葉片內，結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元分別與控制單元連接。本發(fā)明能夠快速準確確定風機葉片結冰狀況；進而及時自動除去風機葉片上的冰塊；且能夠自動進行防冰處理；防止了在風機葉片上嚴重覆冰現象的出現，保證了風機的正常運行。
【專利說明】
一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法。
【背景技術】
[0002]風力發(fā)電機組一般安裝于風資源豐富的高山及邊疆等濕寒地區(qū)，葉片結冰問題成為影響其安全運行的嚴重隱患之一。風機葉片結冰導致葉片氣動外形改變是影響風力機組安全可靠性的主要因素之一，槳葉大量覆冰時，風力機組效率降低，機組輸出功率減少，有可能導致風力機組非計劃停機，影響電網系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。嚴重覆冰時還將導致葉片折斷和機組損毀，同時旋轉狀態(tài)下冰層脫落極易造成運營事故。根據全國風電場裝機容量統(tǒng)計數據，基中92.7%的機組處于易結冰區(qū)域，因此風電葉片除凍防凍技術已成為我國大力發(fā)展風力發(fā)電需要重點攻克的技術難關。
[0003]公開號為CN102562479A的發(fā)明專利批露了一種風機葉片除冰系統(tǒng)及其方法，采用測溫傳感器、控制系統(tǒng)、抽風機和加熱器組成的除冰組件構成的除冰系統(tǒng)。該方法需要消耗大量電能來產生熱量，約占風力發(fā)電機總發(fā)電量的6%?12%。由于葉片耐溫性要求，熱力除冰系統(tǒng)常常周期性運行，存在覆冰積累和融冰再凍結現象，大塊冰脫離飛落也將給風力機其余部件造成潛在危脅。而且該系統(tǒng)只有除冰效果，不能在節(jié)能的基礎上達到防冰效果。公開號為CN 202718816U的實用新型批露了一種風機葉片自動防冰除冰裝置，采用葉片迎風面表面溫度檢測件和/或葉片背風面溫度檢測件、葉片位置判斷組件等構成的裝置。該裝置通過檢測葉片表面的溫度判斷是否結冰，此方法在空氣中水量較少的地區(qū)并不能完全判斷低溫條件下風機葉片能否結冰現象，而且也是采用加熱的方法進行除冰，耗能大。

【發(fā)明內容】

[0004]為了解決上述技術問題，本發(fā)明是提供一種結構簡單，能用較低的成本準確判斷風機葉片結冰，并自動進行除冰的一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術方案是:一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，它主要包括結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元，控制單元，其特征在于:結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元安裝在風機葉片內，結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元分別與控制單元連接。
[0006]上述的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)中，所述的結冰解析單元包括壓電陶瓷諧波激振器I和連線I;壓電陶瓷諧波激振器I安裝在葉片的內側壁上，通過連線I與控制單元連接。
[0007]上述的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)中，所述的駐波除冰單元包括壓電陶瓷諧波激振器Π和連線Π ;壓電陶瓷諧波激振器Π安裝在葉片的內側壁上，通過連線Π與控制單元連接。
[0008]上述的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)中，所述的行波防冰單元包括壓電陶瓷諧波消能器、連線m;所述的壓電陶瓷諧波消能器安裝在葉片的內側壁上，通過連線m與控制單元連接。
[0009]上述的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)中，所述的振動頻率傳感單元包括加速度傳感器和連線IV ；所述的加速度傳感器安裝在葉片的內側壁上，通過連線IV與控制單元連接。
[0010]—種風機葉片自動防冰除冰方法，包括如下步驟:
1)在未達到結冰條件下，結冰解析單元發(fā)出激振信號，振動頻率傳感單元和控制單元計算出風機葉片的振動頻率并與風機葉片的固有振動頻率相比較，是否數值大致一致判斷風機葉片是否結冰；
2)當判斷風機葉片已結冰時，啟動駐波除冰單元，形成駐波，由于附在風機葉片上的冰塊存在剪切力和拉應力，則冰塊破碎脫落，達到除冰效果；
3)在駐波除冰單元工作一段時間后，控制單元控制結冰解析單元再次發(fā)出激振信號，按步驟I)判斷葉片是否結冰;判斷葉片結冰時，則繼續(xù)步驟2)操作，判斷葉片未結冰時，控制單元啟動行波防冰單元，使風機葉片振動產生行波，風機葉片上的水滴作橢圓運動，無法停在風機葉片上結冰，達到防冰效果。
[0011]與現有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:
本發(fā)明采用結冰解析單元、駐波除冰單元、行波防冰單元、振動頻率傳感單元和控制單元等聯(lián)合控制進行風機葉片自動防冰除冰，克服了在節(jié)能條件下不能自動防冰的缺陷，本發(fā)明相比現有技術具有:
1)本發(fā)明具有結構簡單，體積小，重量輕，安裝方便的優(yōu)點；
2)本發(fā)明能夠快速準確確定風機葉片結冰狀況;進而及時自動除去風機葉片上的冰塊;且能夠自動進行防冰處理;防止了在風機葉片上嚴重覆冰現象的出現，保證了風機的正常運行。
[0012]3)本發(fā)明采用駐波除冰，節(jié)能。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0014]圖2為本發(fā)明的結構布局示意圖。
[0015]圖中所示標記如下:I一結冰解析單元、2—駐波除冰單元、3—行波防冰單元、4一振動頻率傳感單元、5—控制單元、6—風機葉片、7—壓電陶瓷諧波激振器1、8—連線1、9一壓電陶瓷諧波激振器Π、10—連線Π、11 一連線ΙΠ、12—壓電陶瓷諧波消能器、13—加速度傳感器、14一連線IV。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
[0017]本發(fā)明的核心是提供一種用于風力發(fā)電機組的葉片防冰除冰系統(tǒng)，其能夠準確的檢測和判斷出葉片結冰情況，并能及時自動除冰，最后在節(jié)能的情況下自行防冰處理，具有較高的檢測除冰防冰的可靠性。為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖1和附圖2及具體實施方法對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0018]如圖1所示，本發(fā)明的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，包括結冰解析單元1、駐波除冰單元2、行波防冰單元3、振動頻率傳感單元4，控制單元5，其特征在于:結冰解析單元1、駐波除冰單元2、行波防冰單元3、振動頻率傳感單元4安裝在風機葉片6內，結冰解析單元1、駐波除冰單元2、行波防冰單元3、振動頻率傳感單元4分別與控制單元5連接。
[0019]如圖2所示，所述的結冰解析單元I包括壓電陶瓷諧波激振器I 7和連線18，壓電陶瓷諧波激振器I 7安裝在葉片6內，通過連線18與控制單元5連接。所述的駐波除冰單元2包括壓電陶瓷諧波激振器Π 9和連線Π 10，壓電陶瓷諧波激振器Π 9安裝在葉片6內，通過連線Π 10與控制單元5連接。所述的行波防冰單元3包括壓電陶瓷諧波消能器12、連線m 11，所述的壓電陶瓷諧波消能器12安裝在葉片6內，通過連線m 11與控制單元5連接。所述的振動頻率傳感單元4包括加速度傳感器13和連線IV 14，所述的加速度傳感器13安裝在葉片6內，通過連線IV 14與控制單元5連接。壓電陶瓷諧波激振器I 7、壓電陶瓷諧波激振器Π 9、壓電陶瓷諧波消能器12及加速度傳感器13安裝在葉片6的內側壁上;位于風機葉片6的最大截面處。
[0020]
本發(fā)明的風機葉片自動防冰除冰方法，包括如下步驟:
I)在風機葉片6未結冰條件下，控制單元5每隔一段時間發(fā)出電信號啟動一次結冰解析單元1，通過連線18，壓電陶瓷諧波激振器I 7激振風機葉片6，使風機葉片6產生振動。此時，振動頻率傳感單元4的加速度傳感器13通過連線14將風機葉片6的振動頻率數值傳輸到控制單元5，與控制單元5里存儲的風機葉片6固有頻率數值相比較，超出一定數值時，則確定風機葉片6結冰，進行下一步驟，否則，繼續(xù)該步驟。
[0021 ] 2)判斷風機葉片6已結冰時，控制單元5控制啟動駐波除冰單元2，通過連線18，壓電陶瓷諧波激振器I 7諧波激振風機葉片6，使風機葉片6諧波振動，同時控制單元5通過連線Π 10發(fā)出電信號，壓電陶瓷諧波激振器Π 9以同樣頻率，同樣振幅的諧波激振風機葉片6，使風機葉片6諧波振動，這兩諧波形成駐波，對附在風機葉片6上的冰塊作用剪應力和拉應力，使冰塊破碎脫落，達到除冰效果。
[0022]3)駐波除冰單元2工作一段時間后，控制單元5控制啟動結冰解析單元I，執(zhí)行步驟1)，判斷是否結冰;是，則重復步驟2)，否，控制單元5則啟動行波防冰單元3，通過連線18，壓電陶瓷諧波激振器I 7諧波激振風機葉片6，使風機葉片6諧波振動，此時壓電陶瓷諧波消能器12隨著諧波振動變形消能，產生行波效應，使風機葉片6上的沾附的水滴作橢圓運動而無法停在風機葉片6上結冰，在重力的作用下自行掉落，達到節(jié)能防冰效果。
【主權項】
1.一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，包括結冰解析單元(1)、駐波除冰單元(2)、行波防冰單元(3)、振動頻率傳感單元(4)及控制單元(5)，其特征在于:結冰解析單元(I)、駐波除冰單元(2)、行波防冰單元(3)、振動頻率傳感單元(4)安裝在風機葉片(6)內，結冰解析單元(1)、駐波除冰單元(2)、行波防冰單元(3)、振動頻率傳感單元(4)分別與控制單元(5)連接。2.根據權利要求1所述的一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，其特征在于:所述的結冰解析單元(I)包括壓電陶瓷諧波激振器I (7)和連線1(8);壓電陶瓷諧波激振器I (7)安裝在葉片(6)的內側壁上，通過連線I(8)與控制單元(5)連接。3.根據權利要求2所述的一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，其特征在于:所述的駐波除冰單元(2)包括壓電陶瓷諧波激振器Π (9)和連線Π (10);壓電陶瓷諧波激振器Π (9)安裝在葉片(6)的內側壁上，通過連線Π (10)與控制單元(5)連接。4.根據權利要求3所述的一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，其特征在于:所述的行波防冰單元(3)包括壓電陶瓷諧波消能器(12)、連線m(ll);所述的壓電陶瓷諧波消能器(12)安裝在葉片(6)的內側壁上，通過連線ΙΠ(11)與控制單元(5)連接。5.根據權利要求4所述的一種風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)，其特征在于:所述的振動頻率傳感單元(4)包括加速度傳感器(13)和連線IV(14);所述的加速度傳感器(13)安裝在葉片(6)的內側壁上，通過連線IV (14)與控制單元(5)連接。6.—種利用權利要求1-5中任一權利要求所述的風機葉片自動防冰除冰系統(tǒng)的防冰除冰方法，包括如下步驟: 1)在未達到結冰條件下，結冰解析單元(I)發(fā)出激振信號，振動頻率傳感單元(4)和控制單元(5)計算出風機葉片(6)的振動頻率并與風機葉片(6)的固有振動頻率相比較，判斷風機葉片(6)是否結冰;確定風機葉片(6)結冰時，進行下一步驟，否則，繼續(xù)該步驟； 2)當判斷風機葉片(6)已結冰時，啟動駐波除冰單元(2)，形成駐波，由于附在風機葉片(6)上的冰塊存在剪切力和拉應力，則冰塊破碎脫落，達到除冰效果； 3)在駐波除冰單元(2)工作一段時間后，控制單元(5)控制結冰解析單元(I)再次發(fā)出激振信號，按步驟I)判斷葉片是否結冰;判斷葉片結冰時，則繼續(xù)步驟2)操作，判斷葉片未結冰時，控制單元(5)啟動行波防冰單元(3)，使風機葉片(6)振動產生行波，使得風機葉片(6)上的水滴作橢圓運動，無法停在風機葉片(6)上結冰，達到防冰效果。
【文檔編號】F03D80/40GK105863972SQ201610382608
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月2日
【發(fā)明人】沈意平, 王送來, 王鋼, 朱廣輝, 李學軍, 賓光富
【申請人】湖南科技大學