本實(shí)用新型屬風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的徑向加熱自動融冰葉片和融冰設(shè)備及其融冰方法。

(二)

背景技術(shù)：

目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正大規(guī)模推廣應(yīng)用，但是在冬天，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片會因結(jié)冰導(dǎo)致停機(jī)。解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片融冰問題可以避免因葉片結(jié)冰停機(jī)導(dǎo)致的風(fēng)電廠生產(chǎn)損失。

申請?zhí)枮镃N201511019717.1的中國專利《葉片除冰裝置和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、葉片除冰方法》利用氣泵在葉片需要除冰時向覆膜中通入氣體使其膨脹，快捷地完成葉片除冰。申請?zhí)枮镃N201511014146.2的中國專利《風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)及其制作方法》，利用設(shè)有碳晶膜加熱裝置，用于加熱殼體前緣的覆冰區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)融冰和防止結(jié)冰。申請?zhí)枮镃N201610382608.4《一種風(fēng)機(jī)葉片自動防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法》利用自動除冰系統(tǒng)確定風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰狀況，自動進(jìn)行防冰處理。上述現(xiàn)有技術(shù)雖然均采用了不同的除冰設(shè)備和方法對葉片進(jìn)行融冰，但在實(shí)際使用中因結(jié)冰影響發(fā)電的情況還常有發(fā)生，現(xiàn)有技術(shù)還不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，風(fēng)機(jī)葉片的融冰問題已經(jīng)是冬季風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)的障礙，迫切需要新技術(shù)進(jìn)行解決。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還不能正常使用的現(xiàn)狀，提供一種可以實(shí)時融冰的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片以及實(shí)時融冰設(shè)備，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰時進(jìn)行實(shí)時自動融冰，保證在天氣寒冷時風(fēng)電發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。

本實(shí)用新型的目的是這樣達(dá)到的：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的徑向加熱融冰葉片和融冰設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由葉片主梁和葉片蒙皮構(gòu)成，其特征在于：在葉片蒙皮外邊，設(shè)置一層加熱層完全包裹住葉片蒙皮，在加熱層外邊設(shè)置絕緣層完全包裹加熱層，在絕緣層外邊設(shè)置防雷層完全包裹絕緣層，防雷層與引雷地線連接。

所述加熱層有徑向?qū)щ姺绞胶蛷较蚣訜岱绞絻煞N設(shè)計(jì)方法，在徑向加熱方式中，徑向加熱條有徑向條狀設(shè)計(jì)和徑向開窗設(shè)計(jì)兩種方式。

在加熱層的徑向?qū)щ姺绞街?，加熱層由加熱材料和加熱電源?dǎo)線構(gòu)成，兩根加熱電源導(dǎo)線嵌入到加熱材料中并在葉根處露在加熱材料外，通過開關(guān)電路跟融冰電源的兩個電源輸出端口連接；兩根加熱電源導(dǎo)線彼此不連接，且都從葉片根沿風(fēng)輪徑向到葉片尖部，兩根加熱電源導(dǎo)線分別安裝在葉片前緣和后緣的位置。

在加熱層的徑向加熱方式中，徑向加熱層由徑向加熱條和徑向絕緣條構(gòu)成，徑向加熱條和徑向絕緣條數(shù)量相同，分別有n根，徑向加熱條和徑向絕緣條間隔分布、相鄰連接而成，成條狀覆蓋在葉片蒙皮外邊。

自動融冰設(shè)備由開關(guān)電路、微處理器、通信模塊、振動傳感器、振動信號處理模塊構(gòu)成，振動傳感器連接振動信號處理模塊，微處理器與振動信號處理模塊和開關(guān)電路連接,與通信模塊雙向通信，微處理器連接開關(guān)電路，對開關(guān)電路進(jìn)行控制；振動傳感器安裝在葉片內(nèi)部，緊貼葉片內(nèi)部蒙皮，振動傳感器輸出連接到振動信號處理模塊。振動信號處理模塊的輸入連接振動傳感器，對振動傳感器信號進(jìn)行處理，將振動傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)換為電壓信號，將轉(zhuǎn)換得到的電壓信號輸出到微處理器；振動信號處理模塊輸出數(shù)字信號或模擬信號，當(dāng)振動信號處理模塊輸出模擬信號時，微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動信號處理模塊的輸出。

所述在加熱條的徑向條狀設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線和一根徑向條狀加熱材料，兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線分別嵌入徑向條狀加熱材料的兩側(cè)，且彼此平行，徑向條狀加熱導(dǎo)線比徑向條狀加熱材料長，超長的部分在葉根方向露出，所有徑向加熱條的同側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線分別短路連接；所有徑向條狀加熱導(dǎo)線兩端分別經(jīng)開關(guān)電路與與融冰電源的兩個電源輸出端口連接，兩側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線間彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖方向，嵌入到加熱橫條和絕緣橫條中間。

所述在加熱條的徑向開窗設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向開窗加熱導(dǎo)線，開窗絕緣材料與開窗加熱材料呈間隔分布在徑向開窗加熱導(dǎo)線之間，開窗絕緣材料與開窗加熱材料完全包裹徑向開窗加熱導(dǎo)線；徑向開窗加熱導(dǎo)線沿著徑向加熱條的邊緣從葉根部到葉尖方向嵌入到開窗絕緣材料和開窗加熱材料中，兩根徑向開窗加熱導(dǎo)線分別嵌入開窗絕緣材料和開窗加熱材料的兩邊；徑向開窗加熱導(dǎo)線比徑向加熱條長，超長的部分在葉根方向露出；所有徑向開窗設(shè)計(jì)的同側(cè)的徑向開窗加熱導(dǎo)線分別短路連接；所有徑向開窗加熱導(dǎo)線分別經(jīng)開關(guān)電路與融冰電源連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線間彼此不連接。

所述開關(guān)電路由兩組相同的電路構(gòu)成，兩組開關(guān)端口A分別連接到融冰電源，當(dāng)加熱層采用徑向?qū)щ姺绞綍r，兩組開關(guān)端口B分別連接兩根加熱電源導(dǎo)線；當(dāng)加熱層采用徑向條狀設(shè)計(jì)方式時，兩組開關(guān)端口B分別連接到加熱條兩側(cè)的徑向條狀加熱導(dǎo)線；當(dāng)加熱層采用徑向開窗設(shè)計(jì)兩種方式時，兩組開關(guān)端口B分別連接到加熱條兩側(cè)的徑向開窗加熱導(dǎo)線。

所述振動傳感器采用一個或多個，當(dāng)采用一個時，振動傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片的葉根和葉尖的中間部位；當(dāng)采用多個振動傳感器時，振動傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉片葉根和葉尖之間。

本實(shí)用新型的積極效果是：解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，切實(shí)保障在天氣寒冷時風(fēng)電發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。本實(shí)用新型能及時判斷天氣寒冷時風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是否結(jié)冰，發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰后能進(jìn)行實(shí)時自動融冰，避免目前天氣寒冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)停機(jī)的現(xiàn)象的發(fā)生。

四、附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層采用徑向?qū)щ姺绞绞疽鈭D。

圖4是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式示意圖。

圖5是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式中徑向條狀設(shè)計(jì)方式示意圖。

圖6是本實(shí)用新型的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式中徑向開窗設(shè)計(jì)示意圖。

圖7是本實(shí)用新型的自融冰設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖8是自動融冰設(shè)備使用時的連接關(guān)系圖。

圖9是本實(shí)用新型的自融冰設(shè)備中開關(guān)電路原理圖。

圖10是本實(shí)用新型的自融冰設(shè)備中微處理器原理圖。

圖11是本實(shí)用新型的自融冰設(shè)備中通信模塊原理圖。

圖中，1防雷層，2葉片主梁，3絕緣層，4加熱層，5葉片蒙皮，6-1、6-2加熱電源導(dǎo)線，7加熱材料，8-1～8-n徑向加熱條，9-1～9-n徑向絕緣條，11-1、11-2徑向條狀加熱導(dǎo)線，12徑向條狀加熱材料，13-1～13-k開窗絕緣材料，14-1～14-l開窗加熱材料，15-1、15-2徑向開窗加熱導(dǎo)線，16開關(guān)電路，17微處理器，18通信模塊，19可融冰風(fēng)機(jī)葉片， 20風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，21風(fēng)電廠控制中心，22融冰電源，25振動傳感器，26振動信號處理模塊。

五、具體實(shí)施方式

參見附圖1、2。

常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由葉片主梁2和葉片蒙皮5構(gòu)成，本實(shí)用新型的葉片主梁和葉片蒙皮按常規(guī)葉片設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。本實(shí)用新型在葉片蒙皮5外邊，設(shè)置有一層加熱層4包裹住葉片蒙皮5，在加熱層4外邊設(shè)置絕緣層3完全包裹加熱層4，在絕緣層3外邊設(shè)置防雷層1完全包裹絕緣層3，防雷層與引雷地線連接。絕緣層完全包裹加熱層，絕緣層采用絕緣材料。本實(shí)施例絕緣材料采用玻璃纖維。防雷層為完全包裹絕緣層的金屬網(wǎng)，或金屬片。防雷層與引雷地線連接。實(shí)時例中防雷層的材料選擇銅片。

參見附圖3-6。

加熱層由加熱材料和加熱電源導(dǎo)線構(gòu)成，加熱電源導(dǎo)線嵌入到加熱材料中。本實(shí)施例中加熱電源導(dǎo)線選擇銅線。加熱材料是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為加熱材料工作電壓。加熱材料涂在葉片蒙皮外，涂滿并覆蓋葉片蒙皮。本實(shí)施例選擇蕪湖佳紅新材料有限公司生產(chǎn)的輻照交聯(lián)PTC半導(dǎo)體材料。加熱材料工作電壓為交流220伏。

在加熱層4的徑向?qū)щ姺绞街?，加熱層由加熱材?和加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2構(gòu)成，加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2嵌入到加熱材料7中，并在葉根處露在加熱材料外，通過開關(guān)電路跟融冰電源的兩個電源輸出端口連接。加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖，加熱電源導(dǎo)線6-1和6-2分別安裝在葉片前緣和后緣的位置。

在加熱條的徑向條狀設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2和一根徑向條狀加熱材料12，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2分別嵌入徑向條狀加熱材料12的兩邊，且彼此平行，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1,11-2比徑向條狀加熱材料12長，超長的部分在葉片根方向露出，所有徑向加熱條一側(cè)的徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1短路連接，另一側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線11-2短路連接；所有徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2分別經(jīng)開關(guān)電路與融冰電源的兩個電源輸出端口連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖，嵌入到加熱橫條和絕緣橫條中間。

徑向條狀加熱材料涂在葉片蒙皮上，是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，可以選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。徑向條狀加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為徑向條狀加熱材料工作電壓。徑向條狀加熱材料涂在葉片蒙皮外，涂滿并覆蓋葉片蒙皮。

在加熱條的徑向開窗設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2，開窗絕緣材料13-1～13-k與開窗加熱材料14-1～14-l呈間隔分布在徑向開窗加熱導(dǎo)線之間，開窗絕緣材料13-1～13-k與開窗加熱材料14-1～14-l完全包裹徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2；徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2沿著徑向加熱條的邊緣從葉根到葉尖方向嵌入到開窗絕緣材料(13-1～13-k)和開窗加熱材料14-1～14-l中，徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2分別嵌入開窗絕緣材料13-1～13-k和開窗加熱材料14-1～14-l的兩邊；徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1,15-2比徑向加熱條長，超長的部分在葉根方向露出，用于跟融冰電源的兩個電源輸出端口連接；所有徑向開窗設(shè)計(jì)的徑向加熱條的15-1短路連接，15-2短路連接；所有徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2分別與融冰電源的兩個電源輸出端口連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線15-1、15-2彼此不連接。

開窗絕緣材料13-1～13-k與開窗加熱材料14-1～14-l呈間隔分布在橫向開窗加熱導(dǎo)線之間，開窗絕緣材料與開窗加熱材料完全包裹橫向開窗加熱導(dǎo)線。k與l相等或k等于l+1或等于l-1。k為開窗絕緣材料的數(shù)量，l為開窗加熱材料數(shù)量；不同的徑向加熱條其開窗絕緣材料的數(shù)量及開窗加熱材料數(shù)量可以不相等。

開窗加熱材料涂在葉片蒙皮上，是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。開窗加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為開窗加熱材料工作電壓。開窗加熱材料涂在葉片蒙皮外，涂滿并覆蓋葉片蒙皮。本實(shí)施例選擇蕪湖佳紅新材料有限公司生產(chǎn)的輻照交聯(lián)PTC半導(dǎo)體材料。加熱材料工作電壓為交流220伏。開窗絕緣材料采用絕緣材料制作而成，本實(shí)施例采用玻璃纖維。附圖7-11給出了自動融冰設(shè)備圖。

參見附圖7、8。

自動融冰設(shè)備由開關(guān)電路16、微處理器17、通信模塊18、振動傳感器25、振動信號處理模塊26構(gòu)成。振動傳感器25連接振動信號處理模塊26，微處理器17與振動信號處理模塊26和開關(guān)電路16連接,與通信模塊18雙向通信，微處理器連接開關(guān)電路16，對開關(guān)電路(16)進(jìn)行控制。振動傳感器25安裝在葉片內(nèi)部，緊貼葉片內(nèi)部蒙皮，振動傳感 器輸出連接到振動信號處理模塊26。振動信號處理模塊的輸入連接振動傳感器。微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動信號處理模塊的輸出。

振動傳感器25采用一個或多個，當(dāng)采用一個時，振動傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片的葉根和葉尖的中間部位。當(dāng)采用多個振動傳感器時，振動傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉片葉根和葉尖之間。

本實(shí)施例振動傳感器選擇：河北省朗斯測試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的振動傳感器，共用8個，8個振動傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉根和葉尖之間，其中4個型號為LC0101，靠近葉根方向安放，另外四個型號為LC0102T，靠近葉尖方向安放。

振動信號處理模塊：河北省朗斯測試技術(shù)有限公司生產(chǎn)：型號：LC0201。

融冰電源輸出電壓等于加熱材料工作電壓或徑向條狀加熱材料工作電壓或開窗加熱材料工作電壓，輸出功率滿足葉片融冰所需的功率需求。

參見圖9。

開關(guān)電路16由兩組相同的電路構(gòu)成，兩組開關(guān)端口A分別連接到融冰電源，當(dāng)加熱層4采用徑向?qū)щ姺绞綍r，兩組開關(guān)端口B連接加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2；當(dāng)加熱層采用徑向條狀設(shè)計(jì)方式時，兩組開關(guān)端口B連接徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2；當(dāng)加熱層采用徑向開窗設(shè)計(jì)兩種方式時，兩組開關(guān)端口B連接徑向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2。開關(guān)閉合，使得加熱層通電，實(shí)施融冰；開關(guān)斷開，使得加熱層斷電不實(shí)施融冰。

本實(shí)施例的開關(guān)KT采用日本歐姆龍公司，LY1-J。電路中，UT1為日本東芝公司生產(chǎn)的TLP521。QT4為美國Fairchild Semiconductor Corporation公司:生產(chǎn)的SS9013。QT1為美國Fairchild Semiconductor Corporation公司生產(chǎn)的IN4148。兩組RELAYIN1分別連接微處理器的GPIO引腳。

參見附圖10。

微處理器原理圖。微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動信號處理模塊的輸出。微處理器選擇美國德州儀器生產(chǎn)的集成電路TMS320F2812,該集成電路集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TMS320F2812有16個模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換器的16個模擬輸入引腳用于連接振動信號處理模塊輸出的振動傳感器信號。

參見附圖11。

通信模塊選擇RS232接口。

U8：MAX232:RS232接口芯片，由美國maxim公司生產(chǎn)，CH3LOOPa,CH3LOOPb與風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信接口連接線連接，CH4LOOPa,CH4LOOPb與電廠控制中心連接，UCA2TXD,UCA2RXD連接到微處理器的一個RS232通信接口；UCA3TXD,UCA3RXD連接到微處理器的另一個RS232通信接口。

本實(shí)用新型的自動融冰設(shè)備由微處理器通過通信模塊與風(fēng)電廠控制中心通信，接收風(fēng)電廠控制中心命令，在風(fēng)電廠控制中心的控制下啟動融冰或結(jié)束融冰。微處理器通過通信模塊與風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信。微處理器控制開關(guān)電路的導(dǎo)通和斷開，通過控制開關(guān)的通、斷來實(shí)施融冰和不融冰。