本實用新型屬風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，涉及風(fēng)力發(fā)電機的橫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)電機正大規(guī)模推廣應(yīng)用，但是在冬天，風(fēng)力發(fā)電機葉片會因結(jié)冰導(dǎo)致停機。解決風(fēng)力發(fā)電機葉片融冰問題可以避免因葉片結(jié)冰停機導(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，以實現(xiàn)融冰和防止結(jié)冰。申請?zhí)枮镃N201610382608.4《一種風(fēng)機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)還不能滿足實際生產(chǎn)的需要，風(fēng)機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)實現(xiàn)要素：

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

本實用新型的目的是這樣達(dá)到的：一種風(fēng)力發(fā)電機的橫向加熱融冰葉片和融冰設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機葉片由葉片主梁和葉片蒙皮構(gòu)成。在葉片蒙皮外邊，設(shè)置有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。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。

加熱層有加熱層徑向?qū)щ姺绞胶图訜釋訖M向加熱方式兩種設(shè)計方法，在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶有橫向帶狀和橫向開窗兩種方式。

在加熱層徑向?qū)щ姺绞街?，加熱層由加熱材料和加熱電源?dǎo)線構(gòu)成，加熱電源導(dǎo)線大部分嵌入到加熱材料中，但是在葉根部分露出來，用于通過開關(guān)電路跟融冰電源連接；加熱電源導(dǎo)線彼此不連接，且都從葉片根部(簡稱葉根)沿風(fēng)輪徑向到葉片尖部(簡稱葉尖)；兩根加熱電源導(dǎo)線均為裸露的金屬導(dǎo)線；其中一根加熱電源導(dǎo)線沿葉片截面外周從前緣到另一根加熱電源導(dǎo)線的距離與沿截面外周從后緣到另一根加熱電源導(dǎo)線的距離相等。

在加熱層的橫向加熱方式中，橫向加熱層由兩根橫向?qū)Ь€和若干根加熱橫帶、絕緣橫帶構(gòu)成，橫向?qū)Ь€大部分嵌入到加熱橫帶和絕緣橫帶中，但是在葉根部分露出來，用于通過開關(guān)電路跟融冰電源連接；兩根橫向?qū)Ь€(10-1、10-2)都為外邊包裹有絕緣層的導(dǎo)線；加熱橫帶和絕緣橫帶按風(fēng)輪徑向連接，覆蓋在葉片蒙皮的外邊，加熱橫帶與絕緣橫帶按風(fēng)輪徑向間隔分布，加熱橫帶數(shù)量與絕緣橫帶數(shù)量相等或少1條或大1條。橫向?qū)Ь€通過開關(guān)電路與融冰電源連接，橫向?qū)Ь€彼此不連接，且都從葉片根沿風(fēng)輪徑向到葉片尖，嵌入到加熱橫條和絕緣橫條中間。

自動融冰設(shè)備由開關(guān)電路、微處理器和通信模塊構(gòu)成。微處理器與通信模塊雙向通信，對開關(guān)電路進(jìn)行控制，開關(guān)電路一端連接融冰電源，一端連接可融冰風(fēng)機葉片的加熱電源導(dǎo)線或者橫向?qū)Ь€。通信模塊同時與風(fēng)力發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)和風(fēng)電廠控制中心連接，融冰電源輸出電壓等于加熱材料工作電壓，輸出功率滿足葉片融冰所需的功率需求。在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶的橫向帶狀方式是：兩橫向帶狀加熱導(dǎo)線沿著加熱橫帶的邊沿嵌入到橫向帶狀加熱材料中，兩橫向帶狀加熱導(dǎo)線分別嵌入橫向帶狀加熱材料的兩邊，兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線均為裸露的金屬導(dǎo)線。其中一根橫向帶狀加熱導(dǎo)線與橫向?qū)Ь€的其中一根導(dǎo)線短路連接，另一橫向帶狀加熱導(dǎo)線與橫向?qū)Ь€另一根導(dǎo)線短路連接。橫向帶狀加熱材料在兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線的中間并包裹橫向帶狀加熱導(dǎo)線。

在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶開窗方式中的橫向開窗方式是：兩根橫向開窗加熱導(dǎo)線沿著加熱橫帶的邊沿嵌入到橫向帶狀加熱材料中，兩根橫向開窗加熱導(dǎo)線分別嵌入開窗絕緣材料和開窗加熱材料的兩邊；兩根橫向開窗加熱導(dǎo)線均為裸露的金屬導(dǎo)線；其中一根橫向開窗加熱導(dǎo)線與其中一根橫向?qū)Ь€短路連接，另一根橫向開窗加熱導(dǎo)線與另一條橫向?qū)Ь€短路連接。開窗絕緣材料與開窗加熱材料呈間隔分布在兩根橫向開窗加熱導(dǎo)線之間。加熱橫帶有n根,絕緣橫帶有m根，m等于n或m等于n-1或m等于n+1。開窗絕緣材料與開窗加熱材料完全包裹兩條橫向開窗加熱導(dǎo)線。

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的兩個電源輸出端子，當(dāng)采用采用加熱層徑向?qū)щ姺绞綍r兩組開關(guān)端口B分別連接兩根葉片加熱電源導(dǎo)線，當(dāng)采用加熱層橫向加熱方式時兩組開關(guān)端口B分別連接兩根葉片橫向?qū)Ь€。

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

四、附圖說明

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

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

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

圖4是本實用新型的風(fēng)力發(fā)電機葉片加熱層橫向加熱方式示意圖。

圖5是本實用新型的風(fēng)力發(fā)電機葉片加熱層橫向加熱方式中橫向?qū)щ娛疽鈭D。

圖6是本實用新型的加熱層橫向加熱方式中加熱橫帶的橫向帶狀方式示意圖。

圖7是本實用新型的加熱層橫向加熱方式中加熱橫帶的橫向開窗方式示意圖

圖8是本實用新型的自融冰設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖9是自動融冰設(shè)備使用時的連接關(guān)系圖。

圖10是本實用新型的自融冰設(shè)備中開關(guān)電路原理圖。

圖11是本實用新型的自融冰設(shè)備中微處理器原理圖。

圖12是本實用新型的自融冰設(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加熱橫帶，9-1～9-m絕緣橫帶，10-1,10-2橫向?qū)Ь€，11-1,11-2橫向帶狀加熱導(dǎo)線，12橫向帶狀加熱材料，13-1～13-k開窗絕緣材料，14-1～14-k開窗加熱材料，15-1、15-2橫向開窗加熱導(dǎo)線，16開關(guān)電路，17微處理器，18通信模塊，19可融冰風(fēng)機葉片，20風(fēng)力發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)，21風(fēng)電廠控制中心。

五、具體實施方式

參見附圖1、2。

常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機葉片由葉片主梁2和葉片蒙皮5構(gòu)成，本實用新型的葉片主梁和葉片蒙皮按常規(guī)葉片設(shè)計方法設(shè)計。本實用新型在葉片蒙皮5外邊，設(shè)置有一層加熱層4完全包裹住葉片蒙皮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。實時例中防雷層的材料選擇銅片。

參見附圖3-7。

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。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。本實施例中加熱電源導(dǎo)線選擇銅線。

加熱層4有加熱層徑向?qū)щ姺绞胶图訜釋訖M向加熱方式兩種設(shè)計方法，在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶8-1～8-n有橫向帶狀和橫向開窗兩種方式。

在加熱層徑向?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，兩根加熱電源導(dǎo)線大部分嵌入到加熱材料7中，但是在葉根部分露出來，用于通過開關(guān)電路跟融冰電源連接；兩根加熱電源導(dǎo)線(6-1、6-2)為裸露的金屬導(dǎo)線。兩根加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2彼此不連接，且都從葉片根部沿風(fēng)輪徑向到葉片尖部；從葉片截面來看一根加熱電源導(dǎo)線6-1沿葉片截面外周從前緣到另一根加熱電源導(dǎo)線6-2的距離與加熱電源導(dǎo)線6-1沿截面外周從后緣到加熱電源導(dǎo)線6-2的距離相等。

在加熱層的橫向加熱方式中，橫向加熱層由橫向?qū)Ь€和加熱橫帶8-1～8-n、絕緣橫帶9-1～9-m構(gòu)成，橫向?qū)Ь€大部分嵌入到加熱橫帶8-1～8-n和絕緣橫帶9-1～9-m中，但是在葉根部分露出來，用于通過開關(guān)電路跟融冰電源連接；兩根橫向?qū)Ь€(10-1、10-2)都為外邊包裹有絕緣層的導(dǎo)線；加熱橫帶8-1～8-n和絕緣橫帶9-1～9-m按風(fēng)輪徑向連接，覆蓋在葉片蒙皮的外邊，加熱橫帶8-1～8-n與絕緣橫帶9-1～9-m按風(fēng)輪徑向間隔分布，成環(huán)形帶狀覆蓋在葉片蒙皮外邊。加熱橫帶有n根,絕緣橫帶有m根，m等于n或m等于n-1或m等于n+1；橫向?qū)Ь€10-1、10-2通過開關(guān)電路與融冰電源連接，橫向?qū)Ь€10-1、10-2彼此不短路連接，且都從葉片根部沿風(fēng)輪徑向到葉片尖部，嵌入到加熱橫帶和絕緣橫條中間。

在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶8-1～8-n的橫向帶狀方式是：兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2沿著加熱橫帶8-1～8-n的邊沿嵌入到橫向帶狀加熱材料12中， 兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1,11-2分別嵌入橫向帶狀加熱材料12的兩邊；兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線(11-1,11-2)均為裸露的金屬導(dǎo)線；橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1與橫向?qū)Ь€10-1短路連接，橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-2與橫向?qū)Ь€10-2短路連接；橫向帶狀加熱材料12在兩根橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2的中間并包裹橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1,11-2。

橫向帶狀加熱材料在橫向帶狀加熱導(dǎo)線11-1,11-2的中間并包裹11-1、11-2；橫向帶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，選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，本例采用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，稱為橫向帶狀加熱材料工作電壓。橫向帶狀加熱材料涂在葉片蒙皮外，在橫向帶狀加熱導(dǎo)線之間涂滿并覆蓋葉片蒙皮。

在加熱層橫向加熱方式中，加熱層的加熱橫帶8-1～8-n橫向開窗方式是：橫向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2沿著加熱橫帶的邊沿嵌入開窗絕緣材料13-1～13-k和開窗加熱材料14-1～14-k中，橫向開窗加熱導(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-k的兩邊；橫向開窗加熱導(dǎo)線15-1與橫向?qū)Ь€10-1短路連接，橫向開窗加熱導(dǎo)線15-2與橫向?qū)Ь€10-2短路連接；開窗絕緣材料13-1～13-k與開窗加熱材料14-1～14-k呈間隔分布在橫向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2之間，開窗絕緣材料13-1～13-k與開窗加熱材料14-1～14-k完全包裹橫向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2。橫向開窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2為裸露的金屬或者合金導(dǎo)線。

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，本例采用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，在橫向開窗加熱導(dǎo)線之間和開窗絕緣材料之間涂滿并覆蓋葉片蒙皮。開窗絕緣材料采用絕緣材料制作而成。實施例采用玻璃纖維。

附圖8-12給出了自動融冰設(shè)備圖。

參見附圖8、9。

本實用新型的融冰由自動融冰設(shè)備完成。融冰設(shè)備由開關(guān)電路16、微處理器17和通信模塊18構(gòu)成。微處理器17與通信模塊18雙向通信，對開關(guān)電路16進(jìn)行控制，開關(guān)電路一端連接融冰電源的兩個輸出電源端子，一端連接可融冰風(fēng)機葉片19的加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2或者橫向?qū)Ь€10-1、10-2，通信模塊18同時與風(fēng)力發(fā)電機監(jiān)控系統(tǒng)20和風(fēng)電 廠控制中心21連接，融冰電源輸出電壓等于加熱材料工作電壓，或者橫向帶狀加熱材料工作電壓，或者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。

微處理器通過控制開關(guān)電路的開關(guān)通斷來實施融冰。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)電機監(jiān)控系統(tǒng)通信，讀取風(fēng)力發(fā)電機的相關(guān)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)包括發(fā)電機外邊的溫度，發(fā)電機實際輸出的發(fā)電功率，風(fēng)速。

融冰電源輸出電壓等于加熱材料工作電壓，輸出功率滿足葉片融冰所需的功率需求

參見附圖10。

本實用新型開關(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的兩個電源輸出端口。在加熱層徑向?qū)щ姺绞街?，兩組開關(guān)端口B連接到葉片加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2，在加熱層的橫向加熱方式中，兩組開關(guān)端口B連接葉片橫向?qū)Ь€端10-1、10-2。開關(guān)閉合，使得加熱層通電，實施融冰；開關(guān)斷開，使得加熱層斷電不實施融冰。

本實施例的開關(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11。

本實施例中，自動融冰設(shè)備的微處理器選擇單片機。單片機為美國TEXAS INSTRUMENTS公司生產(chǎn)，U11:MSP430F5438。

參見附圖12。

通信模塊選擇RS232接口。圖12中，U8：MAX232為RS232接口芯片，由美國maxim公司生產(chǎn)。CH3LOOPa、CH3LOOPb與風(fēng)力發(fā)電機監(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。