用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于风力发电机组的防冰除冰系统，该系统包括结冰检测单元、控制单元和防冰除冰单元，其中，防冰除冰单元设置于风机叶片根部；防冰除冰单元包括可沿风机叶片长度方向移动的轴向行走机构和设置于轴向行走机构端部的纵向伸缩机构，纵向伸缩机构具有机械手，机械手的前端安装有浮动式吸附触头，浮动式吸附触头上设置有振动器和远红外加热器。本发明专利技术还包括一种用于风力发电机组的防冰除冰的方法。本发明专利技术将防冰除冰单元设置在风机叶片根部，需要防冰除冰时，防冰除冰单元由叶片根部移动到防除冰位置处；而不需要时，防冰除冰单元归位至风机叶片根部，既能解决风机防冰除冰问题，还不增加风机叶片的重量，延长了设备的使用寿命。 1

【技术实现步骤摘要】
用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法
本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法。
技术介绍
近年来，风能作为清洁能源已经得到了广泛的应用，其中一种有效的利用方式就是风力发电。风力发电就是把风的动能转化为电能的一种发电方式，风力发电所需要的装置称作风力发电机组(以下简称风机)，该风机一般包括风轮、发电机和塔筒三部分，风轮中含叶片、轮毂、加固件等组成。风机的工作环境在风力资源较为丰富的室外，在空气温度较低或者遇到雨雪天气的时候，叶片上可能会结冰。风机的叶片结冰会改变叶片的气动外形，风机在叶片结冰的状况下运行会明显降低功率输出，增大风机的载荷，严重时甚至导致风机长时间停机，严重影响风电场的电力生产。因此，能够有效地检测风机叶片的结冰状况，从而能够及时除冰，对于风机发电系统来讲是至关重要的。目前兆瓦级风力发电机组上使用的叶片防冰除冰系统或方法有人工高空作业除冰方式、无人机除冰方式等、叶片加热除冰方式、超声波除冰方式等方式。然而，人工高空作业除冰方式一般是通过人工攀爬至叶片结冰部位喷洒融冰液来进行除冰，这种方式对作业人员要求较高，且由于是冬季施工，施工比较困难，效率比较低，实施费用较高，难以自动化作业，风机除冰作业的停机时间较长。无人机除冰方式是利用无人机来侦测叶片的结冰情况及携带融冰液对叶片进行近距离的除冰作业，但是由于无人机需要接近叶片才能进行作业，且不能撞伤叶片，因此对无人机的操控及自动防碰撞要求较高，且由于无人机的载重量和续航时间都比较有限，且随着低风速区风场的开发和无人机飞行申报和监管等措施的实施，无人机的除冰能力和除冰效率也不高，除冰的费用也较高。叶片加热除冰方式是在叶片制造阶段在叶片内表面上敷设加热膜或加热丝，并在轮毂或机舱内安装加热控制装置，此方式需要在叶片生产阶段就需要安装，并且由于在叶片内部敷设加热膜或加热丝等，需要考虑温度控制和防雷等问题，还需要额外耗费机组的一部分电能，降低了机组的发电性能，同时每台机组的叶片都需要提前进行预装，成本也比较高。超声波除冰方式采用超声波作用于叶片表面产生振动，将叶片表面的冰层震碎并脱落从而起到防除冰的作用，一般包括结冰监测单元、超声波控制装置、超声信号发生器和放大器等装置，其组成和结构比较复杂，成本也比较高。综上可知，人工除冰和无人机除冰效率低，且成本高。加热除冰和超声波除冰，需要在风机叶片内固定加热装置或者超声波发生器等，增加了风机叶片的重量，重型叶片在安装后会给风机轴承部件带来巨大的负重压力，增加的重量还会在风机运转中提升设备的疲劳度，缩短叶片寿命。也不利于防冰除冰装置的稳定性。因此，设计一种不增加叶片重量的防冰除冰系统，是本领域技术人员的热点研究问题。
技术实现思路
针对以上存在的问题，本专利技术提出了一种用于风力发电机组的防冰除冰系统及其方法，具体的实施方式如下。本专利技术实施例提供一种用于风机叶片的防冰除冰系统，其中，包括结冰检测单元10、控制单元20和防冰除冰单元30，所述结冰检测单元10和所述防冰除冰单元30电连接至所述控制单元20，其中，所述结冰检测单元10用于检测所述风机叶片的结冰状况，并将检测数据发送给所述控制单元20；所述控制单元20用于接收所述检测数据，并根据比对所述检测数据和预设数据，控制所述防冰除冰单元30动作；所述防冰除冰单元30设置于风机叶片根部，用于在所述控制单元20的控制下防冰或者除冰；所述防冰除冰单元30包括可沿风机叶片长度方向移动的轴向行走机构31和设置于所述轴向行走机构31端部的纵向伸缩机构32，所述纵向伸缩机构32具有机械手322，所述机械手322的前端安装有浮动式吸附触头321，所述浮动式吸附触头321上设置有振动器3211，所述机械手322上固定有远红外加热器3212。在本专利技术的一个实施例中，所述机械手322上设置有用于安装所述远红外加热器3212的安装架。在本专利技术的一个实施例中，所述防冰除冰单元30还包括设置在所述风机叶片内的多个滑轨，所述轴向行走机构31沿所述滑轨移动。在本专利技术的一个实施例中，所述浮动式吸附触头321上还设置有振动监测传感器3213、温度传感器3214和限位开关3215，其中，所述振动监测传感器3213用于检测所述风机叶片的振动幅值；所述温度传感器3214用于检测所述风机叶片的局部加热温度；所述限位开关3215设置在所述浮动式吸附触头321的吸附面上，用于控制所述机械手322的运动。在本专利技术的一个实施例中，所述结冰检测单元10包括室外温湿度传感器11、叶片转动惯量测量传感器12、结冰厚度仪13和数据采集器14；所述室外温湿度传感器11、所述叶片转动惯量测量传感器12和所述结冰厚度仪13分别电连接至所述数据采集器14，所述数据采集器14将所述检测数据发送给所述控制单元20。在本专利技术的一个实施例中，所述叶片转动惯量测量传感器12安装于所述风机叶片内部质心位置的龙骨框架上。在本专利技术的一个实施例中，所述控制单元20包括接收模块21、处理模块22和控制模块23，其中，所述接收模块21，用于接收所述结冰检测单元10发送的所述检测数据；所述处理模块22，用于将所述检测数据与预设条件进行比对，判断所述风机叶片的结冰状态；所述控制模块23，根据所述风机叶片的结冰状态，控制所述防冰除冰单元30。本专利技术的另一个实施例提供一种用于风机叶片的防冰除冰方法，其中，步骤1、检测所述风机叶片所处的室外温度、湿度、转动惯量的变化量和结冰厚度；步骤2、判断所述室外环境是否达到结冰条件，若达到，则执行步骤3，若未达到，则风机正常运行；步骤3、判断所述风机叶片的结冰厚度；若所述结冰厚度小于等于第一阈值，则风机正常运行；若所述结冰厚度大于第一阈值，执行步骤4；步骤4、判断所述转动惯量的变化量是否大于第二阈值；若大于第二阈值，则控制所述风机叶片进行除冰；若不大于第二阈值，则控制所述风机叶片进行防冰。在本专利技术的一个实施例中，所述步骤2包括：判断所述温度是否小于第三阈值，并且所述湿度是否大于第四阈值，若是，则达到结冰条件；若否，则未达到结冰条件。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术实施例通过在风机叶片根部内设置防冰除冰单元，具体包括可沿风机叶片长度方向移动的轴向行走机构和纵向伸缩机构，这样在需要防冰或者除冰操作时，防冰除冰单元由叶片根部位置移动至除冰部位，通过振动和/或远红外加热器进行防冰或者除冰操作；而当风机正常转动时，防冰除冰单元则归位至风机叶片根部内，而不会增加风机叶片的重量，延长了设备的使用寿命。2、本专利技术实施例通过在风机叶片内预设多个滑轨，轴向行走机构可沿不同滑轨到达风机叶片的任何位置，灵活性更高，且在滑轨的支撑作用下，防冰除冰单元的结构稳定性更高，使用寿命更长。3、本专利技术实施例提供的防冰除冰方法，通过采集室外温度、湿度以及结冰厚度，判断风机的运转状态，当风机需要防冰除冰时，则控制防冰除冰单元执行相应的动作，本专利技术的防冰除冰方法，有利于降低除冰的工作量和风力发电机因结冰和除冰作业造成的停机时间，可以提高机组的可利用率和发电性能，使得风力发电机组的环境适应能力更好，更节能环保，高效利用能源。附图说明图1为本专利技术实施例提供的防冰除冰系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的防冰除冰单元的结构示意图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于风机叶片的防冰除冰系统，其特征在于，包括结冰检测单元(10)、控制单元

【技术特征摘要】
1.一种用于风机叶片的防冰除冰系统，其特征在于，包括结冰检测单元(10)、控制单元(20)和防冰除冰单元(30)，所述结冰检测单元(10)和所述防冰除冰单元(30)电连接至所述控制单元(20)，其中，所述结冰检测单元(10)用于检测所述风机叶片的结冰状况，并将检测数据发送给所述控制单元(20)；所述控制单元(20)用于接收所述检测数据，并根据比对所述检测数据和预设数据，控制所述防冰除冰单元(30)动作；所述防冰除冰单元(30)设置于风机叶片根部，用于在所述控制单元(20)的控制下防冰或者除冰；所述防冰除冰单元(30)包括可沿风机叶片长度方向移动的轴向行走机构(31)和设置于所述轴向行走机构(31)端部的纵向伸缩机构(32)，所述纵向伸缩机构(32)具有机械手(322)，所述机械手(322)的前端安装有浮动式吸附触头(321)，所述浮动式吸附触头(321)上设置有振动器(3211)，所述机械手(322)上固定有远红外加热器(3212)。2.根据权利要求1所述的防冰除冰系统，其特征在于，所述机械手(322)上设置有用于安装所述远红外加热器(3212)的安装架。3.根据权利要求2所述的防冰除冰系统，其特征在于，所述防冰除冰单元(30)还包括设置在所述风机叶片内的多个滑轨，所述轴向行走机构(31)沿所述滑轨移动。4.根据权利要求3所述的防冰除冰系统，其特征在于，所述浮动式吸附触头(321)上还设置有振动监测传感器(3213)、温度传感器(3214)和限位开关(3215)，其中，所述振动监测传感器(3213)用于检测所述风机叶片的振动幅值；所述温度传感器(3214)用于检测所述风机叶片的局部加热温度；所述限位开关(3215)设置在所述浮动式吸附触头(321)的吸附面上，用于控制所述机械手(322)的运动...

【专利技术属性】
技术研发人员：付明宇，王军春，
申请(专利权)人：内蒙古久和能源装备有限公司，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15