本发明专利技术公开的一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统及其设计方法，属于风力发电技术领域。包括热风生成及循环系统、第一通风管、挡风板、第一抽风管、引风机、第二通风管、第三通风管、连接风管、第四通风管、回流挡板、第二抽风管和第三抽风管。通过挡风板和回流挡板封闭腹板间及腹板与叶片前缘/后缘间的热气流道，抽取部分回流热气，由热气喷出孔喷出，经空气来流裹挟后，在叶片外表面形成热空气薄层。有利于风机叶片外表面的受热与保温，减缓/抑制中段叶片表面与大气间的热传递，使得过冷水滴穿过该薄层掉落在叶片上不容易形成覆冰，从而在厚度较大导致热鼓风加热叶片效率不理想的叶片中段起到有效的辅助防除冰的效果。的叶片中段起到有效的辅助防除冰的效果。的叶片中段起到有效的辅助防除冰的效果。
【技术实现步骤摘要】
一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统及其设计方法
[0001]本专利技术属于风力发电
，具体涉及一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统及其设计方法。
技术介绍
[0002]在南方低风速地区与部分高风速地区的风电场中，在冬季及春季普遍存在着较为严重的冰冻问题。风电机组叶片上出现覆冰，将改变叶片的气动外形与重量分布，打破叶片的载荷平衡，导致叶片和风轮的振动等问题，对机组运行与电力生产的经济性和安全性有直接影响。
[0003]气热除冰技术是现阶段比较常用的风电机组叶片除冰方法，将热空气通入叶片内部，对叶片表面进行加热，使得过冷水滴不易在表面结冰或将覆冰层融化并脱落，起到防除冰的效果。对于叶片的气热除冰技术，需要考虑叶片结构安全对温度的要求(如热气流温度不超过70℃)和系统的热耗，即不能一味地通入高温热气流实现防除冰。
[0004]实际上，风电机组处于易凝冻的气候与地形环境，在叶片覆冰情况严重时，当气热除冰运行时，会出现整个长风机叶片无法实现均匀除冰的效果，即在临近热气流的输送管出口部分与叶尖部分可有效除冰的情况下，长叶片的中段因为叶片厚度较大，且接触到的热气流已对输气管下游的叶片部分加热而导致气流温度下降，使得叶片中段的厚叶片并不能被有效加热，有可能无法实现与叶尖等部位相同的除冰效果，即将出现覆冰的形成与发展，产生不良影响。
技术实现思路
[0005]为了解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统及其设计方法，能够在叶片中段的外表面区域形成连续的相对均匀的热空气薄层，使得系统输出的热气流能满足整个叶片相对均匀的加热与除冰需求。
[0006]本专利技术是通过以下技术方案来实现：
[0007]本专利技术公开了一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，包括热风生成及循环系统、第一通风管、挡风板、第一抽风管、引风机、第二通风管、第三通风管、连接风管、第四通风管、回流挡板、第二抽风管和第三抽风管；
[0008]挡风板设在叶片前缘与第一腹板之间，挡风板上开设有通风孔，通风孔通过第一通风管与热风生成及循环系统的出风装置连接；回流挡板设在第一腹板与叶片尾缘之间，第二抽风管穿过回流挡板伸入第一腹板与第二腹板之间，第三抽风管穿过回流挡板伸入第二腹板与叶片尾缘之间，第二抽风管和第三抽风管均连接至热风生成及循环系统的回风装置；第一抽风管穿过回流挡板伸入第一腹板与叶片尾缘之间，第一抽风管通过引风机与第三通风管连接；叶片中段的叶片前缘上设置有若干热气喷出孔；第四通风管设置在叶片前缘处的叶片内表面上，且平行于叶片展向；第四通风管与第三通风管连接，同时通过若干连接风管分别与若干热气喷出孔连接；热气喷出孔喷出的热气流经空气来流的裹挟在叶片外
表面形成热空气薄层。
[0009]优选地，热风生成及循环系统包括设在叶根内的鼓风机、加热器和控制器，鼓风机的入口连接有引风管，引风管开口处设有电动阀门，鼓风机的出口与加热器的入口连接，加热器的出口与第一通风管连接；第二抽风管和第三抽风管汇合至第二通风管，第二通风管连接至引风管；鼓风机、加热器、引风机和电动阀门分别与控制器连接。
[0010]进一步优选地，加热器的出口处设有热电偶，热电偶与控制器连接。
[0011]优选地，热气喷出孔包括第一热气喷出孔和第二热气喷出孔，若干第一热气喷出孔的轴线相对叶片弦线斜向叶片吸力面设置，若干第二热气喷出孔的轴线相对叶片弦线斜向叶片压力面设置。
[0012]进一步优选地，若干第一热气喷出孔的间隔相等，若干第二热气喷出孔的间隔相等。
[0013]进一步优选地，第一热气喷出孔的轴线与叶片弦线的夹角为45
°
～60
°
，第二热气喷出孔的轴线与叶片弦线的夹角为45
°
～60
°
。
[0014]优选地，叶片内表面、第一腹板或第二腹板上固定有若干基板，挡风板和回流挡板可拆卸地连接安装在基板上。
[0015]优选地，第三通风管设在第四通风管一侧的中部，若干连接风管均布在第四通风管的另一侧。
[0016]优选地，第四通风管为文丘里管结构。
[0017]本专利技术公开的上述基于气热除冰技术的空气层防除冰系统的设计方法，包括：
[0018]S1：根据风机的主要风速范围及翼型，确定能被叶片前缘前方空气来流顺利裹挟并能沿着叶片表面流动以形成空气薄层的喷射气流的位置、速度值与方向，对上述数值进行优化；
[0019]S2：结合上述优化后的数值，模拟不同的通风孔直径条件下，热气喷出孔所喷射气流形成的空气薄层在叶片展向方向上的有效宽度，选定合适的热气喷出孔直径；
[0020]S3：确定需要布置热气喷出孔的叶片中段的长度，初步确定叶片前缘展向方向上需要设置的热气喷出孔的数量，使整个需要设置热气喷出孔的叶片表面能形成连续的相对均匀的空气薄层；
[0021]S4：采用数值模拟对所有热气喷出孔在S1～S3中已确定的参数下运行时的空气薄层形成展开观察，进行参数的优化调整，形成热气喷出孔最终的设计参数；
[0022]S5：计算单个热气喷出孔的喷气流量，以及热气喷出孔的数量，计算引风机的抽气量；
[0023]S6：根据第三通风管、第四通风管和连接管道的结构参数，计算所有抽取气流量的沿程阻力，并对各管道的管径进行优化，减少阻力损失；
[0024]S7：基于抽气量与阻力损失，对引风机进行选型，并确定热风生成及循环系统的主要运行参数，使得热风生成及循环系统补充的空气量与引风机的抽气量保持平衡。
[0025]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：
[0026]本专利技术公开的一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，通过挡风板和回流挡板封闭腹板间及腹板与叶片前缘/后缘间的热气流道，抽取部分回流热气，由热气喷出孔喷出，经空气来流裹挟后，在叶片外表面形成热空气薄层。有利于风机叶片外表面的受热与保
温，减缓/抑制中段叶片表面与大气间的热传递，使得过冷水滴穿过该薄层掉落在叶片上不容易形成覆冰，从而在厚度较大导致热鼓风加热叶片效率不理想的叶片中段起到有效的辅助防除冰的效果。
[0027]进一步地，热风生成及循环系统的主要部件设在叶根内，能够减少叶片的重量，且叶根处空间较大，便于维护。
[0028]更进一步地，通过热电偶对加热器出口的温度进行检测并反馈给控制器，能够实时调整鼓风机的风量和加热器的功率，保证叶片的均匀加热，同时节约能耗。
[0029]进一步地，第一热气喷出孔和第二热气喷出孔分别斜向叶片吸力面和叶片压力面设置，有利于热气流分别沿叶片吸力面和叶片压力面形成热空气薄层。
[0030]更进一步地，若干第一热气喷出孔和若干第二热气喷出孔的间隔相等，有利于在叶片外表面形成的热空气薄层均匀。
[0031]更进一步地，第一热气喷出孔的轴线与叶片弦线的夹角为45
°
～60
°
，第二热气喷出孔的轴线与叶片弦线的本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，包括热风生成及循环系统、第一通风管(5)、挡风板(6)、第一抽风管(9)、引风机(10)、第二通风管(11)、第三通风管(12)、连接风管(17)、第四通风管(18)、回流挡板(25)、第二抽风管(26)和第三抽风管(27)；挡风板(6)设在叶片前缘(7)与第一腹板(13)之间，挡风板(6)上开设有通风孔，通风孔通过第一通风管(5)与热风生成及循环系统的出风装置连接；回流挡板(25)设在第一腹板(13)与叶片尾缘(15)之间，第二抽风管(26)穿过回流挡板(25)伸入第一腹板(13)与第二腹板(14)之间，第三抽风管(27)穿过回流挡板(25)伸入第二腹板(14)与叶片尾缘(15)之间，第二抽风管(26)和第三抽风管(27)均连接至热风生成及循环系统的回风装置；第一抽风管(9)穿过回流挡板(25)伸入第一腹板(13)与叶片尾缘(15)之间，第一抽风管(9)通过引风机(10)与第三通风管(12)连接；叶片中段的叶片前缘(7)上设置有若干热气喷出孔；第四通风管(18)设置在叶片前缘(7)处的叶片内表面(20)上，且平行于叶片展向；第四通风管(18)与第三通风管(12)连接，同时通过若干连接风管(17)分别与若干热气喷出孔连接；热气喷出孔喷出的热气流经空气来流的裹挟在叶片外表面(19)形成热空气薄层。2.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，热风生成及循环系统包括设在叶根(1)内的鼓风机(2)、加热器(3)和控制器(16)，鼓风机(2)的入口连接有引风管，引风管开口处设有电动阀门(24)，鼓风机(2)的出口与加热器(3)的入口连接，加热器(3)的出口与第一通风管(5)连接；第二抽风管(26)和第三抽风管(27)汇合至第二通风管(11)，第二通风管(11)连接至引风管；鼓风机(2)、加热器(3)、引风机(10)和电动阀门(24)分别与控制器(16)连接。3.根据权利要求2所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，加热器(3)的出口处设有热电偶(4)，热电偶(4)与控制器(16)连接。4.根据权利要求1所述的基于气热除冰技术的空气层防除冰系统，其特征在于，热气喷出孔包括第一热气喷出孔(22)和第二热气喷出孔(23)，若干第一热气喷出孔(22)的轴线相对叶片弦线斜向叶片吸力面设置，若干第二热气喷出孔(23)的轴线相对叶片弦线斜向叶片压力面设置。5.根据权利要求...
【专利技术属性】
技术研发人员：林伟荣，孟鹏飞，张林伟，许扬，李媛，焦冲，李力森，蔺雪峰，金强，郑磊，蔡安民，
申请(专利权)人：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：
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