本發(fā)明涉及風力發(fā)電領(lǐng)域，特別涉及基于空氣加熱的風機葉片防冰、除冰系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在溫度低，濕度大，海拔高的地方，風機葉片很容易結(jié)冰。葉片結(jié)冰后會導致葉片過載和載荷不均衡，造成風機運行效率降低。葉片結(jié)冰狀態(tài)下繼續(xù)運行還會改變?nèi)~片原有的翼型，導致槳葉氣動性能惡化，造成風能捕獲能力急劇下降，積冰嚴重時載荷增加，震動加劇，嚴重時甚至會導致葉片斷裂，對發(fā)電機組產(chǎn)生非常大的危害。結(jié)冰嚴重時，機組必須脫網(wǎng)停機，機組利用率下降，造成發(fā)電量損失。另外葉片結(jié)冰后，隨著溫度升高，冰塊就會脫落，脫落冰塊被甩出的距離可達1.5倍葉尖高度，對機組和現(xiàn)場人員會造成較大的安全隱患。

但是，現(xiàn)有的空氣加熱的風機葉片除冰系統(tǒng)存在除冰速度慢、能耗大、成本高、加熱不均勻、熱風難以到達葉尖等技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能有效防止風機葉片結(jié)冰，并使風機葉片加熱均勻、有效去除風機葉片上的結(jié)冰，且能耗和成本低的基于空氣加熱的風機葉片防冰、除冰系統(tǒng)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：

基于空氣加熱的風機葉片防冰、除冰系統(tǒng)，包括風機輪轂、風機葉片、葉片內(nèi)支撐骨架擋板，所述風機葉片與風機輪轂連接，所述葉片內(nèi)支撐骨架擋板與風機葉片連接；

還包括控制器、加熱器、通風管、冰探測器、溫濕度傳感器、電動渦輪增壓器、多個葉片內(nèi)溫度傳感器；

所述溫濕度傳感器與風機輪轂連接；所述冰探測器與風機葉片連接；

所述通風管安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板內(nèi)側(cè)，并在通風管上設置通風孔；

所述加熱器安裝在通風管前端的進風口處，所述電動渦輪增壓器安裝在加熱器前端的進風口處的風機葉片上；

所述葉片內(nèi)溫度傳感器安裝在葉片內(nèi)支撐骨架擋板的外側(cè)和內(nèi)腔；

所述控制器分別與溫濕度傳感器、冰探測器、加熱器、電動渦輪增壓器、葉片內(nèi)溫度傳感器電性連接；

當冰探測器沒有結(jié)冰信號輸出時，控制器根據(jù)溫濕度傳感器所探測到的溫濕度信息，向加熱器發(fā)送控制指令，控制加熱器小功率運行，防止風機葉片結(jié)冰；

當冰探測器有結(jié)冰信號輸出時，控制器將根據(jù)結(jié)冰厚度控制加熱器大功率運行；使風機葉片的溫度上升去除結(jié)冰；

控制器根據(jù)當葉片內(nèi)溫度傳感器所監(jiān)測的溫度信息，對電動渦輪增壓器轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，以使從加熱器出來的熱風迅速到達風機葉片的遠端，使風機葉片受熱均勻。

進一步地，所述控制器對加熱器輸出功率的控制為閉環(huán)線性控制。

進一步地，所述控制器對電動渦輪增壓器渦輪轉(zhuǎn)速的控制為閉環(huán)線性控制。

進一步地，所述通風管的末端分別與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的內(nèi)側(cè)連接，將風機葉片分割成多個通道；所述通風管的內(nèi)腔與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板末端的內(nèi)側(cè)形成送風通道；通風管外側(cè)與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的內(nèi)側(cè)形成內(nèi)回風通道；所述兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的外側(cè)形成外回風通道；所述送風通道與外回風通道在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的頂端聯(lián)通。

進一步地，所述葉片內(nèi)溫度傳感器為14個，分別均布安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板的兩側(cè)。

進一步地，所述加熱器、電動渦輪增壓器安裝在風機葉片與風機輪轂連接端的風機葉片的根部。

采用上述技術(shù)方案，由于采用了控制器、加熱器、通風管、冰探測器、溫濕度傳感器、電動渦輪增壓器、多個葉片內(nèi)溫度傳感器等技術(shù)特征。通過控制器對加熱器、電動渦輪增壓器閉環(huán)線性控制，通風管將風機葉片分割成多個通道，使得本發(fā)明能實時監(jiān)測外部環(huán)境的溫濕度，并根據(jù)溫濕度的變化，以及結(jié)冰情況等做出相適應的控制，及時調(diào)整加熱器的輸出功率和電動渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速，有效防止風機葉片結(jié)冰和葉片內(nèi)部溫度均衡控制。當出現(xiàn)突變的天氣變化，風機葉片結(jié)冰后，控制器能根據(jù)結(jié)冰探測器的冰厚信號有效控制和調(diào)整加熱器的輸出功率，并根據(jù)布置在風機葉片內(nèi)部各點的溫度傳感器檢測值有效控制和調(diào)整電動渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速，使風機葉片加熱更均勻、有效去除風機葉片上的結(jié)冰。同時本發(fā)明的工作狀態(tài)是根據(jù)風機葉片運行的外部環(huán)境變化，以及風機葉片結(jié)冰的狀態(tài)實時進行調(diào)整工作的，有效降低了系統(tǒng)的運行能源消耗和運行成本，具有更高經(jīng)濟效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為圖1中ⅰ局部放大示意圖；

圖3為本發(fā)明加熱器閉環(huán)線性控制原理示意圖；

圖4為本發(fā)明電動渦輪增壓器閉環(huán)線性控制原理示意圖

圖5為本發(fā)明加熱器出風口參考溫度t*設定原理示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作進一步說明。在此需要說明的是，對于這些實施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。

如附圖1和附圖2所示，基于空氣加熱的風機葉片防冰、除冰系統(tǒng)，包括風機輪轂1、風機葉片2、葉片內(nèi)支撐骨架擋板3。將風機葉片2與風機輪轂1連接，葉片內(nèi)支撐骨架擋板3與風機葉片2連接。還包括控制器4、加熱器5、通風管6、冰探測器7、溫濕度傳感器8、電動渦輪增壓器9、多個葉片內(nèi)溫度傳感器10。

將溫濕度傳感器8與風機輪轂1連接，冰探測器7與風機葉片2連接。將通風管6安裝在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)，并在通風管6上設置通風孔11。將加熱器5安裝在通風管6前端的進風口處，將電動渦輪增壓器9安裝在加熱器5前端的進風口處的風機葉片上。將多個葉片內(nèi)溫度傳感器10安裝在兩塊葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的外側(cè)和內(nèi)腔；并將控制器4分別與溫濕度傳感器8、冰探測器7、加熱器5、電動渦輪增壓器9、葉片內(nèi)溫度傳感器10電性連接。當冰探測器7沒有結(jié)冰信號輸出時，控制器4根據(jù)溫濕度傳感器8所探測到的溫濕度信息，向加熱器5發(fā)送控制指令，控制加熱器5小功率運行，防止風機葉片2結(jié)冰。當冰探測器7有結(jié)冰信號輸出時，控制器4將根據(jù)結(jié)冰厚度控制加熱器5大功率運行；使風機葉片的溫度上升去除結(jié)冰。

控制器4根據(jù)當葉片內(nèi)溫度傳感器10所監(jiān)測的溫度信息，對電動渦輪增壓器9的轉(zhuǎn)速進行調(diào)節(jié)，以使從加熱器5出來的熱風迅速到達風機葉片2的遠端，使風機葉片2受熱均勻。

上述技術(shù)方案，通過控制器4分別與溫濕度傳感器8、冰探測器7、加熱器5、電動渦輪增壓器9、葉片內(nèi)溫度傳感器10電性連接。實現(xiàn)實時監(jiān)測風機葉片2運行的外部環(huán)境，當溫濕度傳感器8探測到的溫度降低、濕度較高時，有可能出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象時，控制器4將控制加熱器5、電動渦輪增壓器9運行在較小的功率，使風機葉片2的溫度在零度以上，有效防止風機葉片2出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。當風機葉片的外部環(huán)境溫度驟然變化，使風機葉片2出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象時，控制器4將控制加熱器5、電動渦輪增壓器9運行在較大的功率，使風機葉片2的溫度升高，風機葉片2上的結(jié)冰融化，有效去除結(jié)冰。

為了進一步降低能源消耗、降低運行成本，對加熱器5輸出功率的控制采用閉環(huán)線性控制。如附圖3所示：其中，t*為加熱器出風口的參考溫度，t1為加熱器5出風口實際溫度值。通過pwm驅(qū)動使加熱器5的功率線性輸出，從而實現(xiàn)對加熱器5出風口溫度t1的線性控制。當冰探測器7未探測到結(jié)冰，沒有結(jié)冰信號輸出時，t*由控制器4根據(jù)溫濕度傳感器8所探測到的溫濕度變化，以及溫濕度變化趨勢所確定。在冰探測器7探測到結(jié)冰信號時，t*則根據(jù)冰層厚度來設定。

為了再進一步降低能源消耗、降低運行成本，保證加熱的均勻性，提高風機葉片的運行性能，控制器4對電動渦輪增壓器9渦輪轉(zhuǎn)速的控制為閉環(huán)線性控制。具體實施中，如附圖4所示，通過pwm驅(qū)動實現(xiàn)電動渦輪增壓器的渦輪轉(zhuǎn)速線性可調(diào)。其中ω*為電動渦輪增壓器9設定渦輪轉(zhuǎn)速，

t2---t15為14個葉片內(nèi)溫度傳感器10所均勻分布兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3兩側(cè)的測量點，分控制器4根據(jù)t2---t15的溫度不均衡性對渦輪轉(zhuǎn)速ω*進行實時的調(diào)整，從而使得熱風壓力和傳送速度發(fā)生變化。在需要時，可將熱風以最快速度傳輸?shù)阶钸h端，減小傳輸過程中熱量的損耗，以達到溫度均衡控制目的。由于實現(xiàn)了電動渦輪增壓器9的渦輪轉(zhuǎn)速的線性可調(diào)，如果加熱器5以恒定功率運行，就會造成加熱器5出風口溫度t1的變化，如果加熱器5輸出功率線性可調(diào)，通過圖3所示的閉環(huán)控制，就可以保證在給定加熱器5出風口參考溫度t*不變的前提下，加熱器出風口實際溫度t1的恒定。

加熱器5出風口的參考溫度t*設定如圖5所示：主控制器4通過溫濕度傳感器8對風機外部的溫濕度進行長期的監(jiān)測，獲取并預測每天的溫濕度變化規(guī)律，提前預測結(jié)冰時刻冰啟動防冰控制，讓風機葉片2提前保持一定的溫度，避免結(jié)冰。一旦冰探測器7探測到結(jié)冰情況，有結(jié)冰信號輸出，開關(guān)立馬打到2號點位置，并根據(jù)冰層厚度來設定加熱器出風口的參考溫度t*。

為了進一步提高熱風的流動效果，使風機葉片2受熱均勻，使熱風能迅速到達風機葉片2的各個位置，具體實施中，將通風管6的末端分別與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)連接，將風機葉片2分割成多個通道。其中，通風管6的內(nèi)腔與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3末端的內(nèi)側(cè)形成送風通道12；通風管6外側(cè)與兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的內(nèi)側(cè)形成內(nèi)回風通道13；兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的外側(cè)形成外回風通道14；送風通道12與外回風通道14在兩葉片內(nèi)支撐骨架擋板3的頂端聯(lián)通。送風通道12通過通風管6上的通風孔11內(nèi)回風通道13聯(lián)通。將加熱器5、電動渦輪增壓器9安裝在風機葉片2與風機輪轂1連接端的風機葉片2的根部。上述結(jié)構(gòu)使得整個風機葉片2均可在熱風的作用下實現(xiàn)受熱升溫，同時從內(nèi)回風通道13、外回風通道14的回風出來的熱氣不僅能對風機葉片2進行加熱防冰、除冰，而且也能對風機輪轂1進行加熱防冰、除冰，有效實現(xiàn)對風機葉輪的整體保護。

以上結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施方式作了詳細說明，但本發(fā)明不限于所描述的實施方式。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明原理和精神的情況下，對這些實施方式進行多種變化、修改、替換和變型，仍落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。