一种间歇加热式风机叶片除冰系统及其工作方法与流程

1.本发明属于风电运维技术领域，具体涉及一种间歇加热式风机叶片除冰系统及其工作方法。


背景技术：

2.风机叶片覆冰是一直困扰着风电发展的难题，覆冰会降低风力发电机组的发电效率，甚至造成风电机组停机，更为严重的是覆冰对机组安全和运营维护人员也会产生潜在威胁。因此对叶片防除冰的研究是亟待解决的课题。
3.现有的防除冰手段主要有电热除冰、热鼓风除冰和涂层防冰等，其中热鼓风除冰技术是利用导热管将热风送入风机叶片内部，与叶片进行换热。当前的风机叶片气热除冰系统是开口系统，且当叶片结冰时，除冰系统需要处于连续运行的状态，以便快速除冰。但是，这样的除冰系统会带来较大的能量浪费。


技术实现要素：

4.为了解决上述现有问题，本发明的目的在于提供一种间歇加热式风机叶片除冰系统及其工作方法，能够显著降低能耗，提高气热除冰系统的效率和经济性。
5.本发明通过以下技术方案来实现：
6.本发明公开的一种间歇加热式风机叶片除冰系统，包括第一管道、第二管道、前缘挡板、后缘挡板、送风机、加热器、第一测温仪和第二测温仪；
7.送风机和加热器设在叶根内；前缘挡板设在腹板与叶片前缘之间，前缘挡板上开设有第一接口；后缘挡板设在腹板与叶片后缘之间，后缘挡板上开设有第二接口；送风机与加热器连接，第一管道分别与加热器和第一接口连接，第二管道分别与送风机和第二接口连接；第一测温仪设在第一管道上，第二测温仪设在叶尖内部。
8.优选地，第一接口的进口与第一管道连接，第一接口的出口连接有阵列式出气装置。
9.进一步优选地，所述阵列式出气装置包括出气装置本体和若干出气喷头，出气装置本体设有内腔，内腔的一侧与第一接口连接，另一侧与若干出气喷头的进口端连接。
10.进一步优选地，若干出气喷头的朝向不完全相同。
11.优选地，第二接口的出口侧与第二管道连接，第二接口的进口侧连接有漏斗形的聚气装置，所述聚气装置的开口边缘与腹板和叶片后缘连接。
12.优选地，第一管道与加热器和第一接口之间、第二管道与送风机和第二接口之间均采用平滑接头进行连接。
13.本发明公开的上述间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，包括：
14.除冰气流经加热器加热后，由第一管道经前缘挡板上的第一接口进入叶片内部，然后沿腹板与叶片前缘之间的空腔流至叶尖，并绕过腹板与叶尖之间的空间流过腹板与叶片后缘之间的空腔，经后缘挡板上的第二接口进入第二管道，在送风机的作用下进入加热
器开始下一循环；第一测温仪对加热器出口的除冰气流温度进行监测，第二测温仪对叶尖温度进行监测，加热器根据第一测温仪和第二测温仪的监测结果进行启闭和温度调节。
15.优选地，当除冰气流温度高于第一预设温度t1时，加热器不开启；当除冰气流温度低于第二预设温度t2时，加热器开启，直至叶尖高于第三预设温度t3；当除冰气流温度达到t1且叶尖温度低于t3，关闭加热器直至除冰气流温度低于第二预设温度t2；其中，第一预设温度t1＞第二预设温度t2，t3＞0℃。
16.进一步优选地，第一预设温度t
1-第二预设温度t2＞10℃，且t1《75℃。
17.进一步优选地，加热器每次开启后，按照预设的单次加热时间和加热间隔运行。
18.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
19.本发明公开的一种间歇加热式风机叶片除冰系统，通过在腹板与叶片前缘之间设置前缘挡板、在腹板与叶片后缘之间设置后缘挡板，并通过第一管道和第二管道与送风机和加热器之间构建闭口系统，实现了工质的充分循环利用。同时，通过第一测温仪对除冰气流温度进行监测，通过第二测温仪对叶尖处的温度进行监测，能够综合考量叶片除冰效果和能耗，对加热器的启闭进行反馈调节，利用系统的热惯性，降低了除冰气流残留余温不能有效利用而带来的热损失，减少了除冰能耗。
20.进一步地，第一接口的出口连接有阵列式出气装置，能够使气流均匀进入叶片内部的空间。
21.更进一步地，阵列式出气装置通过若干出气喷头形成若干独立的气流，气流之间相互干扰，提高对叶片加热效果。
22.更进一步地，若干出气喷头的朝向不完全相同，能够进一步地提高气流之间交互干扰效果。
23.进一步地，第二接口的进口侧连接有漏斗形的聚气装置，能够避免距离第二接口较远的部位造成气流淤积，提高循环流动效果。
24.进一步地，第一管道与加热器和第一接口之间、第二管道与送风机和第二接口之间均采用平滑接头进行连接，减小气体流动的局部阻力。
25.本发明公开的上述间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，在实现工质循环利用的同时，通过设置反馈控制系统，对加热器的启闭和温度进行调节；通过间接加热的方式，一方面提升除冰气流的温度，另一方面提升了除冰效果。该方法一方面充分利用了除冰热气流的能量，实现了高效叶片除冰；另一方面通过间歇式的加热方法显著减少了除冰能耗。
附图说明
26.图1为本发明的间歇加热式风机叶片除冰系统的整体结构示意图；
27.图2为前缘挡板的结构示意图；
28.图3为后缘挡板的结构示意图；
29.图4为本发明的间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法流程图；
30.图5为阵列式出气装置的结构示意图。
31.图中：1-第一管道；2-第二管道；3-前缘挡板；4-后缘挡板；5-腹板；6-叶片前缘；7-叶片后缘；8-叶根；9-送风机；10-加热器；11-第一测温仪；12-第二测温仪；301-第一接口；
401-第二接口；1301为出气装置本体；1302为出气喷头；1303为内腔。
具体实施方式
32.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细描述，其内容是对本发明的解释而不是限定：
33.如图1，本发明的一种间歇加热式风机叶片除冰系统，包括第一管道1、第二管道2、前缘挡板3、后缘挡板4、送风机9、加热器10、第一测温仪11和第二测温仪12；
34.如图2和图3，送风机9和加热器10设在叶根8内；前缘挡板3设在腹板5与叶片前缘6之间，前缘挡板3上开设有第一接口301；后缘挡板4设在腹板5与叶片后缘7之间，后缘挡板4上开设有第二接口401；送风机9与加热器10连接，第一管道1分别与加热器10和第一接口301连接，第二管道2分别与送风机9和第二接口401连接；第一测温仪11设在第一管道1上，第二测温仪12设在叶尖内部。
35.在本发明的一个较优的实施例中，第一接口301的进口与第一管道1连接，第一接口301的出口连接有阵列式出气装置。优选地，所述阵列式出气装置包括出气装置本体1301和若干出气喷头1302，出气装置本体1301设有内腔1303，内腔1303的一侧与第一接口301连接，另一侧与若干出气喷头1302的进口端连接。优选地，若干出气喷头1302的朝向不完全相同。具体地，将若干出气喷头1302设置为若干排，靠近上侧的出气喷头1302向下倾斜，靠近下侧的出气喷头1302向上倾斜。另一种布置形式，在同一排的出气喷头1302中，向上倾斜和向下倾斜的出气喷头1302交替设置。
36.在本发明的一个较优的实施例中，第二接口401的出口侧与第二管道2连接，第二接口401的进口侧连接有漏斗形的聚气装置，所述聚气装置的开口边缘与腹板5和叶片后缘7连接。
37.在本发明的一个较优的实施例中，第一管道1与加热器10和第一接口301之间、第二管道2与送风机9和第二接口401之间均采用平滑接头进行连接。
38.上述间歇加热式风机叶片除冰系统工作方法：
39.除冰气流经加热器10加热后，由第一管道1经前缘挡板3上的第一接口301进入叶片内部，然后沿腹板5与叶片前缘6之间的空腔流至叶尖，并绕过腹板5与叶尖之间的空间流过腹板5与叶片后缘7之间的空腔，经后缘挡板4上的第二接口401进入第二管道2，在送风机9的作用下进入加热器10开始下一循环；第一测温仪11对加热器10出口的除冰气流温度进行监测，第二测温仪12对叶尖温度进行监测，加热器10根据第一测温仪11和第二测温仪12的监测结果进行启闭和温度调节。
40.具体的运行策略方面如图4，当除冰气流温度高于第一预设温度t1时，加热器10不开启；当除冰气流温度低于第二预设温度t2时，加热器10开启，直至叶尖高于第三预设温度t3；当除冰气流温度达到t1且叶尖温度低于t3，关闭加热器直至除冰气流温度低于第二预设温度t2；其中，第一预设温度t1＞第二预设温度t2，t3＞0℃。第一预设温度t
1-第二预设温度t2＞10℃，且t1《75℃。加热器10每次开启后，按照预设的单次加热时间和加热间隔运行。
41.下面以一个具体实施例来对本发明的工作方法进行进一步地解释说明：
42.根据，设定第一预设温度t1为70℃，第二预设温度t2为55℃，第三预设温度t3为1℃。当除冰气流温度高于70℃时，加热器10不开启；当除冰气流温度低于55℃时，加热器10
开启，直至叶尖高于第三预设温度t3；当除冰气流温度达到70℃且叶尖温度低于t3，关闭加热器直至除冰气流温度低于55℃。加热器10每次开启后，单次加热时间10分钟，加热间隔2分钟。
43.以上所述仅为本发明实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内可轻易想到的变化或者替换，或利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或者等效流程变换，或直接、间接运用在其他相关技术领域的情况，均应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，包括第一管道(1)、第二管道(2)、前缘挡板(3)、后缘挡板(4)、送风机(9)、加热器(10)、第一测温仪(11)和第二测温仪(12)；送风机(9)和加热器(10)设在叶根(8)内；前缘挡板(3)设在腹板(5)与叶片前缘(6)之间，前缘挡板(3)上开设有第一接口(301)；后缘挡板(4)设在腹板(5)与叶片后缘(7)之间，后缘挡板(4)上开设有第二接口(401)；送风机(9)与加热器(10)连接，第一管道(1)分别与加热器(10)和第一接口(301)连接，第二管道(2)分别与送风机(9)和第二接口(401)连接；第一测温仪(11)设在第一管道(1)上，第二测温仪(12)设在叶尖内部。2.根据权利要求1所述的间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，第一接口(301)的进口与第一管道(1)连接，第一接口(301)的出口连接有阵列式出气装置。3.根据权利要求2所述的间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，所述阵列式出气装置包括出气装置本体(1301)和若干出气喷头(1302)，出气装置本体(1301)设有内腔(1303)，内腔(1303)的一侧与第一接口(301)连接，另一侧与若干出气喷头(1302)的进口端连接。4.根据权利要求3所述的间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，若干出气喷头(1302)的朝向不完全相同。5.根据权利要求1所述的间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，第二接口(401)的出口侧与第二管道(2)连接，第二接口(401)的进口侧连接有漏斗形的聚气装置，所述聚气装置的开口边缘与腹板(5)和叶片后缘(7)连接。6.根据权利要求1所述的间歇加热式风机叶片除冰系统，其特征在于，第一管道(1)与加热器(10)和第一接口(301)之间、第二管道(2)与送风机(9)和第二接口(401)之间均采用平滑接头进行连接。7.权利要求1～6任意一项所述的间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，其特征在于，包括：除冰气流经加热器(10)加热后，由第一管道(1)经前缘挡板(3)上的第一接口(301)进入叶片内部，然后沿腹板(5)与叶片前缘(6)之间的空腔流至叶尖，并绕过腹板(5)与叶尖之间的空间流过腹板(5)与叶片后缘(7)之间的空腔，经后缘挡板(4)上的第二接口(401)进入第二管道(2)，在送风机(9)的作用下进入加热器(10)开始下一循环；第一测温仪(11)对加热器(10)出口的除冰气流温度进行监测，第二测温仪(12)对叶尖温度进行监测，加热器(10)根据第一测温仪(11)和第二测温仪(12)的监测结果进行启闭和温度调节。8.根据权利要求7所述的间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，其特征在于，当除冰气流温度高于第一预设温度t1时，加热器(10)不开启；当除冰气流温度低于第二预设温度t2时，加热器(10)开启，直至叶尖高于第三预设温度t3；当除冰气流温度达到t1且叶尖温度低于t3，关闭加热器直至除冰气流温度低于第二预设温度t2；其中，第一预设温度t1＞第二预设温度t2，t3＞0℃。9.根据权利要求8所述的间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，其特征在于，第一预设温度t
1-第二预设温度t2＞10℃，且t1<75℃。10.根据权利要求8所述的间歇加热式风机叶片除冰系统的工作方法，其特征在于，加热器(10)每次开启后，按照预设的单次加热时间和加热间隔运行。

技术总结
本发明公开的一种间歇加热式风机叶片除冰系统及其工作方法，属于风电运维技术领域。包括第一管道、第二管道、前缘挡板、后缘挡板、送风机、加热器、第一测温仪和第二测温仪。送风机和加热器设在叶根内；前缘挡板设在腹板与叶片前缘之间，前缘挡板上开设有第一接口；后缘挡板设在腹板与叶片后缘之间，后缘挡板上开设有第二接口；送风机与加热器连接，第一管道分别与加热器和第一接口连接，第二管道分别与送风机和第二接口连接；第一测温仪设在第一管道上，第二测温仪设在叶尖内部。本发明能够显著降低能耗，提高气热除冰系统的效率和经济性。提高气热除冰系统的效率和经济性。提高气热除冰系统的效率和经济性。


技术研发人员：许扬 唐烂芳 敖海 谭光道 李天录 李秀明 葛晓达 杨嘉耕 刘光鼐 刘爱军 郝延峰 蔡安民 林伟荣
受保护的技术使用者：中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司 中国华能集团有限公司 华能吉林发电有限公司新能源开发中心
技术研发日：2023.05.09
技术公布日：2023/7/4