一種風力發電機葉片的防結冰裝置及方法與流程
1.本技術涉及風力發電技術領域，尤其涉及一種風力發電機葉片的防結冰裝置及方法。
背景技術：
2.風能是一種可再生的綠能源，有著巨大的開發價值，然而豐富的風力資源基本分布在高寒地帶與濕度較大的沿海地區，當風力發電機葉片長期處于這種溫度較低，濕度較大的環境中，葉片表面非常容易出現不同程度的覆冰情況，葉片結冰會造成機組失穩，風力發電機組被迫停機；葉片結冰會導致葉片荷載分布不均，降低葉片使用壽命；隨著溫度升高，冰塊、冰凌會隨時脫落，對工作人員造成安全隱患。因此葉片防冰除冰技術是風力發電機如何度過結冰期的重點與難點。
3.各國風電工作人員對于葉片結冰機理和應對方式方法進行了深入研究，目前的主要方法有溶液防冰、涂層防冰、熱能防冰、機械除冰、電脈沖除冰和氣動帶除冰等。然而溶液防冰需要不停補充溶液；涂層防冰維持時間很短且涂層容易脫落，需要補充；熱能防冰能源消耗大，對葉片加熱可能損壞葉片中粘接材料；機械除冰、電脈沖除冰和氣動帶除冰等除冰技術都需要停機實施，而結冰是反復發生的，對解決結冰期不能發電的問題作用有限。
技術實現要素：
4.為了上述提出的至少一個技術問題，本發明公開一種風力發電機葉片的防結冰裝置及方法。
5.根據本發明的一方面，提供了一種風力發電機葉片的防結冰裝置，包括：
6.表面波激發裝置和表面波發射裝置，所述表面波激發裝置設置于風力發電機的內部，所述表面波發射裝置設置于風力發電機葉片根部的外表面，其中，所述風力發電機葉片根部為風力發電機葉片靠近目標連接處的端部，所述目標連接處為所述風力發電機葉片與風力發電機輪轂的連接處；
7.所述表面波激發裝置，用于向所述表面波發射裝置發送表面波激發信號；
8.所述表面波發射裝置，用于響應所述表面波激發信號，沿著預設方向發射表面波，以使所述表面波傳播至所述風力發電機葉片的表面，在所述風力發電機葉片的表面存在目標對象的情況下，以使所述表面波被所述目標對象吸收，以及以使所述目標對象從所述風力發電機葉片的表面脫落；
9.其中，所述預設方向為從所述風力發電機葉片根部至風力發電機葉片頂部的方向，所述風力發電機葉片頂部為所述風力發電機葉片遠離所述目標連接處的端部；所述目標對象表征未結冰的物質。
10.在一些可能的實施方式中，所述風力發電機葉片的數量為至少兩個，至少兩個所述風力發電機葉片均勻設置在所述風力發電機輪轂上；每個所述風力發電機葉片對應的所述風力發電機葉片根部，均勻設置有預設數量個所述表面波發射裝置。
11.在一些可能的實施方式中，所述風力發電機葉片的數量為至少兩個，所述表面波發射裝置設置在目標風力發電機葉片根部的外表面，所述目標風力發電機葉片根部為基于至少兩個所述風力發電機葉片各自對應的所述風力發電機葉片根部的歷史結冰數據，在至少兩個所述風力發電機葉片各自對應的所述風力發電機葉片根部中確定。
12.在一些可能的實施方式中，所述表面波激發裝置，包括：激發模塊、電源模塊和控制回路模塊，所述控制回路模塊的輸出端與所述電源模塊的輸入端連接，所述電源模塊的輸出端與所述激發模塊的輸入端連接，所述激發模塊的輸出端與所述表面波發射裝置的輸入端連接；
13.所述激發模塊，用于向所述表面波發射裝置發送所述表面波激發信號；
14.所述電源模塊，用于為所述激發模塊提供電源；
15.所述控制回路模塊，用于控制所述電源模塊的開啟，以使所述電源模塊在開啟的情況下，為所述激發模塊提供電源。
16.在一些可能的實施方式中，所述表面波發射裝置通過固定裝置可拆裝設置在所述風力發電機葉片根部的外表面。
17.在一些可能的實施方式中，所述固定裝置包括抱箍和連接裝置，所述抱箍設置于所述風力發電機葉片根部的外表面上，所述表面波發射裝置通過所述連接裝置與所述抱箍可拆裝連接。
18.在一些可能的實施方式中，所述表面波發射裝置包括超聲波換能器，所述超聲波換能器的頻率為20～50khz。
19.在一些可能的實施方式中，所述激發模塊包括發射電路和功率放大器，所述發射電路的輸出端與所述功率放大器的輸入端連接，所述功率放大器的輸出端與所述超聲波換能器的輸入端連接；
20.所述發射電路，用于將所述電源模塊的電源頻率調諧到所述超聲波換能器的固有頻率；
21.所述功率放大器，用于調整所述超聲波換能器的發射功率。
22.在一些可能的實施方式中，所述發射電路包括超聲波發生器，所述超聲波發生器用于調整所述電源模塊的電源頻率。
23.根據本發明的第二方面，提供一種風力發電機葉片的防結冰方法，所述方法包括：
24.在當前氣象數據滿足預設條件的情況下，基于所述表面波激發裝置向所述表面波發射裝置發送所述表面波激發信號；
25.基于所述表面波發射裝置響應所述表面波激發信號，沿著所述預設方向發射所述表面波，以使所述表面波傳播至所述風力發電機葉片的表面，以使所述表面波被所述目標對象吸收，以及以使所述目標對象從所述風力發電機葉片的表面脫落。
26.應當理解的是，以上的一般描述和后文的細節描述僅是示例性和解釋性的，而非限制本公開。
27.實施本發明，具有如下有益效果：
28.本發明通過將表面波激發裝置設置在風力發電機的內部，將表面波發射裝置設置在風力發電機葉片根部的外表面，使得風力發電機表面波發射裝置能夠在響應表面波激發裝置發送的表面波激發信號的情況下，發射表面波，表面波從風力發電機葉片根部傳播至
風力發電機葉片頂部，目標對象吸收表面波后發生振蕩從風力發電機葉片的表面脫落，從而防止風力發電機葉片結冰，實現風力發電機葉片在結冰氣候條件下正常工作。
29.根據下面參考附圖對示例性實施例的詳細說明，本發明的其他特征及方面將變得清楚。
附圖說明
30.為了更清楚地說明本發明的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它附圖。
31.圖1為本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰裝置的原理圖；
32.圖2為本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰裝置的表面波波傳播方向示意圖；
33.圖3為本發明實施例的表面波發射裝置截面布置圖；
34.圖4為本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰方法的流程示意圖；
35.圖5為本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰方法的流程示意圖。
36.其中，圖中附圖標記分別對應為：1-表面波發射裝置；2-表面波傳播方向；3-葉片根部截面。
具體實施方式
37.下面將結合本說明書實施例中的附圖，對本說明書實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本說明書一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本說明書中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。
38.需要說明的是，本發明的說明書和權利要求書及上述附圖中的術語“第一”、“第二”等是用于區別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應該理解這樣使用的數據在適當情況下可以互換，以便這里描述的本發明的實施例能夠以除了在這里圖示或描述的那些以外的順序實施。此外，術語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，例如，包含了一系列步驟或單元的過程、方法、系統、產品或服務器不必限于清楚地列出的那些步驟或單元，而是可包括沒有清楚地列出的或對于這些過程、方法、產品或設備固有的其它步驟或單元。
39.以下將參考附圖詳細說明本發明的各種示例性實施例、特征和方面。附圖中相同的附圖標記表示功能相同或相似的元件。盡管在附圖中示出了實施例的各種方面，但是除非特別指出，不必按比例繪制附圖。
40.在這里專用的詞“示例性”意為“用作例子、實施例或說明性”。這里作為“示例性”所說明的任何實施例不必解釋為優于或好于其它實施例。
41.本文中術語“和/或”，僅僅是一種描述關聯對象的關聯關系，表示可以存在三種關系，例如，a和/或b，可以表示：單獨存在a，同時存在a和b，單獨存在b這三種情況。另外，本文中術語“至少一種”表示多種中的任意一種或多種中的至少兩種的任意組合，例如，包括a、
b、c中的至少一種，可以表示包括從a、b和c構成的集合中選擇的任意一個或多個元素。
42.另外，為了更好地說明本發明，在下文的具體實施方式中給出了眾多的具體細節。本領域技術人員應當理解，沒有某些具體細節，本發明同樣可以實施。在一些實例中，對于本領域技術人員熟知的方法、手段、元件和電路未作詳細描述，以便于凸顯本發明的主旨。
43.圖1示出根據本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰裝置的原理圖，圖2示出根據本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰裝置的表面波波傳播方向示意圖，應用于風力發電機葉片。
44.請參閱圖1和圖2，上述風力發電機葉片的防結冰裝置包括：
45.表面波激發裝置和表面波發射裝置1，表面波激發裝置設置于風力發電機的內部，表面波發射裝置1設置于風力發電機葉片根部3的外表面，其中，風力發電機葉片根部3為風力發電機葉片靠近目標連接處的端部，所述目標連接處為所述風力發電機葉片與風力發電機輪轂的連接處；
46.所述表面波激發裝置，用于向所述表面波發射裝置1發送表面波激發信號；
47.所述表面波發射裝置1，用于響應所述表面波激發信號，沿著預設方向發射表面波，以使所述表面波傳播至所述風力發電機葉片的表面，在所述風力發電機葉片的表面存在目標對象的情況下，以使所述表面波被所述目標對象吸收，以及以使所述目標對象從所述風力發電機葉片的表面脫落；
48.其中，所述預設方向為從所述風力發電機葉片根部3至風力發電機葉片頂部的方向，所述風力發電機葉片頂部為所述風力發電機葉片遠離所述目標連接處的端部；所述目標對象表征未結冰的物質。
49.在本發明實施例中，本發明通過風力發電機葉片往年結冰數據判斷當前氣象是否處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，若當前氣象處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，打開表面波激發裝置，表面波激發裝置向表面波發射裝置1發送表面波激發信號，表面波發射裝置1接收到表面波激發信號并響應發送表面波。表面波發射裝置1設置在風力發電機葉片根部3的外表面，表面波傳播方向2為表面波沿著風力發電機葉片的長度方向從風力發電機葉片根部3傳播至風力發電機葉片頂部，葉片表面目標對象吸收表面波，從葉片表面脫落，從而防止葉片結冰。可以理解的是，目標對象可以是過冷水滴，葉片表面過冷水滴吸收表面波，過冷水滴產生振蕩和空化，借助葉片自傳的離心力，過冷水滴從葉片表面脫落。可以理解的是，風力發電機葉片表面材質為玻璃鋼，聲波吸收率較低，可實現較小發射功率實現葉片除冰；材質單一，聲束傳播路徑可控、覆蓋范圍可控，可有效保證防止結冰的范圍。
50.在一個可選的實施例中，圖3示出根據本發明實施例的表面波發射裝置截面布置圖，如圖3所示，本發明實施例設置了所述風力發電機葉片的數量為至少兩個，至少兩個所述風力發電機葉片均勻設置在所述風力發電機輪轂上；每個所述風力發電機葉片對應的所述風力發電機葉片根部3，均勻設置有預設數量個所述表面波發射裝置1。
51.在本發明實施例中，風力發電機的葉片數量至少為兩個，將至少兩個風力發電機葉片均勻設置在風力發電機輪轂上，預設數量個表面波發射裝置1，均勻設置在風力發電機葉片根部3，使表面波傳播至整個葉片表面。可以理解的是，預設數量個表面波發射裝置1可以是表面波發射裝置1沿風力發電機葉片根部3的外表面無間隔均勻設置一周，使表面波傳播至整個風力發電機葉片表面。設置有預設數量個表面波發射裝置1，每個表面波發射裝置
1所需的發射功率就較小，可以避免降低表面波發射裝置1的使用壽命。
52.在一個可選的實施例中，根據風力發電機葉片表面有不同程度的結冰情況，本發明實施例設置了所述風力發電機葉片的數量為至少兩個，所述表面波發射裝置1設置在目標風力發電機葉片根部的外表面，所述目標風力發電機葉片根部為基于至少兩個所述風力發電機葉片各自對應的所述風力發電機葉片根部的歷史結冰數據，在至少兩個所述風力發電機葉片各自對應的所述風力發電機葉片根部中確定。
53.在本發明實施例中，不同的地域，風力發電機葉片的結冰情況不同，根據往年風力發電機葉片的歷史結冰數據，統計分析風力發電機葉片什么部位會結冰，在結冰部位對應的風力發電機葉片根部布置表面波發射裝置1，以防止該部位結冰，可以避免表面波發射裝置不必要的浪費。
54.在一個可選的實施例中，所述表面波激發裝置包括：激發模塊、電源模塊和控制回路模塊，所述控制回路模塊的輸出端與所述電源模塊的輸入端連接，所述電源模塊的輸出端與所述激發模塊的輸入端連接，所述激發模塊的輸出端與所述表面波發射裝置的輸入端連接；
55.所述激發模塊，用于向所述表面波發射裝置發送所述表面波激發信號；
56.所述電源模塊，用于為所述激發模塊提供電源；
57.所述控制回路模塊，用于控制所述電源模塊的開啟，以使所述電源模塊在開啟的情況下，為所述激發模塊提供電源。
58.在本發明實施例中，控制回路模塊控制電源模塊的開啟，使電源模塊能夠為激發模塊供電，以使激發模塊能夠激發表面波發射裝置發射表面波。
59.在一個可選的實施例中，本發明實施例設置所述表面波發射裝置1通過固定裝置可拆裝設置在所述風力發電機葉片根部3的外表面。
60.在一個可選的實施例中，所述固定裝置包括抱箍和連接裝置，所述抱箍設置于所述風力發電機葉片根部的外表面上，所述表面波發射裝置通過所述連接裝置與所述抱箍可拆裝連接。
61.在本發明實施例中，表面波發射裝置通過固定裝置以可拆裝的連接方式設置在風力發電機葉片的外表面。具體地，在風力發電機葉片根部3的外表面設置抱箍，表面波發射裝置1通過連接裝置固定在抱箍上，從而使表面波發射裝置1設置在風力發電機葉片根部3的外表面，使服役葉片也能過通過本裝置防止葉片結冰，并且使表面波發射裝置在損壞時容易維修。具體地，連接裝置為卡子和螺栓等可以將表面波發射裝置固定在抱箍上的裝置。
62.在一個可選的實施例中，表面波發射裝置包括超聲波換能器，所述超聲波換能器的頻率為20～50khz。
63.在本發明實施例中，超聲波換能器的頻率高于50khz時，由于風力發電機葉片材料對表面波的吸收率越大，頻率過高不利于表面波在葉片表面傳播；超聲波換能器的頻率低于20khz時，目標對象吸收表面波能量較少，不利于目標對象從葉片表面脫落。
64.在一個可選的實施例中，激發模塊包括發射電路和功率放大器，所述發射電路的輸出端與所述功率放大器的輸入端連接，所述功率放大器的輸出端與所述超聲波換能器的輸入端連接；
65.所述發射電路，用于將所述電源模塊的電源頻率調諧到所述超聲波換能器的固有
頻率；
66.所述功率放大器，用于調整所述超聲波換能器的發射功率。
67.在一個可選的實施例中，所述發射電路包括超聲波發生器，所述超聲波發生器用于調整所述電源模塊的電源頻率。
68.圖4示出根據本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰方法的流程示意圖，請參閱圖4，本發明的實施例還提供了一種風力發電機葉片的防結冰方法如下：
69.步驟s401：在當前氣象數據滿足預設條件的情況下，基于所述表面波激發裝置向所述表面波發射裝置1發送所述表面波激發信號；
70.可以理解的是預設條件是可能結冰而尚未結冰的氣象條件，在當前氣象數據滿足預設條件的情況下是通過風力發電機往年結冰數據判斷當前氣象是否處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，若當前氣象處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，則當前氣象數據滿足預設條件。
71.步驟s402：基于所述表面波發射裝置1響應所述表面波激發信號，沿著所述預設方向發射所述表面波，以使所述表面波傳播至所述風力發電機葉片的表面，以使所述表面波被所述目標對象吸收，以及以使所述目標對象從所述風力發電機葉片的表面脫落。
72.以下，對風力發電機葉片的防結冰方法進行詳細說明：
73.圖5示出根據本發明實施例的一種風力發電機葉片的防結冰方法的流程示意圖，請參閱圖5，在一個可選的實施例中，采用上述一種風力發電機葉片的防結冰裝置及方法進行風力發電機葉片的防結冰的過程如下：
74.步驟s501：在當前氣象數據滿足預設條件的情況下，基于所述表面波激發裝置向所述表面波發射裝置發送所述表面波激發信號，通過表面波激發裝置中的控制回路模塊控制電源模塊的開啟，電源模塊開啟后，為激發模塊提供電源；
75.步驟s502：激發模塊中的超聲波發生器將電源模塊的電源頻率調諧到表面波發射裝置中的超聲波換能器的固有頻率；
76.步驟s503：激發模塊中的功率放大器調整表面波發射裝置中的超聲波換能器的發射功率；
77.步驟s504：基于所述表面波發射裝置響應所述表面波激發信號發射表面波，表面波發射裝置中的超聲波換能器沿著所述預設方向發射表面波。
78.可以理解的是，表面波激發裝置通過激發模塊激發超聲波換能器發射表面波，表面波從風力發電機葉片根部傳播至風力發電機葉片頂部，表面波被目標對象吸收，目標對象發生振蕩從風力發電機葉片的表面脫落，防止葉片結冰。
79.由上述本發明提供的實施例可見，本發明通過風力發電機往年結冰數據判斷當前氣象是否處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，若當前氣象處于可能結冰而尚未結冰的氣象條件，打開表面波激發裝置并向表面波發射裝置發送表面波激發信號，表面波發射裝置響應表面波激發信號發射表面波，表面波從風力發電機葉片根部傳播至風力發電機葉片頂部，當表面波遇到目標對象，目標對象吸收表面波發生振蕩，借助葉片自傳的離心力，目標對象從風力發電機葉片表面脫落，從而防止葉片結冰。
80.需要說明的是：以上已經描述了本發明的各實施例，上述說明是示例性的，并非是窮盡性的，并且也不限于所披露的各實施例。在不偏離所說明的各實施例的范圍和精神的
情況下，對應本技術領域的普通技術人員來說許多修改和變更都是顯而易見的。本文中所用術語的選擇，旨在最好地解釋各實施例的原理、實際應用或對市場中的技術改進，或者使本技術領域的其他普通技術人員能理解本文披露的各實施例。
