风力发电机叶片除冰设备和风力发电机叶片除冰方法与流程

本发明属于风力发电机叶片的除冰技术领域，具体而言，涉及风力发电机叶片除冰设备和风力发电机叶片除冰方法。

背景技术：

目前，风电叶片除冰主要有以下的：

1、通过加热器加热叶片内腔的空气，鼓风机吹动热空气在叶片内腔循环，热量传递至叶片表面，使叶片表面冰块逐渐融化和脱落；

2、加热电阻与超声振荡结合；

3、在叶片铺层内置加热网，结冰状态下加热网通电工作，使叶片表面温度升高，使冰块融化脱落；

4、震动除冰；

目前，加热器与鼓风机结合的除冰方式较流行，但随着叶片长度的增加，这种除冰方式的成本控制和可靠性都受到挑战，而振动或者机械加载除冰的方式不受限制，有着极大的技术挖掘空间。

具体说来，加热器与鼓风机结合的方式，需要依靠大功率的加热器与鼓风机，以使得叶片内腔的热量能够传递至表面，依靠热传递使冰面融化，需要大量的时间，尤其是结冰层较厚的情况下，除冰时间将会明显延长；

而且，加热器和通风管道都属于内置的固定设备，会造成叶片重量的增加，从而降低发电效率，且在叶片长期运转过程中通风管道及加热设备也会存在脱落的风险；

依靠加热的方式来除冰，并非使冰块全部融化成液体再从叶片表面留下，而是将冰层与叶片接触的部位融化，使其丧失与叶片表面的吸附力，和/或，使得整个冰块保持原有外形的能力降低，使冰块脱落，冰块体积大，存在一定的安全隐患；

无论上述的1、2、3种方案的哪一种，每一支叶片上都要安装一套加热除冰设备，导致风力发电机的成本增加；

现有的震动除冰方式，震源与冰面不直接接触，除冰效果不可控。

技术实现要素：

本发明第一方面的目的在于提供一种风力发电机叶片除冰设备，能够解决现有技术中的需要在叶片内部增加固定的除冰设备而导致的叶片内部结构复杂的技术问题。

一种风力发电机叶片除冰设备，包括除冰装置，所述除冰装置用于与风力发电机叶片可拆卸连接，所述除冰装置第一类别机械除冰头和第二类别机械除冰头，所述第一类别机械除冰头用于设置在风力发电机叶片的迎风面外，所述第二类别机械除冰头用于设置在风力发电机叶片的背风面外，所述第一类别机械除冰头与第一类别除冰驱动装置的输出端连接，所述第二类别机械除冰头与第二类别除冰驱动装置的输出端连接，所述第一类别除冰装置的固定端与所述第二类别除冰驱动装置的固定端相对固定设置。

本方面的发明的有益效果是：

通过设置能够相向运动的第一类别机械除冰头和第二类别机械除冰头，可以从风力发电机叶片的外侧施加作用力，以将风力发电机叶片上的冰层破坏，从而无需在风力发电机叶片的内部设置加热网或用于使得热风流动的通风管道，有利于简化风力发电机叶片内部结构，减轻风力发电机叶片的重量，降低风力发电机叶片的成本。而且，本装置是在需要除冰时才设置在风力发电机叶片外，除冰作业结束后从风力发电机上拆下，在风力发电机运行时，不可能产生除冰设备脱落的危险。

在可选的实施方式中，所述第一类别除冰驱动装置包括第一类别除冰液压缸，所述第一类别机械除冰头与所述第一类别除冰液压缸的输出端连接，所述第二类别除冰驱动装置包括第二类别除冰液压缸，所述第二类别机械除冰头与所述第二类别除冰液压缸连接。

在可选的实施方式中，所述第一类别机械除冰头包括第一类别除冰铲，所述第一类别除冰铲安装在所述第一类别除冰驱动装置的输出端，所述第二类别机械除冰头包括第二类别除冰铲，所述第二类别除冰铲安装在所述第二类别除冰驱动装置的输出端。

在可选的实施方式中，还包括多个定位装置，所述定位装置包括定位驱动装置和定位传感器，所述定位传感器用于与所述风力发电机叶片的所述冰层表面接触并向控制系统输送与所述冰层接触的信号。

在可选的实施方式中，所述定位驱动装置为定位液压缸。

在可选的实施方式中，所述控制系统用于接收所述定位传感器的信号，并根据所述定位传感器所在的位置拟合出所述风力发电机叶片的该位置处的翼型截面，与储存的所述风力发电机叶片的翼型对比，确定所述定位传感器在所述风力发电机叶片的长度方向所在位置，并控制各个所述第一类别除冰驱动装置和各个所述第二类别除冰驱动装置的移动距离，使得所述第一类别除冰驱动装置带动所述第一类别机械除冰头、所述第二类别除冰驱动装置带动所述第二类别机械除冰头移动至所述风力发电机叶片的表面。

在可选的实施方式中，还包括升降装置，所述升降装置的输出端与所述除冰装置连接，所述升降装置用于安装在风力发电机上。

本发明的第二个目的在于提供一种风力发电机叶片除冰方法，以解决需要在叶片内部增加固定的除冰设备而导致的叶片内部的技术问题。

本方面的发明提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述任一项所述的风力发电机叶片除冰设备，包括除冰步骤：

所述除冰步骤中，所述第一类别除冰驱动装置驱动所述第一类别机械除冰头向所述迎风面的第一冰层运动并与所述冰层接触，将所述第一冰层从所述迎风面除掉，所述第二类别除冰驱动装置驱动所述第二类别机械除冰头向所述背风面的第二冰层运动并与所述第二冰层接触，将所述第二冰层从所述背风面除掉。

本发明风力发电机叶片除冰方法带来的有益效果是：

由于本方面所提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述任一项所述的风力发电机叶片除冰设备，因此具有了上述任一项的风力发电机叶片除冰设备所带来的技术效果，在此不再赘述。

本发明的第三个目的在于提供一种风力发电机叶片除冰方法，以解决风力发电机叶片除冰时除冰头的位置控制精度不佳的技术问题。

本方面的发明提供的风力发电机叶片除冰方法，使用第四项到第六项中任一项所述的风力发电机叶片除冰设备，包括定位步骤和控制步骤：

所述定位步骤中，所述定位驱动装置驱动所述定位传感器与所述风力发电机叶片表面接触，并向所述控制系统传输接触信号；

所述控制步骤中，所述控制系统接收所述定位传感器的信号，并根据所述定位传感器所在的位置拟合出所述风力发电机叶片的该位置处的翼型截面，与储存的所述风力发电机叶片的翼型对比，确定所述定位传感器在所述风力发电机叶片的长度方向所在位置，并控制各个所述第一类别除冰驱动装置和各个所述第二类别除冰驱动装置的移动距离，使得所述第一类别除冰驱动装置带动所述第一类别机械除冰头、所述第二类别除冰驱动装置带动所述第二类别所述除冰头移动至所述风力发电机叶片的表面。

本方面的发明风力发电机叶片除冰方法带来的有益效果是：

由于本方面发明所提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述第四项到第六项中任一项所述的风力发电机叶片除冰设备，因此具有了第四项到第六项中任一项的风力发电机叶片除冰设备所带来的技术效果，在此不再赘述。

本发明的第四个目的在于提供一种风力发电机叶片除冰方法，以解决风力发电机叶片除冰时除冰头的位置控制精度不佳的技术问题。

本方面的发明提供的风力发电机叶片除冰方法，使用第七项所述的风力发电机叶片除冰设备，包括升降步骤：

所述升降步骤中，所述升降装置带动所述除冰装置上升或下降。

本方面发明的风力发电机叶片除冰方法带来的有益效果是：

由于本方面发明所提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述第七项所述的风力发电机叶片除冰设备，因此具有了第七项的风力发电机叶片除冰设备所带来的技术效果，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的风力发电机叶片除冰设备的安装在风力发电机上的结构示意图；

图2是实施例一的风力发电机除冰设备的未包括定滑轮和钢丝绳状态下的前视图；

图3是实施例一的风力发电机除冰设备的表示定位装置处的剖视图，图中虽未以剖面线表示，但是并不妨碍区分相应部件；

图4是实施例一的风力发电机除冰设备的表示除冰装置处的剖视图，图中虽未以剖面线表示，但是并不妨碍区分相应部件；

图5是实施例二的风力发电机除冰方法的流程示意图。

图标：11-第一固定板；12-第一类别除冰液压缸；13-第一类别除冰铲；21-第二固定板；22-第二类别除冰液压缸；23-第二类别除冰铲；31-定位液压缸；32-压力传感器；41-螺母；42-拉杆；51-卷扬机；52-定滑轮；53-吊耳；54-钢丝绳；61-第一控制器；62-第二控制器；63-第三控制器；64-第四控制器。

具体实施方式

为使本实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施例中的附图，对本实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“第一类”、“第二类”、“第三类”等仅用于区分，对于同类的部件或特征统一进行描述，意味着该部件或特征的数量可以是多个，但是并不否认该部件或特征的数量可以为一个。

此外，“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图，对本发明的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一：

如图1-图4所示，本实施例提供的风力发电机叶片除冰设备，包括除冰装置，除冰装置用于与风力发电机叶片可拆卸连接，除冰装置第一类别机械除冰头和第二类别机械除冰头，第一类别机械除冰头用于设置在风力发电机叶片的迎风面外，第二类别机械除冰头用于设置在风力发电机叶片的背风面外，第一类别机械除冰头与第一类别除冰驱动装置的输出端连接，第二类别机械除冰头与第二类别除冰驱动装置的输出端连接，第一类别除冰装置的固定端与第二类别除冰驱动装置的固定端相对固定设置。

通过设置能够相向运动的第一类别机械除冰头和第二类别机械除冰头，可以从风力发电机叶片的外侧施加作用力，以将风力发电机叶片上的冰层破坏，从而无需在风力发电机叶片的内部设置加热网或用于使得热风流动的通风管道，有利于简化风力发电机叶片内部结构，减轻风力发电机叶片的重量，降低风力发电机叶片的成本。而且，本装置是在需要除冰时才设置在风力发电机叶片外，除冰作业结束后从风力发电机上拆下，在风力发电机运行时，不可能产生除冰设备脱落的危险。

采用机械除冰的方式进行除冰，无需像加热方式除冰一样，需要大量的热量，消耗较多的能源，由于热传递过程需要时间的积累，所以机械除冰相比于利用热能来除冰，除冰效率，特别是除冰的速度可以明显提高，另外，机械除冰的方式受到冰层厚度的影响也较低。

在可选的实施方式中，第一类别除冰驱动装置包括第一类别除冰液压缸12，第一类别机械除冰头与第一类别除冰液压缸12的输出端连接，第二类别除冰驱动装置包括第二类别除冰液压缸22，第二类别机械除冰头与第二类别除冰液压缸22连接。

采用液压缸的方式来驱动机械除冰头，液压缸响应速度快，除冰效率更高，且不受冰层厚度影响。

具体的，本实施例中的第一类别机械除冰头是直接安装在第一类别除冰液压缸12的输出端上的，本实施例中的第二类别机械除冰头是直接安装在第二类别除冰液压缸22的输出端上的。而第一类别液压缸的固定端安装在第一固定板11上，第二类别液压缸的固定端安装在第二固定板21上，第一固定板11和第二固定板21通过拉杆42连接。拉杆42穿过呈矩形的第一固定板11和呈矩形的第二固定板21的四角部位的通孔，而且，在拉杆42的与第一固定板11连接的部位的两侧，均设有螺母41夹住第一固定板11，在拉杆42的与第二固定板21连接的部位的两侧，均设有螺母41夹住第二固定板21，螺母41与拉杆42上的外螺纹部螺纹连接。

而在本实施例中，可以按矩阵方式设置多个第一类别除冰液压缸12，以对风力发电机叶片迎风面的冰层进行破碎，相应的，也按矩阵方式设置多个第二类别除冰液压缸22，以对风力发电机背风面的冰层进行破碎。优选的，每一个第一类别除冰液压缸12与一个第二类别除冰液压缸22直接对应，使得风力发电机叶片在一侧所受到的压力能够尽量被另一侧受到的压力平衡掉，以减少风力发电机叶片上各点所收到的弯矩。图2中的液压缸的设置密度仅仅是示意性的，图2中的液压缸的设置密度小于图3和图4中的密度，并不应该认为是各个附图所表示的信息出现了矛盾。

在可选的实施方式中，第一类别机械除冰头包括第一类别除冰铲13，第一类别除冰铲13安装在第一类别除冰驱动装置的输出端，第二类别机械除冰头包括第二类别除冰铲23，第二类别除冰铲23安装在第二类别除冰驱动装置的输出端。

通过设置除冰铲，能够在除冰铲的压力和破碎作用下，将风力发电机叶片表面的冰层破碎成细小冰块，极大的降低了冰块脱离风力发电机叶片表面脱落过程中所产生的安全隐患。

在可选的实施方式中，还包括多个定位装置，定位装置包括定位驱动装置和定位传感器，定位传感器用于与风力发电机叶片的冰层表面接触并向控制系统输送与冰层接触的信号。

通过设置定位装置，可以利用定位传感器来获知定位驱动装置的运动距离，进而利用多个定位装置所获得的位移信号，勾勒出叶片的外形，以确定第一类别除冰驱动装置和第二类别除冰驱动装置带动第一类别机械除冰头和第二类别机械除冰头运动到合适的位置进行除冰操作。

具体说来，定位传感器为压力传感器32，压力传感器32安装在定位液压缸31的活塞杆的前端。当定位驱动装置驱动压力传感器32前进时，位于最前端的压力传感器32会先与风力发电机叶片接触，当压力传感器32所承受的压力值达到设定值时，代表风力发电机叶片已经被夹紧，定位驱动装置停止工作。定位液压缸31的活塞杆的位置是由控制器来获知的，因为控制器来控制活塞杆前行，运行中会记录定位液压缸31的行程的，根据定位液压缸31的行程信息自然可以知道定位传感器的位置。

在本实施例中，可以在风力发电机叶片的迎风面和背风面，均设置一排的定位装置，优选的，迎风面的一排定位装置和背风面的一排的定位装置位于与叶片长度方向垂直的同一平面。当设置成同一平面内的两排定位装置可以通过各个定位传感器汇总而形成具有附着冰层的风力发电机叶片的某一截面边缘的各个点。

在可选的实施方式中，定位驱动装置为定位液压缸31。

选用定位液压缸31作为定位驱动装置，不但有利于准确地控制定位传感器的运动位置，而且，可以准确的控制定位驱动装置所输出的作用力，避免定位驱动装置所输出的作用力过大而伤及风力发电机叶片。

在可选的实施方式中，控制系统用于接收定位传感器的信号，并根据定位传感器所在的位置拟合出风力发电机叶片的该位置处的翼型截面，与储存的风力发电机叶片的翼型对比，确定定位传感器在风力发电机叶片的长度方向所在位置，并控制各个第一类别除冰驱动装置和各个第二类别除冰驱动装置的移动距离，使得第一类别除冰驱动装置带动第一类别机械除冰头、第二类别除冰驱动装置带动第二类别机械除冰头移动至风力发电机叶片的表面。

通过拟合出翼型截面以确定除冰装置在风里发电机叶片长度方向所在的位置，可以得出各个除冰驱动装置所需要前进的距离，从而能够准确地控制各个除冰头逐步前进以彻底破碎需要被除掉的冰层，不会伤及叶片表面，提高了除冰效率和准确性。

具体的，控制系统包括第一控制器61、第二控制器62、第三控制器63和第四控制器64，第一控制器61用于接收风力发电机叶片迎风面的一排压力传感器32的信号并拟合处该侧面的翼型截面曲线，第二控制器62用于接收风力发电机叶片背风面的一排压力传感器32的信号并拟合处该侧面的翼型截面曲线，第三控制器63用于控制风力发电机叶片迎风面的第一类别除冰液压缸12，第四控制器64用于控制风力发电机叶片背风面的第二类别除冰液压缸22。

在可选的实施方式中，还包括升降装置，升降装置的输出端与除冰装置连接，升降装置用于安装在风力发电机上。

通过设置升降装置，可以带动除冰装置的高度发生变化，利用除冰头清除掉一个区域的冰层后，可以被升降装置提升，以清除下一个区域的冰层，从而实现了利用较少的除冰头就可以清除大面积的冰层，减少了设备的生产成本。

具体的，升降装置可以包括设置在第一固定板11上的卷扬机51、用于安装在可以安装在风力发电机顶部的定滑轮52，卷扬机51可以通过绕过定滑轮52的钢丝绳54吊起第二固定板21上的吊耳53，从而带动除冰设备进行升降。

实施例二：

如图5所示，参照图1-图4，本实施例提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述任一项的风力发电机叶片除冰设备，包括定位步骤、控制步骤、除冰步骤和升降步骤：

定位步骤中，定位驱动装置驱动定位传感器与风力发电机叶片表面接触，并向控制系统传输接触信号；具体的，定位液压缸31驱动压力传感器32向风力发电机叶片移动，位于最前端的压力传感器32会先与风力发电机叶片接触，当压力传感器32所承受的压力值达到设定值时，代表叶片已经被夹紧，定位驱动装置停止工作。

控制步骤中，控制系统接收定位传感器的信号，并根据定位传感器所在的位置拟合出风力发电机叶片的该位置处的翼型截面，与储存的风力发电机叶片的翼型对比，由于风力发电机叶片，在其长度方向的不同位置截面形状不同，所以可以根据翼型截面来确定定位传感器在风力发电机叶片的长度方向所在位置，进而可以确定除冰设备在风力发电机叶片长度方向上的位置，并控制各个第一类别除冰驱动装置和各个第二类别除冰驱动装置的移动距离，使得第一类别除冰驱动装置带动第一类别机械除冰头、第二类别除冰驱动装置带动第二类别机械除冰头移动至风力发电机叶片的表面；

除冰步骤中，第一类别除冰驱动装置驱动第一类别机械除冰头向迎风面的第一冰层运动并与冰层接触，将第一冰层从迎风面除掉，第二类别除冰驱动装置驱动第二类别机械除冰头向背风面的第二冰层运动并与第二冰层接触，将第二冰层从背风面除掉。具体的，本实施例中，第一类别除冰液压缸12驱动第一类别除冰铲13将第一冰层破碎，第二类别除冰液压缸22驱动第二类别除冰铲23将第二冰层破碎，当所有的除冰液压缸到达预定位置时，第三控制器63控制第一类别除冰液压缸12退回，第四控制器64控制第四类别除冰液压缸退回。从而完成对某一个区域的除冰作业。需要说明的是，精确控制液压缸走行距离的技术，已经属于现有技术，本申请不再赘述。

升降步骤中，升降装置带动除冰装置上升或下降。具体的，除冰时，可以选择使得被除冰的风力发电机叶片呈悬垂状态，以自下而上逐步地除冰为例，当完成对某个区域的除冰作业之后，可以使得除冰装置上升，上升的距离为呈矩阵分布的各个除冰铲所能除掉的冰层的宽度的高度。当然了，如果选择自上而下逐步除冰，则在某个区域的除冰作业之后，可以每次下降上述的距离。然后在新的位置，除冰设备再进行上述定位步骤、控制步骤、除冰步骤和升降步骤的操作。

当完成了对某个叶片的全部长度范围的除冰，可以使下一个需要被除冰的叶片处于悬垂状态，以便于进行除冰。一台除冰设备可以对一台风力发电机上的多个叶片进行除冰，或者陆续对多台风力发电机上的叶片进行除冰，节约了设备成本。

由于本实施例所提供的风力发电机叶片除冰方法，使用上述的风力发电机叶片除冰设备，因此具有了上述的风力发电机叶片除冰设备所带来的技术效果，在此不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；例如：

实施例一中，是采用除冰铲来作为除冰头，对叶片上的冰层施加压力，以将冰层压碎，实际上还可以选择其他方式的除冰头，诸如，采用震动发生器，可以使得震源与冰面直接接触，达到震动除冰的目的。更具体的，震动发生器可以选用超声波除冰装置。

实施例一中，作为机械除冰头的除冰铲是直接安装各自类别的液压缸的输出端，实际上，还可以采用液压缸来驱动摆臂，将除冰铲安装在摆臂上，利用与第一固定板或第二固定板枢接的液压缸与摆臂枢接，摆臂也与第一固定板或第二固定板枢接，液压缸的伸出带动摆臂摆动，以使得除冰铲压向冰层。采用这种方式，有利于利用摆臂来承担冰层给除冰铲带来的液压缸的伸缩方向以外的作用力，消除液压缸所收到的侧向力，从而保证液压缸的稳定。

实施例二中所介绍的除冰方法，是基于实施例一中所介绍的除冰设备，实施例一中的除冰设备具有较多的装置，所以实施例二的除冰方法也就具有较多的步骤。实际上，当除冰设备具有的功能不如实施例一的除冰设备多时，除冰方法则可以只包括相应的步骤，例如除冰设备只有基本的除冰功能，而并没有先行检测截面形状的装置，则可以只进行除冰步骤，除冰可以采用手动的控制方式，或者控制风力发电机叶片两侧的第一类别除冰驱动装置和第二类别除冰驱动装置同时运动。或者，当可以选择足够大的固定板来安装足够多的第一类别除冰驱动装置、第二类别除冰驱动装置，一次就可以清除一个叶片上的全部冰层，那么也无需升降装置进行升降。

而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。