本發(fā)明屬風(fēng)力發(fā)電領(lǐng)域，涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)的徑向加熱融冰葉片和融冰設(shè)備及其融冰方法。

(二)

背景技術(shù)：

目前，風(fēng)力發(fā)電機(jī)正大規(guī)模推廣應(yīng)用，但是在冬天，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片會(huì)因結(jié)冰導(dǎo)致停機(jī)。解決風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片融冰問(wèn)題可以避免因葉片結(jié)冰停機(jī)導(dǎo)致的風(fēng)電廠生產(chǎn)損失。

申請(qǐng)?zhí)枮镃N201511019717.1的中國(guó)專利《葉片除冰裝置和風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、葉片除冰方法》利用氣泵在葉片需要除冰時(shí)向覆膜中通入氣體使其膨脹，快捷地完成葉片除冰。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201511014146.2的中國(guó)專利《風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)及其制作方法》，利用設(shè)有碳晶膜加熱裝置，用于加熱殼體前緣的覆冰區(qū)域，以實(shí)現(xiàn)融冰和防止結(jié)冰。申請(qǐng)?zhí)枮镃N201610382608.4《一種風(fēng)機(jī)葉片自動(dòng)防冰除冰系統(tǒng)及防冰除冰方法》利用自動(dòng)除冰系統(tǒng)確定風(fēng)機(jī)葉片結(jié)冰狀況，自動(dòng)進(jìn)行防冰處理。上述現(xiàn)有技術(shù)雖然均采用了不同的除冰設(shè)備和方法對(duì)葉片進(jìn)行融冰，但在實(shí)際使用中因結(jié)冰影響發(fā)電的情況還常有發(fā)生，現(xiàn)有技術(shù)還不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，風(fēng)機(jī)葉片的融冰問(wèn)題已經(jīng)是冬季風(fēng)力發(fā)電生產(chǎn)的障礙，迫切需要新技術(shù)進(jìn)行解決。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中還不能正常使用的現(xiàn)狀，提供一種可以實(shí)時(shí)融冰的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片以及實(shí)時(shí)融冰設(shè)備及其融冰方法，在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰時(shí)進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)融冰，保證在天氣寒冷時(shí)風(fēng)電發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。

本發(fā)明的目的是這樣達(dá)到的：一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)的徑向加熱融冰葉片和融冰設(shè)備，風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由葉片主梁和葉片蒙皮構(gòu)成，其特征在于：在葉片蒙皮外邊，設(shè)置一層加熱層完全包裹住葉片蒙皮，在加熱層外邊設(shè)置絕緣層完全包裹加熱層，在絕緣層外邊設(shè)置防雷層完全包裹絕緣層，防雷層與引雷地線連接。

所述加熱層有徑向?qū)щ姺绞胶蛷较蚣訜岱绞絻煞N設(shè)計(jì)方法，在徑向加熱方式中，徑向加熱條有徑向條狀設(shè)計(jì)和徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)兩種方式。

在加熱層的徑向?qū)щ姺绞街?，加熱層由加熱材料和加熱電源?dǎo)線構(gòu)成，兩根加熱電源導(dǎo)線嵌入到加熱材料中并在葉片根部(簡(jiǎn)稱葉根)處露在加熱材料外，通過(guò)開(kāi)關(guān)電路跟融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接；兩根加熱電源導(dǎo)線彼此不連接，且都從葉片根部沿風(fēng)輪徑向到葉片尖部(簡(jiǎn)稱葉尖)，兩根加熱電源導(dǎo)線分別安裝在葉片前緣和后緣的位置。

在加熱層的徑向加熱方式中，徑向加熱層由徑向加熱條和徑向絕緣條構(gòu)成，徑向加熱條和徑向絕緣條數(shù)量相同，分別有n根，徑向加熱條和徑向絕緣條間隔分布、相鄰連接而成，成條狀覆蓋在葉片蒙皮外邊。

自動(dòng)融冰設(shè)備由開(kāi)關(guān)電路、微處理器、通信模塊、振動(dòng)傳感器、振動(dòng)信號(hào)處理模塊構(gòu)成，振動(dòng)傳感器連接振動(dòng)信號(hào)處理模塊，微處理器與振動(dòng)信號(hào)處理模塊和開(kāi)關(guān)電路連接,與通信模塊雙向通信，微處理器連接開(kāi)關(guān)電路，對(duì)開(kāi)關(guān)電路進(jìn)行控制；振動(dòng)傳感器安裝在葉片內(nèi)部，緊貼葉片內(nèi)部蒙皮，振動(dòng)傳感器輸出連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊。振動(dòng)信號(hào)處理模塊的輸入連接振動(dòng)傳感器，對(duì)振動(dòng)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，將振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)輸出到微處理器；振動(dòng)信號(hào)處理模塊輸出數(shù)字信號(hào)或模擬信號(hào)，當(dāng)振動(dòng)信號(hào)處理模塊輸出模擬信號(hào)時(shí)，微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊的輸出。

所述在加熱條的徑向條狀設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線和一根徑向條狀加熱材料，兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線分別嵌入徑向條狀加熱材料的兩側(cè)，且彼此平行，徑向條狀加熱導(dǎo)線比徑向條狀加熱材料長(zhǎng)，超長(zhǎng)的部分在葉根方向露出，所有徑向加熱條的同側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線分別短路連接；徑向加熱條兩側(cè)的所有徑向條狀加熱導(dǎo)線分別經(jīng)開(kāi)關(guān)電路與融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接，兩側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線間彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖方向，在兩側(cè)嵌入徑向條狀加熱材料中間。

所述在加熱條的徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線，開(kāi)窗絕緣材料與開(kāi)窗加熱材料呈間隔分布在徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線之間，開(kāi)窗絕緣材料與開(kāi)窗加熱材料完全包裹徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線；徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線沿著徑向加熱條的邊緣從葉根到葉尖方向嵌入到開(kāi)窗絕緣材料和開(kāi)窗加熱材料中，兩根徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線在兩側(cè)分別嵌入開(kāi)窗絕緣材料和開(kāi)窗加熱材料的中間；徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線比徑向加熱條長(zhǎng)，超長(zhǎng)的部分在葉根方向露出；所有徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)的同側(cè)的徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線分別短路連接；所有徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線分別經(jīng)開(kāi)關(guān)電路與融冰電源兩個(gè)電源輸出端口連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線間彼此不連接。

所述開(kāi)關(guān)電路由兩組相同的電路構(gòu)成，兩組開(kāi)關(guān)端口A分別連接到融冰電源，當(dāng)加熱層采用徑向?qū)щ姺绞綍r(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B分別連接兩根加熱電源導(dǎo)線；當(dāng)加熱層采用徑向條狀設(shè)計(jì)方式時(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B分別連接到加熱條兩側(cè)的徑向條狀加熱導(dǎo)線；當(dāng)加熱層采用徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)方式時(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B分別連接到加熱條兩側(cè)的徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線。

所述振動(dòng)傳感器采用一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)采用一個(gè)時(shí)，振動(dòng)傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片的葉根和葉尖的中間部位；當(dāng)采用多個(gè)振動(dòng)傳感器時(shí)，振動(dòng)傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉片葉根和葉尖之間。

微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊的模擬輸出。融冰設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)處理模塊對(duì)振動(dòng)傳感器信號(hào)進(jìn)行處理，將振動(dòng)傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，將轉(zhuǎn)換得到的電壓信號(hào)輸出到微處理器。開(kāi)關(guān)電路被微處理器控制，微處理器可控制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)導(dǎo)通和斷開(kāi)，實(shí)施融冰和不融冰；微處理器通過(guò)通信模塊與風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，包括發(fā)電機(jī)外邊的溫度，發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出的發(fā)電功率，風(fēng)速；微處理器通過(guò)控制開(kāi)關(guān)電路的開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)實(shí)施融冰和不融冰；微處理器通過(guò)通信模塊與風(fēng)電廠控制中心通信，接收風(fēng)電廠控制中心命令，在風(fēng)電廠控制中心的控制下啟動(dòng)融冰或結(jié)束融冰；程序流程包括微處理器程序流程、自動(dòng)融冰子程序和葉片覆冰判斷子程序。

微處理器程序流程：

第一步：通過(guò)通信模塊接收風(fēng)電廠控制中心命令；

第二步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否開(kāi)始融冰？是，進(jìn)入第八步；否：進(jìn)入第三步；

第三步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否結(jié)束融冰？是，進(jìn)入九步；否：進(jìn)入第四步；

第四步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否由自動(dòng)融冰子程序控制開(kāi)關(guān)電路？否，進(jìn)入第一步；是：進(jìn)入第五步；

第五步：運(yùn)行自動(dòng)融冰子程序，進(jìn)入第六步；

第六步：分析自動(dòng)融冰子程序運(yùn)行結(jié)果，判斷是否開(kāi)始融冰？是，進(jìn)入第八步；否：進(jìn)入第七步；

第七步：分析自動(dòng)融冰子程序運(yùn)行結(jié)果，判斷是否結(jié)束融冰？是，進(jìn)入第九步；否：進(jìn)入第一步；

第八步：接通開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)始融冰，進(jìn)入第一步；

第九步：斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，終止融冰，進(jìn)入第一步。

自動(dòng)融冰子程序：

第一步：通過(guò)通信模塊讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)外邊溫度T，進(jìn)入第二步；

第二步：判斷T小于零攝氏度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第三步；

第三步：判斷前6小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于6小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第四步；

第四步：判斷前12小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于12小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第五步；

第五步：判斷前24小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于24小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第六步；

第六步：判斷已經(jīng)在融冰嗎？是，進(jìn)入第七步；否，進(jìn)入第十五步；

第七步：判斷T大于結(jié)束融冰溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第八步；

第八步：前6小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于6小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第九步；

第九步：前12小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于12小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否：進(jìn)入第十步；

第十步：前24小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于24小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第十五步；

第十一步：調(diào)用葉片覆冰判斷子程序，進(jìn)入第十二步；

第十二步：葉片已經(jīng)覆冰嗎？是：進(jìn)入第十三步；否：進(jìn)入第十四步；

第十三步：發(fā)出開(kāi)始融冰通知，控制開(kāi)關(guān)電路接通；進(jìn)入第十六步；

第十四步：發(fā)出結(jié)束融冰通知，控制開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)；進(jìn)入第十六步；

第十五步：不做任何開(kāi)關(guān)動(dòng)作；進(jìn)入第十六步；

第十六步：返回主程序；

其中，6小時(shí)融冰臨界溫度，12小時(shí)融冰臨界溫度，24小時(shí)融冰臨界溫度，結(jié)束融冰溫度，6小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，12小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，24小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，等參數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。

葉片覆冰判斷子程序：

第一步：通過(guò)通信模塊讀取風(fēng)電廠控制中心的小波基參數(shù)，進(jìn)入第二步；

第二步：以每秒2倍于低通濾波頻率F次的采樣率分別采樣所有振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，將所有振動(dòng)傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入第三步；

第三步：分別對(duì)所有振動(dòng)傳感器數(shù)字信號(hào)進(jìn)行低通濾波頻率為F赫茲的低通濾波，進(jìn)入第四步；

第四步：分別對(duì)所有低通濾波后的信號(hào)，依據(jù)小波基進(jìn)行5層小波分解計(jì)算，進(jìn)入第五步；

第五步：分別所有小波包能量值，進(jìn)入第六步；

第六步：有小波包能量值小于葉片覆冰能量閾值嗎？否，進(jìn)入第七步；是，進(jìn)入第八步；

第七步：判斷葉片沒(méi)有覆冰，進(jìn)入第九步；

第八步：判斷葉片覆冰，進(jìn)入第九步；

第九步：返回調(diào)用程序；

其中，低通濾波頻率F、葉片覆冰能量閾值均根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。

本發(fā)明的積極效果是：解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，切實(shí)保障在天氣寒冷時(shí)風(fēng)電發(fā)電機(jī)正常發(fā)電。本發(fā)明能及時(shí)判斷天氣寒冷時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是否結(jié)冰，發(fā)現(xiàn)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)冰后能進(jìn)行實(shí)時(shí)自動(dòng)融冰，避免目前天氣寒冷風(fēng)力發(fā)電機(jī)停機(jī)的現(xiàn)象的發(fā)生。

四、附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片橫截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層采用徑向?qū)щ姺绞绞疽鈭D。

圖4是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式示意圖。

圖5是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式中徑向條狀設(shè)計(jì)方式示意圖。

圖6是本發(fā)明的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片加熱層徑向加熱方式中徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)示意圖。

圖7是本發(fā)明的自融冰設(shè)備結(jié)構(gòu)圖。

圖8是自動(dòng)融冰設(shè)備使用時(shí)的連接關(guān)系圖。

圖9是本發(fā)明的自融冰設(shè)備中開(kāi)關(guān)電路原理圖。

圖10是本發(fā)明的自融冰設(shè)備中微處理器原理圖。

圖11是本發(fā)明的自融冰設(shè)備中通信模塊原理圖。

圖12是本發(fā)明的自融冰設(shè)備融冰方法微處理器程序流程圖。

圖13是本發(fā)明的自融冰設(shè)備融冰方法的自動(dòng)融冰子程序程序流程圖。

圖14是本發(fā)明的自融冰設(shè)備融冰方法的葉片覆冰判斷子程序。

圖中，1防雷層，2葉片主梁，3絕緣層，4加熱層，5葉片蒙皮，6-1、6-2加熱電源導(dǎo)線，7加熱材料，8-1～8-n徑向加熱條，9-1～9-n徑向絕緣條，11-1、11-2徑向條狀加熱導(dǎo)線，12徑向條狀加熱材料，13-1～13-k開(kāi)窗絕緣材料，14-1～14-l開(kāi)窗加熱材料，15-1、15-2徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線，16開(kāi)關(guān)電路，17微處理器，18通信模塊，19可融冰風(fēng)機(jī)葉片，20風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，21風(fēng)電廠控制中心，22融冰電源，25振動(dòng)傳感器，26振動(dòng)信號(hào)處理模塊。

五、具體實(shí)施方式

參見(jiàn)附圖1、2。

常規(guī)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由葉片主梁2和葉片蒙皮5構(gòu)成，本發(fā)明的葉片主梁和葉片蒙皮按常規(guī)葉片設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)。本發(fā)明在葉片蒙皮5外邊，設(shè)置有一層加熱層4包裹住葉片蒙皮5，在加熱層4外邊設(shè)置絕緣層3完全包裹加熱層4，在絕緣層3外邊設(shè)置防雷層1完全包裹絕緣層3，防雷層與引雷地線連接。絕緣層完全包裹加熱層，絕緣層采用絕緣材料。本實(shí)施例絕緣材料采用玻璃纖維。防雷層為完全包裹絕緣層的金屬網(wǎng)，或金屬片。防雷層與引雷地線連接。實(shí)時(shí)例中防雷層的材料選擇銅片。

參見(jiàn)附圖3-6。

加熱層由加熱材料和加熱電源導(dǎo)線構(gòu)成，加熱電源導(dǎo)線嵌入到加熱材料中。本實(shí)施例中加熱電源導(dǎo)線選擇銅線。加熱材料是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為加熱材料工作電壓。加熱材料涂在葉片蒙皮外，涂滿并覆蓋葉片蒙皮。本實(shí)施例選擇蕪湖佳紅新材料有限公司生產(chǎn)的輻照交聯(lián)PTC半導(dǎo)體材料。加熱材料工作電壓為交流220伏。

在加熱層4的徑向?qū)щ姺绞街?，加熱層由加熱材?和加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2構(gòu)成，加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2嵌入到加熱材料7中，并在葉根處露在加熱材料外，通過(guò)開(kāi)關(guān)電路跟融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接。加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖，加熱電源導(dǎo)線6-1和6-2分別安裝在葉片前緣和后緣的位置。

在加熱條的徑向條狀設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2和一根徑向條狀加熱材料12，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2分別嵌入徑向條狀加熱材料12的兩邊，且彼此平行，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1,11-2比徑向條狀加熱材料12長(zhǎng)，超長(zhǎng)的部分在葉根方向露出，所有徑向加熱條同側(cè)的徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1短路連接，另一側(cè)徑向條狀加熱導(dǎo)線11-2短路連接；所有徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2分別經(jīng)開(kāi)關(guān)電路與融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2彼此不連接，且都從葉根沿風(fēng)輪徑向到葉尖，嵌入到加熱橫條和絕緣橫條中間。

徑向條狀加熱材料涂在葉片蒙皮上，是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，可以選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。徑向條狀加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為徑向條狀加熱材料工作電壓。徑向條狀加熱材料涂在葉片蒙皮外，在徑向絕緣條之間涂滿并覆蓋葉片蒙皮。徑向絕緣條采用絕緣材料制作而成，本實(shí)施例采用玻璃纖維。

在加熱條的徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)方式中，每根徑向加熱條有兩根徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2，開(kāi)窗絕緣材料13-1～13-k與開(kāi)窗加熱材料14-1～14-l呈間隔分布在徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線之間，開(kāi)窗絕緣材料13-1～13-k與開(kāi)窗加熱材料14-1～14-l完全包裹徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2；徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2沿著徑向加熱條的邊緣從葉根到葉尖方向嵌入到開(kāi)窗絕緣材料(13-1～13-k)和開(kāi)窗加熱材料14-1～14-l中，徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2分別嵌入開(kāi)窗絕緣材料13-1～13-k和開(kāi)窗加熱材料14-1～14-l的兩邊；徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1,15-2比徑向加熱條長(zhǎng)，超長(zhǎng)的部分在葉根方向露出，用于跟融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接；所有徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)的徑向加熱條的15-1短路連接，15-2短路連接；所有徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2分別與融冰電源的兩個(gè)電源輸出端口連接，徑向條狀加熱導(dǎo)線15-1、15-2彼此不連接。

開(kāi)窗絕緣材料13-1～13-k與開(kāi)窗加熱材料14-1～14-l呈間隔分布在橫向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線之間，開(kāi)窗絕緣材料與開(kāi)窗加熱材料完全包裹橫向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線。k與l相等或k等于l+1或等于l-1。k為開(kāi)窗絕緣材料的數(shù)量，l為開(kāi)窗加熱材料數(shù)量；不同的徑向加熱條其開(kāi)窗絕緣材料的數(shù)量及開(kāi)窗加熱材料數(shù)量可以不相等。

開(kāi)窗加熱材料涂在葉片蒙皮上，是一種加電后可以將電能轉(zhuǎn)換為熱能的材料，選擇正溫度系數(shù)效應(yīng)的發(fā)熱材料，比如聚合物和炭黑混合物合成的發(fā)熱材料。開(kāi)窗加熱材料發(fā)熱所需的電壓，稱為開(kāi)窗加熱材料工作電壓。開(kāi)窗加熱材料涂在葉片蒙皮外，涂滿并覆蓋葉片蒙皮。本實(shí)施例選擇蕪湖佳紅新材料有限公司生產(chǎn)的輻照交聯(lián)PTC半導(dǎo)體材料。加熱材料工作電壓為交流220伏。開(kāi)窗絕緣材料采用絕緣材料制作而成，本實(shí)施例采用玻璃纖維。附圖7-11給出了自動(dòng)融冰設(shè)備圖。

參見(jiàn)附圖7、8。

自動(dòng)融冰設(shè)備由開(kāi)關(guān)電路16、微處理器17、通信模塊18、振動(dòng)傳感器25、振動(dòng)信號(hào)處理模塊26構(gòu)成。振動(dòng)傳感器25連接振動(dòng)信號(hào)處理模塊26，微處理器17與振動(dòng)信號(hào)處理模塊26和開(kāi)關(guān)電路16連接,與通信模塊18雙向通信，微處理器連接開(kāi)關(guān)電路16，對(duì)開(kāi)關(guān)電路(16)進(jìn)行控制。振動(dòng)傳感器25安裝在葉片內(nèi)部，緊貼葉片內(nèi)部蒙皮，振動(dòng)傳感器輸出連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊26。振動(dòng)信號(hào)處理模塊的輸入連接振動(dòng)傳感器。微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊的輸出。

振動(dòng)傳感器25采用一個(gè)或多個(gè)，當(dāng)采用一個(gè)時(shí)，振動(dòng)傳感器安裝在風(fēng)機(jī)葉片的葉根和葉尖的中間部位。當(dāng)采用多個(gè)振動(dòng)傳感器時(shí)，振動(dòng)傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉片葉根和葉尖之間。

本實(shí)施例振動(dòng)傳感器選擇：河北省朗斯測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)的振動(dòng)傳感器，共用8個(gè)，8個(gè)振動(dòng)傳感器沿風(fēng)輪徑向均勻分布在葉根和葉尖之間，其中4個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)C0101，靠近葉根方向安放，另外四個(gè)型號(hào)為L(zhǎng)C0102T，靠近葉尖方向安放。

振動(dòng)信號(hào)處理模塊：河北省朗斯測(cè)試技術(shù)有限公司生產(chǎn)：型號(hào)：LC0201。

融冰電源輸出電壓等于加熱材料工作電壓或徑向條狀加熱材料工作電壓或開(kāi)窗加熱材料工作電壓，輸出功率滿足葉片融冰所需的功率需求。

參見(jiàn)圖9。

開(kāi)關(guān)電路16由兩組相同的電路構(gòu)成，兩組開(kāi)關(guān)端口A分別連接到融冰電源，當(dāng)加熱層4采用徑向?qū)щ姺绞綍r(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B連接加熱電源導(dǎo)線6-1、6-2；當(dāng)加熱層采用徑向條狀設(shè)計(jì)方式時(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B連接徑向條狀加熱導(dǎo)線11-1、11-2；當(dāng)加熱層采用徑向開(kāi)窗設(shè)計(jì)兩種方式時(shí)，兩組開(kāi)關(guān)端口B連接徑向開(kāi)窗加熱導(dǎo)線15-1、15-2。開(kāi)關(guān)閉合，使得加熱層通電，實(shí)施融冰；開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，使得加熱層斷電不實(shí)施融冰。

本實(shí)施例的開(kāi)關(guān)KT采用日本歐姆龍公司，LY1-J。電路中，UT1為日本東芝公司生產(chǎn)的TLP521。QT4為美國(guó)Fairchild Semiconductor Corporation公司:生產(chǎn)的SS9013。QT1為美國(guó)Fairchild Semiconductor Corporation公司生產(chǎn)的IN4148。兩組RELAYIN1分別連接微處理器的GPIO引腳。

參見(jiàn)附圖10。

微處理器原理圖。微處理器自帶模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換的模擬輸入連接到振動(dòng)信號(hào)處理模塊的輸出。微處理器選擇美國(guó)德州儀器生產(chǎn)的集成電路TMS320F2812,該集成電路集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器。TMS320F2812有16個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其模數(shù)轉(zhuǎn)換器的16個(gè)模擬輸入引腳用于連接振動(dòng)信號(hào)處理模塊輸出的振動(dòng)傳感器信號(hào)。

參見(jiàn)附圖11。

通信模塊選擇RS232接口。

U8：MAX232:RS232接口芯片，由美國(guó)maxim公司生產(chǎn)，CH3LOOPa,CH3LOOPb與風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信接口連接線連接，CH4LOOPa,CH4LOOPb與電廠控制中心連接，UCA2TXD,UCA2RXD連接到微處理器的一個(gè)RS232通信接口；UCA3TXD,UCA3RXD連接到微處理器的另一個(gè)RS232通信接口。

本發(fā)明的自動(dòng)融冰設(shè)備由微處理器通過(guò)通信模塊與風(fēng)電廠控制中心通信，接收風(fēng)電廠控制中心命令，在風(fēng)電廠控制中心的控制下啟動(dòng)融冰或結(jié)束融冰。微處理器通過(guò)通信模塊與風(fēng)力發(fā)電機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)通信，讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)的相關(guān)數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)有發(fā)電機(jī)外邊的溫度，發(fā)電機(jī)實(shí)際輸出的發(fā)電功率，風(fēng)速。開(kāi)關(guān)電路連接到微處理器，被微處理器控制開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通和斷開(kāi)，微處理器通過(guò)控制開(kāi)關(guān)的通斷來(lái)實(shí)施融冰。

融冰設(shè)備的控制流程包括微處理器程序流程、自動(dòng)融冰子程序和葉片覆冰判斷子程序。

參見(jiàn)附圖12。

微處理器程序流程：

第一步：通過(guò)通信模塊接收風(fēng)電廠控制中心命令；

第二步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否開(kāi)始融冰？是，進(jìn)入第八步；否：進(jìn)入第三步；

第三步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否結(jié)束融冰？是，進(jìn)入九步；否：進(jìn)入第四步；

第四步：分析風(fēng)電廠控制中心命令，判斷是否由自動(dòng)融冰子程序控制開(kāi)關(guān)電路？否，進(jìn)入第一步；是，進(jìn)入第五步；

第五步：運(yùn)行自動(dòng)融冰子程序，進(jìn)入第六步；

第六步：分析自動(dòng)融冰子程序運(yùn)行結(jié)果，判斷是否開(kāi)始融冰？是，進(jìn)入第八步；否，進(jìn)入第七步；

第七步：分析自動(dòng)融冰子程序運(yùn)行結(jié)果，判斷是否結(jié)束融冰？是，進(jìn)入第九步；否，進(jìn)入第一步；

第八步：接通開(kāi)關(guān)電路，開(kāi)始融冰，進(jìn)入第一步；

第九步：斷開(kāi)開(kāi)關(guān)電路，終止融冰，進(jìn)入第一步。

參見(jiàn)圖13。

自動(dòng)融冰子程序程序流程。

第一步：通過(guò)通信模塊讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，讀取風(fēng)力發(fā)電機(jī)外邊溫度T，進(jìn)入第二步；

第二步：判斷T小于零攝氏度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第三步；

第三步：判斷前6小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于6小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第四步；

第四步：判斷前12小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于12小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第五步；

第五步：判斷前24小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度小于24小時(shí)融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第六步；

第六步：判斷已經(jīng)在融冰嗎？是，進(jìn)入第七步；否，進(jìn)入第十五步；

第七步：判斷T大于結(jié)束融冰溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第八步；

第八步：前6小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于6小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否：進(jìn)入第九步；

第九步：前12小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于12小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否：進(jìn)入第十步；

第十步：前24小時(shí)發(fā)電機(jī)外邊平均溫度大于24小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度嗎？是，進(jìn)入第十一步；否，進(jìn)入第十五步；

第十一步：調(diào)用葉片覆冰判斷子程序，進(jìn)入第十二步；

第十二步：葉片已經(jīng)覆冰嗎？是：進(jìn)入第十三步；否：進(jìn)入第十四步；

第十三步：發(fā)出開(kāi)始融冰通知，控制開(kāi)關(guān)電路接通；進(jìn)入第十六步；

第十四步：發(fā)出結(jié)束融冰通知，控制開(kāi)關(guān)電路斷開(kāi)；進(jìn)入第十六步；

第十五步：不做任何開(kāi)關(guān)動(dòng)作；進(jìn)入第十六步；

第十六步：返回主程序。

其中，6小時(shí)融冰臨界溫度，12小時(shí)融冰臨界溫度，24小時(shí)融冰臨界溫度，結(jié)束融冰溫度，6小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，12小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，24小時(shí)結(jié)束融冰臨界溫度，等參數(shù)由實(shí)驗(yàn)確定。

參見(jiàn)圖14。

葉片覆冰判斷子程序：

第一步：通過(guò)通信模塊讀取風(fēng)電廠控制中心的小波基參數(shù)，進(jìn)入第二步；

第二步：以每秒2倍于低通濾波頻率F次的采樣率分別采樣八路振動(dòng)傳感器數(shù)據(jù)，將八路振動(dòng)傳感器模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，進(jìn)入第三步；

第三步：分別對(duì)八路振動(dòng)傳感器數(shù)字信號(hào)進(jìn)行低通濾波頻率為F赫茲的低通濾波，進(jìn)入第四步；

第四步：分別對(duì)八路低通濾波后的信號(hào)，依據(jù)小波基進(jìn)行5層小波分解計(jì)算，進(jìn)入第五步；

第五步：分別分析八路小波包能量值，進(jìn)入第六步；

第六步：有小波包能量值小于葉片覆冰能量閾值嗎？否：進(jìn)入第七步；是：進(jìn)入第八步；

第七步：判斷葉片沒(méi)有覆冰，進(jìn)入第九步；

第八步：判斷葉片覆冰，進(jìn)入第九步；

第九步：返回調(diào)用程序。

其中，低通濾波頻率F、葉片覆冰能量閾值均根據(jù)風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。