本實(shí)用新型涉及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)，特別涉及一種海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其葉片保護(hù)及葉尖防損裝置。

背景技術(shù)：

由于一般設(shè)置在高山、海上等環(huán)境惡劣的地方，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片很容易結(jié)冰。出現(xiàn)覆冰后，葉片表面氣動(dòng)特性將遭到破壞，會(huì)影響風(fēng)力機(jī)的效率及安全運(yùn)行。此外，當(dāng)高速連續(xù)水滴撞擊葉片表面時(shí)，會(huì)在葉片內(nèi)部產(chǎn)生很大的內(nèi)應(yīng)力，隨著內(nèi)應(yīng)力的聚集，會(huì)逐漸發(fā)展成為宏觀缺陷(沙眼、溝槽狀缺陷等)，嚴(yán)重危害葉片的使用效率和壽命。因此，為保障正常運(yùn)行，需要消除葉片表面的覆冰及其內(nèi)部的應(yīng)力。

目前常用的覆冰去除的方法主要分為機(jī)械除冰、熱力除冰和涂層除冰三大類。其中，機(jī)械除冰方法主要有人工敲擊的直接除冰方式和利用超聲波間接除冰方式，人工敲擊法工作效率低，并且不能在線除冰，需要在機(jī)組停機(jī)情況下進(jìn)行，影響發(fā)電效率；超聲波除冰方法雖然能在線除冰，但是由于覆冰黏附力強(qiáng)，該方法較難實(shí)現(xiàn)覆冰去除。熱力除冰方式通過對葉片進(jìn)行加熱來實(shí)現(xiàn)除冰，由于葉片的主要成分是玻璃纖維，絕熱性強(qiáng)，熱量很難在葉片中傳遞。涂層除冰方法是在葉片表面特殊材料來減弱覆冰與涂層表面的粘結(jié)力來實(shí)現(xiàn)葉片除冰，該方法除冰效果不佳，并且涂層會(huì)影響葉片表面的氣動(dòng)特性。

目前，消除風(fēng)力機(jī)葉片內(nèi)應(yīng)力的方法主要是采用高彈性涂層材料的方法來減少材料內(nèi)部應(yīng)力聚集

然而，高彈性涂層的方法只能延緩葉片的腐蝕時(shí)間，并不能根本上消除葉片內(nèi)應(yīng)力。而且，現(xiàn)有的三種除冰方法都是在覆冰出現(xiàn)之后才進(jìn)行覆冰去除，由于覆冰黏附力強(qiáng)，很難達(dá)到理想的覆冰去除效果。因此，當(dāng)葉片出現(xiàn)覆冰或內(nèi)應(yīng)力后，現(xiàn)有方法再進(jìn)行消除的效果均不是很好。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種能有效防止產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其葉片保護(hù)及葉尖防損裝置。

一種葉片保護(hù)及葉尖防損裝置，包括：

設(shè)置于葉片表面、收集所述葉片受到的表面壓力的壓力傳感器；

與所述壓力傳感器電連接、在所述表面壓力滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號的信號分析器；

與所述信號分析器電連接、在獲取所述觸發(fā)信號后產(chǎn)生振動(dòng)信號的控制器，所述振動(dòng)信號中包含振動(dòng)頻率；及

設(shè)置于所述葉片內(nèi)、與所述控制器電連接、根據(jù)所述振動(dòng)信號以所述振動(dòng)頻率產(chǎn)生振動(dòng)的振動(dòng)器。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述信號分析器在所述表面壓力大于或等于第一預(yù)設(shè)壓力且小于第二預(yù)設(shè)壓力時(shí)發(fā)出第一觸發(fā)信號；

所述控制器在獲取所述第一觸發(fā)信號后產(chǎn)生第一振動(dòng)信號，所述振動(dòng)頻率為預(yù)設(shè)頻率。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述信號分析器在所述表面壓力大于或等于所述第二預(yù)設(shè)壓力時(shí)發(fā)出第二觸發(fā)信號，并獲取在預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)所述葉片表面的受力頻率；

所述控制器在獲取所述第二觸發(fā)信號后產(chǎn)生第二振動(dòng)信號，所述振動(dòng)頻率為所述受力頻率。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述振動(dòng)器包括依次串聯(lián)的低頻信號發(fā)生器、功率放大器及壓電陶瓷片，所述壓電陶瓷片嵌設(shè)于所述葉片內(nèi)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述壓力傳感器為光纖光柵壓力傳感器。

一種海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)，包括：

葉片；及

如上述優(yōu)選實(shí)施例中任一項(xiàng)所述的葉片保護(hù)及葉尖防損裝置；其中，所述壓力傳感器設(shè)置于所述葉片的表面，所述振動(dòng)器嵌設(shè)于所述葉片內(nèi)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述壓力傳感器位于所述葉片遠(yuǎn)離其轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的末端。

一種葉片保護(hù)及葉尖防損裝置，用于防止海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力，所述葉片保護(hù)及葉尖防損裝置包括：

設(shè)置于所述葉片表面的壓力傳感器；

與所述壓力傳感器電連接的比較器；

與所述比較器電連接的控制器；及

設(shè)置于所述葉片內(nèi)、與所述控制器電連接的振動(dòng)器。

上述海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其葉片保護(hù)及葉尖防損裝置，壓力傳感器可感知到葉片受到的表面壓力。當(dāng)有飄雪或雨滴撞擊葉片時(shí)，葉片受到的表面壓力增大，直至滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，從而發(fā)出觸發(fā)信號。進(jìn)一步的，控制器發(fā)出振動(dòng)信號，設(shè)置于葉片內(nèi)的振動(dòng)器以振動(dòng)頻率產(chǎn)生振動(dòng)。通過葉片的振動(dòng)與高速旋轉(zhuǎn)，可將撞擊葉片的飄雪及雨滴甩落，防止其附著在葉片表面。而飄雪與過冷水滴，則是在葉片表面產(chǎn)生覆冰的主要原因。此外，葉片通過振動(dòng)，可將雨滴撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)相抵消，從而防止內(nèi)應(yīng)力聚集于葉片內(nèi)。因此，上述海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)及其葉片保護(hù)及葉尖防損裝置能有效防止產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)意圖；

圖2為圖1所示海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)中葉片保護(hù)及葉尖防損裝置的模塊示意圖；

圖3為圖2所示葉片保護(hù)及葉尖防損裝置中振動(dòng)器的模塊示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于理解本實(shí)用新型，下面將參照相關(guān)附圖對本實(shí)用新型進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本實(shí)用新型的較佳的實(shí)施例。但是，本實(shí)用新型可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例的目的是使對本實(shí)用新型的公開內(nèi)容的理解更加透徹全面。

需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的。

除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本實(shí)用新型的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本實(shí)用新型的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施例的目的，不是旨在于限制本實(shí)用新型。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。

請參閱圖1及圖2，本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)10包括葉片100及葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200。葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200包括壓力傳感器210、信號分析器220、控制器230及振動(dòng)器240。

請參閱圖1及圖2，本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中的海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)10包括葉片100及葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200。葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200包括壓力傳感器210、信號分析器220、控制器230及振動(dòng)器240。

壓力傳感器210設(shè)置于葉片100的表面。壓力傳感器210用于收集葉片100受到的表面壓力。葉片100的表面壓力主要由飄雪及雨滴的撞擊產(chǎn)生，而飄雪及過冷雨滴是在葉片100上產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力的主要原因。

具體的，壓力傳感器210用于將葉片100的表面壓力轉(zhuǎn)變成電信號。由于飄雪及雨滴對葉片100的撞擊為斷續(xù)的撞擊，故葉片100的表面壓力也呈斷續(xù)的脈沖形式。因此，壓力傳感器210將表面壓力轉(zhuǎn)變成電脈沖信號。

在本實(shí)施例中，壓力傳感器210位于葉片100遠(yuǎn)離其轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的末端。葉片100遠(yuǎn)離其轉(zhuǎn)動(dòng)軸心的末端為葉尖，葉尖轉(zhuǎn)動(dòng)的速度最快、轉(zhuǎn)動(dòng)范圍最大，受撞擊的概率及強(qiáng)度最高，故在葉尖位置產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力的可能性也最高。因此，將壓力傳感器210設(shè)置于葉尖位置，能實(shí)現(xiàn)更有針對性的監(jiān)控。

在本實(shí)施例中，壓力傳感器210為光纖光柵壓力傳感器。光纖光柵壓力傳感器相較于其它傳感器(電阻、電容、電感等)識(shí)別精度更高，能準(zhǔn)確識(shí)別對葉片100的撞擊，從而提高壓力采集的準(zhǔn)確性。

信號分析器220與壓力傳感器210電連接。信號分析器220用于獲取表面壓力，并在表面壓力滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)發(fā)出觸發(fā)信號。具體的，信號分析器220可為比較器，壓力傳感器210的輸出端接入比較器的輸入端，比較器的標(biāo)準(zhǔn)端接標(biāo)準(zhǔn)電壓，該標(biāo)準(zhǔn)電壓對應(yīng)預(yù)設(shè)的條件。信號分析器220可在輸入端的電壓大于和/或小于和/或等于標(biāo)準(zhǔn)電壓時(shí)被觸發(fā)。

控制器230與信號分析器220電連接?？刂破?30用于在獲取觸發(fā)信號后產(chǎn)生振動(dòng)信號，振動(dòng)信號中包含振動(dòng)頻率。具體的，觸發(fā)信號為信號分析器220發(fā)出的電平信號。

請一并參閱圖3，振動(dòng)器240設(shè)置于葉片100內(nèi)。振動(dòng)器240與控制器230電連接，振動(dòng)器240用于獲取振動(dòng)信號，并根據(jù)振動(dòng)信號以振動(dòng)頻率產(chǎn)生振動(dòng)。具體在本實(shí)施例中，振動(dòng)器240包括依次串聯(lián)的低頻信號發(fā)生器241、功率放大器243及壓電陶瓷片245，壓電陶瓷片245嵌設(shè)于葉片100內(nèi)。低頻信號發(fā)生器241在接收到振動(dòng)信號后，發(fā)出低頻脈沖信號，功率放大器243對該低頻脈沖信號進(jìn)行放大，進(jìn)而使得壓電陶瓷片245起振。

葉片100通過振動(dòng)與高速旋轉(zhuǎn)，可將撞擊葉片的飄雪及雨滴甩落，防止其附著在葉片表面，避免產(chǎn)生覆冰。此外，葉片100通過振動(dòng)，可將雨滴撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)相抵消，從而防止內(nèi)應(yīng)力聚集于葉片100內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，信號分析器220在表面壓力大于或等于第一預(yù)設(shè)壓力且小于第二預(yù)設(shè)壓力時(shí)發(fā)出第一觸發(fā)信號?？刂破?30在獲取第一觸發(fā)信號后產(chǎn)生第一振動(dòng)信號，振動(dòng)頻率為預(yù)設(shè)頻率。

進(jìn)一步的，在一個(gè)實(shí)施例中，信號分析器220在表面壓力大于或等于第二預(yù)設(shè)壓力時(shí)發(fā)出第二觸發(fā)信號，并獲在取預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，葉片表面的受力頻率?？刂破?30在獲取第二觸發(fā)信號后產(chǎn)生第二振動(dòng)信號，振動(dòng)頻率為受力頻率。

其中，第一預(yù)設(shè)壓力及第二預(yù)設(shè)壓力為兩個(gè)不同的預(yù)設(shè)條件。觸發(fā)信號包括第一觸發(fā)信號及第二觸發(fā)信號。根據(jù)不同的觸發(fā)信號，振動(dòng)信號也包括第一振動(dòng)信號及第二振動(dòng)信號。

信號分析器220的功能可通過兩個(gè)比較器及邏輯門電路實(shí)現(xiàn)。其中，兩個(gè)比較器的標(biāo)準(zhǔn)端分別接與第一預(yù)設(shè)壓力及第二預(yù)設(shè)壓力對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓，輸入端接壓力傳感器210。兩個(gè)比較器的輸出端分別接門電路器件，以形成比較電路。通過比較電路，便可根據(jù)比較器輸入端接收的不同電脈沖信號，得到對應(yīng)的觸發(fā)信號。

飄雪與雨滴的密度不同，故對葉片100產(chǎn)生的撞擊力度以及作用效果也不同。飄雪的密度較小，對葉片100的撞擊力度較小，主要作用是在葉片100表面產(chǎn)生覆冰。而雨滴密度大，撞擊力度大，在葉片100表面產(chǎn)生覆冰的同時(shí)，還會(huì)在葉片100內(nèi)形成內(nèi)應(yīng)力。

顯而易見的，第一預(yù)設(shè)壓力小于第二預(yù)設(shè)壓力。具體的，通過多次實(shí)驗(yàn)，獲得飄雪撞擊葉片所產(chǎn)生作用力的平均值，設(shè)置成第一預(yù)設(shè)壓力；而獲得雨滴撞擊葉片100所產(chǎn)生作用力的平均值，設(shè)置成第二預(yù)設(shè)壓力。

當(dāng)檢測到葉片100的表面壓力大于或等于第一預(yù)設(shè)壓力且小于第二預(yù)設(shè)壓力時(shí)，則表示葉片100被飄雪撞擊。此時(shí)，只需將附著于葉片100表面的飄雪振落即可。因此，控制器230發(fā)出的振動(dòng)信號中，振動(dòng)頻率為預(yù)設(shè)頻率。該預(yù)設(shè)頻率為固定頻率，且該固定頻率經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)獲得，在該固定頻率下振動(dòng)，葉片100振動(dòng)甩落飄雪的效果最佳且不會(huì)對葉片100造成損害。振動(dòng)器240隨即以該預(yù)設(shè)頻率產(chǎn)生振動(dòng)。

當(dāng)檢測到葉片100的表面壓力大于第二預(yù)設(shè)壓力，則表示葉片100被雨滴撞擊。此時(shí)，不僅需要甩落附著于葉片100表面的雨滴，還需將雨滴撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)消除，以防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

而消除振動(dòng)的效果，則與振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率及雨滴對葉片100的撞擊頻率有關(guān)。若振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率小于雨滴撞擊頻率，則葉片100區(qū)域內(nèi)部殘余的內(nèi)應(yīng)力和附加的振動(dòng)應(yīng)力的矢量不能完全抵消，葉片100內(nèi)部會(huì)有殘留應(yīng)力。若振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率大于雨滴撞擊頻率，則會(huì)因?yàn)檎駝?dòng)器240附加的應(yīng)力過大而對葉片100產(chǎn)生損害。

因此，當(dāng)雨滴撞擊葉片100時(shí)，需要對振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率進(jìn)行同步，以使振動(dòng)頻率等于雨滴的撞擊頻率(即葉片100表面的受力頻率)，從而便能有效的消除雨滴撞擊葉片產(chǎn)生的振動(dòng)，防止產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，且不對葉片100造成損害。

具體的，信號分析器220獲取預(yù)設(shè)時(shí)間段內(nèi)，壓力傳感器210發(fā)出的電脈沖信號，該電脈沖信號的頻率即為葉片100的受力頻率，也就是雨滴撞擊葉片100的頻率。進(jìn)一步的，控制器230便以該受力頻率作為振動(dòng)頻率。

通過上述設(shè)置，可根據(jù)雨勢不同對振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，使得振動(dòng)器240的振動(dòng)頻率始終與雨滴的撞擊頻率保持一致，從而能有效的防止葉片100內(nèi)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力。

上述海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)10葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200，壓力傳感器210可感知到葉片受到的表面壓力。當(dāng)有飄雪或雨滴撞擊葉片100時(shí)，葉片100受到的表面壓力增大，直至滿足預(yù)設(shè)條件時(shí)，從而發(fā)出觸發(fā)信號。進(jìn)一步的，控制器230發(fā)出振動(dòng)信號，設(shè)置于葉片100內(nèi)的振動(dòng)器240以振動(dòng)頻率產(chǎn)生振動(dòng)。通過葉片100的振動(dòng)與高速旋轉(zhuǎn)，可將撞擊葉片100的飄雪及雨滴甩落，防止其附著在葉片100表面。而飄雪與過冷水滴，則是在葉片100表面產(chǎn)生覆冰的主要原因。此外，葉片100通過振動(dòng)，可將雨滴撞擊所產(chǎn)生的振動(dòng)相抵消，從而防止內(nèi)應(yīng)力聚集于葉片100內(nèi)。因此，海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)10及葉片保護(hù)及葉尖防損裝置200能有效防止產(chǎn)生覆冰及內(nèi)應(yīng)力。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。