CN113915079A - 叶片辅助装置、风力发电机组叶片及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片辅助装置、风力发电机组叶片及风力发电机组。叶片辅助装置包括：发热单元，设置在叶片的叶根部分的腔体内，发热单元包括轨道和沿着轨道滑动的质量块，当质量块沿着轨道滑动时，通过摩擦产生热量；热传递单元，设置在叶片的壳体内，用于将发热单元产生的热量传给叶片的叶尖部分；结冰检测单元，用于检测叶片的结冰状态；以及控制单元，根据叶片的结冰状态来控制发热单元和热传递单元的操作。本发明的叶片辅助装置能够可消除叶片表面结冰。

Description

叶片辅助装置、风力发电机组叶片及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风力发电技术领域，更具体地，涉及一种本发明涉及用于风力发电机组的叶片辅助装置、包括该叶片辅助装置的风力发电机组叶片以及包括该风力发电机组叶片的风力发电机组。

背景技术

风力发电机组通常安装在高原、寒冷地区、山脊或者山顶等风能资源丰富的地区。但是，这些地区冬季气温较低和湿度较大，很容易造成叶片表面出现结冰现象。一方面，叶片表面结冰会造成叶片的质量增加，使叶片的连接部件承受更多载荷，导致叶片连接部件的寿命降低；另一方面，叶片表面结冰会对叶片表面的气动性能造成影响，导致风力发电机组的发电量降低。因此风力发电机组在低温环境的运行过程中，需要及时清除叶片表面结冰。

现有的风力发电机组叶片的除冰大多采用额外增加加热器来对叶片进行加热除冰，需要使用风机外的电压对加热器进行供电，能耗大，增加了机组的消耗电量。

另外，受限于风机大部件的供货能力，导致大量叶片出现各种质量问题，其中最明显的是叶片重心偏差大。目前常用的调重心方法是在叶片上打孔，或者切割，或者增加薄膜厚度和层数，因此导致叶片交付周期大大加长。

此外，随着风电产业的发展，单台风力发电机组的功率越来越大，所使用的塔筒也越来越高。相应地，塔筒柔性增大，低阶自然频率降低。这使得塔筒发生涡激振动的风险增大。一旦塔筒发生涡激振动，由于振动是自激振动，异常振动会持续很长时间，最多可达十几个小时。这会对塔筒及其连接紧固件产生不同程度的疲劳损伤，严重威胁到塔筒的寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于风力发电机叶片的辅助装置，用于解决叶片结冰的除冰问题。

为了实现上述目的，本发明的一方面提供一种用于风力发电机组的叶片辅助装置，叶片辅助装置包括：发热单元，设置在叶片的叶根部分的腔体内，发热单元包括轨道和沿着轨道滑动的质量块，当质量块沿着轨道滑动时，通过摩擦产生热量；热传递单元，设置在叶片的壳体内，用于将发热单元产生的热量传给叶片的叶尖部分；结冰检测单元，用于检测叶片的结冰状态；以及控制单元，根据叶片的结冰状态来控制发热单元和热传递单元的操作。

可选地，轨道包括第一夹板和第二夹板，第一夹板和第二夹板中的每个沿叶片的长度方向延伸，质量块设置在第一夹板与第二夹板之间并且能够沿叶片的长度方向往复移动，质量块与第一夹板和第二夹板中的至少一个面接触，并通过摩擦产生热量。

可选地，发热单元还可以包括间距调节单元，用于调节第一夹板与第二夹板之间的距离，从而调节第一夹板和第二夹板对质量块施加的挤压力，控制单元与间距调节单元连接，并能够根据叶片的结冰状态来控制间距调节单元的操作。

可选地，间距调节单元可以包括：第一丝杠和第二丝杠，连接在第一夹板与第二夹板之间，控制单元通过控制第一丝杠和第二丝杠来改变第一夹板与第二夹板之间的距离。

可选地，发热单元还可以包括：第一支架和第二支架，分别设置在所述第一夹板与第二夹板的两端，用于将第一夹板与第二夹板连接到叶片的内腔中；第一弹性构件和第二弹性构件，第一弹性构件的一端连接到质量块，另一端连接到第一支架，第二弹性构件的一端连接到质量块，另一端连接到第二支架。

可选地，热传递单元可以包括第一管道和第二管道，第一管道用于将通过发热单元加热后的空气引流到叶片的叶尖部分，第一管道与第二管道连通，用于将空气从叶尖部分引流到发热单元。

可选地，叶片辅助装置还可以包括第一风扇，设置在第一管道的进风口处，用于将热空气引流至第一管道中；和第二风扇，设置在第二管道的出风口处，用于将与叶片换热之后的空气从第二管道中抽出；控制单元根据结冰检测单元检测的结冰状态来控制第一风扇和第二风扇的开闭。

可选地，叶片辅助装置还可以包括用于锁定轨道和质量块的相对位置的锁定组件，锁定组件可以包括：定位孔，形成在轨道和质量块中的一者上；和定位销，设置在轨道和质量块中的另一者并能够***定位孔。

可选地，定位销可以设置在质量块上，定位孔可以为多个，多个定位孔沿着叶片的长度方向间隔设置在轨道上。

可选地，叶片辅助装置还可以包括配重调平销，配重调平销能够移动地设置在质量块上的多个不同的位置。

可选地，叶片辅助装置还可以包括：涡激振动检测单元，用于检测风力发电机组是否发生了涡激振动，当检测到风力发电机组发生了涡激振动时，控制单元控制锁定组件释放质量块，并控制间距调节单元，使得质量块能够沿着轨道滑动。

可选地，质量块与第一夹板之间的摩擦系数可以比质量块与第二夹板之间的摩擦系数大，当检测到风力发电机组发生了涡激振动时，控制单元控制间距调节单元，使得质量块与第一夹板间隔开并且质量块沿着第二夹板滑动。

可选地，质量块可以通过限位组件设置在第二夹板上。限位组件可以包括相互卡合的卡槽和凸块。卡槽可以设置在质量块和第二夹板中的一者上并且沿着叶片的长度方向延伸，凸块可以设置在质量块和第二夹板中的另一者上并且被限制在卡槽内滑动。

可选地，叶片辅助装置还可以包括设置在叶根部分的开口处的第三风扇和第四风扇，第三风扇用于将外界空气引入叶片的内腔中，第四风扇用于将叶片的内腔中的空气排出至外部。

可选地，叶片辅助装置还可以包括：位移传感器，设置在质量块的初始位置处，当检测到风力发电机组的涡激振动结束时，控制单元控制间距调节单元，使得质量块沿着轨道的滑动速度放缓，并且在位移传感器检测到质量块运动到初始位置处时，控制锁定组件锁定质量块。

本发明的另一方面提供了一种风力发电机组叶片，叶片内设置有如上所述的叶片辅助装置。

本发明的又一方面提供了一种风力发电机组，包括如上所述的叶片。

与现有技术相比，本发明的叶片辅助装置能够可消除叶片表面结冰，可防止和消除机组振动，还可以调节叶片重心。

附图说明

通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的上述和其他目的和特点将会变得更加清楚，其中：

图1是根据示例性实施例的叶片辅助装置安装在风力发电机组的叶片上之后的示意图。

图2是图1中一个叶片的示意图。

图3是图2中的叶片的叶根部分的侧视图。

图4示出了叶片的实际重心靠叶根时的重心调节过程示意图。

图5示出了叶片的实际重心靠叶尖时的重心调节过程示意图。

附图标记说明：

1、叶片，2、螺栓，3、轮毂，4、太阳能电源，10、发热单元，11、第一夹板，12、第二夹板，13、质量块，14、配重调平销，15、第一弹性构件，16、第二弹性构件，17、第一支架，18、第二支架，20、热传递单元，21、第一管道，22、第二管道，30、结冰检测单元，40、引流单元，41、第一风扇，42、第二风扇，43、第三风扇，44、第四风扇，50、间距调节单元，51、第一丝杠，52、第二丝杠，60、锁定组件，70、涡激振动检测单元，80、位移传感器。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例的叶片辅助装置、风力发电机组叶片及风力发电机组。

将理解的是，术语第一、第二等的使用可以不指示顺序或者重要性，而是可以使用术语第一、第二等来将一个部件与另一个部件区分开。

另外，为叙述方便，下文中所称的“左”、“右”、“上”、“下”与附图本身的左、右、上、下方向一致，但并不对本发明的组件的结构起限定作用。

还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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；可以是直接相连，也可以间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是根据示例性实施例的叶片辅助装置安装在风力发电机组的叶片上之后的示意图。图2是图1中一个叶片的示意图。图3是图2中的叶片的叶根部分的侧视图。图4示出了叶片的实际重心靠叶根时的重心调节过程示意图。图5示出了叶片的实际重心靠叶尖时的重心调节过程示意图。

参照图1，风力发电机的叶片1包括中空的腔体，通过叶根部分的螺栓2与轮毂3连接。

参照图1至图5，根据本发明示例性实施例的用于风力发电机组的叶片辅助装置包括：发热单元10，设置在叶片1的叶根部分的腔体内，发热单元10包括轨道11和12以及沿着轨道11和12滑动的质量块13，当质量块13沿着轨道11和12滑动时，通过摩擦产生热量；热传递单元20，设置在叶片1的壳体内，用于将发热单元10产生的热量传给叶片1的叶尖部分；结冰检测单元30，用于检测叶片1的结冰状态；以及控制单元(未示出)，根据叶片1的结冰状态来控制发热单元10和热传递单元20的操作。

本发明实施例的叶片辅助装置通过质量块13与轨道11和12之间的相对滑移，摩擦接触而生热，产生的热量加热引入叶根部分的空气，利用该热空气加热叶片壳体，使得叶片壳体表面的冰融化，从而达到除冰效果。由于叶尖部分更容易结冰，因此，通过热传递单元20将热空气从叶根部分传送至叶尖部分，以对叶片1进行加热，从而消除叶片1表面的结冰。

根据本发明的实施例，在与叶片1的长度方向垂直的截面内，轨道11和12可以支撑质量块13的至少一个侧表面，与质量块13进行面接触，从而在质量块13沿着轨道11和12滑动时，两者之间相互摩擦，从而产生热量。

作为示例，如图1和图2中所示，轨道11和12可以是两个夹板11和12(即，第一夹板11和第二夹板12)，分别设置在质量块13的相对的两侧(例如，第一侧和第二侧)，用于从质量块13的两侧支撑质量块13，并引导质量块13沿着叶片1的长度方向滑动。第一夹板11和第二夹板12可以沿着与质量块13和轨道11和12摩擦接触的的平面(即，摩擦面)垂直的方向相互间隔设置，并且第一夹板11和第二夹板12中的每个沿叶片1的长度方向延伸。质量块13设置在第一夹板11与第二夹板12之间并且能够沿叶片1的长度方向往复移动。质量块13与第一夹板11和第二夹板12中的至少一个面接触，并通过摩擦产生热量。

在实施例中，第一夹板11和第二夹板12可以为矩形平板。但是为了增加摩擦面积，加快摩擦生热，第一夹板11和第二夹板12中的一个可以包括两个平面或三个平面。形成L型的截面，或有一个缺口的方形截面。质量块13可以为一立方体块，设置在两个夹板11和12之间，通过两个夹板11和12的夹持，一方面防止质量块13脱落，另一方面约束质量块13的运动路径，例如，防止质量块13在与摩擦面垂直的方向上运动，从而防止质量块13从轨道11和12上脱落。

具体地，可以将第一夹板11的长度方向(叶片1的长度方向)定义为Z方向，与第一夹板11和质量块13摩擦接触的平面垂直的方向定义为Y方向，与Y方向和Z方向垂直的方向定义为X方向，即，第一夹板11的宽度方向。

第一夹板11和第二夹板12可以通过支架安装到叶片1的内腔中。具体地，两个支架(即，第一支架17和第二支架18)可以安装在叶根部分的内腔中并且位于沿叶片1的长度方向的两个不同位置处，第一支架17和第二支架18可以为安装在叶片1内侧壁上并且沿着叶片弦向延伸的支撑腹板，支撑腹板可以提高叶片刚度，同时可以用于发热单元10的各组件的安装。第一夹板11和第二夹板12安装在第一支架17和第二支架18上。其中，第一夹板11和第二夹板12的第一端连接到第一支架17，第一夹板11和第二夹板12的第二端连接到第二支架18。

发热单元10还可以包括第一弹性构件15和第二弹性构件16。第一弹性构件15和第二弹性构件16分别连接到质量块13的相对侧，沿叶片长度方向布置并能够在叶片长度方向上伸缩。第一弹性构件15和第二弹性构件16可以为弹簧。当质量块13沿着叶片长度方向朝第一弹性构件15的一侧运动时，第一弹性构件15被压缩，第二弹性构件16拉伸。当质量块13沿着叶片长度方向朝第二弹性构件16的一侧运动时，第二弹性构件16被压缩，第一弹性构件15拉伸。在本实施例中，第一弹性构件15和第二弹性构件16通过支架安装在叶片1中。具体地，第一弹性构件15的一端连接到质量块13，另一端连接到第一支架17。第二弹性构件16的一端连接到质量块13，另一端连接到第二支架18。

根据本发明的实施例，可以适用于对风力发电机组的叶片1进行除冰。在响应于叶片除冰指令时，只需叶轮旋转起来，在第一弹性构件15和第二弹性构件16的配合作用下，质量块13就能在轨道11和12上自由地来回滑移，摩擦产生热量，通过送风***将空气送入发热单元10吸热后，将热空气供应到叶片1的壳体内，对叶片1的壳体进行加热，达到叶片1表面的除冰效果，无需消耗电网电能，也无需消耗风力发电机组自身产生的电能，不影响风力发电机组的发电量。

发热单元10还可以包括间距调节单元50，用于调节第一夹板11和第二夹板12之间的间距，从而调节第一夹板11和第二夹板12对质量块13施加的挤压力，控制单元与间距调节单元50连接，并能够根据叶片1的结冰状态来控制间距调节单元50的操作。具体地，控制单元根据叶片1的结冰状态来控制间距调节单元50，调节第一夹板11和第二夹板12之间的间距，从而调节轨道对质量块13施加的挤压力大小，从而调节质量块13与第一夹板11和第二夹板12之间的摩擦力，使得第一夹板11和第二夹板12与质量块13之间摩擦产生的热量足够消除叶片表面的结冰。

参照图2，间距调节单元50可以包括：第一丝杠51和第二丝杠52，沿与第一夹板11和第二夹板12的夹持表面(即，摩擦面)垂直的方向连接在第一夹板11和第二夹板12之间。控制单元可以通过控制第一丝杠51和第二丝杠52来改变第一夹板11与第二夹板12之间的距离。但本发明不限于此，间距调节单元50还可以包括可以沿着与第一夹板11和第二夹板12的夹持表面垂直的方向伸缩的气杆及气缸，通过气杆的伸缩来改变第一夹板11与第二夹板12之间的距离；或者，间距调节单元50还可以包括两个端部形成有反向螺纹的螺纹杆，第一夹板11和第二夹板12上设置有与螺纹杆的螺纹配合的螺纹孔，通过螺纹杆相对于夹板11和12的旋转操作来改变第一夹板11与第二夹板12之间的距离。也就是说，间距调节单元50只要能够实现调节第一夹板11与第二夹板12之间的距离的功能即可。控制单元间距调节单元50的电力来源可以是安装在轮毂3上的太阳能电源4，太阳能电源4内部有蓄电池，可以根据太阳能情况可持续供电。但本发明不限于此，还可以采用风力发电机自身产生的电为叶片辅助装置供电。

热传递单元20可以包括第一管道21和第二管道22。第一管道21和第二管道22安装在叶片1的内壁上，第一管道21可以采用预埋方式在叶片1生成过程中安装在叶片1的叶尖部分。第一管道21的第一端(即，进风口)靠近发热单元10，第二端(即，出风口)延伸到叶片1的叶尖部分，用于将通过发热单元10加热后的空气引流到叶片1的叶尖部分。第二管道22的第一端(即，进风口)与第二管道22连通，第二端(即，出风口)从叶尖部分延伸到靠近发热单元10的位置，用于将空气从叶尖部分引流到发热单元10。在本实施例中，第一管道21的第二端与第二管道22的第一端之间未连接，也就是说，第一管道21的第二端和第二管道22的第一端均是开口端，从而热空气可以更均匀地分散在叶尖部分。但本发明不限于此，第一管道21的第二端与第二管道22的第一端之间也可以连接在一起，即为一根整管。

叶片辅助装置还可以包括设置在第一管道21的进风口(即，第一端)和第二管道22的出风口(即，第二端)处的开关阀，控制单元根据结冰检测单元30检测的结冰状态来控制开关阀的开闭，从而控制热传递单元20的启停。例如，在结冰检测单元30检测到叶片未结冰状态时，控制单元控制开关阀关闭。在结冰检测单元30检测到叶片结冰状态时，控制单元控制开关阀打开，使得热空气可以进入第一管道21和第二管道22，与叶片1进行换热除冰。

由于叶片1的叶尖部分是封闭的，为了提升空气的流动效果，叶片辅助装置还可以包括引流单元40，引流单元40可以包括分别设置在第一管道21的进风口(第一端)处的第一风扇41和第二管道22的出风口(第二端)处的第二风扇42。第一风扇41用于将发热单元10处的热空气引流至第一管道21内。第二风扇42用于将与叶片1换热之后的空气从第二管道22抽出。控制单元可以根据结冰检测单元30检测的结冰状态来控制第一风扇41和第二风扇42的开闭。具体地，在结冰检测单元30检测到叶片结冰时，控制第一风扇41和第二风扇42打开，以促进热风在叶片内部循环，对叶尖部分换热除冰。在结冰检测单元30检测到叶片未结冰，不需要加热除冰时，可以控制第一风扇41和第二风扇42关闭。

结冰检测单元30可以包括温度和湿度传感器，用于检测叶片1表面的温度和湿度，检测叶片1周围环境的温度和湿度，或者检测叶片1内腔中的温度和湿度，从而判断叶片表面的结冰状态。但本发明不限于此，结冰检测单元30还可以通过拍照等其它方式来识别和判断叶片表面是否结冰。在本实施例中，为了便于电气安装，结冰检测单元30可以包括设置在叶根部分的内腔中的温度和湿度传感器。

在一个可选的实施方式中，叶片辅助装置还可以包括用于锁定轨道11和12与质量块13的相对位置的锁定组件60。锁定组件60可以包括：定位孔，形成在轨道11和12和质量块13中的一者上；和定位销，设置在轨道11和12和质量块13中的另一者并能够***定位孔。在本实施例中，定位销设置在质量块13上，定位孔为多个，并且多个定位孔沿着轨道11和12的长度方向间隔设置在轨道11和12上。例如，在轨道11和12上每间隔5～10cm设置一个定位孔。通过多个定位孔的形式，实现将质量块13锁定在轨道11和12的不同位置处。

根据本发明的实施例，控制单元还被配置为能够调节质量块13在叶片长度方向的位置，并且在叶片1的重心初步地调整到调平位置后，控制锁定组件60锁定轨道11和12与质量块13的相对位置。具体地，通过沿着叶片长度方向移动质量块13来调节叶片重心的位置，并且在叶片的重心初步地调整到调平位置后，控制定位销***定位孔来锁定质量块13与轨道11和12的相对位置，使质量块13不再移动。

进一步地，辅助装置还可以包括配重调平销14。配重调平销14能够移动地设置在质量块13上的多个不同的位置。例如，质量块13上可以设置有多个供配重调平销14***的孔，或者，形成有供配重调平销14在其中滑动的凹槽。配重调平销14可以具有比质量块13小的重量。控制单元被配置为通过调节配置调平销14在质量块13上的位置，使得叶片1的重心精确地调整到调平位置。

在一个可选的实施方式中，辅助装置还可以包括：涡激振动检测单元70，用于检测风力发电机组是否发生了涡激振动，当检测到风力发电机组发生了涡激振动时，控制单元控制锁定组件60释放质量块13，并控制间距调节单元50调节两根轨道11和12之间的距离，使得质量块13能够沿着轨道11和12滑动，实现简谐运动，起到叶片内部的阻尼作用，改变叶片固有频率，防止和消除机组的涡激振动现象。

为了减少或避免辅助装置用于消除涡激振动时，发热单元10发热，本发明通过调节在消除涡激振动过程中质量块13与轨道11和12的摩擦系数以及摩擦力来减少此过程中产生的摩擦生热的热量。

具体地，在实施例中，质量块13的第一侧(例如，图2中的上表面)与第一夹板11之间的摩擦系数可以设置为大于质量块13的第二侧(例如，图2中的下表面)与第二夹板12之间的摩擦系数，使得质量块13与第一夹板11之间的摩擦表面主要用于叶片除冰阶段的摩擦生热，而质量块13与第二夹板12之间的摩擦系数设置为较小，使得在谐振阶段质量块13可以以较小的摩擦力沿着第二夹板12谐振，以减小发热量。

根据本发明的实施例，将质量块13约束在第二夹板12上，使得质量块13主要沿叶片1的长度方向运动，而不沿着垂直于第二夹板12的摩擦表面的方向(即，Y方向)移动，以及不沿着第二夹板12的宽度方向(X方向)运动。当涡激振动检测单元70检测到风力发电机组发生了涡激振动时，控制单元控制间距调节单元50，使得第一夹板11与第二夹板12之间的距离加大，从而质量块13的第一侧与第一夹板11隔开预定距离，避免摩擦。此时，质量块13仅能在第二夹板12上往复滑动或滚动。

为了将质量块13约束在第二夹板12的表面上，根据本发明的实施例，质量块13的第二侧可以通过限位组件设置在第二夹板12上。限位组件包括相互卡合的卡槽和凸块。卡槽可以设置在质量块13和第二夹板12中的一者上并且沿着叶片1的长度方向延伸，凸块可以设置在质量块13和第二夹板12中的另一者上，凸块嵌入卡槽并且被限制在卡槽内滑动。

涡激振动检测单元70还可以用于接收叶片1的振动信号，控制单元被配置为接收振动信号，并与预定振动参考值进行比较，当超过预定振动参考值时，判定机组是否发生涡激振动。预定振动参考值和振动信号均可以包括振动的位移、加速度和频率中的至少一个。在实施例中，涡激振动检测单元70可以包括安装在叶根部分的内腔中的加速度传感器，用于检测机组加速度的加速度，并根据加速度来判断机组是否发生涡激振动。

可选地，引流单元40还可以包括设置在叶根部分的开口处的风扇43和44，即，第三风扇43和第四风扇44。其中，第三风扇43可以位于叶片1轴线以上，用于将外界空气由叶根部分的开口引入叶片1的内腔中。第四风扇44可位于叶片1轴线以下，用于将叶片1的内腔中的空气从叶根部分的开口排出至外部。在谐振阶段，控制单元可根据叶片1的内腔中的温度来控制第三风扇43和第四风扇44的开闭。例如，在叶片内腔中温度过高时，控制单元控制第三风扇43和第四风扇44打开，以使得叶片内腔与外部形成循环，避免叶片内腔中的温度过高。

辅助装置还可以包括：位移传感器80，设置在质量块13的初始位置(例如，重心调平位置)处，当检测到风力发电机组的涡激振动结束时，控制单元控制间距调节单元50，使得质量块13沿着轨道11和12的滑动速度放缓，并且在位移传感器80检测到质量块13运动到初始位置处时，控制锁定组件60锁定质量块13，确保风机并网后运行安全。

根据本发明实施例的辅助装置，可以用于叶片除冰、调节叶片重心以及消除机组的涡激振动，下面将结合图1至图5来描述根据本发明实施例的辅助装置的使用过程。

除冰的工作原理如下所述：

当温度和湿度传感器监测到叶片内腔中的温度和湿度预定运行温度(例如，叶片1运行环境温度设计值)时，判断叶片表面为已结冰状态。此时，控制单元控制锁定组件60松开第一夹板11和第二夹板12以及质量块13，即，从定位孔中拔出定位销，并且控制间距调节单元50来适当增加第一夹板11和第二夹板12之间的距离，释放质量块13，使得质量块13能够在第一夹板11和第二夹板12上运动，但质量块13的第二侧与第一夹板11面接触以摩擦生热。在质量块13在第一夹板11和第二夹板12上运动并通过摩擦产生热量的同时，控制单元控制开关阀打开，控制第一风扇41和第二风扇42打开，而第三风扇43和第四风扇44关闭，使得发热单元10处加热后的热空气流动到叶尖部分，对叶片1进行除冰。热风流动路径如箭头所示，空气在发热单元10处被加热，然后，热空气从第一管道21流入，并从第二管道22流出，热风在流过第一管道21和第二管道22时，与叶片1进行换热从而达到除冰效果。从第二管道22的出风口排出的空气再次回流到发热单元10处时，可以继续被发热单元10加热，用于除冰。

控制单元还可以根据温度和湿度传感器检测到的温度，更新间距调节单元50调节第一夹板11和第二夹板12之间的距离，从而控制第一夹板11和第二夹板12和质量块13摩擦生热产生的热量满足除冰需要。

在温度和湿度传感器检测到的温度高于预定温度(例如，叶片运行环境温度设计值)时，控制单元控制开关阀关闭，控制第一风扇41和第二风扇42关闭，而第三风扇43和第四风扇44打开，与外界循环。当然，第三风扇43和第四风扇44此时也可以不打开，而在叶片内腔中温度过高时再打开。同时，控制间距调节单元50来减小第一夹板11和第二夹板12之间的距离，使得质量块13在第一夹板11和第二夹板12上的运动速度逐渐减小，并且在位移传感器80检测到质量块13运动到初始位置处时，控制锁定组件60锁定第一夹板11和第二夹板12与质量块13的相对位置，即，将定位销***定位孔中。

调节叶片重心的工作原理如下所述：

单只叶片1生产完成之后，将叶片辅助装置安装在叶片1中。如图3中所示，风力发电机叶片1的理论重心G0和实际重心G1重合，此时，不需要调节重心。如果三只叶片1重心不一致，例如，如图4中所示，风力发电机叶片1的实际重心G1相对于理论重心G0更靠近叶根部分，此时，调节质量块13在叶片长度方向的位置。具体地，可以通过人为调节质量块13使其在第一夹板11和第二夹板12上朝向叶尖部分(在图4上向左)移动，并且在初步移动到调平位置(即，理论重心G0)处时，控制单元控制定位销***对应的定位孔，机械锁定质量块13与第一夹板11和第二夹板12的相对位置，使得不再在第一夹板11和第二夹板12上移动，此时，继续通过调节配置调平销14在质量块13上的位置，使得叶片1的重心精确地调整到调平位置。重心调节完成后，控制单元还可以控制间距调节单元50减小第一夹板11和第二夹板12之间的间距，通过挤压和静摩擦力，确保质量块13不发生滑移。三只叶片重心调节完成之后，再安装到轮毂上，并正常运行。

类似地，如图5中所示，风力发电机叶片1的实际重心G1相对于理论重心G0更靠近叶尖部分，此时，调节质量块13使其第一夹板11和第二夹板12上朝向叶根部分(在图5上向右)移动，在初步移动到调平位置处时，控制单元控制定位销***对应的定位孔，并且继续通过调节配置调平销14在质量块13上的位置，使得叶片1的实际重心G1精确地调整到调平位置。重心调节完成后，控制单元还控制间距调节单元50减小第一夹板11和第二夹板12之间的间距，通过挤压和静摩擦力，确保质量块13不发生滑移。

消除机组的涡激振动的工作原理如下所述：

当涡激振动检测单元70检测到机组发生涡激振动时，例如，加速度传感器检测到机组的加速度超过设计值时，控制单元控制锁定组件60松开轨道11和12与质量块13之间的锁定，即，将定位销从定位孔中拔出，并且控制间距调节单元50增加第一夹板11和第二夹板12之间的距离，释放质量块13，使得质量块13的第二侧与第一夹板11间隔开预定距离，不摩擦接触，而质量块13能够在第二夹板12上运动，实现简谐运动，消除机组的涡激振动现象，直到机组振动停止，例如，加速度传感器检测到机组的加速度小于设计值。此时，控制间距调节单元50缩小第一夹板11和第二夹板12之间的距离，从而增加挤压力，使得质量块13在第一夹板11和第二夹板12上的移动逐渐减慢，并且在位移传感器80检测到质量块13运动到初始位置处时，控制锁定组件60锁定第一夹板11和第二夹板12与质量块13的相对位置，确保风机并网后运行安全。

在消除涡激振动的过程中，如果在温度和湿度传感器检测到的温度高于预定温度(例如，叶片运行环境温度设计值)时，控制单元控制第三风扇43和第四风扇44打开，与外界循环，避免叶片内腔中的温度过高。

根据本发明的叶片辅助装置，能够解决叶片表面结冰问题，解决叶片安装后、发电前机组发生涡激振动问题，解决风机运行过程中叶片振动的问题，解决三只叶片重心不平衡的问题。可消除叶片表面结冰，可防止和消除机组振动，并且可调节叶片重心。

本发明的另一方面提供了一种风力发电机组叶片，叶片1内设置有如上所述的叶片辅助装置。

本发明的又一方面提供了一种风力发电机组，包括如上所述的叶片1。

本申请的辅助装置可以实现消除叶片结冰、叶片重心调节以及消除机组振动三种功能，可加快叶片生产周期，降低叶片重量，适用性加强，提高叶片生产合格率。

尽管已经参照其示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行形式和细节上的各种改变。

Claims (17)

1.一种用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置包括：

发热单元(10)，设置在叶片(1)的叶根部分的腔体内，所述发热单元(10)包括轨道(11、12)和沿着轨道(11、12)滑动的质量块(13)，当所述质量块(13)沿着轨道(11、12)滑动时，通过摩擦产生热量；

热传递单元(20)，设置在所述叶片(1)的壳体内，用于将所述发热单元(10)产生的热量传给所述叶片(1)的叶尖部分；

结冰检测单元(30)，用于检测所述叶片(1)的结冰状态；以及

控制单元，根据所述叶片(1)的结冰状态来控制所述发热单元(10)和所述热传递单元(20)的操作。

2.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，

所述轨道(11、12)包括第一夹板(11)和第二夹板(12)，所述第一夹板(11)和所述第二夹板(12)中的每个沿所述叶片(1)的长度方向延伸，

所述质量块(13)设置在所述第一夹板(11)与所述第二夹板(12)之间并且能够沿所述叶片(1)的长度方向往复移动，所述质量块(13)与所述第一夹板(11)和所述第二夹板(12)中的至少一个面接触，并通过摩擦产生热量。

3.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述发热单元(10)还包括间距调节单元(50)，用于调节所述第一夹板(11)与第二夹板(12)之间的距离，从而调节所述第一夹板(11)和第二夹板(12)对所述质量块(13)施加的挤压力，

所述控制单元与所述间距调节单元(50)连接，并能够根据所述叶片(1)的结冰状态来控制所述间距调节单元(50)执行动作。

4.根据权利要求3所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述间距调节单元(50)包括：第一丝杠(51)和第二丝杠(52)，连接在所述第一夹板(11)与所述第二夹板(12)之间，

所述控制单元通过控制所述第一丝杠(51)和所述第二丝杠(52)来改变所述第一夹板(11)与所述第二夹板(12)之间的距离。

5.根据权利要求2所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述发热单元(10)还包括：

第一支架(17)和第二支架(18)，分别设置在所述第一夹板(11)与所述第二夹板(12)的两端，用于将所述第一夹板(11)与所述第二夹板(12)连接到所述叶片(1)的内腔中；

第一弹性构件(15)和第二弹性构件(16)，所述第一弹性构件(15)的一端连接到所述质量块(13)，另一端连接到所述第一支架(17)，所述第二弹性构件(16)的一端连接到所述质量块(13)，另一端连接到所述第二支架(18)。

6.根据权利要求1所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述热传递单元(20)包括第一管道(21)和第二管道(22)，所述第一管道(21)用于将通过所述发热单元(10)加热后的空气引流到所述叶片(1)的叶尖部分，所述第一管道(21)与所述第二管道(22)连通，用于将所述空气从所述叶尖部分引流到所述发热单元(10)。

7.根据权利要求6所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括：

第一风扇(41)，设置在所述第一管道(21)的进风口处，用于将热空气引流至第一管道(21)中；和

第二风扇(42)，设置在所述第二管道(22)的出风口处，用于将与所述叶片(1)换热之后的空气从所述第二管道(22)中抽出；

所述控制单元根据所述结冰检测单元(30)检测的结冰状态来控制所述第一风扇(41)和所述第二风扇(42)的开闭。

8.根据权利要求3所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括用于锁定所述轨道(11、12)和所述质量块(13)的相对位置的锁定组件(60)，所述锁定组件(60)包括：

定位孔，形成在所述轨道(11、12)和所述质量块(13)中的一者上；和

定位销，设置在所述轨道(11、12)和所述质量块(13)中的另一者并能够***所述定位孔。

9.根据权利要求8所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述定位销设置在所述质量块(13)上，所述定位孔为多个，多个所述定位孔沿着所述叶片(1)的长度方向间隔设置在所述轨道(11、12)上。

10.根据权利要求9所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括配重调平销(14)，所述配重调平销(14)能够移动地设置在所述质量块(13)上的多个不同的位置。

11.根据权利要求8所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括：

涡激振动检测单元(70)，用于检测所述风力发电机组是否发生了涡激振动，当检测到所述风力发电机组发生了涡激振动时，所述控制单元控制所述锁定组件(60)释放所述质量块(13)，并控制所述间距调节单元(50)，使得所述质量块(13)能够沿着所述轨道(11、12)滑动。

12.根据权利要求11所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述质量块(13)与所述第一夹板(11)之间的摩擦系数比所述质量块(13)与所述第二夹板(12)之间的摩擦系数大，当检测到所述风力发电机组发生了涡激振动时，所述控制单元控制所述间距调节单元(50)，使得所述质量块(13)与所述第一夹板(11)间隔开并且质量块(13)沿着所述第二夹板(12)滑动。

13.根据权利要求12所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述质量块(13)通过限位组件设置在所述第二夹板(12)上，所述限位组件包括相互卡合的卡槽和凸块，所述卡槽设置在所述质量块(13)和所述第二夹板(12)中的一者上并且沿着所述叶片(1)的长度方向延伸，所述凸块设置在所述质量块(13)和所述第二夹板(12)中的另一者上并且被限制在所述卡槽内滑动。

14.根据权利要求11所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括设置在所述叶根部分的开口处的第三风扇(43)和第四风扇(44)，所述第三风扇(43)用于将外界空气引入所述叶片(1)的内腔中，所述第四风扇(44)用于将所述叶片(1)的内腔中的空气排出至外部。

15.根据权利要求11所述的用于风力发电机组的叶片辅助装置，其特征在于，所述叶片辅助装置还包括：

位移传感器(80)，设置在所述质量块(13)的初始位置处，当检测到所述风力发电机组的涡激振动结束时，所述控制单元控制所述间距调节单元(50)，使得所述质量块(13)沿着所述轨道(11、12)的滑动速度放缓，并且在所述位移传感器(80)检测到所述质量块(13)运动到所述初始位置处时，控制所述锁定组件(60)锁定所述质量块(13)。

16.一种风力发电机组叶片，其特征在于，所述叶片(1)内设置有根据权利要求1-15中任一项所述的叶片辅助装置。

17.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求16所述的叶片(1)。

Images