專利名稱：一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種風力發(fā)電機組的風輪葉片，特別是涉及一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片。
背景技術：
風力發(fā)電機組在運行過程中，風輪葉片會遭受各種惡劣環(huán)境的考驗，其中葉片表面在寒冷環(huán)境中結(jié)冰是困擾風電機組冬季運轉(zhuǎn)的主要因素。風輪葉片結(jié)冰后會造成風電機組發(fā)電量降低甚至停機，結(jié)冰后葉片的質(zhì)量不平衡會造成塔筒底部的疲勞損傷增強，旋轉(zhuǎn) 葉片上冰塊從高空甩落會產(chǎn)生危害隱患，因此防止葉片結(jié)冰或者葉片結(jié)冰后迅速除冰是風電技術研究的一個熱點。根據(jù)GL規(guī)范的相關規(guī)定，運轉(zhuǎn)中的風輪葉片發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象的區(qū)域主要為葉片殼體前緣表面。從葉根到R/2(R為葉片長度)處，前緣上冰的質(zhì)量分布(質(zhì)量/單位長度)由O線性增加到μ E;從R/2處到葉尖處，前緣上冰的質(zhì)量分布保持μΕ不變。因此，當葉片前緣特別是R/2處到葉尖區(qū)域的表面溫度超過結(jié)冰溫度時，可有效抑制風輪葉片的結(jié)冰現(xiàn)象。根據(jù)德國Enercon公司的實際運行經(jīng)驗，通過熱氣流加熱葉片表面是實現(xiàn)風輪葉片防/除冰的有效方法。目前國內(nèi)外已有一些專利對該技術進行保護。美國專利US2006/0018752 Al介紹了一種“C”型循環(huán)通路，熱氣流沿著葉根-葉尖-葉根的循環(huán)回路加熱葉片前緣區(qū)域，但該方法對靠近葉根的區(qū)域的加熱作用更為明顯。中國專利公開號CN201367977 Y通過管路引導熱氣流加熱葉片，熱氣流通過葉尖處的通孔排出，但這種方法并未循環(huán)使用熱空氣，熱利用率不高。美國專利US6676122B1和中國專利公開號CN102322405A將發(fā)電機中的熱氣通過管路弓丨導到風輪葉片中加熱葉片，同時實現(xiàn)發(fā)電機的制冷，但并未具體介紹葉片內(nèi)的熱氣流管路排布。從葉片的結(jié)構(gòu)形式考慮，靠近葉尖的葉片前緣腔體空間狹小，不能安裝排布復雜的氣流管路；而靠近葉根的葉片前緣腔體空間過大，會出現(xiàn)加熱效果不明顯或者管路排布和固定方法復雜的問題。因此，如何設計出合理的管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式，使熱氣流重點加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并實現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率，是當前本領域的重要研究課題之一。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術問題是提供一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，使其管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式合理，熱氣流重點加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并可實現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率。為解決上述技術問題，本實用新型一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，所述的前緣腔體內(nèi)設置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風機，以及與加熱式鼓風機的出氣口連接的絕熱管道；所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對應區(qū)段為開設有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開設方向朝向葉片前緣；所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風機的進氣口。作為本實用新型的一種改進，所述的加熱裝置還包括沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設的、自葉片中部延伸至加熱式鼓風機進氣口的循環(huán)管道，所述的噴氣孔排出的氣流經(jīng)該循環(huán)管道循環(huán)至加熱式鼓風機的進氣口。所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體中部、將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導入循環(huán)管道的隔熱不透氣布。所述的循環(huán)管道包括與加熱式鼓風機進氣口連接的圓形絕熱管路，以及固定在前緣殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路。所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風機進氣口與葉片根部 之間的隔熱擋板，并在抗剪腹板上鋪設絕熱層或隔熱氈。所述的加熱式鼓風機固定安裝在抗剪腹板上，所述的絕熱、循環(huán)管道通過抱箍固定在抗剪腹板和前緣殼體內(nèi)壁上。所述的絕熱管道采用聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管或者鋪設有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，或由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。所述的葉片后緣殼體外表面涂覆有防結(jié)冰涂層。所述的后緣腔體內(nèi)也安裝有加熱裝置。采用這樣的設計后，本實用新型為實現(xiàn)對葉片前緣殼體的有效加熱，在風輪葉片中布置了簡易、優(yōu)化的熱氣流循環(huán)流動管路，管路排布方式所達到的加熱效果與葉片的冰層分布相對應，實現(xiàn)了對葉片前緣大約葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體的集中加熱，并可對葉片中部到葉根區(qū)域進行梯度加熱，進而保證熱氣流的熱利用率最高，且該葉片加熱系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單、加熱區(qū)域集中、加熱效率高的特點，可以有效抑制風輪葉片發(fā)生結(jié)冰的問題，具有防止葉片結(jié)冰和除掉葉片上冰層的能力，保證風輪葉片在結(jié)冰環(huán)境中的正常運行。

上述僅是本實用新型技術方案的概述，為了能夠更清楚了解本實用新型的技術手段，
以下結(jié)合附圖與具體實施方式
對本實用新型作進一步的詳細說明。圖I是本實用新型具有防冰及除冰能力的風輪葉片的第一實施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖I中的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本實用新型具有防冰及除冰能力的風輪葉片第二實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實用新型具有防冰及除冰能力的風輪葉片第三實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施方式
請參閱圖1-5所示，風輪葉片通常包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板2，而本實用新型一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片在葉片的前緣腔體內(nèi)增設了加熱裝置。具體來說，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風機1，以及與加熱式鼓風機I的出氣口連接的絕熱管道3。絕熱管道3在葉片中部(大約R/2處，R為葉片長度)至葉尖對應區(qū)域段為開設有噴氣孔5的笛形管6，噴氣孔5的開設方向朝向葉片前緣，由噴氣孔5排出的熱氣流循環(huán)至加熱式鼓風機I的進氣口。笛形管的管徑、噴口孔徑、孔數(shù)、孔間距、展向間距、孔布井方式等參數(shù)經(jīng)CFD模擬軟件進行優(yōu)化設計，總的設計原則為保證熱氣流均勻的從笛型孔中噴出并加熱葉片前緣殼體的內(nèi)表面。由于葉片中部到葉尖的區(qū)域段的葉片前緣空間狹小，噴氣孔5距離葉片前緣殼體
7的距離不大，噴出的熱氣流可以有效加熱葉片的前緣殼體7。較佳的，加熱式鼓風機I固定安裝在抗剪腹板2上，絕熱管道3通過材質(zhì)為金屬或者手糊玻璃鋼的抱箍4以粘接或螺栓固定在抗剪腹板2上。絕熱管道3采用密閉且絕熱保溫性能良好的材質(zhì)。由于目前絕大多數(shù)風輪葉片都 存在預彎，且絕熱管道3應可以隨著葉片變形而不發(fā)生破壞，因此絕熱管道可以是整體的，但必須具有良好的變形性能。具體來說，可采用圓形泡沫塑料管或保溫管等，例如聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管等，或者采用鋪設有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，也可由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。此外，還可在葉片后緣殼體外表面涂覆防結(jié)冰涂層，保證前緣區(qū)域加熱融化的水珠在后緣區(qū)域不會凝結(jié)成冰。在無加熱裝置而僅使用防結(jié)冰涂層的情況下，整個葉片都需要涂覆防結(jié)冰涂層。葉片前緣迎風面的涂層容易失效或發(fā)生破損，導致葉片前緣易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。而本實用新型這種結(jié)合加熱裝置和防結(jié)冰涂層的葉片，可充分發(fā)揮加熱和防結(jié)冰涂層兩種防冰方法的長處，有效抑制運行中的葉片結(jié)冰。至于氣體冷卻后至加熱式鼓風機I的進氣口的回流結(jié)構(gòu)，可采用圖1-3所示循環(huán)管道結(jié)構(gòu)，或圖4所示的擋板密閉結(jié)構(gòu)。請參閱圖1-3所示，循環(huán)管道沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設，自葉片中部延伸至加熱式鼓風機I的進氣口，熱氣流從笛形管6中噴出加熱葉片前緣殼體7后，通過安裝在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體上的循環(huán)管道返回葉根。較佳的，循環(huán)管道包括與加熱式鼓風機I的進氣口連接的圓形絕熱管路11，以及通過膠黏劑粘接并通過材質(zhì)為金屬或者手糊玻璃鋼的抱箍4固定在前緣殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路8，并在前緣腔體中部安裝具有隔熱作用的不透氣布9，不透氣布9將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導入循環(huán)管道中。隔熱不透氣布9將笛形管6、絕熱管道3以及葉片前緣腔體空間分隔為兩個區(qū)域，保證從笛形管6中噴出的熱氣流完全經(jīng)由固定在葉片前緣殼體上的弧形絕熱管路8返回葉根。該情況下，返回的熱氣流可以加熱葉片中部到葉根區(qū)域的葉片前緣殼體10，而且熱氣流對殼體的加熱作用從葉片中部到葉根處線性降低，這種溫度梯度的變化趨勢與葉片前緣的結(jié)冰質(zhì)量分布趨勢一致。從弧形絕熱管路8中返回的熱氣流通過圓形絕熱管路11引導到加熱式鼓風機I的進氣口，通過如上所述的管路排布方式可以實現(xiàn)熱氣流沿著鼓風機-絕熱管道-笛形管-弧形絕熱管路-鼓風機這一循環(huán)回路流動。由于鼓風機出氣口的正壓和進氣口的負壓，可以保證熱氣流在管路中流通順暢。[0035]上述風輪葉片的內(nèi)腔中排布了合理的加熱管路，帶有溫度控制系統(tǒng)的加熱式鼓風機I產(chǎn)生溫度約為70°C的熱氣流，經(jīng)由絕熱管道3到達笛形管6，熱氣流在這段絕熱管道中基本不發(fā)生熱量損失。熱氣流從笛形管6的噴氣孔5均勻噴出，首先加熱葉片中部到葉尖這一區(qū)域的葉片前緣殼體，然后熱氣流經(jīng)由安裝在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣腔體上的弧形絕熱管路8返回加熱式鼓風機1，并加熱葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體。上述管道結(jié)構(gòu)形式和排布方式可以實現(xiàn)熱氣流加熱葉片前緣的重點結(jié)冰區(qū)域，保證熱能利用率達到最高。請參閱圖4所示，具有隔熱性能的擋板12安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風機I的進氣口與葉片根部之間，使前緣腔體封閉，并在抗剪腹板2上鋪設絕熱層或隔熱氈，使抗剪腹板2具有一定的隔熱作用。此時，無需在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體上安裝循環(huán)管道，也不使用隔熱不透氣布將笛形管和絕熱管道以及葉片前緣腔體空間分隔為兩個區(qū)域。熱氣流從笛形管6中噴出后，在氣壓的作用下向葉根部位流動，同時由于鼓風機進氣口的負壓作用，可以促進熱氣流的對流循環(huán)，這種方式可以保證熱氣流集中加熱葉片的整個前緣殼體。 此外，請配合參閱圖5所示，本實用新型除在葉片前緣腔體中安裝如上所述的加熱裝置外，還可在葉片的后緣腔體內(nèi)也安裝加熱裝置，這種管路排布方式可以防止葉片后緣在惡劣的結(jié)冰環(huán)境下結(jié)冰。以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，并非對本實用新型作任何形式上的限制，本領域技術人員利用上述揭示的技術內(nèi)容做出些許簡單修改、等同變化或修飾，均落在本實用新型的保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，其特征在于 所述的前緣腔體內(nèi)設置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風機，以及與加熱式鼓風機的出氣口連接的絕熱管道； 所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對應區(qū)段為開設有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開設方向朝向葉片前緣； 所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風機的進氣口。
2.根據(jù)權利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的加熱裝置還包括沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設的、自葉片中部延伸至加熱式鼓風機進氣口的循環(huán)管道，所述的噴氣孔排出的氣流經(jīng)該循環(huán)管道循環(huán)至加熱式鼓風機的進氣口。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體中部、將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導入循環(huán)管道的隔熱不透氣布。
4.根據(jù)權利要求2所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的循環(huán)管道包括與加熱式鼓風機進氣口連接的圓形絕熱管路，以及固定在殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路。
5.根據(jù)權利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的加 熱裝置還包括安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風機進氣口與葉片根部之間的隔熱擋板，并在抗剪腹板上鋪設絕熱層或隔熱氈。
6.根據(jù)權利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的加熱式鼓風機固定安裝在抗剪腹板上，所述的絕熱管道通過抱箍固定在抗剪腹板上。
7.根據(jù)權利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的絕熱管道采用聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管或者鋪設有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，或由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。
8.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的葉片后緣殼體外表面涂覆有防結(jié)冰涂層。
9.根據(jù)權利要求1-7中任一項所述的一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，其特征在于所述的后緣腔體內(nèi)也安裝有加熱裝置。
專利摘要本實用新型是有關于一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，所述的前緣腔體內(nèi)設置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風機，以及與加熱式鼓風機的出氣口連接的絕熱管道；所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對應區(qū)段為開設有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開設方向朝向葉片前緣；所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風機的進氣口。本實用新型管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式合理，熱氣流重點加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并可實現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率。
文檔編號F03D11/00GK202673585SQ201220342640
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月13日 優(yōu)先權日2012年7月13日
發(fā)明者白宏偉, 葉凡, 代海濤, 秦明 申請人:國電聯(lián)合動力技術有限公司