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
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片，尤其涉及該葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)電機(jī)組在寒冷氣候環(huán)境下運(yùn)行時(shí)，在冬季機(jī)組葉片表面通常會(huì)發(fā)生較為嚴(yán)重的覆冰，覆冰后葉片的氣動(dòng)外形發(fā)生明顯變化，將嚴(yán)重影響葉片的氣動(dòng)效率，使機(jī)組的發(fā)電效率下降，覆冰后機(jī)組和葉片載荷的也會(huì)增加，當(dāng)三支葉片載荷和質(zhì)量矩互差達(dá)到一定程度時(shí)，會(huì)引發(fā)機(jī)組的振動(dòng)，從而影響機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行。通常為了機(jī)組安全運(yùn)行，葉片覆冰嚴(yán)重時(shí)機(jī)組將停止運(yùn)行，因此風(fēng)電葉片結(jié)冰將導(dǎo)致嚴(yán)重的發(fā)電量損失。為了解決葉片表面覆冰的問(wèn)題，目前主要有以下幾種方法:
1、葉片表面噴涂超疏水防結(jié)冰涂料，利用涂料的疏水特性使吸附在葉片表面的水分盡量少，從而減小覆冰層厚度，其缺點(diǎn)是不能徹底除冰。
[0003]2、熱空氣加熱除冰，向葉片腹腔通入熱空氣循環(huán)加熱，使葉片殼體溫度升高，防止表面結(jié)冰。其缺點(diǎn)是熱量浪費(fèi)大，熱空氣管路敷設(shè)工藝難度大。
[0004]3、葉片表面鋪覆碳纖維布加熱除冰，碳纖維模量相對(duì)較高，鋪覆后將在一定程度上影響葉片的結(jié)構(gòu)剛度和頻率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明提出一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)及其制作方法，既可避免結(jié)冰，又可保護(hù)葉片不受損傷，其技術(shù)解決方案是:
一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由殼體和位于殼體內(nèi)的兩塊抗剪切腹板組合構(gòu)成，所述殼體由迎流面殼體和背流面殼體對(duì)接構(gòu)成空腹結(jié)構(gòu)，兩塊抗剪切腹板在腹腔中縱向并列布置，它們的兩個(gè)側(cè)邊分別與迎流面殼體、背流面殼體的內(nèi)壁粘接;其特征在于，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)有碳晶膜加熱裝置，該裝置包括碳晶電熱膜、溫度傳感器、加熱控制器，所述碳晶電熱膜鋪覆在殼體前緣表面的覆冰區(qū)域，用于加熱殼體前緣的覆冰區(qū)域;所述溫度傳感器布置在碳晶電熱膜下，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，用于檢測(cè)殼體前緣覆冰區(qū)域的溫度;所述加熱控制器布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中，根據(jù)溫度傳感器檢測(cè)到的殼體前緣覆冰區(qū)域的溫度，調(diào)整碳晶電熱膜的加熱電功率，使殼體前緣覆冰區(qū)域的溫度恒定在設(shè)定值，該設(shè)定值略大于冰的熔點(diǎn)，通常為O°C<t < 2°C。
[0006]所述碳晶電熱膜通過(guò)其電源線連接電源，所述溫度傳感器通過(guò)其信號(hào)線連接加熱控制器，所述碳晶電熱膜的電源線、溫度傳感器的信號(hào)線均敷設(shè)在葉片殼體的腹腔中，固定在抗剪切腹板上，從葉片根部引出。
[0007]所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片還設(shè)有避雷裝置，該避雷裝置包括金屬絲網(wǎng)和雷電流引線，所述金屬絲網(wǎng)包覆在葉片前緣殼體表面，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，其與碳晶電熱膜的結(jié)合面設(shè)有絕緣層;所述金屬絲網(wǎng)具有釬焊的銅箔帶，所述雷電流引線固定在抗剪切腹板上，它的一端與金屬絲網(wǎng)的銅箔帶釬焊連接，另一端從葉片根部引出接地。
[0008]或
所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片還設(shè)有避雷裝置，該避雷裝置包括金屬絲網(wǎng)、雷電流引線和連接螺栓，所述金屬絲網(wǎng)包覆在葉片前緣殼體表面，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，其與碳晶電熱膜的結(jié)合面設(shè)有絕緣層;所述金屬絲網(wǎng)具有釬焊的銅箔帶，銅箔帶上有螺栓穿孔;所述雷電流引線固定在抗剪切腹板上，它的一端通過(guò)螺栓與金屬絲網(wǎng)連接，由螺栓將雷電流引線、金屬絲網(wǎng)鎖緊，螺栓與銅箔帶的結(jié)合部、螺栓與雷電流引線的結(jié)合部均釬焊連接;雷電流引線的另一端從葉片根部引出接地。
[0009]所述金屬絲網(wǎng)是銅絲網(wǎng)或鋁絲網(wǎng)；所述螺栓是銅螺栓;所述絕緣層采用高密度雙向玻璃纖維布增強(qiáng)樹(shù)脂的玻璃鋼絕緣層。
[0010]上述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片融冰加熱結(jié)構(gòu)的制作方法，可采用手工分步制作法或整體灌注法O
[0011 ]手工分步制作法包括如下步驟:
(1)、分別用模具灌注葉片迎流面殼體、背流面殼體、抗剪切腹板，再組裝粘接，合模保溫、保壓，至粘接劑徹底固化后脫模，葉片成型；
(2、)在殼體上鉆好碳晶電加熱膜電源線穿孔、溫度傳感器信號(hào)線穿孔、避雷裝置的螺栓穿孔；
(3)、在葉片殼體前緣覆冰區(qū)域安裝溫度傳感器，并與其信號(hào)線釬焊連接；
(4)、在葉片殼體前緣覆冰區(qū)域表面涂覆粘接劑，再將面積與覆冰區(qū)域表面相當(dāng)?shù)奶季щ娂訜崮や伕采先?，并與其電源線釬焊連接；
(5 )、在碳晶電加熱膜表面涂覆粘接劑，再將面積與碳晶電加熱膜相當(dāng)?shù)母呙芏入p向玻璃纖維布鋪覆上去；
(6)、裁剪一塊金屬絲網(wǎng)，其面積應(yīng)大于碳晶電加熱膜，在金屬絲網(wǎng)的一邊釬焊銅箔帶，在銅箔帶上鉆螺栓孔，將金屬絲網(wǎng)鋪覆在雙向玻璃纖維布上面，其螺栓孔與葉片殼體上的螺栓孔對(duì)齊，將螺栓穿進(jìn)螺栓孔，與雷電流引線連接，并將銅箔與螺栓釬焊連接、雷電流引線與螺栓釬焊連接；
(7)、將碳晶電加熱膜電源線、溫度傳感器信號(hào)線、雷電流引線固定在抗剪切腹板上，并從葉片根部引出；
(8)、在金屬絲網(wǎng)上鋪覆低密度雙向玻璃纖維布，將金屬絲網(wǎng)覆蓋，然后在葉片整個(gè)表面噴涂防風(fēng)沙耐腐蝕的葉片專用油漆。
[0012]整體灌注法包括如下步驟:
(I )、在灌注葉片迎流面、背流面殼體之前，先把金屬絲網(wǎng)、高密度雙向纖維布、碳晶電熱膜依序鋪在模具內(nèi)，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，把溫度傳感器布置在碳晶電熱膜上，并把金屬絲網(wǎng)的雷電流引線、碳晶電熱膜的電源線、溫度傳感器的信號(hào)線都釬焊好，其中，雷電流引線直接與金屬絲網(wǎng)的銅箔帶焊接;再鋪葉片殼體纖維布及芯材；
(2)、抽真空灌注樹(shù)脂一起成型，將金屬絲網(wǎng)、高密度雙向纖維布、碳晶電熱膜、溫度傳感器固化在葉片殼體內(nèi)；
(3)、在抗剪切腹板灌注成型后，把金屬絲網(wǎng)的雷電流引線、碳晶電熱膜的電源線、溫度傳感器的信號(hào)線固定在抗剪切腹板上；
(4 )、將迎流面殼體、被流面殼體、抗剪切腹板組裝粘接，然后合模保溫、保壓，至樹(shù)脂和粘接劑徹底固化后脫模，葉片成型；
(5)、在葉片整個(gè)表面噴涂防風(fēng)沙耐腐蝕的專用油漆。
[0013]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明通過(guò)在葉片覆冰區(qū)域設(shè)置碳晶電熱膜，并將加熱溫度控制在0°c<t < 2°C，既有效地防止了葉片結(jié)冰，又節(jié)約能源，還可避免葉片前后緣因溫差過(guò)大引起的變形，從而保證葉片的氣動(dòng)性能，延長(zhǎng)葉片的使用壽命。通過(guò)設(shè)置避雷裝置，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)免遭雷擊，保障機(jī)組運(yùn)行安全。
[0014]【附圖說(shuō)明】:
圖1是本風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)圖圖2是圖1的橫截面圖圖3是圖2中局部A的放大圖
圖4是本葉片一種避雷裝置的連接結(jié)構(gòu)圖(帶連接螺栓)
圖5是圖4中局部B的放大圖圖中代號(hào)含義:
I:葉片殼體;2:溫度傳感器;3:碳晶電加熱膜;4:雙向玻璃纖維布;5:金屬絲網(wǎng);6:銅箔帶;7:銅螺栓;8:溫度傳感器信號(hào)線;9:碳晶電加熱膜電源線；10:加熱控制器;11:碳晶電加熱膜電極;12:抗剪切腹板;13:雷電流引線。
[0015]
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見(jiàn)圖1至圖5，本風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的融冰加熱結(jié)構(gòu)，所述風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片由殼體I和位于殼體內(nèi)的兩塊抗剪切腹板12組合構(gòu)成，所述殼體I由迎流面殼體和背流面殼體對(duì)接構(gòu)成空腹結(jié)構(gòu)，兩塊抗剪切腹板12在腹腔中縱向并列布置，它們分別與迎流面殼體、背流面殼體的內(nèi)壁粘接;這是風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的基本結(jié)構(gòu)。
[0017]本發(fā)明的特點(diǎn)，是在風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片中增設(shè)碳晶膜加熱裝置，該裝置包括碳晶電熱膜3、溫度傳感器2、加熱控制器1，所述碳晶電熱膜3鋪覆在殼體I的前緣表面覆冰區(qū)域，用于加熱殼體前緣覆冰區(qū)域;所述溫度傳感器2布置在碳晶電熱膜下，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，用于檢測(cè)殼體前緣覆冰區(qū)域的溫度;所述加熱控制器10布置在風(fēng)力發(fā)電機(jī)控制系統(tǒng)中，根據(jù)溫度傳感器2檢測(cè)到的殼體I前緣覆冰區(qū)域的溫度，調(diào)整碳晶電熱膜3的加熱電功率，使殼體I前緣覆冰區(qū)域的溫度恒定在設(shè)定值，該設(shè)定值略大于冰的熔點(diǎn)，通常為0°C<t^2°C。
[0018]所述碳晶電熱膜3通過(guò)其電源線9連接電源，所述溫度傳感器2通過(guò)其信號(hào)線8連接加熱控制器10，所述碳晶電熱膜3的電源線9、溫度傳感器2的信號(hào)線8均敷設(shè)在葉片殼體I的腹腔中，固定在抗剪切腹板12上，從葉片根部引出。
[0019]由于設(shè)置了碳晶膜加熱裝置，為防止葉片遭受雷擊，本風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片還設(shè)有避雷裝置，該避雷裝置包括金屬絲網(wǎng)5和雷電流引線13，所述金屬絲網(wǎng)5包覆在葉片前緣殼體表面，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，其與碳晶電熱膜3的結(jié)合面設(shè)有絕緣層，該絕緣層是高密度雙向玻璃纖維布(800g/m2)4作為夾心材料的玻璃鋼絕緣層。所述金屬絲網(wǎng)5具有釬焊的銅箔帶6，所述雷電流引線13固定在抗剪切腹板12上，它的一端與金屬絲網(wǎng)的銅箔帶釬焊連接，另一端從葉片根部引出接地。本結(jié)構(gòu)適合整體灌注工藝;若采用人工手糊工藝，則避雷裝置如圖4、圖5所示，包括金屬絲網(wǎng)5、雷電流引線13和連接螺栓7，所述金屬絲網(wǎng)包覆在葉片前緣殼體表面，對(duì)應(yīng)覆冰區(qū)域，其與碳晶電熱膜3的結(jié)合面設(shè)有絕緣層，該絕緣層是高密度(800g/m2)雙