CN102374137A - 一种防结冰的风力发电机叶片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片及其制备方法，属于风力发电技术领域。包括加热系统、控制系统、电源和叶片；所述控制系统控制电源的开启和关闭；所述加热系统主要包括叶片上的导电体和发热涂层；所述叶片上覆盖有绝缘层，所述导电体布置于绝缘层上，发热涂层覆盖于导电体及绝缘层上，所述发热涂层表面又由绝缘层覆盖。当环境温度过低或叶片表面产生冰层时开启发热涂层对叶片表面进行加热，提高叶片表面温度，融化冰层，具有效果显著，技术难度低的优点，可广泛用于解决风力发电机叶片的防冻保温问题。
Description
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体来说，特别涉及一种风力发电机的叶片。
背景技术
随着一次次能源危机的爆发，并且石油资源的蕴藏量不是无限的，目前可开采和利用的储量已经不多，因此，人们必须估计到矿物能源资源枯竭可能带来的危机，应尽早的探索、研究开发和利用新型能源。随着切尔诺贝利事故和日本福岛核电站的核泄漏事件的发生，越发促使人们寻找安全绿色的新能源。
风力是一种潜力很大的新能源，曾有人估计过，地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦，几乎是现在全世界水力发电量的10倍。目前全世界每年燃烧煤所获得的能量，只占风力在一年内所提供能量的三分之一。因此，国内外都很重视利用风力来发电，开发新能源。风力发电的原理，是利用风力带动风车叶片旋转，这些叶片将风能转化成驱动一个或多个发电机的转动力，从而将风能通过机械能转变为电能。
作为一种绿色环保无污染的能源，全球范围内，风力发电越来越受到重视和发展，特别是在芬兰、丹麦等国家，目前，我国也正大力提倡，由于其不需要使用燃料，也不会产生辐射或空气污染，它具有别的能源不可比拟的优势。
但是，在一些大气条件下，如低温潮湿的环境下，叶片表面容易被冰覆盖，当冰层集结到一定厚度后，会严重影响叶片的旋转，使风轮产生较大的不平衡，出现振动，严重时甚至可导致风机的长时间停机或使叶片受损而减少使用寿命。同时，即使叶片表面不结冰，长时间的处于较低温度下也会影响改变叶片材料的性能，从而减少叶片的使用寿命。
因此，在寒冷的气候中，如何防止风力发电机的叶片结冰，或防止叶片本身温度过低成为了一个亟待解决的问题。为此，美国通用电气公司提供了一种专利申请号为CN：200510065035.4的转子叶片上冰地检测方法和设备，对叶片上是否有冰进行检测，并且还提供了一种专利申请号为CN：201010235751.3的用于风力涡轮机叶片的被动式除冰方法，该方法是：感测叶片的结冰危险后，将至少一个叶片移入减少结冰危险的位置，所述位置为大体上朝向太阳方向。该方法属于被动式除冰，其效果很弱，在严寒地区，几乎无法解决叶片上的冰层问题，并且，其除冰时使叶片变相，影响了正常的发电机组运转。再如中国专利CN：200920000677.X公开的防结冰型风力发电机组风轮叶片，其采用玻璃钢复合材料制成叶片，并在叶片上布置电阻器，通过对电阻器通电产生热量来解决结冰问题，但是这种方法较为复杂，电阻器本身的重量也会影响叶片的旋转，在实际运用中难以推广。上述专利的发明人还提供了另一种申请号为CN：200920000676.5的防结冰型风力发电机组风轮叶片，其同样采用玻璃钢复合材料制成叶片，并将叶片内部制成中空的，通过热风输送管对内腔输入热空气来提高叶片表面的温度。可这样的技术方案依然较为复杂，且叶片的材质不是热的良导体，从中空的内腔加热会大大影响叶片表面加热的效率，如果加热温度过高，对叶片所用树脂的热变型温度有很高要求并有可能带来新问题，所以也难以在实际运用中推广。
发明内容
针对上述问题，本发明提供一种防结冰的风力发电机叶片及其制备方法，当环境温度过低或叶片表面产生冰层时开启发热涂层对叶片表面进行加热，提高叶片表面温度，融化冰层，技术方案容易实现。
本发明的第一个目的通过以下技术手段实现：一种防结冰的风力发电机叶片，包括加热系统、控制系统、电源和叶片；所述控制系统控制电源的开启和关闭；其特征在于：所述加热系统主要包括叶片上的导电体和发热涂层；所述叶片上覆盖有绝缘层，所述导电体布置于绝缘层上，发热涂层覆盖于导电体及绝缘层上，所述发热涂层表面又由绝缘层覆盖。所述导电体可选择铜、银、银铝合金等具有导电性能的物质，其形状可为金属箔或导线等。
本发明还可做以下改进：
所述加热系统为一组以上，并联连接。
所述加热系统还包括导电介质层，所述导电介质层覆盖导电体，位于发热涂层下方，增加了发热涂层与导电介质的稳定性和接触面积。所述导电介质层可为银浆、铝浆等所有具有导电性能又可涂布的材料。所述导电体为铜箔，进一步的降低增加的重量和扩大导电范围。所述导电介质优选导电银浆，提高了铜箔与加热层之间的导电性能并可以防止铜箔与加热层因膨涨系数的差异而引起接触不良的风险。所述绝缘层表面还覆盖有保护涂层，对加热系统进行保护，延长其使用寿命。
所述控制系统监测环境温度和叶片温度，并根据设定开启或关闭加热系统；所述控制系统设定为当环境温度低于设定温度时，开启加热系统，防止叶片表面产生冰层；当叶片温度或环境温度高于设定温度时，关闭加热系统，对叶片的树脂和所有表面涂层无不良影响。
所述加热系统的电源控制机箱设有双控开关装置，当需要加热时连接电源，无需加热或有可能发生雷电时断开电源连接，火线零线同时连接防雷地线以防雷击。
本发明的第二个目的通过以下技术手段实现：一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，包括以下步骤：
1)准备工作：将叶片吊放至预定位置，对叶片表面进行修饰打磨；
2)涂装过程：首先在叶片表面涂装绝缘层，然后在叶片上黏贴导电体，在导电体上方涂装导电介质层，于导电介质层上涂装发热涂层，最后对叶片表面涂装绝缘层；
3)完善工作：对上述涂装完绝缘层后的叶片进行修补并打磨，再对叶片涂装保护涂层；
4)安装测试：并联总导线后，吊装上述涂装好的叶片，安装旋转接电装置，连接控制系统，接电源，进行测试。
本发明的一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法还可做以下改进：
步骤1)中，将叶片吊放至预定位置后，在叶片上方搭建活动板房；
步骤2)中，黏贴导电体之前在叶片上标识导电体布置图，根据图纸黏贴导电体。
步骤2)中，所述导电体为铜箔；所述导电介质层为导电银浆；
步骤2)中，在叶片上黏贴完铜箔导电体后，在部分铜箔导电体上贴隔离胶带，再涂装绝缘层，随后将贴好的隔离胶带揭开，露出导电体，进行导电介质层的涂装，这样可以进一步加大加热层的发热面积。
步骤3)中，采用腻子对叶片进行修补；且涂装完保护涂层后，再对叶片进行打磨并第二次涂装保护层。
步骤4)中，所述旋转接电装置为导电滑环。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果为：
1)本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片，采用发热涂层进行加热，在叶片表面完全覆盖，发热均匀，不留死角，并且发热效果好，即使在及其严寒的环境下，均可完全达到防止叶片结冰的效果，同时保护叶片不被冻裂，延长叶片的使用寿命。
2)本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片，其加热系统为直接在叶片表面进行涂装，完全与叶片隔为一体，不易损坏。并且在发热涂层外覆盖有保护涂层，对加热系统进行保护，延长其使用寿命，可达15-20年。
3)本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片，各种涂层重量轻，按叶片表面积计算每平方米仅增加重量200-300克，对叶片和整机的运行不造成影响。并且还可通过等重投料进行控制，使每支叶片的重量基本一致，误差不超过2kg。
4)本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片，设有控制系统，可任意调整参数，以达到有效保护和节能的完美结合；并且可控制发热系统长时间持续在一定温度范围内发热，既可防止产生冰层，又可融化冰层，同时温度不会过高，对叶片树脂和所有表面涂层产生不良影响。
5)本发明提供的一种防结冰的风力发电机叶片制备方法工艺简单，具有普遍适用性，就地加工，无需额外使用任何大型复杂仪器设备，也可以野外作业改造现有风机。
附图说明
图1为一种防结冰的风力发电机叶片局部示意图；
图2为一种防结冰的风力发电机叶片表面导电体布置示意图；
图3为一种防结冰的风力发电机叶片制备方法工艺流程图
图中：1.叶片；2.导电体；3.导电介质层；4.发热涂层；5.火线；6.零线。
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利做进一步说明，但并不构成对本发明的任何限制。
实施例1
一种防结冰的风力发电机叶片，包括加热系统、控制系统、电源和叶片1；所述控制系统控制电源的开启和关闭；其特征在于：所述加热系统主要包括叶片上的导电体2和发热涂层4；所述叶片1上覆盖有绝缘层，所述导电体2布置于绝缘层上，发热涂层4覆盖于导电体及绝缘层上，所述发热涂层4表面又由绝缘层覆盖。
实际运用中，当叶片1表面出现冰层或温度过低，需要加热时，控制系统控制电源开启，导电体2通电，电流传导至发热涂层4，发热涂层4开始发热，叶片1表面温度上升，融解冰层，并通过控制系统的控制，将叶片1表面温度维持于一定温度范围内，保障发电机组的顺利运行。
实施例2
一种防结冰的风力发电机叶片，包括加热系统、控制系统、电源和叶片1；所述控制系统控制电源的开启和关闭；其特征在于：所述加热系统主要包括叶片上的导电体2和发热涂层4；所述叶片1上覆盖有绝缘层，所述导电体2布置于绝缘层上，发热涂层4覆盖于导电体及绝缘层上，所述发热涂层4表面又由绝缘层覆盖。
所述加热系统为一组以上，并联连接。
所述加热系统还包括导电介质层3，所述导电介质层3覆盖导电体，位于发热涂层4下方，增加了发热涂层4与导电介质的稳定性和接触面积。所述导电体为铜箔，进一步的降低增加重量和不引起叶片外型的改变。所述导电介质为导电银浆，提高加热层与导电铜箔的接触可靠性。所述绝缘层表面还覆盖有保护涂层，对加热系统进行保护，延长其使用寿命。
所述控制系统监测环境温度和叶片温度，并可根据需要设定开启或关闭加热系统。所述控制系统设定为当环境温度低于5℃时，自动开启加热系统，防止叶片表面产生冰层。所述控制系统设定为当叶片温度高于50℃时，自动关闭加热系统，对叶片的树脂和所有表面涂层无不良影响。
所述加热系统的电源控制机箱设有双控开关装置，当需要加热时连接电源，无需加热或有可能发生雷电时断开电源连接，火线零线同时连接防雷地线以防雷击。
实际运用中，当环境温度低于5℃时，控制系统控制电源开启，铜箔通电，电流通过导电银浆层传导至发热涂层，发热涂层开始发热，叶片1表面温度上升，并通过控制系统的控制，将叶片表面温度维持于5-8℃范围内，保障发电机组的顺利运行。
实施例3
一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，包括以下步骤：
1)准备工作：将叶片1吊放至预定位置，对叶片表面进行修饰打磨；
2)涂装过程：首先在叶片1表面涂装绝缘层，然后在叶片1上黏贴导电体2，在导电体2上方涂装导电介质层3，于导电介质层3上涂装发热涂层4，最后对叶片1表面涂装绝缘层；
3)完善工作：对上述涂装完绝缘层后的叶片进行修补并打磨，再对叶片1涂装保护涂层；
4)安装测试：并联总导线后，吊装上述涂装好的叶片，安装旋转接电装置，连接控制系统，接电源，进行测试。
实施例4
一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，包括以下步骤：
1)准备工作：将叶片1吊放至预定位置，在叶片上方搭建活动板房，对叶片表面进行打磨；
2)涂装过程：在叶片上标识导电体布置图，然后根据图纸黏贴导电体2，所述导电体为铜箔；由于铜箔较薄，要通过大电流就必需增加宽度，例如10-30CM的宽度，而实际上只需要1-3CM宽度的接触面就可以了，如果其他部分不做绝缘，加热层就不能在导体上发热，所以需要在部分铜箔上贴隔离胶带，对叶片1涂装绝缘层，随后将贴好的隔离胶带揭开，露出铜箔，由于铜箔可能产生热胀冷缩现象，为防止铜箔热胀冷缩后导致发热涂层与铜箔之间接触不良，在铜箔上方涂装导电银浆层3，于导电银浆层3上涂装发热涂层4，以确保发热涂层与电源之间联接的稳定性，最后对叶片1表面涂装绝缘层；
3)完善工作：对上述涂装完绝缘层后的叶片进行用腻子进行修补并打磨，再对叶片1涂装保护涂层，然后再对叶片进行打磨并第二次涂装保护层；
4)安装测试：并联总导线后，吊装上述涂装好的叶片，安装导电滑环，连接控制系统，接电源，进行测试。
上述的实施例仅为本发明的优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此，依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种防结冰的风力发电机叶片，包括加热系统、控制系统、电源和叶片(1)；所述控制系统控制电源的开启和关闭；其特征在于：所述加热系统主要包括叶片上的导电体(2)和发热涂层(4)；所述叶片(1)上覆盖有绝缘层，所述导电体(2)布置于绝缘层上，发热涂层(4)覆盖于导电体及绝缘层上，所述发热涂层(4)表面又由绝缘层覆盖。
2.根据权利要求1所述的一种防结冰的风力发电机叶片，其特征在于：所述加热系统为一组以上，并联连接。
3.根据权利要求2所述的一种防结冰的风力发电机叶片，其特征在于：所述加热系统还包括导电介质层(3)，所述导电介质层(3)覆盖导电体，位于发热涂层(4)下方，增加了发热涂层(4)与导电介质的接触面积；所述导电体(2)为铜箔；所述导电介质(3)为导电银浆；所述绝缘层表面还覆盖有保护涂层。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的一种防结冰的风力发电机叶片，其特征在于：所述控制系统监测环境温度和叶片温度，并根据设定开启或关闭加热系统；所述控制系统设定为当环境温度低于设定温度时，开启加热系统；当叶片温度或环境温度高于设定温度时，关闭加热系统。
5.根据权利要求4所述的一种防结冰的风力发电机叶片，其特征在于：所述加热系统的电源控制机箱设有双控开关装置。
6.一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)准备工作：将叶片(1)吊放至预定位置，对叶片表面进行修饰打磨；
2)涂装过程：首先在叶片(1)表面涂装绝缘层，然后在叶片(1)上黏贴导电体(2)，在导电体(2)上方涂装导电介质层(3)，于导电介质层(3)上涂装发热涂层(4)，最后对叶片(1)表面涂装绝缘层；
3)完善工作：对上述涂装完绝缘层后的叶片进行修补并打磨，再对叶片(1)涂装保护涂层；
4)安装测试：并联总导线后，吊装上述涂装好的叶片，安装旋转接电装置，连接控制系统，接电源，进行测试。
7.根据权利要求6所述的一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，其特征在于：步骤1)中，将叶片(1)吊放至预定位置后，在叶片上方搭建活动板房；步骤2)中，黏贴导电体(2)之前在叶片上标识导电体布置图，根据图纸黏贴导电体(2)。
8.根据权利要求7所述的一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，其特征在于：步骤2)中，所述导电体(2)为铜箔；所述导电介质层(3)为导电银浆。
9.根据权利要求8所述的一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，其特征在于：步骤2)中，在叶片(1)上黏贴完铜箔导电体(2)后，在部分铜箔导电体上贴隔离胶带，再涂装绝缘层，随后将贴好的隔离胶带揭开，露出导电体(2)，进行导电介质层(3)的涂装。
10.根据权利要求9所述的一种防结冰的风力发电机叶片的制备方法，其特征在于：步骤3)中，采用腻子对叶片进行修补；且涂装完保护涂层后，再对叶片进行打磨并第二次涂装保护层；步骤4)中，所述旋转接电装置为导电滑环。
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