CN104179634A - 一种具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片 - Google Patents

Abstract

一种具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，包括叶片本体和电加热装置，该电加热装置铺设于该叶片本体表面，其中该叶片本体表面还铺设有防雷金属网。在雷暴日较多和潮湿冰冻的天气，风轮叶片在运行的过程中，如果出现雷击现象，铺设在风轮叶片上的防雷金属网可以对风轮叶片及电加热装置起到保护的作用。同时，以一隔绝材料设置在防雷金属网和电加热装置中间，既防止了雷击的热效应对电加热装置造成影响，也避免了两者的相互干扰。又，一旦出现风轮叶片结冰的现象，可以启动电加热装置，对叶片进行防冰或者除冰，避免由于冰冻造成的机组停机。

Description

一种具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片

技术领域

本发明涉及一种风轮叶片，尤其是一种具有防雷保护功能且能对叶片进行防冰或除冰的风轮叶片。

背景技术

现有的很多风轮叶片没有防冰措施，在冬季潮湿冰冻的天气下，风力发电机组的风轮叶片经常会被覆盖上一层冰层，降低机组的发电量和使用寿命。

近几年，人们一直致力于改进上述不足，如中国实用新型专利号200920000677.X公开了一种防结冰型风力发电机组风轮叶片，包括在叶片上设置电阻器或者电阻加热网，在潮湿、低温的环境下，通过电阻器或者电阻加热网通电后产生热量，消除叶片表面的结冰问题，提高风力发电机组的运行时间。但在我国部分地区风电场，不但天气潮湿低温，而且雷暴日天数很多，尤其在夏季更为明显。在叶片上使用电加热的方式进行防冰除冰，雷暴天气时电加热装置会存在引雷的风险，雷电流如果不能及时有效地引入地下，会对加热装置、叶片和主机系统造成一定的破坏。然而，传统的防雷方式，例如中国实用新型专利申请号201120529407.5，就是在叶片上安装金属块作为接闪器，同时利用叶片内部的电缆进行雷电流的传导，而通过大量的实践允许发现，这种叶片在接闪器往往因金属块的发热，电缆的通电量不足导致叶片的炸裂，电缆断裂等现象，而采用导电纤维的方式由于雷电流发热造成金属块周围的叶片发生变形、开裂严重的影响了风力发电机组的正常运行。

此外，接闪器的工作原理是，将其安装于防雷装置的顶部，其作用是利用其高出被保护物的突出部位把雷电引向自身，承接直击雷放电。但当发生雷击时，雷电不一定会击中接闪器，很可能会击中叶片本体其他的相对突出的位置，导致叶片本体受到雷击电流遭受破坏，接闪器无法起到作用，影响防雷击的效果。

除此之外，目前的风轮叶片，还不能同时兼具有雷电保护和防冰除冰的功能，某些现有的方案在具备防冰除冰功能的同时，并不能对过电加热防冰除冰装置进行雷击保护，在雷暴日较多和天气潮湿冰冻的地区，现有的风力发电机组的风轮叶片还存在不足。

发明内容

为克服上述风力发电机组的风轮叶片所存在的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种同时具有防止叶片结冰和雷电保护功能的风轮叶片，使该风轮叶片既能在潮湿低温的天气对叶片防冰除冰，还能在雷暴天气降低电加热装置和叶片被雷击的风险，保证机组的正常运行，提高机组的可利用率，延长叶片的使用寿命。

本发明所采取的技术方案为：一种具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，包括叶片本体和电加热装置，该电加热装置铺设于该叶片本体表面，其特征在于：该叶片本体表面还铺设有防雷金属网。

优选的，该防雷金属网电气连接一个主机防雷引下系统，该主机防雷引下系统将雷击产生的电流引向地面。

优选的，该防雷金属网采用铜或铝材料制成。

优选的，于叶片本体的叶根部设有供电接口，该电加热装置与该供电接口连接，该电加热装置借助该供电接口连接至加热电源。

优选的，该电加热装置为加热丝、加热带或加热毯。

优选的，该电加热装置为加热膜。

优选的，该防雷金属网和电加热装置之间铺设有隔绝材料。

优选的，该防雷金属网、该电加热装置的数量为多个，且相互交错间隔铺设。

优选的，该防雷金属网相较于该电加热装置更靠近叶片的外表面，且该防雷金属网和电加热装置之间铺设有隔绝材料。

优选的，该隔绝材料为玻璃布或泡沫。

优选的，该防雷金属网、该电加热装置、该隔绝材料的顺序和数量不限定，可根据不同型号的叶片本体铺设。

优选的，所述风轮叶片的防雷金属网、电加热装置、叶片本体三者为一次成型或多次成型构成。

多次成型：先将一部分结构在一个模具里成型出来，比如先将电加热装置和叶片本体先从该模具里成型出，再将已成型完成的整体结构从模具中取出；之后将隔绝材料、防雷金属网、最外层包裹的表面毡或玻璃布再依序布置到叶片本体的表面。

一次成型：将所述风轮叶片的防雷金属网、电加热装置、叶片本体三者按照设计的铺层全部放到一个模具里面，注胶成型，就是一次铺设注胶就完成所有的成型过程，制作本发明的风轮叶片。

本发明的有益效果在于，在风轮叶片表面同时铺设了防雷金属网和电加热装置，在雷暴日较多和潮湿冰冻的天气，风轮叶片在运行的过程中，如果出现雷击现象，铺设在风轮叶片上的防雷金属网可以对风轮叶片本体起到保护的作用，防雷金属网和引下系统连接，引下系统可以将雷电流进行疏导。同时，隔绝材料设置在防雷金属网和电加热装置中间，既防止了雷击的热效应对电加热装置造成影响，也避免了防雷金属网和电加热装置之间相互干扰。又，如果出现风轮叶片结冰的现象，可以启动电加热装置，对叶片进行防冰或者除冰，从而保证机组的正常运行，避免由于冰冻造成的机组停机。更进一步地，可将该防雷金属网相较于该电加热装置更靠近叶片的外表面，以便使该防雷金属网同时可对叶片本体及加热装置同时起到保护作用。

附图说明

图1为本发明风轮叶片的铺层结构示意图。

<主要附图标记>

1、叶片本体                          2、电加热装置                   3、隔绝材料

4、防雷金属网                                 5、玻璃布。

具体实施方式

为让本发明的上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下：

如图1所示，为本发明风轮叶片的铺层结构示意图。具防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，由叶片本体1、电加热装置2和防雷金属网4组成。叶片本体1的表面可按照该叶片本体1型号的设计要求铺放玻璃布5、表面毡（图中未示出）、防雷金属网4及电加热装置2。上述结构成型时，可一次成型或者多次成型。

多次成型：先将一部分结构在一个模具里成型出来，比如先将电加热装置和叶片本体先从该模具里成型出，再将已成型完成的整体结构从模具中取出；之后将隔绝材料、防雷金属网、最外层包裹的表面毡或玻璃布再依序布置到叶片本体的表面。

一次成型：将所述风轮叶片的防雷金属网、电加热装置、叶片本体三者按照设计的铺层全部放到一个模具里面，注胶成型，就是一次铺设注胶就完成所有的成型过程，制作本发明的风轮叶片。

本发明的风轮叶片还可以结合使用常规的接闪器防雷结构，即叶片本体1表面连接闪器，接闪器连接到引下线，并在此基础上结合使用防雷金属网4对电加热装置2所在的区域进行重点防护；也可以将防雷金属网4布置区域扩大，从而仅使用防雷金属网4进行防雷。

防雷金属网4可以直接连接到主机防雷引下系统，也可以通过导流线、连接器和转动部分的各类防雷连接刷连接到主机防雷引下系统。

其中，较佳的，叶片本体1表面铺放有防雷金属网4，该防雷金属网4和主机防雷引下系统进行连接，在出现雷暴天气时，雷电击点如果落在电加热装置2的加热区域，该防雷金属网4可以将雷电流疏导到主机防雷引下系统，从而疏导雷电流，保护电加热装置2不被雷击损伤，同时也对叶片本体1起到一定的保护作用。

更进一步的，该防雷金属网4采用铜、铜合金、铝等金属材料制成，使该防雷金属网4能起到更好的疏导雷电流的作用。更进一步的，叶片本体1表面还铺放有电加热装置2，其中该电加热装置2可以采用加热丝、加热带、电热毯或者电热膜等形式，较佳是采用电热膜作为加热装置2。

在风轮叶片中使用加热膜具有以下优点：电热膜相当于把核心加热装置（可以是加热丝、条状加热片等结构）固定封装到一种塑料的薄膜中，可以防止核心加热装置在叶片成型中的损伤；由于电热膜做了封装，核心加热装置的位置也就固定了下来，加热均匀；可以避免核心加热装置在成型过程中的移动，也可以避免由于操作不当造成的核心加热装置布置不均匀或者不合设计要求。更重要的是，风轮叶片由于其具有特殊的应用场合，使其需设计成具有特定精确弧度变化的表面，因此，电加热装置2在与叶片本体1进行组合时，由于风轮叶片表面具有不断精确变化的弧度，常用的电加热丝的贴服性差，且固定难度大，工作量大同时固定效果差，但采用电热膜的方式，由于电加热膜独有的片状薄膜结构，可以比较方便的进行层铺和固定（例如仅采用粘接剂），方便操作，成型效率高，产品的合格率能够得到有效保证。在风轮叶片的技术领域，运用加热膜作为加热装置，达到除冰防冻的作用的做法，尚属首创。

电加热装置2通过设置在叶片本体的叶根部的供电接口供电，在潮湿冰冻的天气时，可以将电加热装置2启动，通过电加热装置2产生的热量，对叶片进行防冰或者除冰，避免由于冰冻造成机组停机，保证机组的正常运行。

更进一步的，在该防雷金属网4与该电加热装置2之间，还可以设置一层隔绝材料3，隔绝材料3、防雷金属网4与电加热装置2的铺放顺序和数量可以根据叶片本体1的不同型号铺设。优选的方式是将该防雷金属网4相较于该电加热装置2更靠近叶片本体的外表面，以便使该防雷金属网4可对叶片本体1及加热装置2同时起到保护作用。

在该防雷金属网4与该电加热装置2之间铺放一层隔绝材料3，当雷击发生时，可以防止雷击的热效应对电加热装置2造成影响，同时还可以避免防雷金属网4和电加热装置2在工作时产生相互干扰。

其中，本发明叶片的防雷金属网、电加热装置、叶片本体三者可一次成型或多次成型。

本发明的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，可应用于我国部分雷暴日较多、天气潮湿冰冻地区的风电场区，由于在叶片本体1表面根据型号的设计要求，在规定位置铺设防雷金属网4和电加热装置2，防雷金属网4与防雷引下系统进行电气连接，在叶片本体1的叶根部设置有供电接口，借助供电接口，可供电加热装置2与电源连接，在风轮叶片运行时，如遇雷暴天气，当雷电击点落在电加热装置2的加热区域，防雷金属网4可以将雷电流疏导至引下系统，防止雷击对电加热装置2和叶片本体1造成损伤。当风轮叶片上出现冰冻现象时，可以启动电加热装置2对叶片本体1进行防冰和除冰，避免由于冰冻造成机组停机，保证机组的正常运行。

以上所述的内容，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明的实施范围；因此，凡依本发明申请专利范围及发明说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，包括叶片本体和电加热装置，该电加热装置铺设于该叶片本体表面，其特征在于：该叶片本体表面还铺设有防雷金属网。

2.如权利要求1所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该防雷金属网电气连接一个主机防雷引下系统，该主机防雷引下系统将雷击产生的电流引向地面。

3.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该防雷金属网采用铜或铝材料制成。

4.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，于叶片本体的叶根部设有供电接口，该电加热装置与该供电接口连接，该电加热装置借助该供电接口连接至加热电源。

5.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该电加热装置为加热丝、加热带或加热毯。

6.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该电加热装置为加热膜。

7.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该防雷金属网和电加热装置之间铺设有隔绝材料。

8.如权利要求1所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该防雷金属网、该电加热装置的数量为多个，且相互交错间隔铺设。

9.如权利要求1或2所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，该防雷金属网相较于该电加热装置更靠近叶片的外表面，且该防雷金属网和电加热装置之间铺设有隔绝材料。

10.如权利要求1所述的具有防雷保护的电加热防冰除冰风轮叶片，其特征在于，所述风轮叶片的防雷金属网、电加热装置、叶片本体三者为一次成型或多次成型构成。