CN105952590A - 风电叶片用可加热前缘翻边板 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风电叶片用可加热前缘翻边板，所述前缘翻边板粘接在风电叶片的吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的前缘结合处内侧表面上，所述前缘翻边板包括前缘翻边板本体，所述前缘翻边板本体的内侧表面设有能够将电能转换成热能的加热垫，所述加热垫包括碳纤维布成型的导电加热层和金属材质的接电电极，所述加热层布置在前缘翻边板本体的内侧表面，所述电极间隔夹持在加热层上。本发明使前缘翻边板既具有增强结构强度的功能、又具有可加热的功能，进而使粘接此前缘翻边板的风电叶片具有除冰功能，而且既能使风电叶片以良好的性价比实现除冰功能，又能使风力发电机能够实现可靠、高效、安全的运行，稳定性和可靠性高。

Description

风电叶片用可加热前缘翻边板

技术领域

本发明涉及风电叶片，具体是一种风电叶片用的可加热的前缘翻边板。

背景技术

风力发电机是将风能转换成电能的能量转换设备，其工作环境常年处于环境复杂而恶劣的户外，需要频繁接受各种复杂而不稳定的气候环境变化，甚至是极端的灾害气候，这就包括了接受冻雨、霜、雪等气候环境的侵蚀。

风轮上的叶片（即风电叶片）是风力发电机外部迎接风能、并将其转换成机械能的重要转子部件，侵蚀风力发电机的冻雨、霜、雪等气候环境对风轮上的叶片影响最大，极易导致叶片的迎风部位-前缘处表面结冰，随着叶片表面冰层的增厚，对叶片的受风能力造成影响，进而降低叶片的空气力学性能，影响机组的发电效率、甚至会迫使风力发电机停机；久而久之，会使叶片的外形发生变化，进而增加风力发电机的机械磨损，影响风力发电机的安全运行和使用寿命。由此可见，风电叶片上的除冰技术对风力发电机的可靠、安全、高效运行至关重要。

参见图1和图2所示，风电叶片主要由吸力侧叶片壳体1、压力侧叶片壳体2和处于它们之间的剪切腹板3粘接组合而成，为了增强吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2在前缘处的粘接结合力，在吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2粘接结合的前缘处内侧表面粘接有一块弧板状的前缘翻边板，即前缘翻边板本体4，该前缘翻边板本体4主要由多层玻璃纤维布粘接组合而成，其仅为增强前缘处的粘接结合强度而设置，不具有其它功能；前缘处的外表面为叶片的迎风部位，此处在冻雨、霜、雪等气候环境的侵蚀下极易结冰，形成冰层5。

通过上述风电叶片的结构可知，对于叶片前缘处的冰层去除，加热结构的布置应为叶片的前缘处，尤其是布置在前缘翻边板上。由于上述前缘翻边板本身仅为增强结构强度而设置，不具有可加热的融冰除冰功能，因而，粘接此前缘翻边板的风电叶片要么不具有除冰功能；要么其除冰技术无法以经济实用的方式实现最佳化，不能取得理想的除冰效果，性价比、稳定性和可靠性较差，例如中国专利文献公开的“一种具有碳纤维电热融冰技术的兆瓦级风机叶片”（公开号：CN 203239506，公开日：2013年10月16日）、“具有电热融冰装置的风力发电机转子叶片”（公开号：CN 102878026，公开日：2013年1月16日）等。另外，若将加热结构简单的布置在风电叶片的叶身内部，不仅无法实现维护处理，而且还会增高其遭受雷击的风险。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述现有技术的不足，提供一种结构简单、成型方便、成型成本低、有利于风电叶片以良好的性价比、稳定性和可靠性实现理想除冰的可加热前缘翻边板。

本发明所采用的技术方案是：一种风电叶片用可加热前缘翻边板，所述前缘翻边板粘接在风电叶片的吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的前缘结合处内侧表面上，所述前缘翻边板包括前缘翻边板本体，所述前缘翻边板本体的内侧表面设有能够将电能转换成热能的加热垫，所述加热垫包括碳纤维布成型的导电加热层和金属材质的接电电极，所述加热层布置在前缘翻边板本体的内侧表面上，所述电极间隔夹持在加热层上。

作为优选方案，所述加热垫还包括有玻璃纤维布成型的防护层，所述防护层包覆在加热层的内侧表面和外侧表面。进一步的，所述防护层将加热层上所夹持的电极部分或全部包覆，所述电极所连接的电源线直接或通过防护层引出。

所述电极间隔夹持在加热层的两端端部处，间隔的电极之间的加热层纤维丝束为非中断的连续丝束，所述加热层每端端部处的电极主要由内侧金属条和外侧金属条组成。

作为优选，所述电极为铜箔或铜线丝束。

所述防护层主要由多层玻璃纤维布组成。进一步的，所述玻璃纤维布为±15～75°的双向纤维布，作为优选，所述玻璃纤维布为±45°的双向纤维布。

所述碳纤维布为±15～75°的双向纤维布，作为优选，所述碳纤维布为±45°的双向纤维布。

所述前缘翻边板本体主要由多层玻璃纤维布组成。

本发明的有益效果是：

1. 本发明利用碳纤维布的导电发热特性，通过在风电叶片成型所用的前缘翻边板本体的内侧表面上设置以碳纤维布为主体的加热垫，从而使前缘翻边板在其内侧表面所设置的加热垫通电状态下即可实现加热、导热，使前缘翻边板既具有增强结构强度的功能、又具有可加热的功能，进而使粘接此前缘翻边板的风电叶片具有融冰除冰的功能，而且，加热垫在前缘翻边板上的布置结构有效、可靠地实现了最佳化，其以简单的布局结构和便利的操作作业既能简化风电叶片的成型操作，大幅降低成型成本，使风电叶片以良好的性价比实现除冰功能，又能使风力发电机能够实现可靠、高效、安全的运行，稳定性和可靠性高；

2. 本发明利用玻璃纤维布的优异绝缘特性，给风电叶片空腔内侧碳纤维布所成型的加热层设置了防护层，从既有效、可靠地解决了加热垫在前缘翻边板上简化成型的问题，又有效、可靠地提高了加热垫的绝缘性能，大大降低了户外复杂环境中作业的发电叶片受雷电攻击的风险，其可靠性高、安全性好，能够进一步可靠提高风力发电机运行的可靠性、稳定性和安全性，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是现有风电叶片的径向截面结构示意图。

图2是图1中前缘翻边板在风电叶片中所处粘接部位的放大图。

图3是具有本发明的风电叶片径向截面结构示意图。

图4是图3中前缘翻边板上的加热垫的结构示意图。

图5是图4中的A-A视图。

图6是图4中的B-B视图。

图中代号含义：1—吸力侧叶片壳体；2—压力侧叶片壳体；3—剪切腹板；4—前缘翻边板本体；5—冰层；6—加热垫；61—防护层；62—加热层；63—接电电极；64—电源线。

具体实施方式

实施例1

参见图3、图4、图5和图6所示，本发明为弧板状的前缘翻边板，风电叶片成型之用。

其中，风电叶片主要由吸力侧叶片壳体1、压力侧叶片壳体2和剪切腹板3组成，吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2扣合在一起，剪切腹板3处于吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2之间，吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2的前缘处和后缘处分别粘接组合（通常是环氧树脂胶黏剂）在一起，剪切腹板3的两端对应的与吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2的内壁粘接组合在一起。

本发明的前缘翻边板包括前缘翻边板本体4，该前缘翻边板本体4主要由多层玻璃纤维布粘接组合成而。前缘翻边板本体4粘接组合在吸力侧叶片壳体1和压力侧叶片壳体2在前缘处的粘接结合处的内侧表面，即前缘翻边板本体4粘接组合在风电叶片的前缘处内侧表面上，从而增强前缘粘接结合处的粘接结合力。前述前缘翻边板本体4的内侧表面粘接组合有能够将电能转换成热能的加热垫6，在加热垫6通电的状态下，前缘翻边板本体4即可实现加热、导热，从而加热它所对应的风电叶片前缘处的外侧表面，融化消除冰层。

具体的，加热垫6包括绝缘的防护层61、导电的加热层62、接电的电极63和连接电源的电源线64。防护层61主要由多层玻璃纤维布粘接组合而成，每层玻璃纤维布为编织角度为±15～75°（例如±15°、±35°、±45°、±60°或±75°，优选±45°）的双向纤维布；防护层61分为内防护层和外防护层，它们分别大于加热层62的表面面积，内、外防护层分别包覆在加热层62的内侧表面和外侧表面，将加热层62包覆在其中，内防护层和外防护层四个边分别粘接组合在一起，从而将加热层62以夹心结构包覆在防护层61内，在内、外防护层的粘接组合处或者某一侧防护层上，设有电极63的接线孔；防护层61的外防护层粘接组合在前缘翻边板本体4的内侧表面上。加热层62主要由至少一层碳纤维布成型，每层碳纤维布为编织角度为±15～75°（例如±15°、±35°、±45°、±60°或±75°，优选±45°）的双向纤维布，且每层碳纤维布的纤维丝束在其导电方向（由两组电极63的夹持位置而决定，通常是上、下方向）上必须连续、不允许中断；同上所述，加热层62的表面面积匹配于防护层61的平面表面面积，加热层62被包覆在防护层61内。电极63为两组，每组为条状的两根，它们分别采用铜箔成型，当然，也可以分别采用铜线丝束成型，或者分别采用其它导电性能良好的金属材质成型；前述两组电极63分别对应加热层62的上、下两端端部处，即每组电极63对应加热层62的一个端部处，电极63的内侧金属条和外侧金属条分别从加热层62对应端部处的内侧表面和外侧表面横向夹持加热层62，电极63的引线端具有接线环，电极63的引线端从加热层62的一个侧边延伸出，从而使两组电极间隔夹持在加热层62的两端端部处；夹持在加热层62上的电极63连同加热层61一起被防护层61包覆，电极63的引线端从防护层61的预留接线孔处延伸出。电源线64为两根，它们的一端分别连接在两组电极63的引线端上、另一端用于连接供电电源，例如引至风力发电机上的电源等。

上述加热垫6的成型面积应根据风电叶片前缘表面结冰区域的范围而确定，非特定值。

本发明的前缘翻边板通过翻边模具，以手糊铺层的方式制作成品。在成品的过程中，在前缘翻边板本体4的内侧表面相应的铺设防护层61、电极63、加热层62、电极63和防护层63，从而在前缘翻边板本体4成品的过程中，在前缘翻边板本体4的内侧表面铺设组成加热垫6。当然，前缘翻边板本体4及加热垫6也可以采用整体灌注的方式与吸力侧壳体一体成型，成型后再将加热垫的供电电源线与金属电极相连接。

实施例2

本实施例为单独绘图，可参见实施例1的附图。

本发明为弧板状的前缘翻边板，风电叶片成型之用。

其中，风电叶片主要由吸力侧叶片壳体、压力侧叶片壳体和剪切腹板组成，吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体扣合在一起，剪切腹板处于吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体之间，吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的前缘处和后缘处分别粘接组合（通常是环氧树脂胶黏剂）在一起，剪切腹板的两端对应的与吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的内壁粘接组合在一起。

本发明的前缘翻边板包括前缘翻边板本体，该前缘翻边板本体主要由多层玻璃纤维布粘接组合成而。前缘翻边板本体粘接组合在吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体在前缘处的粘接结合处的内侧表面，即前缘翻边板本体粘接组合在风电叶片的前缘处内侧表面上，从而增强前缘粘接结合处的粘接结合力。前述前缘翻边板本体的内侧表面粘接组合有能够将电能转换成热能的加热垫，在加热垫通电的状态下，前缘翻边板本体即可实现加热、导热，从而加热它所对应的风电叶片前缘处的外侧表面，融化消除冰层。

具体的，加热垫包括导电的加热层、接电的电极和连接电源的电源线。加热层主要由至少一层碳纤维布成型，每层碳纤维布为编织角度为±15～75°（例如±15°、±35°、±45°、±60°或±75°，优选±45°）的双向纤维布，且每层碳纤维布的纤维丝束在其导电方向（由两组电极的夹持位置而决定，通常是上、下方向）上必须连续、不允许中断；组成加热层的碳纤维布的外侧表面直接粘接组合在前缘翻边板本体的内侧表面上，加热层的两端端部处的外侧表面分别与前缘翻边板本体内侧表面之间设有电极。电极为两组，每组为条状的两根，它们分别采用铜箔成型，当然，也可以分别采用铜线丝束成型，或者分别采用其它导电性能良好的金属材质成型；前述两组电极分别对应加热层的上、下两端端部处，即每组电极对应加热层的一个端部处，电极的内侧金属条和外侧金属条分别从加热层对应端部处的内侧表面和外侧表面横向夹持加热层，电极的引线端具有接线环，电极的引线端从加热层的一个侧边延伸出，从而使两组电极间隔夹持在加热层的两端端部处。电源线为两根，它们的一端分别连接在两组电极的引线端上、另一端用于连接供电电源，例如引至风力发电机上的电源等。

上述加热垫的成型面积应根据风电叶片前缘表面结冰区域的范围而确定，非特定值。

本发明的前缘翻边板通过翻边模具，以手糊铺层的方式制作成品。在成品的过程中，在前缘翻边板本体的内侧表面相应的铺设电极、加热层和电极，从而在前缘翻边板本体成品的过程中，在前缘翻边板本体的内侧表面组成加热垫。当然，前缘翻边板本体及加热垫也可以采用整体灌注的方式与吸力侧壳体一体成型，成型后再将加热垫的供电电源线与电极相连接。

实施例3

本实施例为单独绘图，可参见实施例1的附图。

本发明为弧板状的前缘翻边板，风电叶片成型之用。

其中，风电叶片主要由吸力侧叶片壳体、压力侧叶片壳体和剪切腹板组成，吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体扣合在一起，剪切腹板处于吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体之间，吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的前缘处和后缘处分别粘接组合（通常是环氧树脂胶黏剂）在一起，剪切腹板的两端对应的与吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体的内壁粘接组合在一起。

本发明的前缘翻边板包括前缘翻边板本体，该前缘翻边板本体主要由多层玻璃纤维布粘接组合成而。前缘翻边板本体粘接组合在吸力侧叶片壳体和压力侧叶片壳体在前缘处的粘接结合处的内侧表面，即前缘翻边板本体粘接组合在风电叶片的前缘处内侧表面上，从而增强前缘粘接结合处的粘接结合力。前述前缘翻边板本体的内侧表面粘接组合有能够将电能转换成热能的加热垫，在加热垫通电的状态下，前缘翻边板本体即可实现加热、导热，从而加热它所对应的风电叶片前缘处的外侧表面，融化消除冰层。

具体的，加热垫包括导电的加热层、绝缘的防护层、接电的电极和连接电源的电源线。加热层主要由至少一层碳纤维布成型，每层碳纤维布为编织角度为±15～75°（例如±15°、±35°、±45°、±60°或±75°，优选±45°）的双向纤维布，且每层碳纤维布的纤维丝束在其导电方向（由两组电极的夹持位置而决定，通常是上、下方向）上必须连续、不允许中断；组成加热层的碳纤维布的外侧表面直接粘接组合在前缘翻边板本体的内侧表面上，加热层的两端端部处的外侧表面分别与前缘翻边板本体内侧表面之间设有电极。防护层主要由多层玻璃纤维布粘接组合而成，每层玻璃纤维布为编织角度为±15～75°（例如±15°、±35°、±45°、±60°或±75°，优选±45°）的双向纤维布；防护层的表面面积大于加热层的表面面积，防护层包覆在加热层的内侧表面上，从而将加热层在前缘翻边板本体的内侧表面上形成包覆，防护层的四个边分别与前缘翻边板本体的内侧表面粘接组合在一起，在防护层与前缘翻边板本体的粘接组合处或者防护层上，设置有电极的接线孔；防护层外侧表面与加热层的两端端部处的内侧表面之间分别设有电极。电极为两组，每组为条状的两根，它们分别采用铜箔成型，当然，也可以分别采用铜线丝束成型，或者分别采用其它导电性能良好的金属材质成型；前述两组电极分别对应加热层的上、下两端端部处，即每组电极对应加热层的一个端部处，电极的内侧金属条和外侧金属条分别从加热层对应端部处的内侧表面和外侧表面横向夹持加热层，电极的引线端具有接线环，电极的引线端从加热层的一个侧边延伸出，从而使两组电极间隔夹持在加热层的两端端部处；夹持在加热层上的电极连同加热层一起被防护层包覆，电极的引线端从防护层的预留接线孔处延伸出。电源线为两根，它们的一端分别连接在两组电极的引线端上、另一端用于连接供电电源，例如引至风力发电机上的电源等。

上述加热垫的成型面积应根据风电叶片前缘表面结冰区域的范围而确定，非特定值。

本发明的前缘翻边板通过翻边模具，以手糊铺层的方式制作成品。在成品的过程中，在前缘翻边板本体的内侧表面相应的铺设电极、加热层、电极和防护层，从而在前缘翻边板本体成品的过程中，在前缘翻边板本体的内侧表面组成加热垫。前缘翻边板本体及加热垫也可以采用整体灌注的方式与吸力侧壳体一体成型，成型后再将加热垫的供电电源线与电极相连接。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (9)

1. 一种风电叶片用可加热前缘翻边板，所述前缘翻边板粘接在风电叶片的吸力侧叶片壳体（1）和压力侧叶片壳体（2）的前缘结合处内侧表面上，其特征在于：所述前缘翻边板包括前缘翻边板本体（4），所述前缘翻边板本体（4）的内侧表面设有能够将电能转换成热能的加热垫（6），所述加热垫（6）包括碳纤维布成型的导电加热层（62）和金属材质的接电电极（63），所述加热层（62）布置在前缘翻边板本体（4）的内侧表面上，所述电极（63）间隔夹持在加热层（62）上。

2. 根据权利要求1所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述加热垫（6）还包括有玻璃纤维布成型的防护层（61），所述防护层（61）包覆在加热层（62）的内侧表面和外侧表面。

3. 根据权利要求2所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述防护层（61）将加热层（62）上所夹持的电极（63）部分或全部包覆，所述电极（63）所连接的电源线（64）直接或通过防护层（61）引出。

4. 根据权利要求1或3所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述电极（63）间隔夹持在加热层（62）的两端端部处，间隔的电极（63）之间的加热层（62）纤维丝束为非中断的连续丝束，所述加热层（62）每端端部处的电极（63）主要由内侧金属条和外侧金属条组成。

5. 根据权利要求1或3所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述电极（63）为铜箔或铜线丝束。

6. 根据权利要求2所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述防护层（61）主要由多层玻璃纤维布组成。

7. 根据权利要求6所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述玻璃纤维布为±15～75°的双向纤维布。

8. 根据权利要求1所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述碳纤维布为±15～75°的双向纤维布。

9. 根据权利要求1所述风电叶片用可加热前缘翻边板，其特征在于：所述前缘翻边板本体（4）主要由多层玻璃纤维布组成。