CN108457816A - 一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统 - Google Patents

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张立新
赵春妮
吴映芳
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Abstract

本发明公开了一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，包括控制系统、膜加热系统以及导电系统，所述控制系统通过导电系统与膜加热系统相连，所述膜加热系统连接在叶片外表面。本发明的有益效果为，提供了一种风电叶片膜结构加热除冰系统，膜加热的结构采用一种或多种膜结构形式，为面加热，加热效率高，且加热均匀，对风电叶片的损伤小；加热区域进行分区，可以实现每个区域的单独加热，实现精准除冰，减少能源消耗；当需要进行防冰工作时，可以进行低功率运行，节省能源。

Description

一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电机组叶片，具体涉及一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统。
背景技术
风力发电已经被广泛使用，在低温条件下，若遇到潮湿的空气、雨、雪、冰霜等气候，其叶片结冰就会成为一种常态。叶片结冰后，其叶片的外形会有一定的改变，从而影响叶片的气动性能，降低发电量；结冰也会增加叶片的不平衡振动和整体载荷，降低风机的功率输出，甚至对风机的安全运行产生非常大的危害；因此叶片结冰后迅速除冰既是经济效益的需求，更是安全运行的必须要求。
发明内容
本发明提供了一种风电叶片外表面膜结构加热系统，在不影响发电的情况下，可对风场中正在运行的叶片进行除冰，且使用方便，除冰速度快，并可以进行防冰。
为实现本发明的目的，本发明提供了一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，包括控制系统、膜加热系统以及导电系统，所述控制系统通过导电系统与膜加热系统相连，所述膜加热系统连接在叶片外表面。
其中，还包括连接在叶片上的监控系统，所述监控系统的信号接入控制系统。
其中，所述的膜加热系统为织物加热膜，或者，为涂料加热膜，或者，为织物加热膜和涂料加热膜两种加热膜的组合。
其中，所述的织物加热膜为导电织物与不导电的高分子材料的覆合物。
其中，所述导电织物为编织织物或无纺织物。
其中，所述的涂料加热膜为导电涂料层，所述导电涂料层外面覆盖绝缘层。
其中，所述绝缘层为绝缘漆或绝缘高分子材料膜。
其中，所述导电系统包括导线，所述控制系统通过导线和膜加热系统连接。
其中，所述导电系统还包括原始叶片从叶尖到叶根的防雷导线。
其中，所述的控制系统，可以对膜加热系统进行分区，既可以对每个区域进行单独的加热控制，也可以对整体进行加热控制。
与现有技术相比，本发明的有益效果为，提供了一种风电叶片膜结构加热除冰系统，膜加热的结构采用一种或多种膜结构形式，为面加热，加热效率高，且加热均匀，对风电叶片的损伤小；加热区域进行分区，可以实现每个区域的单独加热，实现精准除冰，减少能源消耗；当需要进行防冰工作时，可以进行低功率运行，节省能源。
附图说明
图1所示为本申请实施例的结构第一示意图；
图2所示为本申请实施例的结构第二示意图；
图3所示为本申请实施例的结构控制系统电源开关与膜加热系统连接结构示意图；
图中，1-控制单元，2-通电导线，3-附加通电导线，4-导线回路，5-织物加热膜，6-监控系统，7-涂料加热膜。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
如图1-3所示，本发明提供了一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其可以包含控制系统、膜加热系统、导电系统、监控系统6。
所述的膜加热系统，可以采用一种膜结构，也可以依据叶片表面不同的形状和结冰的难易程度布置不同的膜结构。优选地，所述的膜加热系统，设置在叶片外表面容易结冰的位置。
具体地，在叶片需要除冰的区域中，选择表面曲率变化平缓的区域(如曲率变化率<0.001mm-2)，布置导电织物与不导电的高分子材料的覆合物(包括但不限于碳纤维织物和环氧树脂膜进行覆合得到覆合物)作为织物加热膜5，具体地，可以选用碳纤维膜；选择表面曲率变化剧烈的区域(如曲率变化率>0.001mm-2)，布置导电涂料7(包括但不限于在目前的叶片表面涂料中加入适量的石墨烯使之导电，并且使调配后的涂料满足发热功率密度500w/m2)作为涂料加热膜，具体地，可以选用导电漆，导电涂料7外面需要布置包括漆在内的不导电的保护材料。织物加热膜5和涂料加热膜7可以直接连接，也可以使用包括薄铜片或铜箔在内的导电材料进行连接。涂料加热膜7和叶片的叶尖接闪器或铝叶尖可以直接连接，也可以使用包括薄铜片在内的导电材料进行连接。
布置加热膜前，依据叶片表面状态，选择不同的表面处理方式。布置织物加热膜时，可以但不限于使用胶黏剂或机械结构将其固定在叶片需要除冰的表面。布置涂料加热膜时，使用合适的方式(包括但不限于辊涂方式)将导电涂料覆盖在叶片外表面，并在导电涂料表面覆盖绝缘涂料或绝缘膜对导电涂料进行保护。
具体地，导电系统可以包含通电导线2、附加通电导线3、导线回路4。
具体地，通电导线连接控制系统和织物加热膜，一端连接控制系统，一端连接织物加热膜靠近叶根的端头。
具体地，为更好的控制叶尖的加热除冰和实现节能效果，可以在织物加热膜和涂料加热膜部位增加一条或多条导线，称之为附加通电导线3。增加的导线的一端连接控制系统，一端连接在织物加热膜或涂料加热膜上；本实施例采用增加一条附加通电导线，其一端连接控制系统，另一端连接在织物加热膜和涂料加热膜的连接处。
具体地，导电回路4包含叶片本身的叶尖的接闪器或铝叶尖、叶尖到叶根的回路导线、新增加的连接叶根回路导线到控制系统的导线。
具体地，控制系统包含控制单元1、电源开关。依据监控系统6反馈的信号，控制单元可以依据除冰需要实现不同区域的加热控制，可以采用但不限于调节加热时间占空比的方法调节加热功率。具体地，实施例中(如图3)，根据监控系统反馈的信号，控制单元控制开关1、开关3闭合，开关2打开，实现织物加热膜和涂料加热膜的等电流全加热；开关2、开关3闭合，开关1打开，实现涂料加热膜的加热。
具体地，监控系统可以但不限于包含测温元件(如热电阻、热电偶等)、强制保险元件(如将温度开关接入电路实现强制保险)等，将监控接入控制系统，实现除冰系统的自动控制。测温元件是为了监测叶片表面的实时温度，可以但不限于采用热电阻等；强制保险元件是为了起强制保险作用，可以但不限于采用温度过热保护器。
所述控制系统设置在叶片根部或主机内等方便操作的部位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，包括控制系统、膜加热系统以及导电系统，所述控制系统通过导电系统与膜加热系统相连，所述膜加热系统连接在叶片外表面。
2.根据权利要求1所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，还包括连接在叶片上的监控系统(6)，所述监控系统(6)的信号接入控制系统。
3.根据权利要求1或2所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述的膜加热系统为织物加热膜(5)，或者，为涂料加热膜(7)，或者，为织物加热膜(5)和涂料加热膜(7)两种加热膜的组合。
4.根据权利要求3所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述的织物加热膜(5)为导电织物与不导电的高分子材料的覆合物。
5.根据权利要求4所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述导电织物为编织织物或无纺织物。
6.根据权利要求3所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述的涂料加热膜(7)为导电涂料层，所述导电涂料层外面覆盖绝缘层。
7.根据权利要求6所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述绝缘层为绝缘漆或绝缘高分子材料膜。
8.根据权利要求1或2所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述导电系统包括导线，所述控制系统通过导线和膜加热系统连接。
9.根据权利要求8所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述导电系统还包括原始叶片从叶尖到叶根的防雷导线。
10.根据权利要求1或2所述的风电叶片外表面膜结构加热除冰系统，其特征在于，所述的控制系统，可以对膜加热系统进行分区，既可以对每个区域进行单独的加热控制，也可以对整体进行加热控制。
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