CN110195690B - 叶片融冰装置、叶片及风力发电机组 - Google Patents

叶片融冰装置、叶片及风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种叶片融冰装置、叶片及风力发电机组。叶片融冰装置包括：第一发热部；第一电极和第二电极，第一电极和第二电极分别设置在第一发热部的长度方向上的两端；连接导体，连接导体沿所述长度方向延伸，并且连接导体的第一端连接到第二电极，连接导体的第二端和第一电极位于同侧。根据本发明的叶片融冰装置，可通过连接导体使得连接第一电极和第二电极的电源线位于同侧，因此在改造旧叶片时，可在很大程度上减小由于电源线导致的铺层厚度增加。此外，还可减小接线和排线工作的繁琐程度，并且节省电源线。

Description

叶片融冰装置、叶片及风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电技术领域，具体涉及一种叶片融冰装置以及包含该叶片融冰装置的叶片和风力发电机组。
背景技术
风力发电机组的运行环境会直接影响风力发电机组的发电效率。当风力发电机组在霜冻、寒潮、冻雨等极端天气的环境下运行时，会出现叶片覆冰(霜)、挂雪等现象。叶片覆冰(霜)、挂雪等会改变风力发电机组的叶片的横面形状，降低叶片吸收风能的效率；导致风力发电机组机械运行损伤，加重风力发电机组的荷载，重心偏移；冰块脱落对现场人员和现场设备造成安全隐患；影响测风的准确性；给业主带来严重的发电量经济性的损失。例如，甘肃某风场2016年10月-2017年4月累积覆冰天数为60多天，累积发电量损失至少677.0056万度电。
为了解决叶片覆冰(霜)、挂雪等现象，通常对风力发电机组的叶片进行除冰处理。目前，除冰方法包括溶液被动防冰、机械除冰、气热防冰、微波除冰、吸热涂料被动防冰、电磁冲击震动除冰、防水涂层被动防冰、颤抖除冰法、电热主动除冰等。电热主动除冰方法不仅具有功率高、气动外形影响小、可维护等优点，而且还具有简单直接、能量利用率高同时经济成本低等优点，因此其是相对理想的除冰方法，并且是目前运用最广泛且效果最好的一种方法。
因此，本发明提供了一种利用电能进行主动除冰的叶片融冰装置。
发明内容
因此，本发明提供了一种结构新颖且具有优异的发热性能的叶片融冰装置，以满足实际需求。
根据本发明的一方面，提供一种叶片融冰装置，叶片融冰装置可包括：第一发热部；第一电极和第二电极，第一电极和第二电极可分别设置在第一发热部的长度方向上的两端；连接导体，连接导体可沿长度方向延伸，并且连接导体的第一端可连接到第二电极，连接导体的第二端和第一电极可位于同侧。通过连接导体使得连接第一电极和第二电极的电源线位于同侧，因此在改造旧叶片时，可在很大程度上减小由于电源线导致的铺层厚度增加。此外，还可减小接线和排线工作的繁琐程度，并且节省电源线。
优选地，第一发热部可包括玻璃纤维布和碳纤维束，碳纤维束可缝设在玻璃纤维布上或者碳纤维束与玻璃纤维布中的玻璃纤维混编，以与玻璃纤维布形成一体，其中，碳纤维束可与第一电极和第二电极导通。
优选地，碳纤维束可包括在玻璃纤维布上分别按照经向和纬向布置的经向碳纤维束和纬向碳纤维束，并且经向碳纤维束和纬向碳纤维束可相互导通。通过经向碳纤维束和纬向碳纤维束相互导通，可防止某一处碳纤维束断开而影响叶片融冰装置的发热效果。
优选地，经向碳纤维束和纬向碳纤维束可交叉排布，以形成每个节点相互交叉的网格结构。
优选地，连接导体可以为导电薄片，其中，连接导体可缝设在玻璃纤维布上或者穿插在玻璃纤维布中并且与第一电极和碳纤维束绝缘。通过连接导体与第一电极和碳纤维束绝缘，可形成电回路而避免电路短路。
优选地，发热装置还可包括：第二发热部，第二发热部可与第一发热部沿第一发热部的宽度方向并排设置；第三电极和第四电极，第三电极和第四电极可分别设置在第二发热部的长度方向上的两端，其中，连接导体可位于第一发热部和第二发热部之间，并且连接导体的第一端可分别连接到第二电极和第四电极，连接导体的第二端可与第一电极和第三电极位于同侧。由于发热装置包括第一发热部和第二发热部，因此可通过将第一发热部和第二发热部分别铺设在叶片的压力面和吸力面上而对叶片进行一体铺装，可减少运维时间，并且节省运维成本。
优选地，第一发热部和第二发热部可通过玻璃纤维布连接，其中，连接导体可以为导电薄片并且可缝设在连接第一发热部和第二发热部的玻璃纤维布上或者穿插在玻璃纤维布中，连接导体可与第一电极、第三电极和碳纤维束绝缘，在第一发热部和第二发热部分别设置在叶片的压力面和吸力面上的情况下，连接导体可位于压力面和吸力面之间的连接处。
优选地，第一发热部和第二发热部之间可形成有预定空间，其中，连接导体可以为导线，并且容纳在空间中，在第一发热部和第二发热部分别设置在叶片的压力面和吸力面上的情况下，连接导体可位于压力面和吸力面之间的连接处。
根据本发明的另一方面，提供一种叶片，所述叶片包括上述的叶片融冰装置，其中，叶片融冰装置内置在叶片中。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，风力发电机组包括上述的叶片。
根据本发明的实施例的叶片融冰装置，可通过连接导体使得连接第一电极和第二电极的电源线位于同侧，因此在改造旧叶片时，可在很大程度上减小由于电源线导致的铺层厚度增加。此外，还可减小接线和排线工作的繁琐程度，并且节省电源线。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，第一发热部的碳纤维束通过第一电极和第二电极以及锁边处理被固定，因此可防止碳纤维束松散，碳纤维束具有良好的固形性。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，通过使用玻璃纤维作为隔绝材料，可防止相邻的碳纤维束串丝，因此可防止电路短路。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，由于经向碳纤维束和纬向碳纤维束相互导通，因此可防止某一处碳纤维束断开而影响叶片融冰装置的发热效果。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，可按照叶片需求而设计为具有不同的发热功率，并且可与新叶片一体成型或内置在旧叶片中。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，制作工艺简单，使用时无需再拼装。
附图说明
通过下面结合附图对实施例进行的描述，本发明的上述以及其他目的和特点将会变得更加清楚，在附图中：
图1是示出根据本发明的第一实施例的叶片融冰装置的示意图。
图2是示出根据本发明的第二实施例的叶片融冰装置的示意图。
图3至图8是示出第一发热部的碳纤维束和玻璃纤维布相结合的示意图。
图9是示出根据本发明的第三实施例的叶片融冰装置的示意图。
图10是示出根据本发明的第四实施例的叶片融冰装置的示意图。
附图标号说明：
10：第一发热部；20：第一电极；30：第二电极；40：连接导体；50：第二发热部；60：第三电极；70：第四电极。
具体实施方式
现在，将参照附图详细地描述根据本发明的实施例，其示例在附图中示出，其中，相同的标号始终表示相同的组件。
图1和图2分别示出了根据本发明的第一实施例和第二实施例的叶片融冰装置。下面，将参照图1和图2来描述叶片融冰装置的具体结构。
如图1和图2所示，叶片融冰装置可包括第一发热部10、第一电极20和第二电极30以及连接导体40。具体地，第一电极20和第二电极30可分别设置在第一发热部10的长度方向上的两端，以与第一发热部10电连接。连接导体40可沿第一发热部10的长度方向延伸，并且连接导体40的第一端可连接到第二电极30，连接导体40的第二端和第一电极20可位于同侧。
连接导体40和第一电极20可在同侧分别连接正负电源线，以使第一发热部10、第一电极20和第二电极30以及连接导体40形成电回路，从而使第一发热部10通电而发热。由于使得与第一电极20和第二电极30连接的电源线布置在同一侧，与在第一发热部10的两端分别将第一电极20和第二电极30与电源线进行连接的方式相比，在改造旧叶片时，可在很大程度上减小由于电源线导致的铺层厚度增加。此外，还可减小接线和排线工作的繁琐程度，并且可节省电源线。
图1中的叶片融冰装置与图2中的叶片融冰装置相比，区别在于：连接导体40的位置以及连接导体40与第二电极30的连接位置不同。具体地，在图1中，连接导体40位于第一电极20的第一侧，连接导体40的第二端连接第二电极30的第一端。然而，在图2中，连接导体40位于第一电极20的与第一侧相对的第二侧，连接导体40的第二端连接第二电极30的与第一端相对的第二端。需了解的是，上面的描述仅基于图1和图2中示出的叶片融冰装置的状态而提供，其与叶片融冰装置在实际使用时的状态无关。
下面，将详细地描述第一发热部10、第一电极20和第二电极30以及连接导体40。
第一发热部10可包括玻璃纤维布和碳纤维束。根据第一发热部10的设计，碳纤维束可缝设在玻璃纤维布上，或者碳纤维束可与玻璃纤维布中的玻璃纤维混编，以与玻璃纤维布形成一体。碳纤维束可与第一电极20和第二电极30导通，以形成电回路。
碳纤维和玻璃纤维均为高分子材料，具有耐热性强、机械强度高、质地柔软和易加工等特点，易于与叶片的复合材料相结合，并且可增加叶片的机械强度。碳纤维具有低比重、高强度、密度低、高弹性、耐腐蚀、耐高温、耐磨损、热效率高、良好的导电导热性能等众多优良性能，其强度是普通钢的四倍，比重只约等于钢的1/4，具有轻便坚韧的物理特性，并且电阻率稳定。玻璃纤维绝缘性好，避免相邻碳纤维束串丝，防止电路短路。
图3至图8示出了第一发热部10的碳纤维束和玻璃纤维布相结合的示意图，其中，黑色线条为碳纤维束，空白部分为玻璃纤维。碳纤维束可包括在玻璃纤维布上分别按照经向和纬向布置的经向碳纤维束和纬向碳纤维束。经向碳纤维束和纬向碳纤维束可相互导通，使得碳纤维束之间相互连接，以防止某一处碳纤维束断开而影响发热效果。
具体地，如图3所示，第一发热部10的经向碳纤维束和纬向碳纤维束可交叉排布，并且可形成为折线式结构。在这种结构中，由于碳纤维束形成的结构较简单，因此可通过经向碳纤维束和纬向碳纤维束与玻璃纤维布中的玻璃纤维上下叠交编织来形成第一发热部10。
如图4至图8所示，第一发热部10的经向碳纤维束和纬向碳纤维束可交叉排布，以形成每个节点相互交叉的网格结构。例如，经向碳纤维束和纬向碳纤维束可形成为轴对称结构，以使第一发热部10满足等压要求。具体地，如图4至图7所示，经向碳纤维束和纬向碳纤维束可形成为例如菱形的碳纤维束模块，菱形模块按照预定规律相连接来形成碳纤维束模块组，以形成轴对称结构。如图8所示，经向碳纤维束和纬向碳纤维束可形成为正方形的碳纤维束模块、菱形的碳纤维束模块和六边形的碳纤维束模块，三种形状的碳纤维束模块可按照预定规律相连接来形成碳纤维束模块组，以形成轴对称结构。
在形成图4至图8的第一发热部10时，由于碳纤维束形成的结构相对复杂，因此可首先形成碳纤维束模块组，然后使用具有耐高温性质的连接件将该碳纤维束模块组结合到玻璃纤维布上。例如，可使用耐高温的线将碳纤维束模块缝设在玻璃纤维布上，或者使用耐高温胶将碳纤维束模块粘结在玻璃纤维布上，然后进行压平处理。为了使碳纤维束具有良好的固形性，碳纤维束的未与第一电极20和第二电极30电连接的边缘部分可进行锁边处理。
以上虽然示出了碳纤维束和玻璃纤维布相结合的具体形式，但不限于此，经向碳纤维束和纬向碳纤维束可根据需要形成其他形式的碳纤维束模块组，只要能够使得碳纤维束之间相互连接即可。
此外，根据加热强度的实际需求或根据不同类型的风力发电机组的滑环的功率要求，通过调整碳纤维束模块的数量或相邻碳纤维束模块之间的间距或碳纤维束模块的形状或碳纤维束模块的组合形式，或者调整碳纤维束的型号或条数，叶片融冰装置可相应地调节发热功率。碳纤维束模块的间距可根据叶片需要融冰的部位的严重程度、碳纤维型号、叶片融冰装置的额定功率、叶片融冰装置的幅宽和长度来决定。
此外，可通过改变碳纤维束和玻璃纤维的型号或编织松紧度，改变其质量密度，进而根据实际需求满足真空灌注、真空袋压和预浸要求，即可适合于与新叶片一体成型，又适合于内置在旧叶片中。具体地，可在形成新叶片时通过真空灌注工艺使叶片融冰装置与叶片一体成型，或者通过真空袋压工艺在旧叶片中内置预浸后的叶片融冰装置然后在设置其他铺层来形成完整的叶片。
此外，在本实施例中，第一电极20和第二电极30可以为导电薄片，导电薄片可夹设在碳纤维束上，以与碳纤维束导通。可选地，第一电极20和第二电极30还可以为电镀电极，即，通过在碳纤维束的需要电连接的部分镀上金属作为电极。在使用时，第一电极20和第二电极30连接的碳纤维束可沿叶片长度方向布置，以提高对叶片的融冰效果。
可选地，连接导体40可以为导电薄片。连接导体40可缝设在玻璃纤维布上或者穿插在玻璃纤维布中，以使连接导体40能够被固定。此外，连接导体40可与第一电极20和碳纤维束绝缘，以形成电回路而避免电路短路。在连接导体40为导电薄片的情况下，由于连接导体40薄，因此在将叶片融冰装置内置在叶片内并且在叶片融冰装置设置其它铺层以形成完整的叶片时，可防止由于连接导体40厚而导致设置的铺层局部突出。然而，连接导体40不限于导电薄片，还可以为其他构件，只要能够起到电连接作用即可。
在使用根据第一实施例和第二实施例的叶片融冰装置对叶片进行融冰时，可在第一电极20和连接导体40的第二端接通定压电源，电流从各条碳纤维束中流过，碳纤维束通电发热，从而对叶片进行融。
此外，根据实际需求，图1中的叶片融冰装置和图2中的叶片融冰装置可配合使用，例如，图1中的叶片融冰装置可安装在叶片的PS面(压力面)和SS面(吸力面)中的一个上，图2中的可安装在该叶片的PS面和SS面中的另一个上，以使连接第一电极20和第二电极30的电源线均位于同侧，但不限于此。例如，根据实际需求，还可单独使用图1中的叶片融冰装置或单独使用图2中的叶片融冰装置，即，图1中的叶片融冰装置可分别安装在PS面和SS面上，图2中的也可分别安装在PS面和SS面上。此外，还可根据叶片的需要融冰的区域的面积，适当地选择叶片融冰装置的尺寸及数量。
虽然以上参照图1至图8详细地描述了叶片融冰装置的具体结构，但是叶片融冰装置不限于此。下面，将参照图9和图10描述根据本发明的第三实施例和第四实施例的叶片融冰装置。
图9是示出根据本发明的第三实施例的叶片融冰装置的示意图。
如图9所示，除了第一发热部10、第一电极20和第二电极30以及连接导体40之外，叶片融冰装置还可包括第二发热部50、第三电极60和第四电极70。
第二发热部50可与第一发热部10沿第一发热部10的宽度方向并排设置。第三电极60和第四电极70可分别设置在第二发热部50的长度方向上的两端。连接导体40可位于第一发热部10和第二发热部50之间。连接导体40的第二端可分别连接到第一发热部10的第二电极30和第二发热部50的第四电极70。连接导体40的第二端与第一电极20和第三电极60可位于同侧。
第二发热部50的构成可与第一发热部10的构成相同。第三电极60和第四电极70也可分别与第一电极20和第二电极30的构成相同。因此，为了避免赘述，将省略相同部件的描述。
在使用该叶片融冰装置时，可使用正负电源线分别连接第一发热部10的第一电极20和第二发热部50的第三电极60以及连接导体40的第二端，以形成电回路。可选地，第一发热部10和第二发热部50可一体地形成，此时第一发热部10和第二发热部50可通过玻璃纤维布连接。在这种情况下，连接导体40可以为导电薄片，可缝设在连接第一发热部10和第二发热部50的玻璃纤维布上或者穿插在玻璃纤维布中，并且可与第一电极20、第三电极60和碳纤维束绝缘。
图10示出根据本发明的第四实施例的叶片融冰装置的示意图。
与图9中示出的根据本发明的第三实施例的叶片融冰装置相比，根据本发明的第四实施例的叶片融冰装置的区别在于：第一发热部10和第二发热部50之间可形成有预定空间。在这种情况下，连接导体40可以为导线，并且容纳在该空间中。
如上所述，图9和图10中示出的叶片融冰装置均包括第二发热部，因此可通过将第一发热部和第二发热部分别铺设在叶片的PS面和SS面上而对叶片进行一体铺装，并将连接导体40设置在PS面和SS面相对接的位置处，从而可减少运维时间，并且节省运维成本。
根据本发明的实施例的叶片融冰装置，可通过连接导体使得连接第一电极和第二电极的电源线位于同侧，因此在改造旧叶片时，可在很大程度上减小由于电源线导致的铺层厚度增加。此外，还可减小接线和排线工作的繁琐程度，并且节省电源线。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，第一发热部的碳纤维束通过第一电极和第二电极以及锁边处理被固定，因此可防止碳纤维束松散，碳纤维束具有良好的固形性。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，通过使用玻璃纤维作为隔绝材料，可防止相邻的碳纤维束串丝，因此可防止电路短路。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，由于经向碳纤维束和纬向碳纤维束相互导通，因此可防止某一处碳纤维束断开而影响叶片融冰装置的发热效果。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，可按照叶片需求而设计为具有不同的发热功率，并且与新叶片一体成型或内置在旧叶片中。
此外，根据本发明的实施例的叶片融冰装置，制作工艺简单，使用时无需再拼装。
虽然上面已经详细描述了本发明的实施例，但本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的实施例的精神和范围内。

Claims (8)

1.一种叶片融冰装置，其特征在于，所述叶片融冰装置包括：
第一发热部（10）；
第一电极（20）和第二电极（30），所述第一电极（20）和所述第二电极（30）分别设置在所述第一发热部（10）的长度方向上的两端；
第二发热部（50），所述第二发热部（50）与所述第一发热部（10）沿所述第一发热部（10）的宽度方向并排设置；
第三电极（60）和第四电极（70），所述第三电极（60）和所述第四电极（70）分别设置在所述第二发热部（50）的长度方向上的两端，
连接导体（40），所述连接导体（40）位于所述第一发热部（10）和所述第二发热部（50）之间，并且所述连接导体（40）的第一端分别连接到所述第二电极（30）和所述第四电极（70），所述连接导体（40）的第二端与所述第一电极（20）和所述第三电极（60）位于同侧，
其中，所述第一电极（20）和所述第三电极（60）用于连接相同极性的电源线，所述连接导体（40）的第二端用于连接另一极性的电源线以形成电回路，所述第一电极（20）和所述连接导体（40）的第二端用于接通电源。
2.根据权利要求1所述的叶片融冰装置，其特征在于，所述第一发热部（10）和第二发热部（50）中的每者包括玻璃纤维布和碳纤维束，所述碳纤维束缝设在所述玻璃纤维布上或者所述碳纤维束与所述玻璃纤维布中的玻璃纤维混编，以与所述玻璃纤维布形成一体，
其中，所述碳纤维束分别与所述第一电极（20）和所述第二电极（30）以及所述第三电极（60）和所述第四电极（70）导通。
3.根据权利要求2所述的叶片融冰装置，其特征在于，所述碳纤维束包括在所述玻璃纤维布上分别按照经向和纬向布置的经向碳纤维束和纬向碳纤维束，并且所述经向碳纤维束和所述纬向碳纤维束相互导通。
4.根据权利要求3所述的叶片融冰装置，其特征在于，所述经向碳纤维束和所述纬向碳纤维束交叉排布，以形成每个节点相互交叉的网格结构。
5.根据权利要求2所述的叶片融冰装置，其特征在于，所述第一发热部（10）和所述第二发热部（50）通过玻璃纤维布连接，
其中，所述连接导体（40）为导电薄片并且缝设在连接所述第一发热部（10）和所述第二发热部（50）的所述玻璃纤维布上或者穿插在所述玻璃纤维布中，所述连接导体（40）与所述第一电极（20）、所述第三电极（60）和所述碳纤维束绝缘，
在所述第一发热部（10）和第二发热部（50）分别设置在叶片的压力面和吸力面上的情况下，所述连接导体（40）位于所述压力面和所述吸力面之间的连接处。
6.根据权利要求1所述的叶片融冰装置，其特征在于，所述第一发热部（10）和所述第二发热部（50）之间形成有预定空间，
其中，所述连接导体（40）为导线，并且容纳在所述空间中，
在所述第一发热部（10）和第二发热部（50）分别设置在叶片的压力面和吸力面上的情况下，所述连接导体（40）位于所述压力面和所述吸力面之间的连接处。
7.一种叶片，其特征在于，所述叶片包括根据权利要求1-6中任一项所述的叶片融冰装置，其中，所述叶片融冰装置内置在所述叶片中。
8.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括根据权利要求7所述的叶片。
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