CN116044682A - 风电叶片及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种风电叶片及其制备方法，该风电叶片的叶片本体的外表面形成有位于叶片本体的叶片后缘的第一区域以及位于叶片前缘的第二区域，叶片本体的外表面设置有防覆冰涂层，防覆冰涂层包括第一涂层与第二涂层，第一涂层包括多个涂层带，多个涂层带间隔设于第一区域，第二涂层设于第二区域。该风电叶片针对叶片本体上不同的区域，防覆冰涂层采用不同的方式进行布置，能够有针对性的去除覆冰，防覆冰效果较好。

Description

风电叶片及其制备方法

技术领域

本公开涉及风电叶片加工技术领域，具体地，涉及一种风电叶片及其制备方法。

背景技术

风电机组的风电叶片普遍存在覆冰的问题，覆冰会影响机组的运行，导致风电机组的功率曲线偏差较大。风电叶片覆冰还会影响叶轮的平衡，可能致使机组故障停机，导致电量的损失，在相关技术中，存在使用气热除冰、电热除冰或涂层除冰的方法，其中，涂层防冰在风力发电领域是一种较为普遍的防冰方法，涂层防冰为在风电叶片外表面涂覆防覆冰涂层进行防冰。风电叶片的叶片本体的不同区域形成覆冰的严重程度不同，形成的覆冰的形态以及厚度均不同，例如，在叶片本体的叶片前缘区域一侧较为容易产生覆冰，而叶片本体的叶片后缘区域一侧相较于叶片前缘区域一侧产生覆冰的严重程度较轻，采用单一的布置方式将防覆冰涂层涂覆在风电叶片的叶片本体的不同区域的表面进行除冰，不具有针对性，防覆冰的效果不佳。

发明内容

本公开的目的是提供一种风电叶片及其制备方法，该风电叶片针对叶片本体上不同的区域，防覆冰涂层采用不同的方式进行布置，能够有针对性的去除覆冰，防覆冰效果较好。

为了实现上述目的，本公开第一方面提供了一种风电叶片，包括：

叶片本体，所述叶片本体内部形成有空腔；所述叶片本体的外表面形成有位于所述叶片本体的叶片后缘一侧的第一区域以及位于所述叶片本体的叶片前缘一侧的第二区域；

防覆冰涂层，包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括多个涂层带，多个所述涂层带间隔设于所述第一区域；所述第二涂层设于所述第二区域。

可选地，所述涂层带沿所述叶片本体的长度方向延伸，且多个所述涂层带沿所述叶片本体的长度方向和/或周向方向间隔布置。

可选地，所述叶片本体沿其长度方向依次形成有根部区段、中部区段以及叶尖区段，所述第一区域与所述第二区域均处于所述中部区段的外表面。

可选地，所述防覆冰涂层还包括第三涂层，所述第三涂层设于所述叶尖区段的外表面。

可选地，所述第一涂层和所述第二涂层为疏水涂层，所述第三涂层为抗冰涂层。

可选地，所述风电叶片还包括气热除冰单元，所述气热除冰单元设置于所述空腔内，用于对所述叶片本体进行加热。

可选地，所述空腔内设置有腹板，所述腹板沿所述叶片本体的长度方向将所述空腔分割成第一空腔和第二空腔，所述第一空腔与所述第二空腔在所述空腔的前端连通，所述气热除冰单元的进气端与所述第二空腔的后端连通，所述气热除冰单元的出气端与所述第二空腔的前端连通。

可选地，所述第空腔内设有挡风板和配重仓，所述挡风板沿所述第一空腔的长度方向将所述第二一空腔分隔为腔体一和腔体二，所述气热除冰单元设于所述腔体一，所述配重仓设于所述腔体二，所述配重仓与所述挡风板、所述腹板以及所述叶片本体的内壁围成气热室，所述气热室对应于所述叶片本体的所述中部区段的第二区域，所述挡风板上设置有第一通孔，所述配重仓上设置有第二通孔，所述气热除冰单元(10)的出气端与所述第一通孔连通。

可选地，所述气热除冰单元包括鼓风机、加热器以及通风管道，所述鼓风机的进风口与所述第二空腔连通，所述鼓风机的出风口与所述加热器的进风端连通，所述加热器的出风端通过所述通风管道与所述挡风板的第一通孔连通。

本公开第二方面提供了一种风电叶片的制备方法，包括：

在叶片本体的空腔内安装气热除冰单元；

在叶片本体的表面确定第一区域和第二区域；

对第一区域和第二区域进行预处理；

在所述第一区域涂覆第一涂层，在所述第二区域涂覆第二涂层，其中，所述第一涂层包括多个间隔设置的涂层带。

通过上述技术方案，叶片本体的外表面形成有位于叶片本体的叶片后缘一侧的第一区域以及位于叶片前缘一侧的第二区域，叶片本体的外表面设置有防覆冰涂层，防覆冰涂层包括第一涂层与第二涂层，在第二区域涂覆第二涂层，能够起到防覆冰的作用；第一涂层包括多个涂层带，多个涂层带间隔设于第一区域，当覆冰同时附着在第一区域的涂层带区域与非涂层带区域时，涂层带区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰较为松散，涂层带区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰厚度也较小，导致涂层带区域的覆冰与非涂层带区域的覆冰之间的过渡层应力分布不均匀，较为容易产生裂缝，不能稳定附着在叶片本体的外表面，在叶片本体振动或者转动时，第一区域的覆冰冰层更容易从叶片本体的表面脱落，从而避免形成大面积的覆冰，达到除覆冰的效果，针对覆冰情况不同的叶片前缘的一侧和叶片后缘的一侧，在位于叶片前缘一侧的第二区域和位于叶片后缘一侧的第一区域分别对防覆冰涂层进行布置，更具有针对性，防覆冰效果较好。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是本公开示例性实施方式中提供的叶片本体结构示意图；

图2是本公开示例性实施方式中提供的防覆冰涂层位置设置示意图；

图3是图1的A-A剖面图；

图4是本公开一示例性实施例中提供的气热除冰单元安装在叶片本体内的结构示意图。

附图标记说明

1-根部区段；2-中部区段；201-第二区域；202-第一区域；3-叶尖区段；4-防覆冰涂层；401-第二涂层；402-涂层带；403-第三涂层；5-叶片前缘；6-腹板；7-叶片后缘；8-第二空腔；9-第一空腔；10-气热除冰单元；101-鼓风机；102-加热器；103-通风管道；104-支架；11-挡风板；12-气热室；13-配重仓。

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

在本公开中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、左、右”通常指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。“内、外”是指部件或结构本身轮廓的内、外。“第一、第二”等是为了区别一个要素和另一个要素，不具有顺序性和重要性。另外，在本公开中，叶片本体的长度方向是指由叶片本体的叶根至叶片本体的叶尖的方向。

如图1至图4所示，本公开第一方面提供了一种风电叶片，包括：叶片本体，叶片本体内部形成有空腔；叶片本体的外表面形成有位于叶片本体的叶片后缘7一侧的第一区域202以及位于叶片本体的叶片前缘5一侧的第二区域201；防覆冰涂层4，包括第一涂层和第二涂层401，第一涂层包括多个涂层带402，多个涂层带402间隔设于第一区域202；第二涂层401设于第二区域201。

在上述实施方式中，叶片本体的外表面形成有位于叶片本体的叶片后缘7一侧的第一区域202以及位于叶片前缘5一侧的第二区域201，叶片本体的外表面设置有防覆冰涂层4，防覆冰涂层4包括第一涂层与第二涂层401，在第二区域201涂覆第二涂层401，能够起到防覆冰的作用；第一涂层包括多个涂层带402，多个涂层带402间隔设于第一区域202，当覆冰同时附着在第一区域202的涂层带402区域与非涂层带区域时，涂层带402区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰较为松散，涂层带402区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰厚度也较小，导致涂层带402区域的覆冰与非涂层带区域的覆冰之间的过渡层应力分布不均匀，较为容易产生裂缝，不能稳定附着在叶片本体的外表面，在叶片本体振动或者转动时，第一区域202的覆冰冰层更容易从叶片本体的表面脱落，从而避免形成大面积的覆冰，达到除覆冰的效果，针对覆冰情况不同的叶片前缘5的一侧和叶片后缘7的一侧，在位于叶片前缘5一侧的第二区域201和位于叶片后缘7一侧的第一区域202分别对防覆冰涂层4进行布置，更具有针对性，防覆冰效果较好。

在一些具体的实施方式中，第二区域201的整个区域的叶片本体外表面均涂覆有第二涂层401，防覆冰效果较好。另外，第一区域202位于叶片后缘7的一侧，第一区域202可包含叶片后缘7的全部区域或部分区域，第一区域202也可被包含在叶片后缘7区域内。第二区域201位于叶片前缘5的一侧，第二区域201可包含叶片前缘5的全部区域或部分区域，第二区域201也可被包含在叶片前缘5区域内。

如图2所示，在一些实施方式中，涂层带402沿叶片本体的长度方向延伸，且多个涂层带402沿叶片本体的长度方向和/或周向间隔布置。

在上述的实施方式中，叶片本体的周向方向为绕叶片本体中轴线的方向，多个涂层带402可沿叶片本体的长度方向设置在叶片本体表面的第一区域202，或者多个涂层带402可绕叶片中轴线的方向设置在叶片本体表面的第一区域202。

应当理解的是，涂层带402的形状可任意构造，例如可构造为长方形、正方形、三角形以及星形。多个涂层带402能够以任意的间隔形式设置在叶片本体的第一区域202，以达到更好地防覆冰效果。此处不再赘述。

如图1所示，在一些实施方式中，叶片本体沿其长度方向依次形成有根部区段1、中部区段2以及叶尖区段3，第一区域202与第二区域201均处于中部区段2的外表面。

在上述实施方式中，靠近叶片本体根部的区域为根部区域，由叶片本体根部至叶片本体的叶尖依次划分为根部区段1、中部区段2以及叶尖区段3，第一区域202位于叶片本体的中部区段2的叶片后缘7的位置，第一区域202包含叶片本体的中部区段2的叶片后缘7；第二区域201位于叶片本体的中部区段2的叶片前缘5的位置，第二区域201包含叶片本体的中部区段2的叶片前缘5；第一区域202与第二区域201共同涵盖了叶片本体中部区段2的全部区域。

在一些具体的实施方式中，叶片本体的中部区段2为叶片本体的三个区段中较为容易结冰的区段，第一区域202与第二区域201设置在中部区段2，第一区域202位于叶片后缘7一侧，第二区域201位于叶片前缘5一侧，防覆冰涂层4的第二涂层401涂覆在第二区域201，第一涂层包括的多个涂层带402间隔设于第一区域202，可有针对性的对中部区段2的不同区域进行防冰除冰。

如图3所示，在一些实施方式中，防覆冰涂层4还包括第三涂层403，第三涂层403设于叶尖区段3的外表面。能够对叶尖区段3的外表面进行防护，使叶尖区段3的冰更容易脱落，以达到防覆冰的效果。

如图2所示，在一些实施方式中，第一涂层和第二涂层401为疏水涂层，第三涂层403为抗冰涂层。

在上述的实施方式中，疏水涂层可由聚烯烃、聚碳酸酯、聚酰胺制成；抗冰涂层可由防冰雪涂料制成，防冰雪涂料主要由交替排列的多嵌段无机-有机互穿网络聚合物(IPN)基料和经过表面改性处理的高活性纳米防冰雪填加剂组成。适合各种涂装方法，可常温自固化，在被保护表面形成30μm的干涂膜，即可防冰雪附着，同时具有抗腐蚀、耐磨损、防老化、表面自洁等复合功能。

另外，应当理解的是，可在叶片本体的外表面的根部区段1涂覆防覆冰涂层4，以达到防覆冰的效果。

如图4所示，在一些实施方式中，风电叶片还包括气热除冰单元10，气热除冰单元10设置于空腔内，用于对叶片本体进行加热。

在上述实施方式中，气热除冰单元10加热叶片本体可使叶片本体表面的覆冰接近叶片本体表面的部分覆冰融化形成水层，水层处于叶片本体的外表面与未融化覆冰层之间，未融化覆冰层与水层接触，附着力较低，在叶片本体振动或转动时，未融化覆冰层由叶片本体上脱落，达到除覆冰的效果。

另外，在叶片本体上设置的防覆冰涂层4的基础上，在空腔内设置的气热除冰单元10，能进一步提升防覆冰、除覆冰的效果，可以更快地除去叶片本体外表面的覆冰，防覆冰效果较好。

在一些实施方式中，当风电机组工作时，风电机组的叶片本体转动，叶片本体的叶片前缘5的覆冰部分融化成水，在叶片本体转动过程中，水由叶片前缘5流至叶片后缘7，在较低温度下水会快速冷凝，形成较大面积的覆冰，在位于叶片本体的叶片后缘7一侧的第一区域202间隔设置多个涂层带402，当覆冰同时附着在第一区域202的涂层带402区域与非涂层带区域时，涂层带402区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰较为松散，涂层带402区域的覆冰相较于非涂层带区域的覆冰厚度也较小，导致涂层带402区域的覆冰与非涂层带区域的覆冰之间的过渡层应力分布不均匀，较为容易产生裂缝，不能稳定附着在叶片本体的外表面，在叶片本体振动或者转动时，第一区域202的覆冰冰层更容易从叶片本体的表面脱落，从而避免在叶片后缘7长时间存在大面积覆冰的情况。

如图3和图4所示，在一些实施方式中，空腔内设置有腹板6，腹板6沿叶片本体的长度方向将空腔分割成第一空腔9和第二空腔8，第一空腔9与所述第二空腔8在空腔的前端连通，气热除冰单元10的进气端与第二空腔8的后端连通，气热除冰单元10的出气端与第二空腔8的前端连通。

在上述实施方式中，第二空腔8内的空气由气热除冰单元10的进气端进入气热除冰单元10，然后经过气热除冰单元10进行加热后，由气热除冰单元10的出气端排出到第一空腔9中，再经过第一空腔9的前端进入到第二空腔8中，接着再进入到气热除冰单元10中，形成循环，不断对空腔内的空气进行循环加热，使叶片本体得到加热，从而消融接近叶片本体表面的覆冰，达到除覆冰的效果。

另外，应当理解的是，前端是指叶片本体上靠近叶尖的位置；后端是指叶片本体上靠近叶根的位置。

如图4所示，在一些实施方式中，第一空腔9设内有挡风板11和配重仓13，挡风板11沿第一空腔9的长度方向将第一空腔9分隔为腔体一和腔体二，气热除冰单元10设于腔体一，配重仓13设于腔体二，配重仓13与挡风板11、腹板6和叶片本体的内壁围成气热室12，气热室12对应于叶片本体的中部区段2的第二区域201，挡风板11上设置有第一通孔，配重仓13上设置有第二通孔，气热除冰单元10的出气端与第一通孔连通。

在上述实施方式中，挡风板11可设置在根部区段1与中部区段2的分界线处，腔体一位于根部区段1，腔体二位于中部区段2与叶尖区段3。

在一些实施方式中，配重仓13可构造为实体板，配重仓13与挡风板11、腹板6和叶片本体的内壁围成气热室12，气热室12的设置能够增加被加热的空气的留存时间，使气热室12对应的叶片本体的中部区段2的第二区域201得到较为充分地加热，叶片本体的第二区域201位于叶片本体的中部区段2的叶片前缘5一侧，第二区域201包含叶片本体的中部区段2的叶片前缘5，第二区域201为整个叶片本体上较容易结冰的区域，通过气热室12的设置，能够针对第二区域201重点加热，更快地融化第二区域201接近叶片本体表面的覆冰，然后在叶片本体转动过程中，第二区域201的覆冰滑掉，实现快速去除覆冰的效果。

如图4所示，在一些实施方式中，气热除冰单元10包括鼓风机101、加热器102以及通风管道103，鼓风机101的进风口与第二空腔8连通，鼓风机101的出风口与加热器102的进风端连通，加热器102的出风端通过通风管道103与挡风板11的第一通孔连通。

在上述实施方式中，鼓风机101由第二空腔8中吸取空气，然后将空气输入加热器102中，空气经过加热器102加热，加热后的空气通过通风管道103与挡风板11的第一通孔进入气热室12，气热室12对应于叶片本体中部区段2的第二区域201，气热室12内的空气的温度较高，产生的热量较高，相对应的第二区域201被加热的叶片本体的外表面的温度较高，能够较快地融化靠近叶片本体外表面的覆冰。

如图4所示，在一些实施方式中，通风管道103可构造为通风软管，腹板6上可设置支架104，多个支架104可拆卸地设置在腹板6上，软管可拆卸地设置在支架104上，可方便通风管道103的拆卸与维修。其中，支架104可使用螺钉固定在腹板6上，也可使用树脂粘贴在腹板6上。

在一些实施方式中，还包括结冰传感器，结冰传感器可设置在风电机组的机舱或者叶片本体上，结冰传感器可设置多个，结冰传感器与风电机组中的控制系统信号连接，结冰传感器能够检测叶片本体上覆冰情况。

在上述实施方式中，气热除冰单元10与风电机组中的控制系统信号连接。结冰传感器对叶片本体的覆冰情况进行检测，预设轻度覆冰阈值与重度覆冰阈值，当检测到叶片本体上的覆冰厚度小于或等于轻度覆冰阈值时，此时的覆冰状态为轻度覆冰；当检测到叶片本体的覆冰厚度大于轻度覆冰阈值且小于高度覆冰阈值时，此时的覆冰状态为中度覆冰；当检测到叶片本体的覆冰厚度大于重度覆冰阈值时，此时的覆冰状态为重度覆冰。

当覆冰状态为轻度覆冰时，可不开启气热除冰单元10，利用设置在叶片本体表面的中部区段2以及叶尖区段3的防覆冰涂层4，此外，叶片本体的根部区段1也可设置防覆冰涂层4，在叶片本体表面设置防覆冰涂层4可起到防覆冰的作用。当然，也可开启气热除冰单元10，具体可根据实际情况确定。

当覆冰状态为中度覆冰或重度覆冰时，可开启气热除冰单元10，气热除冰单元10与防覆冰涂层4相结合，能够达到更好的除冰效果。

本公开第二方面提供了一种风电叶片的制备方法，包括：在叶片本体的空腔内安装气热除冰单元10；在叶片本体的表面确定第一区域202和第二区域201；对第一区域202和第二区域201进行预处理；在第一区域202涂覆第一涂层，在第二区域201涂覆第二涂层401，其中，第一涂层包括多个间隔设置的涂层带402。

在一些实施方式中，在叶片本体的空腔内安装气热除冰单元10具体包括：在预设位置安装加热器102、鼓风机101、通风管道103、通风管道103以及支架104，其中，通风管道103支架104的安装具体为：配胶；将胶刷涂在腹板6上；将通风管支架104抵接在腹板6预设位置；手糊玻纤布固定通风管道103支架104。

在一些实施方式中，在叶片本体的空腔内安装气热除冰单元10的步骤之前，风电叶片的制备方法还包括：在叶片配重仓13开孔以及安装挡风板11且在挡风板11上开孔，在叶片配重仓13开孔具体包括：在第一空腔9内的预设位置布设钻机，安装钻杆与钻头，在配重仓13预设位置进行打孔，开设第二通孔；安装挡风板11且在挡风板11上开孔具体包括：在挡风板11上开设第一通孔；配胶；在叶片本体的空腔内的预设位置涂胶；将挡风板11抵接在预设位置；手糊玻纤布固定。

在一些实施方式中，对第一区域202与第二区域201进行预处理包括：对第一区域202与第二区域201的叶片本体外表面进行打磨；对打磨后的第一区域202与第二区域201的叶片本体外表面进行清理，清除碎屑及油污。

在一些实施方式中，风电叶片的制备方法还包括在叶尖区域的叶片本体外表面涂覆第三涂层403。

另外，第一涂层、第二涂层401以及第三涂层403均为防覆冰涂层4。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种风电叶片，其特征在于，所述风电叶片包括：

叶片本体，所述叶片本体内部形成有空腔；所述叶片本体的外表面形成有位于所述叶片本体的叶片后缘一侧的第一区域以及位于所述叶片本体的叶片前缘一侧的第二区域；

防覆冰涂层，包括第一涂层和第二涂层，所述第一涂层包括多个涂层带，多个所述涂层带间隔设于所述第一区域；所述第二涂层设于所述第二区域。

2.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述涂层带沿所述叶片本体的长度方向延伸，且多个所述涂层带沿所述叶片本体的长度方向和/或周向方向间隔布置。

3.根据权利要求1所述的风电叶片，其特征在于，所述叶片本体沿其长度方向依次形成有根部区段、中部区段以及叶尖区段，所述第一区域与所述第二区域均处于所述中部区段的外表面。

4.根据权利要求3所述的风电叶片，其特征在于，所述防覆冰涂层还包括第三涂层，所述第三涂层设于所述叶尖区段的外表面。

5.根据权利要求4所述的风电叶片，其特征在于，所述第一涂层和所述第二涂层为疏水涂层，所述第三涂层为抗冰涂层。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的风电叶片，其特征在于，所述风电叶片还包括气热除冰单元，所述气热除冰单元设置于所述空腔内，用于对所述叶片本体进行加热。

7.根据权利要求6中所述的风电叶片，其特征在于，所述空腔内设置有腹板，所述腹板沿所述叶片本体的长度方向将所述空腔分割成第一空腔和第二空腔，所述第一空腔与所述第二空腔在所述空腔的前端连通，所述气热除冰单元的进气端与所述第二空腔的后端连通，所述气热除冰单元的出气端与所述第二空腔的前端连通。

8.根据权利要求7所述的风电叶片，其特征在于，所述第一空腔内设有挡风板和配重仓，所述挡风板沿所述第一空腔的长度方向将所述第一空腔分隔为腔体一和腔体二，所述气热除冰单元设于所述腔体一，所述配重仓设于所述腔体二，所述配重仓与所述挡风板、所述腹板以及所述叶片本体的内壁围成气热室，所述气热室对应于所述叶片本体的所述中部区段的第二区域，所述挡风板上设置有第一通孔，所述配重仓上设置有第二通孔，所述气热除冰单元的出气端与所述第一通孔连通。

9.根据权利要求8所述的风电叶片，其特征在于，所述气热除冰单元包括鼓风机、加热器以及通风管道，所述鼓风机的进风口与所述第二空腔连通，所述鼓风机的出风口与所述加热器的进风端连通，所述加热器的出风端通过所述通风管道与所述挡风板的第一通孔连通。

10.一种风电叶片的制备方法，所述方法包括：

在叶片本体的空腔内安装气热除冰单元；

在叶片本体的表面确定第一区域和第二区域；

对第一区域和第二区域进行预处理；

在所述第一区域涂覆第一涂层，在所述第二区域涂覆第二涂层，其中，所述第一涂层包括多个间隔设置的涂层带。

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