CN203035466U - 一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，包括叶片本体，叶片本体的外侧从内向外依次设有碳纤维发热层、导热绝缘层和胶衣层，碳纤维发热层包括碳纤维布和分别套设于碳纤维布上的第一电极、第二电极，碳纤维布中设有用于通过发热除冰防冻的碳纤维，碳纤维分别与第一电极和第二电极连接导通；叶片本体包括两个玻璃纤维布层和夹芯隔热层，夹芯隔热层夹持固定于所述两个玻璃纤维布层之间。本实用新型具有整体均匀加热特征，对叶片气动性能影响小、除冰效率高、除冰防冻效果好、使用安全、易于维护、结构简单、安装方便、防磨损防腐蚀性能好、结构力学性能好、使用寿命长的优点。

Description

一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片

技术领域

本实用新型涉及风力发电技术领域，具体涉及一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片。

背景技术

随着绿色可再生能源的发展，风力发电技术获得了快速的发展。由于我国风力资源丰富的地区主要在高纬度地区，冬季时风力机易受冰雪天气影响。冰雪天气使得风力机运行效率下降，严重时迫使风力机停机，使得风力机全年运行小时数下降，甚至造成安全事故，推高了风力发电的运行成本。传统的除冰防冻方式主要有利用离心力甩冰、叶片表面涂疏水涂层防冰、热风机加热除冰、电热丝加热除冰、机械除冰等，但是上述技术方案均具有明显的使用局限性。此外，中国专利申请号为CN201220092277.8的技术方案采用气膜加热方式对风力机叶片加热，但在生产制作过程对风力机叶片有损伤，并且气孔塞子的运行维护困难；中国专利申请号为CN201220204282.3的技术方案采用PTC热敏电阻加热，但由于风力机叶片在运行过程中要经受大变形和高周疲劳，其热敏电阻置于风力机叶片的夹层内或内表面，会显著降低风力机叶片的疲劳寿命。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种采用碳纤维层加热、对叶片气动性能影响小、除冰效率高、除冰防冻效果好、使用安全、易于维护、结构简单、安装方便、防磨损防腐蚀性能好、结构力学性能好、使用寿命长的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：

一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，包括叶片本体，所述叶片本体的外侧从内向外依次设有碳纤维发热层、导热绝缘层和胶衣层，所述碳纤维发热层包括碳纤维布和分别套设于碳纤维布上的第一电极、第二电极，所述碳纤维布中设有用于通过发热除冰防冻的碳纤维，所述碳纤维分别与第一电极和第二电极连接导通；所述叶片本体包括两个玻璃纤维布层和夹芯隔热层，所述夹芯隔热层夹持固定于所述两个玻璃纤维布层之间。

作为本实用新型上述技术方案的进一步改进：

所述导热绝缘层为玻璃纤维毡层。

所述碳纤维的纤维走向沿着叶片本体的叶展方向均匀分布于所述碳纤维布中，且所述碳纤维之间相互平行布置。

所述叶片本体的内部设有叶片空腔，所述叶片本体靠近叶片尖部设有与叶片空腔连通的第一通孔，所述叶片本体靠近叶片根部设有与叶片空腔连通的第二通孔，所述第一电极设于叶片本体上靠近叶片根部的一侧，所述第二电极设于叶片本体上靠近叶片尖部的一侧，所述第一电极通过穿过所述第一通孔的导线与风力机机舱内的控制开关装置相连，所述第二电极通过穿过所述第二通孔的导线与风力机机舱内的控制开关装置相连。

所述第一通孔设于叶片本体尖部后缘的吸力面上。

所述第二通孔设于叶片本体根部后缘的吸力面上。

所述第一电极、第二电极均为环形结构，所述第一电极、第二电极分别与所述碳纤维紧密接触保持连接导通，所述第一电极、第二电极之间相互平行且均与叶片本体的叶展方向垂直布置。

本实用新型具有下述优点：

1、本实用新型利用碳纤维发热层的通电发热特性对叶片本体的表面进行加热，具有叶片表面加热均匀、加热对叶片性能影响小、除冰效率高、除冰防冻效果好、使用安全、易于维护、结构简单、安装方便的优点；

2、本实用新型的叶片本体为两个玻璃纤维布层和夹芯隔热层构成的复合夹层结构，采用隔热材料制成的夹芯隔热层能够对碳纤维发热层的发热进行绝缘隔离和热量反射，进而实现风力机叶片的定向加热，加热均匀而且能够减少加热过程对叶片本体的力学性能的影响，除冰防冻效果更好，同时两个玻璃纤维布层和夹芯隔热层构成的叶片本体的复合夹层结构还能够有效提高叶片本体的强度，增强叶片本体的力学性能；

3、本实用新型通过导热绝缘层，能够对碳纤维发热层进行绝缘隔离保护和有效导热，加热效率高、除冰防冻效果好；

4、本实用新型通过胶衣层能够提高风力机叶片的耐磨耐腐蚀特性，对叶片本体、碳纤维发热层、导热绝缘层进行保护，加强叶片本体、碳纤维发热层、导热绝缘层的防磨损防腐蚀性能，具有防磨损防腐蚀性能好的优点。

附图说明

图1为本实用新型实施例的剖视结构示意图。

图2为图1中A-A位置的剖面结构放大示意图。

图3为图2的局部放大结构示意图。

图4为图1中B-B位置的剖面结构放大示意图。

图5为图1中C-C位置的剖面结构放大示意图。

图6为本实用新型实施例中碳纤维发热层的展开结构示意图。

图例说明：1、叶片本体；10、叶片空腔；11、玻璃纤维布层；12、夹芯隔热层；13、第一通孔；14、第二通孔；2、碳纤维发热层；21、碳纤维布；22、碳纤维；3、导热绝缘层；4、胶衣层；5、第一电极；6、第二电极；7、导线。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示，本实施例的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片包括叶片本体1，叶片本体1的外侧从内向外依次设有碳纤维发热层2、导热绝缘层3和胶衣层4，碳纤维发热层2包括碳纤维布21和分别套设于碳纤维布21上的第一电极5、第二电极6，碳纤维布21中设有用于通过发热除冰防冻的碳纤维22，碳纤维22分别与第一电极5和第二电极6连接导通；叶片本体1包括两个玻璃纤维布层11和夹芯隔热层12，夹芯隔热层12夹持固定于两个玻璃纤维布层11之间。本实施例的叶片本体1为两个玻璃纤维布层11和夹芯隔热层12构成的复合夹层结构，采用隔热材料制成的夹芯隔热层12能够对碳纤维发热层2的发热进行绝缘隔离和热量反射，进而实现风力机叶片的定向加热，加热均匀而且能够减少加热过程对叶片本体1的力学性能的影响，除冰防冻效果更好，同时两个玻璃纤维布层11和夹芯隔热层12构成的叶片本体1的复合夹层结构还能够有效提高叶片本体1的强度，增强叶片本体1的力学性能；本实施例利用碳纤维发热层2的通电发热特性对叶片本体1的表面进行加热，具有叶片表面加热均匀、加热对叶片性能影响小、除冰效率高、除冰防冻效果好、使用安全、易于维护、结构简单、安装方便的优点；本实施例通过导热绝缘层3，能够对碳纤维发热层2进行绝缘隔离保护和有效导热，加热效率高、除冰防冻效果好；本实施例通过胶衣层4能够提高风力机叶片的耐磨耐腐蚀特性，对叶片本体1、碳纤维发热层2、导热绝缘层3进行保护，加强叶片本体1、碳纤维发热层2、导热绝缘层3的防磨损防腐蚀性能，具有防磨损防腐蚀性能好的优点。

本实施例中，叶片本体1的加工方法如下：首先铺设一个玻璃纤维布层11，然后在玻璃纤维布层11上铺设夹芯隔热层12，在夹芯隔热层12上再铺设一个玻璃纤维布层11，最后用真空导入环氧树脂工艺制作成型。夹芯隔热层12设置在叶片本体1的玻璃纤维布层11夹层中，夹芯隔热层12能够对碳纤维发热层2的发热进行绝缘隔离和热量反射，能够实现较好的隔热效果，进而实现风力机叶片的定向加热，加热均匀而且能够减少加热过程对风力机叶片本身的力学性能的影响；同时其复合多层结构的力学性能较好，能够有效增强叶片本体1的结构性能。此外，夹芯隔热层12此外还可以设置在叶片本体1靠碳纤维发热层2的一侧。

如图4和图5所示，叶片本体1的内部设有叶片空腔10，叶片本体1靠近叶片尖部设有与叶片空腔10连通的第一通孔13，叶片本体1靠近叶片根部设有与叶片空腔10连通的第二通孔14，第一电极5设于叶片本体1上靠近叶片根部的一侧，第二电极6设于叶片本体1上靠近叶片尖部的一侧，第一电极5通过穿过第一通孔13的导线7与风力机机舱内的控制开关装置相连，第二电极6通过穿过第二通孔14的导线7与风力机机舱内的控制开关装置相连。由于对于叶片本体1而言，在结构上的改变仅仅为开设第一通孔13和第二通孔14共两个小孔，对叶片本体1的结构几乎无损伤，力学性能影响微乎其微，但是通过两个玻璃纤维布层11和夹芯隔热层12构成的夹层结构对叶片本体1的结构增强、通过碳纤维发热层2、导热绝缘层3和胶衣层4的复合多层结构、通过第一电极5、第二电极6的结构加强，能够使得叶片本体1的力学性能更好。

图1、图4和图5中，左侧为叶片本体1的前缘，右侧为叶片本体1的后缘；图4中的右上侧即为叶片本体1尖部后缘的吸力面，图5中的右上侧即为叶片本体1根部后缘的吸力面。本实施例中，第一通孔13设于叶片本体1尖部后缘的吸力面（图4中的右上侧）上，第二通孔14设于叶片本体1根部后缘的吸力面（图5中的右上侧）上，对于风力机叶片本体1转动时的性能影响更小。

本实施例中，第一电极5、第二电极6均为环形结构，第一通孔13安装在第一电极5附近，第二通孔14安装在第二电极6附近，其环形结构安装简单方便，生产成本低；第一电极5、第二电极6分别与碳纤维22紧密接触保持连接导通，接触式连接安装快捷；第一电极5、第二电极6之间相互平行且均与叶片本体1的叶展方向垂直布置，从而使得碳纤维22能够更加均匀布置于叶片本体1表面上，加热更加均匀。

如图6所示，本实施例的碳纤维22的纤维走向沿着叶片本体1的叶展方向均匀分布于碳纤维布21中，且碳纤维22之间相互平行布置，从而使得碳纤维22的加热更加均匀可靠，加热除冰防冻效果更好，碳纤维22在碳纤维布21中的编织密度可根据叶片使用环境的具体条件和叶片的形状布置。

本实施例中，导热绝缘层3为玻璃纤维毡层，构成导热绝缘层3的玻璃纤维毡导热绝缘性能好，而且还具有较好的力学性能，能够有效加强叶片本体1的力学性能，能够利用市场上现成的玻璃纤维毡采用真空导入环氧树脂工艺快速使得导热绝缘层3与碳纤维发热层2、胶衣层4粘结固定，制备工艺简单，实施简单方便。

本实施例中，胶衣层4采用胶衣树脂制成，胶衣树脂具有良好的耐磨耐腐蚀特性，能够提高风力机叶片的耐磨耐腐蚀特性，对碳纤维发热层2、导热绝缘层3进行保护，能够加强叶片本体1、碳纤维发热层2、导热绝缘层3的防磨损防腐蚀性能。

本实施例中，碳纤维发热层2、导热绝缘层3和胶衣层4之间采用高导热绝缘的环氧树脂胶粘形成复合多层结构，力学性能好；碳纤维发热层2、导热绝缘层3和胶衣层4依次通过手糊工艺制作平铺在叶片本体1的表面，采用高导热绝缘环氧树脂胶粘作为手糊粘结材料，能够加强叶片表面的绝缘导热性能，提高除冰效率。本实施例在使用过程中，碳纤维发热层2通电发热的温度范围通过设于风力机机舱内的控制开关装置控制，控制以保证高效加热除冰并且不影响叶片本体1的材料特性为准则。在除冰过程中，一旦超过加热温度范围，则控制开关装置断开第一电极5和第二电极6的电源；一旦加热温度低于某一加热温度范围需要除冰时，则控制开关装置接通第一电极5和第二电极6的电源，以确保加热除冰的高效性，排除融冰后二次结冰的可能。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (7)

1.一种具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，包括叶片本体（1），其特征在于：所述叶片本体（1）的外侧从内向外依次设有碳纤维发热层（2）、导热绝缘层（3）和胶衣层（4），所述碳纤维发热层（2）包括碳纤维布（21）和分别套设于碳纤维布（21）上的第一电极（5）、第二电极（6），所述碳纤维布（21）中设有用于通过发热除冰防冻的碳纤维（22），所述碳纤维（22）分别与第一电极（5）和第二电极（6）连接导通；所述叶片本体（1）包括两个玻璃纤维布层（11）和夹芯隔热层（12），所述夹芯隔热层（12）夹持固定于所述两个玻璃纤维布层（11）之间。

2.根据权利要求1所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述导热绝缘层（3）为玻璃纤维毡层。

3.根据权利要求2所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述碳纤维（22）的纤维走向沿着叶片本体（1）的叶展方向均匀分布于所述碳纤维布（21）中，且所述碳纤维（22）之间相互平行布置。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述叶片本体（1）的内部设有叶片空腔（10），所述叶片本体（1）靠近叶片尖部设有与叶片空腔（10）连通的第一通孔（13），所述叶片本体（1）靠近叶片根部设有与叶片空腔（10）连通的第二通孔（14），所述第一电极（5）设于叶片本体（1）上靠近叶片根部的一侧，所述第二电极（6）设于叶片本体（1）上靠近叶片尖部的一侧，所述第一电极（5）通过穿过所述第一通孔（13）的导线（7）与风力机机舱内的控制开关装置相连，所述第二电极（6）通过穿过所述第二通孔（14）的导线（7）与风力机机舱内的控制开关装置相连。

5.根据权利要求4所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述第一通孔（13）设于叶片本体（1）尖部后缘的吸力面上。

6.根据权利要求5所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述第二通孔（14）设于叶片本体（1）根部后缘的吸力面上。

7.根据权利要求6所述的具有除冰防冻功能的碳纤维增强风力机叶片，其特征在于：所述第一电极（5）、第二电极（6）均为环形结构，所述第一电极（5）、第二电极（6）分别与所述碳纤维（22）紧密接触保持连接导通，所述第一电极（5）、第二电极（6）之间相互平行且均与叶片本体（1）的叶展方向垂直布置。

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