CN220415594U - 一种电加热防雷多层膜及风电叶片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种电加热防雷多层膜及风电叶片，所述电加热防雷多层膜的厚度为1‑5mm，依次包括防雷层、绝缘树脂层和加热层；防雷层，厚度为0.5‑1.0mm，包含金属元件及至少部分浸渍所述金属元件的第一热塑性树脂；加热层，厚度为0.2‑1.0mm，包含加热元件及至少部分浸渍所述加热元件的第二热塑性树脂。本实用新型的电加热防雷多层膜，结构简单、除冰效率高、防雷性能好，生产效率高成本低，便于回收循环利用。包括若干所述电加热防雷多层膜的风电叶片，在解决叶片结冰问题的同时还可有效防止雷击事故的发生，提供能够在低温、高湿度气候环境下长期稳定运行的风电叶片。
Description
技术领域
本实用新型属于的风电技术领域，尤其涉及一种电加热防雷多层膜及包括若干所述电加热防雷多层膜的风电叶片。
背景技术
风力发电机常在低温、高湿度气候环境下工作，特别是冬季时，叶片等关键部件会产生积冰。叶片结冰后导致风轮转动不平衡，增加了风机传动系统疲劳载荷，长期以往可能会损坏主轴、变速箱等重要零部件。积冰情况严重时，必须将风机停机锁定，否则会造成叶片断裂等严重质量风险，停机后风机的发电量损失较大，是行业急需解决的痛点问题。
现有的叶片防冰主要有防冰涂料、气热除冰、电热除冰等方法。电加热除冰方案是被行业普遍接受的方案，具有升温快，除冰效率高等优点。碳纤维作为加热材料是一个良导体，但在叶片表面容易被雷击，引起巨大的设备损坏风险。解决电加热膜的防雷击问题，在有效除冰同时保障叶片长期运行安全是行业难点。
例如专利申请CN110701005A公开了一种用于风电叶片的电加热除冰防雷一体复合膜，该复合膜包括粘结胶层、第一粘结增强层、电发热膜层、隔离层、防雷网层、第二粘结增强层及保护漆层，其中，第一粘结增强层、第二粘结增强层及隔离层由纤维毡浸润树脂后制得，所述树脂为环氧树脂或不饱和树脂中的至少一种。该发明采用热固性树脂体系，虽然具有较好整体性，但其原材料绝缘等级仍然无法完全保障电发热膜层不受强雷击影响，且复合膜层数较多、结构复杂，加工工艺繁琐、产量低、成本高，难以回收利用。同时热固性树脂体系固化后硬度非常高，很难随型到叶片表面，在后市场具有很大的局限性。
因此，采用何种材料对电发热膜层进行绝缘保护并使复合膜结构简单、除冰效率高、防雷性能好，生产效率高成本低，便于回收循环利用，成为本领域亟待解决的技术问题。
实用新型内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于利用热塑性树脂的浸渍和粘合性，将防雷层的金属元件、绝缘树脂层和加热层的加热元件结合成一体结构，从而提供除冰效率高、防雷性能好的电加热防雷多层膜，并将若干所述电加热防雷多层膜贴附在风机叶片上，形成能够在低温、高湿度气候环境下长期稳定运行的风电叶片。
具体的，本实用新型提供了一种电加热防雷多层膜，所述电加热防雷多层膜的厚度为1-5mm，依次包括防雷层、绝缘树脂层和加热层；防雷层，厚度为0.5-1.0mm，包含金属元件及至少部分浸渍所述金属元件的第一热塑性树脂；加热层，厚度为0.2-1.0mm，包含加热元件及至少部分浸渍所述加热元件的第二热塑性树脂。
优选的，所述金属元件为铜网或铝合金网，克重在850g/m2以下。防雷层中的金属元件在金属种类及结构形式方面可有多种选择，例如采用导电性能好的金属箔、金属网、金属纤维、金属粒子等，综合成本，工艺复杂度以及绝缘性能等方面的考虑，优选采用金属网，特别是克重在850g/m2以下的铜网或铝合金网。
优选的，所述加热元件包含碳纤维织物、石墨烯中的至少一种，且所述加热元件引出两个电极，分别与电源正负极相连。碳纤维织物目前是市场上较为广泛应用的电加热材料，石墨烯方案具有加热更快，效率更高的优点，同时制品的厚度更薄，但是成本较碳纤维织物稍高，故根据多层膜的重量、厚度需求，叶片结冰区域的差异及雷击风险大小等特点，将二者单独或者组合使用，对实际生产应用具有重要意义。
优选的，所述绝缘树脂层厚度在0.1-1.0mm，包含聚酰亚胺树脂、聚烯烃POE中的至少一种，电阻大于2000MΩ。为优化多层膜的结构，简化层结构，有效调控多层膜厚度，使用热塑性树脂替代现有技术常用的热固性树脂。
可选的，所述第一热塑性树脂和第二热塑性树脂包含相同或不同的热塑性树脂；且通过热压熔化第一热塑性树脂和第二热塑性树脂以使它们分别浸渍金属元件和加热元件，同时将电加热防雷多层膜成型为一体结构。优选所述第一热塑性树脂和第二热塑性树脂采用相同的热塑性树脂，在热压熔化过程中更容易确定熔化温度范围。相比传统使用热固性树脂的工艺操作中采用树脂预浸料的固液形式，采用热塑性树脂基体，待成型各层在热压前呈固体形式，方便运输、储存，生产过程中进料方便，简单叠加即可实施热压成型操作，有利于稳定实现自动连续化大规模生产。
优选的，所述第一热塑性树脂和第二热塑性树脂均为乙烯-醋酸乙烯共聚树脂物(EVA)。EVA树脂受热后变成熔融态，具有很好的粘接性，能够将防雷层的金属元件及加热层的加热元件有效浸渍和粘接成一体结构。具体的，采用热压平台对叠放的各层原料一体热压成型，将热压温度升高到EVA的软化温度以上，可发挥EVA的粘接特性，该方案工艺控制简单，可连续生产，生产效率高。
优选的，在加热层的与绝缘树脂层相反的一侧，还包括粘接层，粘接层包含三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶，异戊橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶中的至少一种。本实用新型的多层膜设置粘接层，可简单有效的使多层膜与目标设备，例如风电叶片的表面接合固定。粘接层中具有活性基团，方便用胶黏剂粘接到叶片表面，因而优选前述橡胶材料。
所述电加热防雷多层膜的应用范围较广，可在叶片制作过程中预制在叶片内部，也可以在后市场现役机组进行运维技改，特别适于为在低温高湿度及高空环境中使用的设备提供加热除冰，防雷保护。
具体的，本实用新型提供一种包括所述电加热防雷多层膜的风电叶片，所述电加热防雷多层膜布置于风电叶片的表面。
优选的，若干片电加热防雷多层膜非连续地布置在风电叶片的表面，且防雷层的金属元件连接风电叶片的接闪器。通过可选的粘接层将电加热防雷多层膜牢固的粘接在风电叶片表面，并将防雷层的金属元件与风电叶片的接闪器连接，将加热元件与电源连接通电生热，从而构成了具有除冰防雷系统的风电叶片，保障风电叶片在低温高湿环境中的长期稳定运行。
优选的，电加热防雷多层膜长宽尺寸为(200-800mm)×(5000-7000mm)。作为非连续分布于叶片表面的电加热防雷多层膜，多层膜的具体尺寸根据其所用位置不同可相应调整。除了长宽尺寸的选择外，不同位置的电加热防雷多层膜的厚度也可进行选择调整，例如在叶尖部分，其结冰程度和雷击风险均较大，但膜厚过厚将导致叶片离心负重较大，能量消耗提高，因而叶尖区域的多层膜厚度优选在3.5mm以下，更优选在2.5mm以下，为了得到较薄的厚度，加热元件优选增加或仅使用石墨烯。
本实用新型，优点具体在于：
1.本实用新型采用热塑性树脂体系，将浸渍和胶接一体化同时完成，提高成型工艺的连续性和灵活性，降低生产难度，有效解决现有技术采用热固性树脂体系导致的膜层较厚，结构复杂，生产效率低、回收难成本高的问题。
2.本实用新型的绝缘树脂层采用的PI或聚烯烃POE材料，电阻大于2000MΩ，能够增强现有技术中绝缘树脂层的绝缘效果，对加热层有着更好的保护效果。
3.本实用新型制备的电加热防雷多层膜具有很好的柔性，可以贴附在叶片表面，同时方便成卷包装和运输。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是本实用新型电加热防雷多层膜的结构示意图；
图2是本实用新型包括若干电加热防雷多层膜的风电叶片的局部示意图。
附图标记说明：100.电加热防雷多层膜、200.风电叶片、1.防雷层、2.绝缘树脂层、3.加热层、4.金属元件、5.加热元件、6.粘接层、7.加热供电线。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。
第一方面，一种电加热防雷多层膜100，所述电加热防雷多层膜100的厚度为1-5mm，依次包括：
(1)防雷层1，厚度为0.5-1.0mm，包含金属元件4及至少部分浸渍所述金属元件4的第一热塑性树脂；所述金属元件4为铜网或铝合金网，克重在850g/m2以下；所述第一热塑性树脂优选EVA；
(2)绝缘树脂层2，厚度在0.1-1.0mm，包含聚酰亚胺树脂PI、聚烯烃POE中的至少一种，电阻大于2000MΩ；
(3)加热层3，厚度为0.2-1.0mm，包含加热元件5及至少部分浸渍所述加热元件5的第二热塑性树脂；所述加热元件5包含碳纤维织物、石墨烯中的至少一种，且所述加热元件5引出两个电极，分别与电源正负极相连；具体采用碳纤维织物还是石墨烯作为导电元件，可根据具体应用位置和多层膜尺寸等要求进行选择；所述第二热塑性树脂优选EVA；
(4)可选的，粘接层6，厚度为0.2-1mm，包含三元乙丙橡胶、丁腈橡胶、天然橡胶，异戊橡胶、丁苯橡胶、氯丁橡胶中的至少一种，优选三元乙丙橡胶体系；通过粘接层6，本实用新型的电加热防雷多层膜100可牢固的与目标设备进行粘接。
第一热塑性树脂和第二热塑性树脂可以采用不同的热塑性树脂，但更优选采用相同的热塑性树脂，例如EVA。
第二方面，一种包括所述电加热防雷多层膜100的风电叶片200，若干片电加热防雷多层膜100非连续地布置在风电叶片200的表面，且防雷层1的金属元件4连接风电叶片200的接闪器，电加热防雷多层膜100长宽尺寸为(200-800mm)×(5000-7000mm)。通过将若干电加热防雷多层膜100按需粘接在风电叶片200表面，并将防雷层1的金属元件4与风电叶片200的接闪器连接，将加热元件5与电源连接通电生热。
本实用新型的电加热防雷多层膜100及包括所述一种电加热防雷多层膜100的风电叶片200的制作工艺简述如下：
(1)将第一热塑性树脂、绝缘树脂和第二热塑性树脂预先成型为包括第一热塑性树脂层、绝缘树脂层2和第二热塑性树脂层的三层结构的预制膜；成型方法优选多层共挤出制备，成型简便，层间结合紧密；
(2)将金属网叠放于预制膜的第一热塑性树脂层外侧，将加热元件5叠放于预制膜的第二热塑性树脂层外侧；
(3)加热加压，熔化第一热塑性树脂和第二热塑性树脂以使它们分别浸渍金属元件4和加热元件5，同时将电加热防雷多层膜100成型为厚度1-5mm的具有一体结构的电加热防雷复合膜；
可选的，所述粘接层6原料可叠放于加热元件5外侧，热压过程中一并成型；
优选的，所述电加热防雷复合膜通过流水线连续自动生产；
按照贴合需求对电加热防雷复合膜进行裁切，长宽尺寸为(200-800mm)×(5000-7000mm)，将若干裁切好的电加热防雷复合膜粘接到风电叶片200对应位置；将各金属网与对应闪接器电连接，将加热元件5连接加热供电线7以与电源连接，从而构成了具有除冰防雷系统的风电叶片200。
本实用新型示例性的提供三种不同厚度电加热防雷复合膜的实施例1-3，并将它们应用到风电叶片200：
实施例1
本实施例提供的电加热防雷多层膜100，厚度为3mm，依次包括：
(1)防雷层1，厚度为0.8±0.05mm，包含EVA树脂及其中的封装的克重800±10g/m2的铜网；
(2)绝缘树脂层2，厚度在0.5±0.05mm，包含聚烯烃POE，电阻大于2000MΩ；
(3)加热层3，厚度为1.0mm，包含EVA树脂及其中的碳纤维织物，所述碳纤维织物引出两个电极，分别与电源正负极相连；
(4)粘接层6，采用三元乙丙橡胶体系。
实施例2
本实施例提供的电加热防雷多层膜100，厚度为2.6mm，依次包括：
(1)防雷层1，厚度为0.7±0.05mm，包含EVA树脂及其中的封装的克重800±10g/m2的铜网；
(2)绝缘树脂层2，厚度在0.5±0.05mm，包含聚酰亚胺树脂PI，电阻大于2000MΩ；
(3)加热层3，厚度为0.8mm，包含EVA树脂及其中的碳纤维织物，所述碳纤维织物引出两个电极，分别与电源正负极相连；
(4)粘接层6，采用三元乙丙橡胶体系。
实施例3
本实施例提供的电加热防雷多层膜100，厚度为2.0mm，依次包括：
(1)防雷层1，厚度为0.6±0.05mm，包含EVA树脂及其中的封装的克重800±10g/m2的铜网；
(2)绝缘树脂层2，厚度在0.4±0.05mm，包含聚酰亚胺树脂PI，电阻大于2000MΩ；
(3)加热层3，厚度为0.5mm，包含EVA树脂及其中的石墨烯膜层，所述石墨烯膜层引出两个电极，分别与电源正负极相连；
(4)粘接层6，采用三元乙丙橡胶体系。
应用例：
将若干实施例1-3的电加热防雷多层膜100粘接到风电叶片200，其中，在叶片根部到中部区域主要采用实施例1的样品，裁切尺寸在(500-800mm)×(6000-7000mm)；在中部至叶尖部主要采用实施例2的样品，裁切尺寸在(300-600mm)×(5500-6500mm)；在叶尖部主要采用实施例3的样品，裁切尺寸在(200-400mm)×(5000-6000mm)；将各铜网与对应闪接器电连接，将加热元件5连接加热供电线7以与电源连接，从而构成了具有除冰防雷系统的风电叶片200。
以上介绍了本实用新型的较佳实施方式，旨在使得本实用新型的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本实用新型所附的权利要求概括的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种电加热防雷多层膜（100），其特征在于，所述电加热防雷多层膜（100）的厚度为1-5mm，依次包括防雷层（1）、绝缘树脂层（2）和加热层（3）；
防雷层（1），厚度为0.5-1.0mm，包含金属元件（4）及至少部分浸渍所述金属元件（4）的第一热塑性树脂；
加热层（3），厚度为0.2-1.0mm，包含加热元件（5）及至少部分浸渍所述加热元件（5）的第二热塑性树脂。
2.如权利要求1所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，所述金属元件（4）为铜网或铝合金网，克重在850g/m2以下。
3.如权利要求1所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，所述加热元件引出两个电极，分别与电源正负极相连。
4.如权利要求1所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，所述绝缘树脂层厚度在0.1-1.0mm，电阻大于2000MΩ。
5.如权利要求1-4任一项所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，所述第一热塑性树脂和第二热塑性树脂包含相同或不同的热塑性树脂；
且通过热压熔化第一热塑性树脂和第二热塑性树脂以分别浸渍金属元件和加热元件，同时将电加热防雷多层膜成型为一体结构。
6.如权利要求5所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，所述第一热塑性树脂和第二热塑性树脂均为乙烯-醋酸乙烯共聚树脂物。
7.如权利要求1-4任一项所述的电加热防雷多层膜，其特征在于，在加热层的与绝缘树脂层相反的一侧，还包括粘接层。
8.一种包括权利要求1-7任一项所述的电加热防雷多层膜的风电叶片，所述电加热防雷多层膜布置于风电叶片的表面。
9.如权利要求8所述的风电叶片，其特征在于，若干片电加热防雷多层膜非连续地布置在风电叶片的表面，且防雷层的金属元件连接风电叶片的接闪器。
10.如权利要求8或9所述的风电叶片，其特征在于，电加热防雷多层膜长宽尺寸为（200-800mm）×（5000-7000mm）。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202321566061.5U CN220415594U (zh) | 2023-06-19 | 2023-06-19 | 一种电加热防雷多层膜及风电叶片 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202321566061.5U CN220415594U (zh) | 2023-06-19 | 2023-06-19 | 一种电加热防雷多层膜及风电叶片 |
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Family Applications (1)
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2023
- 2023-06-19 CN CN202321566061.5U patent/CN220415594U/zh active Active
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| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |