风力发电机叶片的融冰加热结构及其制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及风力发电机叶片，尤其涉及该叶片的融冰加热结构及其制作方法。
【背景技术】
[0002]风电机组在寒冷气候环境下运行时，在冬季机组叶片表面通常会发生较为严重的覆冰，覆冰后叶片的气动外形发生明显变化，将严重影响叶片的气动效率，使机组的发电效率下降，覆冰后机组和叶片载荷的也会增加，当三支叶片载荷和质量矩互差达到一定程度时，会引发机组的振动，从而影响机组的安全稳定运行。通常为了机组安全运行，叶片覆冰严重时机组将停止运行，因此风电叶片结冰将导致严重的发电量损失。为了解决叶片表面覆冰的问题，目前主要有以下几种方法:
1、叶片表面喷涂超疏水防结冰涂料，利用涂料的疏水特性使吸附在叶片表面的水分尽量少，从而减小覆冰层厚度，其缺点是不能彻底除冰。
[0003]2、热空气加热除冰，向叶片腹腔通入热空气循环加热，使叶片壳体温度升高，防止表面结冰。其缺点是热量浪费大，热空气管路敷设工艺难度大。
[0004]3、叶片表面铺覆碳纤维布加热除冰，碳纤维模量相对较高，铺覆后将在一定程度上影响叶片的结构刚度和频率。
【发明内容】
[0005]针对以上问题，本发明提出一种风力发电机叶片的融冰加热结构及其制作方法，既可避免结冰，又可保护叶片不受损伤，其技术解决方案是:
一种风力发电机叶片的融冰加热结构，所述风力发电机叶片由壳体和位于壳体内的两块抗剪切腹板组合构成，所述壳体由迎流面壳体和背流面壳体对接构成空腹结构，两块抗剪切腹板在腹腔中纵向并列布置，它们的两个侧边分别与迎流面壳体、背流面壳体的内壁粘接;其特征在于，所述风力发电机叶片设有碳晶膜加热装置，该装置包括碳晶电热膜、温度传感器、加热控制器，所述碳晶电热膜铺覆在壳体前缘表面的覆冰区域，用于加热壳体前缘的覆冰区域;所述温度传感器布置在碳晶电热膜下，对应覆冰区域，用于检测壳体前缘覆冰区域的温度;所述加热控制器布置在风力发电机控制系统中，根据温度传感器检测到的壳体前缘覆冰区域的温度，调整碳晶电热膜的加热电功率，使壳体前缘覆冰区域的温度恒定在设定值，该设定值略大于冰的熔点，通常为O°C<t < 2°C。
[0006]所述碳晶电热膜通过其电源线连接电源，所述温度传感器通过其信号线连接加热控制器，所述碳晶电热膜的电源线、温度传感器的信号线均敷设在叶片壳体的腹腔中，固定在抗剪切腹板上，从叶片根部引出。
[0007]所述风力发电机叶片还设有避雷装置，该避雷装置包括金属丝网和雷电流引线，所述金属丝网包覆在叶片前缘壳体表面，对应覆冰区域，其与碳晶电热膜的结合面设有绝缘层;所述金属丝网具有钎焊的铜箔带，所述雷电流引线固定在抗剪切腹板上，它的一端与金属丝网的铜箔带钎焊连接，另一端从叶片根部引出接地。
[0008]或
所述风力发电机叶片还设有避雷装置，该避雷装置包括金属丝网、雷电流引线和连接螺栓，所述金属丝网包覆在叶片前缘壳体表面，对应覆冰区域，其与碳晶电热膜的结合面设有绝缘层;所述金属丝网具有钎焊的铜箔带，铜箔带上有螺栓穿孔;所述雷电流引线固定在抗剪切腹板上，它的一端通过螺栓与金属丝网连接，由螺栓将雷电流引线、金属丝网锁紧，螺栓与铜箔带的结合部、螺栓与雷电流引线的结合部均钎焊连接;雷电流引线的另一端从叶片根部引出接地。
[0009]所述金属丝网是铜丝网或铝丝网；所述螺栓是铜螺栓;所述绝缘层采用高密度双向玻璃纤维布增强树脂的玻璃钢绝缘层。
[0010]上述风力发电机叶片融冰加热结构的制作方法，可采用手工分步制作法或整体灌注法O
[0011 ]手工分步制作法包括如下步骤:
(1)、分别用模具灌注叶片迎流面壳体、背流面壳体、抗剪切腹板，再组装粘接，合模保温、保压，至粘接剂彻底固化后脱模，叶片成型；
(2、)在壳体上钻好碳晶电加热膜电源线穿孔、温度传感器信号线穿孔、避雷装置的螺栓穿孔；
(3)、在叶片壳体前缘覆冰区域安装温度传感器，并与其信号线钎焊连接；
(4)、在叶片壳体前缘覆冰区域表面涂覆粘接剂，再将面积与覆冰区域表面相当的碳晶电加热膜铺覆上去，并与其电源线钎焊连接；
(5 )、在碳晶电加热膜表面涂覆粘接剂，再将面积与碳晶电加热膜相当的高密度双向玻璃纤维布铺覆上去；
(6)、裁剪一块金属丝网，其面积应大于碳晶电加热膜，在金属丝网的一边钎焊铜箔带，在铜箔带上钻螺栓孔，将金属丝网铺覆在双向玻璃纤维布上面，其螺栓孔与叶片壳体上的螺栓孔对齐，将螺栓穿进螺栓孔，与雷电流引线连接，并将铜箔与螺栓钎焊连接、雷电流引线与螺栓钎焊连接；
(7)、将碳晶电加热膜电源线、温度传感器信号线、雷电流引线固定在抗剪切腹板上，并从叶片根部引出；
(8)、在金属丝网上铺覆低密度双向玻璃纤维布，将金属丝网覆盖，然后在叶片整个表面喷涂防风沙耐腐蚀的叶片专用油漆。
[0012]整体灌注法包括如下步骤:
(I )、在灌注叶片迎流面、背流面壳体之前，先把金属丝网、高密度双向纤维布、碳晶电热膜依序铺在模具内，对应覆冰区域，把温度传感器布置在碳晶电热膜上，并把金属丝网的雷电流引线、碳晶电热膜的电源线、温度传感器的信号线都钎焊好，其中，雷电流引线直接与金属丝网的铜箔带焊接;再铺叶片壳体纤维布及芯材；
(2)、抽真空灌注树脂一起成型，将金属丝网、高密度双向纤维布、碳晶电热膜、温度传感器固化在叶片壳体内；
(3)、在抗剪切腹板灌注成型后，把金属丝网的雷电流引线、碳晶电热膜的电源线、温度传感器的信号线固定在抗剪切腹板上；
(4 )、将迎流面壳体、被流面壳体、抗剪切腹板组装粘接，然后合模保温、保压，至树脂和粘接剂彻底固化后脱模，叶片成型；
(5)、在叶片整个表面喷涂防风沙耐腐蚀的专用油漆。
[0013]本发明的有益效果:
本发明通过在叶片覆冰区域设置碳晶电热膜，并将加热温度控制在0°c<t < 2°C，既有效地防止了叶片结冰，又节约能源，还可避免叶片前后缘因温差过大引起的变形，从而保证叶片的气动性能，延长叶片的使用寿命。通过设置避雷装置，使风力发电机免遭雷击，保障机组运行安全。
[0014]【附图说明】:
图1是本风力发电机叶片的融冰加热结构图图2是图1的横截面图图3是图2中局部A的放大图
图4是本叶片一种避雷装置的连接结构图(带连接螺栓)
图5是图4中局部B的放大图图中代号含义:
I:叶片壳体;2:温度传感器;3:碳晶电加热膜;4:双向玻璃纤维布;5:金属丝网;6:铜箔带;7:铜螺栓;8:温度传感器信号线;9:碳晶电加热膜电源线；10:加热控制器;11:碳晶电加热膜电极;12:抗剪切腹板;13:雷电流引线。
[0015]
【具体实施方式】
[0016]参见图1至图5，本风力发电机叶片的融冰加热结构，所述风力发电机叶片由壳体I和位于壳体内的两块抗剪切腹板12组合构成，所述壳体I由迎流面壳体和背流面壳体对接构成空腹结构，两块抗剪切腹板12在腹腔中纵向并列布置，它们分别与迎流面壳体、背流面壳体的内壁粘接;这是风力发电机叶片的基本结构。
[0017]本发明的特点，是在风力发电机叶片中增设碳晶膜加热装置，该装置包括碳晶电热膜3、温度传感器2、加热控制器1，所述碳晶电热膜3铺覆在壳体I的前缘表面覆冰区域，用于加热壳体前缘覆冰区域;所述温度传感器2布置在碳晶电热膜下，对应覆冰区域，用于检测壳体前缘覆冰区域的温度;所述加热控制器10布置在风力发电机控制系统中，根据温度传感器2检测到的壳体I前缘覆冰区域的温度，调整碳晶电热膜3的加热电功率，使壳体I前缘覆冰区域的温度恒定在设定值，该设定值略大于冰的熔点，通常为0°C<t^2°C。
[0018]所述碳晶电热膜3通过其电源线9连接电源，所述温度传感器2通过其信号线8连接加热控制器10，所述碳晶电热膜3的电源线9、温度传感器2的信号线8均敷设在叶片壳体I的腹腔中，固定在抗剪切腹板12上，从叶片根部引出。
[0019]由于设置了碳晶膜加热装置，为防止叶片遭受雷击，本风力发电机叶片还设有避雷装置，该避雷装置包括金属丝网5和雷电流引线13，所述金属丝网5包覆在叶片前缘壳体表面，对应覆冰区域，其与碳晶电热膜3的结合面设有绝缘层，该绝缘层是高密度双向玻璃纤维布(800g/m2)4作为夹心材料的玻璃钢绝缘层。所述金属丝网5具有钎焊的铜箔带6，所述雷电流引线13固定在抗剪切腹板12上，它的一端与金属丝网的铜箔带钎焊连接，另一端从叶片根部引出接地。本结构适合整体灌注工艺;若采用人工手糊工艺，则避雷装置如图4、图5所示，包括金属丝网5、雷电流引线13和连接螺栓7，所述金属丝网包覆在叶片前缘壳体表面，对应覆冰区域，其与碳晶电热膜3的结合面设有绝缘层，该绝缘层是高密度(800g/m2)双