[实用新型]一种风机叶片涂层覆冰附着力测试的试验装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种风机叶片涂层覆冰附着力测试的试验装置。

背景技术

近年来，风力发电在世界的能源总量中所占的比例逐渐提高，风电已经成为世界上发展最快、最具发展前景的能源开发方式。风能是一种可再生能源，不存在常规能源带来的环境污染问题，已被世界各国普遍关注和优先发展。我国具有广阔的草原和漫长的海岸线，风能资源储备非常丰富。然而丰富的风资源大部分分布在冰天雪地北方，环境极其恶劣。风力发电风机在摄氏零度以及零度以下低温条件下运行时，如果遇到潮湿空气、雨水、盐雾、冰雪，特别是遇到过冷却水滴时，就会发生冻冰现象。我国陕北和云贵等地区风机叶片结冰问题十分严重。风机叶片覆冰后，会产生很大的危害。风机叶片的工作原理是将风的动能转变为机械能。风机叶片由两只或多只螺旋桨形的叶轮组成。有风吹过时，桨叶上产生气动力驱动风轮转动。由于风机叶片是风机的重要组成部件，风机叶片的气动性能直接影响到风机转换风能的效率。风机叶片覆冰后，会产生很大的危害。不仅使得风机叶片原有的翼型改变，大大影响风电机组的载荷和出力，对机组产生非常大的危害，使得风机的发电效率大打折扣，据统计，年发电损失达1%～10%，严重地区高达20%～30%。叶片结冰还可能导致异常振动现象，从而影响叶片服役寿命和机组正常发电。 严重时发生甩冰，甚至叶片断裂，威胁风电场地区人员安全。因此风机叶片防覆冰技术研究具有重要的现实意义。

防覆冰是一个世界性难题, 冰灾多发国家如加拿大、美国早已成立了专门的研究机构, 对解决覆冰问题进行大量研究。目前国内外通常采用机械除冰、涂撒防覆冰剂、加热除冰和涂层防冰4 种除冰方法，但经过综合比较，认为采用防覆冰涂料这种涂层防冰是一种切实有效的方法。但关于防覆冰涂料的相关性能检测目前并没有一套系统完善的方法，常见的方法有覆冰附着力的测试方法，涂层接触角的测试方法，涂层表面张力的测试方法和风冰冻试验等。其中风机叶片涂层覆冰附着力能够有效的反映叶片结冰后表面覆冰与涂层样板的结合力情况，能在一定程度上模拟风机叶片实际运转时覆冰甩出情况。

目前国外采用两种测试装置对材料的防覆冰能力进行定量测试，一种是将可以旋转的圆柱置于装满水的容器中，然后进行冷冻。当水结冰以后，开始旋转圆柱，并测定圆柱开始旋转需要的最大扭矩，并以此计算材料表面的覆冰剪切力。该装置存在以下两个缺点，一是水在间隙中的覆冰过程与实际情况存在差别(实际中冰在涂层表面是逐渐累积的)，二是多次测试结果重复性不很理想, 甚至有时达到300%的误差。另一种是采用可以旋转的圆盘，首先让圆盘表面覆冰，然后开始转动圆盘，并测定圆盘表面覆冰脱落时的转速，最后以此计算覆冰的附着力。这主要是反映了冰在涂层样板水平方向的覆冰附着力，而不能反映冰在涂层样板垂直方向的覆冰附着力，另外该装置不仅需要具备速度可调的高速旋转功能，同时还需具备低温功能，从而保证试验样板表面的覆冰不被融化。总的来说该设备结构复杂，成本相对较高。

目前国内有一种微机控制的材料表面覆冰附着力的测试装置，该装置可以测试材料表面的剪切力、抗拉力和剪切力与抗拉力间的耦合作用力。但用于测试风机叶片涂层覆冰附着力时，不仅需要将风机叶片材料加工成圆柱体杆、上方是圆柱体和下方是圆锥杆上下组合在一起的杆特定的形状，还需要在试样表面涂装防结冰涂料。这样不仅麻烦，而且由于风机叶是片状的，所以测试条件与实际情况存在一定的差异，达不到模拟测试的目的。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题，就是提供一种操作简单、能够模拟风机叶片实际情况的风机叶片涂层覆冰附着力测试的试验装置。

解决上述技术问题，本实用新型采取如下技术方案：

一种风机叶片涂层覆冰附着力测试的试验装置，包括固定装置和测试装置，其中固定装置包括底板、顶板、四螺杆、四螺母，测试装置包括圆柱筒、圆柱筒盖、钢丝拉绳；底板四个角分别开有一个通孔，顶板中心处开有一个圆形开口，同时四个角分别开有一个通孔；圆柱筒筒身中部设有一用于放置钢丝拉绳的环形凹槽，筒口处设有内螺纹；圆柱筒盖筒口处设有外螺纹，盖顶中部外伸出一勾孔；圆柱筒放在底板上，圆柱筒盖通过螺纹连接圆柱筒，顶板置于圆柱筒上，由螺杆和螺母通过通孔将底板与顶板相连接并固定，钢丝拉绳通过环形凹槽与圆柱筒相连接或通过勾孔与圆柱筒盖相连接。

为了保证实验的质量，圆柱筒和圆柱筒盖均采用亲水性材料。

为了减少圆柱筒与带涂层的样板之间缝隙，圆柱筒底部设有环形凹槽，环形凹槽中放置橡胶垫圈。