[发明专利]风力发电机叶片的融冰加热结构及其制作方法

说明书

本发明公开一种风力发电机叶片的融冰加热结构，其特点是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，实现融冰和防止结冰；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0℃＜t≤2℃。还设有避雷装置，避免叶片遭受雷击。

技术领域

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

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。

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。

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

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0℃＜t≤2℃。

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。

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。

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。

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。