一种具有防雷除冰功能的风电机叶片的制作方法

本发明涉及风电机装置领域，具体涉及一种具有防雷除冰功能的风电机叶片。

背景技术：

风电机组处于自然环境中，会遭受自然界的雷电和低温灾害。

风电机组因大型化和低风速区的需要，塔架越来越高。叶片处于机组的最高端，且安装在空旷的地方，雷击风险也越来越高。常用的防雷办法是在叶尖和叶片中部表面设置接闪器，在叶片内部设置雷电的引下线，将雷电流经轮毂、机舱、塔架、基础等环节引入大地。叶片因雷击而损坏的占比很大，其中接闪器的接闪效率低是一个重要原因。

如图1所示，为现有的具有防雷功能的风电机叶片的防雷结构示意图，叶尖和叶片中部安装的金属接闪器捕捉雷电，雷电流经过叶片内部导体引下线经其他环节最终引入大地；该方案简单、经济且起到有效的防雷保护叶片的作用。但现有叶片接闪器的面积较小，且叶片为转动部件；可能导致雷电没被接闪器接收到，雷电可能发生叶片背面；引下线安装在叶片内部，如由于绝缘不好，和内部导体出现电弧灼烧破坏；或强大雷击电流产生巨大的热量，会使叶片内部水分气化急剧膨胀，使叶片爆裂破坏。

叶片结冰是风电机组的低温灾害之一，结冰使叶片气动性能下降，机组效率降低，年发电量损失10％～20％，恶劣地区损失则会更多；结冰使叶片附加载荷和振动增大，造成叶片使用寿命降低；同时，叶片结冰也会对叶片、机组和现场人员造成很大安全隐患。

现有防结冰方法有机械除冰、加热防冰、涂层防冰等方法，都有小范围的使用和测试，但其各自还有技术缺点不足。(1)机械除冰：通过机械振动、机械力或人工击打等办法除冰，其效果和作用有限。(2)加热除冰：在前缘区域布置电热带或从风机叶根处吹热风加热叶片。前缘加热带或加热传感器需要提前埋覆，有可能影响叶片气动外形，结构复杂；电气原件也有防雷隐患。(3)热空气加热叶片：需要特定的导通热气和抽取热气的管道。虽对叶片防雷系统没有特殊要求；停机时，可以整个叶片除冰。但因叶片玻璃钢材料具有较好的绝热性，热空气除冰需要较大的加热能量，效率低。如果叶片结冰后停机加热除冰，需要在耗电加热的同时且无法实现发电。(4)涂层防冰：其具体有防结冰涂料、防冰溶液，涂成黑色等方法。防结冰涂料可以减小叶片与冰层之间的剪切力，其优势是整个叶片采用防结冰涂层，成本相对低，没有特殊的防雷要求，叶片易于维护，且整个表面都得到了保护。但防结冰涂料由于具有强憎水性的特征，严重影响涂层的粘附性能。防冰溶液使叶片表面上水的冰点降低，从而使水不易凝结成冰，但其缺点是只能短期防冰、用量大、严重结冰状况下除冰的效果差。涂黑吸热防冰，白天黑色吸收太阳光而被加热后，冰层就会比白色更早融化。但在夏季叶片上的温度会较高，从而会影响叶片玻璃钢的材料性能，使叶片变柔，影响叶片的气动外形。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有防雷除冰功能的风电机叶片，该风电机叶片既可以提高风机叶片上的接闪器的接闪效率，也可以在发电的同时完成除冰操作，实现结构简单，能耗低及效率高的目的。

为达到上述目的，本发明提供了一种具有防雷除冰功能的风电机叶片，包括叶片本体及设置在叶片本体上的接闪器，所述叶片本体上的最内层设置有不止一个用于叶片除冰的导电漆加热电路；所述接闪器周围的叶片本体上的最外层设置有用于叶片防雷的防雷导电漆涂层。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述导电漆加热电路设置于叶片本体的前缘区域。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述导电漆加热电路呈方波形状。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述防雷导电漆涂层设置于叶片本体尖部的接闪器周围的叶片本体上。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述防雷导电漆涂层还设置于叶片本体中部的接闪器周围的叶片本体上。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述叶片本体尖部和中部的防雷导电漆涂层之间还设置有贯通的防雷导电漆导电带，其用于使叶片本体上部接闪防雷。

上述的具有防雷除冰功能的风电机叶片，其中，所述叶片本体上还包含贯通整个叶片本体的防雷导电漆导电带，其用于使整个叶片本体接闪防雷。

本发明相对现有技术的有益效果为：

(1)在叶片容易结冰的前缘区域设置多个导电漆加热电路，依次局部通电加热除冰，可以避免使用大功率大电流同时加热整个叶片除冰区，风电机的滑环过电流能力不需要增加。此外，导电漆涂层很薄不会影响叶片气动外形，操作方便，可替代加热带或其他结构复杂的加热元件。

(2)在叶片接闪器周围设置导电漆涂层，可以扩大接器接闪面积，提高接闪率；也可在叶片表面涂一定宽度的贯通导电带，起到表面引下线的作用，避免雷电流从内部引下线经过引起电弧或内部水分气化爆裂叶片。

附图说明

图1为现有的具有防雷功能的风电机叶片的防雷结构示意图；

图2为本发明实施例1的叶片本体前缘区域的除冰结构整体示意图；

图3为本发明实施例1的叶片本体前缘区域的除冰结构局部示意图；

图4为本发明实施例2的防雷结构示意图；

图5为本发明实施例3的防雷结构示意图；

图6为本发明实施例4的防雷结构示意图；

图7为本发明实施例5的防雷结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过具体实施例对本发明作进一步的描述，这些实施例仅用于说明本发明，并不是对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种具有防雷除冰功能的风电机叶片，包括叶片本体及设置在叶片本体上的接闪器，所述叶片本体上其他叶片涂层的最下层喷涂设置有用于叶片除冰的导电漆加热电路(该加热电路由喷涂的一定形状的导电漆涂层形成)；所述接闪器周围叶片本体上的最外层喷涂设置有用于叶片防雷的防雷导电漆涂层。所述导电漆为环氧树脂、氨基树脂为基料，添加银或铜等导电材料，配比和喷涂厚度依照试验的电阻率确定。

实施例1：

如图2所示，为叶片本体前缘区域的除冰结构整体示意图。先测试合适宽度和电阻率后配制导电漆，为了使用小功率电流进行局部区域加热，叶片前缘喷涂设置连续的方波形高电阻率导电漆加热电路。将加热导电漆接通220v或400v风机内电流。加热用导电漆配比和喷涂面积、电阻率根据电流电压发热效率确定。如图3所示，为叶片本体前缘区域的除冰结构局部示意图。为实现依此局部区域加热除冰，可在方波形高电阻率导电漆加热电路上设置位点0、1、2、3，将位点0连接负极和位点1连接正极，在0-1电路通电，则只在该局部区域加热除冰；然后，将位点1连接负极和位点2连接正极，在1-2电路通电，则只在该局部区域加热除冰；以此类推，再依次对2-3电路通电加热以及更多的电路通电加热，可实现局部区域加热除冰。这样可以使用小电流将局部区域依次加热除冰，达到避免整个叶片同时加热，需要大电流才能达到除冰的目的。加热电路的其他辅助导线可以使用喷涂于叶片表面的低电阻率导电漆，也可以在叶片内部另外设置回路导电线。

实施例2：

如图4所示，在叶片尖部接闪器周围的叶片本体上喷涂设置有低电阻率防雷导电漆涂层，用于改善叶尖防雷接闪效果。为使防雷导电漆尽快导走自然产生的强大雷电流，防雷导电漆导电率越低越好，试验测定要达到整个通路电阻小于2欧姆。

实施例3：

如图5所示，在叶片尖部和中部接闪器周围的叶片本体上喷涂设置有低电阻率防雷导电漆涂层，用于改善叶片防雷接闪效果。

实施例4：

如图6所示，在叶片尖部和中部接闪器周围的叶片本体上喷涂设置有低电阻率防雷导电漆涂层，并且还喷涂设置有贯通叶片本体尖部和中部的防雷导电漆涂层的低电阻率防雷导电漆导电带，使叶片上部都可以接闪导通，改善叶片防雷效果。

实施例5：

如图7所示，在叶片尖部和中部接闪器周围的叶片本体上喷涂设置有低电阻率导电漆涂层，并且在中部梁帽位置还喷涂设置有贯通整个叶片本体的低电阻率防雷导电漆导电带，改善叶片防雷效果。因该防雷导电漆导电带能起到叶片表面防雷引下线的作用，所以本实施例也可以不需要设置在叶片本体内部的防雷引下线。

综上所述，本发明使用高电阻率防雷导电漆加热电路代替加热带或加热元器件，导电漆作为加热电路不影响叶片外形和制作流程；导电漆在其他叶片涂层的最下层，其他涂层可以作为导电漆加热电路的绝缘层。

本发明将低电阻率的防雷导电漆涂层喷涂设置于叶片接闪器周围表层，相当于扩大接闪器面积；导电漆喷涂可以在叶片其他工序完成后附加喷涂，且可以进行多种不同的设置方案；导电漆的电阻率可以根据需要调制。导电漆也可以对风场服役叶片实施喷涂，改善接闪器防雷接闪效果。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。