一种风力发电机组叶片除冰系统的制作方法

本发明涉及一种风力发电机组叶片除冰系统，具体是一种能对风场运行叶片进行加热防止其表面出现冰冻的加热系统，属于风力发电技术领域。

背景技术：

我国中、南部地区风力资源丰富，市场需求强劲，风电发展潜力很大。中国国家能源局“十二五”风电项目中，云、贵、湘、鄂、江、浙等省的风电项目容量巨大，然而这些区域冬季温度低、湿度高、多冻雨、雾凇天气，风电机组普遍面临冰冻问题。除中国外，冰冻气候在世界范围内也分布广泛，北欧、中欧、北美、亚洲北部等国家和地区的一些风场也面临冰冻问题。冰冻气候下，风电机组所有的外露表面都会覆冰，其中叶片是覆冰的重点区域，造成风机停机、结构部件疲劳损伤加剧、寿命缩短、落冰伤人毁物等一系列问题。由于冰冻气候频发，云、贵等省曾出现过大面积、长时间的风机覆冰停机事故，严重影响风场的开发和盈利。在此背景下，抗冰冻型风机具有极强的市场需求，风电机组叶片的抗冰冻问题成为当今风电技术研究的一个热点。

除国内风场的风机面临严重的结冰问题外，国际市场对于风机的防、除冰能力也有十分迫切的需求。芬兰、挪威、瑞典、捷克、俄罗斯加拿大等国家有十分广泛的结冰气候，这些国家在发展风电项目时非常重视风机的抗结冰能力。以我公司在加拿大的《cree10mw新能源综合示范项目》为例，该项目中加拿大方面明确要求风轮叶片需要具有防、除冰能力，以保证在冬季寒冷条件下，风机可以持续运行。

目前，为解决叶片结冰问题，国际上已经开发了多种叶片防、除冰的方法。实际上，除冰技术在航空领域中研究和应用更为深入和广泛，风电领域的防、除冰技术借鉴了航空领域的诸多技术。目前，在风电领域有所应用的技术方法及其优缺点如表1所示。

技术实现要素：

针对以上技术问题，本发明提出了一种风力发电机组叶片除冰系统。

本发明涉及一种风力发电机组叶片除冰系统，所述叶片除冰系统包括：若干加热单元，电源线，电源控制系统；其中，

所述叶片除冰系统布置于易结冰位置的叶片前缘内腔处，加热区域为叶片前缘分型线两侧且平均分布；

所述加热单元由碳纤维加热线缆构成，碳纤维加热线缆根据叶片加热除冰所需温度将其设计成10m-50m长度，线缆间距为30-100mm范围内，每根碳纤维加热线缆为一个加热单元；

每个加热单元的碳纤维加热线缆两端子与所述电源线连接，且每个单元之间为并联方式，所述电源线最终与所述电源控制系统连接，每个加热单元相邻加热区域的拼接位置预留20-50mm间隔；所述电源线与每个加热单元的两个端子的连接点外部采用耐高温绝缘胶布进行密封，所述电源线采用与碳纤维加热线缆和叶片前缘内腔相同固定方式固定，即湿法袋压或真空灌注方式进行固定。

其中，所述碳纤维加热线缆采用非金属材料碳为原材料，其外绝缘保护层选用铁氟龙和pvc材料分层组合而成。

上述风力发电机组叶片除冰系统的制造方法，所述制造方法包括以下步骤：

(1)将碳纤维加热线缆固定在叶片前缘内腔；

(2)将电源线固定在叶片前缘内腔；

(3)加热单元的碳纤维加热线缆两端子与电源线连接，且每个加热单元之间为并联方式，连接点外部采用耐高温绝缘胶布进行密封，电源线最终与电源控制系统连接；

(4)以真空导注方式制得风力发电机组叶片。

其中，所述步骤(1)具体为：

在叶片结构层铺结束后，将碳纤维加热线缆固定于前缘玻纤布表面，可采用棉线缝制形式进行，采用热熔胶将加热线缆固定在叶片腔体内侧，再采用两层宽度超过加热线缆布置区域面积的双轴向玻纤进行湿法袋压，同时将加热线缆连接电源线的两端子漏出，并采用袋膜包裹形式进行密封，防止其端子被树脂覆盖。

其中，所述步骤(1)具体为：

在叶片结构层铺结束后，将碳纤维加热线缆固定于前缘玻纤布表面，可采用棉线缝制形式进行，将加热线缆连接电源线的两端子漏出，并采用袋膜包裹形式进行密封，防止其端子被树脂覆盖。

步骤(2)将电源线固定在叶片前缘内腔的固定方式和步骤(1)将碳纤维加热线缆固定在叶片前缘内腔的固定方式相同。

附图说明

图1是风力发电机组叶片截面图

图2是加热单元示意图

图3是叶片加热区域布置图

具体实施方式

下面结合图1-3以及具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

为了解决目前在高湿，低温环境下叶片表面的冰冻问题。本发明采用碳纤维线缆为发热体，其具有很高的机械强度和极长的使用寿命，电热线重量轻、柔软，可弯曲成各种形状，易制成多种电热元件组合模块，能方便地适用于各种加热场合的需求。碳纤维加热线缆的特点发热体热惯性小，发热迅速，电热转换效率高，且省电节能。发热体抗氧化性能好，不易老化，电阻值稳定，发热均匀，发热温度、发热能量可由电线长度、电压进行调节控制。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种风电机组叶片加热除冰系统，该系统加热源为碳纤维加热电缆，加热源位于叶片前缘内腔。碳纤维电缆与叶片前缘壳体固定方式为真空灌注或湿法袋压成型工艺。

根据叶片除冰所需温度，设计一定长度的碳纤维加热电缆，在叶片前缘所需加热位置，按照一定间距进行线缆铺设。同时将碳纤维加热电缆两端子进行预留，以便后期与电源线进行连接。

每根定长的碳纤维加热电缆为一个加热单元，不同叶型可以设计成由不同数量加热单元组成的加热除冰系统，每个加热单元为并联方式进行连接。

叶片除冰系统具体制作如下：

叶片除冰系统布置于易结冰位置的叶片前缘内腔处，加热区域为叶片前缘分型线两侧且平均分布，如图1、3所示。碳纤维加热线缆根据叶片加热除冰所需温度将其设计成10m-50m长度，每根这样的碳纤维加热线缆为一个加热单元。根据叶片不同位置所需加热区域面积不同，将加热电缆在叶片前缘内腔进行分布。该叶片除冰系统包括多个加热单元。碳纤维加热线缆在叶片前缘内腔布置时，为保障足够热量使叶片表面所覆盖冰层融化、脱落，线缆间距为30-100mm范围内，如图2所示，需要说明的是，图2中的碳纤维加热电缆和碳纤维加热线缆在本发明中具有相同的技术含义。

碳纤维加热线缆在叶片前缘内腔的固定方式为：首先叶片合模前在前缘需要加热区域布置加热线缆，可以采用热熔胶将加热线缆固定在叶片腔体内侧，再采用两层宽度超过加热线缆布置区域面积的双轴向玻纤进行湿法袋压。

同时也可按照以下步骤进行固定，在叶片结构层铺结束后，将碳纤维加热线缆固定于前缘玻纤布表面，可以采用棉线缝制形式进行。将加热线缆连接电源线的两端子漏出，并采用袋膜包裹形式进行密封，防止其端子被树脂覆盖。然后进行叶片的后续步骤操作。待叶片壳体真空导注结束后经过预固化碳纤维加热线缆固定于叶片前缘内腔位置。

每个加热单元的碳纤维加热线缆两端子与电源线连接，且每个单元之间为并联方式，电源线最终与电源控制系统连接。每个加热单元相邻加热区域的拼接位置预留20-50mm间隔。

电源线与每个加热单元的两个端子的连接点外部采用耐高温绝缘胶布进行密封。电源线采用与碳纤维加热线缆相同固定方式即湿法袋压或真空灌注方式进行固定。

碳纤维加热电缆采用非金属材料碳为原材料，使用寿命长，其外绝缘保护层选用铁氟龙(耐高温300℃)和pvc材料分层组合而成，寿命足以保证叶片正常运行。

本发明采用如上技术方案后具有如下优点：

1.采用碳纤维加热线缆作为叶片除冰系统热源，为叶片表面所覆盖冰层融化、脱落提供所需热能。碳纤维加热线缆铺设于叶片前缘内腔位置，采用手糊方式或真空灌注工艺使碳纤维加热线缆与叶片内腔紧密贴实，可使加热线缆所产生热量更加快速传递到叶片表面从而使叶片外表面温度升高达到所覆盖冰层融化、脱落目的。

2.碳纤维加热线缆作为叶片除冰系统热源，铺设工艺简单、生产成本低、可在不规则叶片内腔表面进行铺设。

3.加热效率高，升温迅速、安全可靠、温度控制仅通过设定电缆长度就可以进行精确控温，避免了其他方式电加热控温失效而造成叶片玻璃钢材料损伤。

4.采用碳纤维加热线缆作为热源的叶片除冰系统与目前主流的的热气流方式加热除冰方式相比，叶片增重仅有热气流方式的30％、能耗为热气流方式的60-70％。由于碳纤维的特性，不易氧化，寿命长等优点，在碳纤维加热电缆与电源进行连接后，不会出现机械故障。

以上所述仅是本发明优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应该视为本发明的保护范围。