叶片及发电机组的制作方法

本发明涉及发电设备技术领域，尤其是涉及一种叶片及发电机组。

背景技术：

风机叶片是风力发电机的核心部件之一，风机叶片的设计直接影响到风机性能。在冬季，由于外界环境温度较低，叶片上容易结冰，结冰后会对叶片造成损坏，所以通常需要除冰技术对叶片进行避免防冻。目前国内外关于风机叶片除冰技术主要分三种类型：防冰冻涂料、气热除冰和电热除冰。经调研：防冰冻涂料技术几乎没有效果；气热除冰和电热除冰技术均可以达到除冰的效果，但是设备可靠性不高，单机技改成本太高，经济性不高。

气热除冰技术类似电吹风方式，若电机不转了，没有风了，大功率电阻丝干烧容易引起火灾；且叶片内腔材料是化学复合材料，耐温不能超过50度，要防范火灾风险，就需要设置非常复杂的控制系统。

目前电热除冰技术是常见的防冰技术，主要是在叶片外表层覆盖类似电热毯一样的碳纤维发热电阻丝，然后再覆盖两层耐磨防腐光滑涂料。该技术的缺点是容易招雷击，损坏碳纤维发热电阻丝，损坏后修复困难；并且长时间风吹日晒，碳纤维发热电阻丝有脱落掉下伤人的风险。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供叶片及发电机组，以解决现有叶片电热除冰时，叶片外表层覆盖类似电热毯一样的碳纤维发热电阻丝容易遭雷劈，容易掉落的问题。

本发明提供的叶片，包括：叶片本体、绝缘腹板和加热组件；

所述叶片本体内设腔室，所述绝缘腹板连接在所述腔室内，所述加热组件安装在所述绝缘腹板上，且所述加热组件与所述叶片本体的内壁之间间隙设置。

进一步的，所述加热组件包括电伴热带部和固定部；

所述电伴热带部通过所述固定部安装在所述绝缘腹板上。

进一步的，所述固定部包括粘结带和加固带；

所述绝缘腹板上设置有固定孔；

所述粘结带粘结在所述电伴热带部与所述绝缘腹板之间，所述加固带穿过所述固定孔，将所述电伴热带部绑缚在所述绝缘腹板上。

进一步的，所述加热组件还包括隔热层，所述隔热层黏贴在所述绝缘腹板和所述电伴热带之间。

进一步的，所述加热组件还包括绝缘均压电阻和接线端子箱，所述接线端子箱用于输入电能，所述接线端子箱与所述绝缘均压电阻连接，所述绝缘均压电阻与所述电伴热带连接。

进一步的，所述接线端子箱通过电缆与塔基连接，所述接线端子箱与所述塔基之间的电路上设置有限流电阻。

进一步的，还包括导流条；

所述导流条设置在所述叶片本体的外表面的尖端部；

或/和，所述叶片本体上设置有接闪器，所述导流条设置在所述叶片本体的接闪器的周围。

进一步的，还包括光纤温度传感器，所述光纤温度传感器设置在所述叶片本体的内壁。

进一步的，所述电伴热带部包括纳米导电碳粒带、母线带和绝缘层；

所述母线带与所述纳米导电碳粒带平行设置，所述绝缘层覆盖在所述纳米导电碳粒带和母线带上。

本发明提供的发电机组，包括：塔基、防冰控制器、轮毂和所述的叶片；

所述塔基的上端连接有轮毂，所述轮毂上连接有多个叶片，所述防冰控制器与所述叶片的加热组件连接。

本发明提供的叶片，叶片本体内设腔室，绝缘腹板连接在腔室内，加热组件安装在绝缘腹板上，且加热组件与叶片本体的内壁不接触。通过将加热组件安装在连接在叶片本体的腔室内的绝缘腹板上，利用加热组件在叶片本体内产生的热量，维持叶片本体内外的散热平衡，达到防结冰的效果；且加热组件安装在叶片本体的内侧的绝缘腹板上，避免了加热组件掉落的风险；进一步，加热组件与叶片本体的内壁之间存在间隙，即加热组件与内壁不接触，使得加热组件与内壁之间具有空气绝缘的效果，提高了防雷性能。

本发明提供的发电机组，塔基的上端连接有轮毂，轮毂上连接有多个叶片，防冰控制器与叶片的加热组件连接。通过在轮毂上连接多个叶片，防冰控制器与叶片本体内的绝缘腹板上安装的加热组件连接，控制加热组件在叶片本体内产生的热量，维持多个叶片的叶片本体内外的散热平衡，保证发电机组的防结冰的效果，每个叶片的加热组件安装在叶片本体的内侧的绝缘腹板上，避免发生掉落的风险，每个加热组件与叶片本体的内壁之间存在间隙，即加热组件与内壁不接触，使得加热组件与内壁之间具有空气绝缘的效果，提高了防雷性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的叶片的局部示意图；

图2为本发明实施例提供的叶片的部分的侧视图；

图3为本发明实施例提供的叶片本体的多层分布的示意图；

图4为本发明实施例提供的发电机组的流程图。

图标：11-叶片本体；12-绝缘腹板；13-加热组件；14-限流电阻；15-导流条；16-光纤温度传感器；21-塔基；22-防冰控制器；23-机舱电源转接箱；24-轮毂；25-接闪器；111-腔室；112-内壁；131-电伴热带部；132-固定部；133-隔热层；134-绝缘均压电阻；135-接线端子箱。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图2所示，本发明提供的叶片，包括：叶片本体11、绝缘腹板12和加热组件13；叶片本体11内设腔室111，绝缘腹板12连接在所述腔室111内，加热组件13安装在绝缘腹板12上，且加热组件13与叶片本体11的内壁112之间间隙设置。

通过将加热组件13安装在连接在叶片本体11的腔室111内的绝缘腹板12上，利用加热组件13在叶片本体11内产生的热量，维持叶片本体11内外的散热平衡，达到防结冰的效果；加热组件13安装在叶片本体11的内侧的绝缘腹板12上，避免发生掉落的风险，加热组件13与叶片本体11的内壁112之间存在间隙，即加热组件13与内壁112不接触，使得加热组件13与内壁112之间具有空气绝缘的效果，提高了防雷性能。

其中，叶片防结冰技术总体思路类似北方冬天室内暖气片供暖原理，结冰期到了，提前启动加热组件13，保持叶片本体11的内腔温度三十度，叶片本体11的外表温度二度左右，维持内部发热与外面散热平衡，达到防结冰的效果。

其中，为防雷击损坏电阻丝和电阻丝脱落的问题，将加热组件13安装在叶片本体11的腹板上，加热组件13与叶片内腔空气绝缘，提高加热组件13防雷击性能。

其中，叶片本体11内设置有迎风腹板和背风腹板，迎风腹板和背风腹板将腔室111分成三个腔室111，并且迎风腹板和背风腹板上分别设置有加热组件13，同时对叶片本体11进行加热。

进一步的，所述加热组件13包括电伴热带部131和固定部132；电伴热带部131通过固定部132安装在绝缘腹板12上。

通过固定部132将电伴热带部131固定在绝缘腹板12上，电伴热带部131能够实现稳定提供热源，固定部132实现将电伴热带部131稳定的固定在绝缘腹板12上。

其中，电伴热带部131是自限温电伴热带。加热元件采用自动限温ptc材料做的电伴热带，加热元件自动跟随环境温度调整发热功率，维持叶片内腔温度在设计范围内。它控制的温度不会过高亦不会过低，因为温度是ptc材料本身自动调节的，恒温性能和节能效益非常好。

其中，自限温电伴热带是新一代唯一带状恒温电加热器。其发热原件的电阻率具有很高的正温度系数“ptc”(positivetemperaturecoefficent)且相互并联。自限温电伴热带能够自动限制加热时的温度，并随被加热体的温度自动调节输出功率而无任何附加设备；可以任意裁短或在一定长度范围内接长使用，并允许多次交叉重叠而无高温过热点及烧毁之虑。上述特点使电伴热带具有防止过热、使用维护简便及节约电能等优点。

其中，电能发热功率与电压的平方成正比例，通过控制电压大小轻松实现发热功率，自限温电伴热带可根据环境温度自动调整发热功率维持叶片本体11的内温度在设计范围内，达到叶片本体11的表层防结冰效果。

进一步的，所述固定部132包括粘结带和加固带；绝缘腹板12上设置有固定孔；粘结带粘结在所述电伴热带部131与所述绝缘腹板12之间，加固带穿过固定孔，将电伴热带部131绑缚在绝缘腹板12上。

通过粘结带现将电伴热带部131粘贴安装在绝缘腹板12上，在通过加固带穿过绝缘腹板12上的固定孔将电伴热带绑缚在绝缘腹板12上，实现将电伴热带双层加固的固定在绝缘腹板12上。

其中，加固带可以是纶阻燃织材料，先通过粘结带将加热组件13粘结安装在叶片本体11的内腔的绝缘腹板12上，再用耐高温的比钢丝强度高的芳纶阻燃织带加固，避免叶片脱落的风险。

其中，加固带穿过与设置在绝缘腹板12上的固定孔将电加热带固定在绝缘腹板12上，类似于穿携带原理，通过加固带交叉穿过固定孔，实现将电加热带绑缚在绝缘腹板12上。

进一步的，加热组件13还包括隔热层133，隔热层133黏贴在绝缘腹板12和电伴热带之间。

通过在在绝缘腹板12和电伴热带之间设置有隔热层133，避免电伴热带在使用时温度过高时，对绝缘腹板12造成损坏，保证绝缘腹板12的使用寿命。

进一步的，加热组件13还包括绝缘均压电阻134和接线端子箱135，接线端子箱135用于输入电能，接线端子箱135与所述绝缘均压电阻134连接，绝缘均压电阻134器与所述电伴热带连接。

通过在加热组件13上设置有绝缘均压电阻134，实现在每个叶片本体11内的加热组件13接收的电压幅值一样，发热均匀，保证叶片的防冻效果；通过在加热组件13上设置有接线端子箱135，实现实现外部电源输入的电能能够加热组件13连接，实现对加热组件13提供电能。

进一步的，接线端子箱135通过电缆与塔基21连接，接线端子箱135与所述塔基21之间的电路上设置有限流电阻14。

通过在电缆将接线端子箱135与塔基21连接，进而与塔基21处的电源连接，实现塔基21处的电源通过线缆为加热组件13提供电能；由于加热组件13在短时间内接收到较大的电容充电电流，为了防止短时间内大电流损坏滑环，在塔基21处增加短时充电的限流电阻14，充电结束后，自动切除限流电阻14。

如图3所示，具体的，第一层是叶片结构里面的腹板，腹板选用化学复合材质，表面温度不能超过50度；第二层是将隔热板，隔热板选用重量轻、耐高温一百五十度隔热酚醛板，粘贴在第一层上；第三层是自限温电伴热带，用绝缘耐压敏热胶带的粘结带固定在第二层上；第四层是硅橡胶绝缘均压发热电阻和接线箱；第五层是加固带，加固带选用耐高温的玻璃纤维布，把第二层、第三层、第四层三层加固第一层上，起到加固作用；第五层是叶片本体11的内部腔室111，起到绝缘、加热、传热、隔热等作用；第六层是叶片本体11的内壁112，光纤测温传感器固定在其上，监测叶片本体11的内壁112温度，若此温度超过设计值(比如30度)，调低加热组件13的输入电压或暂时跳闸加热电源开关，等待防结冰控制器满足自动重启动条件再启动或手动启动命令再启动；第七层是叶片本体11的外表面的导流条15。

进一步的，还包括导流条15；导流条15可以设置在所述叶片本体11的外表面的尖端部。

或/和，叶片本体11上设置有接闪器25，导流条15还可以设置在叶片本体11的接闪器25的周围。

通过在叶片本体11的外表面的尖端部或/和接闪器25的周围设置有导流条15，提高外表面接闪雷电的概率，避免雷电直接击中加热组件13。

除了在叶片本体11的内部增加绝缘隔离，还需要在叶片本体11的外部增加接闪措施，提高叶片外表面接闪雷电的概率，从而避免雷电直接击中加热部件。目前最常用的外部接闪措施，在压片本体的外侧壁安装片段式雷电的导流条15。

根据统计数据可知，叶尖四米内遭受雷击的概率最大，越靠近叶根，雷击风险越小，因此在叶片本体11的叶尖位置设置有导流条15。叶片内部有加热组件13后，会增加后面区域的雷击风险，因此暂定防护区域为距离叶尖20m以内部分。

其中，导流条15主要用途是保护风力发电机组叶片，增加叶片表面的接闪范围，并提供雷电泄放通道，防止叶片遭遇雷击时发生损坏。

其中，雷电导流条15需要安装在铝叶尖和接闪器25周围，可以在叶尖4m内和第一个接闪器25周围安装导流条15。

进一步的，还包括光纤温度传感器16，光纤温度传感器16设置在叶片本体11的内壁112。

通过在叶片本体11的内壁112上设置有光纤温度传感器16，实现对叶片本体11的内部温度进行实时测量。

其中，光纤温度传感器16，利用部分物质吸收光谱随温度变化而变化的原理，分析光纤维传输的光谱信号，了解实时温度。

其中，光纤温度传感器16采用一种光纤折射率相匹配的高分子温敏材料涂覆在两根熔接在一起的光纤外面，使光能由一根光纤输入该反射面从另一根光纤输出，属于非接触式测温。光纤温度传感器16能够在较大的叶片本体11的内腔内较大范围内进行测温，保证测温的准确性，测温效果好。

其中，发电机组包括三个叶片，三个叶片本体11内分别设置有管线温度传感器，最后汇集在轮毂24处，从轮毂24处将测量的温度信号传递至塔基21处的防冰控制器22，实现防冰控制器22接收到温度信号，进而控制加热组件13的输出电压，保证叶片本体11内的温度保证在30℃。

叶片迎风面内壁112设计光纤测温传感器，监测内壁112温度小于30度，叶片外表面温度大于2度，即可防止叶片结冰。

进一步的，电伴热带部131包括纳米导电碳粒带、母线带和绝缘层；母线带与纳米导电碳粒带平行设置，绝缘层覆盖在纳米导电碳粒带和母线带上。

通过在纳米导电碳粒带和母线带上覆盖绝缘层，实现电伴热带部131绝缘防雷击，提高加热组件13的防雷效果。

其中，电伴热带部131由纳米导电碳粒和两根平行母线外加绝缘层构成，此种平行结构，以使所有自限温电伴热线均可以在现场被切割成任何长度，采用两通或三通接线盒连接。在每根电伴热线内，母线之间的电路数随温度的影响而变化，当电伴热带周围的温度变冷时，导电塑料产生微分子的收缩而使碳粒连接形成电路，电流经过这些电路，使电伴热带发热。当温度升高时，导电塑料产生微分子的膨胀，碳粒渐渐分开，引起电路中断，电阻上升，电伴热带会自动减少功率输出。当温度变冷时，塑料又恢复到微分子收缩状态，碳粒又自动连接起来，形成电路，电伴热带发热功率又自动上升。自限温电伴热带具有其他加热设备所没有的好处，其控制的温度不会过高亦不会过低，温度是自动调节的。

其中，从mw级别风力发电机组的叶片结构设计上，叶片本体11内部有一个很大的腔室111，腔室111容积有几十立方米，腔室111的长度在40米到60多米，叶片本体11的根部是密封的，叶片本体11的叶尖部位有一个直径10mm左右雨水孔。

如图4所示，本发明提供的发电机组，包括：塔基21、防冰控制器22、轮毂24和所述的叶片；所述塔基21的上端连接有轮毂24，所述轮毂24上连接有多个叶片，所述防冰控制器22与所述叶片的加热组件13连接。

通过在在轮毂24上连接多个叶片，防冰控制器22与叶片本体11内的绝缘腹板12上安装的加热组件13连接，控制加热组件13在叶片本体11内产生的热量，维持多个叶片的叶片本体11内外的散热平衡，保证发电机组的防结冰的效果，每个叶片的加热组件13安装在叶片本体11的内侧的绝缘腹板12上，避免发生掉落的风险，每个加热组件13与叶片本体11的内壁112之间存在间隙，即加热组件13与内壁112不接触，实现加热组件13与内壁112之间存在空气绝缘的效果，提高了防雷性能。

具体的，轮毂24上连接有三个叶片，三个叶片的根部与轮毂24连通，三个叶片叶片的加热组件13分别通过轮毂24与设置在塔基21上的防冰控制器22连接，实现一个防冰控制器22可以分别控制三个叶片上的三个加热组件13。

整个叶片通过网络通信系统实现测温和测自限温电伴热带的运行电流及相关控制命令。

其中，塔基21位于地面，地面的电源先通过机舱电源转接箱23，进而通过轮毂电源分配箱对多个叶片本体11内的加热组件13进行电源供给。

综上所述，本发明提供的叶片，叶片本体11内设腔室111，绝缘腹板12连接在腔室111内，加热组件13安装在绝缘腹板12上，且加热组件13与叶片本体11的内壁112不接触。通过将加热组件13安装在连接在叶片本体11的腔室111内的绝缘腹板12上，利用加热组件13在叶片本体11内产生的热量，维持叶片本体11内外的散热平衡，达到防结冰的效果，加热组件13安装在叶片本体11的内侧的绝缘腹板12上，避免发生掉落的风险，加热组件13与叶片本体11的内壁112之间存在间隙，即加热组件13与内壁112不接触，实现加热组件13与内壁112之间存在空气绝缘的效果，提高了防雷性能。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。