一种风电叶片加热除冰系统的制作方法

1.本实用新型涉及风电叶片除冰的技术领域，尤其是指一种风电叶片加热除冰系统。


背景技术：

2.我国幅员辽阔，有着丰富的风电资源，在内陆的东北、华北和西北高原寒冷地区的风电资源尤为丰富，有着巨大的开发价值。然而这些地方的高海拔、高湿度、低温环境很容易导致叶片表面结冰。叶片表面结冰带来的影响有很多，比如使风机无法正常运转、影响叶片寿命甚至导致断裂、容易出现落冰引起的运行事故、降低叶片运行发电效率等。
3.现有的一些试图解决叶片结冰问题的方法有电加热除冰、抗结冰涂层、气热除冰、热水冲刷除冰、直升机喷洒融冰剂等。传统的电加热除冰系统通常使用金属元件，金属元件柔韧性差，无法长期贴合叶片，使用过程中容易断裂，加热时容易出现局部高温，除冰效果差。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种风电叶片加热除冰系统，能够有效解决现有叶片加热除冰系统易损坏、除冰效果差的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型所提供的技术方案为：一种风电叶片加热除冰系统，包括加热单元、电源单元和温控单元，所述加热单元有多个，分别布置于叶片的不同区域，每个加热单元包括石墨烯纤维复合材料层、导热绝缘层和加热元件，所述石墨烯纤维复合材料层一体成型于叶片外表面，所述加热元件设于叶片内腔，其通过导热绝缘层与石墨烯纤维复合材料层连接，所述电源单元分别与每个加热元件连接，所述温控单元有多个，其数量分别与加热元件和石墨烯纤维复合材料层的数量相一致且一一对应，多个温控单元依次连接并与电源单元相连接，每个温控单元分别用于探测对应的加热元件和对应的石墨烯纤维复合材料层所在位置处的叶片外表面温度。
6.进一步，所述石墨烯纤维复合材料层由叶片的外蒙皮玻璃纤维层以及铺设于外蒙皮玻璃纤维层内部的石墨烯纤维层构成。
7.进一步，所述叶片的内表面上形成有用于插入加热元件的安装孔，所述加热元件的端部插入安装孔内并与石墨烯纤维复合材料层的石墨烯纤维层连接，所述导热绝缘层覆盖于加热元件与叶片的接触面上。
8.进一步，所述加热元件为金属电阻丝。
9.进一步，所述温控单元为温度传感器。
10.进一步，还包括过热保护装置，所述过热保护装置分别与电源单元和多个温控单元连接。
11.进一步，所述电源单元包括智能电源以及与其连接的主开关和多个自动开关，所述主开关与多个温控单元连接，多个自动开关分别与多个加热元件一一对应连接。
12.本实用新型与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
13.1、本实用新型的除冰系统利用在叶片内部铺设石墨烯纤维层，由于石墨烯纤维层是面状发热，加热时温度分布均匀，可有效避免局部高温带来的安全隐患，同时可达到良好的除冰效果。
14.2、本实用新型的除冰系统利用在叶片内部铺设石墨烯纤维层，石墨烯纤维导电性能优秀，加热升温速度快，所需电加热功率低，可大大降低加热除冰所消耗的电能，成本低。
15.3、本实用新型的除冰系统利用在叶片内部铺设石墨烯纤维层，石墨烯纤维具有良好机械强度和柔韧性性能，除冰系统使用寿命长，后期维护成本低。
附图说明
16.图1为本实用新型的除冰系统的结构示意图。
17.图2为本实用新型的石墨烯纤维层在叶片内部的示意图。
18.图3为图2中a处的局部放大图。
具体实施方式
19.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步说明,但本实用新型的使用方式不限于此。
20.如图1所示，本实施例所述的风电叶片加热除冰系统，包括加热单元、电源单元和温控单元2，所述加热单元有多个，分别布置于叶片的不同区域，用于利用电能转化的热能进行叶片每个区域的加热除冰工作，每个加热单元包括石墨烯纤维复合材料层101、导热绝缘层102和加热元件103，所述石墨烯纤维复合材料层101一体成型于叶片外表面，所述加热元件103设于叶片内腔，通过在叶片内表面上加工安装孔，接着将加热元件103的端部插入安装孔内与石墨烯纤维复合材料层101的石墨烯纤维层1011进行连接，在加热元件103与叶片的接触位置覆盖导热绝缘层102，通过加热元件实现对叶片外表面的加热，所述电源单元分别与多个加热元件103连接，用于产生电能和控制加热元件103的开关，所述温控单元2有多个，其数量分别与加热元件103和石墨烯纤维复合材料层101的数量相一致且一一对应，多个温控单元2依次连接并与电源单元相连接，每个温控单元2分别用于探测对应的加热元件103和对应的石墨烯纤维复合材料层101所在位置处的叶片外表面温度。
21.如图2、图3所示，石墨烯纤维复合材料层101由石墨烯纤维层1011和叶片的外蒙皮玻璃纤维层1012构成，通过将石墨烯纤维层1011铺设于叶片相应区域的外蒙皮玻璃纤维层1012的内部，接着通过灌注环氧树脂使石墨烯纤维层1011一体成型到叶片结构中，从而由石墨烯纤维层1011与外蒙皮玻璃纤维层1012组成作为热传导结构的石墨烯纤维复合材料层101。
22.具体的，加热元件103为金属电阻丝，通电后可产生焦耳热。
23.具体的，温控单元2为温度传感器。
24.具体的，还包括过热保护装置3，所述过热保护装置3分别与电源单元和多个温度传感器连接，通过温度传感器将探测的加热元件103和叶片外表面温度信息实时反馈给过热保护装置3，当过热保护装置3检测到温度过高时反馈给电源单元并切断电源，防止加热温度过高损坏叶片结构或加热除冰系统。
25.具体的，电源单元包括智能电源401以及与其连接的主开关402和多个自动开关403，所述主开关402与多个温度传感器连接，根据季节手动闭合或断开主开关402，从而控制整个除冰系统的开关状态，如夏季天热时就长时间断开主开关402，整个除冰系统不运行，冬季天冷时闭合主开关402，温度传感器进入工作状态，当温度传感器探测温度超出其设定范围时会发送电流信号到对应的自动开关403，从而使自动开关403闭合，每个自动开关403可以根据对应的温度传感器反馈的温度信息间歇性的接通或断开电源，以使加热元件103进行加热除冰工作，从而实现分区域调节控制叶片外表面的温度。
26.本实用新型的具体工作原理如下：
27.首先闭合主开关，通过多个温度传感器监测叶片外表面温度，当监测到叶片外表面某个或多个区域温度较低时，由相应的温度传感器触发反馈信号给电源单元，此时相应的自动开关会接通电源，接着通过相应的加热元件通电后产生焦耳热，焦耳热通过导热绝缘层传递至石墨烯纤维复合材料层，石墨烯纤维复合材料层再将热量均匀传递至叶片外表面进行加热除冰。
28.在加热过程中，温度传感器将探测的加热元件和叶片外表面温度信息实时反馈给过热保护装置，当过热保护装置监测到加热元件或石墨烯纤维复合材料层或叶片外表面温度过高时，反馈给电源单元切断所有电源，防止加热温度过高损坏叶片结构或加热除冰系统。
29.本实用新型的除冰系统利用在叶片内部铺设石墨烯纤维，石墨烯纤维是一种新型碳质纤维，具有良好的导电、导热、机械强度和柔韧性等性能，通过将石墨烯纤维应用于叶片铺层，在叶片内部成型，将石墨烯纤维复合材料层作为热传导结构将热量均匀传递至叶片外表面使冰层熔化，最终在气动力或者惯性力作用下脱落，达到良好的除冰效果。
30.以上所述之实施例子只为本实用新型之较佳实施例，并非以此限制本实用新型的实施范围，故凡依本实用新型之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本实用新型的保护范围内。