專(zhuān)利名稱(chēng)：一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的風(fēng)輪葉片，特別是涉及一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在運(yùn)行過(guò)程中，風(fēng)輪葉片會(huì)遭受各種惡劣環(huán)境的考驗(yàn)，其中葉片表 面在寒冷環(huán)境中結(jié)冰是困擾風(fēng)電機(jī)組冬季運(yùn)轉(zhuǎn)的主要因素。風(fēng)輪葉片結(jié)冰后會(huì)造成風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量降低甚至停機(jī)，結(jié)冰后葉片的質(zhì)量不平衡會(huì)造成塔筒底部的疲勞損傷增強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)葉片上冰塊從高空甩落會(huì)產(chǎn)生危害隱患，因此防止葉片結(jié)冰或者葉片結(jié)冰后迅速除冰是風(fēng)電技術(shù)研究的一個(gè)熱點(diǎn)。根據(jù)GL規(guī)范的相關(guān)規(guī)定，運(yùn)轉(zhuǎn)中的風(fēng)輪葉片發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象的區(qū)域主要為葉片殼體前緣表面。從葉根到R/2(R為葉片長(zhǎng)度)處，前緣上冰的質(zhì)量分布(質(zhì)量/單位長(zhǎng)度)由0線(xiàn)性增加到y(tǒng)E;從R/2處到葉尖處，前緣上冰的質(zhì)量分布保持yE不變。因此，當(dāng)葉片前緣特別是R/2處到葉尖區(qū)域的表面溫度超過(guò)結(jié)冰溫度時(shí)，可有效抑制風(fēng)輪葉片的結(jié)冰現(xiàn)象。根據(jù)德國(guó)Enercon公司的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)熱氣流加熱葉片表面是實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪葉片防/除冰的有效方法。目前國(guó)內(nèi)外已有一些專(zhuān)利對(duì)該技術(shù)進(jìn)行保護(hù)。美國(guó)專(zhuān)利US2006/0018752 Al介紹了一種“C”型循環(huán)通路，熱氣流沿著葉根-葉尖-葉根的循環(huán)回路加熱葉片前緣區(qū)域，但該方法對(duì)靠近葉根的區(qū)域的加熱作用更為明顯。中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN201367977 Y通過(guò)管路引導(dǎo)熱氣流加熱葉片，熱氣流通過(guò)葉尖處的通孔排出，但這種方法并未循環(huán)使用熱空氣，熱利用率不高。美國(guó)專(zhuān)利US6676122B1和中國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN102322405A將發(fā)電機(jī)中的熱氣通過(guò)管路弓丨導(dǎo)到風(fēng)輪葉片中加熱葉片，同時(shí)實(shí)現(xiàn)發(fā)電機(jī)的制冷，但并未具體介紹葉片內(nèi)的熱氣流管路排布。從葉片的結(jié)構(gòu)形式考慮，靠近葉尖的葉片前緣腔體空間狹小，不能安裝排布復(fù)雜的氣流管路；而靠近葉根的葉片前緣腔體空間過(guò)大，會(huì)出現(xiàn)加熱效果不明顯或者管路排布和固定方法復(fù)雜的問(wèn)題。因此，如何設(shè)計(jì)出合理的管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式，使熱氣流重點(diǎn)加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并實(shí)現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率，是當(dāng)前本領(lǐng)域的重要研究課題之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，使其管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式合理，熱氣流重點(diǎn)加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并可實(shí)現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率。為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，所述的前緣腔體內(nèi)設(shè)置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風(fēng)機(jī)，以及與加熱式鼓風(fēng)機(jī)的出氣口連接的絕熱管道；所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對(duì)應(yīng)區(qū)段為開(kāi)設(shè)有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開(kāi)設(shè)方向朝向葉片前緣；所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口。作為本發(fā)明的一種改進(jìn)，所述的加熱裝置還包括沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設(shè)的、自葉片中部延伸至加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口的循環(huán)管道，所述的噴氣孔排出的氣流經(jīng)該循環(huán)管道循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口。所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體中部、將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導(dǎo)入循環(huán)管道的隔熱不透氣布。所述的循環(huán)管道包括與加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口連接的圓形絕熱管路，以及固定在前緣殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路。所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口與葉片根部之間的隔熱擋板，并在抗剪腹板上鋪設(shè)絕熱層或隔熱氈。 所述的加熱式鼓風(fēng)機(jī)固定安裝在抗剪腹板上，所述的絕熱、循環(huán)管道通過(guò)抱箍固定在抗剪腹板和前緣殼體內(nèi)壁上。所述的絕熱管道采用聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管或者鋪設(shè)有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，或由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。所述的葉片后緣殼體外表面涂覆有防結(jié)冰涂層。所述的后緣腔體內(nèi)也安裝有加熱裝置。采用這樣的設(shè)計(jì)后，本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)對(duì)葉片前緣殼體的有效加熱，在風(fēng)輪葉片中布置了簡(jiǎn)易、優(yōu)化的熱氣流循環(huán)流動(dòng)管路，管路排布方式所達(dá)到的加熱效果與葉片的冰層分布相對(duì)應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)葉片前緣大約葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體的集中加熱，并可對(duì)葉片中部到葉根區(qū)域進(jìn)行梯度加熱，進(jìn)而保證熱氣流的熱利用率最高，且該葉片加熱系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加熱區(qū)域集中、加熱效率高的特點(diǎn)，可以有效抑制風(fēng)輪葉片發(fā)生結(jié)冰的問(wèn)題，具有防止葉片結(jié)冰和除掉葉片上冰層的能力，保證風(fēng)輪葉片在結(jié)冰環(huán)境中的正常運(yùn)行。


上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。圖I是本發(fā)明具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片的第一實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中的A-A剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是圖I中的B-B剖面結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本發(fā)明具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片第三實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖1-5所示，風(fēng)輪葉片通常包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板2，而本發(fā)明一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片在葉片的前緣腔體內(nèi)增設(shè)了加熱裝置。具體來(lái)說(shuō)，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風(fēng)機(jī)1，以及與加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的出氣口連接的絕熱管道3。絕熱管道3在葉片中部(大約R/2處，R為葉片長(zhǎng)度)至葉尖對(duì)應(yīng)區(qū)域段為開(kāi)設(shè)有噴氣孔5的笛形管6，噴氣孔5的開(kāi)設(shè)方向朝向葉片前緣，由噴氣孔5排出的熱氣流循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口。笛形管的管徑、噴口孔徑、孔數(shù)、孔間距、展向間距、孔布井方式等參數(shù)經(jīng)CFD模擬軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，總的設(shè)計(jì)原則為保證熱氣流均勻的從笛型孔中噴出并加熱葉片前緣殼體的內(nèi)表面。由于葉片中部到葉尖的區(qū)域段的葉片前緣空間狹小，噴氣孔5距離葉片前緣殼體7的距離不大，噴出的熱氣流可以有效加熱葉片的前緣殼體7。較佳的，加熱式鼓風(fēng)機(jī)I固定安裝在抗剪腹板2上，絕熱管道3通過(guò)材質(zhì)為金屬或者手糊玻璃鋼的抱箍4以粘接或螺栓固定在抗剪腹板2上。絕熱管道3采用密閉且絕熱保溫性能良好的材質(zhì)。由于目前絕大多數(shù)風(fēng)輪葉片都 存在預(yù)彎，且絕熱管道3應(yīng)可以隨著葉片變形而不發(fā)生破壞，因此絕熱管道可以是整體的，但必須具有良好的變形性能。具體來(lái)說(shuō)，可采用圓形泡沫塑料管或保溫管等，例如聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管等，或者采用鋪設(shè)有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，也可由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。此外，還可在葉片后緣殼體外表面涂覆防結(jié)冰涂層，保證前緣區(qū)域加熱融化的水珠在后緣區(qū)域不會(huì)凝結(jié)成冰。在無(wú)加熱裝置而僅使用防結(jié)冰涂層的情況下，整個(gè)葉片都需要涂覆防結(jié)冰涂層。葉片前緣迎風(fēng)面的涂層容易失效或發(fā)生破損，導(dǎo)致葉片前緣易發(fā)生結(jié)冰現(xiàn)象。而本發(fā)明這種結(jié)合加熱裝置和防結(jié)冰涂層的葉片，可充分發(fā)揮加熱和防結(jié)冰涂層兩種防冰方法的長(zhǎng)處，有效抑制運(yùn)行中的葉片結(jié)冰。至于氣體冷卻后至加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口的回流結(jié)構(gòu)，可采用圖1-3所示循環(huán)管道結(jié)構(gòu)，或圖4所示的擋板密閉結(jié)構(gòu)。請(qǐng)參閱圖1-3所示，循環(huán)管道沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設(shè)，自葉片中部延伸至加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口，熱氣流從笛形管6中噴出加熱葉片前緣殼體7后，通過(guò)安裝在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體上的循環(huán)管道返回葉根。較佳的，循環(huán)管道包括與加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口連接的圓形絕熱管路11，以及通過(guò)膠黏劑粘接并通過(guò)材質(zhì)為金屬或者手糊玻璃鋼的抱箍4固定在前緣殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路8，并在前緣腔體中部安裝具有隔熱作用的不透氣布9，不透氣布9將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導(dǎo)入循環(huán)管道中。隔熱不透氣布9將笛形管6、絕熱管道3以及葉片前緣腔體空間分隔為兩個(gè)區(qū)域，保證從笛形管6中噴出的熱氣流完全經(jīng)由固定在葉片前緣殼體上的弧形絕熱管路8返回葉根。該情況下，返回的熱氣流可以加熱葉片中部到葉根區(qū)域的葉片前緣殼體10，而且熱氣流對(duì)殼體的加熱作用從葉片中部到葉根處線(xiàn)性降低，這種溫度梯度的變化趨勢(shì)與葉片前緣的結(jié)冰質(zhì)量分布趨勢(shì)一致。從弧形絕熱管路8中返回的熱氣流通過(guò)圓形絕熱管路11引導(dǎo)到加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口，通過(guò)如上所述的管路排布方式可以實(shí)現(xiàn)熱氣流沿著鼓風(fēng)機(jī)-絕熱管道-笛形管-弧形絕熱管路-鼓風(fēng)機(jī)這一循環(huán)回路流動(dòng)。由于鼓風(fēng)機(jī)出氣口的正壓和進(jìn)氣口的負(fù)壓，可以保證熱氣流在管路中流通順暢。
上述風(fēng)輪葉片的內(nèi)腔中排布了合理的加熱管路，帶有溫度控制系統(tǒng)的加熱式鼓風(fēng)機(jī)I產(chǎn)生溫度約為70°C的熱氣流，經(jīng)由絕熱管道3到達(dá)笛形管6，熱氣流在這段絕熱管道中基本不發(fā)生熱量損失。熱氣流從笛形管6的噴氣孔5均勻噴出，首先加熱葉片中部到葉尖這一區(qū)域的葉片前緣殼體，然后熱氣流經(jīng)由安裝在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣腔體上的弧形絕熱管路8返回加熱式鼓風(fēng)機(jī)1，并加熱葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體。上述管道結(jié)構(gòu)形式和排布方式可以實(shí)現(xiàn)熱氣流加熱葉片前緣的重點(diǎn)結(jié)冰區(qū)域，保證熱能利用率達(dá)到最高。請(qǐng)參閱圖4所示，具有隔熱性能的擋板12安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風(fēng)機(jī)I的進(jìn)氣口與葉片根部之間，使前緣腔體封閉，并在抗剪腹板2上鋪設(shè)絕熱層或隔熱氈，使抗剪腹板2具有一定的隔熱作用。此時(shí)，無(wú)需在葉片中部到葉根這一區(qū)域的葉片前緣殼體上安裝循環(huán)管道，也不使用隔熱不透氣布將笛形管和絕熱管道以及葉片前緣腔體空間分隔為兩個(gè)區(qū)域。熱氣流從笛形管6中噴出后，在氣壓的作用下向葉根部位流動(dòng)，同時(shí)由于鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口的負(fù)壓作用，可以促進(jìn)熱氣流的對(duì)流循環(huán)，這種方式可以保證熱氣流集中加熱葉片的整個(gè)前緣殼體。此外，請(qǐng)配合參閱圖5所示，本發(fā)明除在葉片前緣腔體中安裝如上所述的加熱裝置外，還可在葉片的后緣腔體內(nèi)也安裝加熱裝置，這種管路排布方式可以防止葉片后緣在惡劣的結(jié)冰環(huán)境下結(jié)冰。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容做出些許簡(jiǎn)單修改、等同變化或修飾，均落在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。權(quán)利要求
1.一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，其特征在于 所述的前緣腔體內(nèi)設(shè)置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風(fēng)機(jī)，以及與加熱式鼓風(fēng)機(jī)的出氣口連接的絕熱管道； 所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對(duì)應(yīng)區(qū)段為開(kāi)設(shè)有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開(kāi)設(shè)方向朝向葉片前緣； 所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的加熱裝置還包括沿葉片前緣殼體內(nèi)壁鋪設(shè)的、自葉片中部延伸至加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口的循環(huán)管道，所述的噴氣孔排出的氣流經(jīng)該循環(huán)管道循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體中部、將葉片中部至葉尖的前緣腔體內(nèi)氣體導(dǎo)入循環(huán)管道的隔熱不透氣布。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的循環(huán)管道包括與加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口連接的圓形絕熱管路，以及固定在殼體內(nèi)壁的弧形絕熱管路。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體內(nèi)，位于加熱式鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)氣口與葉片根部之間的隔熱擋板，并在抗剪腹板上鋪設(shè)絕熱層或隔熱氈。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的加熱式鼓風(fēng)機(jī)固定安裝在抗剪腹板上，所述的絕熱管道通過(guò)抱箍固定在抗剪腹板上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的絕熱管道采用聚氨酯泡沫塑料管、聚苯乙烯泡沫塑料管、聚乙烯泡沫塑料管、酚醛泡沫塑料管、橡膠保溫管或者鋪設(shè)有絕熱層或隔熱氈的玻璃鋼管一體成型，或由多根絕熱管經(jīng)柔性接頭連接而成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的葉片后緣殼體外表面涂覆有防結(jié)冰涂層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-7中任一項(xiàng)所述的一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，其特征在于所述的后緣腔體內(nèi)也安裝有加熱裝置。
全文摘要
本發(fā)明是有關(guān)于一種具有防冰及除冰能力的風(fēng)輪葉片，包括殼體以及將殼體內(nèi)部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，所述的前緣腔體內(nèi)設(shè)置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風(fēng)機(jī)，以及與加熱式鼓風(fēng)機(jī)的出氣口連接的絕熱管道；所述的絕熱管道在與葉片中部至葉尖對(duì)應(yīng)區(qū)段為開(kāi)設(shè)有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開(kāi)設(shè)方向朝向葉片前緣；所述的噴氣孔排出的氣流循環(huán)至加熱式鼓風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣口。本發(fā)明管路結(jié)構(gòu)形式和排布方式合理，熱氣流重點(diǎn)加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區(qū)域的葉片殼體，并可實(shí)現(xiàn)熱氣流的循環(huán)利用，提高熱能利用率。
文檔編號(hào)F03D11/00GK102748243SQ20121024420
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月13日
發(fā)明者代海濤, 葉凡, 白宏偉, 秦明 申請(qǐng)人:國(guó)電聯(lián)合動(dòng)力技術(shù)有限公司