[發明專利]一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片

有效

• 申請號: 201210244203.6
• 申請日: 2012-07-13
• 公開（公告）號: CN102748243A
• 公開（公告）日: 2012-10-24
• 發明（設計）人: 白宏偉;葉凡;代海濤;秦明
• 申請（專利權）人: 國電聯合動力技術有限公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所 11303
• 代理人: 遆俊臣

技術領域

本發明涉及一種風力發電機組的風輪葉片，特別是涉及一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片。

背景技術

風力發電機組在運行過程中，風輪葉片會遭受各種惡劣環境的考驗，其中葉片表面在寒冷環境中結冰是困擾風電機組冬季運轉的主要因素。風輪葉片結冰后會造成風電機組發電量降低甚至停機，結冰后葉片的質量不平衡會造成塔筒底部的疲勞損傷增強，旋轉葉片上冰塊從高空甩落會產生危害隱患，因此防止葉片結冰或者葉片結冰后迅速除冰是風電技術研究的一個熱點。

根據GL規范的相關規定，運轉中的風輪葉片發生結冰現象的區域主要為葉片殼體前緣表面。從葉根到R/2(R為葉片長度)處，前緣上冰的質量分布(質量/單位長度)由0線性增加到μ_E；從R/2處到葉尖處，前緣上冰的質量分布保持μ_E不變。因此，當葉片前緣特別是R/2處到葉尖區域的表面溫度超過結冰溫度時，可有效抑制風輪葉片的結冰現象。

根據德國Enercon公司的實際運行經驗，通過熱氣流加熱葉片表面是實現風輪葉片防/除冰的有效方法。目前國內外已有一些專利對該技術進行保護。美國專利US2006/0018752?A1介紹了一種“C”型循環通路，熱氣流沿著葉根-葉尖-葉根的循環回路加熱葉片前緣區域，但該方法對靠近葉根的區域的加熱作用更為明顯。中國專利公開號CN201367977?Y通過管路引導熱氣流加熱葉片，熱氣流通過葉尖處的通孔排出，但這種方法并未循環使用熱空氣，熱利用率不高。美國專利US6676122B1和中國專利公開號CN102322405A將發電機中的熱氣通過管路引導到風輪葉片中加熱葉片，同時實現發電機的制冷，但并未具體介紹葉片內的熱氣流管路排布。

從葉片的結構形式考慮，靠近葉尖的葉片前緣腔體空間狹小，不能安裝排布復雜的氣流管路；而靠近葉根的葉片前緣腔體空間過大，會出現加熱效果不明顯或者管路排布和固定方法復雜的問題。因此，如何設計出合理的管路結構形式和排布方式，使熱氣流重點加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區域的葉片殼體，并實現熱氣流的循環利用，提高熱能利用率，是當前本領域的重要研究課題之一。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，使其管路結構形式和排布方式合理，熱氣流重點加熱葉片前緣特別是葉片中部到葉尖區域的葉片殼體，并可實現熱氣流的循環利用，提高熱能利用率。

為解決上述技術問題，本發明一種具有防冰及除冰能力的風輪葉片，包括殼體以及將殼體內部劃分為前、后緣腔體的抗剪腹板，所述的前緣腔體內設置有加熱裝置，該加熱裝置包括安裝在靠近葉片根部處的加熱式鼓風機，以及與加熱式鼓風機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應區段為開設有噴氣孔的笛形管，噴氣孔的開設方向朝向葉片前緣；所述的噴氣孔排出的氣流循環至加熱式鼓風機的進氣口。

作為本發明的一種改進，所述的加熱裝置還包括沿葉片前緣殼體內壁鋪設的、自葉片中部延伸至加熱式鼓風機進氣口的循環管道，所述的噴氣孔排出的氣流經該循環管道循環至加熱式鼓風機的進氣口。

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氣體導入循環管道的隔熱不透氣布。

所述的循環管道包括與加熱式鼓風機進氣口連接的圓形絕熱管路，以及固定在前緣殼體內壁的弧形絕熱管路。

所述的加熱裝置還包括安裝在前緣腔體內，位于加熱式鼓風機進氣口與葉片根部之間的隔熱擋板，并在抗剪腹板上鋪設絕熱層或隔熱氈。

所述的加熱式鼓風機固定安裝在抗剪腹板上，所述的絕熱、循環管道通過抱箍固定在抗剪腹板和前緣殼體內壁上。

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冰涂層。

所述的后緣腔體內也安裝有加熱裝置。

采用這樣的設計后，本發明為實現對葉片前緣殼體的有效加熱，在風輪葉片中布置了簡易、優化的熱氣流循環流動管路，管路排布方式所達到的加熱效果與葉片的冰層分布相對應，實現了對葉片前緣大約葉片中部到葉尖區域的葉片殼體的集中加熱，并可對葉片中部到葉根區域進行梯度加熱，進而保證熱氣流的熱利用率最高，且該葉片加熱系統具有結構簡單、加熱區域集中、加熱效率高的特點，可以有效抑制風輪葉片發生結冰的問題，具有防止葉片結冰和除掉葉片上冰層的能力，保證風輪葉片在結冰環境中的正常運行。