[發明專利]一種風電葉片防覆冰復合涂層及其制備方法

在審

• 申請號: 202310216522.4
• 申請日: 2023-03-02
• 公開（公告）號: CN116428133A
• 公開（公告）日: 2023-07-14
• 發明（設計）人: 張林海;劉德軍;丁學強;張新;孫世錚;邊卓偉;嚴帥;董寧波
• 申請（專利權）人: 國家電投集團科學技術研究院有限公司
• 主分類號: F03D80/40
• 分類號: F03D80/40;F03D80/60;C09D163/02;C09D183/08;C09J7/38;C09J201/00;C09J11/04;C09J7/28
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 胡炳旭

本發明提供了一種風電葉片防覆冰復合涂層及其制備方法。本發明將隔熱膠粘層、電加熱層、導熱絕緣保護層、金屬屏蔽網、耐雨蝕防覆冰涂層組合為防覆冰復合涂層，可以分層涂敷或整體粘貼制備在風電葉片表面。本發明采用所述耐雨蝕防覆冰涂層主動疏冰和所述電加熱層被動融冰相結合的方式，達到風機葉片防覆冰效果；并且本發明加入了所述導熱絕緣保護層和所述金屬屏蔽網，應用法拉第籠的電磁屏蔽原理大大降低了風電葉片遭雷擊損毀的概率；另外所述耐雨蝕防覆冰涂層還具有優異的防雨蝕防覆冰功能，因此本發明可以起到良好的風機葉片“三防”(防覆冰、防雷擊、防雨蝕)綜合保護作用，并且施工簡便、便于維護，可有效減少日常運維的難度和周期頻次。

技術領域

本發明屬于防覆冰材料技術領域，具體涉及一種風電葉片防覆冰復合涂層及其制備方法。

背景技術

高濕低溫氣候產生的覆冰問題長期困擾著風電行業。風電葉片覆冰不但會破壞翼型氣動條件降低發電效率，還會增加風機疲勞載荷造成安全隱患，更甚者會導致停機造成發電量的巨量損失，因此風電葉片防覆冰技術亟待開發。

目前常見的風電葉片防覆冰技術主要包括主動方式和被動方式兩種。其中主動方式主要為在風電葉片表面構建防覆冰涂層，利用超疏水低表面能、固/液潤滑、低冰點層隔絕或相變應力破壞等原理，通過降低冰黏附強度，從而達到防凝冰或延遲結冰的目的。被動方式主要包括蒸汽除冰、電加熱除冰、機械除冰、液體除冰等，通過外力條件消除風電葉片表面的覆冰層。

采用以上列舉的風電葉片防覆冰技術中的單一一種方法很難起到良好的防覆冰效果。以最為常用的超疏水防覆冰涂層(主動方式)和電加熱除冰(被動方式)為例：理論上超疏水防覆冰涂層具有低表面能和自潔特性可減少冰附著，但在實際的高濕、低溫、高速工況下涂層表面會瞬間過冷結冰，大量冰核形成后低表面能狀態被破壞，無法滿足有效防覆冰的要求。電加熱除冰理論上也可以起到熱量融冰的作用，但相關配套費用和維護復雜程度均較高，并且電加熱裝置會使風電葉片產生電荷聚集效應，大大增加了風電葉片遭遇雷擊的風險。其他單一風電葉片防覆冰技術的缺點不一而足，在此不再贅述。綜合而言，采用單一方法很難起到良好的防覆冰效果，結合主動方式和被動方式的綜合性防覆冰技術將是未來的重要發展方向。

專利申請文件ZL202011609684.7公開了一種水性微納米石墨風電葉片除冰涂層系統的制備方法，將高絕熱的硅酸鹽材料、加熱元件、微納米石墨導熱涂層和氟碳清漆組裝獲得水性微納米石墨風電葉片除冰涂層系統，但該除冰涂層系統無規避雷擊措施，實際工況下遭遇雷擊損毀葉片風險高，容易造成嚴重的經濟損失，并且低表面能的水性氟碳層的耐候性比溶劑型氟碳涂料的差，實際保光性和耐磨損性一般，其彈性緩沖耗散雨滴沖擊能量和抵抗腐蝕磨損的作用不夠好。

專利申請文件ZL202221413221.8公開了一種新型風電葉片融冰裝置，雖然也涉及加熱融冰和涂覆防冰涂料相結合的方式，但該融冰裝置也無規避雷擊措施，實際工況下遭遇雷擊損毀葉片風險高，容易造成嚴重的經濟損失，并且設計結構過于復雜，風電葉片內開設安裝腔方式將對其強度產生弱化影響，容易遺留生產安全隱患，而且所采用的石墨烯加熱塊價格昂貴，可行性一般，另外，涂覆防冰涂層的強度、彈塑性和耐磨性一般，其彈性緩沖耗散雨滴沖擊能量和抵抗腐蝕磨損的作用也不夠好。

由此可見，相關技術中對風電葉片防覆冰技術的研究還不夠充分，需要進一步深入研究，開發出一種風電葉片防覆冰復合涂層及其制備方法，該風電葉片防覆冰復合涂層可以起到良好的“三防”(防覆冰、防雷擊、防雨蝕)綜合保護作用，可行性高、實際應用價值大。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：相關技術中的風電葉片防覆冰技術雖然結合了主動方式和被動方式各自的優點，一定程度上提高了防覆冰的效果，但不具有防雷擊、防雨蝕的作用，有待進一步改進，設計出一種風電葉片防覆冰復合涂層及其制備方法，該風電葉片防覆冰復合涂層具有“三防”(防覆冰、防雷擊、防雨蝕)綜合保護作用，實際應用性較強。