一种用于风电叶片的气液除冰系统及除冰方法技术方案

本发明专利技术涉及一种用于风电叶片的气液除冰系统及除冰方法，气液除冰系统包括：气囊，固定在风电叶片表面，且气囊内部设有若干温度传感器和压力传感器，并预埋电源正负极；储液槽，用于储存导电液；双向气泵，能够为气囊快速充放气；双向液泵，用于将储液槽中的导电液抽出充入气囊中，和将气囊中的导电液抽出送回储液槽中；若干结冰传感器，分布在风电叶片表面；控制单元，与双向气泵、双向液泵、电源、温度传感器、压力传感器和结冰传感器信号连接，并根据结冰传感器、温度传感器和压力传感器的反馈信号，调控双向气泵、双向液泵和电源的工作状态。本发明专利技术根据实时监测的风电叶片表面参数，合理匹配除冰方案，不影响叶片气动性能，且无雷击风险。险。险。

【技术实现步骤摘要】
一种用于风电叶片的气液除冰系统及除冰方法


[0001]本专利技术属于的风电
，尤其涉及一种用于风电叶片的气液除冰系统及除冰方法。

技术介绍

[0002]现代风力发电机，尤其是大型风力发电机，在高湿、低温气候环境下运行时，风轮叶片及风速风向仪等关键部位会产生积冰而失效。如不进行除冰，则不仅因停机造成大量发电量损失，而且融冰、抛冰会对地面人员造成安全威胁。另外，叶片结冰后导致风轮动不平衡，增加了风机传动系统疲劳载荷，长期以往可能会损坏主轴、变速箱等重要零部件。随着叶片长度、塔筒高度的不断增加，结冰气象条件下叶片结冰对风机正常运行的危害将进一步加大。
[0003]另一方面，风力发电机组海拔高度高，且位于山顶空旷位置，易遭受雷电直击，导致叶片雷击损坏事故频发。
[0004]现有的叶片除冰防雷技术主要采用电热除冰以及在叶片表面安装若干接闪器，通过接地引下线将雷电流导入大地防雷。电加热除冰的原理为导电材料通电后发热进行除冰。但现有的电加热技术路线中，由于加热导体通常处于叶片表面，例如将导电金属网或碳布等材料铺设在叶片结冰严重的前缘区域，其势必会带来更大的雷击风险，故而经多年技术发展，防雷技术成为制约电加热除冰技术路线的掣肘。
[0005]为了保证除冰效果且降低雷击风险，各大科研院所、整机厂、叶片厂等开发了各种各样的风力发电机防雷除冰技术。例如专利申请CN115898793A公开了一种风力发电机组叶片防雷除冰系统，包括：各传感器，分别用于实时测量环境温度、风速、覆冰厚度；直流融冰电源由机舱轮毂电机引入，经半桥整流电路产生低压大电流，直流电源输出经滑环后连接至叶片上的除冰/接地开关；雷电浪涌防护器件的两个接线端分别与金属网两端连接；金属网的两端分别与除冰/接地开关连接以对应直流融冰电源的正负端，并经避雷引下线接地；控制主机用于连接并控制除冰/接地开关在除冰模式下将直流电源电缆与叶片金属网连接，并在切换至防雷模式时，断开叶片金属网与直流电源电缆之间的连接并将叶片金属网接地。该专利技术根据传感器检测实际环境情况在除冰和防雷模式之间切换以达到除冰防雷的目的，但是该专利技术系统构造复杂，难以在现有叶片上进行加装，且该专利技术叶片表面仍然存在大量金属导体，叶片遭受雷击损毁的风险难以有效避除。
[0006]专利CN214499326U公开了一种风力机叶片前缘自动除冰装置。该装置包括叶片和安装在叶片内的控制器，所述叶片上设有气囊，所述叶片上设有与控制器信号连接的结冰传感器，所述叶片内设有与控制器电连接的气泵，所述气泵与气囊连通。气囊没充气的情况下与叶片侧面共面，保证未充气的气囊不会影响叶片的气动性能和叶片的结构性能，当结冰传感器检测到叶片表面的冰层过厚以后，将信号发送给控制器，控制器接收信号后，控制叶片内的气泵启动向气囊内充气，使气囊快速膨胀将叶片表面的冰层顶破，达到破冰的效果，并且破冰后，结冰传感器检测到冰层厚度减小或者消失后，将信号发送给控制器，控制
器控制气囊抽气，使气囊再次缩小到与叶片表面共面的状态，恢复叶片额定气动效果。该专利利用气囊充气前后的体积变化达到破冰除冰效果，不使用导电元件降低了雷击风险，然而，仅靠充放气的除冰方式，在高寒高湿地带结冰量过大的情况下，不仅难以充分除冰，还可能导致气囊冰封程度严重，在充气过程中损坏。
[0007]因此，提供何种除冰防雷结构，以期安全的利用电加热高效除冰方式，并从根本上避免风电叶片遭受雷击，提高风电叶片的环境适应性并扩大使用范围，成为本领域亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0008]针对上述现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种风电叶片的气囊除冰装置及风电叶片，风电叶片表面装有可注入导电液的气囊，在需要除冰时通过注入导电液并通电进行电加热除冰，在不需要加热时便将导电液抽出，以避免遭受雷击的风险和影响叶片气动性。
[0009]具体的，一种用于风电叶片的气液除冰系统，所述气液除冰系统包括：
[0010]气囊，固定在风电叶片表面，且所述气囊内部设有若干温度传感器和压力传感器，并预埋电源正负极；温度传感器可准确的展示不同位置气囊中导电液的实时温度，在结冰传感器检测结果的除冰方案基础上，比对实时温度与预定温度差值，从而快速调整通电电流从而调控发热量，保证除冰效率、降低除冰成本。
[0011]储液槽，用于储存导电液；
[0012]双向气泵，与气囊连通，能够为气囊快速充放气；
[0013]双向液泵，与气囊连通，用于将储液槽中的导电液抽出充入气囊中，和将气囊中的导电液抽出送回储液槽中；
[0014]若干结冰传感器，分布在风电叶片表面；
[0015]控制单元，与双向气泵、双向液泵、电源、温度传感器、压力传感器和结冰传感器信号连接，并根据结冰传感器、温度传感器和压力传感器的反馈信号，调控双向气泵、双向液泵和电源的工作状态。
[0016]优选的，所述导电液选自导电银浆、石墨烯分散液、碳纳米管分散液、导电高分子分散液、电解质溶液、离子液体中的至少一种，用于根据实际运行环境及除冰需求决定何种导电率的导电液。
[0017]优选的，所述气囊由橡胶表层与固定底层对接形成中空结构，并且通过固定底层粘接到风电叶片表面。
[0018]优选的，所述橡胶表层包括外层和内层；
[0019]以质量份计，所述外层的原料包含如下组分：三元乙丙橡胶100份、氧化锌3
‑
5份、氧化镁2
‑
5份、轻质碳酸钙5
‑
10份、防老剂1
‑
2份、低温软化剂3
‑
5份；
[0020]以质量份计，所述内层的原料包含如下组分：三元乙丙橡胶100份、天然橡胶20
‑
30份、氧化锌3
‑
5份、氧化镁2
‑
5份、防老剂1
‑
2份、硫化剂1
‑
2份、硫化促进剂1
‑
2份；选用三元乙丙橡胶作为气囊主要材料，其优点在于其低密度高填充性，降低了气囊对于叶片气动性的影响的同时具有良好的填充性用于气体或导电液填充。
[0021]所述外层和内层采用共挤出装置挤出得到所述橡胶表层。
[0022]优选的，所述固定底层包含纤维布及包覆所述纤维布的底层胶；
[0023]以质量份计，所述底层胶包含如下原料组分：三元乙丙橡胶100份、古马隆树脂5
‑
10、氧化锌1
‑
5份、硬脂酸1
‑
3份、防老剂1
‑
4份、硫化剂1
‑
2份、硫化促进剂1
‑
2份。古马隆树脂具有良好的粘接性，且与天然橡胶及多种树脂有良好的相容性。将其用于底层可为气囊底层提供良好的粘接性能。
[0024]优选的，所述气囊的制备步骤包括：
[0025]S1：将三元乙丙橡胶、硬脂酸、氧化锌送入密炼机，混炼20
‑
30min；将硫化剂、硫化促进剂、防老剂和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于风电叶片的气液除冰系统，其特征在于，所述气液除冰系统包括：气囊，固定在风电叶片表面，且所述气囊内部设有若干温度传感器和压力传感器，并预埋电源正负极；储液槽，用于储存导电液；双向气泵，与气囊连通，能够为气囊快速充放气；双向液泵，与气囊连通，用于将储液槽中的导电液抽出充入气囊中，和将气囊中的导电液抽出送回储液槽中；若干结冰传感器，分布在风电叶片表面；控制单元，与双向气泵、双向液泵、电源、温度传感器、压力传感器和结冰传感器信号连接，并根据结冰传感器、温度传感器和压力传感器的反馈信号，调控双向气泵、双向液泵和电源的工作状态。2.如权利要求1所述的气液除冰系统，其特征在于，所述导电液选自导电银浆、石墨烯分散液、碳纳米管分散液、导电高分子分散液、电解质溶液、离子液体中的至少一种。3.如权利要求1或2所述的气液除冰系统，其特征在于，所述气囊由橡胶表层与固定底层对接形成中空结构，并且通过固定底层粘接到风电叶片表面。4.如权利要求3所述的气液除冰系统，其特征在于，所述橡胶表层包括外层和内层；以质量份计，所述外层的原料包含如下组分：三元乙丙橡胶100份、氧化锌3
‑
5份、氧化镁2
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5份、轻质碳酸钙5
‑
10份、防老剂1
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2份、低温软化剂3
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5份；以质量份计，所述内层的原料包含如下组分：三元乙丙橡胶100份、天然橡胶20
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30份、氧化锌3
‑
5份、氧化镁2
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5份、防老剂1
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2份、硫化剂1
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2份、硫化促进剂1
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2份；所述外层和内层采用共挤出装置挤出得到所述橡胶表层。5.如权利要求4所述的气液除冰系统，其特征在于，所述固定底层包含纤维布及包覆所述纤维布的底层胶；以质量份计，所述底层胶包含如下原料组分：三元乙丙橡胶100份、古马隆树脂5
‑
10、氧化锌1
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5份、硬脂酸1
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3份、防老剂1
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4份、硫化剂1
...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐新峰，张国栋，杨庆，
申请(专利权)人：宁波腾燊科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：