阅读说明：本技术 一种风电叶片气热防除冰导风管道及其安装方法 (Wind turbine blade gas heat ice prevention and removal wind guide pipeline and installation method thereof ) 是由 黎缘 邓航 冯学斌 胡杰桦 廖志勇 谢明亮 严煜坤 于 2020-04-14 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种风电叶片气热防除冰导风管道及其安装方法,包括多个构造单元拼接而成,所述构造单元包括外层保护层和内层保温层,所述内层保温层采用低导热系数材料制成,所述内层保温层设有圆柱形导风通道,所述圆柱形导风通道两端分别设有用于构造单元间相互连接的承插凸头和承插凹部；所述外层保护层内表面与所述内层保温层外表面贴合,所述外层保护层上还设有固定安装翼；本发明圆柱形导风管道内壁风阻小,利于热风传递,同时引入固定安装翼,极易安装固定,节省了安装时间和安装的人力成本,内层保温层,减少了导风过程中的热量散失,提高了系统防除冰功率。(The invention discloses a wind power blade gas-heat anti-icing and deicing air guide pipeline and an installation method thereof, and the wind power blade gas-heat anti-icing and deicing air guide pipeline comprises a plurality of construction units which are spliced, wherein each construction unit comprises an outer protection layer and an inner insulation layer, the inner insulation layer is made of a material with a low heat conductivity coefficient, the inner insulation layer is provided with a cylindrical air guide channel, and two ends of the cylindrical air guide channel are respectively provided with a socket convex head and a socket concave part which are used for mutual connection of the construction units; the inner surface of the outer protective layer is attached to the outer surface of the inner heat-insulating layer, and the outer protective layer is also provided with a fixed mounting wing; the inner wall of the cylindrical air guide pipeline has small wind resistance, is beneficial to hot wind transfer, is easy to install and fix by introducing the fixed installation wings, saves the installation time and the labor cost of installation, reduces heat loss in the air guide process by the inner-layer heat insulation layer, and improves the ice prevention and removal power of the system.)

一种风电叶片气热防除冰导风管道及其安装方法

技术领域

本发明属于风电叶片防除冰领域，具体地，涉及一种风电叶片气热防除冰导风管道及其安装方法。

背景技术

风力发电机因叶片结冰将导致发电效率降低甚至停机，增加叶片重量给机组带来额外的载荷，同时脱落的冰块也将威胁周围人畜安全；国内外两种主流主动除冰方案有气热防除冰和电热防除冰；电热防除冰因其电热元件等容易引雷，在防雷方面存在较大的风险；在雷击概率较大的地区，气热防除冰技术得到的广泛应用；在风电场存在大量已装机运行的风机因冰冻导致发电量损失严重，如何低成本、可靠、有效地对已装机风机叶片进行防除冰成为亟需解决的问题；而已装机的风机叶片一般在近百米上的高空，电热防除冰方案因电热元件的固定及导线的连接等安装难度大，风机叶片拆卸至地面施工或在空中作业，均存在施工时间长和成本高等弊端；模块化、易安装的气热防除冰方案可在停机后的风机叶片内部进行开展，无需拆卸叶片，安装时间短，可有效解决已装机运行风机的冰冻导致发电量损失的问题。

导风管道作为气热防除冰方案的重要组成部件，对整个防除冰系统的材料成本、加热功率、安装成本均有较大影响；申请号为CN201410461139.6的发明提出了一种大功率风力发电机叶片模块化气热抗冰方法及安装方法，铺设通风管道将加热的热气传递到叶片前缘挡风板的叶片侧，使热量在前缘靠叶尖区域内停留，以热传导的方式传递到叶片外表面以防除冰；该专利中并未对导风管道的结构形式有相关说明；专利中提出了采用通风管道专用卡口的方式将管道固定在抗剪腹板上的方法，通风管道卡扣包括管道固定专用上卡扣和管道专用下卡口，上下卡口相互配合卡紧通风管道，上下卡扣之间通过四个铆钉铆在一起；卡扣之间的间距在1m左右；随后，需要手糊工艺将通风管道和专用卡扣固定，而后再将通风管专用卡扣手糊固定在抗剪腹板上；这种管道固定方法，一方面圆形管道容易滚动，不便于固定；另一方面，卡扣的安装以及过多的手糊区域，不便于施工，操作时间长，安装成本高；尤其在风场风机上的改造中，因需停机施工，施工时间的延长，在一定程度上造成额外的经济损失。

风力发电叶片里安装热风管道的安装位置，优选的在腹板上；叶片内腔由于翼型的变化，内腔表面不平整且曲率有较大变化；通风管道一般安装在叶片的抗剪腹板上；叶片腹板一般采用真空导入模塑成型工艺一体灌注而成，一体化将通风管道固定在腹板上难度较大，且会为腹板的制备引入额外质量风险；尤其对于已安装在风场的叶片，腹板已经制备，只能通过固定的方式连接管道和腹板。腹板主要材料采用树脂体系制备，常规的树脂体系具有较低的玻璃化转变温度，因此，需要严格控制叶片材料的温度，一般的控制其温度不超过50℃。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种风电叶片气热防除冰导风管道及其安装方法，解决了风机叶片防除冰方案中的一些缺陷问题，包括导风管道与腹板间接触散热过大、导风管道散热过大导致叶片温度升高过多以及导风管道安装过程中难度大、不稳定的问题。

本发明为了解决现有技术问题所采用的技术方案如下：

提供一种风电叶片气热防除冰导风管道，包括多个构造单元拼接而成，构造单元个数可以根据系统设计确定；所述构造单元包括外层保护层和内层保温层，所述内层保温层采用低导热系数材料制成，低导热系数材料包括聚氨酯，能够起到更好的保温作用，防止热量流失，以及热量流失导致叶片温度过高而带来的其他问题；所述内层保温层设有圆柱形导风通道，圆柱形导风通道能够有效降低风阻，有利于热风传输；所述内层保温层两端分别设有用于构造单元间相互连接的承插凸头和承插凹部；采用承插凸头和承插凹部的结合方式，既能方便运输，也便于拼接安装；所述外层保护层内表面与所述内层保温层外表面贴合；外层保护层的厚度介于1mm≤a≤10mm之间，合适的厚度能够保证质量最轻且避免导风管道受到载荷损伤；所述外层保护层上还设有固定安装翼；固定安装翼的宽度d,满足50mm≤d≤300mm，具体尺寸根据导风管道的质量确定；固定安装翼的长度取值位于100mm~200mm之间，长度过长会增加整体导风管质量，长度过短会导致固定不可靠。

进一步地，所述构造单元呈Ω型，所述外层保护层上部呈圆弧状，所述圆弧状内表面粗糙；内表面粗糙便于与内层保温层固定；在制备过程中，通过在外层保护层的内表面应贴覆脱模布的方式保证所述外层保护层内表面粗糙度。

更进一步地，所述外层保护层内表面与所述内层保温层外表面通过树脂胶粘接固定。

进一步地，所述承插凸头长度大于等于承插凹部，所述承插凸头接入另一构造单元承插凹部，使多个构造单元利用承插凸头接入承插凹部的方式连接延长。

进一步地，承插凸头的厚度为内层保温层厚度的1/2。

进一步地，所述内层保温层的制备方法包括：首先制备泡沫发泡所需填充模具，在模具上涂敷助脱模材料，在多元醇和异氰酸酯组分中添加胶粉聚苯颗粒浆料，充分混合均匀，利用高压混合喷头喷入模具中以固化成型；本方法中，胶粉聚苯颗粒浆料能将导风管道内壁热量聚集在内层保温层表面，提高聚氨酯泡沫的耐火性能，能够有效的防止聚氨酯燃烧。

进一步地，所述内层保温层内部还包括内嵌玻璃钢层。

进一步地，所述内层保温层的制备还包括另一方法，包括：

S1.通过缠绕成型或拉挤成型工艺制备较薄的一层内嵌玻璃钢层，玻璃钢层6厚度小于1mm；内嵌玻璃钢层保证了内层的玻璃钢内部表面的平整度和光滑度，另一方面上部内层保护层和下部内层保护层起到连接作用；

S2.制备泡沫发泡的模具，模具包括上半模具和下半模具，上半模具和下半模具分别用聚氨酯泡沫进行发泡填充形成上部内层保温层和下部内层保温层；

S3.用树脂胶将制备的上部内层保温层和下部内层保温层与内嵌玻璃钢层进行粘接，保证粘接可靠；

S4.采用树脂胶将步骤S3中制备完成的内层保温层与外层保护层固定。

进一步地，本发明还提供一种风电叶片气热防除冰导风管道的安装方法，能够方便快速稳定的完成导风管道的安装，包括：

T1.打磨标记，用砂纸将固定所述导风管道的腹板位置打磨粗糙，并标记划线；

T2.预固定，将导风管道在腹板上预排布，然后依次将构造单元上与腹板平面接触的位置以及用于承插的承插凸头和承插凹部抹上聚氨酯速干胶，随后迅速与腹板进行粘接固定；

T3.手糊固定，预裁剪玻纤布，调配手糊树脂，利用手糊工具将固定安装翼固定在腹板平面上；手糊过程中，保证相邻玻纤布之间错层10~100mm，优选的，手糊玻纤布采用双轴布，手糊玻纤布层数为在1~5层。

有益效果如下：

1.外层保护层上的固定安装翼与腹板平面面接触，便于手糊玻璃纤维和树脂将导风管道固定在腹板上，施工方便快捷，工艺质量能有效保证；固定安装翼分为4个小块而非两侧联通的长条固定翼，既减轻了导风管的质量，也能够满足其强度要求。

2.导风管道整体结构中材料均为高分子材料，不具有金属导电性，未引入金属构件，未额外增加风力发电机组的雷击风险。

3.内层保温层有效防止了热量散失，保证了更多能量传递到叶尖以进行有效除冰，提高了防除冰系统功率利用率。

4.导风管内层热气通过低导热系数材料的内层保温层后再热传递到外层保护层，到达外层保护层的温度较低，温度处于风电叶片常用树脂耐温范围内。

5、每个构造单元的连接和固定均较简单，未引入卡扣等其他辅助件；有效缩短了施工时间，且便于工人操作；尤其在已运行风场上，减少了风机的停机时间，大大减少了安装成本。

6.相对于圆形截面导风管，本方案中的结构不易滚动，采用预定方式先与腹板固定，便于手糊固定；相对于矩形截面导风管，其内侧风阻较小，能量利用率高，且避免了热量通过热传导传递到腹板，影响腹板的力学性能。

附图说明

图1为实施例1构造单元结构示意图；

图2为实施例1构造单元圆柱形通道示意图；

图3为实施例1内层保温层剖面图；

图4为实施例2构造单元结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1至3所示，本实施例提供一种风电叶片气热防除冰导风管道，包括多个构造单元拼接而成，构造单元个数可以根据系统设计确定。本实施例中，构造单元呈Ω型，外层保护层1上部呈圆弧状，圆弧状内表面粗糙；内表面粗糙便于与内层保温层固定；主要通过在制备过程中，在外层保护层的内表面应贴覆脱模布的方式保证所述外层保护层内表面粗糙度。

如图1所示，构造单元包括外层保护层1和内层保温层3，内层保温层3采用低导热系数材料制成，本实施例中采用聚氨酯，能够起到更好的保温作用，防止热量流失，以及热量流失导致叶片温度过高而带来的其他问题。

如图1~3所示，内层保温层3设有圆柱形导风通道，圆柱形导风通道能够有效降低风阻，有利于热风传输；内层保温层两端分别设有用于构造单元间相互连接的承插凸头4和承插凹部5；承插凸头4接入另一构造单元承插凹部，使多个构造单元利用承插凸头4接入承插凹部的方式连接延长采用承插凸头4和承插凹部5的结合方式，既能方便运输，也便于拼接安装；承插凸头4长度大于等于承插凹部5，本实施例中，承插凸头长度m与承插凹部长度n相同，m和n的取值位于在50mm~150mm之间，本实施例中m=n=50mm；承插凸头4的厚度为内层保温层3厚度的1/2，内层保温层3的厚度b位于5mm~40mm之间，本实施例中，内层保温层3的厚度b取25mm。

如图2所示，外层保护层1内表面与内层保温层3外表面贴合；外层保护层的厚度范围为1mm≤a≤10mm，合适的厚度能够保证质量最轻且避免导风管道受到载荷损伤，外层保护层1上还设有固定安装翼2；固定安装翼的宽度d满足50mm≤d≤300mm，具体尺寸根据导风管的质量确定；固定安装翼的长度取值位于100mm~200mm之间，长度过长会增加整体导风管道质量，长度过短会导致固定不可靠。

本实施例中，外层保护层1内表面与内层保温层3外表面通过树脂胶粘接固定。

本实施例中，内层保温层3一体成型，制备方法包括：首先制备泡沫发泡所需填充模具，在模具上涂敷助脱模材料，在多元醇和异氰酸酯组分中添加胶粉聚苯颗粒浆料，充分混合均匀，利用高压混合喷头喷入模具中以固化成型；本方法中，胶粉聚苯颗粒浆料能将导风管道内壁热量聚集在内层保温层表面，提高聚氨酯泡沫的耐火性能，能够有效的防止聚氨酯燃烧。

本实施例还提供一种风电叶片气热防除冰导风管道的安装方法，能够方便快速稳定的完成导风管道的安装，包括：

T1.打磨标记，用砂纸将固定导风管道的腹板位置打磨粗糙，并标记划线；

T2.预固定，将导风管道在腹板上预排布，然后依次将构造单元上与腹板平面接触的位置以及用于承插的承插凸头和承插凹部抹上聚氨酯速干胶，随后迅速与腹板进行粘接固定；

T3.手糊固定，预裁剪玻纤布，调配手糊树脂，利用手糊工具将固定安装翼固定在腹板平面上；手糊过程中，保证相邻玻纤布之间错层10~100mm，本实施例中错层50mm，手糊玻纤布层数为在1~5层，本实施例中，手糊玻纤布采用双轴布，层数为2层。

本实施例圆柱形导风管道内壁风阻小，利于热风传递，同时引入固定安装翼，极易安装固定，节省了安装时间和安装的人力成本，内层保温层，减少了导风过程中的热量散失，提高了系统防除冰功率。

实施例2

如图4所示，本实施例与实施例1不同之处在于，本实施例中，内层保温层内部还包括内嵌玻璃钢层6；本实施例的中内层保温层非一体成型，具体制备方法，包括：

S1.通过缠绕成型或拉挤成型工艺制备较薄的一层内嵌玻璃钢层6，玻璃钢层6厚度小于1mm；内嵌玻璃钢层6保证了内层的玻璃钢内部表面的平整度和光滑度，另一方面上部内层保护层和下部内层保护层起到连接作用；

S2.制备泡沫发泡的模具，模具包括上半模具和下半模具，上半模具和下半模具分别用聚氨酯泡沫进行发泡填充形成上部内层保温层30和下部内层保温层31；

S3.用树脂胶将制备的上部内层保温层30和下部内层保温层31与内嵌玻璃钢层6进行粘接，保证粘接可靠；

S4.采用树脂胶将步骤S3中制备完成的内层保温层与外层保护层1固定。

本实施例中，内嵌玻璃钢层6保证了内层的玻璃钢内部表面的平整度和光滑度，另一方面上部内层保护层和下部内层保护层起到连接作用；内部平面的凭证和光滑更进一步的提高了热风传输效率。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明的技术方案所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护之内。