專利名稱：一種具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及風力發(fā)電技術領域，具體涉及一種具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片。
背景技術：
隨著綠色可再生能源的發(fā)展，風力發(fā)電技術獲得了快速的發(fā)展。由于我國風力資源豐富的地區(qū)主要在高緯度地區(qū)，冬季時風力機易受冰雪天氣影響。冰雪天氣使得風力機運行效率下降，嚴重時迫使風力機停機，使得風力機全年運行小時數(shù)下降，甚至造成安全事故，推高了風力發(fā)電的運行成本。傳統(tǒng)的除冰防凍方式主要有利用離心力甩冰、葉片表面涂疏水涂層防冰、熱風機加熱除冰、電熱絲加熱除冰、機械除冰等，但是上述技術方案均具有明顯的使用局限性。此外，中國專利申請?zhí)枮镃N201220092277.8的技術方案采用氣膜加熱方式對風力機葉片加熱，但在生產制作過程對風力機葉片有損傷，并且氣孔塞子的運行維護困難；中國專利申請?zhí)枮镃N201220204282.3的技術方案采用PTC熱敏電阻加熱，但由于風力機葉片在運行過程中要經受大變形和高周疲勞，其熱敏電阻置于風力機葉片的夾層內或內表面，會顯著降低風力機葉片的疲勞壽命。

實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種采用碳纖維層加熱、對葉片氣動性能影響小、除冰效率高、除冰防凍效果好、使用安全、易于維護、結構簡單、安裝方便、防磨損防腐蝕性能好、結構力學性能好、使用壽命長的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片。為了解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案為:一種具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，包括葉片本體，所述葉片本體的外側從內向外依次設有碳纖維發(fā)熱層、導熱絕緣層和膠衣層，所述碳纖維發(fā)熱層包括碳纖維布和分別套設于碳纖維布上的第一電極、第二電極，所述碳纖維布中設有用于通過發(fā)熱除冰防凍的碳纖維，所述碳纖維分別與第一電極和第二電極連接導通；所述葉片本體包括兩個玻璃纖維布層和夾芯隔熱層，所述夾芯隔熱層夾持固定于所述兩個玻璃纖維布層之間。作為本實用新型上述技術方案的進一步改進:所述導熱絕緣層為玻璃纖維氈層。所述碳纖維的纖維走向沿著葉片本體的葉展方向均勻分布于所述碳纖維布中，且所述碳纖維之間相互平行布置。所述葉片本體的內部設有葉片空腔，所述葉片本體靠近葉片尖部設有與葉片空腔連通的第一通孔，所述葉片本體靠近葉片根部設有與葉片空腔連通的第二通孔，所述第一電極設于葉片本體上靠近葉片根部的一側，所述第二電極設于葉片本體上靠近葉片尖部的一側，所述第一電極通過穿過所述第一通孔的導線與風力機機艙內的控制開關裝置相連，所述第二電極通過穿過所述第二通孔的導線與風力機機艙內的控制開關裝置相連。[0010]所述第一通孔設于葉片本體尖部后緣的吸力面上。所述第二通孔設于葉片本體根部后緣的吸力面上。所述第一電極、第二電極均為環(huán)形結構，所述第一電極、第二電極分別與所述碳纖維緊密接觸保持連接導通，所述第一電極、第二電極之間相互平行且均與葉片本體的葉展方向垂直布置。本實用新型具有下述優(yōu)點:1、本實用新型利用碳纖維發(fā)熱層的通電發(fā)熱特性對葉片本體的表面進行加熱，具有葉片表面加熱均勻、加熱對葉片性能影響小、除冰效率高、除冰防凍效果好、使用安全、易于維護、結構簡單、安裝方便的優(yōu)點；2、本實用新型的葉片本體為兩個玻璃纖維布層和夾芯隔熱層構成的復合夾層結構，采用隔熱材料制成的夾芯隔熱層能夠對碳纖維發(fā)熱層的發(fā)熱進行絕緣隔離和熱量反射，進而實現(xiàn)風力機葉片的定向加熱，加熱均勻而且能夠減少加熱過程對葉片本體的力學性能的影響，除冰防凍效果更好，同時兩個玻璃纖維布層和夾芯隔熱層構成的葉片本體的復合夾層結構還能夠有效提高葉片本體的強度，增強葉片本體的力學性能；3、本實用新型通過導熱絕緣層，能夠對碳纖維發(fā)熱層進行絕緣隔離保護和有效導熱，加熱效率高、除冰防凍效果好；4、本實用新型通過膠衣層能夠提高風力機葉片的耐磨耐腐蝕特性，對葉片本體、碳纖維發(fā)熱層、導熱絕緣層進行保護，加強葉片本體、碳纖維發(fā)熱層、導熱絕緣層的防磨損防腐蝕性能，具有防磨損防腐蝕性能好的優(yōu)點。

圖1為本實用新型實施例的剖視結構示意圖。圖2為圖1中A-A位置的剖面結構放大示意圖。圖3為圖2的局部放大結構示意圖。圖4為圖1中B-B位置的剖面結構放大示意圖。圖5為圖1中C-C位置的剖面結構放大示意圖。圖6為本實用新型實施例中碳纖維發(fā)熱層的展開結構示意圖。圖例說明:1、葉片本體；10、葉片空腔；11、玻璃纖維布層；12、夾芯隔熱層；13、第一通孔；14、第二通孔；2、碳纖維發(fā)熱層；21、碳纖維布；22、碳纖維；3、導熱絕緣層；4、膠衣層；5、第一電極；6、第二電極；7、導線。
具體實施方式
如圖1、圖2和圖3所示，本實施例的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片包括葉片本體1，葉片本體I的外側從內向外依次設有碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3和膠衣層4,碳纖維發(fā)熱層2包括碳纖維布21和分別套設于碳纖維布21上的第一電極5、第二電極6，碳纖維布21中設有用于通過發(fā)熱除冰防凍的碳纖維22，碳纖維22分別與第一電極5和第二電極6連接導通；葉片本體I包括兩個玻璃纖維布層11和夾芯隔熱層12，夾芯隔熱層12夾持固定于兩個玻璃纖維布層11之間。本實施例的葉片本體I為兩個玻璃纖維布層11和夾芯隔熱層12構成的復合夾層結構，采用隔熱材料制成的夾芯隔熱層12能夠對碳纖維發(fā)熱層2的發(fā)熱進行絕緣隔離和熱量反射，進而實現(xiàn)風力機葉片的定向加熱，加熱均勻而且能夠減少加熱過程對葉片本體I的力學性能的影響，除冰防凍效果更好，同時兩個玻璃纖維布層11和夾芯隔熱層12構成的葉片本體I的復合夾層結構還能夠有效提高葉片本體I的強度，增強葉片本體I的力學性能；本實施例利用碳纖維發(fā)熱層2的通電發(fā)熱特性對葉片本體I的表面進行加熱，具有葉片表面加熱均勻、加熱對葉片性能影響小、除冰效率高、除冰防凍效果好、使用安全、易于維護、結構簡單、安裝方便的優(yōu)點；本實施例通過導熱絕緣層3，能夠對碳纖維發(fā)熱層2進行絕緣隔離保護和有效導熱，加熱效率高、除冰防凍效果好；本實施例通過膠衣層4能夠提高風力機葉片的耐磨耐腐蝕特性，對葉片本體1、碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3進行保護，加強葉片本體1、碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3的防磨損防腐蝕性能，具有防磨損防腐蝕性能好的優(yōu)點。本實施例中，葉片本體I的加工方法如下:首先鋪設一個玻璃纖維布層11，然后在玻璃纖維布層11上鋪設夾芯隔熱層12，在夾芯隔熱層12上再鋪設一個玻璃纖維布層11，最后用真空導入環(huán)氧樹脂工藝制作成型。夾芯隔熱層12設置在葉片本體I的玻璃纖維布層11夾層中，夾芯隔熱層12能夠對碳纖維發(fā)熱層2的發(fā)熱進行絕緣隔離和熱量反射，能夠實現(xiàn)較好的隔熱效果，進而實現(xiàn)風力機葉片的定向加熱，加熱均勻而且能夠減少加熱過程對風力機葉片本身的力學性能的影響；同時其復合多層結構的力學性能較好，能夠有效增強葉片本體I的結構性能。此外，夾芯隔熱層12此外還可以設置在葉片本體I靠碳纖維發(fā)熱層2的一側。如圖4和圖5所示，葉片本體I的內部設有葉片空腔10，葉片本體I靠近葉片尖部設有與葉片空腔10連通的第一通孔13，葉片本體I靠近葉片根部設有與葉片空腔10連通的第二通孔14，第一電極5設于葉片本體I上靠近葉片根部的一側，第二電極6設于葉片本體I上靠近葉片尖部的一側，第一電極5通過穿過第一通孔13的導線7與風力機機艙內的控制開關裝置相連，第二電極6通過穿過第二通孔14的導線7與風力機機艙內的控制開關裝置相連。由于對于葉片本體I而言，在結構上的改變僅僅為開設第一通孔13和第二通孔14共兩個小孔，對葉片本體I的結構幾乎無損傷，力學性能影響微乎其微，但是通過兩個玻璃纖維布層11和夾芯隔熱層12構成的夾層結構對葉片本體I的結構增強、通過碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3和膠衣層4的復合多層結構、通過第一電極5、第二電極6的結構加強，能夠使得葉片本體I的力學性能更好。圖1、圖4和圖5中，左側為葉片本體I的前緣，右側為葉片本體I的后緣；圖4中的右上側即為葉片本體I尖部后緣的吸力面，圖5中的右上側即為葉片本體I根部后緣的吸力面。本實施例中，第一通孔13設于葉片本體I尖部后緣的吸力面(圖4中的右上側)上，第二通孔14設于葉片本體I根部后緣的吸力面(圖5中的右上側)上，對于風力機葉片本體I轉動時的性能影響更小。本實施例中，第一電極5、第二電極6均為環(huán)形結構，第一通孔13安裝在第一電極5附近，第二通孔14安裝在第二電極6附近，其環(huán)形結構安裝簡單方便，生產成本低；第一電極5、第二電極6分別與碳纖維22緊密接觸保持連接導通，接觸式連接安裝快捷；第一電極5、第二電極6之間相互平行且均與葉片本體I的葉展方向垂直布置，從而使得碳纖維22能夠更加均勻布置于葉片本體I表面上，加熱更加均勻。如圖6所示，本實施例的碳纖維22的纖維走向沿著葉片本體I的葉展方向均勻分布于碳纖維布21中，且碳纖維22之間相互平行布置，從而使得碳纖維22的加熱更加均勻可靠，加熱除冰防凍效果更好，碳纖維22在碳纖維布21中的編織密度可根據(jù)葉片使用環(huán)境的具體條件和葉片的形狀布置。本實施例中，導熱絕緣層3為玻璃纖維氈層，構成導熱絕緣層3的玻璃纖維氈導熱絕緣性能好，而且還具有較好的力學性能，能夠有效加強葉片本體I的力學性能，能夠利用市場上現(xiàn)成的玻璃纖維氈采用真空導入環(huán)氧樹脂工藝快速使得導熱絕緣層3與碳纖維發(fā)熱層2、膠衣層4粘結固定，制備工藝簡單，實施簡單方便。本實施例中，膠衣層4采用膠衣樹脂制成，膠衣樹脂具有良好的耐磨耐腐蝕特性，能夠提高風力機葉片的耐磨耐腐蝕特性，對碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3進行保護，能夠加強葉片本體1、碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3的防磨損防腐蝕性能。本實施例中，碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3和膠衣層4之間采用高導熱絕緣的環(huán)氧樹脂膠粘形成復合多層結構，力學性能好；碳纖維發(fā)熱層2、導熱絕緣層3和膠衣層4依次通過手糊工藝制作平鋪在葉片本體I的表面，采用高導熱絕緣環(huán)氧樹脂膠粘作為手糊粘結材料，能夠加強葉片表面的絕緣導熱性能，提高除冰效率。本實施例在使用過程中，碳纖維發(fā)熱層2通電發(fā)熱的溫度范圍通過設于風力機機艙內的控制開關裝置控制，控制以保證高效加熱除冰并且不影響葉片本體I的材料特性為準則。在除冰過程中，一旦超過加熱溫度范圍，則控制開關裝置斷開第一電極5和第二電極6的電源；一旦加熱溫度低于某一加熱溫度范圍需要除冰時，則控制開關裝置接通第一電極5和第二電極6的電源，以確保加熱除冰的高效性，排除融冰后二次結冰的可能。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，本實用新型的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本實用新型思路下的技術方案均屬于本實用新型的保護范圍。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，包括葉片本體(1)，其特征在于:所述葉片本體(I)的外側從內向外依次設有碳纖維發(fā)熱層(2)、導熱絕緣層(3)和膠衣層(4)，所述碳纖維發(fā)熱層(2)包括碳纖維布(21)和分別套設于碳纖維布(21)上的第一電極(5)、第二電極(6)，所述碳纖維布(21)中設有用于通過發(fā)熱除冰防凍的碳纖維(22)，所述碳纖維(22)分別與第一電極(5)和第二電極(6)連接導通；所述葉片本體(I)包括兩個玻璃纖維布層(11)和夾芯隔熱層(12)，所述夾芯隔熱層(12)夾持固定于所述兩個玻璃纖維布層(11)之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述導熱絕緣層(3)為玻璃纖維氈層。
3.根據(jù)權利要求2所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述碳纖維(22)的纖維走向沿著葉片本體(I)的葉展方向均勻分布于所述碳纖維布(21)中，且所述碳纖維(22)之間相互平行布置。
4.根據(jù)權利要求1或2或3所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述葉片本體(I)的內部設有葉片空腔(10)，所述葉片本體(I)靠近葉片尖部設有與葉片空腔(10)連通的第一通孔(13)，所述葉片本體(I)靠近葉片根部設有與葉片空腔(10)連通的第二通孔(14)，所述第一電極(5)設于葉片本體(I)上靠近葉片根部的一側，所述第二電極(6)設于葉片本體(I)上靠近葉片尖部的一側，所述第一電極(5)通過穿過所述第一通孔(13)的導線(7)與風力機機艙內的控制開關裝置相連，所述第二電極(6)通過穿過所述第二通孔(14)的導線(7)與風力機機艙內的控制開關裝置相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述第一通孔(13)設于葉片本體(I)尖部后緣的吸力面上。
6.根據(jù)權利要求5所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述第二通孔(14)設于葉片本體(I)根部后緣的吸力面上。
7.根據(jù)權利要求6所述的具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，其特征在于:所述第一電極(5)、第二電極(6)均為環(huán)形結構，所述第一電極(5)、第二電極(6)分別與所述碳纖維(22)緊密接觸保持連接導通，所述第一電極(5)、第二電極(6)之間相互平行且均與葉片本體(I)的葉展方向垂直布置。
專利摘要本實用新型公開了一種具有除冰防凍功能的碳纖維增強風力機葉片，包括葉片本體，葉片本體的外側從內向外依次設有碳纖維發(fā)熱層、導熱絕緣層和膠衣層，碳纖維發(fā)熱層包括碳纖維布和分別套設于碳纖維布上的第一電極、第二電極，碳纖維布中設有用于通過發(fā)熱除冰防凍的碳纖維，碳纖維分別與第一電極和第二電極連接導通；葉片本體包括兩個玻璃纖維布層和夾芯隔熱層，夾芯隔熱層夾持固定于所述兩個玻璃纖維布層之間。本實用新型具有整體均勻加熱特征，對葉片氣動性能影響小、除冰效率高、除冰防凍效果好、使用安全、易于維護、結構簡單、安裝方便、防磨損防腐蝕性能好、結構力學性能好、使用壽命長的優(yōu)點。
文檔編號F03D11/00GK203035466SQ20132003609
公開日2013年7月3日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者周鵬展, 譚方圣, 趙華, 李錄平 申請人:長沙理工大學