基于高分子电热膜的风电叶片复合材料试验件电热除冰性能研究.pdf

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1、2014年第6期玻璃钢／复合材料57基于高分子电热膜的风电叶片复合材料试验件电热除冰性能研究牟书香，吴芮，陈淳，闫少轶(1．特种纤维复合材料国家重点实验室，北京102101；2．中材科技风电叶片股份有限公司，北京102101)摘要：模拟风电叶片蒙皮铺层结构，采用真空辅助灌注成型工艺制备了含高分子电热膜的夹层结构玻璃钢样板，研究了在不同环境温度和功率密度下的通电加热效果，通过实验数据拟合出了灌注后的高分子电热膜具备防除冰能力所需的最小功率密度与所处环境温度的关系式，并研究了低温环境中不同功率密度下的除冰性能。结果表明，在一11～一13℃环境中且表面覆冰厚度为1cm的情况下，

2、在200—600W／m功率密度范围内的除冰时间可控制在1～3h。关键词：风电叶片；玻璃钢；防结冰；除冰；高分子电热膜中图分类号：TB332；TK83文献标识码：A文章编号：1003—0999(2014)06—0057—06风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一，相对被动式防除冰技术，主动式防除冰技术的其结构和强度对风力机的可靠性至关重要，其性能除冰效率较高。主动式防除冰技术包括采用循环通的好坏直接影响到整机运行的稳定性J。叶片工道内通热空气的热气防冰方法⋯、利用微波能量作在高空，环境十分恶劣，空气中各种介质几乎每时来加热复合材料而除冰的微波防冰技术71引以及采每刻都在侵蚀

3、着叶片，雷电、冰雹、雨雪、沙尘随时都用在叶片上安装电加热系统的电热除冰技术有可能对风机产生危害，其中，在湿冷环境下运行的等’川。其中前两种主动式防除冰技术受叶片风力发电机组，叶片结冰是影响其使用性能的一个结构的限制，叶片材料的导热系数较小且厚度较厚，重要因素。风电叶片覆冰后，对叶片表面结构、平尤其对于大型叶片防除冰效果不理想，而采用电热衡、自重等造成影响，会导致风力机叶片的翼型发生元件的电热除冰效率较高，是目前各大叶片厂商热变化，影响风力机的空气动力学性能，进而影响叶片衷开发的防除冰方案。传统的电热除冰技术中一般的使用寿命，直接威胁到机组的安全和效率。使用金属电阻丝或金属

4、网，在叶片长期运转过程中，目前还没有成熟的风力机叶片防除冰技术，对于风金属电阻丝或金属加热元件与叶片之间容易产生界电叶片覆冰，一般采取停机处理，而风力发电机组非面问题，并存在局部过热损坏叶片材料的危险。近计划停机，会影响电网系统的安全稳定运行。因此，几年发展起来的高分子电热膜是面状发热材料，与研究冬季寒冷地区特别是湿冷地区风电叶片的防除被加热体形成最大限度的导热面，传热热阻小，通电冰技术对于风电场及大型风力机的安全、经济、高效加热时热量可以很快传给被加热体。高分子电运行具有重要的意义。热膜本身温度不会升至太高，通过选择合适的基体，目前，叶片防除冰技术主要分为被动式防除冰可

5、以与叶片材料之间具有良好的界面结合力，因此，技术和主动式防除冰技术j。被动式防除冰技术高分子电热膜在主动式防除冰风电叶片中具有很大包括涂敷防覆冰疏水涂层718'”副和防覆冰吸热涂的应用潜力。本文模拟风电叶片蒙皮铺层结构，采层的涂层防冰技术、利用防冻液的溶液防冰技术以用真空辅助灌注成型(VARTM)工艺制作了含有高及利用叶片自身的振动抖掉叶片上结冰的防除冰技分子电热膜的玻璃钢(GFRP)样板，研究了样板在低术等’。其中，采用疏水涂层防除冰是目前叶片温环境中的加热效果以及除冰能力。厂家普遍采用的低成本防除冰方案，但该方案往往在实验室测试阶段具有很好的效果，在实际风场的1实验部

6、分防结冰效果却非常有限，且疏水涂层随叶片服役时1．1主要原材料间的延长其性能退化比较明显。高分子电热膜，北京新宇阳科技有限公司；MGS收稿日期：2013．12-05基金项目：北京市科技计划资助课题(Z121100006812001)作者简介：牟书香(1981-)，女，高级工程师，博士，主要从事风电叶片相关工艺研究，mushuxiang@126．eom。

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8、58基于高分子电热膜的风电叶片复合材料试验件电热除冰性能研究2014年6月RIMR135／RIMH137环氧树脂体系，迈图化工企业管叶片的气动外形产生影响，此外，高分子电热膜由外理(上海)有限公司；1200g／m玻璃

9、纤维单向布，泰层的玻璃钢层和涂层保护，可使其免受外界恶劣环山玻璃纤维有限公司；25ram厚PVC泡沫芯材，上海境的侵袭，有效提高防除冰叶片的寿命。因此本文元谦经贸发展有限公司。制作的含高分子电热膜的夹层结构GFRP样板是模1-2含高分子电热膜和PVC泡沫芯材的夹拟防除冰叶片蒙皮的结构，将高分子电热膜布置在心结构玻璃钢板的制作GFRP样板的浅表层，如图1所示。表1显示了三种高分子电热膜裸膜及其灌注后的夹层结构玻璃钢板采用VARTM工艺室温下灌注尺寸约为50×47cm的含有高分子电热膜和25mm厚PVC泡沫芯的电阻。由表1可以看出