一種具有除冰防冰功能的風(fēng)力發(fā)電機葉片前緣保護層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明創(chuàng)造屬于風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有除冰防冰功能的保護層， 及其在風(fēng)力發(fā)電機葉片上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 風(fēng)電葉片是風(fēng)電機組的主要部件之一，風(fēng)電葉片的狀態(tài)直接影響風(fēng)電機組的發(fā)電 效率。風(fēng)電葉片前緣長期受到風(fēng)力的摩擦，以及沙粒、鹽霧和雨水的沖擊，是風(fēng)電葉片上最 容易出現(xiàn)磨蝕的部位；同時葉片葉尖的前緣部位比較薄，葉尖運轉(zhuǎn)時的線速度很大，因此該 部位的磨蝕最為嚴重。
[0003]風(fēng)電葉片前緣出現(xiàn)磨蝕之后，風(fēng)電葉片的氣動外形就受到影響；此外，如果葉片前 緣磨蝕得不到及時維修，隨著時間的推移，葉片會發(fā)生更為嚴重的損傷，最終給風(fēng)電運營商 以及風(fēng)電設(shè)備制造商帶來巨大的風(fēng)險。
[0004] 隨著葉片表面涂層的磨損，葉片在低溫環(huán)境中運行時，葉片前緣容易結(jié)冰或者冰 凍，葉片結(jié)冰會造成測量誤差、導(dǎo)致能量損失、引起風(fēng)機負荷超載產(chǎn)生停機，嚴重時將造成 機械損傷和電子線路損壞，因此葉片結(jié)冰具有較大的安全風(fēng)險和電能損失。
[0005]目前全球風(fēng)電行業(yè)中對于葉片前緣磨損保護和除冰都是獨立開展的，其中前緣磨 損保護主要通過采用高耐磨聚氨酯涂料以及葉片粘貼前緣保護膜予以實現(xiàn)（如3M專利產(chǎn) 品：聚氨酯保護帶 8607/8607R--PolyurethaneProtectiveTape8607/8607R) 〇
[0006] 葉片除冰目前風(fēng)電行業(yè)應(yīng)用還不太成熟，還處于起步階段，據(jù)了解，主要通過在葉 片前緣涂刷具有防結(jié)冰功能的聚氨酯油漆、葉片內(nèi)部鼓風(fēng)機鼓熱風(fēng)、葉片殼體成型灌注樹 脂中加入導(dǎo)熱顆粒、葉片前緣鋪覆碳纖維層等方法。綜合效果而言，前兩種方案有一定的成 效，但是都沒有廣泛應(yīng)用；加熱導(dǎo)熱顆粒除冰還處于實驗室階段；在葉片前緣鋪覆碳纖維 層，通過給碳纖維加熱，使得葉片前緣溫度升高而達到除冰效果是目前研究熱點之一，但一 方面由于葉片長時間處于嚴苛多變的外部工作環(huán)境以及反復(fù)加熱的溫度變換之下，碳纖維 層在葉片前緣結(jié)合穩(wěn)固性的可靠程度不高，另一方面其沒有同時解決葉片前緣磨損保護問 題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明創(chuàng)造為解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，提供了一種具有除冰防冰功能的風(fēng)力發(fā)電 機葉片前緣保護層，能夠一體快速成型，在對葉片前緣實施耐磨和防腐防護的同時還可實 現(xiàn)除冰防冰效果。
[0008]本發(fā)明創(chuàng)造所提供的具有除冰防冰功能的風(fēng)力發(fā)電機葉片前緣保護層，由環(huán)氧改 性聚氨酯樹脂和碳纖維布復(fù)合制成。其中，所述環(huán)氧改性聚氨酯樹脂為邵A硬度在90及以 上，優(yōu)選為95及以上；粘度（25°C)在500~4000mPa?s，優(yōu)選為1500~3000mPa?s之 間；玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（tg)在_30°C及以下的環(huán)氧改性聚氨酯樹脂。其中，所述碳纖維布為 面密度在200~600g/m2之間的碳纖維布。
[0009] 聚氨酯樹脂是由硬段和軟段交替構(gòu)成的一類高分子材料，具有良好的耐磨、耐撕 裂、耐腐蝕和抗震等性能，但是其較差的熱穩(wěn)定性和耐老化性能均限制了其在風(fēng)力發(fā)電機 葉片前緣作為保護層的應(yīng)用。環(huán)氧改性后向聚氨酯中引入了剛性的環(huán)氧基團，在進一步提 高其本身耐磨、力學(xué)強度等性能的同時，也極大地改善了聚氨酯樹脂在耐熱和耐老化方面 的性能，提高了其耐候性，使其具有作為風(fēng)力發(fā)電機葉片前緣作為保護層的應(yīng)用前景。選擇 具有較高硬度的環(huán)氧改性聚氨酯樹脂能夠保證其滿足葉片前緣耐磨保護的需求，同時，合 適的粘度使得其具有良好的浸潤性，能夠與碳纖維布良好潤濕和結(jié)合，合適的玻璃化轉(zhuǎn)變 溫度使得其與葉片本體玻璃鋼相當或更優(yōu)，能夠滿足多變的溫度環(huán)境。所述碳纖維布合適 的面密度有利于其與聚氨酯復(fù)合結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定，面密度太大，復(fù)合成型時不利于纖維布浸潤， 面密度太小容易變形，不利于編織和鋪覆成型。本發(fā)明提供的由環(huán)氧改性聚氨酯樹脂和碳 纖維布復(fù)合制成的保護層具有牢固并穩(wěn)定的復(fù)合結(jié)構(gòu)，在使用過程中不會發(fā)生開裂、翹曲、 變形、老化等不良缺陷。
[0010] 優(yōu)選的，所述環(huán)氧改性聚氨酯樹脂的凝膠時間（25°c，142g)為20~70min，能夠滿 足造作時間且快速成型。
[0011] 優(yōu)選的，所述環(huán)氧改性聚氨酯樹脂的拉伸強度在15MPa以上，撕裂強度在50kN/m 以上，斷裂伸長率為400 %~600%。合適的機械性能使得聚氨酯樹脂與碳纖維復(fù)合后發(fā)揮 優(yōu)良的耐磨防護作用，滿足葉片前緣耐磨保護需求。
[0012] 優(yōu)選的，所述碳纖維布中，碳纖維原絲為抗拉強度在3500MPa及以上，彈性模量在 230GPa及以上的聚丙烯腈基碳纖維。
[0013] 更優(yōu)選的，所述碳纖維原絲表面經(jīng)偶聯(lián)劑處理，例如硅烷偶聯(lián)劑，更有利于聚氨酯 與碳纖維布通過化學(xué)鍵合作用形成致密的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0014] 本發(fā)明提供的前緣保護層應(yīng)用于風(fēng)力發(fā)電機葉片的方法包括如下步驟：S1 :在葉 片壓力側(cè)（PS)和吸力側(cè)（SS)兩瓣合模前布置電源線和溫度傳感器信號線；S2 :葉片脫模 后對葉片前緣待制作保護層區(qū)域進行表面處理使其具有粗糙表面結(jié)構(gòu)；S3 :在葉片前緣待 制作保護層區(qū)域預(yù)埋溫度傳感器，并將傳感器信號線引入葉片內(nèi)部；S4 :采用手糊袋壓成 型工藝制作本發(fā)明具有除冰防冰功能的風(fēng)力發(fā)電機葉片前緣保護層，并使其中碳纖維布起 始端和結(jié)束端分別直接或間接與電源線相連；S5 :連接電源線和溫度傳感器信號線，并接 入控制系統(tǒng)。
[0015] 所述步驟Sl中，電源線和溫度傳感器信號線布置在葉根隔板里側(cè)，靠近葉尖方 向。
[0016] 所述步驟S2中，表面處理的方法包括下述兩種：一是葉片在殼體鋪層前，預(yù)先在 將待制作保護層區(qū)域放置脫模布，葉片脫模后撕開脫模布即具有粗糙的表面；二是葉片脫 模后打磨葉片表面并用丙酮清理，獲得粗糙的表面。粗糙的表面結(jié)構(gòu)有利于葉片前緣保護 層的鋪設(shè)以及層間結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固結(jié)合。
[0017] 所述步驟S2中，保護層區(qū)域的長度優(yōu)選為葉片前緣自葉尖至葉片總長度1/4~ 2/3處，更優(yōu)選為葉片前緣自葉尖至葉片總長度1/3處；寬度優(yōu)選為以前緣合?？p為中心， PS和SS分別為100-500mm。此區(qū)域范圍內(nèi)葉片尖端磨損最為嚴重且最易結(jié)冰，能夠獲得更 好的耐磨保護和除冰防冰效果。
[0018] 所述步驟S3中溫度傳感器位置優(yōu)選為待制作保護層區(qū)域的起始和結(jié)束位置。
[0019] 所述步驟S4中，通過在待制作保護層區(qū)域的起始和結(jié)束位置粘貼焊接有金屬導(dǎo) 線的銅箱，并將碳纖維布兩端與銅箱相接，使得碳纖維布通過金屬導(dǎo)線與電源線相連。
[0020] 所述步驟S4中，手糊袋壓成型工藝為玻璃鋼-FRP行業(yè)常用的工藝方法，具體的， 本發(fā)明包括如下步驟：S41 :準備真空耗材（密封膠條、脫模布、隔離膜、吸膠氈、真空袋模）， 并將其固定在葉片后緣；S42 :在葉片表面標記加熱區(qū)域、保護層、銅箱粘貼的位置；S43 :在 葉片表面滾涂環(huán)氧改性聚氨酯樹脂；S44 :沿標記線鋪覆碳纖維布并使其與銅箱相接；S45 : 在碳纖維布表面滾涂環(huán)氧改性聚氨酯樹脂，使其完全浸透碳纖維布；S46:使用真空耗材將 保護層區(qū)域完全覆蓋，并接入真空栗控制真空度在-0. 7~0. 9bar ;S47: