风力发电机叶片防覆冰技术应用研究

风力发电机叶片防覆冰技术应用研究

杨丽丽

国电联合动力技术有限公司

摘要：现今，风力发电己成为我国电能生产的主要方式之一，其不仅具有较强的清洁无污染特性，而且还能有效降低生产成本，提高资源、能源利用率。但是有些风能发电地区的冬季温度较低，一旦外界环境温差较大，就会导致风力发电机叶片上出现覆冰情况，进而严重影响机组的正常运行，使得风力发电质量和效率大大降低，因此，要想改善现状，就要对风力发电机叶片的防覆冰技术的应用加大研宄力度。本文也会结合风力发电机叶片结冰原因及危害，对相应的防覆冰技术进行着重分析，并提出科学合理的除冰措施，仅供参考。

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关键词：风力发电机；叶片覆冰；防控技术；除冰措施

引言

在风力发电过程中，机组叶片经常在大雾或冻雨天气下出现明显的覆冰现象，这样就会増加叶片重量，使其在运行过程中出现失稳、失速等不良情况，严重时，还会导致风机变桨控制和偏航控制出现判断失误现象，进而影响到最终的发电质量。因此，要想避免覆冰情况的发生，就要对风力发电机叶片材质和结构进行全面改进，并采取科学合理的防覆冰和除冰技术，保证机组运行安全，最大化减少发电损失。

1.机叶片覆冰原因及产生的危害分析

1.1覆冰原因

由于大部分风能发电地区都处于比较寒冷的地带，而每年１１月至次年的２、３月份，这些地区就会出现较多的大雾及冻雨天气，所以这种环境下就会极易导致风机叶片出现覆冰情况，如雾凇、雨凇等结冰情况。这其中，雾凇是一种霜，会在叶片表面形成一层毛玻璃状密度较大的晶状雾凇；反之，若风速不大，且冷却水较少时，也会在风机叶片表面形成粒状雾凇。由于这类覆冰结构比较密室，所以一旦形成就很难清除和脱落，若是冰层过厚过重势必会导致风机叶片出现弯折或断裂情况。

1.2结冰危害

首先，人员安全，当风机叶片表面的结冰随着机组运行出现旋转状态时，就会因为离心力所影响而被甩出，这在某种程度上不仅会给附近机组造成一定的破坏和影响，而且还会威胁到周围工作人员的人身安全；其次，设备自身安全，当风机叶片处在运行状态下时，受结冰程度不一致所影响，叶片质量分布也会出现不均匀的情况，这样就会导致机组运行部件出现明显的震动情况，严重时，甚至还会导致叶片被折断，进而引发较大的安全事故，大大缩短机组使用寿命，増加其故障发生几率。

2.风机叶片覆冰预防技术应用要点分析

2.1溶液防冰技术

该风机叶片防覆冰技术在具体实施过程中主要是指在机组叶片表面涂抹一层防冻液，这样随着叶片的运转，防冻液就会和水滴融合在一起，进而达到减小溶液冰点、防止结冰现象发生的目的。但是该防冰技术在应用过程中也存在一定的弊端，不仅持续时间短、操作难度高、所耗费的防冻液量大，而且在外界环境温度较低的情况下，其防冰效果也会大打折扣。

2.2热能防冰技术

该防覆冰技术在具体实施过程中主要是对风机的各个零部件进行提前加热，使其温度大于冰点温度，达到去除覆冰的目的。一般情况下，热能防冰技术可分为电热和气热两种技术形式，其中，前者的应用范围相对广泛一些，其是指在叶片制作过程中，要加装相应的防冰装置，进而将叶片上的电能转换成热能，实现对叶片的重点保护，避免其产生覆冰情况。而后者加热技术是指在叶片空腔内増设相应的通风管道，以便可以有效提升加热器温度，通过鼓风机作用就可将热风传递给各个零部件，使其产生加热效果，进而有效避免覆冰情况的发生。

3.风机叶片覆冰除冰技术措施分析

3.1机械除冰措施

机叶片上的覆冰层去除掉，在实际操作时，要先采用相应的机械设备或人工方式将叶片冰层击碎，然后再使用物理技术将冰层全部去除掉。这种除冰技术不仅操作简便，而且实用性和经济性也是十分突出，但在实施阶段必须停机进行操作，以免产生一定的安全事故。

3.2气动带除冰措施

该除冰措施是指在叶片前端边缘部位安装相应的膨胀管或膨胀袋，并配备相关的外加装置，如输气管、充气泵等，进以通过这些外加装置来促使膨胀管或袋内充满气体，这样借助泄压阀将气体排出时所产生的振动反应来将叶片表面的覆冰击碎。在该技术研发初始阶段，其应用范围一般被应在飞机防覆冰工作中，在实际操作时，也是借助膨胀作用将飞机机翼部位和尾翼部位的冰层去除掉，进而更好的保障飞机的稳定运行。目前，该技术己成为风机发电防覆冰技术体系中不可或缺的除冰手段之一。

3.3热能除冰措施

3.3.1自身散热除冰措施

该除冰措施是指在风机叶片上设置相应的除冰抗冻系统，进以通过该系统来对电机热量进行全面吸收，随后再通过循环系统将热量传递给整个叶片内部，进而达到除冰目的。但是一旦风机叶片表面存在较厚冰层，并且外界环境温度较低时，该除冰措施所达到的除覆冰效果就会大大降低。

3.3.2片微波除冰措施

该除冰措施主要借助微波加热功能来达到去除风机叶片覆冰的目的，其在具体实施过程中，要在风机叶片上设置多个微波装置，进而通过这些装置对叶片进行加热，以便使其表面的冰层黏附力逐渐减小，最终从叶片上脱落下去。虽然该除冰技术具有一定的应用效果，但由于微波装置安装难度高，后期维护难度大，所以一旦安装不均匀，就会影响叶片加热效果，进而使其冰层去除效果大打折扣，严重时，还会导致叶片出现一定的损伤情况。

3.3.3碳纤维电热除冰措施

该除冰措施是指在风机叶片表皮下预埋碳纤维网布，并借助电源、温度传感器、过热保护装置以及防覆冰控制系统等装置来促使碳纤维网布产生热量，进而达到去除叶片冰层的目的，更好的保障风电机组的安全稳定运行。但是该除冰技术在实际应用过程中却存在一定的弊端，究其原因，主要是因为叶片在制作过程中要提前预埋加热元件，并且对工艺要求较高，需要投入一定的经济成本。

3.4超声波除冰措施

该除冰措施是指借助超声波在传播过程中所产生的能量来使叶片振动，进而将其表面覆冰去除掉。因为超声波在介质中传播时会产生谐波振动和水平剪切波，两种波之间由于存在速度差，所以在与叶片冰层接触时就会产生一定的剪切应力，这样一旦超声波频率达到最佳除冰频率时，就会直接将覆冰击碎去除。但是该技术在应用过程中由于需要投入一定的经济成本，并且还要在叶片上安装压电换能器，所以应根据实际情况进行合理选择和应用。

3.5电磁脉冲除冰措施

该除冰措施是指在风机叶片上设置电磁线圈，进而通过线圈的反复通电和断电后产生的电磁反应来快速振动叶片，使其表面覆冰去除掉。现今，该技术在航空领域中有着很广泛的应用范围和良好的使用效果，但由于其在实际应用过程中会对叶片的可靠性和气动性造成影响，所以在选择时应尽量根据实际情况进行使用。

4.结束语

综上所述，在风力发电过程中，为了更好地保障发电机组的安全稳定运行，关键任务就是要在机组运行过程中采取科学合理的防覆冰及除冰技术对风机叶片表面容易出现的覆冰情况进行有效控制和处理，提高机组运行性能，使其发电效率和质量达到最大化。

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作者简介：杨丽丽，女，籍贯：吉林省梅河口市，出生年月：1985年3月，职称：初级，学历：本科学历，研究生在读。研究方向：风力发电机叶片方向。