具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，叶片包括内部具有空腔的外层叶片以及设置在外层叶片内的内部具有空腔的内层叶片，内层叶片和外层叶片之间具有空隙，内层叶片表面设置有连通内层叶片内部和外部的冲击孔，外层叶片设置有连通外层叶片内部和外部的气膜孔，外层叶片的内侧还设置有向内凸起的扰流单元，外层叶片和内层叶片相连。当加热时，叶片内部填充高温气体通过冲击孔进入外层叶片与内层叶片的间隙内，对外层叶片内侧进行加热，扰流单元破坏外层叶片内侧边界层，强化热气对外层壁加热，热气通过气膜孔射出，在外层壁外侧形成气膜，隔绝外层壁与低温空气接触，并对外层壁加热，使对叶片加热效率更高，具有更好防冰除冰效果。有更好防冰除冰效果。有更好防冰除冰效果。

【技术实现步骤摘要】
具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片


[0001]本专利技术涉及一种叶片，尤其涉及一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片。

技术介绍

[0002]风电能源在高原、寒冷、山脊、山顶的资源尤为丰富，有着巨大的开发价值。但是这些地方海拔高、湿度大、温度低，很容易引起叶片的结冰，叶片气动性能受结冰影响，一方面会导致叶片过载、叶片荷载分布不均，进而造成持续产出的风能受到较大的影响，另一方面，当叶片在旋转过程中，极易出现冰块脱落引起的运营事故。目前常见的除冰方式包括，机械除冰，即通过机械方法将冰破碎，然后靠气流吹除，其特点是运行成本低，效率低、工作强度大；涂撒防结冰剂，对基材表面涂撒，例如(乙醇、乙烯乙二醇等)降低冰点，其特点是水不在叶片表面结冰，但有效时间短，用量大，对土壤有污染，对路面有腐蚀的可能；加热除冰，利用各种热能加热物件，通过机身表面电气元件和金属器件通电加热进行表面快速除冰；涂层除冰，通过在基材表面涂覆防冰涂料，减少冰对基材表面的附着力和表面的覆冰量，再利用风和重力的作用下使冰更容易脱离基材表面。
[0003]中国专利CN102562487A公开了一种具有防/除冰功能的风力机叶片，在叶片内设置加热区，加热区产生高温气体，并通过风机将高温气体从设置在叶片的气孔内吹出对叶片进行加热防/除冰。该专利主要依靠从气孔吹出的高温气体在叶片外侧隔绝冷空气、对叶片加热，从而防止结冰，属于叶片外部加热。在叶片内部，高温气体对叶片的加热效果比较有限。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术中的缺陷，本专利技术实施例提供了一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，所述叶片包括内部具有空腔的外层叶片以及设置在外层叶片内的内部具有空腔的内层叶片，所述内层叶片和外层叶片之间具有空隙，所述内层叶片壁面设置有连通内层叶片内部和外部的冲击孔，外层叶片设置有连通外层叶片内部和外部的气膜孔，所述外层叶片的内侧还设置有向内凸起的扰流单元，所述外层叶片和内层叶片局部相连。这种双层的结构在保证叶片整体结构强度的前提下，可以将外层叶片的壁厚制作的比传统叶片更薄，热阻更低。
[0006]加热时，内层叶片空腔内充满高温气体，高温气体通过内层叶片的冲击孔进入到外层叶片与内层叶片的间隙内，对外层叶片内侧进行冲击加热，外层叶片内侧的扰流单元破坏位于外层叶片内侧边界层，强化热气对外层壁的加热，热气通过外层壁上气膜孔的射出，在外层壁外侧形成气膜，隔绝外层壁与低温空气的接触，并对外层壁进行加热。使得对叶片的加热效率更高，速度更快，更为均匀。
[0007]作为对冲击孔的进一步改进所述冲击孔的延伸方向与其所在位置内层叶片的外
侧壁面法向量一致。其中，冲击孔可以是圆形，方形，椭圆形等各种形状，也可以呈直线、曲线或斜向延伸，其延伸方向可以是多种形式，只要能够满足将内层叶片的高温气体导入外层叶片壁内侧即可。但是，当冲击孔延伸方向与内层壁曲面法向量一致时，冲击孔射出的气流，可以近似垂直地冲击在外层叶片内侧，从而达到更优的对外层叶片的加热效果。
[0008]所述气膜孔出口处朝向叶片的垂直叶高方向倾斜，气膜孔出口处与所在位置外层叶片的外侧壁面沿垂直叶高方向的切向量夹角α为30
°
～45
°
。需要说明的是，气膜孔可以是不同的形状，当夹角α设置成30
°
～45
°
时，从气膜孔内射出的空气可以更为高效的在外层壁表面形成高温气膜，隔绝外层壁与低温空气的接触。
[0009]作为对冲击孔分布位置的进一步改进，所述冲击孔设置于内层叶片的前缘、内层叶片的压力面、内层叶片的吸力面。
[0010]作为对气膜孔分布位置的进一步改进，所述气膜孔设置于外层叶片的前缘、外层叶片的压力面、外层叶片的吸力面。
[0011]在风力机的使用过程中，外层叶片的前缘、压力面和吸力面，更容易结冰，因此在这些部位设置相应的冲击孔和气膜孔对于防冰除冰更为有利。
[0012]所述冲击孔、气膜孔和扰流单元均匀分布在外层叶片和内层叶片上，且沿着叶片的宽度方向上看，所述冲击孔、气膜孔相互错开设置。相互错开的冲击孔与气膜孔，可以使得从冲击孔冲击出的高温气体直接冲击到外层壁壁面后充分的向外层叶片和内层叶片间隙的四周流动，不会直接从气膜孔冲到叶片的外部空间，使叶片得到更好的加热。
[0013]进一步的，所述气膜孔的侧边设有可以移动以打开和关闭气膜孔的堵孔塞，以便该叶片在没有结冰隐患的高温季节使用。
[0014]气膜孔侧边的外层叶片设有至少可以容纳所述堵孔塞的收纳孔，所述收纳孔内设有滑轨，堵孔塞安装在滑轨上进行移动。
[0015]通过设置可以开闭的堵孔塞，当不需要加热时，可以通过堵孔塞关闭外层叶片上的气膜孔，以避免因为气膜孔的存在使异物进入叶片内部，同时还可以避免因为气膜孔的存在影响叶片的气动效果。
[0016]进一步的，所述扰流单元靠近内层叶片的端部具有半球形或半椭球形轮廓。扰流单元的半球形或半椭球形的轮廓不但能够破坏高温气体在外层叶片内表面形成的边界层，同时也不会过多地影响高温气体的流动。
[0017]进一步的，所述内层叶片的叶根设有加热装置和风机，经加热装置加热的空气，在风机的推动下由内层叶片的空腔通过冲击孔和气膜孔在外层叶片的表面形成气膜。
[0018]为让本专利技术的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术风力机叶片的结构示意图；
[0021]图2为本专利技术风力机叶片长度方向的局部剖面图；
[0022]图2a为为图1A部分的放大图；
[0023]图3a为本专利技术外层叶片吸力面的结构示意图；
[0024]图3b为本专利技术内层叶片吸力面的结构示意图；
[0025]图3c为本专利技术外层叶片压力面的结构示意图；
[0026]图3d为本专利技术内层叶片吸力面的结构示意图；
[0027]图4为本专利技术外层叶片宽度方向的破剖面示意图；
[0028]图5为本专利技术内层叶片宽度方向的剖面图；
[0029]以上附图的附图标记：1、外层叶片；11、外层叶片叶根；12、外层叶片叶尖；2、内层叶片；21、内层叶片叶根；22、内层叶片叶尖；101、气膜孔；102、扰流单元；103、堵孔塞；104、收纳孔；111、外层叶片吸力面；112、外层叶片压力面；113、外层叶片前缘；201、冲击孔；211、内层叶片吸力面；212、内层叶片压力面；213、内层叶片前缘。
具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，其特征在于：所述叶片包括内部具有空腔的外层叶片以及设置在外层叶片内的内部具有空腔的内层叶片，所述内层叶片和外层叶片之间具有空隙，所述内层叶片壁面设置有连通内层叶片内部和外部的冲击孔，外层叶片设置有连通外层叶片内部和外部的气膜孔，所述外层叶片的内侧还设置有向内凸起的扰流单元，所述外层叶片和内层叶片局部相连。2.根据权利要求1所述的一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，其特征在于：所述冲击孔的延伸方向与其所在位置内层叶片的外侧壁面法向量一致。3.根据权利要求1所述的一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，其特征在于：所述气膜孔出口处朝向叶片的垂直叶高方向倾斜，气膜孔出口处与所在位置外层叶片的外侧壁面的垂直叶高方向的切向量夹角α为30
°
～45
°
。4.根据权利要求1所述的一种具有双层壁结构的防/除冰风力机叶片，其特征在于：所述冲击孔设置于内层叶片前缘、内层叶片压力面、内层叶片吸力面。5.根据权利要求1所述的一种具有双层壁结构的防/除冰...

【专利技术属性】
技术研发人员：郜鸿宇，
申请(专利权)人：上海理工大学，
类型：发明
国别省市：