技术领域
[0001] 本
发明涉及
风力发电领域，具体为一种防结冰风力发电叶片。
背景技术
[0002] 低温环境给叶片乃至整个风机都带来了严峻的考验，单就叶片而言，低温环境会导致的叶片结冰、材料及结构性能改变、
载荷改变的问题，在内陆地区特别是山区，大尺寸风机在运行和停机时都会受到结冰问题的影响。低温因素在很多方面影响风机的设计：冰和霜以及低温下空气
密度的上升对风机
气动有较显著的影响，进而影响风机的载荷和功率输出。低温会导致叶片附着较大
质量的冰层，从而会改变风机叶片的
频率，进而改变其动态响应行为。同时，控制系统也会受到影响。由于结冰改变了叶片的
气动外形，从而导致了叶片
失速可能比设计预期提前或延后，那么电动或液压变桨控制对应的配置也应随之改变，叶片结冰会导致风机的检测
信号系统发生故障从而反馈错误信号，风机本身运行的安全性及其周围环境的安全性都会受到低温或结冰的影响。风机运行时抛出的冰层碎
块或掉落的大冰块可能会伤害到风机附近的人或物。风机结构自身的完整性也会受到结冰叶片的
不平衡或不对称的影响。由于结冰改变了风机部件频率可能引起共振，也会增大风机的疲劳载荷。空气密度的上升可能会增大载荷和最大功率输出。如果风机没能自动反应，
电机或传动链可能会烧坏，
齿轮箱可能过载或损坏。
[0003]
防冰就是所谓主动
除冰，现有的除冰方法有使用防结冰涂料的，例如将叶片涂成黑色；其优势在于白天叶片吸收太阳光而被加热后，冰层就会比白色叶片更早融化。然而，在夏季叶片上的
温度会较高，从而会影响玻璃
钢的材料性能，比如使叶片变柔，
刚度下降进而影响净空等。
[0004] 也有采用热空气加热叶片的方法，需要特定的导通热气和
抽取热气的管道。其优势在于不影响叶片气动外形。对叶片防雷系统也没有特殊要求。在停机时，整个叶片就都可以除冰。其劣势在于，玻璃钢材料具有绝热性，在高风速或叶片旋转时，需要较大的加热
能量。如果叶片结冰后停机加热除冰，需要在耗电加热的同时还无法实现发电，并且加热的方式在叶片安装以及后期维护过程中均会出现比较麻烦的线路拆装工作。
[0005] 特定的防结冰涂料也是一种主动防冰手段，这种涂成可以减小叶片与冰层之间的剪切力，这些涂层经过风洞和挂机测试。其优势在于，整个叶片采用防结冰涂层，成本相对低，没有特殊的防雷要求，叶片易于维护，且整个表面都得到了保护。而且，这种类型的涂层可以减小温暖时期对尘土和昆虫的敏感性。其劣势在于运行过程中会有冰层脱落或甩出。在天气不佳的时候低风速或空转时，由于冰层受力较小，在叶尖区域仍然会大量结冰。同样存在气动和质量不对称的风险。目前也有几个大型叶片涂料厂家推出自己的防结冰涂料或防结冰
薄膜，可惜均未根本解决叶片结冰问题。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为了克服
现有技术中的不足之处，提供一种防结冰风力发电叶片。
[0007] 本发明进一步要解决的技术问题是：传统防结冰涂料无法真正起到主动除冰作用，热空气加热除冰需停机、耗电高且不易安装维护。
[0008] 为了达到上述目的，本发明采用以下方案：
[0009] 一种防结冰风力发电叶片，包括叶片本体，在所述叶片本体上设有能防止风力发电叶片结冰的除冰装置，所述除冰装置为
碳纳米管发热丝或
碳纳米管发热涂层；其中碳纳米管发热丝采用的是一种非金属掺杂碳纳米管电催化材料，具有发热率高，节能环保的显著优势，且不受任何外形尺寸的限制，无需发杂布线，电热转化率达到95％以上，是目前传统
电阻加热模式所无法比拟的。
[0010] 碳纳米管发热丝排布后使用耐磨耐
腐蚀性的涂料将碳纳米管发热丝
覆盖加固。
[0011] 优选的，所述除冰装置为碳纳米管发热涂料，即使部分区域受损整体性能依然不受影响，更加方便施工。当除冰装置采用碳纳米管发热涂层时，将碳纳米管发热涂层涂覆在叶片本体表面，然后在两侧碳纳米管发热涂层上设置导电
铜线，然后采用耐磨
耐腐蚀性的涂料在其上涂覆形成一层耐磨耐腐蚀涂层。所述碳纳米管发热涂料可以通过丝印的方式检测印刷在叶片本体上，多个单独的发热单元通过并联或
串联的方式连接后再通过导电铜线与通电装置相连接。
[0012] 优选的，在所述叶片本体叶根
位置设有空腔，在所述空腔内设有连接除冰装置通电的通电装置，通电装置主要用来起到为除冰装置进行连通供电线路的作用，在所述通电装置上设有能带动通电装置从空腔内向外移动的移动装置，在所述移动装置一侧设有能通过磁力
吸附使移动装置移动的电磁座，所述电磁座设置在风力发电机
轮毂与叶片本体之间并固定在发电机轮毂上，在所述电磁座上设有能与通电装置连通并对除冰装置进行供电的供电装置，密布在叶片本体上的除冰装置连接在通电装置上，电磁座通电后产生磁力将移动装置从空腔向外移动，从而使通电装置与供电装置进行连通为除冰装置通电进行加热。
[0013] 进一步的，所述移动装置包括沿空腔内壁间隔设置的多个第一导向轨，空腔为圆柱形的空腔且一侧为不封闭的开放状态，所述第一导向轨包括横向设置的直轨以及连通在直轨一端的弧形
导轨，在所述第一导向轨内分别活动插接有能沿第一导向轨移动的导向柱，在所述空腔内设有环形
基座，所述导向柱一端分别连接在环形基座圆周外壁上，在所述环形基座内设有设有环形卡接槽，所述通电装置转动卡接在环形卡接槽内，在所述环形基座面向空腔开口一侧沿环形
侧壁设有永磁磁体，通电装置转动卡接在环形基座内，环形基座通过外壁设置的导向柱沿第一导向轨向空腔的开口位置移动，直轨的作用是使环形基座先向前直线运动，弧形导轨则使环形基座向前的同时产生旋转。
[0014] 进一步的，所述通电装置包括卡接在环形卡接槽内的环形台，在所述环形
台面向空腔开口一侧连接有绝缘底座，在所述环形台与绝缘底座中心贯通有方形口，在所述方形口内设有防止绝缘底座转动的防转导杆，所述防转导杆一端固定在空腔远离开口的侧壁上，在所述绝缘底座上对称设有伸缩触点，在所述环形台远离绝缘底座一侧上设有能分别连接除冰装置正负极的正极
端子和负极端子，在所述环形基座一侧贯穿设有与正极端子和负极端子相对应的弧形让位槽，所述正极端子与负极端子分别穿过对应的弧形让位槽与除冰装置正负极连接，所述正极端子与负极端子分别与对应的伸缩触点相互连通，所述伸缩触点与供电装置相连接，环形台和绝缘底座沿防转导杆被环形基座带动向前移动，由于防转导杆的存在环形台和绝缘底座是不会随环形基座在后半程的移动中发生旋转的，此时环形基座会相对与其活动卡接在一起的环形台发生旋转，环形基座一侧两个贯穿的弧形让位槽使正极端子和负极端子可以在环形基座旋转时不会与环形基座相互卡住。
[0015] 进一步的，所述供电装置包括对称设置在电磁座上分别接入正极
电流与负极电流的插口，所述除冰装置通过伸缩触点插入插口进行供电工作，通过电磁座对环形基座的磁力吸引移动，使绝缘底座上的伸缩触点同时随环形基座移动至电磁座上并插入插口，此时由于防转导杆的存在保证绝缘底座不会发生旋转，从而能保证伸缩触点插入插口。
[0016] 优选的，所述电磁座包括有能将电磁座固定在发电机轮毂上的固定
耳，在所述固定耳上设有通电后能产生磁力的电磁
铁，此处的电
磁铁则是传统技术中的通过内部线圈通电产生磁力的现有方式。
[0017] 进一步的，在所述永磁磁体上分别设有多个L形卡勾，在所述电磁铁面对环形基座的一侧内设有环形
锁定槽，在所述电磁铁一侧外壁上设有对应L形卡勾的
槽口，所述槽口与环形锁定槽相连通，所述L形卡勾穿过槽口并卡接在环形锁定槽内，L形卡勾的方向为顺向设置，电磁座上的电磁铁通电产生磁力对环形基座上的永磁磁体产生吸引力，环形基座通过直轨向前直线移动的动作使L形卡勾直线穿过电磁铁上与环形基座面对面的槽口伸入环形锁定槽内，当环形基座通过弧形导轨时发生旋转，环形基座上的L形卡勾则同时转动，并使L形卡勾一端勾在环形锁定槽的内壁上。
[0018] 进一步的，其中至少一条第一导向轨为贯通设置的，在所述叶片本体叶根位置位于空腔外的外壁上设有多个能将导向柱锁定无法移动的锁定装置，锁定装置分别位于贯通的第一导向轨的两端，所述锁定装置分别设置在贯通的第一导向轨一侧，锁定装置保证安装前内部部件不会随意移动影响安装过程，当全部安装结束后，通过另一端的锁定装置将内部移动到位的连接件固定防止风力发电机工作时，内腔内的连接部件移动。
[0019] 进一步的，所述锁定装置包括纵向设置在导向柱上的第一通孔，在贯通的第一导向轨两端分别设置有
固定板，在所述固定板上设有与第一通孔对应的第二通孔，在所述第一通孔与第二通孔内通过穿设
螺栓将导向柱锁定，导向柱移动到两端任意一端时通过将上述固定板上的第二通孔与导向柱上的第一通孔对准，插入螺栓进行锁定即可。
[0020] 优选的，所述通电装置与环形卡接槽之间设有
轴承，对于较大的风叶安装轴承能更加方便通电装置与环形卡接槽之间的转动。
[0021] 综上所述，本发明相对于现有技术其有益效果是：
[0022] 本发明采用在叶片本体上涂布碳纳米管发热丝或碳纳米管发热涂料进行除冰，碳纳米管发热丝采用的是一种非金属掺杂碳纳米管电催化材料，具有发热率高，节能环保的显著优势，且不受任何外形尺寸的限制，，无需发杂布线，电热转化率达到95％以上，是目前传统电阻加热模式所无法比拟的，即使部分区域受损整体性能依然不受影响，更加方便施工，并且碳纳米管发热丝本身的微小体积也不影响叶片气动外形，实现了无需停机加热除冰，同样比传统的防结冰涂料更加主动防止结冰，使用电磁连接进行通
电能进一步降低施工的繁琐性，无论是安装叶片过程还是拆除维保都十分快捷，无需在拆装过程中增加额外的接线难度，为整个风力发电领域除冰问题提供更加方便可靠的解决方案。
附图说明
[0023] 图1为本发明的立体示意图之一；
[0024] 图2为本发明的立体示意图之二；
[0025] 图3为本发明的分解示意图之一；
[0026] 图4为本发明的分解示意图之二；
[0027] 图5为本发明的剖面示意图之一；
[0028] 图6为本发明的剖面示意图之二；
[0029] 图7为本发明的局部放大剖面示意图；
[0030] 图8为本发明的剖面示意图之三；
[0031] 图9为图3中A处的放大示意图。
具体实施方式
[0032] 下面结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步描述：
[0033] 如图1至9所示的一种防结冰风力发电叶片，包括叶片本体1，在所述叶片本体1上设有能防止风力发电叶片结冰的除冰装置10，所述除冰装置10为碳纳米管发热丝2，碳纳米管发热丝采用的是一种非金属掺杂碳纳米管电催化材料，具有发热率高，节能环保的显著优势，且不受任何外形尺寸的限制，，无需发杂布线，电热转化率达到95％以上，是目前传统电阻加热模式所无法比拟的，安装排布好碳纳米管发热丝2后使用耐磨耐腐蚀性的涂料将碳纳米管发热丝2覆盖加固。
[0034] 除冰装置10还可以使用碳纳米管发热涂料，即使部分区域受损整体性能依然不受影响，更加方便施工。
[0035] 使用耐磨耐腐蚀性的涂料将碳纳米管发热丝2或碳纳米管发热涂层覆盖加固都不会对风机的气动性能有影响。
[0036] 本发明总在所述叶片本体1叶根位置设有空腔11，空腔11为圆柱形的空腔11且一侧为不封闭的开放状态，在所述空腔11内设有能连接除冰装置10并对除冰装置10通电的通电装置3，在所述通电装置3上设有能带动通电装置3从空腔11内向外移动的移动装置4，在所述移动装置4一侧设有能通过磁力吸附使移动装置4移动的电磁座5，所述电磁座5设置在风力发电机轮毂与叶片本体1之间并固定在发电机轮毂上，在所述电磁座5上设有能与通电装置3连通并对除冰装置10进行供电的供电装置6，设置在叶片本体上的除冰装置10连接在通电装置上，电磁座通电后产生磁力将移动装置从空腔向外移动，从而使通电装置与供电装置进行连通为除冰装置10通电进行加热。
[0037] 本发明中所述移动装置4包括沿空腔11内壁间隔设置的多个第一导向轨12，所述第一导向轨12包括横向设置的直轨121以及连通在直轨121一端的弧形导轨122，在所述第一导向轨12内分别活动插接有能沿第一导向轨12移动的导向柱41，在所述空腔11内设有环形基座42，所述导向柱41一端分别连接在环形基座42圆周外壁上，在所述环形基座42内设有设有环形卡接槽43，所述通电装置3转动卡接在环形卡接槽43内，在所述环形基座42面向空腔11开口一侧沿环形侧壁设有永磁磁体44，通电装置3转动卡接在环形基座42内，环形基座42通过外壁设置的导向柱41沿第一导向轨12向空腔11的开口位置移动，直轨121的作用是使环形基座先向前直线运动，弧形导轨122则使环形基座向前的同时产生旋转。
[0038] 本发明中所述的通电装置3包括卡接在环形卡接槽43内的环形台31，通电装置3中的环形台31与环形卡接槽43之间设有轴承40，在所述环形台31面向空腔11开口一侧连接有绝缘底座32，在所述环形台31与绝缘底座32中心贯通有方形口30，在所述方形口30内设有防止绝缘底座32转动的防转导杆110，所述防转导杆110一端固定在空腔11远离开口的侧壁上，在所述绝缘底座32上对称设有伸缩触点33，在所述环形台31远离绝缘底座32一侧上设有能分别连接除冰装置10正负极的正极端子311和负极端子322，在所述环形基座42一侧贯穿设有与正极端子311和负极端子322相对应的弧形让位槽46，所述正极端子311与负极端子322分别穿过对应的弧形让位槽46与除冰装置10正负极连接，所述正极端子311与负极端子322分别与对应的伸缩触点33相互连通，所述伸缩触点33与供电装置6相连接，环形台31和绝缘底座32沿防转导杆110被环形基座42带动向前移动，由于防转导杆110的存在环形台31和绝缘底座32是不会随环形基座42在后半程的移动中发生旋转的，此时环形基座42会相对与其活动卡接在一起的环形台31发生旋转，环形基座42一侧两个贯穿的弧形让位槽46使正极端子311和负极端子322可以在环形基座42旋转时不会与环形基座相互卡住。
[0039] 本发明中所述供电装置6包括对称设置在电磁座5上分别接入正极电流与负极电流的插口61，所述除冰装置10通过伸缩触点33插入插口61进行供电工作，通过电磁座5对环形基座42的磁力吸引移动，使绝缘底座32上的伸缩触点33同时随环形基座42移动至电磁座5上并插入插口61，此时由于防转导杆110的存在保证绝缘底座32不会发生旋转，从而能保证伸缩触点33插入插口51内。
[0040] 本发明中所述电磁座5包括有能将电磁座5固定在发电机轮毂上的固定耳51，在所述固定耳51上设有通电后能产生磁力的电磁铁50，电磁铁50则是传统技术中的通过内部线圈通电产生磁力的现有方式。
[0041] 本发明中在所述永磁磁体44上分别设有多个L形卡勾45，在所述电磁铁50面对环形基座42的一侧内设有环形锁定槽52，在所述电磁铁50一侧外壁上设有对应L形卡勾45的槽口53，所述槽口53与环形锁定槽52相连通，所述L形卡勾45穿过槽口53并卡接在环形锁定槽52内，L形卡勾的方向为顺着环形基座42旋转的方向设置，电磁座5上的电磁铁50通电产生磁力对环形基座42上的永磁磁体44产生吸引力，环形基座42通过直轨121向前直线移动的动作使L形卡勾45直线穿过电磁铁44上与环形基座42面对面的槽口53并伸入环形锁定槽52内，当环形基座42通过弧形导轨122时发生旋转，环形基座42上的L形卡勾45则同时随环形基座42的转动而转动，并使L形卡勾45一端勾在环形锁定槽52的内壁上。
[0042] 本发明中其中至少一条第一导向轨12为贯通设置的，在所述叶片本体1叶根位置位于空腔11外的外壁上设有多个能将导向柱41锁定无法移动的锁定装置100，所述锁定装置100分别设置在贯通的第一导向轨12一侧，锁定装置100具体位于贯通的第一导向轨12的两端，其中一端锁定装置100保证安装前内部部件不会随意移动影响安装过程，当全部安装结束后，通过另一端靠近内腔11开口处的锁定装置100将内部移动到位的连接件固定防止风力发电机工作时，内腔11内的连接部件移动。
[0043] 本发明中所述锁定装置100包括纵向设置在导向柱41上的第一通孔120，在贯通的第一导向轨12两端分别设置有固定板101，在所述固定板101上设有与第一通孔120对应的第二通孔102，在所述第一通孔120与第二通孔102内通过穿设螺栓将导向柱41锁定，导向柱41移动到两端任意一端时通过上述对应位置固定板上101的第二通孔102与导向柱41上的第一通孔120对准，插入螺栓进行锁定即可。
[0044] 在安装过程中：首先将碳纳米管发热丝2或碳纳米管发热涂料涂布在风叶本体1上，具体涂布方式可根据所需求的方式设置，然后再覆盖耐腐蚀、耐高温、耐磨涂料在碳纳米管发热丝2或碳纳米管发热涂料上进行覆盖加固，通过固定耳51将电磁座5固定在发电机轮毂对应安装风叶的位置上，将风叶本体1叶根处内腔11中的通电装置(3)移动至靠近叶片位置的固定板101一端，通过固定板上101的第二通孔102与导向柱41上的第一通孔120对准，插入螺栓进行锁定，然后将叶片本体1安装到发电机轮毂预先位置，将叶片本体1上的内腔11对准预先安装在发电机轮毂上的电磁座5，固定好叶片本体1后，释放锁定在固定板101上的螺栓，对电磁座5内的电磁铁50通电产生磁力，因为环形基座42上的永磁磁体44与电磁铁50通电产生磁力相互吸引，环形基座42依靠环绕在其圆周外壁的导向柱41沿第一导向轨12中的直轨121向前直线移动，此时永磁磁体44上的L形卡勾45直线穿过电磁铁44上与环形基座42面对面的槽口53并伸入环形锁定槽52内，当环形基座42通过弧形导轨122时发生旋转，环形基座42上的L形卡勾45则同时随环形基座42的转动而转动，并使L形卡勾45一端勾在环形锁定槽52的内壁上，环形基座42与电磁铁44靠近并贴合的过程中，环形基座42内通过轴承40卡接的通电装置3也随着环形基座42靠近电磁座5上的供电装置6，位于环形台31上固定连接在其一侧的绝缘底座32通过设置的伸缩触点33同
时移动靠近至电磁座5上的供电装置6并插入插口61，至此完成对碳纳米管发热丝2正负极供电的连接，此时再将位于风叶本体1与靠近发电机轮毂结合处的导向柱41通过这一侧的固定板101上与导向柱41上的第一通孔120进行穿射螺栓锁定，然后断开对电磁座5上电磁铁44的供电，只保留对碳纳米管发热丝2的供电连接。
[0045] 本发明中所述耐磨、腐蚀性涂层可以通过以下任意一种制备方法：
[0046] 制备方法一：
[0047] 氟碳
树脂45份、防污增强填料15份、乙酸乙酯65份、N-乙烯基吡咯烷
酮15份、新戊二醇二缩
水甘油醚8份、石
蜡油6份、超分散剂2份。所述的防污增强填料为疏水性气相
二氧化
硅和透明粉，其质量份比为2:9；所述透明粉的粒度800-1200目；所述的超分散剂为超分散剂Disperbyk-163。
[0048] (1)将防污增强填料、一半体积的乙酸乙酯、超分散剂混合后超声分散处理1.5h，得
混合液一；
[0049] (2)将氟碳树脂、一半体积的乙酸乙酯、N-乙烯基吡咯烷酮、新戊二醇二缩水甘油醚和
石蜡油混合，加热至50℃并保温低速搅拌1.5h，得到混合液二；
[0050] (3)将步骤(1)得到的混合液液一与步骤(2)得到的混合液液二混合并高速搅拌45min，
研磨、过滤后即得。
[0051] 制备方法二：
[0052] 1)取脂肪醇聚氧乙烯醚、三
乙醇胺加入丁酮中，用防爆高剪切乳化机，在10000rpm转速条件下乳化分散10min，得混合液；
[0053] 2)在保持高剪切乳化分散的同时，在900W超声条件下，将平均粒径为20nm的纳米金刚石粉体缓慢加入步骤1)所得混合液中，防止纳米金刚石粉体沉淀在容器底部；纳米金刚石粉体全部加入后，在10000rpm转速条件下持续乳化分散10min，后用孔径为0.1μm的滤器过滤杂质，所得滤液即为所述耐磨添加剂。，其中耐磨添加剂中纳米金刚石20％、脂肪醇聚氧乙烯醚2％、三乙醇胺1％，余量为丁酮；所述耐磨添加剂的pH值为7-9。
[0054] 3)按照超疏水涂料与耐磨添加剂的质量比为100:10的比例，将上述耐磨添加剂加入超疏水涂料中，搅拌均匀，即得。所述超疏水涂料为旭硝子
溶剂型氟树脂LF200，
固化剂为异氰酸酯，固化剂与氟树脂质量比为1:10。将上述超疏水耐磨涂料均匀涂覆到清洗干净的玻璃表面，室温固化7天，即得。
[0055] 本发明中耐磨、腐蚀性涂层均可通过现有的制备方法制得，以上只给出其中几种制备方法，并不限于此。
[0056] 以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述
实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
