风力机叶片前缘单排孔射流成膜特性研究

针对寒冷气候条件下大型垂直轴风力机叶片翼型前缘结冰问题,提出一种新的叶片防冰、除冰方法 -气膜加热法。通过在风力机叶片翼型前缘开设气膜孔,并对三维静叶片进行数值模拟研究,观察其成膜情况,从而确定孔径和孔间距大小。将设置好孔径、孔间距的三维风轮进行变工况非稳态数值模拟,通过分析三维风轮气动特性,确定最佳运行工况,并观察该工况下不同时刻叶片表面成膜情况。最后,运用相似理论,对按同比例缩小的原型机进行试验分析,将模拟结果与试验研究进行对比,发现两者平均转矩随尖速比变化趋势基本一致。说明开孔翼型不但能起到很好的防冰、除冰作用,而且适当开孔后叶片气动性能变化不大。     

风力机叶片气热除冰效率影响因素分析

为分析风力机叶片气热除水效率的影响因素，基于气热法对风力机叶片除冰效果进行试验分析，重点考虑铺层结构的导热效率和鼓风机速度(或频率)对除冰效率的影响。首先对叶片构造和铺层结构进行介绍，通过对铺层结构厚度测量估算导热系数，根据冬季叶片覆冰位置，验证气热除冰时叶片导热分布合理性。之后通过改变鼓风机速度(或频率)进行现场叶片除冰试验。试验结果揭示了气热除冰系统在对风力机叶片除冰过程中出现的除冰不均衡现象的根本原因，表明在保证通风管出风口温度稳定的前提下，鼓风机速度(或频率)越高，叶片表面除冰均衡性越好，除冰效果越显著。此外，在使用更大鼓风机频率的同时增强叶片内部环流，合理设置叶片内部环流结构可有效提高除冰效率并减小除冰耗时。研究结果可为工程实践提供指导。     

2 MW风电机组叶片防除冰试验与能耗评估

文章针对凝冻积冰环境下风电机组叶片气热法防除冰技术展开现场试验,验证其防除冰效果及加热能耗。首先,分析了叶片表面结冰复杂过程并模拟计算NACA64618翼型表面积冰分布;然后,结合2 MW风电机组构建叶片主动气热法防除冰系统并实施现场示范工程;最后,开展了风电机组叶片静态除冰试验、防冰试验及防冰生产运行试验,辅助全景红外热成像检测分析叶片防除冰效果及加热能耗。试验结果表明,在冰厚为30 mm并控制加热温度为50℃的前提下,持续加热2 h后叶片表面开始融冰脱落,加热能耗功率不足50 kW。可为风电机组叶片气热法防除冰的工程应用系统设计提供参考。     

风力机叶片气热除冰技术研究现状与展望

风电机组叶片结冰给风电场的运行安全和发电效益带来双重困扰,因此迫切需要对结冰较严重的风力机进行除冰技术改造。本文首先对风力机叶片4种除冰技术进行对比,并对其原理、适用性和可靠性进行了分析和比较。重点阐述了现有气热除冰技术的4种技术路线及方案,讨论了气热除冰技术方案的经济效益和热传递效果,并对气热除冰存在的主要问题进行说明。系统论述了该技术在能量利用效率和除冰效率方面仍具有极大的改进和提升空间,提出了气热除冰设备在标准化、控制系统轻量化、系统效率提升等方面的一些设想和展望。     

水平轴风力机结冰及其影响计算分析

针对过冷水滴在风力机表面撞击结冰现象,建立适合于计算水平轴风力机结冰过程的三维数值方法。该方法包括计算空气流场的多参考坐标系(MRF)方法、结冰面水滴收集率计算的欧拉方法以及结冰的三维模型及其相应的数值求解算法3部分。采用该方法对某1.5 MW级水平轴风力机结冰进行计算,总结结冰的基本特征,分析结冰对风力机气动特性的影响。研究表明:冰主要结在叶片前缘,从叶尖到叶根,冰越来越薄;轮毂、叶片根部及其附近区域、结冰很微弱,可忽略;在叶尖结明冰的条件下,随着展向位置向叶根移动,冰的外形会逐渐趋向规则,明冰向霜冰转变;结冰对叶片根部附近的压力载荷分布影响不大,但对叶尖附近区域的载荷改变明显。     

风力机桨叶超声波除冰实验技术研究及其应用

利用人工环境实验室、模态分析系统、自行设计的两套超声波除冰设备和嵌有压电陶瓷片的风力机桨叶建立风力机桨叶超声波除冰实验台,对不同覆冰状态下的桨叶进行了模态分析,从桨叶的曲率模态参数中提取风力机桨叶覆冰区域与覆冰厚度参数,并利用压电陶瓷片产生的超声波横向剪切应力给风力机桨叶除冰。实验表明,根据所获得的覆冰区域与覆冰厚度参数能较准确地诊断风力机桨叶覆冰状态,超声波除冰技术适用于风力机覆冰桨叶。通过对实验数据分析,提出了除冰时间与覆冰厚度、除冰能耗与覆冰温度和除冰能耗与覆冰厚度之间的定量关系式,为设计超声波桨叶除冰系统提供实验依据。     

风力发电机叶片防冻除冰技术研究进展

在寒冷地区,风力发电机叶片的覆冰对风力发电机组的安全运行和现场工作人员人身安全构成极大的危险。介绍了风力发电机叶片表面覆冰的基本原理、形成过程及其影响因素,分析讨论了适用于叶片覆冰过程不同阶段的防冻除冰技术方法。     

垂直轴风力机叶片翼型结冰的数值计算

为研究寒冷气候条件对直线翼垂直轴风力机叶片表面结冰的影响,对该种风力机叶片常用的NACA0015翼型进行了翼型结冰的数值模拟计算.计算基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,并引入离散相模型DPM.参照实际风力机野外工作环境参数,通过改变风速和空气中水滴流量等条件,计算了在8种典型攻角下的翼型表面结冰分布情况.结果表明:气流中所含的过冷水滴量和风速是影响风力机翼型表面结冰的关键因素;风速较低时,水滴流量的影响占主导作用;翼型攻角不同,其表面结冰的厚度、面积和生长趋势不同.在一定攻角范围内,翼型表面的结冰面积随翼型迎风面积、风速和空气中水滴流量的增加而增大.在一定条件下,结冰面积可达到翼型面积的30%以上.     

一种燃气轮机进气防冰控制系统设计

为了避免燃气轮机进气系统过滤器在低温高湿环境下发生结霜结冰导致的进气系统压损增加以及影响机组安全稳定运行等问题,基于广泛应用的压气机抽气加热的防冰方式,根据低温高湿环境的恶劣程度、进气滤芯的结冰情况以及机组运行状态,全面分析并量化总结了防冰激活条件及除冰激活条件。基于不同的激活条件,设计了防冰执行机构的动作逻辑、输入设定值拟合以及防冰控制阀开度控制器。结合防冰控制过程中机组可能面临的风险及故障,阐述了报警及卸负载停机的保护条件。以某型燃气轮机作为研究对象,进行了相关的性能测试。实践表明,该防冰系统能够稳定高效运行,提高进气温度并降低进气湿度,有效避免进气滤芯湿堵现象的发生。     

基于振型曲率的风力机叶片覆冰检测技术

为深入研究基于振动理论的风力机叶片覆冰诊断技术,对不同覆冰状态下的风力机叶片进行动力特性模拟实验。通过研究各阶次下、各温度下振型曲率与覆冰的关系,定义覆冰位置特征值和覆冰程度特征指标。借助Matlab软件拟合得到覆冰位置诊断阈值函数以及厚度计算公式,从而建立风力机叶片覆冰状态定量检测指标体系。最后对所提出的覆冰状态诊断指标体系做实例验算,结果表明该方法对风力机叶片覆冰状态识别具有较高的准确度。