2 MW风机叶片气热法防除冰的传热试验研究

在凝冻地区风电场采用气热法进行风机叶片防除冰工程应用时,叶片传热试验至关重要。文章针对现场2 MW风机叶片,结合叶片重点结冰区域分布,设计研发叶片传热试验系统并实施9 h传热试验。试验采用12支温度传感器和红外热成像技术监测记录叶片温度,并分析叶片传热过程及传热效果。传热试验结果表明,在叶片前缘通道内施加30 kW加热器持续加热叶片本体,无日照时叶片前缘外表面15 m处温度为39.4℃,40 m处温度为25.3℃,温升在10℃以上,且分别沿叶尖和后缘两侧方向呈现递减分布。验证了利用气热法对该复合材料叶片进行防除冰,在理论上和技术上是可行的。     

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。     

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。     

风电机组叶片结冰的光纤感知及厚度分布估计

分析光纤感知叶片结冰厚度的检测原理并设计四通道双窗口专用结冰探测器，采用模拟计算并分析不同攻角和水滴粒径下叶片水滴收集率分布，借助风电机组所在空气流场构建风电机组机舱顶部结冰探测器与叶片间运行环境结冰信息的内在关联，进而实现叶片表面结冰厚度检测及分布估计并在风场风电机组进行结冰实测验证，结果表明叶片表面结冰状态呈现前缘结冰最厚且沿叶尖方向逐渐增加的分布特征，探测器检测值与实测值偏差在8%内，可满足风电机组叶片防除冰的工程应用需求。     

基于电加热法的自控型防冰除冰叶片结构研究

基于对风力机叶片表面覆冰的条件、影响因素、结冰位置等方面的分析研究,本文提出了一种基于电加热法的自控型防冰除冰叶片结构。该结构通过采集风力机周边的结冰因子状态参数,由监控系统和控制系统组成的激发控制器自动启动或关闭风力机防冰除冰加热装置,以实现对叶片防冰或除冰。从而解决结冰期风力机发电稳定性问题,使结冰期真正成为风力发电的高产季节,提高风力发电厂的经济效益和社会效益。     

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。     

大型风电机组叶片的气热抗冰关键技术及工程应用实践

简要介绍了风电机组叶片的气热抗冰关键技术,并结合工程实践,证明了气热抗冰系统在我国南方和中西部山区风电场具有推广应用的技术可行性,同时分析了其经济效益和社会效益。     

基于运行参数特征的风力机叶片覆冰诊断方法

为更好地解决工程实际中的叶片覆冰问题,通过建立叶片覆冰状态特征参数处理模型,提取出能反映叶片覆冰状态的6种故障特征指标,并将其作为输入,将叶片覆冰状态作为输出,建立风电机组叶片覆冰诊断的BP神经网络模型,利用实际风电机组数据采集与监视控制(SCADA)系统数据构造BP神经网络的训练样本和测试样本。结果表明:所构建的叶片覆冰诊断模型能准确地诊断出叶片覆冰状态。     

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。     

垂直轴风机叶片覆冰数值模拟及其气动性能研究

研究升力型垂直轴风机叶片的覆冰特性,为风机的防冰、除冰系统研发提供帮助。文章对垂直轴风机叶片的雾凇覆冰物理过程进行了分析,建立了风机叶片覆冰的数值计算模型。通过SST k-ω湍流模型求解旋转叶片周围的空气流场,利用拉格朗日法获得过冷却水滴的运动轨迹及碰撞情况,结合覆冰时间推进法得到叶片表面的覆冰形貌,并通过流场计算分析覆冰对风机气动性能的影响。利用该计算模型研究了不同叶片翼型、叶片数量以及叶尖速比λ对垂直轴风机叶片覆冰的影响。结果表明:当风机的λ增大时,风机叶片表面的覆冰更多的向叶片前缘尖端区域集中,叶片后缘的覆冰量减少;在同一覆冰条件下,不同叶片翼型、叶片数量和λ对垂直轴风机的整体覆冰量、单个叶片的覆冰量以及叶片表面的最大覆冰厚度均产生重要影响;不同叶片翼型、叶片数量和λ的风机的静态扭矩特性受覆冰影响差异大。     

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。     

叶片覆冰对抗冰冻机组疲劳载荷的影响研究

风电机组叶片覆冰后叶片质量增加、翼型气动性能变化,引起风轮质量不平衡与气动不平衡。机组的载荷特性发生变化,将对关键部件的疲劳载荷产生影响,进而影响机组的安全性与可靠性。文章依据IEC标准对覆冰工况的要求,在考虑叶片覆冰后叶片质量与气动性能变化的基础上,提出两种不同的寿命周期,来研究叶片覆冰状态及覆冰时间对风电机组关键部件等效疲劳载荷的影响,结果表明叶片不均匀覆冰、覆冰时间及低温环境空气密度对机组关键部件疲劳载荷有较大影响。     

输电线路的覆冰研究与分析

输电线路覆冰及其引起的各类事故严重危害电力系统的安全运行。文中分析我国输电线路重大覆冰事故,并介绍输电线路覆冰形成原因、影响因素、覆冰对输电线路的危害和防覆冰及除冰方法。新研究的涂料对防止覆冰是有一定作用的,防冰涂料要有憎水性、憎污性和易剥离等性质;还总结覆冰涂料应有的性质。激光除冰是利用其作为热源除冰,现在还处于理论和试验阶段,研究二氧化碳激光器除冰情况,提出激光除冰的方法、研究方向以及应用前景。     

防冰状态下涡轴发动机零级导叶壁面温度场的计算

介绍了一种防冰状态下涡轴发动机零级导叶壁面温度的简化计算方法。采用这种方法,导叶的水撞击效率以流场计算结果为基础使用拉格朗日法得到。在假设叶片壁面维持湿润的条件下,通过分析参与叶片壁面能量交换的各项热流,并结合空气系统的计算结果,确定了Ansys热分析时所需的边界条件,由此得到了热平衡时叶片壁面的温度场。与冰风洞热气防冰试验值的对比结果,证实了该简化计算方法的有效性,可为导叶热气防冰系统的设计提供一定指导。     

贵州地区风电机组覆冰原因及甩冰风险分析

正高原寒冷地区气候极易造成风电机组叶片结冰,一方面会影响机组的发电量,另一方面在运行过程中,旋转的风轮在温度升高时,覆冰的粘着力下降,极易发生甩冰、落冰现象,造成人身伤害和运营事故。尤其在"天无三日晴"的贵州,风电机组叶片覆冰发生的频率较高。据不完全统计,贵州地区冬季的凝冻现象造成风电机组的年发电量损失高达15%-20%。资料显示,在特殊天气情况下,比如温度接近零摄氏度又伴有高湿度,如冻雨或雨夹雪,风电机组叶片比较容易覆冰。在重力和风电机组叶片旋转产生的机械力的     

叶片覆冰对风电机组的影响

正我国幅员辽阔,南北跨度大,部分风电场处于湿度大、气温低的环境中,叶片结冰就成为必须要考虑的因素。叶片结冰引起风电机组叶片的气动性能改变,导致风电机组发电量降低,同时结冰质量分布不均匀会引起不平衡载荷,给风电机组的设计提出新的要求,此外,叶片抛冰还会对人员安全造成较大的隐患。国内对风电机组叶片覆冰的研究不多,李声茂等基于二维定常不可压缩流体的N-S方程,引入离散相DPM模型,通过数值模拟计算了不同攻角下的翼型表面结冰分布情况。张聘亭等使用CFD软件,     

海上风电机组叶片表面涂层材料的研制

本文以海上风电机组叶片表面涂层材料为研究对象,依据风电机组风轮叶片保护涂层认证技术规范稿中,配套体系性能要求海上性能指标数据,结合陆上风电叶片涂层产品,寻找原材料最佳匹配,侧重研究耐盐雾、耐湿热、耐老化性能,延长检测时间,达到耐腐蚀防盐雾的目的。     

利用风能改变凝结水温度对火电机组热经济性影响的研究

针对目前电网大规模弃风问题,为了提高风电利用率,合理利用风电资源,提出了一种利用不能并网的风电通过热熔炉加热凝结水的方法。以小扰动理论为基础,利用热经济性状态方程,通过对汽轮机回热系统和凝汽器特性的分析,研究凝结水温度变化对火电机组经济性的影响。以某典型600MW水冷机组为例,讨论了此方法的热力学特性和节能效果。结果表明:通过不能并网风电加热低压凝结水,可以减少汽轮机末级抽汽量,提高系统的热经济性,节约燃煤量,对于火电机组开发节能潜力具有积极的意义。     

汽轮机回热加热系统节能潜力分析与改进

根据对50MW双抽汽轮机回热加热系统试验研究分析，找出了给水回热系统在设计和运行管理中存在的问题，并定量分析了存在的问题对机组运行经济性的影响。提出了给水回热加热系统的改进措施，使50MW机组回热系统的经济运行状况得到很大的改善。     

叶片变桨速率对风电机组停机过程载荷特性影响研究

分析叶片变桨速率对于风电机组机械载荷影响的机理,并基于某2.5 MW双馈型风电机组载荷实测数据,对相同外部条件不同叶片变桨速率停机过程的载荷数据进行分析,研究叶片变桨速率对风电机组疲劳与极限载荷的影响。运用GH Bladed软件,对不同叶片变桨速率停机工况下的风电机组载荷进行仿真计算,验证叶片变桨速率与风电机组载荷之间的内在关系。现场测试数据与仿真结果均表明,风电机组停机过程中的载荷特性与叶片变桨速率相关,且随着叶片变桨速率的增加,疲劳与极限载荷随之明显增加。由叶片变桨速率增大导致的风电机组极限载荷增加比例与疲劳等效载荷增加比例相近。