一種評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)電葉片技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]我國中、南部地區(qū)冬季溫度低、濕度高，多凍雨、霧凇等結(jié)冰氣候，風(fēng)電葉片在此種冰凍環(huán)境下極易發(fā)生結(jié)冰。風(fēng)輪葉片結(jié)冰后會造成風(fēng)電機(jī)組發(fā)電量降低甚至停機(jī)，結(jié)冰后葉片的質(zhì)量不平衡會造成塔筒底部的疲勞損傷增強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)葉片上冰塊從高空甩落會產(chǎn)生危害隱患，因此葉片的冰凍問題亟待解決。在此背景下，國內(nèi)外在風(fēng)電葉片抗冰凍領(lǐng)域進(jìn)行廣泛研究，其中在風(fēng)電葉片表面涂覆防冰涂料是重要的技術(shù)解決方案。防冰涂料可以明顯延緩冰層在葉片上形成和富集，并可以降低冰層與葉片表面的附著力，進(jìn)而提高葉片的抗冰凍能力。
[0003]風(fēng)電葉片的結(jié)冰行為大部分發(fā)生在風(fēng)輪轉(zhuǎn)動的過程中，過冷水滴或凍雨擊打低溫葉片表面，水滴轉(zhuǎn)化為冰層并覆蓋在葉片表面上。結(jié)冰后葉片的氣動外形發(fā)生變化，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)出力不足而停機(jī)。在太陽光照、風(fēng)載、振動等條件下，冰層發(fā)生脫粘行為，從葉片表面脫落。防冰涂料抗冰凍性能測試應(yīng)對涂料的結(jié)冰行為和冰層脫粘行為進(jìn)行全過程測試，依據(jù)在全過程中的性能表現(xiàn)綜合評價防冰涂料的抗冰凍性能。
[0004]在防冰涂料的研發(fā)和應(yīng)用過程中，防冰涂料抗冰凍性能的測試方法是十分重要的。由于結(jié)冰環(huán)境和葉片運(yùn)行狀態(tài)十分復(fù)雜，目前防冰涂料抗冰凍性能的測試方法尚無規(guī)范可循，已有的測試方法主要包括測試常溫和低溫條件下涂料表面與水滴的接觸角和滾動角，測量靜止涂料表面的結(jié)冰阻滯時間，測量靜止涂料表面與冰層的剪切粘附力。然而這些方法基本針對防冰涂料的某一性能進(jìn)行測試，無法全面、真實(shí)地測量防冰涂料的抗冰凍性能。在飛機(jī)結(jié)冰適航領(lǐng)域多采用冰風(fēng)洞進(jìn)行結(jié)冰測試，但冰風(fēng)洞需要建設(shè)較復(fù)雜的供風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)備投資巨大，試驗(yàn)費(fèi)用高，因此，亟待創(chuàng)設(shè)一種試驗(yàn)費(fèi)用低，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確度高，可全面、真實(shí)反映涂料性能，適合進(jìn)行風(fēng)電葉片涂料防冰性能的測試系統(tǒng)及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個目的是提供一種評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)，造價成本低，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，可全面、真實(shí)地反映涂料性能，適合進(jìn)行風(fēng)電葉片涂料防冰性能測試。
[0006]本發(fā)明的又一個目的是提供應(yīng)用上述測試系統(tǒng)評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試方法。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0008]—種評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)，包括可模擬結(jié)冰環(huán)境和融冰環(huán)境的人工氣候室，所述人工氣候室內(nèi)設(shè)有測試試驗(yàn)臺，所述測試試驗(yàn)臺包括中心轉(zhuǎn)軸，所述中心轉(zhuǎn)軸上固定連接有多個連接桿，所述連接桿的端部用于安裝涂料測試樣板，所述涂料測試樣板具有與風(fēng)機(jī)葉片一致的翼型剖面，多個涂料測試樣板沿以所述中心轉(zhuǎn)軸軸心為圓心的徑向圓周均勻設(shè)置；所述測試系統(tǒng)還包括用于安裝在所述涂料測試樣板上的結(jié)冰傳感器和溫度傳感器，以及用于安裝在所述中心轉(zhuǎn)軸上的重量傳感器。
[0009]作為進(jìn)一步地改進(jìn)，所述結(jié)冰傳感器安裝在所述涂料測試樣板的翼型前緣，所述溫度傳感器安裝在所述涂料測試樣板的翼型后緣，所述重量傳感器安裝在所述中心轉(zhuǎn)軸的軸心處。
[0010]所述涂料測試樣板為三個，三個涂料測試樣板分別通過連接桿與所述中心轉(zhuǎn)軸連接并隨之轉(zhuǎn)動。
[0011]所述涂料測試樣板與所述連接桿之間的角度可調(diào)。
[0012]所述涂料測試樣板包括基板和可分離式安裝在所述基板上用于噴覆待測涂料的外表層。
[0013]所述測試試驗(yàn)臺還包括用于驅(qū)動所述中心轉(zhuǎn)軸的調(diào)速電機(jī)。
[0014]所述人工氣候?qū)嶒?yàn)室內(nèi)設(shè)有多個環(huán)境模擬系統(tǒng)，包括溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、送風(fēng)系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)、過冷液滴生成和雨水噴淋系統(tǒng)以及氙燈輻照系統(tǒng)。
[0015]所述人工氣候?qū)嶒?yàn)室內(nèi)還安裝有攝像監(jiān)控系統(tǒng)。
[0016]還包括PLC控制系統(tǒng)，所述PLC控制系統(tǒng)連接并控制所述人工氣候室，并監(jiān)測所述結(jié)冰傳感器、溫度傳感器及重量傳感器的采集信號。
[0017]應(yīng)用所述的測試系統(tǒng)評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試方法，包括以下步驟:A.利用所述人工氣候室模擬結(jié)冰環(huán)境；B.啟動所述測試試驗(yàn)臺，使所述中心轉(zhuǎn)軸帶動涂覆有待測涂料的涂料測試樣板旋轉(zhuǎn)C.通過獲取所述涂料測試樣板的結(jié)冰阻滯時間、冰層面積、冰層重量、冰層厚度參量評估待測涂料的抗結(jié)冰能力；D.利用所述人工氣候室模擬融冰環(huán)境；E.通過獲取所述涂料測試樣板上的冰層脫粘時間評估待測涂料與冰層的脫粘能力。
[0018]由于采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0019]本發(fā)明評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)投入費(fèi)用低，可有效、準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)涂料抗冰凍性能動態(tài)測試。應(yīng)用所述測試系統(tǒng)評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的方法作為涂料抗冰凍性能的動態(tài)測試方法，可以在模擬真實(shí)的結(jié)冰環(huán)境和葉片運(yùn)動狀態(tài)情況下，評估葉片涂料的抗結(jié)冰能力，并且，可模擬融冰環(huán)境，評估待測涂料與冰層的脫粘能力，從而綜合測量防冰涂料的抗冰凍性能，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，可全面、真實(shí)反映涂料性能。
【附圖說明】
[0020]上述僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，以下結(jié)合附圖與【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021]圖1是本發(fā)明的評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是測試試驗(yàn)臺上涂料測試樣板的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是測試試驗(yàn)臺的控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]根據(jù)冰層在葉片涂料表面上的結(jié)冰行為和脫粘行為，本發(fā)明提出一種在模擬自然環(huán)境下的葉片涂料抗冰凍能力的全過程測試系統(tǒng)及方法，可用于評價抗冰凍涂料的結(jié)冰行為和冰層脫粘行為，從而全面、真實(shí)地測量防冰涂料的抗冰凍性能。
[0025]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種評估風(fēng)電葉片涂料抗冰凍性能的測試系統(tǒng)，包括一套人工氣候室1，該人工氣候室1可以模擬自然狀態(tài)下實(shí)際的結(jié)冰環(huán)境和融冰環(huán)境。人工氣候室1內(nèi)設(shè)有多個環(huán)境模擬系統(tǒng)，所述環(huán)境模擬系統(tǒng)包括送風(fēng)和溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)11、過冷液滴生成和雨水噴淋系統(tǒng)12、濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)13、氣壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)14、氙燈輻照系統(tǒng)15。通過設(shè)置上述環(huán)境模擬系統(tǒng)，人工氣候室1可控的氣候參數(shù)包括溫度、濕度、風(fēng)速、氣壓、降雨量、過冷液滴尺寸、液態(tài)水含量、太陽光照等，可以更真切地模擬大自然實(shí)際的結(jié)冰環(huán)境和融冰環(huán)境。此外，人工氣候室1內(nèi)還安裝一套高清攝像監(jiān)控系統(tǒng)16，可以實(shí)時監(jiān)測和記錄室內(nèi)情況。
[0026]作為一種具體的實(shí)施例，所述人工氣候室的主要技術(shù)參數(shù)可設(shè)置如下:
[0027]1.溫度范圍:-50°C -10°C
[0028]2.濕度范圍:40% RH-95% RH
[0029]3.風(fēng)速范圍:0_30m/s
[0030]4.氣壓范圍:0.8-1.lbar
[0031]5.雨量范圍:0_5L/min
[0032]6.過冷液滴粒徑:20 μ m-300 μ m
[0033]7.液態(tài)水含量:0.l-5g/m3
[0034]8.太陽光照:氙燈提供全光譜太陽光，使用特殊濾光片，產(chǎn)生光譜符合多種曝曬標(biāo)準(zhǔn)，輻照度強(qiáng)度范圍:0.55-0.25w/m2，控制點(diǎn):300_400nm。
[0035]請配合參閱圖2所示，本發(fā)明的測試系統(tǒng)還包括安裝在人工氣候室1內(nèi)部的測試試驗(yàn)臺2，測試試驗(yàn)臺2包括中心轉(zhuǎn)軸23，所述中心轉(zhuǎn)軸23上固定連接有多個連接桿21，所述連接桿21的端部用于安裝涂料測試樣板22。多個涂料測試樣板22沿以中心轉(zhuǎn)軸23軸心為圓心的徑向圓周均勾設(shè)置。
[0036]所述中心轉(zhuǎn)軸23通過調(diào)速電機(jī)驅(qū)動，所述涂料測試樣板22可在調(diào)速電機(jī)的帶動下隨中心轉(zhuǎn)軸23在水平面圓周旋轉(zhuǎn)。優(yōu)選地，所述涂料測試樣板22設(shè)為3個，也可以成倍增加數(shù)量如6個。每個涂料測試樣板22各自通過連接桿21與所述中心轉(zhuǎn)軸23連接并隨之轉(zhuǎn)動。連接桿21可制成配套的金屬連接工裝。優(yōu)選地，調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)速范圍選擇0-8000r/min，涂料測試樣板22中心距離中心轉(zhuǎn)軸23的軸心1000mm，通過控制調(diào)速電機(jī)轉(zhuǎn)速，涂料測試樣板22中心區(qū)域的轉(zhuǎn)速為0-100m/S。為防止調(diào)速電機(jī)在結(jié)冰環(huán)境中存在電氣安全風(fēng)險，需要在電機(jī)外安裝保護(hù)殼，并具備較高的電氣安全等級。