防冰涂层的分阶段评估

扩大叶片应用范围前,应逐步查清实验室测试、耐久性和现场表现中的不确定因素。

  1. 结冰工况

    明确温度、供水、液滴、风速和暴露时间。

  2. 表面响应

    按同一程序比较处理表面与对照表面。

  3. 冰附着

    采用明确的几何形状和加载方法。

  4. 耐久性

    对涂层进行耐候或磨损处理,然后重复结冰检查。

  5. 现场监测

    记录天气、机组状态及检查和维护情况。

选择涂层前先明确结冰工况

雾凇、明冰、混合结冰和冻降水形成的表面状态各不相同。测试条件应记录空气与基材温度、液态水供给、液滴范围、气流速度和暴露时间,并说明叶片表面体系及运行状态。还要明确希望改善什么:延迟冻结、减少积冰、降低冰附着、促进冰脱落,或缩短恢复时间。

区分防冰、减少覆冰和除冰

防冰是延迟或减少冰的附着;减少覆冰是相对对照样测得的改善;除冰是在冰已经形成后将其移除。被动表面可以配合检测、运行控制或主动系统使用。但缺少完整系统的测试资料时,不能宣称它在任何条件下都不结冰,也不能宣称它可以替代这些措施。

接触角只能用于初步筛选

接触角和滚落角反映规定方法下的初始润湿行为,不能直接反映旋转叶片如何结冰。过冷液滴可能撞击表面、铺展,并在离开前冻结;污染和磨损也会改变原有表面。应始终设置条件匹配的对照样,比较冻结行为、覆冰面积或冰附着,检查结果能否重复,并在调理处理后再次测量。

测试完整的叶片表面体系

试样应采用目标胶衣、面漆、复合材料蒙皮或修补层,并复现实际的清洁、预处理、底涂、膜厚和固化工艺。随后按项目需要,检查附着、冻融、前缘雨蚀、磨损、紫外和温度循环的影响,同时评估柔韧性、修补条件和表面质量。条件允许时,先对试样进行调理,再在同一体系上复测与冰有关的性能。

从实验室试片到现场试验

明确用途后,先做条件匹配的实验室筛选,再检查耐久处理后的性能,随后开展代表性叶片区域试验和受控现场监测。现场应记录天气、机组状态,并同步观察处理区和对照区。短期演示不能说明普遍适用的使用寿命。是否采用该方案,要看实际设备上的改善能否测量、重复,并通过维护持续保持。

叶片涂层测试应包含哪些内容

此图仅列出评估内容;项目验收限值仍由叶片 OEM、业主和负责工程师确定。

  1. 实际表面体系

    使用目标胶衣、涂料或修补层。

  2. 匹配对照

    设置未处理表面或现有体系进行比较。

  3. 明确的结冰条件

    记录完整的供水、温度和气流条件。

  4. 侵蚀与耐候

    按需要加入雨蚀、紫外、循环或磨损。

  5. 复测与检查

    复测处理后的性能,并记录失效方式。

参考资料

  1. DSAN Anti-Icing Coating product
  2. Wind-Turbine Blade Anti-Icing application
  3. Anti-Icing Materials for Transmission Equipment
  4. NREL — Great Lakes Wind Energy Challenges and Opportunities

需要确认的问题

防冰涂层能让叶片完全不结冰吗?

不能保证在所有工况下都不结冰。效果取决于结冰条件、叶片体系、涂层状态,以及是否有足够的力促使冰脱落。

防冰与除冰有什么区别?

防冰旨在延迟或减少冰的附着;除冰则在冰形成后将其移除,通常使用加热、机械作用或运行程序。

应如何测试风电叶片防冰涂层?

采用有代表性的叶片表面体系,明确结冰程序、对照样和评价指标,再在侵蚀与耐候处理后重复相关检查。

接触角是否足以用于选型?

不够。接触角只反映初始润湿状态,还需要检查冰附着、积冰、耐久性,以及耐久处理后的性能。

已有叶片可以加涂这种涂层吗?

有可能,但须先评估兼容性,确认待涂部位能否施工,以及表面处理、固化和检查如何完成。还要核对气动限制,并考虑日后的修补。