将二氧化钛生物炭涂覆在风力机叶片上防冰除冰方法

技术领域

本发明创造属于风力机技术，主要涉及一种将具有光热转换特性的二氧化钛纳米强疏水复合材料涂覆在风力机叶片上用于防冰除冰的技术方法。

背景技术

覆冰现象是冬季及冬春交替季节中经常发生的自然现象。近年来全球气候变化加剧，极寒冻雨等恶劣极端气候频繁出现引发的结冰问题给风力发电设备带来了严重影响。我国随着气候变化加剧，冬季暴雪和冻雨频繁出现，东北、华北、云贵和四川等山区结冰问题也日益凸显。由于我国大部分地区都安装了风电和太阳能发电设备，风电设备经冻雨覆冰后，发电量至少损失10％—20％，且叶片旋转时易甩冰，造成重大安全事故。传统除冰方法包括人工除冰法、机械除冰法、电热防除冰法、纳米材料涂层防除冰法等。人工除冰技术最为常用，但其效率低，费用高，作业危险。机械除冰法利用气体、声波等能量和激励，使得在容易形成积冰的表面产生机械作用力，对冰层施加剪切应力，表面的积冰在力的作用下，冰层破裂自然脱落，从而实现除冰。此方法具有结构简单、质量轻、能耗低等优点，已应用于一些中小型飞机和某些风力机上，但需要辅助设备实现，因此具有应用局限性。电热防除冰技术是将电能转变为热能，加热部件表面从而融化冰块的技术，在应用电热防除冰法时却会面临能耗过高及加热后表面疲劳等问题。目前研究的纳米涂层防冰虽然防结冰的效果较好，但涂层表面开始结冰后，很难保证足够的空隙，所以目前研究的纳米涂层并不能完全防结冰，只能在一定程度上延迟结冰发生，减少结冰量，在结冰条件持续时间长的情况下，还是会形成很厚的冰层，同样需要除冰。所以，上述现有的除冰手段都有优势与不足，建立既经济又高效率的防除冰方法十分必要。

发明内容

本发明创造的目的就是针对上述现有技术存在的问题，研究一种将二氧化钛生物炭涂覆在风力机叶片上防冰除冰方法，达到大幅度提高防除冰效率、降低防除冰能耗、简化防除冰工艺、节约不可再生能源、保证风力机叶片防除冰实用性和经济性的目的。

本发明创造的目的是这样实现的:将二氧化钛生物炭复合材料涂覆在风力机叶片上的方法是：将纳米级的二氧化钛生物炭复合材料粉末与水以重量比1：15的比例混合，将得到的混合物溶液用超声细胞破碎仪超声处理30分钟后，再与浓度为60％的粘合剂聚四氟乙烯、无水乙醇以32：1：8的质量比例混合，经搅拌均匀后得到乳白色黏稠状液体，将乳白色黏稠状液体均匀涂覆在玻璃钢材质的风力机叶片外壳表面上，尔后，将玻璃钢风力机叶片放入干燥箱内，在60℃条件下干燥12小时，得到带有乳白色二氧化钛生物炭复合纳米材料涂层涂覆的玻璃钢风力机叶片。

本发明创造是利用二氧化钛生物炭纳米材料涂层光热转换特性与强疏水特性联合法实现和完成风力机叶片的防除冰技术。方法中，充分发挥二氧化钛生物炭纳米材料特性的优势进行两性耦合联合防除冰，大幅度提高了防冰与除冰的技术效果，具有防除冰效果好、防除冰效率高、防除冰能耗低、防除冰工艺简单、防除冰作业成本低、节约不可再生能源、实用性强、经济性好的特点。

附图说明

图1是二氧化钛生物炭复合材料涂层光热转换与强疏水耦合作用下防除冰原理过程示意图。

具体实施方式

下面对本发明创造实施方案进行详细描述。一种将二氧化钛生物炭涂覆在风力机叶片上防冰除冰方法，所述方法是：将纳米级的二氧化钛生物炭复合材料粉末与水以重量比1：15的比例混合，将得到的混合物溶液用超声细胞破碎仪超声处理30分钟后，再与浓度为60％的粘合剂聚四氟乙烯、无水乙醇以32：1：8的质量比例混合，经搅拌均匀后得到乳白色黏稠状液体，将乳白色黏稠状液体均匀涂覆在玻璃钢材质的风力机叶片外壳表面上，尔后，将玻璃钢风力机叶片放入干燥箱内，在60℃条件下干燥12小时，得到带有乳白色二氧化钛生物炭复合纳米材料涂层涂覆的玻璃钢风力机叶片。

二氧化钛本身具有较高的折射率和紫外光吸收能力，复合生物炭的光热转换效率可提高到4％，使涂层具有更强的光热转换能力；复合材料达到纳米级，具有较大的比表面积，液滴接触角可以达到126度。利用其热能提高过冷水滴温度，并利用其强疏水性促进过冷水滴脱落，从而实现联合防除冰，达到了1+1大于2的防冰与除冰技术效果。

结合图1，图中A为水膜层流体流线，B为入射光子流，C为具有强疏水性纳米光热转换材料涂层，D为涂层吸收光子。在结冰条件出现时，A外的过冷水滴逐渐撞击C，形成A，易形成冰层。如果此时有光子B存在，B会被涂层C吸收，则C表面会产生高热区D，保证A的温度高于0摄氏度，同时由于C具有强疏水性，随着C材料粒径的变化，分子自由能变化，A容易脱离，不易附着在C表面上，从而不利于冰层的形成，起到防冰作用。如果在长时间结冰条件下，C表面已经结成冰层，则一旦有光子B出现，由于冰是透明介质，B仍可折射进入C表面，被C吸收，通过分子热运动，产生高热区D，将与C粘结的一侧冰层融化为A，冰层粘结力降低，同时由于C的强疏水性，随着C材料粒径的变化，分子自由能变化，A容易脱离，促使A外侧冰层在短时间内脱落，起到除冰作用。