覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的数值仿真与试验验证.pdf

2024年2月电工技术学报Vol.39No.3

第39卷第3期TRANSACTIONSOFCHINAELECTROTECHNICALSOCIETYFeb.2024

DOI:10.19595/ki.1000-6753.tces.222097

覆冰厚度对气动脉冲除冰效果影响的

数值仿真与试验验证

于周舒立春胡琴蒋兴良雷正飞

（重庆大学雪峰山能源装备安全国家野外科学观测研究站重庆400044）

摘要叶片结冰影响风力发电机的安全稳定运行，现有的叶片热力除冰、涂料防冰技术分别

存在能耗高、耐候性差等问题，均无法大面积推广应用。受飞机机翼气囊除冰方法启发，该文提

出一种新结构式的气动脉冲除冰方法。利用Abaqus商业软件对该方法的简化模型进行除冰过程

的数值仿真，对比分析了不同脉冲充气气压下覆冰厚度对除冰效果的影响。同时，通过人工覆冰

与除冰试验，对仿真结果进行验证。仿真与试验结果表明：在低充气气压下，冰层越薄越容易破

碎脱落，覆冰厚度的增加有利于提升低充气气压下的脱冰率；在相同充气气压下，冰层厚度的增

加可以降低结构表面形变。

关键词：风力发电机覆冰数值仿真气动脉冲除冰覆冰试验

中图分类号：TM315

0引言

风能在推进新能源及低碳社会建设中扮演着重

要角色[1-5]。全球风能理事会在2021年的报告中指

出，2020年全球新增风力发电装机容量超过900GW，

图1橡胶气囊除冰示意图

相比2019年增长了53%。高寒地区气温低、空气密

Fig.1Diagramofrubberpneumaticbootsde-icing

度大，可用风能比其他地区高约10%[6]。然而，低

为减少外部粘贴气囊长时间大形变对叶片气动

温带来的覆冰问题严重削弱了风机的输出功率，并

[7-8]性能的影响，本文提出一种新结构式的气动脉冲除

影响风机的安全稳定运行。

冰方法，即将气囊浇注于叶片内部来减少表面形变

目前，热空气技术和电热技术是风机防/除冰

和除冰时长。为研究该方法在不同覆冰厚度下的除

的主要手段。然而，上述方法会随着环境温度的降

冰效果，采用Abaqus商业软件对新结构简化模型

低和来流风速的提升消耗更多能量，且除冰周期增

加[9]。与之相比，机械式的气动除冰方法更加直接的除冰过程进行数值仿真；同时，设计并制作气动

高效，且能耗较低[10]。1980年以来，该方法被广泛脉冲除冰样板，通过人工覆冰与除冰试验验证仿真

用于直升机旋翼和民用机机翼除冰方面[11]。由于风结果的准确性。仿真与试验结果证明，该方法在表

面最大位移小于2mm、气动脉冲时间为4ms的条

机叶片与机翼结构相似，气动除冰方法在风机叶片

件下能够实现除冰。

除冰方面具有较好的应用前景。

机翼上的气动除冰方法主要依靠粘贴在表面1气动脉冲除冰结构与除冰原理

的橡胶气囊实现，如图1所示。气囊充气时会产生

图2为气动脉冲除