RU2782923C1 - Method for producing ptfe-based membrane to prevent formation and remove ice from wind generator blades and its application - Google Patents
Method for producing ptfe-based membrane to prevent formation and remove ice from wind generator blades and its application Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782923C1 RU2782923C1 RU2022107699A RU2022107699A RU2782923C1 RU 2782923 C1 RU2782923 C1 RU 2782923C1 RU 2022107699 A RU2022107699 A RU 2022107699A RU 2022107699 A RU2022107699 A RU 2022107699A RU 2782923 C1 RU2782923 C1 RU 2782923C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- membrane
- ptfe
- blade
- hot
- calendering
- Prior art date
Links
- 239000012528 membrane Substances 0.000 title claims abstract description 203
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 title claims abstract description 62
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 title claims abstract description 15
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 7
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 claims abstract description 61
- 238000003490 calendering Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 claims abstract description 26
- 239000011162 core material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 21
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 21
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 18
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 claims abstract description 11
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 8
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 3
- -1 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 claims abstract description 3
- 239000000178 monomer Substances 0.000 claims description 23
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 17
- 238000003825 pressing Methods 0.000 claims description 5
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 239000002131 composite material Substances 0.000 abstract description 3
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 abstract description 3
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 abstract description 3
- 238000003756 stirring Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004026 adhesive bonding Methods 0.000 description 17
- 238000004804 winding Methods 0.000 description 16
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 229920002456 HOTAIR Polymers 0.000 description 7
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 7
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 7
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 6
- 230000001070 adhesive Effects 0.000 description 6
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 6
- 238000005485 electric heating Methods 0.000 description 6
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 5
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 4
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 4
- 230000002522 swelling Effects 0.000 description 4
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 3
- YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N fluorine atom Chemical compound [F] YCKRFDGAMUMZLT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 3
- 230000002209 hydrophobic Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 3
- 230000037303 wrinkles Effects 0.000 description 3
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 2
- 229920001225 Polyester resin Polymers 0.000 description 2
- 210000003491 Skin Anatomy 0.000 description 2
- 239000000654 additive Substances 0.000 description 2
- 230000000181 anti-adherence Effects 0.000 description 2
- 230000003373 anti-fouling Effects 0.000 description 2
- 238000005056 compaction Methods 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 description 2
- 239000011664 nicotinic acid Substances 0.000 description 2
- 239000004645 polyester resin Substances 0.000 description 2
- 239000012196 polytetrafluoroethylene based material Substances 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 2
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000003746 surface roughness Effects 0.000 description 2
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- 229920000311 Fiber-reinforced composite Polymers 0.000 description 1
- 235000006508 Nelumbo nucifera Nutrition 0.000 description 1
- 240000002853 Nelumbo nucifera Species 0.000 description 1
- 235000006510 Nelumbo pentapetala Nutrition 0.000 description 1
- 229910004298 SiO 2 Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000002159 abnormal effect Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000003078 antioxidant Effects 0.000 description 1
- 239000003963 antioxidant agent Substances 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 230000001186 cumulative Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000003628 erosive Effects 0.000 description 1
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 1
- 238000007373 indentation Methods 0.000 description 1
- 239000003999 initiator Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 1
- CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N ozone Chemical compound [O-][O+]=O CBENFWSGALASAD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 235000002639 sodium chloride Nutrition 0.000 description 1
- 239000011780 sodium chloride Substances 0.000 description 1
- FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M sodium chloride Chemical compound [Na+].[Cl-] FAPWRFPIFSIZLT-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 238000010257 thawing Methods 0.000 description 1
- 239000002562 thickening agent Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- 230000001131 transforming Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 229910052724 xenon Inorganic materials 0.000 description 1
- FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N xenon(0) Chemical compound [Xe] FHNFHKCVQCLJFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИFIELD OF TECHNOLOGY
Изобретение относится к технической области полимерных композитов, в частности, к способу получения мембраны на основе политетрафторэтилена (ПТФЭ) для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора и ее применению.The invention relates to the technical field of polymer composites, in particular, to a method for producing a membrane based on polytetrafluoroethylene (PTFE) to prevent the formation and removal of icing from wind turbine blades and its application.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE INVENTION
Китай является страной с наиболее быстрыми темпами развития и наибольшими установленными мощностями энергии ветра по всему миру. Однако он также является одной из стран с наиболее обширными зонами обледенения лопастей ветрогенератора и наиболее частыми событиями выключения ветрогенераторов вследствие обледенения. В ходе исследования ветряных электростанций с обледеневшими лопастями ветрогенераторов зимой и анализа статистических данных, а также релевантных данных в отношении потерь выработки энергии вследствие обледеневших зимой лопастей некоторых ветряных электростанций, обнаружено, что лопасти ветрогенераторов, установленных в высокогорных, гористых и низкотемпературных, обледеневших и других регионах Китая обледеневают в различной степени каждую зиму вследствие воздействия климатических условий, при этом лопасти ветрогенераторов в высокогорных и гористых регионах и лесных зонах на высоте 1000-1800 м обледеневают зимой сильнее. В частности, лопасти в регионах Хунань, Хубэй, Гуандун, Цзянси, Чжэцзян, Аньхой, Юньнань-Гуйчжоуское нагорье, Внутренняя Монголия, гористых регионах северного Хэбэя и северо-западного Шеньси являются более серьезными в части времени и степени обледенения по сравнению с ветряными электростанциями в северном Синьцзяне и северо-восточных регионах Китая. Мощность единицы лопасти составляет приблизительно 27% от кумулятивной общей установленной мощности в Китае. Зима является периодом с наиболее сильными источниками ветра. В этих регионах с относительно высокими степенями обледенения в целом не существует проблемы локального потребления давления ветрогенератором. Таким образом, ненормальная работа ветрогенераторов, вызванная обледенением лопасти, и принудительное выключение ветрогенератора, вызванное фактом невозможности достижения гарантированной мощности, приводят к колоссальным размерам потерь электричества и даже событиям растрескивания лопастей, вызываемых обледенением.China is the country with the fastest development and the largest installed wind power capacity worldwide. However, it is also one of the countries with the most extensive wind blade icing and the most frequent wind turbine shutdown events due to icing. During the study of wind farms with ice-covered blades of wind turbines in winter and the analysis of statistical data, as well as relevant data regarding the loss of energy generation due to ice-covered blades in winter of some wind farms, it was found that the blades of wind turbines installed in high-mountainous, mountainous and low-temperature, icy and other regions China ices to varying degrees every winter due to the impact of climatic conditions, while the blades of wind turbines in the high-mountainous and mountainous regions and forest zones at an altitude of 1000-1800 m are more heavily iced in winter. In particular, the blades in Hunan, Hubei, Guangdong, Jiangxi, Zhejiang, Anhui, Yunnan-Guizhou Plateau, Inner Mongolia, the mountainous regions of northern Hebei and northwestern Shanxi are more severe in terms of time and extent of icing compared to wind farms in northern Xinjiang and northeastern regions of China. The capacity of a single blade is approximately 27% of the cumulative total installed capacity in China. Winter is the period with the strongest wind sources. In these regions with relatively high degrees of icing, in general, there is no problem of local pressure consumption by the wind turbine. Thus, the abnormal operation of wind turbines caused by blade icing and the forced shutdown of the wind turbine caused by the fact that the guaranteed power cannot be reached lead to enormous amounts of electricity loss and even blade cracking events caused by icing.
Обледенение поверхностей лопастей, а также нехватка технологических способов предотвращения образования и удаления льда, и производительности, составляют риск безопасности работы единицы в дополнение к прямому воздействию на выработку электричества от энергии ветра. Таким образом, предотвращение образования и удаление льда с лопастей ветрогенератора зимой является основной темой в сфере ветроэнергетической промышленности по всему миру.The icing of blade surfaces, as well as the lack of technological methods for preventing and removing ice, and productivity, constitute a risk to the safety of the operation of the unit in addition to a direct impact on the generation of electricity from wind energy. Therefore, the prevention and removal of ice from wind turbine blades in winter is a major topic in the wind energy industry around the world.
Лопасть ветрогенератора является его важным компонентом. Обледенение лопастей может привести к частым событиям выключения ветрогенераторов зимой, приводящих к потере большого количества выработанного электричества и вырабатываемого электричества, и вызывает изменение аэродинамического профиля лопастей, что приводит к потере мощности ветрогенератора; нагрузка от льда может повлиять на нагрузку единицы, неравномерное распределение льда вызывает снижение мощности генератора; линия отмеченных частиц аэродинамического профиля лопасти разрушается, несбалансированная нагрузка от льда может привести к снижению усталостного сопротивления лопасти; разница между частотой обледеневших секций может изменять исходный аэродинамический профиль лопасти, что воздействует на срок службы генератора, и увеличивать шероховатость поверхности лопасти, что оказывает серьезное воздействие на рабочие характеристики аэродинамического профиля лопасти; сильное обледенение вызывает разрушение лопасти, что приводит к риску безопасной работы генератора; генератор продолжает работать, находясь в состоянии обледенения, что приводит к тому, что генератор отсоединяется от сети, что, в свою очередь, влияет на безопасность сети; когда лед отходит от лопасти при естественной температуре или при его оттаивании, вращающаяся лопасть может отбросить лед на расстояние более 100 метров в любой момент времени, что составляет потенциальную угрозу безопасности жизней людей и объектов вокруг ветрогенератора.The blade of a wind turbine is an important component. Icing of the blades can lead to frequent shutdown events of wind turbines in winter, resulting in the loss of a large amount of generated electricity and generated electricity, and causes a change in the airfoil of the blades, resulting in a loss of power of the wind turbine; load from ice can affect the load of the unit, uneven distribution of ice causes a decrease in generator power; the line of marked particles of the airfoil of the blade is destroyed, the unbalanced load from ice can lead to a decrease in the fatigue resistance of the blade; the difference between the frequency of iced sections can change the initial airfoil of the blade, which affects the service life of the generator, and increase the surface roughness of the blade, which seriously affects the performance of the airfoil of the blade; severe icing causes the destruction of the blade, which leads to the risk of safe operation of the generator; the generator continues to operate while in a state of icing, which causes the generator to be disconnected from the network, which in turn affects the safety of the network; when the ice moves away from the blade at natural temperature or when it thaws, the rotating blade can throw the ice more than 100 meters at any time, which is a potential safety hazard for people and objects around the wind turbine.
Существует множество местных и зарубежных технологических способов предотвращения образования и удаления льда, которые включают в себя две категории, а именно, технологический способ пассивного предотвращения образования и удаления льда (такое как механическая противообледенительная обработка, противообледенительная обработка с помощью жидкости и противообледенительная обработка с помощью покрытия), и технологический способ для активного предотвращения образования и удаления льда (противообледенительная обработка с помощью горячего газа, противообледенительная обработка с помощью микроволн, противообледенительная обработка с помощью электричества, противообледенительная обработка с помощью ультразвука и т. д.). Например, компанией «Goldwind Technology» была разработана технология электротепловой противообледенительной обработки, в которой нагревательные элементы, такие как мембраны из углеродного волокна или проволока сопротивления встроены в покрытие лопасти, и они составляют металлическую нагревательную сетку, а также противообледенительный и нагревательный блок, блок измерения и управления, источник питания, преобразователь для защиты от перегрева и т. п. дополнительно размещены в корпусе лопасти с образованием электротепловой системы предотвращения образования и удаления льда для того, чтобы достигнуть эффектов оттаивания льда на поверхности лопасти за счет температуры электронагревания и предотвращения обледенения поверхности лопасти. Компанией «Yunda Wind Power» было разработано электронагревательное устройство с горячим воздухом, установленное в корпусе лопасти ветрогенератора, в котором вентиляционная труба для горячего газа расположена в полости лопасти, так что горячий газ циркулирует по вентиляционной трубе, горячий газ вводится в полость лопасти для доставки тепла к внешней поверхности лопасти через обшивку лопасти, так что лопасть имеет определенную температуру, и она непрямым образом нагревается под действием горячего газа для предотвращения замерзания переохлажденных капель воды для достижения цели предотвращения образования и удаления льда. Компания «Wuhan shuneng» может перерабатывать SiO2 в пористое многослойное бионическое покрытие для предотвращения образования льда, которое представляет собой микронную наноструктуру, содержит вещества с низкой поверхностной энергией и имеет модифицированную грубую структуру поверхности, а также может образовывать поверхностную энергию, имитирующую лотус листа, которая активно сопротивляется ледяному дождю, льду и погодным условиям со снегопадом, и применяется в гидрофобных целях, противообледенительных целях и для уменьшения обледенения лопастей ветрогенератора и решетчатой системы высокого напряжения в условиях высокой влажности.There are many domestic and foreign ice prevention and removal technology, which includes two categories, namely, passive ice prevention and removal technology (such as mechanical de-icing, liquid de-icing, and coating de-icing) , and a process for actively preventing and removing ice (hot gas de-icing, microwave de-icing, electrical de-icing, ultrasonic de-icing, etc.). For example, Goldwind Technology has developed an electrothermal de-icing technology in which heating elements such as carbon fiber membranes or resistance wire are embedded in the blade cover, and they constitute a metal heating mesh, as well as an anti-icing and heating block, a measurement block and control, power supply, overheat protection converter, etc. are additionally placed in the blade body to form an electrothermal ice prevention and removal system in order to achieve the effects of thawing ice on the blade surface due to the electric heating temperature and preventing the blade surface from icing. Yunda Wind Power has developed a hot air electric heating device installed in the wind turbine blade housing, in which the hot gas vent pipe is located in the blade cavity, so that the hot gas circulates through the vent pipe, the hot gas is introduced into the blade cavity to deliver heat. to the outer surface of the blade through the blade skin, so that the blade has a certain temperature, and it is indirectly heated by hot gas to prevent freezing of supercooled water droplets to achieve the purpose of preventing and removing ice. Wuhan shuneng can process SiO 2 into a porous multi-layer bionic coating to prevent ice formation, which is a micron nanostructure, contains low surface energy substances and has a modified rough surface structure, and can also form surface energy that simulates the lotus leaf, which actively resists freezing rain, ice and snowfall weather conditions, and is applied for hydrophobic purposes, de-icing purposes and de-icing of wind turbine blades and high voltage grid system in high humidity conditions.
Представленные выше технологические способы в настоящее время являются типичными технологическими способами предотвращения образования и удаления льда на лопастях многих местных и зарубежных ветрогенераторов. Однако, как показывает практика, у всех из этих способов есть проблема, заключающаяся в невозможности достижения идеального эффекта предотвращения образования и удаления льда, а некоторые способы могут даже вызвать потенциальную угрозу безопасности для ветрогенератора и его лопастей.The technological methods presented above are currently typical technological methods for preventing the formation and removal of ice on the blades of many local and foreign wind turbines. However, as practice shows, all of these methods have a problem that the ideal effect of preventing the formation of ice and removing ice cannot be achieved, and some methods may even cause a potential safety hazard to the wind turbine and its blades.
Например, электронагревательная противообледенительная система, в которой используется электронагревательная мембрана или проволоки сопротивления, в дополнение к неочевидному эффекту предотвращения образования и удаления льда, увеличивает вес каждой лопасти на 200 кг, а вес лопастей всего ветрогенератора увеличивается на 600 кг, что существенно увеличивает весовую нагрузку на лопасть ветрогенератора. При эксплуатации требуется использование большого количества электроэнергии, что увеличивает норму потребления электричества предприятием на более, чем 8-10%. В то же время, существуют угрозы безопасности, которым лопасть с легкостью может быть подвергнута ввиду удара молнии. Даже если установлена система слежения или специальное приспособление для защиты от молнии, лопасть по-прежнему подвергается ударам молнии, при этом существует множество событий, при которых лопасть подвергается ударам молнии и выходит из строя вследствие установки электронагревательной противообледенительной системы. В естественной среде, плотность горячего воздуха является низкой, плотность холодного воздуха большая, горячий воздух малой плотности поднимается, холодный воздух большой плотности снижается, при этом горячий воздух может подниматься только без воздействия внешней силы, отличающейся от горизонтальной диффузии, или даже в условиях холодного воздуха. После передачи тепла от электронагрева к поверхности лопасти, горячий воздух может подниматься только без воздействия внешней силы вместо горизонтальной диффузии, а тепло не может передаваться по горизонтали к верхней поверхности лопасти, тем самым приводя к обледенению лопасти, не имеющей проволоки сопротивления или электротепловые мембраны. В противообледенительной системе с горячим воздухом используется материал обшивки лопасти для доставки тепла к внешней поверхности лопасти, так что поверхность лопасти имеет определенную температуру, лопасть непрямым образом нагревается под действием тепла для предотвращения замерзания переохлажденных капель воды и достижения цели предотвращения образования и удаления льда. Однако используемая в качестве основного материала лопасти ветрогенератора термоусаживающаяся сложнополиэфирная смола имеет чрезвычайно низкие свойства теплопроводимости, тепло в полости лопасти трудно поддается передаче к поверхности лопасти за короткое время даже если горячий газ непрерывно передается в полость лопасти, и эффективность противообледенительной обработки является чрезвычайно низкой. В случае крупных лопастей ветрогенераторов, тепловое сопротивление обшивки лопасти очевидным образом увеличивается с увеличением качественной толщины лопасти, что означает, что высокомощные лопасти требуют более высокой внутренней температуры для достижения удаления льда с поверхности лопасти, и эффективность удаления льда постепенно снижается с увеличением размера лопасти.For example, an electric heating de-icing system using an electric heating membrane or resistance wires, in addition to the non-obvious effect of preventing and removing ice, increases the weight of each blade by 200 kg, and the weight of the blades of the entire wind turbine increases by 600 kg, which greatly increases the weight load on wind turbine blade. During operation, the use of a large amount of electricity is required, which increases the rate of electricity consumption by the enterprise by more than 8-10%. At the same time, there are safety hazards that a blade can easily be exposed to due to a lightning strike. Even if a tracking system or a special lightning protection device is installed, the blade is still subject to lightning strikes, and there are many events in which the blade is subjected to lightning strikes and fails due to the installation of an electric heating anti-icing system. In the natural environment, the density of hot air is low, the density of cold air is large, hot air of low density rises, cold air of high density decreases, and hot air can only rise without the influence of an external force other than horizontal diffusion, or even under cold air conditions . After heat is transferred from electric heating to the blade surface, hot air can only rise without external force instead of horizontal diffusion, and heat cannot be transferred horizontally to the top surface of the blade, thereby causing the blade to be iced without resistance wire or electrothermal membranes. The hot air anti-icing system uses the blade skin material to deliver heat to the outer surface of the blade, so that the surface of the blade has a certain temperature, the blade is indirectly heated by heat to prevent freezing of supercooled water droplets and achieve the purpose of preventing and removing ice. However, the heat-shrinkable polyester resin used as the base material of the wind turbine blade has extremely poor thermal conductivity properties, the heat in the blade cavity is difficult to transfer to the blade surface in a short time even if hot gas is continuously transferred to the blade cavity, and the anti-icing performance is extremely low. In the case of large wind turbine blades, the thermal resistance of the blade skin obviously increases with increasing blade quality, which means that high power blades require a higher internal temperature to achieve deicing from the blade surface, and the deicing efficiency gradually decreases with increasing blade size.
Вне зависимости от того, используется ли противообледенительная система, в которой используются электронагревательные мембраны или проволоки сопротивления для электронагрева, или противообледенительная система, в которой используется горячий воздух, они обладают следующими недостатками: 
Технологические способы предотвращения образования и удаления жидкокапельного обледенения, а также предотвращения образования и удаления обледенения, также обладают следующими техническими признаками:
РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯDISCLOSURE OF THE INVENTION
Для решения указанных выше технических проблем, изобретением предусмотрен способ получения мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления льда, включающий следующие этапы, на которых:To solve the above technical problems, the invention provides a method for producing a PTFE-based membrane for preventing the formation and removal of ice, including the following steps, in which:
(1) получают стержневой материал мембраны путем перемешивания, предварительного прессования и проталкивания(1) get the core material of the membrane by mixing, pre-pressing and pushing
ПТФЭ-смолу пропитывают винил силиконовым маслом, при этом весовое соотношение винил силиконового масла к ПТФЭ-смоле составляет (2-3):100, перемешивают при комнатной температуре с получением перемешанного порошка смолы на основе полимеризации мономеров ПТФЭ-смолы + винил силиконового масла слиянием; перемешанный порошок смолы предварительно прессуют в бочке для предварительного прессования материала при температуре 60-90°C под давлением 5-8 МПа с получением стержневого материала заготовки из ПТФЭ с полимеризованным мономером на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием; стержневой материал заготовки на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием подвергают горячему проталкиванию в бочке для горячего проталкивания материала при температуре 60-90°C под давлением 5-8 МПа с получением стержневого материала мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием;PTFE resin is impregnated with vinyl silicone oil, the weight ratio of vinyl silicone oil to PTFE resin is (2-3):100, stirred at room temperature to obtain a mixed resin powder based on fusion polymerization of PTFE resin + vinyl silicone oil monomers; the mixed resin powder is pre-compressed in a material pre-compression barrel at a temperature of 60-90° C. under a pressure of 5-8 MPa to obtain a core material of a PTFE preform with polymerized monomer based on fusion polymerization of PTFE monomer; the core material of the preform based on fusion polymerization of PTFE monomer is subjected to hot pushing in a material hot push barrel at a temperature of 60-90°C under a pressure of 5-8 MPa to obtain a membrane core material based on fusion polymerization of PTFE monomer;
(2) получают мембрану путем горячего каландрирования(2) get the membrane by hot calendering
полученный стержневой материал мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием подвергают микромасштабной полимеризации с горячим каландрированием в установке для горячего каландрирования, при этом расстояние зазора между двумя, верхним и нижним, масляными каландрирующими валками под давлением установки для горячего каландрирования задают, как толщину получаемой мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ, температуры каландрирующих валков составляют 60-90°C, стержневой материал мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ экструдируют из зазора между каландрирующими валками со скоростью 20-30 м/мин в направлении вращения каландрирующих валков по часовой стрелке, при этом равномерно вытягивая вперед две стороны под действием температуры и растягиванием горячим каландрированием, мембрану разделяют для получения структуры наподобие ткани после пластинчатого отслаивания с получением гомогенной мембраны на основе ПТФЭ заданной толщины;the resulting membrane core material based on fusion polymerization of PTFE monomer is subjected to micro-scale hot calendering polymerization in the hot calendering machine, wherein the gap distance between the two upper and lower pressurized oil calendering rolls of the hot calendering machine is set as the thickness of the resulting membrane based on polymerization of the PTFE monomer, the temperature of the calender rolls is 60-90°C, the core material of the membrane based on the polymerization of the PTFE monomer is extruded from the gap between the calender rolls at a speed of 20-30 m/min in the direction of rotation of the calender rolls clockwise, while evenly pulling forward two sides under the effect of temperature and stretching by hot calendering, the membrane is separated to obtain a fabric-like structure after lamellar peeling to obtain a homogeneous PTFE-based membrane of a given thickness;
угол контакта между каплями воды и поверхностью мембраны составляет 115,89°-125,46°, морфология поверхности мембраны имеет вид микронной вогнуто-выпуклой структуры со средним размером 10-20 мкм, высотой 8-10 мкм и шагом 20-30 мкм, которая может быть равномерно распределена в продольном и поперечном направлении.the contact angle between water drops and the membrane surface is 115.89°-125.46°, the morphology of the membrane surface has the form of a micron concave-convex structure with an average size of 10-20 µm, a height of 8-10 µm and a step of 20-30 µm, which can be evenly distributed in the longitudinal and transverse direction.
Изобретение обладает следующими техническими результатами: предотвращение образования и удаление льда с лопастей ветрогенератора зимой не может удовлетворить эффект предотвращения образования и удаления льда и не может достигнуть соответствия требованиям к эффективности предотвращения образования и удаления льда в окружающей среде ветряной электростанции путем использования только низкого поверхностного натяжения и высокого свойства смазывания ПТФЭ. На основе достаточного использования низкого поверхностного натяжения и высокого свойства смазывания самого материала на основе ПТФЭ получают вогнуто-выпуклую геометрическую ультраструктурную морфологию на основе ПТФЭ с множеством нано- и микронных размеров, так что поверхность мембраны имеет сверхнизкое поверхностное натяжение и свойства отсутствия адгезии, при этом лед трудно прилипает к поверхности мембраны, а даже если есть адгезия, лед может быть автоматически отделен от поверхности мембраны лишь с очень низкой силой адгезии, а затем достигается эффект и цель фактического предотвращения образования и удаления льда с поверхности лопасти ветрогенератора. The invention has the following technical results: the prevention and removal of ice from wind turbine blades in winter cannot meet the effect of prevention and removal of ice, and cannot achieve the performance requirements for the prevention and removal of ice in the wind farm environment by using only low surface tension and high lubrication properties of PTFE. Based on the sufficient use of low surface tension and high lubricity property of the PTFE-based material itself, a PTFE-based concave-convex geometric ultrastructural morphology with a variety of nano- and micron sizes is obtained, so that the membrane surface has ultra-low surface tension and non-adhesion properties, while ice difficult to adhere to the membrane surface, and even if there is adhesion, the ice can be automatically separated from the membrane surface with only a very low adhesion force, and then the effect and purpose of actually preventing the formation and removal of ice from the surface of the wind turbine blade is achieved.
Другая цель изобретения заключается в представлении применения мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора, причем после нанесения мембраны на основе ПТФЭ на лопасти ветрогенератора, введенного в эксплуатацию в высокогорных районах, для наклеивания мембраны, конец лопасти располагают перпендикулярно поверхности земли и параллельно корпусу башни ветрогенератора, при этом лопасть проходит через высотную подвесную гондолу, наклеивание мембраны выполняют с помощью способа резки, сращивания и наклеивания, а также способа наматывания и наклеивания, которые выполняются одновременно четырьмя людьми, один из четырех человек отвечает за расстилание мембраны и выравнивание по опорной линии наклеивания, один из четырех человек отвечает за конечное разглаживание мембраны при наклеивании, один из четырех человек отвечает за удаление воздуха, находящегося между мембраной и базовым слоем лопасти, и за связывание с помощью скребка для наклеивания, а один из четырех человек отвечает за взаимодействие между поставщиками услуг логистики и сборки. Процесс наклеивания мембраны подобным образом подходит для лопастей ветрогенераторов, которые не введены в эксплуатацию, и, в частности, включает следующие этапы:Another object of the invention is to present the use of a PTFE-based membrane for preventing and de-icing wind turbine blades, wherein after applying the PTFE-based membrane to the blades of a wind turbine put into operation in high mountain areas to stick the membrane, the end of the blade is positioned perpendicular to the ground surface and parallel to the wind tower body, while the blade passes through the high-altitude suspension nacelle, the membrane pasting is carried out by cutting, splicing and pasting method, as well as winding and pasting method, which are performed by four people at the same time, one of the four people is responsible for spreading the membrane and aligning gluing reference line, one of the four people is responsible for the final smoothing of the membrane during gluing, one of the four people is responsible for removing the air between the membrane and the base layer of the blade and for bonding with a gluing scraper and one in four people is responsible for the interaction between logistics and assembly service providers. The process of gluing the membrane in this way is suitable for wind turbine blades that are not put into operation, and in particular includes the following steps:
(1) полировка поверхности лопасти(1) blade surface polishing
поверхность лопасти делают ровной и ей придают конечный вид посредством обработки с помощью ручной полировальной машины и одновременно удаляют часть старого покрытия на поверхности базового слоя для удовлетворения требуемым условиям наклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ; иthe surface of the blade is made smooth and finalized by processing with a manual polishing machine, and at the same time, a part of the old coating on the surface of the base layer is removed to meet the required conditions for sticking the PTFE-based functional nanocomposite membrane; and
(2) наклеивание мембраны(2) Membrane sticking
1) резка, сращивание и наклеивание на конце лопасти1) cutting, splicing and sticking on the end of the blade
мембрану режут по горизонтали вдоль угла атаки, отклонения и кривизны аэродинамического профиля, начиная от передней кромки конца лопасти по ширине мембраны, при этом каждую мембрану режут отдельно на мембрану, соответствующую аэродинамическому профилю, углу атаки, отклонению и размеру, а затем отрезанную мембрану наклеивают;the membrane is cut horizontally along the angle of attack, deflection and curvature of the airfoil, starting from the leading edge of the end of the blade along the width of the membrane, while each membrane is cut separately into a membrane corresponding to the airfoil, angle of attack, deflection and size, and then the cut membrane is glued;
при наклеивании мембраны, мембрану наклеивают от поверхности SS задней кромки к поверхности PS передней кромки, при этом мембрана на поверхности PS передней кромки должна быть перекрыта внахлест мембраной на поверхности SS задней кромки, и две мембраны должны располагаться по горизонтали в шахматном порядке внахлест и не располагаться в одном и том же положении;when pasting the membrane, the membrane is pasted from the trailing edge surface SS to the leading edge surface PS, the membrane on the leading edge surface PS shall be overlapped by the membrane on the trailing edge surface SS, and the two membranes shall be horizontally staggered and not overlapped in the same position;
2) наматывание и наклеивание2) winding and sticking
когда аэродинамический профиль, длина хорды, отклонение, кривизна и величина угла лопасти пригодны для наматывания и наклеивания, выполняют наклеивание таким способом, при котором мембрана горизонтально наматывается на лопасть,when the airfoil, chord length, deflection, curvature and angle of the blade are suitable for winding and gluing, perform gluing in such a way that the membrane is horizontally wound on the blade,
когда мембрана намотана и наклеена, мембрану расстилают, прокладочную бумагу на поверхности отрывают и мембрана входит между прижимными валиками инструмента для наклеивания мембраны, к мембране прилагают тяговое усилие путем выполнения тяги вручную и прокладочную бумагу отрывают во время наматывания и наклеивания мембраны;when the membrane is wound and pasted, the membrane is spread out, the release paper on the surface is torn off, and the membrane enters between the pressure rollers of the membrane pasting tool, the membrane is pulled by manual pulling, and the release paper is torn off during the winding and pasting of the membrane;
вертикальную и горизонтальную кромку последней мембраны, наклеенной на конец лопасти, используют в качестве опорной линии для наматывания и наклеивания, и мембрану медленно расстилают для наматывания и наклеивания путем выравнивания по опорной линии, при этом воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, равномерно удаляют с помощью скребка для наклеивания мембраны по ширине всей мембраны от исходного положения до задней части наклеенной поверхности, а именно, в направлении не расстеленной мембраны, при этом мембрана с нажимом и плотно наклеивается на поверхность лопасти, а воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, должен быть полностью удален; на верхнем слое мембраны прижатием внахлест размещают поверхность нахлеста части нахлеста нижнего слоя мембраны, а именно, намотанная и наклеенная мембрана должна располагаться внахлест на наклеенной мембране на конце лопасти и все горизонтальные участки нахлеста мембраны, а именно, стыки между мембранами, расположены на поверхности SS задней кромки лопасти;the vertical and horizontal edge of the last membrane pasted on the end of the blade is used as a reference line for winding and pasting, and the membrane is slowly spread out for winding and pasting by aligning with the reference line, while the air between the membrane and the base layer is evenly removed from using a scraper to stick the membrane across the entire width of the membrane from the initial position to the back of the glued surface, namely, in the direction of the unspread membrane, while the membrane is firmly and firmly glued to the surface of the blade, and the air between the membrane and the base layer should be completely removed; on the top layer of the membrane, by pressing the overlap, the overlap surface of the overlap of the bottom layer of the membrane is placed, namely, the wound and glued membrane should overlap on the glued membrane at the end of the blade and all horizontal sections of the membrane overlap, namely, the joints between the membranes, are located on the surface SS back blade edges;
3) обработка мембраны на молниеотводе лопасти3) processing of the membrane on the lightning protection blade
мембрану наносят и наклеивают непосредственно с поверхности молниеотвода, перед завершением наклеивания всей мембраны, мембрану, покрывающую молниеотвод, отрезают и извлекают поочередно для того, чтобы обнажить молниеотвод, и мембрану на шве уплотняют и ровняют;the membrane is applied and glued directly from the surface of the lightning rod, before the completion of gluing the entire membrane, the membrane covering the lightning rod is cut and removed alternately to expose the lightning rod, and the membrane on the seam is sealed and leveled;
4) расположение мембраны внахлест и обработка стыка4) overlapping of the membrane and processing of the joint
внимательно проверяют, является ли плотным наклеивание в положении нахлеста, и если нахлест не плотный, то оперативно выполняют разравнивание и уплотнение для предотвращения складок, вздутий, вспучивания и неровностей;carefully check whether the gluing is tight in the overlap position, and if the overlap is not tight, then promptly perform leveling and compaction to prevent wrinkles, swelling, swelling and unevenness;
5) восстановление поврежденной мембраны5) repair of the damaged membrane
если мембрана была поцарапана во время сборки, отрезают мембрану полной ширины и по горизонтали наматывают и наклеивают на поверхность всей поцарапанной части для восстановления.if the membrane was scratched during assembly, cut off the full width membrane and wind it horizontally and stick it on the surface of the entire scratched part for repair.
В представленном ранее применении мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора, когда конец лопасти подвергают резке, сращиванию и наклеиванию, толщина горизонтального нахлеста составляет 150-200 мм, кромку приклеенной первой мембраны берут в качестве опорной линии, вторую мембрану располагают внахлест и прижимают к кромке 10 мм-40 мм первой мембраны, две мембраны располагают внахлест в продольном направлении на 10 мм-40 мм.In the previously presented application of a PTFE-based membrane for preventing and de-icing wind turbine blades, when the end of the blade is cut, spliced and glued, the thickness of the horizontal overlap is 150-200 mm, the edge of the glued first membrane is taken as a reference line, the second membrane is placed overlapped and pressed against the edge of 10 mm-40 mm of the first membrane, two membranes are overlapped in the longitudinal direction by 10 mm-40 mm.
В представленном ранее применении мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора, при выполнении наматывания и наклеивания на конце лопасти, ширина нахлеста между мембранами составляет 10-40 мм.In the previously presented application of a PTFE-based membrane for preventing and de-icing wind turbine blades, when winding and sticking at the end of the blade, the overlap width between the membranes is 10-40 mm.
В представленном ранее применении мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора, при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания, сильное растягивание мембраны по горизонтали запрещено для предотвращения сморщивания мембраны после растягивания, при этом мембрана должна наклеиваться в естественном и гладком состоянии.In the previously presented application of the PTFE-based membrane for preventing and de-icing wind turbine blades, when cutting, splicing and gluing, and winding and gluing at the end of the blade, strong horizontal stretching of the membrane is prohibited to prevent the membrane from wrinkling after stretching, while The membrane must be applied in a natural and smooth state.
В представленном ранее применении мембраны на основе ПТФЭ для предотвращения образования и удаления обледенения с лопастей ветрогенератора, при выполнении на конце лопасти резки, сращивания и наклеивания, а также наматывания и наклеивания, и когда мембрана имеет складки и углубления или мембрана является неравномерной или деформирована вследствие отсутствия выравнивания по опорной линии, всю не расстеленную мембрану медленно поднимают до места образования складки и углубления, а затем мембрану повторно наклеивают во избежание воздействия на качество наклеивания мембраны.In the previously presented application of a PTFE-based membrane for preventing and de-icing wind turbine blades, when cutting, splicing and gluing and winding and gluing are performed at the end of the blade, and when the membrane has folds and depressions or the membrane is uneven or deformed due to lack of alignment with the reference line, the entire unspread membrane is slowly lifted to the point of wrinkling and indentation, and then the membrane is re-pasted to avoid affecting the quality of the membrane pasting.
Изобретение обладает следующими полезными эффектами:The invention has the following beneficial effects:
(1) свойства низкого поверхностного натяжения и высокого свойства смазывания самого ПТФЭ используются для достижения цели отсутствия адгезии, при этом полученная мембрана имеет вогнуто-выпуклую геометрическую ультраструктурную морфологию поверхности с нано- и микронными размерами, так что мембрана имеет более сверхнизкое натяжение на твердой поверхности, улучшенную гидрофобность, высокие свойства против адгезии и против обрастания, и в то же время поверхность мембраны обладает функцией самоочистки, что несравнимо с другими мерами;(1) the properties of low surface tension and high lubrication property of PTFE itself are used to achieve the goal of non-adhesion, while the resulting membrane has a concave-convex geometric ultrastructural surface morphology with nano- and micron sizes, so that the membrane has a more ultra-low tension on a solid surface, improved hydrophobicity, high anti-adhesion and anti-fouling properties, and at the same time, the membrane surface has a self-cleaning function, which is incomparable with other measures;
(2) будучи направленной на характеристики сред применения ветряных электростанций и лопастей ветрогенераторов, был разработан технологический конструкционный процесс, основанный на способе получения и инженерного применения мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ, что делает инженерное применение более гибким, эффективным и удобным. (2) Focusing on the characteristics of the application environments of wind power plants and wind turbine blades, a technological design process based on the production method and engineering application of the PTFE-based functional nanocomposite membrane has been developed, which makes the engineering application more flexible, efficient and convenient.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
На Фиг. 1 показаны нано- и микронная вогнуто-выпуклая геометрическая ультраструктурная морфология поверхности мембраны под сканирующим электронным микроскопом (СЭМ).On FIG. 1 shows nano- and micron concave-convex geometric ultrastructural morphology of the membrane surface under a scanning electron microscope (SEM).
На Фиг. 2 показан угол контакта между поверхностью мембраны и водой на измерителе угла контакта KRUSS DSA-100.On FIG. 2 shows the contact angle between the membrane surface and water on the KRUSS DSA-100 contact angle meter.
На Фиг. 3 показан технологический способ применения на лопасти ветрогенератора.On FIG. 3 shows the technological method of application on the blades of a wind turbine.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ РЕАЛИЗАЦИИDETAILED DESCRIPTION OF IMPLEMENTATION OPTIONS
Пример 1Example 1
Способ получения мембраны на основе ПТФЭ, представленный в данном примере, включает следующие этапы, на которых:The method for producing a PTFE-based membrane presented in this example includes the following steps, in which:
(1) получают стержневой материал мембраны путем перемешивания, предварительного прессования и проталкивания(1) get the core material of the membrane by mixing, pre-pressing and pushing
ПТФЭ-смолу пропитывали винил силиконовым маслом, при этом весовое соотношение винил силиконового масла к ПТФЭ-смоле составляло 2,5:100, винил силиконовое масло давало аффинную группу с диффузионной ПТФЭ-смолой, способствовало выработке диффузионной ПТФЭ-смолой адгезионной силы аффинности с адгезионным клеем из сложного полиэфира, перемешивание осуществляли при комнатной температуре, получали перемешанный порошок смолы путем полимеризации мономеров ПТФЭ-смолы + винил силиконового масла слиянием; перемешанный порошок смолы предварительно прессовали в бочке для предварительного прессования материала при температуре 60°C под давлением 5 МПа с получением стержневого материала заготовки из ПТФЭ с полимеризованным мономером на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием; стержневой материал заготовки на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием подвергали горячему проталкиванию в бочке для горячего проталкивания материала при температуре 60°C под давлением 8 МПа с получением стержневого материала мембраны, имеющего Ф 17 мм, на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием;PTFE resin was impregnated with vinyl silicone oil, while the weight ratio of vinyl silicone oil to PTFE resin was 2.5:100, vinyl silicone oil gave an affinity group with diffusion PTFE resin, contributed to the development of diffusion PTFE resin adhesive affinity force with adhesive adhesive from polyester, stirring was carried out at room temperature, obtained a stirred resin powder by fusion polymerization of PTFE resin + vinyl silicone oil monomers; the mixed resin powder was precompressed in a material precompression barrel at a temperature of 60° C. under a pressure of 5 MPa to obtain a core material of a monomer polymerized PTFE preform based on fusion polymerization of PTFE monomer; the core material of the preform based on fusion polymerization of PTFE monomer was subjected to hot pushing in a material hot push barrel at a temperature of 60° C. under a pressure of 8 MPa to obtain a membrane core material having a φ of 17 mm based on fusion polymerization of PTFE monomer;
(2) получают мембрану путем горячего каландрирования(2) get the membrane by hot calendering
полученный стержневой материал мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием подвергали микромасштабной полимеризации с горячим каландрированием в установке для горячего каландрирования, при этом расстояние зазора между двумя, верхним и нижним, масляными каландрирующими валками под давлением установки для горячего каландрирования задавали, как толщину (такую как 80 мкм, 100 мкм или 120 мкм), необходимую для мембраны на основе полимеризации мономера ПТФЭ, температура каландрирующих валков составляла 60°C, стержневой материал мембраны, имеющий Ф 17 мм, на основе полимеризации мономера ПТФЭ слиянием экструдировали из зазора между каландрирующими валками со скоростью 25 м/мин в направлении вращения каландрирующих валков по часовой стрелке, при этом равномерно вытягивая вперед две стороны под действием температуры и растягиванием горячим каландрированием, мембрану разделяют для получения структуры наподобие ткани после пластинчатого отслаивания с получением гомогенной мембраны на основе ПТФЭ заданной толщины;the obtained membrane core material based on fusion polymerization of PTFE monomer was subjected to micro-scale hot calendering polymerization in a hot calendering machine, while the gap distance between the two upper and lower pressure oil calendering rollers of the hot calendering machine was set as a thickness (such as 80 µm, 100 µm, or 120 µm) required for the PTFE monomer polymerization-based membrane, the temperature of the calender rolls was 60°C, the membrane core material having a φ of 17 mm, based on fusion polymerization of PTFE monomer, was extruded from the nip between the calender rolls at a speed of 25 m/min in the clockwise rotation direction of the calender rolls, while uniformly pulling forward the two sides under the effect of temperature and stretching by hot calendering, the membrane is separated to obtain a fabric-like structure after lamellar peeling to obtain a homogeneous membrane on based on PTFE of a given thickness;
плотность мембраны на основе ПТФЭ составляла 2,1 кг/м3, как показано на Фиг. 2, угол контакта между каплями воды и поверхностью мембраны составляет 115,89°-125,46°, как показано на Фиг. 1, морфология поверхности мембраны имела вид микронной вогнуто-выпуклой структуры со средним размером 15 мкм, высотой 9 мкм и шагом 15 мкм на стереоизображении под сканирующим электронным микроскопом, которая может быть равномерно распределена в продольном и поперечном направлении.the density of the PTFE-based membrane was 2.1 kg/m 3 as shown in FIG. 2, the contact angle between the water droplets and the membrane surface is 115.89°-125.46° as shown in FIG. 1, the morphology of the membrane surface had the appearance of a micron concave-convex structure with an average size of 15 µm, a height of 9 µm, and a step of 15 µm in a stereo image under a scanning electron microscope, which can be evenly distributed in the longitudinal and transverse directions.
Были испытаны различные свойства 5 образцов ПТФЭ-мембраны, полученной представленным выше способом. Получены следующие результаты: 
Пример 2Example 2
В данном примере представлено применение лопасти ветрогенератора из примера 1, введенного в эксплуатацию. Согласно параметрам длины хорды, отклонения и кривизны аэродинамического профиля лопасти ветрогенератора, а также из соображений удобства инженерного конструирования, конец лопасти располагают перпендикулярно поверхности земли и параллельно корпусу башни ветрогенератора, при этом лопасть проходит через высотную подвесную гондолу, наклеивание мембраны выполняют с помощью способа резки, сращивания и наклеивания, а также способа наматывания и наклеивания, которые выполняются одновременно четырьмя людьми, один из четырех человек отвечает за расстилание мембраны и выравнивание по опорной линии наклеивания, один из четырех человек отвечает за конечное разглаживание мембраны при наклеивании, один из четырех человек отвечает за удаление воздуха, находящегося между мембраной и базовым слоем лопасти, и за связывание с помощью скребка для наклеивания, а один из четырех человек отвечает за взаимодействие между поставщиками услуг логистики и сборки. Процесс и способ наклеивания мембраны подобным образом подходит для лопастей ветрогенератора, не введенного в эксплуатацию, и включает, в частности, следующие этапы:This example shows the application of the wind turbine blade from example 1, put into operation. According to the parameters of the chord length, deviation and curvature of the aerodynamic profile of the wind turbine blade, as well as for reasons of engineering design convenience, the end of the blade is placed perpendicular to the ground surface and parallel to the wind turbine tower body, while the blade passes through a high-altitude suspended nacelle, the membrane is glued using a cutting method, splicing and gluing, as well as the method of winding and gluing, which are carried out simultaneously by four people, one of the four people is responsible for spreading the membrane and aligning the adhesive reference line, one of the four people is responsible for the final smoothing of the membrane during gluing, one of the four people is responsible for removal of air trapped between the membrane and the base layer of the blade and for bonding with a stick scraper, and one of four people is responsible for the interaction between logistics and assembly service providers. The process and method of sticking the membrane in a similar way is suitable for wind turbine blades not put into operation, and includes, in particular, the following steps:
(1) полировка поверхности лопасти(1) blade surface polishing
поверхность лопасти делали ровной и ей придавали конечный вид посредством обработки с помощью ручной полировальной машины и одновременно удаляли часть старого покрытия на поверхности базового слоя для удовлетворения требуемым условиям наклеивания мембраны из функционального нанокомпозита на основе ПТФЭ; иthe surface of the blade was made smooth and finalized by processing with a manual polishing machine, and at the same time, a part of the old coating on the surface of the base layer was removed to meet the required conditions for sticking the PTFE-based functional nanocomposite membrane; and
(2) наклеивание мембраны(2) Membrane sticking
1) резка, сращивание и наклеивание на конце лопасти1) cutting, splicing and sticking on the end of the blade
как показано на Фиг. 3a, мембрану резали по горизонтали вдоль угла атаки, отклонения и кривизны аэродинамического профиля, начиная от передней кромки конца лопасти по ширине мембраны, при этом каждую мембрану резали отдельно на мембрану, соответствующую аэродинамическому профилю, углу атаки, отклонению и размеру, а затем отрезанную мембрану наклеивают;as shown in FIG. 3a, the membrane was cut horizontally along the angle of attack, deflection, and curvature of the airfoil, starting from the leading edge of the end of the blade along the width of the membrane, with each membrane cut separately into a membrane corresponding to the airfoil, angle of attack, deflection, and size, and then the cut membrane stick;
при наклеивании, мембрану наклеивали от поверхности SS (подветренной стороны) задней кромки к поверхности PS (наветренной стороне) передней кромки, при этом мембрана на поверхности PS передней кромки перекрыта внахлест мембраной на поверхности SS задней кромки, и две мембраны располагали по горизонтали в шахматном порядке с нахлестом 15 см и не располагали в одном и том же положении; толщина горизонтального нахлеста мембраны составляла 150-200 мм, кромку первой наклеенной мембраны брали в качестве опорной линии, вторую мембрану располагали на кромке первой мембраны с нахлестом 10 мм - 40 мм и прижимали, две мембраны располагали с продольным нахлестом 10 мм - 40 мм и так далее, при этом обратное наложение мембраны на лопасть не образовывалось;when pasted, the membrane was pasted from the trailing edge surface SS (leeward side) to the leading edge surface PS (windward side), with the membrane on the leading edge surface PS overlapped by the membrane on the trailing edge surface SS, and the two membranes were staggered horizontally with an overlap of 15 cm and not placed in the same position; the thickness of the horizontal membrane overlap was 150-200 mm, the edge of the first glued membrane was taken as a reference line, the second membrane was placed on the edge of the first membrane with an overlap of 10 mm - 40 mm and pressed, two membranes were placed with a longitudinal overlap of 10 mm - 40 mm, and so further, while the reverse imposition of the membrane on the blade was not formed;
2) наматывание и наклеивание2) winding and sticking
как показано на Фиг. 3b и 3c, в положении 5 см от конца лопасти к середине лопасти, когда аэродинамический профиль, длина хорды, отклонение, кривизна и размер угла лопасти подходили для наматывания и наклеивания, наклеивание выполняли путем наматывания мембраны на лопасть по горизонтали,as shown in FIG. 3b and 3c, at a position of 5 cm from the end of the blade to the middle of the blade, when the airfoil, chord length, deflection, curvature and angle size of the blade were suitable for winding and sticking, sticking was performed by winding the membrane on the blade horizontally,
как показано на Фиг. 3e и 3f, когда мембрана была намотана и наклеена, мембрану расстилали на 200 мм, прокладочную бумагу на поверхности отрывали и мембрана входила через прижимные валки инструмента для наклеивания мембраны, к мембране прилагали тяговое усилие путем выполнения тяги вручную и прокладочную бумагу отрывали во время наматывания и наклеивания мембраны;as shown in FIG. 3e and 3f, when the membrane was wound and pasted, the membrane was spread out to 200 mm, the release paper on the surface was torn off, and the membrane entered through the pressure rolls of the membrane pasting tool, a pull was applied to the membrane by manual traction, and the release paper was torn off during winding and sticking the membrane;
вертикальную и горизонтальную кромку последней мембраны, наклеенной на конец лопасти, использовали в качестве опорной линии для наматывания и наклеивания, и мембрану медленно расстилали для наматывания и наклеивания путем выравнивания по опорной линии, при этом воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, равномерно удаляли с помощью скребка для наклеивания мембраны по ширине всей мембраны от исходного положения до задней части наклеенной поверхности, а именно, в направлении не расстеленной мембраны, при этом мембрану с нажимом и плотно наклеивали на поверхность лопасти, а воздух, находящийся между мембраной и базовым слоем, должен быть полностью удален; на верхнем слое мембраны прижатием внахлест размещали поверхность нахлеста части нахлеста нижнего слоя мембраны, при этом толщина нахлеста верхнего и нижнего слоев мембран составляла 10 мм, а именно, намотанная и наклеенная мембрана должна располагаться внахлест на наклеенной мембране на конце лопасти и все горизонтальные участки нахлеста мембраны, а именно, стыки между мембранами, располагались на поверхности SS задней кромки лопасти;the vertical and horizontal edge of the last membrane pasted on the end of the blade was used as a reference line for winding and pasting, and the membrane was slowly spread out for winding and pasting by aligning with the reference line, while the air between the membrane and the base layer was evenly removed from using a scraper to stick the membrane across the entire width of the membrane from the initial position to the back of the glued surface, namely, in the direction of the unspread membrane, while the membrane was firmly glued to the surface of the blade with pressure and tightly, and the air between the membrane and the base layer should be completely removed; on the upper layer of the membrane, by pressing the overlap, the overlap surface of the overlap part of the lower membrane layer was placed, while the thickness of the overlap of the upper and lower layers of the membranes was 10 mm, namely, the wound and glued membrane should overlap on the glued membrane at the end of the blade and all horizontal sections of the membrane overlap , namely, the joints between the membranes, located on the surface SS of the trailing edge of the blade;
3) обработка мембраны на молниеотводе лопасти3) processing of the membrane on the lightning protection blade
как показано на Фиг. 3d, мембрану наносили и наклеивали непосредственно с поверхности молниеотвода, перед завершением наклеивания всей мембраны, мембрану, покрывающую молниеотвод, отрезали и извлекали поочередно для того, чтобы обнажить молниеотвод, и мембрану на шве уплотняли и ровняли;as shown in FIG. 3d, the membrane was applied and glued directly from the surface of the lightning rod, before the completion of gluing the entire membrane, the membrane covering the lightning rod was cut and pulled out alternately to expose the lightning rod, and the membrane at the seam was compacted and leveled;
4) расположение мембраны внахлест и обработка стыка4) overlapping of the membrane and processing of the joint
внимательно проверяли, не было ли плотным наклеивание в положении нахлеста, и если нахлест не был плотным, то оперативно выполняли разравнивание и уплотнение для предотвращения складок, вздутий, вспучивания и неровностей;carefully checked whether the gluing was tight in the overlap position, and if the overlap was not tight, then promptly performed leveling and compaction to prevent wrinkles, swelling, swelling and unevenness;
5) восстановление поврежденной мембраны5) repair of the damaged membrane
если мембрана была поцарапана во время сборки, отрезали мембрану полной ширины и по горизонтали наматывали и наклеивали на поверхность всей поцарапанной части для восстановления.if the membrane was scratched during assembly, the full width membrane was cut off and horizontally wound and pasted over the surface of the entire scratched part for restoration.
В ходе представленного выше процесса наклеивания мембраны, строго запрещалось растягивать мембрану по горизонтали для предотвращения образования складок мембраны после растягивания, при этом мембрана должна наклеиваться в естественном и гладком состоянии. При образовании складок и углублений или когда мембрана не являлась гладкой или деформированной вследствие отсутствия выравнивания по опорной линии, всю не расстеленную мембрану необходимо было медленно поднять до места образования складки и углубления, а затем ее повторно наклеивали во избежание воздействия на качество наклеивания мембраны.During the above process of pasting the membrane, it is strictly forbidden to stretch the membrane horizontally to prevent wrinkling of the membrane after stretching, and the membrane should be pasted in a natural and smooth state. When wrinkles and dimples were formed, or when the membrane was not smooth or deformed due to lack of alignment with the reference line, the entire unspread membrane had to be slowly lifted up to the point of wrinkling and depression, and then it was re-pasted to avoid affecting the adhesion of the membrane.
В изобретении получают мембрану с вогнуто-выпуклой геометрической ультраструктурной морфологией поверхности с нано- и микронными размерами на основе достаточного использования низкого поверхностного натяжения и высокого свойства смазывания материала на основе ПТФЭ путем применения технологических способов полимеризации мономера слиянием и микрополимеризации, так что мембрана имеет более сверхнизкое натяжение на твердой поверхности, улучшенную гидрофобность, повышенные свойства против адгезии и против обрастания благодаря наличию эффективно смазанной поверхности.In the invention, a membrane with a concave-convex geometric ultrastructural surface morphology with nano- and micron sizes is obtained based on the sufficient use of low surface tension and high lubricity property of PTFE-based material by applying monomer fusion polymerization and micropolymerization technological methods, so that the membrane has a more ultra-low tension on hard surfaces, improved hydrophobicity, increased anti-adhesion and anti-fouling properties due to the presence of an effectively lubricated surface.
В дополнение к представленным выше примерам также могут быть предусмотрены и другие варианты реализации изобретения. Все технические решения, образованные эквивалентными заменами или эквивалентными преобразованиями, входят в объем защиты изобретения.In addition to the examples presented above, other embodiments of the invention may also be envisaged. All technical solutions formed by equivalent substitutions or equivalent transformations are included in the protection scope of the invention.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011221352.1 | 2020-11-05 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2782923C1 true RU2782923C1 (en) | 2022-11-07 |
Family
ID=
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380557A (en) * | 1991-08-29 | 1995-01-10 | General Electric Company | Carbon fluoride compositions |
| CN101474896A (en) * | 2009-01-21 | 2009-07-08 | 重庆大学 | Ultra-hydrophobic film of compound structure |
| CN106313812A (en) * | 2016-08-15 | 2017-01-11 | 吴建华 | Preparation method and application of PTFE and polyester-based composite film for preventing wind turbine blades from icing |
| RU2641790C2 (en) * | 2012-12-20 | 2018-01-22 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Freezing point-reducing coating from synthetic film for application of wind-generators on rotor blades |
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5380557A (en) * | 1991-08-29 | 1995-01-10 | General Electric Company | Carbon fluoride compositions |
| CN101474896A (en) * | 2009-01-21 | 2009-07-08 | 重庆大学 | Ultra-hydrophobic film of compound structure |
| RU2641790C2 (en) * | 2012-12-20 | 2018-01-22 | Фраунхофер-Гезелльшафт Цур Фердерунг Дер Ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Freezing point-reducing coating from synthetic film for application of wind-generators on rotor blades |
| CN106313812A (en) * | 2016-08-15 | 2017-01-11 | 吴建华 | Preparation method and application of PTFE and polyester-based composite film for preventing wind turbine blades from icing |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA3150645C (en) | Preparation method of ptfe-based nano functional composite membrane and use | |
| CN106313812B (en) | A kind of preparation method and application based on PTFE and polyester compound film for the anti-anti-ice cover of wind electricity blade | |
| DK181326B1 (en) | Method for nano-depth surface activation of ptfe-based membrane | |
| CA3150152C (en) | Preparation method of ptfe-based membrane for preventing and removing ices covering wind turbine blades and use thereof | |
| RU2782923C1 (en) | Method for producing ptfe-based membrane to prevent formation and remove ice from wind generator blades and its application | |
| CN112297475B (en) | High-temperature high-linear-pressure micro eutectic method for enhancing strength of PTFE (polytetrafluoroethylene) film | |
| RU2784365C1 (en) | Method for obtaining a membrane from a functional ptfe-based nanocomposite and its application | |
| RU2816853C1 (en) | Method of activating surface of ptfe-based membrane at nano-depth | |
| RU2786882C1 (en) | Method for increasing strength of membrane based on polytetrafluoroethylene (ptfe) by high-temperature microeutectics under high line pressure |