1.本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法。


背景技术：

2.风力发电机组通常位于高山或边疆等易凝冻地区，由于这些地区常年平均温度较低，室外温度低于零度的情况较为普遍，使得风力发电机组的叶片表面极易结冰，而处在海拔高程1000～1800m的高海拔地区、林区的风电叶片冬季结冰情况更为严重。冬季恰恰是风资源较为丰富的时机，叶片表面一旦发生结冰的情况，除了对风电收益产生直接影响，还会构成分担机组运行的安全风险。所以，风电叶片冬季防除结冰是风电行业当前亟需解决的问题。
3.国内外常见的叶片防冰/除冰技术包括：热力除冰、涂层防除冰、液体除冰等。热力除冰通常有内部设置空腔通入热溶液的方式，或者是在叶片内部布置电阻丝。叶片内部设置空腔的方式会造成风电叶片应力集中，且该方式并不能完全去除叶片的冰层；叶片内部布置电阻丝的方式工艺复杂，成本高，且电阻丝加热性能无法保障。热力除冰技术的缺点是能耗相对较高，需额外引入加热器消耗电能，降低风力发电效率。涂层防除冰是制备具有低表面能物质和修饰表面粗糙结构的，能够形成主动抵御因冻雨冰雪灾害天气的仿荷叶表面能的多剂、多孔、多层仿生防除冰涂层，用于风电叶片在高湿环境下的疏水、不结冰或减少结冰量。但该方式仍面临许多问题，被动防冰无法达到最佳的防冰性能，防除冰材料在实际应用中没有足够的耐久性。液体抑冰主要是将除冰剂喷洒至叶片表面，以使风电叶片表面的结冰点降低或改变叶片表面与冰层的附着力，现有的除冰剂通常采用氯化钠、氯化钡和尿素作为降低凝固点的有效成分，由于氯化物会腐蚀叶片表面涂层，降低周围植物根部的吸水性，污染地表的水资源等，且现有防除冰液体的有效作用时间短，在严重结冰状态下除冰效果差，不可大面积喷涂在叶片表面。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法。以解决现有技术中液体防除冰剂的有效作用时间短，严重结冰状态下除冰效果差，会腐蚀叶片表面涂层，除冰速度慢，难以大面积喷涂在叶片表面的技术问题。
5.为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
6.一种用于风电叶片的液体防除冰剂，包括除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；除冰成分为醋酸镁、醋酸钙、醋酸钠或醋酸钾；防冰自发热金属粉末为还原性铁粉；分散剂为硅藻；催化剂为活性炭粉末；
7.以质量百分数计，所述除冰成分的含量为10～15％，所述还原性铁粉的含量为30～35％，所述硅藻的含量为5～10％，所述活性炭粉末的含量为15～20％，余量为水。
8.本发明的进一步改进在于：
9.优选的，所述除冰成分为醋酸镁。
10.优选的，所述还原性铁粉的粒径范围为20～180um。
11.优选的，所述硅藻的粒径范围为20～180um。
12.优选的，所述活性炭粉末的粒径范围为50～180um。
13.一种上述的用于风电叶片的液体防除冰剂的制备方法，包括以下步骤：
14.步骤1，按照液体防除冰机的目标质量分别称量除冰成分、还原性铁粉、硅藻土和活性炭颗粒；
15.步骤2，将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨后获得粒径为20～180um的还原性铁粉；
16.步骤3，将硅藻土置于行星球磨机中，研磨后获得硅藻粉；
17.步骤4，将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨后获得活性炭粉末；
18.步骤5，将研磨后的还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和除冰成分加入至反应釜中，加入去离子水后，在真空条件下搅拌，搅拌后静置获得液体防除冰机。
19.优选的，研磨速度为300r/min。
20.优选的，步骤3中，研磨速度为200r/min。
21.优选的，步骤4中，研磨速度为200r/min。
22.优选的，步骤5中，搅拌速度为3000～3500r/min，搅拌时间为30～40min，静置时间为1～2小时。
23.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
24.本发明公开了一种用于风电叶片的液体防除冰剂，该除冰剂包括还原性铁粉、活性炭、硅藻粉、醋酸镁和去离子水，本发明中还原性铁粉作为主要的自发热金属粉末，利用活性炭对气体具有强大的吸附性质，使其自发热的热量来源于还原性铁粉与空气中的氧气发生快速反应释放出热量，使放热量大于散热量而导致温度进一步升高，活性炭在液体防除冰剂中作为催化剂，具有启动快、发热温度高、持续发热时间长的特点。硅藻粉在液体防除冰剂中作为分散剂，可保证铁粉与空气的接触，不发生铁粉板结成块状，从而影响其自发热性能的状况出现。醋酸镁具有良好的融冰效果，降低冰点，提高融冰效率，且醋酸镁对于土壤和金属的侵蚀和腐蚀性较小，不伤害风电叶片表面涂层且对周围环境友好。去离子水作为溶剂，可使各种固体粉粒混合均匀，提供气固两相反应的接触面以利于铁粉完全反应和提高液体防除冰剂的热容量。本发明的液体防除冰剂具有良好的自发热性能，可长时间有效提高风电叶片表面温度，不会对环境造成二次污染，且对风电叶片无腐蚀性，可在较低环境温度下工作。本发明可以使风电叶片温度提高且长时间保持相对恒定，保证风电叶片的发电效率；风电叶片专用防除冰剂具有使用安全、环境友好、除冰速度快、对风电叶片无腐蚀等特点；本发明以醋酸镁为主要除冰成分，利用还原性铁粉的自发热特性，使防除冰效率提高。
25.进一步的，本发明且采用的还原性铁粉的粒径范围为20～180um，在液体防除冰剂中质量含量为30～35％。其自发热的热量来源于还原性铁粉与空气中的氧气发生快速反应释放出热量，使放热量大于散热量而导致风电叶片温度进一步升高。
26.进一步的，本发明采用活性炭粒径范围为50～180um，在液体防除冰剂中质量含量为15～20％。活性炭在液体防除冰剂中作为催化剂，可催化还原性铁与氧气接触放热的反
应速度，提高反应效率。
27.进一步的，本发明采用硅藻粉粒径范围为20～180um，在液体防除冰剂中质量含量为5～10％，硅藻粉在液体防除冰剂中作为分散剂，可保证铁粉与氧气的接触，不发生铁粉板结成块状。
28.进一步的，本发明采用醋酸镁(醋酸钙、醋酸钠、醋酸钾)作为除冰剂，其在液体防除冰剂中质量含量为10～15％。
29.本发明还公开了一种用于风电叶片的液体防除冰剂的制备方法，该制备方法将还原性铁粉、活性炭、硅藻粉、醋酸镁，五种物质分批次按质量比例加入在去离子水中，在真空反应釜中充分超声搅拌。该制备方法简单，可操作性强，易于大范围推广。
具体实施方式
30.下面结合具体实施例对本发明做进一步详细描述：
31.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
32.所述有效除冰成分为醋酸镁、醋酸钙、醋酸钠或醋酸钾，优选为醋酸镁，其在液体防除冰剂中质量含量为10～15％。
33.所述防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径范围为20～180um，在液体防除冰剂中质量含量为30～35％。
34.所述分散剂为硅藻，其粒径范围为20～180um，在液体防除冰剂中质量含量为5～10％。
35.所述催化剂为活性炭粉末，粒径范围为50～180um，在液体防除冰剂中质量含量为15～20％。
36.除冰剂的余量为去离子水，上述各个成分的为100％。
37.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
38.(1)按上述质量含量分别称量除冰成分、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为10～15％、30～35％、5～10％和15～20％。
39.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为20～180um的还原性铁粉。
40.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为20～180um的硅藻粉。
41.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为50～180um的活性炭粉末。
42.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和除冰成分一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3000～3500r/min，时间为30～40min，关闭反应釜搅拌功能，并静置1～2小时后可得到液体防除冰剂。
43.下面结合具体的实施例对本发明内容进一步的阐述：
44.实施例1
45.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
46.所述的有效除冰成分为醋酸镁，其在液体防除冰剂中质量含量为15％。
47.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为180um，在液体防除冰剂中质量含量为35％。
48.所述的分散剂为硅藻，其粒径为180um，在液体防除冰剂中质量含量为10％。
49.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为120um，在液体防除冰剂中质量含量为20％，余量为去离子水。
50.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
51.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为15％、35％、10％和20％。
52.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为180um的还原性铁粉。
53.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为180um的硅藻粉。
54.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为120um的活性炭粉末。
55.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸镁粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3500r/min，时间为30min，关闭反应釜搅拌功能，并静置2h后可得到液体防除冰剂。
56.实施例2
57.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
58.所述的有效除冰成分为醋酸镁，其在液体防除冰剂中质量含量为10％。
59.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为100um，在液体防除冰剂中质量含量为30％。
60.所述的分散剂为硅藻，其粒径为100um，在液体防除冰剂中质量含量为5％。
61.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为100um，在液体防除冰剂中质量含量为15％，余量为去离子水。
62.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
63.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为10％、30％、5％和15％。
64.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为100um的还原性铁粉。
65.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为100um的硅藻粉。
66.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为100um的活性炭粉末。
67.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸镁粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3000r/min，时间为40min，关闭反应釜搅拌功能，并静置1小时后可得到液体防除冰剂。
68.实施例3
69.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
70.所述的有效除冰成分为醋酸钙，其在液体防除冰剂中质量含量为11％。
71.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为20um，在液体防除冰剂中质量含量为31％。
72.所述的分散剂为硅藻粉，其粒径为150um，在液体防除冰剂中质量含量为8％。
73.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为80um，在液体防除冰剂中质量含量为16％，余量为去离子水。
74.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
75.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为11％、31％、8％和16％。
76.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为20um的还原性铁粉。
77.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为150um的硅藻粉。
78.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为80um的活性炭粉末。
79.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸钙粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3200r/min，时间为35min，关闭反应釜搅拌功能，并静置1小时后可得到液体防除冰剂。
80.实施例4
81.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
82.所述的有效除冰成分为醋酸钠，其在液体防除冰剂中质量含量为12％。
83.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为50um，在液体防除冰剂中质量含量为32％。
84.所述的分散剂为硅藻粉，其粒径为80um，在液体防除冰剂中质量含量为7％。
85.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为50um，在液体防除冰剂中质量含量为17％，余量为去离子水。
86.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
87.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为12％、32％、7％和17％。
88.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为50um的还原性铁粉。
89.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为80um的硅藻粉。
90.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为50um的活性炭粉末。
91.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸钠粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3100r/min，时间为37min，关闭反应釜搅拌功能，并静置1.5小时后可得到液体防除冰剂。
92.实施例5
93.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
94.所述的有效除冰成分为醋酸钾，其在液体防除冰剂中质量含量为13％。
95.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为80um，在液体防除冰剂中质量含量为33％。
96.所述的分散剂为硅藻，其粒径为50um，在液体防除冰剂中质量含量为9％。
97.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为120um，在液体防除冰剂中质量含量为18％，余量为去离子水。
98.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
99.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为13％、33％、9％和18％。
100.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为80um的还原性铁粉。
101.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为50um的硅藻粉。
102.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为120um的活性炭粉末。
103.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸镁粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3100r/min，时间为37min，关闭反应釜搅拌功能，并静置2小时后可得到液体防除冰剂。
104.实施例6
105.一种用于风电叶片的液体防除冰剂及其制备方法，除冰剂包括如下成分：除冰成分、防冰自发热金属粉末、分散剂、催化剂和水；水优选的为去离子水。
106.所述的有效除冰成分为醋酸镁，其在液体防除冰剂中质量含量为14％。
107.所述的防冰自发热金属粉末为还原性铁粉，其粒径为150um，在液体防除冰剂中质量含量为34％。
108.所述的分散剂为硅藻，其粒径为20um，在液体防除冰剂中质量含量为6％。
109.所述的催化剂为活性炭粉末，粒径为150um，在液体防除冰剂中质量含量为19％，余量为去离子水。
110.所述的一种基于自发热材料的风电叶片表面除冰剂及其制备方法，步骤如下：
111.(1)按上述质量含量分别称量醋酸镁粉末、还原性铁粉、硅藻土、活性炭颗粒，其各自在液体防除冰剂中的质量含量为14％、34％、6％和19％。
112.(2)将还原性铁粉置于行星球磨机中，研磨速度300r/min，之后得到粒径为150um的还原性铁粉。
113.(3)将硅藻土置于行星球磨机中，研磨速度200r/min，之后得到粒径为20um的硅藻
粉。
114.(4)将活性炭颗粒置于行星球磨机中，研磨速度为200r/min，之后得到粒径为150um的活性炭粉末。
115.(5)将上述还原性铁粉、硅藻粉、活性炭粉和醋酸镁粉末一同加入至反应釜中，并向其中加入剩余去离子水；开启反应釜抽真空、超声搅拌的功能，搅拌速度为3300r/min，时间为34min，关闭反应釜搅拌功能，并静置1小时后可得到液体防除冰剂。
116.以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。