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超声喷涂风机叶片疏水性涂层的制备及性能研究

【摘要】:风能是一种可再生的清洁能源,分布地区广泛,是新能源领域中最具开发和利用价值的项目之一。近年来,我国的风电产业正以飞快的速度发展。但是随着全球气候的不断恶化,风机覆冰问题已经成为制约风电发展的主要因素之一。由于我国在风电发展过程中对风机覆冰问题认识不足,绝大部分风电场未采取相应的防覆冰措施,因此遭受了巨大的损失,所以研究风机的防覆冰方法已迫在眉睫。目前,还没有能够彻底解决风机叶片覆冰的有效措施,利用疏水性涂层防覆冰也是近年才开始兴起,而疏水性涂层制备方法较为复杂,涂层机械性能较差,疏水稳定性得不到保障。针对上述问题,本文进行了以下研究工作:首先研究了疏水性表面的湿润性原理,分析了现有疏水性涂层制备方法的不足,研究了能够大面积喷涂且提升涂层性能的超声喷涂技术。然后利用纳米粒子填充法制备了疏水性涂料,并使用超声喷涂机在30kHz、80kHz和130kHz的超声振荡频率下制备出三种不同工艺的风机叶片疏水涂层,同时与空气压缩喷涂法制得的涂层相比较。通过测试涂层的疏水性能和覆冰粘结强度发现,超声喷涂涂层较空气喷涂涂层拥有更高的疏水性和更低的覆冰粘结强度,且随着超声振动频率的增加,涂层的疏水性防覆冰能还将进一步提升。其次考察了4种不同工艺涂层的疏水稳定性,分析了超声喷涂技术对涂层基本性能的影响。通过耐酸性腐蚀、耐摩擦和耐高温老化试验发现,4种涂层的疏水性能均逐渐下降,但超声喷涂技术能延缓涂层疏水性能的下降,且制备过程中使用的超声振荡频率越高,涂层疏水性能下降得越缓慢。最后研究了多次覆冰/脱冰循环下,超声喷涂涂层和空气喷涂涂层的防覆冰稳定性,分析了涂层的疏水性和覆冰粘结强度的变化规律。通过试验研究发现,随着覆冰循环次数的增多,涂层的疏水防覆冰性能逐渐下降,疏水性和覆冰粘结强度的变化量表现出先增大后减小的趋势,超声喷涂涂层的疏水防覆冰性能较空气喷涂涂层下降得更加缓慢。

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