风力发电机等设备在结冰气象条件下运行,部件迎风面可能会结冰,影响其正常运行。气囊除冰技术具有质量轻、工作可靠、能耗小等优点,目前在飞机上运用比较成熟,在风力发电机除冰领域也有很大应用潜力。研究气囊除冰过程中冰层脱落过程及影响因素有利于推动气囊除冰技术在风力发电机上的应用。气囊形变会产生气囊与冰层间的剪切力,气囊膨胀法向加速度可导致惯性力而使冰层脱落,因此气囊形变和气囊膨胀法向加速度都是气囊膨胀过程中需要关注的重要参数。通过理论分析和试验研究,本文主要开展了如下工作:气囊充气过程中气囊形变及法向加速度与充气压力和气囊宽度的关系,以及气囊形变法纵向加速度在气囊上的分布规律;气囊覆冰后,在不同覆冰厚度、不同充气压力、不同气囊宽度、不同覆冰条件下的脱冰试验及原因分析;不同条件下的临界脱冰气压,以及脱冰面积百分比与充气压力和气囊宽度的关系;气囊除冰应用于风力发电机叶片所需要的材料性能,气囊尺寸长宽比、充气口设置及空气压缩机选型、安装位置及气囊充气控制策略及气囊除冰系统重量问题。论文得到的主要结论有:气囊表面不同位置充气过程中的最大加速度及形变有区别,最大加速度极值位于气囊中心,最大剪切力位于气囊中心与气囊边缘之间;剪切力是气囊除冰过程中破坏冰与气囊之间连接的主要原因,气囊纵向加速度在冰上产生的惯性力大于冰剥离后剩余粘接力才能使冰脱落;充气压力、气囊宽度、冰层厚度及覆冰条件是脱冰过程的主要影响因素;矩形气囊的长宽比小于2.68更有利于脱冰,其中方形气囊脱冰效果最好;充气口设置在气囊中心位置时可使冰层所受最大弯矩取得极值,有利于脱冰;兆瓦级风力发电机上安装气囊除冰系统,其重量约为叶片重量0.9～1%。