风轮机叶片的前缘保护制造技术

本发明专利技术涉及一种制备具有前缘保护的风轮机叶片的方法。该方法包括：在包括待保护的前缘的一部分的表面部分上施加第一涂料层；在第一涂料层的顶部上施加纤维材料层；在纤维材料层上施加第二涂料层；并使施加的前缘保护固化。该方法可以作为叶片的制造的一部分来进行和/或作为例如在现场修理期间的后处理步骤进行。所提出的方法产生增大的抗侵蚀性和对抗冲击颗粒的改进保护。本发明专利技术还涉及一种风轮机叶片，其包括如上所述建立的前缘保护。

Front Protection of Wind Turbine Blades

The invention relates to a method for preparing a wind turbine blade with leading edge protection. The method includes: applying a first coating layer on a surface part including a portion of the front edge to be protected; applying a fiber material layer on the top of the first coating layer; applying a second coating layer on the fiber material layer; and curing the applied front protection. The method can be used as part of blade manufacturing and/or as a post-processing step, for example, during on-site repair. The proposed method produces increased erosion resistance and improved protection against impact particles. The invention also relates to a wind turbine blade, which includes the leading edge protection established above.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风轮机叶片的前缘保护
本专利技术涉及一种用于制备具有前缘保护的风轮机叶片的方法。本专利技术还涉及一种包括前缘保护的风轮机叶片。
技术介绍
现代风轮机的尺寸继续增大并且配备有越来越长的风轮机叶片以增加功率产生。随着叶片变长，冲击叶片表面的颗粒的速度相应地增加。雨、冰雹、盐雾和其他碎片颗粒以高达400km/h甚至更高的速度冲击叶片表面，可能造成严重的侵蚀损坏。特别地，风轮机的前缘，特别是风轮机叶片的最靠近梢端的最外部分受到侵蚀。如果风轮机叶片没有得到充分保护或者保护装置磨损，则叶片随着时间的推移会出现点蚀、气刨和分层，这会显著影响空气动力学效率，甚至会对整个结构完整性产生影响。不佳的叶片性能可能会减少每年的能源生产，维修停机时间也很昂贵。如例如在EP2416950、WO2008/157013或WO2013/092211中描述的，通过在成品风轮机的外表面上安装预先制造的保护盖或护罩，可以获得前缘保护。然而，预先制造的盖难以制造成沿着前缘的长度紧密地配合三维叶片几何形状，这对于获得与叶片的牢固结合并且获得具有良好控制的几何形状以及从盖到叶片壳的平滑过渡的最终前缘是必要的。而且，在仍附接到风轮机轮毂的受损风轮机叶片的修理期间，即使不是不可能也难以操纵和管理预先制造的前缘盖。还已知将表面膜或带施加到前缘区域以增加腐蚀保护。这些同样难以在现场应用以增加对安装的风轮机叶片的保护或难以修理安装的风轮机叶片。此外，已经看到腐蚀带破裂，部分松散的带部分留在风中自由地颤动。这降低了叶片的空气动力学性能并且可能形成重要的噪声源。还专门设计和销售不同的涂层以提供改善的抗腐蚀性，例如3M风叶片保护涂层W4600和W4601、ReNEWW系列，Hontek的HC05XP1或BASF的RELESTWind涂层。通常，涂层越厚，叶片能够耐受腐蚀的时间越长。但是，涂层只能涂以薄涂层施加以防止流槽。此外，在田野中等涂漆时存在空气夹杂物、潮湿夹杂物的问题。于是，能通过施加多个较薄的层建立所期望的涂层厚度，这是劳动密集且耗时的。与相同厚度的单层涂层相比，进一步看到涂层之间的界面削弱了整个涂层的强度和耐腐蚀性。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的一个目的是通过提供一种制备风轮机叶片的方法从而产生改进的对抗腐蚀和磨损的前缘保护来克服或至少减少一些或所有上述缺点。本专利技术的实施方式的一个目的是提供一种制备风轮机叶片的方法，该方法既适用于风轮机叶片的制造过程，也适用于修理或维护，特别适用于现场操作。本专利技术的另一个目的是提供一种简单而有效的方法，用于改善抗腐蚀性，该方法能在有限数量的过程步骤中进行，并且对特殊设备和工具仅有简单且有限的需求。因此，在第一方面中，本专利技术涉及一种制备具有前缘保护的风轮机叶片的方法。风轮机叶片在叶片的根端和梢端之间延伸一长度，并且在后缘和前缘之间延伸一宽度，并且风轮机叶片包括外表面部分，该外表面部分包括前缘的至少一部分。根据本专利技术的第一方面的方法包括：在叶片的表面部分上施加第一涂料层，在第一涂料层的顶部上施加纤维材料层，在纤维材料层上施加第二涂料层，以及使施加的前缘保护固化。由此获得了风轮机叶片的前缘的改进保护，该前缘通常是叶片的通过冲击诸如雨、冰雹或灰尘之类的颗粒或射弹体而暴露于最高负载的部分。通过在第一涂料层的顶部上施加纤维材料层并且利用第二涂料层获得这样的前缘保护，该前缘保护的厚度比通过单独涂层或涂料的施加可获得的厚度高得多，在后者中，在涂料开始流动或滴落之前仅能获得有限的厚度。这是有利的，因为较厚的涂料层提供相应改善的抗腐蚀性并提供对抗磨损和冲击颗粒的保护。这里，看到纤维材料层充当粘合剂，允许较厚的湿涂料层以稳定的方式存在而不会流动或滴落。以这种方式，纤维材料层有助于构建厚的前缘保护涂层，其在制造时可被视为单层涂层。由于纤维层的这种粘合效果，可以看出由此获得的前缘保护更坚固，并且相比相同总厚度但通过施加多层单独涂料而不施加任何纤维粘合剂来构建的保护层产生更高的抗腐蚀性。而且，根据本专利技术的方法有利于减少耗时和劳动强度，因为能以半连续方式施加材料层，而不需要每个涂料层单独固化所需的时间。实验观察到的增大的腐蚀性能被认为是由能施加的更均匀的厚度和减少的层界面数量引起的，能施加的更均匀的厚度和减少的层界面数量导致不存在能扩大腐蚀损伤的弱点。此外，如果前缘保护涂层跨越存在于原始基底中或通过外部冲击(即大冰雹石)引入的表面裂缝，则嵌入涂料层中的纤维层可能是有利的，在这种情况下，纤维材料可以产生优于“普通”涂层的涂层裂缝停止能力。此外，纤维层中的纤维增加了风轮机叶片的受保护部分的冲击强度，从而产生吸收冲击和冲击能量而不会断裂的改进能力。因此，前缘保护降低了叶片由于冲击雨、冰雹、污垢颗粒等受损的风险。除了所提到的作为一种获得所需增加的涂料厚度而没有其他固有的涂料流动问题的方式的优点之外，根据本专利技术所提出的方法的优点在于它能通过简单的手工操作来进行并且仅需要基本的工具。这使得该方法能够在现有风轮机叶片上进行，可选地在安装时(例如从平台或使用绳索进入)进行。另外，该方法能在野外进行，例如不需要特殊的真空发生设备、定位夹具、铺叠机等。该保护方法的另一个优点在于，纤维层可以由即使在双曲面上也易于披覆和铺放的材料构成。因此，能在对风轮机叶片轮廓的整体外形进行最小修改的情况下施加前缘保护，并且不会以可测量的程度影响叶片的空气动力学特性。此外，可以相对快速地建立前缘保护，这在现场修理或维护操作时施加尤其有利，对于工作条件仅能在短时间内可接受的离岸风轮机上的叶片尤其如此。一层或多层涂料可以是涂层、漆或施加到风轮机叶片表面的任何类型的涂层。外表面部分通常延伸越过前缘，从而包括叶片的吸力侧表面和压力侧表面两者的一部分。外表面部分可以延伸到前缘的两侧相似的距离，或者在压力侧上延伸的距离大于在吸力侧上延伸的距离，反之亦然。外表面部分沿着叶片的长度可以具有相同或相似的截面宽度，或者可以具有变化的宽度，例如覆盖风轮机叶片轮廓的更靠近叶片梢端的较大部分。因此，前缘保护覆盖叶片轮廓的朝向梢端的较大部分，在此处冲击颗粒和射弹体的速度较大。因为叶片梢端和风轮机叶片的最外部分暴露于较高速度的颗粒并因此具有较高的腐蚀损坏风险，所以优选地应用前缘保护以保护叶片前缘的接近或者包括叶片梢端的最外部分，例如前缘的长度的最外面的5％至40％，例如最外面的10％至20％。在本专利技术的一个实施方式中，第二涂料层施加成至少部分地浸渍纤维材料层。在一个实施方式中，纤维材料层被第一涂料层、第二涂料层或其组合部分或完全浸渍。部分或完全浸渍可以通过将纤维层压入(例如简单地用戴手套的手)到第一涂料层中和/或通过施加(例如通过滚动或刷涂或喷涂)第二涂料层来实现。由于纤维层的部分或完全浸渍，两个涂料层有效地形成单层前缘保护，其中嵌入纤维材料。由于与用作粘合剂的纤维材料相结合而消除了层间界面，该层的强度可以高于相同厚度的堆叠层的强度。根据本专利技术的一个实施方式，纤维材料层包括干燥的纤维材料。干燥层应理解为未浸渍或基本上未浸渍的层，可能施加粘合剂或胶料。因此，相邻层的涂料可以更好地浸渍纤维层，并且纤维层又更好地起到粘合涂料层的作用。在一个实施方式中，纤维材料层包括编织物或无序纤维毡。这有利于产生一定结构完整性的层，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制备风轮机叶片的方法，所述风轮机叶片具有前缘保护，所述风轮机叶片在所述风轮机叶片的根端和梢端之间延伸一长度，并且在后缘和前缘之间延伸一宽度，所述风轮机叶片包括外表面部分，该外表面部分包括所述前缘的至少一部分，该方法包括：在所述风轮机叶片的所述表面部分上施加第一涂料层，在所述第一涂料层的顶部上施加纤维材料层，在所述纤维材料层上施加第二涂料层，以及使施加的前缘保护固化。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.05.18 DK PA2016703301.一种制备风轮机叶片的方法，所述风轮机叶片具有前缘保护，所述风轮机叶片在所述风轮机叶片的根端和梢端之间延伸一长度，并且在后缘和前缘之间延伸一宽度，所述风轮机叶片包括外表面部分，该外表面部分包括所述前缘的至少一部分，该方法包括：在所述风轮机叶片的所述表面部分上施加第一涂料层，在所述第一涂料层的顶部上施加纤维材料层，在所述纤维材料层上施加第二涂料层，以及使施加的前缘保护固化。2.根据权利要求1所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述第二涂料层被施加成至少部分地浸渍所述纤维材料层。3.根据前述权利要求中任一项所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述纤维材料层包括干燥纤维材料。4.根据前述权利要求中任一项所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述纤维材料层包括编织物或无序纤维毡。5.根据前述权利要求中任一项所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述纤维材料包括属于玻璃纤维、聚酯、Kevlar和尼龙的组中的至少一种材料的纤维。6.根据前述权利要求中任一项所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述第一涂料层和所述第二涂料层为相同的材料。7.根据前述权利要求中任一项所述的制备风轮机叶片的方法，其中，所述涂料是...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·鲁特尔，C·梅尔德嘉德，B·B·达姆嘉德，
申请(专利权)人：菱重维斯塔斯海上风力有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK