CN112166248A

CN112166248A - 用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法

Info

Publication number: CN112166248A
Application number: CN201980037705.1A
Authority: CN
Inventors: M·梁; P·R·尼克尔森
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2018-06-04
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2021-01-01
Also published as: WO2019233715A1; EP3578806A1; JP2021525336A; US20210231108A1; EP3781810A1; AU2019281815A1

Abstract

呈现了一种用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法。在该方法中，将粘合剂施加到风力涡轮机叶片的前缘的侵蚀表面以用于基本上重建风力涡轮机叶片的前缘的几何形状。此后，在前缘上施加前缘保护壳，使得前缘保护壳仅利用侵蚀表面和前缘保护壳之间的粘合剂来粘附到侵蚀表面，其中，前缘保护壳的形状对应于前缘的空气动力学外轮廓。优选地，使用双组分改性硅烷聚合物粘合剂来安装软聚合物前缘保护壳。

Description

用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机部件的修理，且特别地涉及用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法。

背景技术

现今，若干风力涡轮机部件（诸如，叶片）由纤维增强塑料复合材料制成。已知在操作中发生对此类风力涡轮机转子叶片的部件表面的侵蚀，且特别是对此类风力涡轮机转子叶片的前缘表面的侵蚀。对涡轮机叶片的前缘的侵蚀会降低叶片的效率，且因此降低由涡轮机输出的功率。

风力涡轮机转子叶片（海上风力涡轮机和陆上风力涡轮机两者）特别受到磨损的影响，所述磨损发生在叶片受到环境风中的颗粒或小液滴的撞击时，从而导致风力涡轮机转子叶片的前缘劣化。颗粒和小液滴存在于环境风中且源于灰尘、雨水、降雪等，并且由于冲击磨损而引起对风力涡轮机叶片的前缘的侵蚀，从而导致降低了叶片的空气动力学效率且因此降低了风力涡轮机的最大输出功率。

涡轮机叶片上的侵蚀可渗透到结构性纤维增强层压件中，从而导致涡轮机叶片发生严重故障而需要修理，这对涡轮机操作人员而言会是非常昂贵的，并且对于受影响的风力涡轮机而言可能涉及相当长的停机时间，其需要将受影响的部件拆卸和运输到修理车间。

这就是为什么总体上在陆上和海上风力涡轮机的风力涡轮机转子叶片的前缘上预见到表面系统的原因。

修理过程通常包括重建前缘表面，即通过使用填料材料来改造前缘的空气动力学形状。在使用填料修理前缘表面之后，将由聚合物材料制成的保护壳或屏蔽件附接到风力涡轮机叶片的前缘。保护壳旨在消除对叶片壳的侵蚀而代之以经受侵蚀。然而，重建前缘的过程是通过常规的修理方法来执行的，所述常规的修理方法需要针对层压件损坏进行手工层压以及针对面涂层系统施加填料和涂料。层压件和面涂层的这种重新构建会是非常昂贵的，因为它通常需要修理材料的若干个固化周期，这意味着这项工作需要大量的涡轮机停机时间和人力。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的前缘的修理方法，该修理方法可以在风力涡轮机安装现场执行、是精确的且因此不需要在放上保护壳之前重建前缘。

上述目的通过根据本技术的权利要求1的用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。

在本技术中，呈现了一种用于修理风力涡轮机叶片的前缘的方法。该方法优选地在风力涡轮机安装现场执行，而无需拆卸风力涡轮机的任何部件。在该方法中，将粘合剂施加到风力涡轮机叶片的前缘的侵蚀表面以用于基本上重建风力涡轮机叶片的前缘的几何形状。此后，在前缘上施加前缘保护壳，使得前缘保护壳仅利用侵蚀表面和前缘保护壳之间的粘合剂来粘附到侵蚀表面，其中，前缘保护壳的形状对应于前缘的空气动力学外轮廓。优选地，使用双组分改性硅烷聚合物粘合剂来安装软聚合物前缘保护壳。

根据本技术的前述方法具有若干个优点。首先，它是简单的、节省时间的和具成本效益的，因为在施加粘合剂之前不需要通过层压件和填料材料来重建前缘。粘合剂具有双重功能。首先，粘合剂充当填料以用于大致重建前缘的几何形状（即，由于侵蚀而在前缘表面上形成的凹部或凹痕被粘合剂填满），且其次，粘合剂充当前缘表面和保护壳之间的粘附剂。不需要受损表面的形状完全恢复到空气动力学形状，因为前缘的这种功能通过保护壳来恢复，该保护壳具有预成型的空气动力学形状并且在安装于前缘上之后进一步适应于前缘的形状。此外，由于该方法简单且因此可以在不拆卸风力涡轮机的情况下在风力涡轮机的安装现场执行，因此该方法节省了风力涡轮机的停机时间。

附图说明

结合附图通过参考对本技术的实施例的以下描述，本技术的上述属性以及其他特征和优点以及获得它们的方式将变得更加清楚，并且本技术自身将被更好地理解，在附图中：

图1示意性地描绘了具有风力涡轮机转子叶片的风力涡轮机，在风力涡轮机安装现场且在不从风力涡轮机移除待修理部件的情况下，根据本技术的用于修理的方法被应用于该风力涡轮机转子叶片；

图2示意性地描绘了风力涡轮机转子叶片，根据本技术的用于修理的方法被应用于该风力涡轮机转子叶片；

图3示意性地描绘了风力涡轮机叶片的横截面，该横截面示出了未受损叶片的前缘几何形状；

图4示意性地描绘了风力涡轮机叶片的横截面，其示出了风力涡轮机叶片的前缘上的侵蚀表面；

图5示意性地描绘了图4的风力涡轮机叶片的横截面，粘合剂已被施加到该风力涡轮机叶片以基本上重建叶片的几何形状；

图6示意性地描绘了本技术的方法中使用的前缘保护壳；以及

图7示意性地描绘了通过本技术的方法所修理的前缘。

具体实施方式

下文中，详细描述了本技术的上述和其他特征。参考附图描述了各种实施例，其中，贯穿全文，相似的附图标记用于指代相似的元件。在以下描述中，出于解释的目的，阐述了众多特定细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。可注意到，所图示的实施例旨在解释而不是限制本发明。会是明显的是，可在没有这些具体细节的情况下实践此类实施例。

图1示出了本技术的风力涡轮机100的示例性实施例。风力涡轮机100包括塔架120，该塔架安装在根基（fundament）（未示出）上。机舱122安装在塔架120的顶部上，并且能够借助于偏航角调整机构121（诸如，偏航轴承和偏航马达）而关于塔架120旋转。偏航角调整机构121起到使机舱122围绕被称为偏航轴线的竖直轴线（未示出）旋转的作用，该竖直轴线与塔架120的纵向延伸部对准。偏航角调整机构121在风力涡轮机100的操作期间使机舱122旋转，以确保机舱122与风力涡轮机100所经受的当前风向适当地对准。

风力涡轮机100进一步包括转子110，该转子具有至少一个转子叶片10且通常为三个转子叶片10，不过在图1的透视图中仅可见两个转子叶片10。在图2中示意性地描绘了转子叶片10中的一者。转子110能够围绕旋转轴线110a旋转。转子叶片10（下文中也被称为叶片10，或者当指代叶片10中的一者时被称为该叶片10），通常安装在驱动轴环112（也被称为轮毂112）处。轮毂112安装成能够借助于主轴承（未示出）而关于机舱122旋转。轮毂112能够绕旋转轴线110a旋转。叶片10中的每一者相对于旋转轴线110a径向地延伸并且具有翼型部段20。

在轮毂112和转子叶片10中的每一者之间设置了叶片调整机构116，以便通过使相应的叶片10绕叶片10的纵向轴线（未示出）旋转来调整叶片10的叶片桨距角。叶片10中的每一者的纵向轴线与相应的叶片10的纵向延伸部基本上平行地对准。叶片调整机构116起到调整相应的叶片10的叶片桨距角的作用。

风力涡轮机100包括主轴125，该主轴将转子110、特别是轮毂112、可旋转地联接到容纳在机舱122内的发电机128。轮毂112连接到发电机128的转子。在风力涡轮机100的示例性实施例（未示出）中，轮毂112直接连接到发电机128的转子，因此风力涡轮机100被称为无齿轮直驱式风力涡轮机100。作为替代方案，如图1的示例性实施例中所示，风力涡轮机100包括设置在机舱122内的齿轮箱124，并且主轴125经由齿轮箱124将轮毂112连接到发电机128，由此风力涡轮机100被称为齿轮传动式（geared）风力涡轮机100。此外，提供了制动器126，以便例如在将本技术的修理方法应用于风力涡轮机时停止风力涡轮机100的操作，或者例如在强风的情况下和/或在紧急情况下减小转子110的旋转速度。

风力涡轮机100进一步包括用于以期望的操作参数来操作风力涡轮机100的控制系统150。风力涡轮机100可进一步包括不同的传感器，例如转速传感器143、功率传感器144、角度传感器142等，这些传感器将输入提供给控制机构150或风力涡轮机100的其他部件以优化风力涡轮机100的操作。

此外，如图2中所示，转子叶片10包括根部部段11和翼型部段20，该根部部段具有根部11a。通常，转子叶片10在根部部段11和翼型部段20之间包括过渡部段90。转子叶片10具有肩部18，该肩部是转子叶片10的其中弦线17具有最大弦长的部段，即在图2的示例中处于朝向根部11a描绘的弦线17处。翼型部段20（下文中也被称为翼型20）包括具有尖端12a的尖端部段12。根部11a和尖端12a通过转子叶片10的翼展（span）16而分离，该翼展遵循转子叶片10的形状。如图2和图3中所示，转子叶片10包括前缘14和后缘13。

在风力涡轮机100中，叶片10包括形成叶片10的外表面的叶片壳22。风力涡轮机100的叶片10可具有“蝶形叶片（butterfly blade）”构造，该“蝶形叶片”构造具有背风（leeward）壳和迎风（windward）壳，该背风壳和迎风壳被分开制造且然后结合在一起以形成叶片10，或者风力涡轮机100的叶片10可具有西门子公司的公知的“整体叶片”构造，其中与蝶形叶片构造不同，背风壳和迎风壳不是分开制造的。在该整体叶片构造中，整个壳被制造为一件式以作为整体壳，且因此不具有分开制造的背风侧和迎风侧。壳具有暴露于外部环境的表面22a。

图4示意性地表示具有侵蚀表面14e的前缘14，即，前缘14的已受损或受侵蚀的区域。如图5中所示，在用于修理前缘14的本技术的方法中，粘合剂30被施加到侵蚀表面14e，并且优选地延伸到壳22的表面22a上的围绕侵蚀表面14e的区域。在该阶段，粘合剂30充当填料并填充在由于侵蚀而形成的凹痕或凹部中。粘合剂30在前缘14处填充在侵蚀表面14e中，且因此得以重建前缘14的实质性几何形状，即，换句话说，前缘14被成形为大致类似于无锯齿状态。此后，如图6中所示，在具有先前施加的粘合剂30的前缘14上施加前缘保护壳40。前缘保护壳40的形状对应于前缘14的空气动力学外轮廓，或者换句话说，前缘保护壳40的外形状是空气动力学的，并且对应于未受损状态下的前缘14的形状（例如，图3中所示的形状）。如图7中所示，粘合剂30粘附到前缘保护壳40的内表面42（示于图6中）和前缘14的侵蚀表面14e，并且在固化之后将前缘保护壳40保持到风力涡轮机叶片10的前缘14上。可注意到，前缘保护壳40仅利用侵蚀表面14e和前缘保护壳40之间的粘合剂30来粘附到侵蚀表面14e，或者换句话说，在侵蚀表面14e和前缘保护壳40之间不存在其他填料材料。

可在本技术中使用与前缘保护壳40的材料兼容并且可以充当填料和粘合剂两者的任何合适的粘合剂。在本技术的实施例中，在该方法中使用的粘合剂30是改性硅烷聚合物（MS聚合物），优选地是双组分MS聚合物材料。在该方法中使用的前缘保护壳40是软聚合物壳，例如包括聚氨酯的壳，其具有预成型的空气动力学形状，然而，其是柔性的以安装在风力涡轮机叶片10的前缘14上。

尽管已参考某些实施例详细描述了本技术，但是应了解，本技术不限于那些精确的实施例。

Claims

1. 一种用于修理风力涡轮机叶片（10）的前缘（14）的方法（1），所述方法（1）包括：

- 将粘合剂（30）施加到所述风力涡轮机叶片（10）的前缘（14）的侵蚀表面（14e）以用于基本上重建所述风力涡轮机叶片（10）的前缘（14）的几何形状；以及

- 在所述前缘（14）上施加前缘保护壳（40），使得所述前缘保护壳（40）仅利用所述侵蚀表面（14e）和所述前缘保护壳（40）之间的粘合剂（30）来粘附到所述侵蚀表面（14e），其中，所述前缘保护壳（40）的形状对应于所述前缘（14）的空气动力学外轮廓。

2.根据权利要求1所述的方法（1），其中，所述粘合剂（30）是改性硅烷聚合物。

3.根据权利要求2所述的方法（1），其中，所述改性硅烷聚合物是双组分粘合剂。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法（1），其中，所述保护壳是软聚合物壳。

5.根据权利要求4所述的方法（1），其中，所述聚合物包括聚氨酯。

6.根据权利要求1或5中任一项所述的方法（1），其中，所述方法在所述风力涡轮机的安装现场执行。