CN113007042B - 风力发电机组的叶片修复方法、叶片胶结结构和叶片 - Google Patents

风力发电机组的叶片修复方法、叶片胶结结构和叶片 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种风力发电机组的叶片修复方法、叶片胶结结构和叶片。根据本发明的风力发电机组的叶片修复方法包括：拆除叶片的第一构件与第二构件之间的原胶结结构，在第一构件与第二构件中的至少一者上施加增强层，使增强层覆盖第一构件与第二构件中的所述至少一者上的原粘接区的至少一部分，在增强层固化后将第一构件和第二构件重新粘接到一起。根据本发明的叶片修复方法及通过该方法形成的叶片胶结结构和叶片，可以显著提高修复后的胶结结构的剪切强度。

Description

风力发电机组的叶片修复方法、叶片胶结结构和叶片
技术领域
本发明涉及风力发电机组的叶片修复工艺，更进一步地，涉及风力发电机组的叶片胶结结构的修复方法。
背景技术
胶结结构广泛应用在风力发电机组的叶片设计制造过程中。随着风力发电机组叶片设计和制造的复杂化，胶结结构的应用也面临越来越多的问题。
在叶片设计时，由于叶片长度增大，会容易形成胶结结构应力集中，易引发脱胶问题。在制造过程中，容易出现定位错误、缺陷等不合格的胶结结构。在叶片的测试和服役过程中，也可能会发生胶结结构的失效。针对不合格或失效的胶结结构，通常需要进行修补和修复，重新进行粘接。
目前的修补方法是在去除原有的胶结结构之后对原有粘接面进行打磨清理，然后直接在原有粘接区域施加粘接剂重新进行粘接，以恢复结构的完整性。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种风力发电机组的叶片修复方法以及通过该叶片修复方法形成的叶片胶结结构和叶片，可以显著提高修复后的胶结结构的剪切强度。
根据发明的一方面，提供一种风力发电机组的叶片修复方法，所述叶片修复方法包括：拆除叶片的第一构件与第二构件之间的原胶结结构，在所述第一构件与所述第二构件中的至少一者上施加增强层，使所述增强层覆盖所述第一构件与所述第二构件中的所述至少一者上的原粘接区的至少一部分，在所述增强层固化后将所述第一构件和所述第二构件重新粘接到一起。
可选地，在施加增强层之前，可对所述原粘接区进行打磨和表面处理。
可选地，所述增强层可延伸至所述原粘接区外的区域。
可选地，所述增强层可包括树脂和纤维增强材料。
可选地，可通过手糊、真空袋压或真空灌注形成所述增强层。
可选地，在所述第一构件与所述第二构件中的所述至少一者上可施加多个增强层，并且多个所述增强层可彼此层间错层。
可选地，进行打磨和表面处理的区域可超过所述原粘接区，所述增强层可至少覆盖所述进行打磨和表面处理的区域。
根据发明的一方面，提供一种通过前述的叶片修复方法修复形成的风力发电机组的叶片胶结结构，所述叶片胶结结构包括所述第一构件、所述第二构件以及位于所述第一构件和所述第二构件之间的增强层和粘接层。
可选地，所述叶片胶结结构可适用于叶片的前缘胶结结构、后缘胶结结构或腹板胶结结构。
根据发明的一方面，提供一种风力发电机组的叶片，所述风力发电机组的叶片具有如前所述的叶片胶结结构。
根据本发明的风力发电机组的叶片修复方法及通过该叶片修复方法形成胶结结构和叶片，通过应用增强层，可显著提高修复后的胶结结构的力学性能，特别是可显著提高剪切强度，从而提高胶结结构的可靠性。
附图说明
图1是示出叶片截面结构的示意图。
图2是示出腹板胶结结构的示意图。
图3是示出腹板胶结结构的粘接面的示意性俯视图。
图4是示出根据本发明实施例的风力发电机组的叶片修复方法的示意性流程图。
图5至图8是示出根据本发明实施例的叶片胶结结构的增强层的区域的各个示例的示意图。
附图标记说明：10：前缘胶结结构，20：腹板胶结结构，30：后缘胶结结构，21：第一构件(腹板)，201：粘接区，22：第二构件(主梁帽)，202：粘接区，203：胶结剂，204：增强层，40：吸力面，50：压力面。
具体实施方式
为了使本领域技术人员能够更好的理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
参照图1，风力发电机组的叶片结构可包括腹板21、主梁帽22、吸力面40和压力面50。叶片结构的各个部分之间可通过叶片胶结结构彼此一体化。胶结结构包括待胶结构件和将待胶结构件彼此胶结的胶粘部分。
叶片胶结结构可包括前缘胶结结构10、后缘胶结结构30、腹板胶结结构20。这里，叶片的前缘胶结结构10为吸力面40的前端和压力面50的前端的胶结结构，叶片的后缘胶结结构30为吸力面40的后端和压力面50的后端的胶结结构，叶片的腹板胶结结构20为腹板21和主梁帽22的胶结结构或腹板21与壳体的胶结结构。
作为示例，图2中示出了腹板胶结结构20的局部放大截面图。图3是示出腹板胶结结构的粘接面的示意性俯视图。
参照图2-3，腹板胶结结构20可包括第一构件(腹板)21、第二构件(主梁帽或壳体)22和胶粘剂203。
在正常的腹板胶结结构20中，胶粘剂203介于腹板21与主梁帽22之间，并分别与腹板21的粘接区201和主梁帽22的粘接区202粘接，从而将腹板21和主梁帽22粘接在一起，形成腹板胶结结构20。
现有技术中，在出现胶结结构不合格或者失效的问题时，一般采用去除原胶结剂、对原粘接面进行打磨清理并在原粘接面进行重新粘接的修复方式。
然而，通过测试实验发现，通过这种传统的修复方式修复的胶结结构的剪切强度急剧下降，修复后的胶结结构的剪切强度相比原胶结结构剪切强度下降达40％～60％，难以满足原来的相关设计要求，极其容易再次发生失效。
为解决上述问题，本发明提出了一种新的叶片胶结结构修复方法。
下面将参照图4详细描述根据本发明的实施例的叶片胶结结构的修复方法。
根据本发明的风力发电机组的叶片修复方法包括以下步骤：首先，拆除叶片的第一构件21与第二构件22之间的原胶结结构，然后，在第一构件21与第二构件22中的至少一者上施加增强层204，使增强层204覆盖第一构件21与第二构件22中的至少一者上的原粘接区的至少一部分，最后，在增强层204固化后将第一构件21和第二构件22重新粘接到一起。也就是说，可以仅在第一构件21或第二构件22上施加增强层，也可以在第一构件21和第二构件22上同时施加增强层。
为了提高构件之间的粘接强度，叶片修复方法还可包括在施加增强层204之前对原粘接区进行打磨和表面处理的步骤。一般使用百叶轮或砂纸来执行打磨操作，随后，将打磨区域的粉尘清除，并涂抹酒精进行清洁，然后晾干。
在打磨和表面处理操作过程中，可以仅对原粘接区进行打磨和表面处理。但是，打磨操作范围不限于此，进行打磨和表面处理的区域可至少为原粘接区的一部分，具体地，进行打磨和表面处理的区域可超过原粘接区，或仅为原粘接区的一部分，或一部分在原粘接区内而另一部分为原粘接区以外的部分，并且增强层204可至少覆盖被打磨和表面处理的区域。
通过在原粘接区的至少一部分上施加增强层204，可使得因去除原胶结结构时导致的表面毛刺等缺陷被覆盖，同时提供具有优异结合力的粘接面，因此，可以显著提高修复后的胶结结构的剪切强度。
根据本发明的实施例的增强层204可包括树脂和纤维增强材料，并且可通过例如手糊、真空袋压或真空灌注等方法将增强层204形成到待修复粘接表面。
作为示例，纤维增强材料可以是如双轴布、单轴布、三轴布等玻璃纤维或碳纤维结构层。但是，实施例不限于此，只要可提供符合要求的粘接面和预定强度的材料均可用于形成增强层204。
参照图5至图8，下面将以第二构件22及其原粘接区202作为参照，详细描述关于增强层204的布置区域的各个可选实施方式。
参照图5，增强层204可完全覆盖整个原粘接区202，并且可延伸超过原粘接区202。也就是说，增强层204可延伸至原粘接区外的区域，并具有与非粘接区重叠的部分。
参照图6，增强层204可恰好完全覆盖整个原粘接区202，增强层204的面积等于原粘接区202的面积。也就是说，增强层204没有超出原粘接区202。
参照图7，增强层204可不完全覆盖原粘接区202，即，仅覆盖原粘接区202的一部分，同时，增强层204延伸超过原粘接区202，具有与非粘接区重叠的部分。即，增强层204的一部分在原粘接区202内，而其另一部分为原粘接区202以外的部分。
参照图8，增强层204可不完全覆盖原粘接区202，即，可仅覆盖原粘接区202的一部分，并且增强层204完全位于原粘接区202内，没有超出原粘接区202的范围。
根据本发明的实施例的增强层204可以按照单层或者是多层的形式施加到第一构件21或第二构件22上。当施加多个增强层时，多个增强层可彼此层间错层。也就是说，多个增强层在层叠方向上彼此错开，而不完全对齐，避免应力集中。
增强层204可以按照任意形式排布，例如，可以将多个增强层204按照彼此分开的间隔方式进行布置，或者也可以按照多个增强层204彼此连续的方式进行布置。
图5至图8中示出了本发明的增强层204呈矩形的情况，但是，增强层204的形状部不受限制，还可以是例如圆形、其他多边形等。
优选地，增强层204的形状可与原粘接区的形状相对应，从而充分覆盖在去除原粘接结构之后出现的毛刺等表面缺陷。
图5至图8仅仅是作为示例示出了在第二构件22上施加增强层204的情况。但是，实施例不限于此，还可仅在第一构件21上施加增强层，或者在第一构件21和第二构件22二者上均施加增强层。
在施加的增强层204固化之后，可通过进一步施加例如树脂粘接剂等将第一构件21和第二构件22重新粘接。粘接剂固化后形成粘接层。
因此，根据本发明的风力发电机组的修复后的叶片胶结结构可包括第一构件21、第二构件22以及位于第一构件和第二构件之间的增强层204和粘接层。根据本发明的风力发电机组的修复后的叶片可包括上述胶结结构。
上述基于第一构件21和第二构件22描述的胶结结构的应用不受限制，例如，可将其用于叶片的前缘胶结结构10、后缘胶结结构30、腹板胶结结构(腹板21与主梁帽22之间的胶结结构或腹板21与壳体之间的胶结结构)20等。
另外，在进行叶片维护和修复时，如果仅局部胶结结构发生开裂失效等缺陷，可仅对该局部的胶结结构应用上述增强层进行修复。
表1示出了原胶结结构、通过现有技术修复后的胶结结构以及通过本发明的叶片修复方法修复的胶结结构的剪切强度的实验结果。
在表1中，对比示例1、对比示例2、发明示例1和发明示例2各自包括6个样本，每个样本包括两个构件。除了胶结结构不同之外，所用样本尺寸和实验条件均相同。
对比示例1中的样本的胶结结构为原胶结结构，即，两个构件的初始标准粘接面直接进行粘接的原始胶结结构。
在对比示例2、发明示例1和发明示例2中，通过对标准粘接面进行打磨来获取去除原粘接结构之后的待修复粘接面。
对比示例2中的样本的胶结结构是应用现有技术方法修复的胶结结构，即，在两个构件的待修复粘接面上直接施加粘接剂，然后将两个构件重新粘接在一起。
发明示例1和发明示例2中的样本应用了根据本发明的叶片胶结结构修复方法，也就是说，在两个构件之间应用了增强层。对于发明示例1中的样本，一个构件具有标准粘接面，另一构件具有待修复粘接面，在将双轴布增强层施加在待修复粘接面上之后，将两个构件重新粘接在一起。对于发明示例2中的样本，一个构件具有标准粘接面，另一构件具有待修复粘接面，在将单轴布增强层施加在待修复粘接面上之后，将两个构件重新粘接在一起。
[表1]
Figure GDA0003570481190000061
参照表1中实验数据可知，通过本发明的叶片修复方法，与不施加增强层的修复方式相比，可显著提高修复后的胶结结构的剪切强度。更优选地，当应用单轴布增强层时(发明示例2)，修复后的胶结结构的剪切强度可恢复到原胶结结构的80％以上。
综上，根据本发明的风力发电机组的叶片修复方法以及通过该叶片修复方法修复的叶片胶结结构和叶片，通过施加增强层，可显著提高修复后的叶片胶结结构的力学性能，从而提高叶片的结构可靠性。
上面对本发明的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种风力发电机组的叶片修复方法，所述叶片修复方法包括：
拆除叶片的第一构件(21)与第二构件(22)之间的原胶结结构，
在所述第一构件(21)与所述第二构件(22)中的至少一者上施加增强层(204)，使所述增强层(204)覆盖所述第一构件(21)与所述第二构件(22)中的所述至少一者上的原粘接区的至少一部分，
在所述增强层(204)固化后，所述增强层(204)提供新的粘接面，并且通过进一步执行粘接工艺将所述第一构件(21)和所述第二构件(22)重新粘接到一起，且所述增强层(204)介于所述第一构件(21)和所述第二构件(22)之间。
2.如权利要求1所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，在施加增强层(204)之前，对所述原粘接区进行打磨和表面处理。
3.如权利要求1所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，所述增强层(204)延伸至所述原粘接区外的区域。
4.如权利要求1所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，所述增强层(204)包括树脂和纤维增强材料。
5.如权利要求1所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，通过手糊、真空袋压或真空灌注形成所述增强层(204)，所述增强层(204)包括单轴布增强层。
6.如权利要求1所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，在所述第一构件(21)与所述第二构件(22)中的所述至少一者上施加多个增强层(204)，并且多个所述增强层(204)彼此层间错层。
7.如权利要求2所述的风力发电机组的叶片修复方法，其特征在于，进行打磨和表面处理的区域超过所述原粘接区，所述增强层(204)至少覆盖所述进行打磨和表面处理的区域。
8.一种通过如权利要求1-7中任一项所述的风力发电机组的叶片修复方法修复形成的风力发电机组的叶片胶结结构，所述叶片胶结结构包括所述第一构件(21)、所述第二构件(22)以及位于所述第一构件(21)和所述第二构件(22)之间的增强层(204)和粘接层。
9.如权利要求8所述的风力发电机组的叶片胶结结构，其特征在于，所述叶片胶结结构适用于叶片的前缘胶结结构(10)、后缘胶结结构(20)或腹板胶结结构(30)。
10.一种风力发电机组的叶片，具有如权利要求8或9所述的叶片胶结结构。
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