[发明专利]加固风力涡轮叶片的方法及被加固叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种修复或加固风力涡轮叶片的方法，该风力涡轮叶片包括由纤维增强聚合物材料构成的壳体。

背景技术

真空注入或VARTM是用于模制纤维复合材料模型的工艺，其中在模具活块之一中层化均匀分布的纤维，该纤维为粗纱，即纤维带束、粗纱带或垫料，垫料为由单独纤维制成的毡垫或由纤维粗纱制成的织物垫。第二模具活块通常由弹性真空袋制成，随后被放置于纤维材料之上。通过产生真空，通常为绝对真空的80％至95％，在模具活块内侧与真空袋之间的型腔中，可以吸入液体聚合物并且以包含在其中的纤维材料填充型腔。在真空袋与纤维材料之间使用所谓的分布层或分布管，也称为进气道，以便获得尽可能充分有效的聚合物的分布。在大多数情况下，所涂覆的聚合物为聚酯或环氧树脂，并且纤维增强最常基于玻璃纤维或碳纤维。

在填充模具的工序过程中，在型腔中经由真空出口产生真空，就此而论将该真空理解为压力之下或负压，由此经由入口通道将液体聚合物吸入型腔中以便填充所述型腔。从入口通道起，随着流峰朝向真空通道移动，聚合物由于负压在型腔中沿所有方向分散。这样，重要的是最佳地定位入口通道和真空通道以便获得型腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个型腔中的完全分布通常是困难的，并且相应地这通常会导致所谓的干斑，即纤维材料未充分浸渍有树脂的区域。从而干斑是纤维材料未被浸渍并且会存在气囊的区域，其难以或不可能通过控制真空压力乃至入口侧的过压来去除。结合真空注入，采用刚性模具活块和具有真空袋形式的弹性模具活块，可以例如通过在各个位置穿刺真空袋并且例如借助注射器针头抽出空气从而在填充模具的工序之后修复干斑。可以可选地将液体聚合物注入各个位置，并且这例如也可以借助注射器针头来完成。这是耗时且费力的工序。

预浸料模制是对增强纤维预浸渍预催化树脂的方法。该树脂通常在室温下为固态或近固态。通过手或机器将预浸料布置到模具表面上，装入真空袋，然后加热至允许树脂回流并最终固化的温度。该方法具有的主要优点是预先精确地设定纤维材料中的树脂含量。预浸料易于简洁加工并且可实现自动化且节约劳动力。预浸料的缺点在于材料成本高于非浸渍纤维。此外，芯部需要由能够经受住使树脂回流所需加工温度的材料制成。预浸料模制可以结合RTM和VARTM工艺来使用。

通常在模具中制造纤维加强的聚合物的风力涡轮叶片，其中通过举例来讲经由前述RTM或VARTM方法在两个模具活块的每一个中布置玻璃纤维垫料来分别单独制造叶片型面的上侧和下侧，例如叶片的吸力侧和压力侧。然后，通常借助叶片前缘和后缘处的内部凸缘部分将两个半部胶合在一起。在将上叶片半部降低到下叶片半部上之前对下叶片半部的内端面涂胶。另外，在下叶片半部胶合到上叶片半部之前通常对下叶片半部的内侧附接一个或两个增强型面(束)。其后，需要对连接部分砂磨、抛光以及清洁，并且在某些情形下可能需要在叶片的前缘和/或后缘处涂覆附加的纤维增强材料。通常，将这种附加的纤维增强材料作为热固化预浸料而涂覆，用手铺叠之后利用热源进行固化。

当已使用的风力涡轮叶片由于某些原因而需要修复时，使用类似的技术。建造风力涡轮叶片以至少持续预定年限，例如20年。然而，风力涡轮经常远超过此时段而保持运转，并且经时裂纹或类似局部偏差可开始出现于风力涡轮的层状结构中，尤其是叶片的前缘处。然而，尤其当修复安装在风力涡轮上的叶片时，难以确保已正确施热以及树脂已充分固化。此外，仅可在大约16摄氏度以上的室温中涂覆这种预浸料。大多数运转中的风力涡轮安装在北半球的区域中，在该区域这种修复通常仅可在五月到十月之间来进行。

发明内容

本发明的目的是获得一种修复风力涡轮叶片的新方法，其克服或改善了现有技术的至少一个缺点或者提供了有用的替代方案。

根据本发明的一方面，利用具有第一侧和第二侧的UV可固化的纤维增强预浸料材料来获得该方法，并且该方法包括下述步骤：a)将UV可固化的纤维增强预浸料材料涂覆在风力涡轮叶片的外表面或内表面上的涂覆区域(即，待修复区域)上，使预浸料材料的第一侧面向涂覆区域；以及b)使预浸料材料暴露于UV辐射下持续预定时间量以便允许预浸料固化。