[发明专利]具有加强衬底构造的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机的领域，并且更特别地，涉及具有改进的前缘构造的涡轮机叶片。

背景技术

涡轮机叶片是用于将风能转换为电能的风力涡轮机的主要元件。叶片具有翼型的横截面轮廓使得在操作期间，空气在叶片上流动产生侧之间的压力差。因此，从压力侧朝着吸力侧引导的升力作用于叶片。升力生成主转子轴上的扭矩，所述主转子轴齿轮连接到用于发电的发电机。

涡轮机叶片典型地由上(吸力侧)壳体部件和下(压力侧)壳体部件组成，所述壳体部件在沿着叶片的后缘和前缘的结合线处结合在一起。结合线大体上通过沿着壳体部件之间的结合线施加合适的结合糊剂或化合物而形成。在一些情况下，也可以沿着前缘施加结合盖，并且使用结合糊剂或填料融合盖和壳体部件。典型的结合或粘合材料包括环氧树脂、丙烯酸树脂、聚酯、乙烯基酯和氨基甲酸乙酯。

常规的做法是将一个或多个涂层施加到叶片的衬底外表面，例如涂料或凝胶涂层的涂层。这些涂层用于保护下方的衬底、提供在叶片上流动空气的低摩擦表面和弄平表面不平整。涂层施加于叶片的所有外表面，包括施加于暴露的结合和融合材料之上。

本领域中的叶片的检查显示特别是沿着叶片的前缘覆盖暴露的结合和融合材料的区域中的涂层过早失效。该状况导致风力涡轮机的相当大的修复/维护成本和停机时间。

因此，该工业将受益于一种改进的风力涡轮机叶片构造，所述风力涡轮机叶片构造减小特别是沿着涡轮机叶片的前缘的涂层过早失效的发生率。

发明内容

本发明的多个方面和优点将部分地在以下描述中进行阐述，或者可以从描述变得明显，或者可以通过本发明的实施而被学会。

根据本发明的多个方面，提供了一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片具有在所述叶片的前缘和后缘用结合材料联结的上壳体部件和下壳体部件。所述结合材料的部分外部地暴露。所述结合材料具有大于大约80硬度计的肖氏D硬度值或大于大约5GPa的杨氏模量刚度值中的至少一种的压缩表面特性，并且理想地具有两种特性。至少一个保护涂层施加于所述上壳体部件和下壳体部件以及所述前缘和后缘之上，包括施加于所述结合材料的所述外部地暴露的部分之上。

所述结合材料可以一般地被视为适合于在具有期望硬度和/或刚度值的风力涡轮机叶片的构造中用作结合材料或填料的任何单一材料或材料的组合。在特定实施例中，结合材料可以是填充热固性树脂(例如填充酚醛树脂或填充环氧树脂)、层压材料(例如乙烯基酯环氧树脂层压材料、玻璃纤维层压材料或碳层压材料)、环氧树脂油灰等中的任何一种或组合。

保护涂层可以是凝胶涂层，并且还包括施加于所述凝胶涂层之上的涂料涂层。

在特定实施例中，具有期望表面特性的所述结合材料仅仅在所述叶片的选定区域使用。例如，所述结合材料可以仅仅沿着所述上壳体部件和所述下壳体部件之间的前缘结合部或仅仅沿着后缘结合部施加。

在一个实施例中，所述前缘结合部包括在所述前缘结合部之上附连到所述上壳体部件和下壳体部件的结合盖。所述结合材料可以用于将所述结合盖附着到所述壳体部件并且限定所述结合盖和所述壳体部件之间的融合区域。所述结合盖可以由具有大于大约80硬度计的肖氏D硬度值或大于大约5GPa的杨氏模量刚度值的材料形成。

在另外的实施例中，所述结合材料也用作所述上壳体部件和下壳体部件中的任意一个上的填料或融合材料以例如弄平表面不平整，并且位于所述保护涂层之下。

在其它多个方面中，本发明包括一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片具有由上壳体部件、下壳体部件和结合材料的暴露区域限定的衬底外表面。至少一个保护涂层施加于所述衬底外表面之上。在所述保护涂层下方的所述衬底外表面具有大于大约80硬度计的肖氏D硬度值或大于大约5GPa的杨氏模量刚度值中的至少一种的总表面特性，并且理想地具有两种特性。在特定实施例中，所述结合材料具有至少与所述上壳体部件和所述下壳体部件一样大的肖氏D硬度和杨氏模量刚度。

所述结合材料可以沿着前缘结合部、后缘结合部或上壳体部件和下壳体部件的外表面的任何组合限定所述衬底外表面的部分。例如，所述前缘结合部可以包括结合盖，所述结合材料在所述结合盖与所述上壳体部件和所述下壳体部件的过渡部限定融合区域。所述结合盖也可以由具有大于大约80硬度计的肖氏D硬度值和/或大于大约5GPa的杨氏模量刚度值的材料形成。

本发明也包括一种风力涡轮机，所述风力涡轮机具有被构造成具有本文中所述的独特加强特性的一个或多个涡轮机叶片。