[发明专利]优化风力涡轮机叶片效能的方法

说明书

技术领域

本发明总体涉及风力涡轮机叶片，特别是优化其效能阻止表面损蚀的方法，表面损蚀改变空气动力学轮廓并损害其使用寿命期间的性能等级。

背景技术

风力涡轮机配备转子，用于支撑多个径向延伸的叶片来捕获来自风的风能，使耦合在发电机上的传动系旋转来产生电能。

风力涡轮机叶片性能受到由不同媒介物引起的空气动力学轮廓改变的影响。

叶片表面腐蚀是因为雨滴、冰雹、昆虫、悬浮颗粒等。特别是前缘的腐蚀对风力涡轮机叶片的影响非常显著。

叶片表面也可以通过粘合一些外部元件而改变。叶片上冰堆积对性能有很显著的影响，导致风力涡轮机停止。大量尘埃的堆积也有损叶片性能。

上面提到的性能问题在安装在目前市面上销售的风力涡轮机上的很长的叶片时进一步加剧。

现有技术的惯例是在叶片前缘上使用聚氨酯条来防止其根本腐蚀。然而，这些条的效力视其在前缘上的正确的安装而定，由于安装的缺陷或叶片运输到风力涡轮机现场期间条的变质而常常无法获得。此外，随时生产更大的叶片成为趋势，聚氨酯条面临一个潜在的问题，增加由叶片产生的空气动力学噪声。

用化学涂层代替这些条对各种给定媒介物而言被证明是很困难的，这些媒介物能改变风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓。

本发明设想来解决上面提到的困难。

发明内容

本发明的一个目的是优化复合材料制成的风力涡轮机叶片的效能，从而预先阻止表面损蚀（腐蚀），表面腐蚀能改变空气动力学轮廓并降低新生产的叶片和已受这些损蚀影响的安装在风力涡轮机上的叶片的性能。

这个发明的另一目的是提供一种用于保护复合材料制成的风力涡轮机叶片表面的方法，用能承受通常遇到的外部媒介物，特别是雨、冰和大气污染的尘埃的表面涂层来装备叶片。

这些目的通过保护风力涡轮机叶片表面的一种方法获得，该方法包括第一步的表面处理，紧跟着涂覆给定厚度的底漆（第一涂层）和第二涂层的两步。表面处理期间，需要保护的叶片区域用砂纸磨光，直到获得一定粘合力，粘合力由随后的该区域表面性能中的一个或多个决定：光泽度、创造度、表面张力。底漆是聚氨酯类的双组份化合物。第二涂层是固体质量占70-80%的双组份涂料，包括作为粘合剂的脂族多元醇和作为固化剂的脂族多异氰酸酯，给定的质量百分比分别为70-80%和30-20%。上面提到的涂层用在前缘或全部叶片表面取决于影响叶片的环境条件。

在本发明的一个实施例中，涂料还包括占质量的10-30%的疏水二氧化硅或氟化多面倍半硅氧烷（fluorinated polyhedral oligomeric silsesquioxanes）的纳米粒子溶液。这个溶液以5-10%的比例加入涂料中，得到的涂层既防腐蚀又防冰。

在本发明的另一个实施例中，涂料还包括占全部质量的10-30%的亲水二氧化硅或三氧化钛的纳米粒子溶液。这个溶液以5-10%的比例加入涂料中，得到的涂层既防腐蚀又防尘。

在本发明的另一个实施例中，涂料还包括占质量的10-30%的疏水二氧化硅或氟化多面倍半硅氧烷纳米粒子和亲水二氧化硅或三氧化钛的纳米粒子溶液。这个溶液以5-10%的比例加入涂料中，得到的涂层防腐蚀、防冰和防尘。

当叶片表面复合材料是玻璃纤维增强环氧树脂。表面准备阶段期间包含用砂纸打磨的步骤得出结论，保护区域具有小于5%的光泽度或落入30-35mN/m范围内的表面张力。

结合附图，通过随后发明的详细说明书和权利要求，本发明的另外的期望特征和优势将变得很清楚。

附图说明

图1a是根据本发明的涂层涂覆在前缘上时风力涡轮机叶片的横截面透视图。

图1b是根据本发明的涂层涂覆在整个叶片上时风力涡轮机叶片的横截面透视图。

图2是来自已由本发明所述方法保护的风力涡轮机叶片前缘的样品的雨水腐蚀测试结果的曲线图。

图3是在UV测试中老化的根据本发明中描述的方法保护的风轮机叶片前缘的样品的雨水腐蚀测试结果的图表。

图4是由本发明所述方法保护的风力涡轮机叶片的壳体样品的雨水腐蚀测试结果的曲线图。

图5是在UV测试里老化的由本发明所述方法保护的风力涡轮机叶片的样品的雨水腐蚀测试结果的曲线图。

具体实施方式

该发明涉及复合材料制成的风力涡轮机叶片，特别是由玻璃纤维增强塑料（GFRP）通过已知工业方法制成的叶片。

根据本发明，保护风力涡轮机叶片的方法需要两个基本阶段：表面处理和涂层施工。

表面处理