[发明专利]用于加强风力涡轮机叶片变弱区域的系统和方法

说明书

技术领域

本申请涉及用于加强风力涡轮机叶片变弱区域的系统和方法。特别地，当叶片安装在风力涡轮机上时，本发明的系统和方法可以加强风力涡轮机叶片的变弱区域，这就避免了将叶片从其运行位置拆卸下来、放在地面上加强变弱区域的需要。此外，即使变弱区域距离风力涡轮机叶片根部很远以及尺寸缩减，本发明的系统和方法也能够加强变弱区域。

背景技术

随着更大更强的风力涡轮机的发展，这就要求增大风力涡轮机转子的尺寸，以及加长随之而来的风力涡轮机叶片的长度。叶片的加长要求其刚度(rigidity)的增强，这通常意味着要使用基于层压材料的碳纤维或玻璃纤维。

风力涡轮机叶片的内部通常包含使得叶片具有刚度的结构元件。该结构元件封装在两个壳体之间，该壳体组成了叶片的外部结构，使得叶片具有气动外形(aerodynamic shape)。

结构元件通常是箱型梁(box beam)，也就是从叶片根部到尖端逐渐变窄的空心矩形梁。箱型梁包括两个设计为垂直于风向布置的较宽的壁(盖(caps))，在所述盖的每侧有两个较窄的壁(网(webs))。

叶片制造过程中的层压处理是通过手工完成的，因此完全不存在例如进行层压材料层时不易避免地形成褶皱的缺陷。这些缺陷会导致沿着叶片箱型梁出现薄弱点(weaker spots)，这经受不住已制定的设计负荷。

当风力涡轮机运行时，考虑到叶片承受的高度高负载(highly elevated loads)，叶片上变弱区域的存在会增大因材料疲劳而引起的破裂的可能性，在最极端的情况下，甚至会引起叶片折断。

现有技术中已知用于修复叶片箱型梁上的这类缺陷的唯一方法需要替换整个受损压层制品(affected laminate)。这种方法对叶片损坏很严重，因为这需要在壳体的一部分上切割和挖出长达6米以接近并修补箱型梁上的变弱区域，随后再重造壳体的被挖除的部分。考虑到这种方法的剧烈程度，操作必须要由合格的技术员在受控条件的环境下完成。这种方法所用的修复时间也因此很长(通常超过300个小时)，且费用昂贵。

此外，这种方法还有另一个不便，即叶片不能安装在风力涡轮机上进行修补，所以必须有拆卸叶片、放至地面并移至修配厂的额外步骤，所有这些步骤都使得整个过程的成本更高。

US 2011/167633和EP 2 273 102文件描述了用于修复在风力涡轮机叶片壳体上的损坏表面的方法。这种修复是在叶片外部进行。

在现有技术中风力涡轮机叶片检查和清洗装置的应用是常见的。例如，EP 2 275 670和DE 10330426公开了移开叶片的外部部分，由于无法接近叶片箱型梁的内部，因此它们的功能限于检查壳体。

利用装置检查风力涡轮机叶片内部也是常见的。DE 102009022179公开了一种装置，该装置当悬浮进指向地面的叶片时滑动。申请号为201100618的西班牙专利申请(本申请提交时还尚未公布)描述了能够沿着风力涡轮机叶片箱型梁的内部移动的检查车架(inspection carriage)。然而，这些文件中都没有公开或建议用于在变弱叶片区域的箱型梁表面进行修复的装置。

因此，这就需要有能够快速经济地加强风力涡轮机叶片的变弱区域的系统和方法，并且尤其是无需将叶片从其运行位置拆卸下来。

发明内容

本发明的一个方面涉及当叶片安装在风力涡轮机上时，用于加强风力涡轮机叶片的变弱区域的系统，该叶片内部包括从叶片根部延伸至叶片尖端的箱型梁，其中箱型梁在叶片根部具有开口端(open end)。本系统的特征在于，包括修复模块，用于在箱型梁内部移动并将加强元件(例如一个或多个加强层压制品)从叶片根部运输至变弱区域；且通过修复模块用于将加强元件附着在变弱区域的箱型梁内表面上。

如上所述，前面提到的系统都不允许通过从箱型梁内部获取并将加强材料附着至箱型梁内部表面，从而在风力涡轮机的变弱区域的箱型梁的加强。采用本发明的系统，箱型梁可以无需在叶片壳体上打开一部分而被加强，所以这是对叶片的非剧烈处理(non aggressive process)。因此，本发明的系统能够快速和经济地进行风力涡轮机叶片变弱区域的加强，从而保证了其能够承受超过原始制定负荷的负荷。

此外，即使当风力涡轮机叶片安装在其运行位置时，具有适于沿着箱型梁内部移动的修复模块也能够进行加强操作。这因此就避免了远程维修需要将叶片拆卸并移至车间。然而显然，这种变弱区域加强操作也能在将叶片拆卸至地上时完成。