專利名稱：受防護(hù)的風(fēng)力渦輪葉片、制造其的方法及風(fēng)力渦輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種受防護(hù)的渦輪葉片，其包括第一渦輪葉片殼體和第二渦輪葉片殼體，所述渦輪葉片殼體是由固化的樹脂連接的纖維增強(qiáng)的渦輪葉片殼體，并且在渦輪葉片的前緣處設(shè)有防護(hù)蓋，以用于防護(hù)渦輪葉片的前緣處的固化的樹脂免于腐蝕。
背景技術(shù)：
這樣受防護(hù)的渦輪葉片從US2008/181775可知，該文獻(xiàn)公開在其前緣處具有含金屬的蓋的渦輪葉片。為了防止由于結(jié)冰產(chǎn)生的問題，特別是不平衡的問題和/或葉片喪失符合空氣動力學(xué)的最佳形狀的問題，存在有加熱元件。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種風(fēng)力渦輪葉片，所述風(fēng)力渦輪葉片在沒有加熱元件的情況下、或者如果有加熱元件在加熱元件失效的情況下維持良好的空氣動力學(xué)特性。至此，根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪葉片的特征在于防護(hù)蓋是包括抗UV熱塑材料層和固化環(huán)氧樹脂層的復(fù)合物，所述抗UV熱塑材料具有以下特性-表面自由能小于35mJ/m2，和-耐腐蝕性大于連接渦輪葉片殼體的固化樹脂的耐腐蝕性，其中，固化環(huán)氧樹脂層覆蓋用于在渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上連接第一和第二葉片殼體的固化樹脂，并且粘結(jié)到所述渦輪葉片上。熱塑材料層的性質(zhì)減小在其表面上積聚冰的機(jī)會，由此維持渦輪葉片的符合空氣動力學(xué)的形狀，并且防止由于冰引起的風(fēng)力渦輪的不平衡，以及防護(hù)連接葉片殼體的固化樹脂。術(shù)語“抗UV”既指固有的抗UV性，或指通過存在用于穩(wěn)定UV的添加劑所獲得的抗性。 熱塑材料優(yōu)選地具有至少5倍于用于連接葉片殼體的固化樹脂的抗性。耐腐蝕性將利用在示例部分中描述的使用人造雨的方法進(jìn)行測量。熱塑材料層的厚度大體上為0. 2至10mm， 優(yōu)選為0. 3至3mm，更優(yōu)選為0. 5至1mm。渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部是指遠(yuǎn)離根部并且包括渦輪葉片的頂端的半部。當(dāng)提及固化環(huán)氧樹脂層粘結(jié)到所述渦輪葉片時，這是指該固化環(huán)氧樹脂層面對渦輪葉片殼體并且大體上用環(huán)氧樹脂粘結(jié)到所述渦輪葉片殼體，如在以下示例中將詳細(xì)描述的那樣。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，抗UV熱塑材料包括對UV穩(wěn)定的聚烯烴。該材料在耐腐蝕性和表面自由能方面顯示出良好的品質(zhì)。直鏈聚烯烴是優(yōu)選的， 這是因為它們具有更高的密度和耐腐蝕性。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，聚烯烴是超高分子量的聚乙烯，并且更優(yōu)選為超高分子量的聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯的共聚物或者包括聚乙烯和聚丙烯的混合物。特別地，聚丙烯顯示出良好的耐腐蝕性和較低的表面自由能。聚丙烯在性質(zhì)上還已具有更強(qiáng)的UV抗性。共聚物和混合物還優(yōu)選地具有超高分子量。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，固化環(huán)氧樹脂層為纖維增強(qiáng)的固化環(huán)氧樹脂層，所述纖維部分地嵌在固化環(huán)氧樹脂中且部分地嵌在防護(hù)蓋的其余部分。這樣的防護(hù)蓋非常堅固。為了最佳強(qiáng)度，優(yōu)選的是纖維是包括纖維束的部分織物。本發(fā)明還涉及一 種用于制造根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪葉片的方法，其中-抗UV熱塑材料在模具中加熱直至其軟化為止，-包括纖維束的織物放置在熱塑材料一側(cè)的頂部上的一側(cè)浸入所述軟化的熱塑材料中，-冷卻設(shè)有包括纖維束的織物的熱塑材料；-設(shè)有包括纖維束的織物的熱塑材料的織物的第二側(cè)浸入可固化樹脂中，并且可固化樹脂被固化以生成固化環(huán)氧樹脂層，以生成成形的復(fù)合材料蓋，之后-可固化樹脂應(yīng)用到以下中的至少一者上i)渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度和ii)包括固化的環(huán)氧樹脂的成形的蓋的一側(cè)；-成形的蓋放置在渦輪葉片組件的前緣的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上，以使得所述固化樹脂在渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上由成形的蓋覆蓋，所述渦輪葉片組件包括由固化的樹脂連接的兩個渦輪葉片殼體，和-成形的蓋通過固化可固化樹脂粘結(jié)到所述渦輪葉片組件上；以生成受防護(hù)的渦輪葉片。由于使用模具，受防護(hù)的渦輪葉片的形狀能夠非常好地得到控制，從而使其在空氣動力學(xué)上更適合，并且由此較少經(jīng)受腐蝕。纖維氈例如通過使用閉式模具將其壓入熱塑材料中，用其所述一側(cè)嵌在熱塑材料中。在軟化的熱塑樹脂的上下文中，術(shù)語嵌入和浸入是完全可以互換的。固化環(huán)氧樹脂層面對渦輪葉片殼體，并且抗UV熱塑材料當(dāng)前形成前緣且受環(huán)境(大氣)影響。根據(jù)一個優(yōu)選實施例，當(dāng)固化可固化樹脂以生成成形的蓋的固化環(huán)氧樹脂層時， 在與包含織物的浸入纖維束的一側(cè)相反的可固化樹脂一側(cè)處，存在起紋理的剝離層(peel ply)以提供增大的表面面積的粗糙表面，從而增大成形的蓋和渦輪葉片之間的粘結(jié)強(qiáng)度。最后，本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪，所述風(fēng)力渦輪包括至少一個根據(jù)本發(fā)明的渦輪葉片或使用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的渦輪葉片。


本發(fā)明將參考附圖進(jìn)行說明，其中圖1示出在其前緣處設(shè)有防護(hù)蓋的渦輪葉片；和圖2示出沿II-II穿過圖1的渦輪葉片的示意性剖視圖。
具體實施例方式圖1示出渦輪葉片100，所述渦輪葉片100具有根部101、頂端102、前緣103和后緣104。在前緣103處設(shè)有防護(hù)蓋105。圖2示出沿圖1的II-II線的剖視圖，顯示渦輪葉片100包括第一渦輪殼體201 和第二渦輪殼體202。第一渦輪殼體201和第二渦輪殼體202用固化的樹脂205連接。渦輪葉片201和202具有凹進(jìn)區(qū)域211、212，以使得防護(hù)蓋105無縫地聯(lián)接，并且防護(hù)蓋105的外表面和渦輪葉片殼體201、202限定渦輪葉片100的符合空氣動力學(xué)的輪廓。防護(hù)蓋105保護(hù)渦輪葉片100的前緣103以及特別是固化樹脂。防護(hù)蓋105包括 HMWPE層301 (0. 5mm的厚度)、市場上有售的玻璃纖維氈302 (800gsm雙軸+/-45°非卷曲織物)，所述玻璃纖維氈302部分地嵌在所述HMWPE層301中，從而在諸如真空模具的模具中加熱HMWPE層301。玻璃纖維氈302的突出纖維用環(huán)氧樹脂浸染并并隨后固化以生成固化的環(huán)氧樹脂層303。防護(hù)蓋105的整個厚度為2. 5mm。環(huán)氧樹脂303與用于制造葉片殼體201、202的大體上為相同的類型，并且特別是常規(guī)用于使用樹脂注塑成型法(RIM)制造風(fēng)力渦輪葉片的樹脂。用于RIM的典型樹脂為 利用例如在75°C加熱進(jìn)行固化的環(huán)氧樹脂。 為了提升防護(hù)蓋105附接至渦輪殼體201、202的強(qiáng)度，待形成層303的未固化的環(huán)氧樹脂有利地用尼龍層片(nylon ply sheet)覆蓋，所述尼龍層片本身是已知的。就在防護(hù)蓋105 附接至包含葉片殼體201、202 (所述葉片殼體201、202利用固化的樹脂彼此相連)的單元之前去除掉該層片。利用可加熱固化的環(huán)氧樹脂304實現(xiàn)防護(hù)蓋105到該單元的粘結(jié)，所述環(huán)氧樹脂304又優(yōu)選地與用于層303的環(huán)氧樹脂是相同的。腐蝕測量用于測試材料的耐腐蝕性的方法已知用于測試航空器機(jī)翼或?qū)?。這被稱為雨蝕測試，并且被用于確定用于根據(jù)本發(fā)明的葉片的防護(hù)蓋的耐腐蝕性。耐腐蝕性通過使樣品經(jīng)歷人造雨(雨滴具有2_的直徑)在腔室內(nèi)進(jìn)行測量。樣品圍繞豎直軸線進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且樣品以136.6m/s的速度運(yùn)動。人造雨量為每平方米251/ hr，并且其從距樣品30cm的高度落下。腔室內(nèi)的其他條件為-相對濕度>99%。-溫度(在測試期間由于釋放熱量會發(fā)生變化)18.8°C-27. 1°C。樣品在距旋轉(zhuǎn)中心軸線Im處進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且具有以下尺寸6cm的寬度、拋物線形以模擬前緣、前高20mm。利用顯微鏡以規(guī)定的時間間隔可視檢查樣品的腐蝕。使用兩種量度_無損害的時間；以及-每時間單位的重量損失。初始重量為42. 8878g。在270分鐘后，重量為42. 8846，重量損失僅為0. 0032g，這是非常讓人滿意的。可視檢查顯示表面粗糙度隨時間增加，但是沒有碎屑。在270分鐘后， 粗糙度仍非常小。冰實驗為了研究在結(jié)冰情況下的性能，進(jìn)行以下實驗。帶有水的盤在冷凍器中冰凍至-24°C。上表面冰溶化并且由聚乙烯(60X80mm)制成具有小于35mJ/m2表面自由能的板被放置在剩余冰頂部上的水層中。盤被再次放入冰凍器中。需要從該盤去除該板的作用力 (沿垂直于冰表面的方向)為30N。在類似的實驗中，板被稍微彎曲并且強(qiáng)制移除冰，作用力顯著變小。在兩種情況下，板從冰上干凈地分離，即沒有冰留在表面上。第二個實驗包括將一滴冰水放置在從冰凍器取出由聚乙烯制成的板上。水滴凝固且通過彎曲該板非常容易地被移除掉。這些實驗提供了以下很好的指示在實際情況中(即在旋轉(zhuǎn)葉片的頂部上)，條件使得可能在防護(hù)蓋上形成的任何冰都將被容易地移除掉。假如因為風(fēng)速變化、葉片穿過塔或者歸因于風(fēng)速在各種高度處的 差異，風(fēng)速上的變化會導(dǎo)致葉片彎曲，從而去除冰。如果期望的話，葉片間距(Pitch)可以改變以影響葉片的曲率。
權(quán)利要求
1.一種受防護(hù)的渦輪葉片，所述渦輪葉片包括第一渦輪葉片殼體和第二渦輪葉片殼體，所述第一渦輪葉片殼體和第二渦輪葉片殼體是由固化的樹脂連接的纖維增強(qiáng)的渦輪葉片殼體，并且在所述渦輪葉片的前緣處設(shè)有防護(hù)蓋以用于防護(hù)在所述渦輪葉片的前緣處的固化的樹脂免于腐蝕，其特征在于，所述防護(hù)蓋是包括抗UV的熱塑材料層和固化的環(huán)氧樹脂層的復(fù)合物，所述抗UV的熱塑材料具有以下特性-表面自由能小于35mJ/m2，和-耐腐蝕性大于連接所述第一渦輪葉片殼體和第二渦輪葉片殼體的固化的樹脂的耐腐蝕性，其中，所述固化的環(huán)氧樹脂層覆蓋用于在所述渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上連接所述第一渦輪葉片殼體和第二渦輪葉片殼體的固化的樹脂，并且粘結(jié)到所述渦輪葉片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的受防護(hù)的渦輪葉片，其中，所述抗UV的熱塑材料是對UV穩(wěn)定的聚烯烴。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的受防護(hù)的渦輪葉片，其中，所述聚烯烴是超高分子量的聚乙烯、超高分子量的聚丙烯、或聚乙烯和聚丙烯的共聚物、或包括聚乙烯和聚丙烯的混合物。
4.根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項所述的受防護(hù)的渦輪葉片，其中，所述固化的環(huán)氧樹脂層是纖維增強(qiáng)的固化的環(huán)氧樹脂層，所述纖維部分地嵌在固化的環(huán)氧樹脂中且部分地嵌在所述復(fù)合物的其余部分。
5.一種用于制造根據(jù)以上權(quán)利要求中任一項的風(fēng)力渦輪葉片的方法，其中-抗UV的熱塑材料在模具中加熱直到所述熱塑材料軟化為止，-包括纖維束的織物放置在所述熱塑材料一側(cè)的頂部上的一側(cè)浸入所述軟化的熱塑材料中，-冷卻設(shè)有包括纖維束的織物的熱塑材料；-設(shè)有包括纖維束的織物的熱塑材料的織物的第二側(cè)浸入可固化樹脂中，并且所述可固化樹脂被固化以生成固化的環(huán)氧樹脂層，以生成復(fù)合材料的成形的蓋，之后-可固化樹脂應(yīng)用到以下中的至少一者上i)所述渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度和ii)包括固化的環(huán)氧樹脂的成形的蓋的一側(cè)；-所述成形的蓋放置在渦輪葉片組件的前緣的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上，以使得所述固化的樹脂在所述渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上由所述成形的蓋覆蓋，所述渦輪葉片組件包括由固化的樹脂連接的兩個渦輪葉片殼體，和-所述成形的蓋通過固化可固化樹脂粘結(jié)到所述渦輪葉片組件上；以生成所述受防護(hù)的渦輪葉片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，當(dāng)固化所述可固化樹脂以生成所述成形的蓋的固化的環(huán)氧樹脂層時，在與包含所述織物的浸入的纖維束的一側(cè)相反的可固化樹脂一側(cè)處，存在起紋理的剝離層以提供增大的表面面積的粗糙表面，從而增大所述成形的蓋和所述渦輪葉片之間的粘結(jié)強(qiáng)度。
7.一種風(fēng)力渦輪，所述風(fēng)力渦輪包括至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項所述的渦輪葉片或者使用根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法制造的渦輪葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種受防護(hù)的渦輪葉片(100)，所述渦輪葉片包括第一渦輪葉片殼體(201)和第二渦輪葉片殼體(202)，所述渦輪葉片殼體是由固化樹脂(205)連接的纖維增強(qiáng)的渦輪葉片殼體，并且在渦輪葉片的前緣處設(shè)有防護(hù)蓋(105)以用于防護(hù)在渦輪葉片的前緣處(103)的固化樹脂免于腐蝕。根據(jù)本發(fā)明，防護(hù)蓋是包括抗UV的熱塑材料層和固化環(huán)氧樹脂層的復(fù)合物，所述抗UV的熱塑材料具有以下特性表面自由能小于35mJ/m2，和耐腐蝕性大于連接所述渦輪葉片殼體的固化樹脂的耐腐蝕性，其中，固化環(huán)氧樹脂層覆蓋用于在渦輪葉片的遠(yuǎn)側(cè)半部的至少部分長度上連接第一和第二葉片殼體的固化樹脂，并且粘結(jié)到所述渦輪葉片。
文檔編號B29D99/00GK102448711SQ201080022654
公開日2012年5月9日 申請日期2010年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月10日
發(fā)明者G·J·萬辛克 申請人:湘電達(dá)爾文有限責(zé)任公司