本公開涉及風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以及風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造。更具體地，本公開涉及風(fēng)力渦輪機(jī)葉片保護(hù)的領(lǐng)域，諸如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的保護(hù)。

背景技術(shù)：

1、隨著風(fēng)力渦輪機(jī)尺寸的增加，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度也增加，這意味著風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的末梢速度增加。此外，對(duì)于位于海上的風(fēng)力渦輪機(jī)來(lái)說(shuō)，噪音可能不再是一個(gè)問題，這意味著可允許風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的末梢速度更高。因此，大型風(fēng)力渦輪機(jī)葉片(尤其是用于海上使用的)通常必須承受更高的速度，并且因此需要更加穩(wěn)健。在以較高速度旋轉(zhuǎn)期間，翼型件(尤其是前緣處)會(huì)受到與空氣中的顆粒或雨滴撞擊而引起的增加的磨損。為了減少前緣上的磨損，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上，并且尤其是前緣上，需要穩(wěn)健的材料。因此，前緣保護(hù)元件已用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片保護(hù)的領(lǐng)域，以保護(hù)葉片(尤其是前緣處)。除了歸因于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在操作期間的較高旋轉(zhuǎn)速度而導(dǎo)致的能量產(chǎn)量較高之外，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的穩(wěn)健性的改善還可進(jìn)一步延長(zhǎng)單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的使用壽命。

2、另外，在制造過程期間，例如在前緣保護(hù)元件的制造期間或在包括前緣保護(hù)元件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造期間，前緣保護(hù)元件中可能出現(xiàn)小的缺陷或瑕疵，諸如氣泡或裂紋。用于前緣保護(hù)元件的制造的著色材料比非著色或透明材料更頻繁出現(xiàn)缺陷。當(dāng)使用共擠工藝時(shí)，制造期間可能出現(xiàn)缺陷。這些缺陷可縮短前緣保護(hù)元件的使用壽命，并且因此縮短風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的使用壽命或所需維修之間的時(shí)間。然而，著色材料的前緣保護(hù)元件可使風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的顏色更加均勻，并保護(hù)葉片免受紫外線(uv)的損害。因此，期望使用著色材料來(lái)用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣。

3、因此，需要一種前緣保護(hù)元件，其能夠在葉片的使用壽命期間保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，并且降低前緣保護(hù)元件中的缺陷引起停機(jī)時(shí)間以修復(fù)前緣保護(hù)元件的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本公開的目的在于提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)中的至少一些的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣保護(hù)元件。

2、因此，本發(fā)明涉及一種從根部延伸至末梢的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括根部區(qū)和翼型區(qū)，該翼型區(qū)包括末梢、壓力側(cè)、吸力側(cè)和在前緣與后緣之間延伸的弦線。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括前緣保護(hù)元件。前緣保護(hù)元件布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣處，以便在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣處形成外部表面。前緣保護(hù)元件包括由具有添加的顏料材料的第一材料制成的第一層，其中添加的顏料材料具有第一重量含量，該第一重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以第一層的重量。前緣保護(hù)元件包括由第二材料制成的至少一個(gè)第二層，該第二材料具有或不具有添加的顏料材料，其中添加的顏料材料具有第二重量含量，該第二重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以至少一個(gè)第二層的重量。第二重量含量小于第一重量含量。該至少一個(gè)第二層布置得比第一層更靠近葉片的外部表面。

3、本公開的優(yōu)點(diǎn)在于，歸因于穩(wěn)健的前緣保護(hù)元件而提供了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的更好保護(hù)。本公開的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，歸因于所使用的材料和多層結(jié)構(gòu)，前緣保護(hù)元件不易出現(xiàn)缺陷。特別地，第二層的材料歸因于具有較少的顏料材料或甚至沒有顏料材料而在前緣保護(hù)元件的制造期間較不容易出現(xiàn)瑕疵，而包括較多顏料材料的第一層受到一個(gè)或多個(gè)第二層的保護(hù)。此外，前緣保護(hù)元件的多層減小了潛在瑕疵的尺寸，并且因此降低了發(fā)生貫穿性瑕疵的風(fēng)險(xiǎn)，這繼而增加了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的穩(wěn)健性和使用壽命。

4、添加的著色材料可包括一種材料或多于一種的材料的組合。添加的著色材料在加入第一層和/或第二層期間和/或之后可能經(jīng)歷化學(xué)或物理變化。備選地，添加的著色材料在加入第一層和/或第二層期間和/或之后可能不經(jīng)歷任何化學(xué)或物理變化?；瘜W(xué)或物理變化可自然地發(fā)生和/或作為對(duì)材料處理的反應(yīng)。添加的著色材料可為有機(jī)的、無(wú)機(jī)的或兩者的組合。添加的著色材料可包括聚合物。添加的著色材料可選自以下的組合：丙烯酸酯、菁、醌、偶氮顏料、氧化物、炭黑、氧化鈦、氧化鐵。

5、第一層可為前緣保護(hù)元件的最內(nèi)層。其它層，諸如前緣保護(hù)元件的下面或下方，諸如前緣保護(hù)元件的最內(nèi)層的下面或下方，諸如第一層的下面或下方。纖維增強(qiáng)塑料層可為葉片殼部分的一部分。前緣保護(hù)元件可包括由第二材料制成的附加第二層，該第二材料具有或不具有添加的顏料材料，其中添加的顏料材料具有第二重量含量，該第二重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以至少一個(gè)第二層的重量，該第二層可布置在前緣保護(hù)元件的下面或下方。備選地，其它層或附加的第二層可為前緣保護(hù)元件的一部分。

6、前緣保護(hù)元件可包括內(nèi)表面(例如，面向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一葉片殼部分的表面)和外表面(例如，限定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部表面的表面)。內(nèi)表面可由第一層形成。外表面可由至少第二層形成。

7、第一層可布置在至少一個(gè)第二層與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一個(gè)葉片殼部分之間。附接層可布置在第一層與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一葉片殼部分之間。附接層可包括壓敏粘合劑。

8、第一層和至少一個(gè)第二層可例如使用熱來(lái)結(jié)合到彼此。優(yōu)選地，第一層和/或至少一個(gè)第二層形成為共擠元件。第一層和至少一個(gè)第二層可共擠。第一層和第二層可在層受熱的同時(shí)在共擠期間結(jié)合到彼此。備選地，在第一層和/或第二層仍為可成形(例如，熱的或溫的)的同時(shí)，第一層和至少一個(gè)第二層可結(jié)合到彼此。

9、前緣保護(hù)元件可包括多個(gè)第一層。

10、第一層和至少一個(gè)第二層可由相同的材料制成。換句話說(shuō)，第一材料和第二材料可為相同的基礎(chǔ)材料，其中第一材料具有添加的顏料材料，并且第二材料具有或不具有添加的顏料材料。第一層和第二層可為相同的材料，并且具有不同的特性，例如，第一層和第二層可具有不同的彈性模量。

11、第一層和/或至少一個(gè)第二層由熱塑性材料制成。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一層和至少一個(gè)第二層由熱塑性材料制成。

12、第一層和/或至少一個(gè)第二層可由彈性體材料制成，諸如熱塑性聚合物材料，例如熱塑性聚氨酯材料。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一層和至少一個(gè)第二層由熱塑性聚氨酯材料制成。聚氨酯是用途廣泛的材料，其可按所需的需求進(jìn)行定制，并具有熱固性和熱塑性兩者。聚氨酯可為著色的或非著色的，后者可提供至少部分透明的材料。通過使用熱塑性材料，可對(duì)前緣保護(hù)元件的層進(jìn)行共擠，這提供堅(jiān)固的多層結(jié)構(gòu)，其中雜質(zhì)或瑕疵引起貫穿前緣保護(hù)元件的整個(gè)厚度的缺陷的風(fēng)險(xiǎn)低。

13、第一層可包括著色的聚氨酯材料，并且其中至少一個(gè)第二層可包括非著色材料，諸如透明或部分透明的聚氨酯材料，優(yōu)選熱塑性的。

14、第一重量含量可為0.1重量％至10重量％，諸如0.5重量％至5重量％，諸如1重量％至2重量％。當(dāng)前緣保護(hù)元件布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上時(shí)，第一層中的顏料材料可具有與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的其余表面相同的著色顏色。當(dāng)前緣保護(hù)元件布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上時(shí)，前緣保護(hù)元件可具有與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的其余部分相同的著色顏色。

15、第二重量含量可小于1重量％，諸如0重量％。第二層可為非著色的、部分透明的或透明的。第二層可比第一層的著色更少或更透明。第二層的著色顏色可與第一層的著色顏色相同或不同。第二層的著色顏色可與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的表面的其余部分的著色顏色相同或不同。

16、第一層可優(yōu)選地在葉片的前緣處具有第一中心厚度。第一中心厚度可在100μm至800μm之間，諸如在150μm至500μm之間，諸如250μm。

17、前緣保護(hù)元件可包括多個(gè)第二層，諸如2至10個(gè)第二層，諸如2至8個(gè)第二層，諸如2個(gè)或3個(gè)第二層?？商峁┒鄠€(gè)第二層。多個(gè)第二層和第一層可共擠。多個(gè)第二層可結(jié)合到彼此，例如使用熱或共擠。多個(gè)第二層可設(shè)置為共擠元件。多個(gè)第二層和第一層可設(shè)置為共擠元件。

18、多個(gè)第二層中的每一個(gè)可優(yōu)選地在葉片的前緣處具有第二中心厚度。第二中心厚度可在100μm至500μm之間，諸如在150μm至300μm之間，諸如250μm。

19、第一層和/或多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有均勻的厚度。多個(gè)第二層的厚度可按順序地或交替地較高和較低。多個(gè)第二層中的每一個(gè)的厚度可沿弦向方向從前緣保護(hù)元件的內(nèi)表面朝向前緣保護(hù)元件的外表面減小。多個(gè)第二層中的每一個(gè)的厚度可沿弦向方向從內(nèi)表面朝向外表面增加。多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有基本上相同的厚度。

20、第一層和/或至少一個(gè)第二層和/或多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有75至120之間，諸如80至100之間，諸如85至98之間的邵氏a(shore?a)硬度。第一層和/或至少一個(gè)第二層可具有80以上的邵氏a硬度。多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有彼此不同的邵氏a硬度。多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有按順序地或交替地彼此相對(duì)較低和較高的邵氏a硬度。多個(gè)第二層中的每一個(gè)可具有基本上相同的邵氏a硬度。

21、多個(gè)第二層中的每一個(gè)的邵氏a硬度可從前緣保護(hù)元件的內(nèi)表面朝向前緣保護(hù)元件的外表面增大?？蓪⒕哂休^低邵氏a硬度的內(nèi)層構(gòu)造為緩沖層。具有較高邵氏a硬度的外層可提供改善的抗沖擊性。

22、多個(gè)第二層中的每一個(gè)的邵氏a硬度可從前緣保護(hù)元件的內(nèi)表面朝向前緣保護(hù)元件的外表面減小。

23、從上文可見，各種層的硬度或柔性可按所需的需求進(jìn)行定制。例如，內(nèi)層可具有較大的柔性以便提供阻尼或吸收，而外層可具有較大的硬度以便改善抗沖擊性。

24、至少一個(gè)第二層和/或第一層可構(gòu)造成起到可脫落層的作用。

25、前緣保護(hù)元件可包括位于葉片的前緣處的中心厚度。中心厚度可在250μm至5000μm之間，諸如在500μm至4000μm之間，諸如750μm或1500μm。

26、前緣保護(hù)元件可具有均勻的厚度。在優(yōu)選實(shí)施例中，第一層和至少一個(gè)第二層可具有均勻的厚度，使得兩層共擠之后提供的前緣保護(hù)元件具有均勻的厚度。

27、在備選實(shí)施例中，前緣保護(hù)元件可在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的壓力側(cè)上延伸的第一部分中厚度漸縮或倒角，和/或可在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的壓力側(cè)上延伸的第二部分中厚度漸縮或倒角。

28、前緣保護(hù)元件的厚度可減小，例如通過朝向邊緣中的任何或所有倒角，例如以提供向前緣保護(hù)元件布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上所處的表面的平滑過渡。前緣保護(hù)元件的內(nèi)表面與外表面之間的厚度可沿橫向方向朝向第三邊緣和/或朝向第四邊緣減小，例如，前緣保護(hù)元件朝向第三邊緣和/或朝向第四邊緣漸縮，使得從前緣保護(hù)元件到翼型件的過渡最小。前緣保護(hù)元件的內(nèi)表面與外表面之間的厚度可沿縱向方向朝向第一邊緣和/或朝向第二邊緣減小，例如，前緣保護(hù)元件朝向第一邊緣和/或朝向第二邊緣漸縮。

29、第一部分和/或第二部分可漸縮或倒角至最多0.5mm的厚度，即前緣保護(hù)元件在第三邊緣和/或第四邊緣處的厚度為0.5mm或更小。

30、還公開了一種用于制造用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣保護(hù)元件的方法。該方法包括提供由具有添加的顏料材料的第一材料制成的第一層，其中添加的顏料材料具有第一重量含量，該第一重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以第一層的重量。該方法包括提供由第二材料制成的至少一個(gè)第二層，該第二材料具有或不具有添加的顏料材料，其中添加的顏料材料具有第二重量含量，該第二重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以至少一個(gè)第二層的重量。第二重量含量小于第一重量含量。第一層和/或至少一個(gè)第二層使用擠出工藝制造。該方法進(jìn)一步包括使用熱來(lái)結(jié)合第一層和至少一個(gè)第二層。

31、還公開了一種用于保護(hù)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的方法。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片從根部延伸至末梢。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括根部區(qū)和翼型區(qū)，該翼型區(qū)包括末梢、壓力側(cè)、吸力側(cè)和在前緣與后緣之間延伸的弦線。該方法包括提供風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。該方法包括提供具有如上文公開的特征的前緣保護(hù)元件。該方法包括將前緣保護(hù)元件結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣。

32、前緣保護(hù)元件可使用共灌注來(lái)結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一葉片殼部分。前緣保護(hù)元件可使用共灌注來(lái)結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，例如，葉片殼部分。在將前緣保護(hù)元件和葉片殼部分共灌注之后，前緣保護(hù)元件可在前緣處形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外部表面。備選地，由共灌注工藝產(chǎn)生的樹脂可形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片在前緣處的外部表面的至少一部分。

33、前緣保護(hù)元件和殼材料可灌注有樹脂，并且隨后固化樹脂?？蓱?yīng)用真空輔助樹脂傳遞模塑(vartm)。備選地，殼材料可為預(yù)浸漬的，例如，殼材料可包括預(yù)浸漬玻璃纖維材料。前緣保護(hù)元件和預(yù)浸材料可在壓力下固結(jié)以形成前緣?？蛇x地，可在固結(jié)期間施加熱。

34、前緣保護(hù)元件可使用熱來(lái)結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一葉片殼部分。前緣保護(hù)元件可使用壓敏粘合劑結(jié)合到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的至少一葉片殼部分。

35、還公開了一種前緣保護(hù)元件，其構(gòu)造成布置在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣處，以便形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的外部表面。前緣元件包括由具有添加的顏料材料的第一材料制成的第一層，其中添加的顏料材料具有第一重量含量，該第一重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以第一層的重量。前緣元件包括由第二材料制成的至少一個(gè)第二層，該第二材料具有或不具有添加的顏料材料，其中添加的顏料材料具有第二重量含量，該第二重量含量限定為添加的顏料材料的重量除以至少一個(gè)第二層的重量。第二重量含量小于第一重量含量。至少一個(gè)第二層構(gòu)造成布置得比第一層更靠近葉片的外部表面。

36、前緣保護(hù)元件可具有帶或膜的形式。前緣保護(hù)元件可設(shè)置為預(yù)成型元件。前緣保護(hù)元件可設(shè)置為膜。前緣保護(hù)元件可設(shè)置成卷繞在卷筒上。前緣保護(hù)元件可切割至期望長(zhǎng)度，例如10m至100m之間，諸如15m至70m之間，諸如20m至50m之間，諸如30m。

37、根據(jù)本公開的前緣保護(hù)元件可設(shè)置成在長(zhǎng)度上比單個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度更長(zhǎng)，并且可切割成期望的長(zhǎng)度。前緣保護(hù)元件在縱向方向上的長(zhǎng)度(例如，第一邊緣與第二邊緣之間的距離)可比風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的長(zhǎng)度更長(zhǎng)。例如，前緣保護(hù)元件的長(zhǎng)度可大于100m，諸如大于200m，諸如大于300m。

38、前緣保護(hù)元件在縱向方向上的長(zhǎng)度(例如，第一邊緣與第二邊緣之間的距離)可與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的長(zhǎng)度相同。備選地，該長(zhǎng)度可小于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣的長(zhǎng)度。前緣保護(hù)元件可從末梢或末梢附近開始沿縱向方向延伸。

39、前緣保護(hù)元件(諸如第一前緣保護(hù)元件和/或第二前緣保護(hù)元件)在橫向方向上的寬度可為40mm至500mm之間，例如50mm至400mm之間，例如50mm至100mm之間或200mm至400mm之間。前緣保護(hù)元件可沿橫向方向延伸跨越風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣，例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片吸力側(cè)與壓力側(cè)的相交處。

40、可設(shè)想，如結(jié)合任一方面描述的任何實(shí)施例或要素，經(jīng)必要的修改后，可與任何其它方面或?qū)嵤├黄鹗褂谩?/p>