[發(fā)明專利]風(fēng)力渦輪機(jī)葉片

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280033577.1
• 申請(qǐng)日: 2012-07-06
• 公開（公告）號(hào): CN103797243A
• 公開（公告）日: 2014-05-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: W.張;M.奧勒森;T.K.賈科布森
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: LMWP專利控股有限公司
• 主分類號(hào): F03D1/06
• 分類號(hào): F03D1/06;D01F9/22;B29C70/88
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 譚佐晞;譚祐祥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種包括由纖維增強(qiáng)聚合物材料制成的結(jié)構(gòu)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，該纖維增強(qiáng)聚合物材料包括聚合物基體和嵌入聚合物基體中的纖維增強(qiáng)材料，其中纖維增強(qiáng)材料包括碳纖維。

背景技術(shù)

由雷擊造成的對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的損壞可相當(dāng)廣泛。在非常短的時(shí)段內(nèi)涉及到10至200kA的量級(jí)的極強(qiáng)電流。盡管所涉及的功率是低的，但是效果非常強(qiáng)并且可造成爆炸，是因?yàn)橄拗圃谌~片中的空氣爆發(fā)性地膨脹。將強(qiáng)的交錯(cuò)電纜(interlaced?cable)插入葉片中以便轉(zhuǎn)移雷電是已知的。其次，特定的接收器設(shè)置在葉片的末梢處，所述接收器有助于捕獲雷電以及防止該位置過強(qiáng)地被加熱。此外，借助于碳纖維涂層來增強(qiáng)每個(gè)葉片是已知的。可選地，可將銅腹板應(yīng)用到碳纖維涂層上以便保護(hù)所述涂層。

WO?00/14405公開了一種具有避雷導(dǎo)體的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其中所述避雷導(dǎo)體由碳纖維增強(qiáng)塑料的一個(gè)或更多橢圓形條板形成，該碳纖維增強(qiáng)塑料優(yōu)選地形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的部分。以這種方式，碳纖維增強(qiáng)塑料的橢圓形條板既增強(qiáng)了葉片又轉(zhuǎn)移了雷電。然而，在雷電的情況下為了防止碳纖維增強(qiáng)塑料過強(qiáng)地被加熱，可能需要在每個(gè)葉片的內(nèi)部中設(shè)置碳棒，并且需要將橢圓形條板連接至所述內(nèi)碳棒。此外，常規(guī)的避雷導(dǎo)體電纜可設(shè)置在內(nèi)碳導(dǎo)體上或內(nèi)增強(qiáng)構(gòu)件上。

EP?1?664?528?B1描述了一種使風(fēng)能設(shè)備上的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片防雷的方法。該葉片包括實(shí)質(zhì)上構(gòu)造為纖維增強(qiáng)層疊件(laminate)的葉片殼體，該層疊件包括導(dǎo)電纖維，其中葉片包括構(gòu)造以用于傳導(dǎo)雷電電流、優(yōu)選地包括接地的至少一個(gè)避雷器。該方法包括將導(dǎo)電纖維彼此連接并且將至少一個(gè)金屬接收器布置成用于在葉片外表面處或附近捕獲雷電電流；以及將該接收器和纖維連接到避雷器以用于均衡在該避雷器和導(dǎo)電纖維之間的電位差異。當(dāng)將導(dǎo)電纖維彼此連接時(shí)，纖維將協(xié)作以傳導(dǎo)可能的雷電電流來防止電流在個(gè)別纖維中流動(dòng)。同時(shí)，金屬接收器將充當(dāng)主要的雷電捕獲裝置并且降低雷擊層疊件的危險(xiǎn)。接收器被連接到避雷器，電流將主導(dǎo)地傳導(dǎo)到地面，同時(shí)傳輸?shù)綄盈B件的危險(xiǎn)被最小化，是因?yàn)槔w維和避雷器之間可能的電位差異已被均衡。

WO?03/078833公開了一種纖維增強(qiáng)聚合物的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。該葉片被分割成內(nèi)端部分和外端部分，該內(nèi)端部分包括葉片根部且基本由纖維玻璃增強(qiáng)聚合物制成，該外端部分包括葉片末梢且基本由碳纖維增強(qiáng)聚合物制成。因此，最外部分中重量減小了，由此靜負(fù)載力矩被最小化。然而，出于雷電的原因，葉片末梢的最外部分可整體由纖維玻璃制成以便確保雷擊擊中有目的地建造的雷電接收器而不是導(dǎo)電碳纖維材料。

WO?03/078832公開了一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和一種用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼體的過渡殼體坯，該葉片或該過渡殼體坯由纖維增強(qiáng)聚合物制成，該纖維增強(qiáng)聚合物包括具有第一剛度和第一斷裂延伸率的第一類型的纖維以及具有其他剛度和其他斷裂延伸率的第二類型的纖維。根據(jù)該發(fā)明，兩種類型的纖維被分配在聚合物基體中。當(dāng)在垂直于葉片或過渡殼體坯的縱向方向的截面圖中看時(shí)，兩種類型的纖維的數(shù)量比沿葉片或過渡殼體坯的縱向方向連續(xù)地變化。第一纖維類型可為玻璃纖維而第二類型可為碳纖維。然而，如上文描述，出于雷電的原因，葉片末梢的最外部分可整體由纖維玻璃制成以便確保雷擊擊中有目的地建造的雷電接收器且不是導(dǎo)電碳纖維材料。

US?2001/024722公開了由可用于預(yù)浸漬材料和復(fù)合材料中的多根絲組成的碳纖維。該碳纖維可通過使前體纖維穩(wěn)定化且隨后碳化來生產(chǎn)。描述的是，該預(yù)浸漬材料和復(fù)合材料可作為例如風(fēng)力機(jī)(wind?mill)和渦輪機(jī)葉片的主要結(jié)構(gòu)的材料使用。

美國(guó)專利第4,816,242號(hào)公開了一種形成具有增強(qiáng)的穩(wěn)定電阻率和增加的傳導(dǎo)性的部分碳化的纖維材料的方法，以用于靜電荷消散器中或用作屏蔽電磁輻射。這種纖維增強(qiáng)材料不適合用作風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的增強(qiáng)材料，是因?yàn)槔讚魧⒕哂休^大傾向以擊中葉片而不是接收器，由此使控制到地面的雷電電流通路變得困難。

因此可見的是，由于為了防止由雷擊而造成的損壞所必要的預(yù)防措施，制造已知的并入了碳纖維以便改善諸如重量和強(qiáng)度等性能的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常是復(fù)雜的。

另一方面，對(duì)于增加到甚至大于100米的葉片長(zhǎng)度，可能必要的是降低葉片的相對(duì)重量。此外，可能需要具有更好的疲勞性能的更堅(jiān)硬的葉片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種在重量和強(qiáng)度方面具有改善的性能的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片并且同時(shí)更易于制造。

鑒于該目的，碳纖維通過使前體碳化到60%到80%的碳化度來生產(chǎn)。