[發明專利]用于加強風力渦輪機葉片變弱區域的系統和方法

有效

• 申請號: 201310574901.7
• 申請日: 2013-11-15
• 公開（公告）號: CN103821672B
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發明（設計）人: 胡安·約瑟·福爾特斯·托馬斯;伊魯雷·拉利斯戈伊蒂亞·阿斯托維薩;安德烈斯·列蘇·科爾帕斯
• 申請（專利權）人: 歌美颯創新技術公司
• 主分類號: F03D80/50
• 分類號: F03D80/50;F03D80/55
• 代理公司: 北京金信知識產權代理有限公司11225
• 代理人: 黃威,王智

技術領域

本申請涉及用于加強風力渦輪機葉片變弱區域的系統和方法。特別地，當葉片安裝在風力渦輪機上時，本發明的系統和方法可以加強風力渦輪機葉片的變弱區域，這就避免了將葉片從其運行位置拆卸下來、放在地面上加強變弱區域的需要。此外，即使變弱區域距離風力渦輪機葉片根部很遠以及尺寸縮減，本發明的系統和方法也能夠加強變弱區域。

背景技術

隨著更大更強的風力渦輪機的發展，這就要求增大風力渦輪機轉子的尺寸，以及加長隨之而來的風力渦輪機葉片的長度。葉片的加長要求其剛度(rigidity)的增強，這通常意味著要使用基于層壓材料的碳纖維或玻璃纖維。

風力渦輪機葉片的內部通常包含使得葉片具有剛度的結構元件。該結構元件封裝在兩個殼體之間，該殼體組成了葉片的外部結構，使得葉片具有氣動外形(aerodynamic shape)。

結構元件通常是箱型梁(box beam)，也就是從葉片根部到尖端逐漸變窄的空心矩形梁。箱型梁包括兩個設計為垂直于風向布置的較寬的壁(蓋(caps))，在所述蓋的每側有兩個較窄的壁(網(webs))。

葉片制造過程中的層壓處理是通過手工完成的，因此完全不存在例如進行層壓材料層時不易避免地形成褶皺的缺陷。這些缺陷會導致沿著葉片箱型梁出現薄弱點(weaker spots)，這經受不住已制定的設計負荷。

當風力渦輪機運行時，考慮到葉片承受的高度高負載(highly elevated loads)，葉片上變弱區域的存在會增大因材料疲勞而引起的破裂的可能性，在最極端的情況下，甚至會引起葉片折斷。

現有技術中已知用于修復葉片箱型梁上的這類缺陷的唯一方法需要替換整個受損壓層制品(affected laminate)。這種方法對葉片損壞很嚴重，因為這需要在殼體的一部分上切割和挖出長達6米以接近并修補箱型梁上的變弱區域，隨后再重造殼體的被挖除的部分。考慮到這種方法的劇烈程度，操作必須要由合格的技術員在受控條件的環境下完成。這種方法所用的修復時間也因此很長(通常超過300個小時)，且費用昂貴。

此外，這種方法還有另一個不便，即葉片不能安裝在風力渦輪機上進行修補，所以必須有拆卸葉片、放至地面并移至修配廠的額外步驟，所有這些步驟都使得整個過程的成本更高。

US 2011/167633和EP 2 273 102文件描述了用于修復在風力渦輪機葉片殼體上的損壞表面的方法。這種修復是在葉片外部進行。

在現有技術中風力渦輪機葉片檢查和清洗裝置的應用是常見的。例如，EP 2 275 670和DE 10330426公開了移開葉片的外部部分，由于無法接近葉片箱型梁的內部，因此它們的功能限于檢查殼體。

利用裝置檢查風力渦輪機葉片內部也是常見的。DE 102009022179公開了一種裝置，該裝置當懸浮進指向地面的葉片時滑動。申請號為201100618的西班牙專利申請(本申請提交時還尚未公布)描述了能夠沿著風力渦輪機葉片箱型梁的內部移動的檢查車架(inspection carriage)。然而，這些文件中都沒有公開或建議用于在變弱葉片區域的箱型梁表面進行修復的裝置。

因此，這就需要有能夠快速經濟地加強風力渦輪機葉片的變弱區域的系統和方法，并且尤其是無需將葉片從其運行位置拆卸下來。

發明內容

本發明的一個方面涉及當葉片安裝在風力渦輪機上時，用于加強風力渦輪機葉片的變弱區域的系統，該葉片內部包括從葉片根部延伸至葉片尖端的箱型梁，其中箱型梁在葉片根部具有開口端(open end)。本系統的特征在于，包括修復模塊，用于在箱型梁內部移動并將加強元件(例如一個或多個加強層壓制品)從葉片根部運輸至變弱區域；且通過修復模塊用于將加強元件附著在變弱區域的箱型梁內表面上。

如上所述，前面提到的系統都不允許通過從箱型梁內部獲取并將加強材料附著至箱型梁內部表面，從而在風力渦輪機的變弱區域的箱型梁的加強。采用本發明的系統，箱型梁可以無需在葉片殼體上打開一部分而被加強，所以這是對葉片的非劇烈處理(non aggressive process)。因此，本發明的系統能夠快速和經濟地進行風力渦輪機葉片變弱區域的加強，從而保證了其能夠承受超過原始制定負荷的負荷。

此外，即使當風力渦輪機葉片安裝在其運行位置時，具有適于沿著箱型梁內部移動的修復模塊也能夠進行加強操作。這因此就避免了遠程維修需要將葉片拆卸并移至車間。然而顯然，這種變弱區域加強操作也能在將葉片拆卸至地上時完成。