Настоящее изобретение касается лопасти ротора и элемента лопасти ротора для ветроэнергетической установки, самой лопасти ротора, а также способа изготовления элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора, включая способ ремонта.
Лопасти ротора для ветроэнергетических установок давно известны и описаны, например, в документе DE 102004007487 A1 и DE 10319246 A1. При их эксплуатации они подвержены воздействию высоких нагрузок, обусловленных давлением ветрового потока, эрозией, колебаниями температуры, ультрафиолетовым излучением, а также осадками. Одновременно лопасти ротора должны быть, однако, как можно более легкими, чтобы удерживать низкими изгибные нагрузки, действующие на возможно имеющуюся ступицу лопасти ротора, а также соответствующие подшипники и башню ветроэнергетической установки. Оказалось целесообразным изготавливать лопасти ротора из отдельных элементов и соединять эти элементы друг с другом с получением лопасти ротора в виде полой камеры. Под элементами лопасти ротора обычно подразумеваются нагнетающая сторона лопасти ротора, засасывающая сторона лопасти ротора и одна или несколько соединительных перемычек, служащих для соединения и усиления жесткости нагнетающей стороны и засасывающей стороны лопасти ротора. Также зарекомендовало себя цельное изготовление нагнетающей стороны и засасывающей стороны лопасти ротора и уже при этом изготовлении установка перемычек в необходимых для них местах.
Лопасти ротора и элементы лопасти ротора обычно изготавливаются способом формования, при котором волокнистые материалы и/или материалы сердцевины, в частности бальзамовое дерево, укладываются в форму для элемента лопасти ротора, и на них подается отверждаемая смола для образования композитного материала, нагружаемого вышеназванным образом. При этом целесообразно применять смолу в виде инфузионной смолы в вакуумном инфузионном способе. Способы изготовления таких композитных элементов описаны, например, в документе DE 10344379 A1, содержание которого путем ссылки полностью включено в это описание. При таком вакуумном инфузионном способе сначала в технологическую форму вводится средство для извлечения из формы, например пленка для извлечения из формы или разделительное средство. На него укладываются волокнистые материалы, например слои стекловолокна, и накрываются вакуумной пленкой. Вакуумная пленка уплотняется по краям технологической формы. При отсасывании воздуха из волокнистого материала между вакуумной пленкой и технологической формой создается пониженное давление, в некоторых случаях также называемое «вакуум». Одновременно отверждаемая инфузионная смола из резерва всасывается в область, нагруженную пониженным давлением, чтобы пропитать волокнистый материал и равномерно распределиться в нем. При этом необходимо особенно заботиться о том, чтобы по возможности полностью пропитать волокнистый материал, чтобы избежать включений газа и микропор, снижающих стабильность. Обычно пытаются обеспечить равномерную пропитку волокнистого материала инфузионной смолой с помощью нескольких подводящих каналов для отверждаемой инфузионной смолы. Отверждаемая инфузионная смола еще в технологической форме подвергается реакции отверждения, чтобы соединиться с волокнистым материалом с образованием твердого композитного элемента. Опционально композитный элемент может продолжать отверждаться после извлечения из технологической формы.
Недостатком известного способа формования, который описан выше, является то, что для извлечения из формы должны быть приняты особые меры, чтобы предотвратить прилипание отвержденного композитного элемента к форме или, соответственно, обеспечить возможность отсоединения композитного элемента от формы без существенного повреждения поверхности формованного композитного элемента. Для этого перед осуществлением настоящего изобретения должны, например, применяться покрытия для извлечения из применяемых форм и/или формы перед укладкой волокнистого материала должны обкладываться пленкой для извлечения из формы или тому подобным, которая после формования формованного композитного элемента должна была бы отсоединяться и утилизироваться. Пленки для извлечения из формы и их применение описаны, например, в справочнике «Конструкции из волокнистых композитов: способы изготовления с матрицей из реактопласта», издательство Шпрингер, 1999, ключевое слово «разделительные пленки». Кроме того, необходимы пленки, используемые в качестве вакуумных пленок. Эти пленки покрывают волокнистый материал и препятствуют поступлению воздуха во время инфундирования отверждаемой смолы (пропитки смолой). Вакуумные пленки также должны после инфундирования сниматься с лопасти ротора или элемента лопасти ротора. К тому же на поверхности и внутри изготовленного вакуумным инфузионным способом композитного элемента имеются микропоры. В частности, микропоры на поверхности лопасти ротора или элемента лопасти ротора являются нежелательными, так как они создают неровности, которые могут образовывать места, подверженные воздействию погодных условий, и тем самым сокращать срок службы поверхности. Аналогично также микропоры внутри элемента лопасти ротора или лопасти ротора могут сокращать срок службы и/или стабильность лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Поэтому часто бывает необходимо закрывать микропоры порозаполнителем, прежде чем отверждаемая инфузонная смола полностью отвердится. Также часто бывает необходимо подвергать поверхность дополнительной обработке с целью закрытия имеющихся там микропор.
Для получения как можно более долговечной и устойчивой к воздействию погодных условий поверхности делались попытки применить поверхностный слой, обработанный способом гелевого покрытия, как описано в документе DE 10344379 A1. Недостаток при этом заключается в том, что при таком способе должно соблюдаться максимальное время обработки, пока смесь для гелевого покрытия полностью не прореагирует настолько, что на нее можно будет укладывать волокнистый материал. Это приводит к нежелательному замедлению процесса изготовления лопасти ротора или элемента лопасти ротора. Кроме того, после введения смеси для гелевого покрытия необходимо осуществлять дальнейшую работу немедленно, чтобы обеспечить возможность реагирования инфузионной смолы и частично затвердевшей смеси для гелевого покрытия. Если по истечении времени проходит слишком много времени, то инфузионная смола и поверхностный слой гелевого покрытия не соединяются друг с другом в достаточной степени, так что срок службы изготовленного таким образом элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора уменьшается. Поэтому при применении смеси для гелевого покрытия невозможно произвольным образом прерывать изготовление элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора; таким образом, изготовление элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора становится нежелательно негибким. Недостатком также является то, что, в зависимости от применяемой смеси для гелевого покрытия, выбор средства для извлечения из формы ограничен. Если средство для извлечения из формы и смесь для гелевого покрытия несовместимы друг с другом, происходит образование мест поверхностных дефектов. Кроме того, при изготовлении смеси для гелевого покрытия нельзя исключать, что ее составные части могут быть недостаточно перемешаны. Это приводит к неравномерно структурированной поверхности с местами дефектов, к которым, например, не может в достаточной степени прилипать лак. Такие места дефектов требуют затратной дополнительной обработки вручную во избежание раннего возникновения отслаиваний лака. К тому же смеси для гелевого покрытия являются текучими, так что при введении в технологическую форму они склонны к тому, чтобы стекать вниз внутри этой формы. Поэтому, чтобы обеспечить в каждом месте достаточную толщину поверхностного слоя, изготовленного способом гелевого покрытия, необходимо применение избыточного количества смеси для гелевого покрытия. И все же поверхностный слой, изготовленный способом гелевого покрытия, не может иметь равномерную толщину в каждом месте лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора.
Вышеназванные способы изготовления требуют очень больших затрат времени и из-за применяемых в них материалов, в частности поверхностных покрытий и пленок для извлечения из формы, применяемых в качестве одноразовых изделий, загрязняют окружающую среду. Кроме того, часто необходима дополнительная обработка поверхности композитного элемента, в частности поверхности лопасти ротора или элемента лопасти ротора, чтобы, например, выровнять канавки и кромки поверхности, обусловленные применением пленок для извлечения из формы, или отремонтировать повреждения поверхности, которые возникают при извлечении композитного элемента из формы с дефектным покрытием для извлечения из формы. Остатки средства для извлечения из формы на поверхности лопасти ротора или элемента лопасти ротора, которые, в частности, могут возникнуть при применении покрытий для извлечения из формы вместо пленок для извлечения из формы, должны, к тому же, затратным образом удаляться вручную, а образующиеся места поверхностных дефектов ремонтироваться.
В этой связи настоящее изобретение служит для того, чтобы устранить или уменьшить вышеназванные недостатки. Другие преимущества изобретения ясно описаны в дальнейшем описании, включая примеры, или являются очевидными для специалиста.
Поэтому в соответствии с изобретением предлагается лопасть ротора и элемент лопасти ротора, содержащие поверхностную пленку и отверждаемую смолу, при этом смола и поверхностная пленка прореагировали друг с другом.
В принципе, уже известны лопасти ротора или, соответственно, элементы лопасти ротора, снабженные расположенными на их поверхности пленками. Эти пленки могут, однако, либо удаляться с лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, как, например, вакуумная пленка или пленка для извлечения из формы, либо они прореагировали со смолой не с целью образования элемента лопасти ротора, и более того, как в случае пленки, защищающей от эрозии, могут быть наклеены на лопасть ротора или элемент лопасти ротора или иным способом дополнительно закреплены на лопасти ротора или, соответственно, элементе лопасти ротора, при необходимости разъемно. В соответствии с изобретением, однако, можно избежать использования клея для соединения поверхностной пленки со смолой или, соответственно, с волокнистым материалом. Так как клеи, как показывает опыт, могут отказывать во время эксплуатации лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, и тогда пленка, защищающая от эрозии, частично или полностью отсоединяется от лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, изобретение обеспечивает возможность устранения этого источника дефектов. К тому же наклеенные пленки, такие как пленки, защищающие от эрозии, имеют кромку, на которой пленка кончается, и остальная лопасть ротора или, соответственно, элемент лопасти ротора остается открытым. На этих кромках легко возможно воздействие погодных условий, приводящее к повреждению пленки и уменьшению срока ее службы. Что касается остального, пленки, защищающие от эрозии, также не служат для формообразования лопасти ротора или элемента лопасти ротора, а предусмотрены для износа и не должны удовлетворять уже описанным требованиям к лопастям ротора и элементам лопасти ротора. Поэтому в отношении формования лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора специалист не ориентируется на такие пленки, наклеенные впоследствии на готовую формованную лопасть ротора или, соответственно, элемент лопасти ротора. В смысле настоящего изобретения под поверхностной пленкой понимается такая пленка, которая после по меньшей мере частично произошедшего отверждения отверждаемой смолы прореагировала со смолой так, что она больше не может быть отделена от смолы без разрушения пленки и/или смолы; тогда она в смысле изобретения соединена со смолой неразъемно («цельно»). Это может быть проверено предпочтительно путем определения показателя адгезии, как описано ниже. Целесообразным образом поверхностные пленки не имеют покрытия, которое мешает или препятствует реагированию смолы с пленкой.
Предлагаемая изобретением лопасть ротора или, соответственно, элемент лопасти ротора, в частности, при его изготовлении обладает рядом преимуществ. В частности, при надлежащем выборе материала пленки можно отказаться от особых пленок для извлечения из формы или разделительных средств для формы, применяемой при известных обстоятельствах для изготовления лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Изобретение позволяет также отказаться от вакуумных пленок при изготовлении лопастей ротора и элементов лопасти ротора. Благодаря этому экономятся многочисленные шаги при формовании лопастей ротора и элементов лопасти ротора, в частности укладка и контроль уложенной вакуумной пленки и/или пленки для извлечения из формы, а также отделение и утилизация вакуумной пленки и/или пленки для извлечения из формы от формованной лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, а также иная требуемая при необходимости дополнительная обработка поверхности, например, для выравнивания поверхностных дефектов, таких как канавки и кромки, обусловленных пленкой для извлечения из формы. Поэтому изобретение обеспечивает возможность ускорения процесса изготовления лопастей ротора и элементов лопасти ротора в неожиданных масштабах, а также сокращения затрат на изготовление. К тому же предлагаемый изобретением элемент лопасти ротора или, соответственно, лопасть ротора может изготавливаться без микропор на ее поверхности, снабженной поверхностной пленкой, без необходимости применения для этого порозаполнителя. Отсутствие микропор приводит к предпочтительно улучшенной стойкости в отношении погодных воздействий и эрозии по сравнению с традиционными элементами лопасти ротора и лопастями ротора. К тому же предлагаемый изобретением элемент лопасти ротора или, соответственно, лопасть ротора обладает поверхностным слоем равномерной толщины, образованным поверхностной пленкой, толщина которого, как описано ниже более подробно, не отклоняется сильно на небольших поверхностях, как это постоянно можно было бы наблюдать у жидкостей, нанесенных по способу гелевого покрытия.
Особенно неожиданным было то, что вообще могут быть найдены пленки, которые удовлетворяют уже описанным высоким требованиям к лопастям ротора и элементам лопасти ротора и одновременно могут реагировать с отверждаемой смолой с образованием элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора. Это было неожиданным, в частности, потому, что в технической области изобретения до сих пор применялись только одноразовые и быстроизнашивающиеся пленки с ограниченным сроком службы по сравнению с общим сроком службы лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, в частности вакуумные пленки, пленки для извлечения из формы и пленки, защищающие от эрозии. Кроме того, специалист должен был думать о том, что при реагировании смолы с поверхностной пленкой свойства материала поверхностной пленки изменяются. Ввиду желаемого долгого срока службы лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора специалистам казалось, может быть, слишком рискованным или, соответственно, слишком малообещающим, вообще исследовать более подробно применение поверхностных пленок для изготовления лопастей ротора или, соответственно, элементов лопасти ротора.
Поверхностная пленка и смола химически прореагировали друг с другом и соединены друг с другом не только за счет физических эффектов, таких как, например, адгезия, или посредством пониженного давления. Реакция обусловливает предпочтительно образование ковалентных соединений между материалом пленки и отвержденной или, соответственно, отверждаемой смолой. Поверхностная пленка за счет реакции, как описано выше, неразъемно («цельно») соединяется с лопастью ротора. Надлежащие материалы для поверхностных пленок и смол описаны более подробно ниже.
В особенно предпочтительных вариантах осуществления изобретения лопасть ротора или элемент лопасти ротора включает в себя волокнистый материал, который пропитан отверждаемой или, соответственно, в готовом элементе лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора отвержденной смолой. Одним из предпочтительных волокнистых материалов являются стекловолокна и/или углеродные волокна. Наряду с волокнистым материалом, лопасть ротора или элемент лопасти ротора может также содержать другие сердцевинные материалы в качестве структурных элементов, например элементы березового и/или бальзамового дерева и/или элементы вспененных материалов. Поскольку в этом описании, примерах и пунктах формулы изобретения речь идет о лопасти ротора или элементе лопасти ротора, то при этом также имеется в виду содержащая волокнистый материал, пропитанная смолой лопасть ротора или, соответственно, элемент лопасти ротора, если из контекста ясно не следует иное. Одним из преимуществ таких содержащих волокнистый материал лопастей ротора или, соответственно, элементов лопасти ротора является их стабильность при низком весе. Также предпочтительной является их хорошая способность к формованию до отверждения смолы.
Предлагаемый изобретением элемент лопасти ротора для ветроэнергетической установки представляет собой, предпочтительно, перемычку, наружную оболочку лопасти ротора и ее части, в частности половину оболочки нагнетающей стороны (называемую также нагнетающей стороной лопасти ротора) или засасывающей стороны (называемую также засасывающей стороной лопасти ротора), переднюю кромку лопасти ротора, заднюю кромку лопасти ротора, вершину лопасти ротора, пояс лонжерона, клеевой уголок, фланцевое усиление, внутреннее усиление для средств упора, камеру балласта или камеру балансира. В соответствии с изобретением особенно предпочтительными элементами лопасти ротора являются половины оболочек засасывающей стороны и нагнетающей стороны.
Такие элементы лопасти ротора в отдельных случаях имеют большие размеры. Этим обусловлены дополнительные требования к поверхностной пленке, так как многочисленные пленочные материалы обычно не поступают в продажу с достаточными размерами. Особенно предпочтительные размеры элементов лопасти ротора и лопастей ротора следующие:
- наружная оболочка, включая нагнетающую сторону лопасти ротора и/или засасывающую сторону лопасти ротора, пояса лонжеронов, клеевые уголки: длина от 1 м до 150 м, предпочтительно от 1,8 м до 80 м и особенно предпочтительно от 3 м до 60 м; наибольшая ширина от 0,05 м до 20 м, предпочтительно от 0,1 м до 12 м и особенно предпочтительно от 0,2 м до 7 м;
- перемычки: длина от 0,2 м до 150 м, предпочтительно от 0,5 м до 80 м и особенно предпочтительно от 1 м до 50 м; наибольшая ширина от 0,01 м до 20 м, предпочтительно от 0,03 м до 12 м и особенно предпочтительно от 0,05 м до 7 м.
Соответственно этому, предпочтительной является лопасть ротора или элемент лопасти ротора, у которого поверхностная пленка имеет площадь от 0,001 м2 до 3000 м2, предпочтительно от 0,003 м2 до 1300 м2 и особенно предпочтительно от 0,005 м2 до 500 м2.
При этом особенно предпочтительно, если поверхностная пленка лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора является цельной, а не состоит из нескольких отдельных кусков пленки. Итак, поскольку в этом описании, включая примеры, а также в пунктах формулы изобретения идет речь о поверхностной пленке, то под ней всегда также подразумевается по меньшей мере одна цельная поверхностная пленка, если отдельно не указано иное.
Однако может быть также предусмотрен другой предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения, сварная поверхностная пленка, так чтобы лопасть ротора или элемент лопасти ротора включал в себя несколько первоначально отдельных поверхностных пленок, соединенных друг с другом методом сварки.
Предпочтительно, если поверхностная пленка предлагаемой изобретением лопасти ротора или элемента лопасти ротора
a) имеет среднюю толщину от 20 до 2500 мкм, предпочтительно от 30 до 1600 мкм и особенно предпочтительно от 50 до 1000 мкм и/или
b) минимальную толщину по меньшей мере 5 мкм, предпочтительно по меньшей мере 10 мкм.
Эти данные относятся к толщине поверхностной пленки, после того как смола прореагировала с поверхностной пленкой с образованием цельной лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Если для изготовления предлагаемого изобретением элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора применяется метод глубокой вытяжки, что особенно предпочтительно в соответствии с изобретением и далее еще описано более подробно, то поверхностная пленка перед реакцией со смолой может иметь среднюю толщину большей величины или, соответственно, более высокую минимальную толщину, чтобы скомпенсировать потерю толщины вследствие глубокой вытяжки. Предпочтительно поверхностная пленка перед такой глубокой вытяжкой имеет толщину от 20 до 2500 мкм, предпочтительно от 30 до 1600 мкм и особенно предпочтительно от 50 до 1000 мкм.
В смысле изобретения средняя толщина представляет собой арифметическое среднее толщины поверхностной пленки выборочной пробы на местах, репрезентативной для лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Минимальная толщина, в свою очередь, представляет собой наиболее тонкую толщину поверхностной пленки соответствующего предлагаемого изобретением элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора.
Пригодная для глубокой вытяжки поверхностная пленка отличается, предпочтительно, растяжимостью от 0 до 1000%, предпочтительно от 50 до 650%. Разумеется, что для изготовления невыпуклых элементов лопасти ротора поверхностная пленка не должна обладать способностью к глубокой вытяжке.
Поверхностная пленка представляет собой (по меньшей мере до реакции со смолой) предпочтительно термопластичную полимерную пленку. Особенно предпочтительными являются пленки полимеров (краткие обозначения по DIN 7728 T1) ABS, AMMA, ASA, CA, CAB, EP, EVA, UF, CF, MF, MPF, PF, PAN, PA, PE, HDPE, LDPE, LLDPE, PC, PET, PMMA, PP, PS, SB, PUR, PVC, RF, SAN, PBT, PPE, POM, PP-EPDM и UP. Особенно предпочтительной поверхностной пленкой является полиуретановая пленка, при этом особенно предпочтительными являются пленки из полиуретанэфира. Полиуретан и, в частности, соответствующие эфирные пленки позволяют получать особенно хорошие свойства поверхностной пленки, а также готовой лопасти ротора или элемента лопасти ротора. В частности, такие пленки являются очень хорошо растяжимыми и, соответственно, хорошо применимыми в способе изготовления методом глубокой вытяжки, который может использоваться для лопастей ротора и элементов лопасти ротора. К тому же такие поверхностные пленки могут изготавливаться без микропор, даже после этапа глубокой вытяжки, предназначенного для получения лопастей ротора или элементов лопасти ротора. Это продлевает срок службы снабженной поверхностной пленкой лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Алифатические поверхностные пленки к тому же предпочтительно устойчивы к погодным воздействиям и конденсату; так как такие отдельные материалы, к тому же, могут быть устойчивы к ультрафиолету, они могут также защищать расположенный под ними материал, в частности по меньшей мере частично отвержденную смолу, от ультрафиолетового излучения.
Поверхностные пленки могут быть, в частности, также хорошо свариваемыми и облегчают, таким образом, мелкие ремонтные работы в течение срока эксплуатации или изготовления лопасти ротора или элемента лопасти ротора, которые время от времени становятся неизбежными, например, из-за попадания мелких камней или градин. При этом особенно предпочтительно, что такие поверхностные пленки могут быть свариваемыми общепринятыми способами. Вместо свариваемых пленок для отдельных лопастей ротора и элементов лопасти ротора могут также применяться рукавные поверхностные пленки.
Для ветроэнергетических установок особенно предпочтительно также, чтобы полиуретановые пленки были пригодны для нанесения печати, сквозного окрашивания или нанесения стойкой краски, так чтобы, например, могли наноситься сигнальные маркировки, которые необходимы в целях безопасности полетов. Соответствующие маркировки описаны также ниже. Поверхностные пленки, содержащие такие пленочные материалы и, в частности, полиуретановые поверхностные пленки, обладают хорошей устойчивостью к воздействию температуры и погодных условий, они предпочтительно не содержат растворителей и/или мягчителей и предпочтительно обладают высокой фрикционной стойкостью и стойкостью к прокалыванию.
Поверхностные пленки для предлагаемых изобретением элементов лопасти ротора или, соответственно, лопастей ротора перед реакцией предпочтительно не полностью смочены смолой или представляют собой преполимер. Благодаря неполному смачиванию поверхностная пленка предпочтительно способна к реакции и образованию, в частности, ковалентных соединений с отверждаемой смолой с целью образования цельной в смысле изобретения лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора. Этому может предпочтительно способствовать то, что поверхностная пленка, например, методом плазменной обработки снабжается дополнительными реактивными группами, в частности группами OH. Благодаря плазменной обработке и дополнительным реактивным группам может быть достигнуто особое внутреннее реагирование поверхностной пленки со смолой с целью образования цельной в смысле изобретения лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора.
Отверждаемая смола для предлагаемого изобретением элемента лопасти ротора или, соответственно, предлагаемой изобретением лопасти ротора целесообразным образом представляет собой реакционную смолу и предпочтительно эпоксидную смолу. Особенно предпочтительными являются низковязкие эпоксидные смолы, не содержащие растворителей или наполнителей. Такие системы эпоксидных смол предпочтительно могут применяться для переработки стекловолокон, карбоновых волокон и/или арамидных волокон и пригодны для изготовления высоконагружаемых статически и динамически конструктивных элементов, таких как лопасти ротора и элементы лопасти ротора.
Разумеется, что отверждаемая смола после реагирования с поверхностной пленкой с целью образования цельной лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора не должна больше оставаться отверждаемой или существенно отверждаемой. Специалист понимает термин «отверждаемая смола» в контексте настоящего изобретения как указание принципиального свойства смолы, а не как еще фактически имеющееся в лопасти ротора или, соответственно, элементе лопасти ротора свойство материала. Поэтому смола после реагирования смолы с поверхностной пленкой с целью образования цельной лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, если отдельно не указывается иное, в отношении поверхностной пленки должна считаться отвержденной, так как смола и поверхностная пленка прореагировали друг с другом, так что они неразъемно соединены друг с другом в описанном выше смысле изобретения. Соответственно, смола может также при необходимости продолжать отверждаться после изготовления неразъемного в смысле изобретения соединения с поверхностной пленкой, например, внутри себя. Тогда это позволяет вынуть предлагаемый изобретением элемент лопасти ротора или, соответственно, лопасть ротора из технологической формы и загрузить ее с целью изготовления нового элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора, прежде чем смола только что отформованного в технологической форме элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора полностью отвердится. Для специалиста разумеется, что отверждение может осуществляться различными способами, в частности, с применением отвердителя. Поскольку в этом описании, примерах и пунктах формулы изобретения не сказано иное, выражение «отверждаемая смола» предпочтительно всегда означает систему, состоящую из смолы и отвердителя.
Надлежащие комбинации материалов поверхностной пленки и смол специалист может выбрать в свете этого описания и примеров. При этом он может, в частности, ориентироваться на документ DE 10 2006 051 897 A1, содержание которого путем ссылки полностью включено в настоящее описание.
Особенно предпочтительно, если материалы смолы и поверхностной пленки выбраны так, чтобы достичь показателя адгезии, равного по меньшей мере 1 МПа по DIN EN ISO 4624, предпочтительно по меньшей мере 5 МПа. Эти показатели адгезии могут быть достигнуты, в частности, с помощью эпоксидной смолы и полиуретановой пленки. Также с помощью этих материалов смолы и поверхностной пленки может быть достигнуто трещинообразование по DIN EN ISO 4628-4, равное 0(S0), и отслаивание по DIN EN ISO 4628-5, равное 0(S0). Перед проверкой свойств соответствующий используемый испытуемый образец должен храниться 7 дней при нормальных условиях по DIN EN 23270 (23°C, относительная влажность воздуха 50%).
Также предпочтительно, если поверхностная пленка на ее отвернутой от смолы стороне обладает шероховатостью Rz, равной не более 8 мкм по DIN EN ISO 42087 и 4288 на участке измерения, равном не менее 12,5 мм.
Другим преимуществом полиуретановых пленок является отсутствие у них пор. Это позволяет изготавливать особенно гладкие и износостойкие лопасти ротора и элементы лопасти ротора.
Поверхностная пленка может быть прозрачной или окрашенной. Прозрачные поверхностные пленки облегчают распознавание мест дефектов соединения между поверхностной пленкой и отверждаемой смолой. Пленка может быть уже окрашена перед реагированием со смолой, она может изменять свой цвет вследствие реакции или во время него или окрашиваться впоследствии, например, методом лакирования. Особенно предпочтительными являются поверхностные пленки со степенью блеска, равной не более чем 30 единиц по DIN 67530.
Окрашенные элементы лопасти ротора или поверхностные пленки предпочтительно окрашены в один или несколько цветов: агатовый серый RAL 7038, насыщенный красный RAL 3020, насыщенный оранжевый RAL 2009, насыщенный белый RAL 9016 и огненно-красный RAL 3000. Поверхность лопасти ротора или элемента лопасти ротора может быть дополнительно лакирована. Предпочтительным является такая лопасть ротора или, соответственно, элемент лопасти ротора, вершина которого покрыта сигнальной лакировкой, особенно предпочтительно сигнальной лакировкой цвета насыщенный красный RAL 3020, насыщенный оранжевый RAL 2009 или огненно-красный RAL 3000.
В соответствии с изобретением предлагается также лопасть ротора, снабженная предлагаемым изобретением элементом лопасти ротора, а также ветроэнергетическая установка, снабженная предлагаемой изобретением лопастью ротора или, соответственно, элементом лопасти ротора. Ветроэнергетическая установка осуществляет преимущества, достигаемые с помощью предлагаемой изобретением лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора.
По другому аспекту изобретения предлагается также способ изготовления лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора ветроэнергетической установки, включающий в себя следующие этапы:
a) подготовка формы,
b) укладка поверхностной пленки в форму, опционально после подготовки в форме средства для извлечения из формы,
c) укладка формообразующего элемента, предпочтительно волокнистого материала, в форму, опционально укладка других конструктивных элементов лопасти ротора или элемента лопасти ротора и/или опционально нанесение средства для улучшения текучести для отверждаемой смолы,
d) опционально нанесение поверхностной пленки в виде вакуумной пленки, при этом по меньшей мере в одном из этапов b) и d) укладывается или, соответственно, наносится поверхностная пленка,
e) инфундирование в формообразующий элемент, предпочтительно волокнистый материал, отверждаемой смолы и отверждение смолы с целью реакции поверхностной пленки и смолы с образованием лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора, при котором в смысле изобретения смола и поверхностная пленка неразъемно соединены друг с другом.
Способ позволяет реализовать описанные выше преимущества предлагаемых изобретением лопастей ротора и элементов лопасти ротора для ветроэнергетических установок. Нанесенная на этапе d) поверхностная пленка может выполнять функцию обычной вакуумной пленки, но по окончании процесса изготовления, в отличие от вакуумной пленки, не должна больше удаляться, так как она прореагировала с инфузионной смолой и цельно соединена с лопастью ротора или, соответственно, с элементом лопасти ротора.
В соответствии с изобретением предлагается также способ ремонта элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора ветроэнергетической установки, включающий в себя следующие этапы:
a) подготовка волокнистого материала на элементе лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора,
b) покрытие волокнистого материала поверхностной пленкой,
c) опциональное снабжение покрытого поверхностной пленкой волокнистого материала формообразующим элементом,
d) подача отверждаемой смолы на волокнистый материал и
e) реакция отверждаемой смолы с поверхностной пленкой.
После реакции отверждаемая смола и поверхностная пленка в смысле изобретения неразъемно соединены друг с другом по меньшей мере на том участке, на котором они прореагировали друг с другом. После реакции выступающая не прореагировавшая поверхностная пленка при необходимости может быть отделена. Способ ремонта осуществляет, таким образом, преимущества описанного выше предлагаемого изобретением способа изготовления.
Этап d) в одном из предпочтительных способов ремонта может быть осуществлен перед этапом a), так чтобы на этапе a) подготавливался снабженный отверждаемой смолой волокнистый материал. В другом предпочтительном способе ремонта волокнистый материал после этапа b) и/или, если таковой имеется, после этапа c) инфундировал с отверждаемой смолой посредством приложения пониженного давления.
Поверхностная пленка и/или волокнистый материал в одном из предпочтительных способов ремонта снабжаются вакуумной пленкой перед этапом e). Вакуумная пленка не реагирует со смолой с целью достижения неразъемного соединения. Более того, она служит для того, чтобы закрыть как можно большую область элемента лопасти ротора или, соответственно, лопасти ротора, чтобы способствовать и обеспечивать возможность поддержания пониженного давления с целью отсасывания газа из волокнистого материала. Предпочтительным образом путем применения вакуумной пленки можно удерживать низким количество поверхностной пленки, необходимой для поддержания пониженного давления, и таким образом экономить материал.
Выше изобретение было описано на примере лопастей ротора для ветроэнергетических установок; его изобретательское содержание однако не ограничено этими предметами и описанным способом изготовления. Напротив, с помощью предлагаемого изобретением способа возможно также изготовление и/или ремонт гондол ветроэнергетических установок как предпочтительно усиленных волокном элементов.
Ниже изобретение описано подробнее с помощью примеров.
Пример 1: лопасть ротора, снабженная поверхностной пленкой в виде вакуумной пленки.
В одном из вариантов осуществления предлагаемой изобретением лопасти ротора для ветроэнергетических установок и способа ее изготовления подготавливается состоящая из двух частей, закрываемая форма для лопасти ротора. В форму для лопасти ротора вводится покрытие для извлечения из формы. На покрытие для извлечения из формы укладывается стекловолоконное нетканое полотно, а также, по необходимости, формообразующий элемент из бальзамового дерева и другие материалы сердцевины и закладные детали. Затем укладывается другой слой стекловолоконного нетканого полотна, а также средства для улучшения текучести, служащие для облегчения инфундирования нетканого полотна и материалов сердцевины. В конце укладывается полиуретановая поверхностная пленка в виде вакуумной пленки. Вакуумная пленка служит для поддержания вакуума во время инфундирования с инфузионной смолой.
Затем форма закрывается и посредством приложения надлежащего вакуума (подтверждено опытом: абсолютное давление 0,5 мбар) вакуумируется с целью всасывания не содержащей наполнителя, содержащей отвердитель эпоксидной смолы. Смола всасывается и инфундирует (проникает) в нетканое полотно предпочтительно при температуре смолы, равной примерно 45°C.
После инфундирования смола отверждается примерно в течение 4 часов. Затем форма открывается, и лопасть ротора вынимается. Поверхностная пленка прореагировала со смолой и не может быть больше отсоединена от остальной лопасти ротора без повреждения поверхностной пленки и/или отвержденной смолы.
Затем поверхность лопасти ротора при желании может быть обработана, например, снабжена маркировкой в целях безопасности полета.
Пример 2: лопасть ротора, снабженная поверхностной пленкой вместо покрытия для извлечения из формы.
В другом варианте осуществления лопасть ротора изготавливается по существу как описано в примере 1. Впрочем, после подготовки состоящей из двух частей закрываемой формы для лопасти ротора в форму для лопасти ротора не вводится покрытие для извлечения из формы. Вместо этого в форму для лопасти ротора укладывается поверхностная пленка. На поверхностную пленку, как описано в примере 1, укладывается стекловолоконное нетканое полотно, а также, по необходимости, формообразующий элемент из бальзамового дерева и другие материалы сердцевины и закладные детали. После укладки другого слоя стекловолоконного нетканого полотна и нанесения средств для улучшения текучести укладывается полиуретановая поверхностная пленка в виде вакуумной пленки. Затем, как описано в примере 1, эпоксидная инфузионная смола инфундирует, отверждается, и лопасть ротора вынимается и опционально подвергается обработке поверхности. Поверхностная пленка прореагировала со смолой и не может быть больше отсоединена от остальной лопасти ротора без повреждения поверхностной пленки и/или отверждаемой смолы.
Пример 3: способ ремонта посредством инфузии смолы.
Берется лопасть ротора с поврежденной областью поверхности. Поврежденная область поверхности удаляется, так что в лопасти ротора вместо поврежденной области поверхности образуется выемка. В выемку укладывается стекловолоконное нетканое полотно. Затем наносятся средства для улучшения текучести, служащие для облегчения инфундирования в нетканое полотно. Нетканое полотно покрывается полиуретановой поверхностной пленкой. На поверхностную пленку укладывается формообразующий элемент, чтобы воспроизвести первоначальный неповрежденный контур поверхностной пленки лопасти ротора в поврежденной области поверхности и получить гладкую поверхность. На поверхностную пленку и формообразующий элемент наносится вакуумная пленка, чтобы способствовать поддержанию пониженного давления при инфундировании и прижимать формообразующий элемент к поверхности лопасти ротора. При приложении пониженного давления и отсасывании газа из стекловолоконного нетканого полотна эпоксидная смола инфундирует в стекловолоконное нетканое полотно. Смола по меньшей мере частично отверждается, так что она реагирует с поверхностной пленкой там, где смола и поверхностная пленка вступают в контакт друг с другом, чтобы образовать там неразъемное в смысле изобретения соединение поверхностной пленки и отверждаемой смолы. Затем вакуумная пленка и формообразующий элемент удаляются, и, если необходимо, не соединенная со смолой поверхностная пленка отделяется. Получается соответствующая контуру первоначальной неповрежденной поверхности заново образованная поверхность лопасти ротора, которая при необходимости может быть лакирована.
Пример 4: способ ремонта посредством отсасывания смолы.
Как описано в примере 3, на поврежденном месте в лопасти ротора создается выемка, чтобы удалить дефектное место. Иначе, чем в примере 3, в выемку укладывается стекловолоконное нетканое полотно, которое уже пропитано избыточным количеством отверждаемой смолы. Затем процесс осуществляется, как описано в примере 3, так что при приложении пониженного давления избыточная смола вытесняется из стекловолоконного нетканого полотна. После по меньшей мере частичного отверждения смолы получается соответствующая контуру первоначальной неповрежденной поверхности заново образованная поверхность лопасти ротора, которая при необходимости может быть лакирована.
Изобретение относится к лопасти ротора или элементу лопасти ротора, ветроэнергетической установке, способу изготовления лопасти ротора или элемента лопасти ротора и способу ремонта элемента лопасти ротора. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора для ветроэнергетической установки содержит поверхностную пленку, химически прореагировавшую с отверждаемой смолой. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора дополнительно содержит волокнистый материал, пропитанный отверждаемой смолой. Изобретение направлено на увеличение срока службы, а также снижение затрат на изготовление и ремонт лопасти. 5 н. и 12 з.п. ф-лы.
1. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора для ветроэнергетической установки, содержащая/ий поверхностную пленку, химически прореагировавшую с отверждаемой смолой, при этом лопасть ротора или элемент лопасти ротора дополнительно содержит волокнистый материал, пропитанный отверждаемой смолой.
2. Элемент лопасти ротора по п.1, причем элемент лопасти ротора выбран из группы, состоящей из перемычки, наружной оболочки лопасти ротора и ее частей, половины оболочки нагнетающей стороны или засасывающей стороны, передней кромки лопасти ротора, задней кромки лопасти ротора, вершины лопасти ротора, пояса лонжерона, клейкого уголка, фланцевого усиления, внутреннего усиления для средств упора, камеры балласта и камеры балансира.
3. Элемент лопасти ротора по п.2 со следующими размерами:
- наружная оболочка лопасти ротора, нагнетающая сторона лопасти ротора и/или засасывающая сторона лопасти ротора, пояса лонжеронов, клейкие уголки: длина от 1 м до 150 м; наибольшая ширина от 0,05 м до 20 м;
- перемычки: длина от 0,2 м до 150 м; наибольшая ширина от 0,01 м до 20 м.
4. Элемент лопасти ротора по п.1, причем поверхностная пленка имеет площадь от 0,001 м2 до 3000 м2.
5. Элемент лопасти ротора по п.1, причем поверхностная пленка
a) имеет среднюю толщину от 20 до 2500 мкм, и/или
b) минимальную толщину от 3 до 2500 мкм, предпочтительно от 5 до 1600 мкм и особенно предпочтительно от 10 до 1000 мкм.
6. Элемент лопасти ротора по п.1, причем поверхностная пленка является пленкой глубокой вытяжки.
7. Элемент лопасти ротора по п.1, причем поверхностная пленка представляет собой полимерную пленку одного из полимеров: акрилонитрил-бутадиен-стирола (ABS), сополимера акрилонитрила и метилметакрилата (АММА), сополимера акрилового эфира, стирола и акрилонитрила (ASA), ацетата целлюлозы (СА), ацетобутирата целлюлозы (CAB), эпоксидной смолы (ЕР), сополимера этилена и винилацетата (EVA), карбамидоформальдегидной смолы (UF), крезолоформальдегидной смолы (CF), меламиноформальдегидной смолы (MF), меламинофенолоформальдегидной смолы (MPF), фенолоформальдегидной смолы (PF), полиакрилонитрила (PAN), полиамида (РА), полиэтилена (РЕ), полиэтилена высокой плотности (HDPE), полиэтилена низкой плотности (LDPE), линейного полиэтилена низкой плотности (LLDPE), поликарбоната (PC), полиэтилентетрафталата (PET), полиметилметакрилата (РММА), полипропилена (РР), полистирола (PS), блоксополимера стирола и бутадиена (SB), полиуретана (PUR), поливинилхлорида (PVC), резорциноформальдегидной смолы (RF), сополимера стирола и акрилонитрила (SAN), полибутилентетрафталата (РВТ), полифениленового эфира (РРЕ), полиоксиметилена (РОМ), смеси пропилена и тройного сополимера этилена, пропилена и диена (РР-EPDM) и полиэфирной смолы (UP) и предпочтительно является полиуретановой пленкой.
8. Лопасть ротора или элемент лопасти ротора по п.1, причем смола представляет собой эпоксидную смолу.
9. Элемент лопасти ротора по п.2, причем поверхностная пленка на ее обращенной от волокнистого материала стороне снабжена покрытием для извлечения из формы.
10. Лопасть ротора, содержащая элемент лопасти ротора по одному из предыдущих пп.
11. Ветроэнергетическая установка, содержащая лопасть ротора по п.10.
12. Способ изготовления лопасти ротора или элемента лопасти ротора по одному из пп.1-10 для ветроэнергетической установки, включающий этапы, на которых:
a) подготавливают форму,
b) укладывают поверхностную пленку в форму,
c) укладывают волокнистый материал в форму,
е) пропитывают волокнистый материал отверждаемой смолой и отверждают смолу для осуществления химической реакции поверхностной пленки и смолы с образованием цельной лопасти ротора или, соответственно, элемента лопасти ротора.
13. Способ по п.12, в котором используют средства для извлечения из формы.
14. Способ по п.12, в котором укладывают дополнительные конструктивные элементы лопасти ротора или элемента лопасти ротора, и/или наносят средство для улучшения текучести отверждаемой смолы, и/или d) наносят поверхностную пленку, при этом по меньшей мере на одном из этапов b) и d) укладывают или, соответственно, наносят поверхностную пленку.
15. Способ ремонта элемента лопасти ротора ветроэнергетической установки, включающий в последовательности (а)-(f) этапы, на которых:
a) подготавливают волокнистый материал на элементе лопасти ротора,
b) покрывают волокнистый материал поверхностной пленкой,
d) отсасывают газ из волокнистого материала,
e) подают отверждаемую смолу на волокнистый материал, и
f) осуществляют химическую реакцию отверждаемой смолы с поверхностной пленкой.
16. Способ ремонта по п.15, в котором поверхностную пленку и/или формообразующий элемент перед этапом е) снабжают вакуумной пленкой.
17. Способ ремонта по п.15, включающий в последовательности (a)-(f) и (с): снабжают покрытый поверхностной пленкой волокнистый материал формообразующим элементом.
| Гальсбант двустворчатых ворот | 1987 |
|
SU1625929A1 |
| DE 10118906 A1, 28.11.2002 | |||
| RU 2006147315 A, 20.07.2008 | |||
