Способ обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти, заготовка в виде составного композита и ультрафиолетовая лампа для затвердевания затвердевающего с помощью ультрафиолета матричного материала

Изобретение относится к способу обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти, заготовке в виде составного композита и к ультрафиолетовой лампе для затвердевания затвердевающего под действием ультрафиолета матричного материала на роторной лопасти. Согласно способу создают подлежащий обработке волоконно-пластмассовый композит на роторной лопасти. Подготавливают локальную зону обработки волоконно-пластмассового композита. Создают волоконно-матричный композит, содержащий затвердевающий под действием ультрафиолета матричный материал и волоконный материал. Наносят волоконно-матричный композит на локальную зону обработки волоконно-пластмассового композита. Осуществляют затвердевание матричного материала с помощью ультрафиолетового излучения. Изобретение обеспечивает повышение физико-механических свойств получаемых изделий. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к способу обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения, а также к заготовке в виде композита, в частности составного композита, и к ультрафиолетовой лампе для отверждения отверждаемого с помощью ультрафиолета матричного материала на роторной лопасти.

Роторные лопасти подвергаются во время своего срока службы уменьшающим эффективность повреждениям, например, за счет эрозии, износа или ударов молнии. Для быстрого и экономичного устранения как раз небольших повреждений подходят, в частности, методы ремонта, которые можно выполнять в месте расположения ветроэнергетической установки. Ремонт осуществляется в большинстве случаев с использованием волоконных композитных материалов. При этом используются, как правило, двухкомпонентные клеи, такие как, например, указанные в WO 2012/084949 А1 радикально отверждаемые смолы с пероксидом в качестве катализатора или отверждаемые под действием температуры смолы в качестве матричных материалов.

Двухкомпонентные клеи имеют тот недостаток, что они после приготовления смеси должны быстро применяться, что является недостатком, в частности, для выполнения ремонта на смонтированной роторной лопасти.

В противоположность этому отверждаемые под воздействием температуры смолы отверждаются лишь после воздействия повышенной температуры, то есть могут применяться более длительное время, однако время отверждения в известных системах, которые используются для ремонта роторных лопастей, составляет примерно 6 часов. В течение этого времени необходимо обеспечивать температуру отверждения с помощью соответствующих нагревателей. С другой стороны, это приводит к длительному времени простоя ветроэнергетической установки. Кроме того, отверждение под воздействием температуры может вызывать напряжения за счет различных коэффициентов расширения в соответствующих волоконных композитных материалах. Кроме того, отверждаемые под воздействием температуры смолы имеют ограниченное время хранения при комнатных температурах и часто требуют охлаждения для предотвращения преждевременного отверждения.

Желательно обеспечить возможность выполнения ремонта роторных лопастей быстро и экономично, в частности, без ограничений времени применения или времени хранения компонентов. Поэтому задачей изобретения является создание улучшенного способа обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти и соответствующего устройства.

Эта задача относительно способа решена согласно изобретению с помощью способа обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти, имеющего этапы:

- создания подлежащего обработке волоконно-пластмассового композита на роторной лопасти,

- подготовки локальной зоны обработки волоконно-пластмассового композита,

- создания волоконного матричного композита, содержащего отверждаемые под действием ультрафиолета матричный материал и волоконный материал,

- нанесения волоконного матричного композита на локальную зону обработки волоконно-пластмассового композита и

- отверждения волоконно-пластмассового композита.

Согласно изобретению предусмотрено, что отверждение матричного материала осуществляется с помощью ультрафиолетового излучения.

С помощью способа согласно изобретению можно значительно сокращать время ремонта роторных лопастей и тем самым время простоя ветроэнергетических установок. Использование отверждаемых под действием ультрафиолета матричных материалов позволяет значительно сокращать время отверждения, по сравнению с использованием обычных способов, кроме того, требующие более длительного времени подготовки мероприятия можно выполнять у основания башни, а не на роторной лопасти, что обеспечивает надежное и эффективное выполнение работ. Наряду с ремонтом роторных лопастей способ можно также применять для изготовления роторных лопастей.

Изобретение относится также к заготовке согласно пункту 12 формулы изобретения в виде составного композита, имеющего волоконный матричный композит, содержащий отверждаемый под действием ультрафиолета матричный материал и волоконный материал, который расположен между нанесенной на нижнюю сторону волоконного матричного композита пленочной подложкой и нанесенной на верхнюю сторону волоконного матричного композита защитой от ультрафиолета. Такой составной композит, в частности, с уложенной сдвоенным образом пленочной подложкой, особенно предпочтительно пригоден для выполнения способа согласно изобретению.

Изобретение относится также к ультрафиолетовой лампе согласно пункту 13 формулы изобретения, которая предназначена для отверждения отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала на роторной лопасти, содержащей источник ультрафиолетового света в корпусе. Согласно изобретению предусмотрено, что корпус выполнен с возможностью установки непроницаемо для света на локальной зоне обработки на роторной лопасти.

Предпочтительные усовершенствованные варианты способа, которые обеспечивают дополнительные преимущества, указаны в зависимых пунктах формулы изобретения.

Волоконно-пластмассовый композит в способе согласно изобретению может быть создан в виде препрега или заготовки волоконной матрицы. В этих случаях препреги или соответственно заготовки можно предварительно изготавливать большими партиями; от подготовки по отдельности волоконно-пластмассового композита на месте можно предпочтительно отказаться.

Предпочтительно, создание волоконно-пластмассового композита включает частные этапы подготовки сухого волоконного материала и введения отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала в волоконный материал. Например, можно выполнять изготовление волоконно-пластмассового композита у основания башни, в то время как подготавливается соответствующая локальная зона обработки.

Предпочтительно, матричный материал является отверждаемой под действием ультрафиолета смолой, в частности акриловой смолой, в частности винилэфирной смолой. Предпочтительно, винилэфирная смола имеет по сравнению с обычными эпоксидными смолами более высокую ударную прочность и стойкость.

Предпочтительно, применяются определенные фотоинициаторы, соответственно определенные специально согласованные комбинации из смолы и фотоинициатора.

В одном особенно предпочтительном варианте осуществления изобретения волоконный материал в составном композите подготавливается на пленочной подложке, и пленочная подложка удаляется при нанесении волоконного матричного композита на локальную зону обработки. С помощью пленочной подложки облегчается нанесение волоконного матричного композита на волоконно-пластмассовый композит. Особенно предпочтительно, для этого пленочная подложка укладывается сдвоенным образом, так что ее можно легко снимать с волоконного матричного композита, когда он наносится на роторную лопасть.

Волоконный матричный композит после внесения матричного материала в волоконный материал снабжается защитой от ультрафиолета. Таким образом, может предотвращаться нежелаемое отверждение за счет естественного ультрафиолетового излучения. Защиту от ультрафиолета необходимо предпочтительно удалять перед процессом отверждения матричного материала.

Предпочтительно, время отверждения матричного материала с помощью ультрафиолетового излучения составляет меньше 30 минут.

Способ предпочтительно используется, когда содержащая волоконно-пластмассовый композит роторная лопасть смонтирована на ветроэнергетической установке.

Содержащая волоконно-пластмассовый композит роторная лопасть может быть также отдельной частью, например, при ремонте или изготовлении на заводе.

В другом предпочтительном варианте осуществления изобретения волоконно-пластмассовый композит имеет нанесенную на основной слой последовательность пропитанных смолой ламинатных слоев композита и один или несколько нанесенных на них покрывных слоев, в частности наружный защитный слой, и обработка включает снятие, в частности шлифовку и/или сошлифовку, покрывных или ламинатных слоев, предпочтительно вплоть до основного слоя.

Предпочтительно, отверждение осуществляется с помощью ультрафиолетовой лампы, при этом источник ультрафиолетового света расположен в корпусе ультрафиолетовой лампы, который устанавливается на локальной зоне обработки, в частности насаживается непроницаемо для света. Это обеспечивает то преимущество, что отверждение можно осуществлять целенаправленно и локально.

Другой аспект данного изобретения относится к ультрафиолетовой лампе для отверждения отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала на роторной лопасти, содержащей источник ультрафиолетового света в корпусе. Согласно изобретению предусмотрено, что корпус предназначен для установки непроницаемо для света на локальной зоне обработки на роторной лопасти.

В одном предпочтительном варианте выполнения ультрафиолетовая лампа имеет формованный край, предпочтительно ультрафиолетовая лампа снабжена отражательным слоем.

Другие предпочтительные варианты выполнения ультрафиолетовой лампы содержат в первом варианте выполнения корпус, который имеет окруженную краем корпуса плоскую установочную поверхность. Во втором варианте выполнения корпус может иметь ограниченную краем корпуса выпуклую установочную поверхность. В третьем варианте выполнения корпус может иметь окруженную краем корпуса изогнутую установочную поверхность. Такие и другие установочные поверхности обеспечивают возможность установки корпуса с точной посадкой и тем самым непроницаемо для света на роторную лопасть.

Предпочтительно, установочная поверхность корпуса реализована с помощью модульно устанавливаемых на основную часть корпуса, которая содержит источник ультрафиолетового света, дополнительных частей, которые имеют плоскую, или выпуклую, или изогнутую установочную поверхность. С помощью этих модульных дополнительных частей корпуса можно основную часть корпуса использовать для всех мест на роторной лопасти, за счет использования различных дополнительных частей в зависимости от зоны обработки.

Ниже приводится описание примеров выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи. На них примеры выполнения изображены необязательно в масштабе, схематично и/или с легким искажением для облегчения понимания. При этом следует учитывать, что возможны различные варианты выполнения и изменения относительно формы и деталей, без отхода от идеи изобретения. Раскрытые в описании, на чертежах, а также в формуле изобретения признаки изобретения могут быть существенными для предпочтительных вариантов выполнения как по отдельности, так и в любых комбинациях. Кроме того, в рамки изобретения входят все комбинации по меньшей мере из двух раскрытых в описании, на чертежах и/или в формуле изобретения признаков. Общая идея изобретения не ограничивается точной формой или деталями показанных и поясняемых предпочтительных вариантов выполнения или ограничивается объектом, который был бы ограничен по сравнению с объектом, заявленном в формуле изобретения. В указанных диапазонах размеров также лежащие внутри указанных границ значения следует рассматривать в качестве предельных значений, которые можно произвольно использовать и испрашивать на них защиту. Другие преимущества, признаки и детали изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительных примеров выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:

фиг. 1 - блок-схема предпочтительного варианта выполнения способа обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти;

фиг. 2 - схематичное изображение варианта выполнения используемого в способе согласно фиг. 1 волоконного матричного композита;

фиг. 3 - схематичное изображение предпочтительного варианта выполнения ультрафиолетовой лампы при использовании в способе согласно фиг. 1 на роторной лопасти (фиг. 3B) схематично показанной ветроэнергетической установки (фиг. 3А).

На фиг. 1 показана блок-схема выполнения способа обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти. На этапе S1 сначала изготавливают волоконно-пластмассовый композит либо в виде смонтированной роторной лопасти на ветроэнергетической установке, либо в виде отдельной части. На этапе S2 подготавливают подлежащее обработке место. При этом этапы S1 и S2 могут выполняться также параллельно этапам S3-S7.

Этап S3 включает необязательный этап подготовки волоконного материала на пленочной подложке, которая может быть также уложена сдвоенным образом. Затем осуществляется либо подготовка волоконного матричного композита в виде препрега или волоконной матричной заготовки (этап S4), либо сначала сухого волоконного материала (на этапе S5), в который на этапе S6 вводится отверждаемый под действием ультрафиолета матричный материал.

На этапе S7 на волоконный матричный композит может, необязательно, наноситься защита от ультрафиолета, например в виде защищающей от ультрафиолета пленки. На этапе S8 на волоконно-пластмассовый композит наносят волоконный матричный композит. Если волоконный матричный композит лежит на пленочной подложке, то она частично удаляется с волоконного матричного композита, и он своим теперь открытым местом накладывается на локальную зону обработки волоконно-пластмассового композита. Затем волоконный матричный композит фиксируют на волоконно-пластмассовом композите. После этого можно снимать остальную пленочную подложку и постепенно прижимать волоконный матричный композит к локальной зоне обработки. Это обеспечивает возможность равномерного нанесения с исключением включений воздуха. Наконец, на этапе S9 матричный материал подвергают отверждению с помощью ультрафиолетового света. Это осуществляется предпочтительно с помощью ультрафиолетовой лампы, которая установлена непроницаемо для света на локальную зону обработки.

На фиг. 2 схематично показан предпочтительный вариант выполнения используемого в способе волоконного матричного композита. Волоконный матричный композит 1, состоящий из волоконного материала 2 и отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала 3, в данном случае нанесен на уложенную сдвоенным образом пленочную подложку 4 и защищается с помощью защищающей от ультрафиолета пленки 5 от естественного ультрафиолетового излучения. За счет укладки сдвоенным образом пленочной подложки значительно облегчается снятие пленочной подложки при нанесении волоконного матричного композита на место локальной обработки волоконно-пластмассового композита.

На фиг. 3 схематично показан особенно предпочтительный вариант выполнения ультрафиолетовой лампы, которая предназначена для использования на роторной лопасти ветроэнергетической установки. При этом на фиг. 3А показана ветроэнергетическая установка 100; на фиг. 3B показана в разрезе часть роторной лопасти 100 с установленной ультрафиолетовой лампой в месте А-А. Для обработки роторной лопасти 10 ее предпочтительно устанавливают в положение на 6 часов (изображено штриховыми линиями). Над зоной 15 локальной обработки, на которую уже нанесен волоконный матричный композит 20, установлена ультрафиолетовая лампа 30. Ультрафиолетовая лампа 30 состоит из основной части 32 корпуса, которая содержит источник 31 ультрафиолетового света, а также дополнительной части 33 корпуса, которая согласована с кривизной роторной лопасти в этом месте и тем самым обеспечивает возможность непроницаемой для света установки ультрафиолетовой лампы 30. С помощью таких дополнительных частей корпуса ультрафиолетовую лампу можно использовать на всех местах роторной лопасти.

1. Способ обработки волоконно-пластмассового композита роторной лопасти, имеющий этапы:

- создания подлежащего обработке волоконно-пластмассового композита на роторной лопасти,

- подготовки локальной зоны обработки волоконно-пластмассового композита,

- создания волоконного матричного композита, содержащего отверждаемый под действием ультрафиолета матричный материал и волоконный материал,

- нанесения волоконного матричного композита на локальную зону обработки волоконно-пластмассового композита, и

- отверждения матричного материала,

отличающийся тем, что

отверждение матричного материала осуществляют с помощью ультрафиолетового излучения,

причем волоконный материал в составном композите подготавливают на пленочной подложке, которую располагают на нижней стороне волоконного матричного композита, и пленочную подложку удаляют при нанесении волоконного матричного композита на упомянутую локальную зону обработки,

при этом пленочную подложку укладывают сдвоенным образом,

причем волоконный матричный композит снабжают защитой от ультрафиолета, наносимой на верхнюю сторону волоконного матричного композита после внесения матричного материала в волоконный материал, при этом защиту от ультрафиолета удаляют перед процессом отверждения матричного материала,

причем отверждение осуществляют с помощью ультрафиолетовой лампы, при этом источник ультрафиолетового света расположен в корпусе ультрафиолетовой лампы, который устанавливают непроницаемо для света на локальной зоне обработки,

причем упомянутый корпус ультрафиолетовой лампы выполнен с возможностью установки непроницаемо для света на локальной зоне обработки на роторной лопасти и имеет формованный край и выполнен с отражательным слоем.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- волоконный матричный композит создают в виде препрега, заготовки волоконной матрицы, или

- создание волоконного матричного композита включает частные этапы подготовки сухого волоконного материала и введения отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала в волоконный материал.

3. Способ по любому из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что матричный материал является отверждаемой под действием ультрафиолета смолой, в частности акриловой смолой, в частности винилэфирной смолой.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что время отверждения матричного материала с помощью ультрафиолетового излучения составляет меньше 30 минут.

5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении этапов способа содержащая волоконно-пластмассовый композит роторная лопасть смонтирована на ветроэнергетической установке.

6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при выполнении этапов способа содержащая волоконно-пластмассовый композит роторная лопасть является отдельной частью.

7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что

- волоконно-пластмассовый композит имеет нанесенную на основной слой последовательность пропитанных смолой ламинатных слоев композита и один или несколько нанесенных на них покрывных слоев, в частности внешний защитный слой, и

- этап подготовки включает снятие, в частности шлифовку и/или сошлифовку, покрывных или ламинатных слоев, предпочтительно вплоть до основного слоя.

8. Заготовка в виде составного композита, имеющего волоконный матричный композит, содержащий отверждаемый под действием ультрафиолета матричный материал и волоконный материал, причем волоконный матричный композит размещен между нанесенной на его нижнюю сторону пленочной подложкой и нанесенной на его верхнюю сторону защитой от ультрафиолета, причем волоконный матричный композит снабжен защитой от ультрафиолета, которая нанесена на верхнюю сторону волоконного матричного композита после внесения матричного материала в волоконный материал, при этом защита от ультрафиолета может удаляться перед процессом отверждения матричного материала,

причем волоконный материал в составном композите подготовлен на пленочной подложке, которая расположена на нижней стороне волоконного матричного композита, и пленочная подложка может удаляться при нанесении волоконного матричного композита на упомянутую локальную зону обработки, при этом пленочная подложка уложена сдвоенным образом.

9. Ультрафиолетовая лампа для отверждения отверждаемого под действием ультрафиолета матричного материала на роторной лопасти, содержащая источник ультрафиолетового света в корпусе, отличающаяся тем, что корпус выполнен с возможностью установки непроницаемо для света на локальной зоне обработки на роторной лопасти, причем упомянутый корпус имеет формованный край и выполнен с отражательным слоем.

10. Ультрафиолетовая лампа по п. 9, отличающаяся тем, что корпус имеет окруженную краем корпуса плоскую установочную поверхность, и/или корпус имеет ограниченную краем корпуса выпуклую установочную поверхность, и/или корпус имеет окруженную краем корпуса изогнутую установочную поверхность.

11. Ультрафиолетовая лампа по п. 10, отличающаяся тем, что установочная поверхность корпуса реализована с помощью модульно устанавливаемых на основную часть корпуса, которая содержит источник ультрафиолетового света, дополнительных частей корпуса, которые имеют плоскую, или выпуклую, или изогнутую установочную поверхность.