專利名稱：具有防雷電導電摻雜涂層的風力渦輪機葉片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有導電摻雜涂層的風力渦輪機葉片，其中該涂層用于風力渦輪機葉片的防雷電。此外，還描述了制造該風力渦輪機葉片的方法。
背景技術(shù)：
風力渦輪機葉片的葉片材料可能因為閃擊(例如由先導閃擊和返回閃擊組成)而被毀壞，其中該材料例如是GFRP (玻璃纖維增強聚合物)。因此，風力渦輪機葉片通常具有防雷電系統(tǒng)。防雷電系統(tǒng)由葉片的葉片表面處的閃電接收器構(gòu)成。在葉片內(nèi)部，存在導體，其導電材料連接到接收器。經(jīng)由所述導體，由被引入接收器內(nèi)的直接閃擊導致的閃電電流能夠被轉(zhuǎn)移。接收器的面積受到限制，從而導致了與整個葉片表面(例如100平方米)相比，針對閃擊具有相對小的安全接觸表面(幾平方厘米)。由于該事實，將閃擊引導到閃電接收器內(nèi)的可能性相對較小。因此，不能夠避免由閃擊導致的進入葉片表面內(nèi)的對葉片材料的擊穿。DE 10 2006 044 323 Al公開了具有特殊防雷電系統(tǒng)的風力渦輪機葉片。其中， 該風力渦輪機葉片具有帶基底材料的基體和帶涂層材料的基體涂層。涂層材料包括復合材料。復合材料的主要材料是陶瓷材料。導電顆粒分布在該陶瓷材料中。導電顆粒包括鐵。當旋轉(zhuǎn)風力渦輪機葉片時，風力渦輪機葉片發(fā)生振動。由于陶瓷材料的脆性，從DE 10 2006 044 323 Al所知的涂層的機械剝落的可能性相對較高。防雷電系統(tǒng)的可靠性被降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供與已知的現(xiàn)有技術(shù)相比具有有效且更可靠的防雷電系統(tǒng)的風力渦輪機葉片。本發(fā)明的另一目標是提供制造這種風力渦輪機葉片的方法。這些目標是通過權(quán)利要求中所述的發(fā)明來實現(xiàn)的。本發(fā)明提供一種風力渦輪機葉片，其具有帶基底材料的基體和帶涂層材料的基體的至少一個涂層，其中涂層材料包括具有導電顆粒的復合材料。風力渦輪機葉片的特征在于復合材料包括玻璃纖維。優(yōu)選地，玻璃纖維形成玻璃纖維墊。玻璃纖維墊被使用。風力渦輪機葉片的涂層是被導電摻雜的。優(yōu)選地，導電顆粒包括例如銅或銀的高導電金屬。也可以使用其他金屬，例如鐵、銻或包含不同金屬的合金。顆粒的平均直徑范圍從納米到毫米。 優(yōu)選地，顆粒的直徑選自從10 μ m至500 μ m的范圍。此外，本發(fā)明提供了制造這種風力渦輪機葉片的方法。該方法包括下述步驟a)提供風力渦輪機葉片的基體；以及b)在所述基體的表面上施加涂層。在優(yōu)選實施例中，施加涂層包括在基體的表面上施加玻璃纖維。之后，將施加由復合材料構(gòu)成的主要材料(或主要材料的前體材料)。還可以同時施加玻璃纖維和由復合材料構(gòu)成的主要材料。此外，在第一步中，主要材料可以被施加在基體的表面上。之后，可以施加玻璃纖維。在優(yōu)選實施例中，復合物中的導電顆粒的顆粒百分比選自從復合物的20wt%(重量百分比)至復合物的50wt%的范圍，并且具體地從復合物的25wt%至復合物的40wt%的范圍。具體而言，還可以是更高的顆粒百分比。在另一優(yōu)選實施例中，涂層所具有的涂層厚度選自從50 μ m至500 μ m的范圍。例如，涂層厚度是100 μ m。這導致具有大載流量的靈活性涂層。通過使用玻璃纖維，風力渦輪機葉片的基體的涂層比上述現(xiàn)有技術(shù)中的涂層具有更大的靈活性。減少了由于風力渦輪機葉片的振動所造成的機械剝離的可能性。同時，由于導電顆粒的原因，涂層可以用作閃擊的有效防護層。風力渦輪機葉片的基體的基底材料 (例如聚合物材料)的阻抗比涂層材料的阻抗要大很多。因此，能夠經(jīng)由涂層來引導閃電電流。閃電電流不被引導通過風力渦輪機葉片的基體。因此，與不具有這種涂層的風力渦輪機葉片的擊穿可能性相比，減小了具有這種涂層的風力渦輪機葉片的擊穿可能性。由于涂層的低阻抗，優(yōu)選地是導電顆粒的至少一部分彼此接觸。這導致了導電顆粒之間的高導電的接合。在優(yōu)選實施例中，玻璃纖維包括環(huán)氧樹脂涂層。玻璃纖維由環(huán)氧樹脂涂覆。玻璃纖維的表面由環(huán)氧樹脂覆蓋。例如，在基體的表面上施加玻璃纖維之前或之后，玻璃纖維被浸漬有環(huán)氧澆鑄樹脂。與具有無環(huán)氧樹脂涂層的玻璃纖維的基體涂層相比，玻璃纖維的環(huán)氧樹脂涂層導致基體的涂層具有更大靈活性。此外，玻璃纖維的環(huán)氧樹脂涂層改進了玻璃纖維和基體的表面之間的結(jié)合，且因而改進了涂層和基體的表面之間的結(jié)合。這導致了堅固的組件。在另一優(yōu)選實施例中，環(huán)氧樹脂涂層包括導電顆粒。使用帶有包括導電顆粒的環(huán)氧樹脂涂層的玻璃纖維。從而，導電顆粒能夠選擇性地分布在復合物內(nèi)。例如，在玻璃纖維墊上施加環(huán)氧樹脂之后，導電顆粒被沉積在未固化樹脂上。沿相應(yīng)地由玻璃纖維和玻璃纖維墊所提供的結(jié)構(gòu)來設(shè)置導電顆粒。考慮到需要進一步增強風力渦輪機葉片的堅固性，優(yōu)選地是復合材料包括基體的基底材料。這樣減小了基底材料和復合材料之間的熱失配(thermal mismatch)。提高了組件的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。在優(yōu)選實施例中，基底材料包括GFRP。風力渦輪機葉片的基底材料包括玻璃纖維。 因為玻璃纖維也用于風力渦輪機葉片的基體的涂層，所以導致了非常穩(wěn)定的組件。在優(yōu)選實施例中，風力渦輪機葉片的基體的涂層被電連接到閃電接收器。因而，風力渦輪機葉片的基體的涂層和閃電接收器能夠被直接設(shè)置于彼此?？商娲?，在涂層和閃電接收器之間設(shè)置至少一個分流器。分流器將閃電電流從涂層引導到閃電接收器。此外， 能夠通過涂層來實現(xiàn)分流器。


參考附圖通過對示例性實施例的描述公開了本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點。圖1示出了具有導電摻雜涂層的風力渦輪機葉片的第一實施例的側(cè)切細節(jié)。圖2示出了具有導電摻雜涂層的風力渦輪機葉片的第二實施例的側(cè)切細節(jié)。圖3示出了從頂部相應(yīng)地觀察第一實施例的細節(jié)和第二實施例的細節(jié)。
具體實施例方式給出了風力渦輪機葉片1。風力渦輪機葉片1具有基體11。基體的基底材料包括 GFRP。在基體的表面111上設(shè)置有涂層12。涂層的涂層材料包括復合材料。復合材料包括(未示出的)玻璃纖維墊和導電顆粒13。玻璃纖維被環(huán)氧樹脂涂覆。導電顆粒的顆粒材料是銀。顆粒的平均直徑是大約100 μ m。風力渦輪機葉片的葉片材料是GFRP。風力渦輪機葉片1具有防雷電系統(tǒng)。這個防雷電系統(tǒng)包括被一體形成到風力渦輪機葉片1內(nèi)的閃電接收器2。閃電接收器2的接收器表面211和由涂層12形成的風力渦輪機葉片1的葉片表面101彼此齊平。閃電接收器2由包含金屬的單件制成，該金屬作為接收器材料。閃電接收器2被連接到包括葉片1的導電材料的內(nèi)導體21。閃電接收器和涂層彼此電連接。為了良好地引導由閃擊所導致的閃電電流的流動，在涂層和閃電接收器之間設(shè)置了分流器3。在第一實施例(圖1)中，大塊金屬被設(shè)置在涂層和閃電接收器之間以便形成分流器。在第二實施例(圖2)中，分流器由復合材料的導電顆粒形成。通過導電顆粒的致密化來實現(xiàn)分流器的較高導電性。在閃電電擊涂層的情況下，所引起的閃電電流經(jīng)由分流器被引導到閃電接收器。 由于與涂層的涂層材料相比，風力渦輪機葉片的基體的基體材料具有更高阻抗，因此不會擊穿基體。因此，減少了毀壞風力渦輪機葉片的可能性。為了制造風力渦輪機葉片，實施下述步驟a)提供風力渦輪機葉片的基體；以及 b)在基體的表面上施加涂層。施加涂層包括在基體的表面上施加玻璃纖維墊。玻璃纖維墊和風力渦輪機葉片的基體被放在一起。所用的玻璃纖維墊的玻璃纖維被涂覆有環(huán)氧樹脂。因此，玻璃纖維墊被環(huán)氧澆鑄樹脂所浸漬。玻璃纖維的環(huán)氧樹脂涂層包括導電顆粒。因此，在使用環(huán)氧樹脂浸漬玻璃纖維之后，導電顆粒被沉積在被浸漬的玻璃纖維上。
權(quán)利要求
1.一種風力渦輪機葉片，具有具有基底材料的基體(11)；以及具有涂層材料的所述基體的至少一個涂層(12)， 其中所述涂層材料包括具有導電顆粒(13)的復合材料， 其特征在于所述復合材料包括玻璃纖維。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風力渦輪機葉片，其中所述玻璃纖維形成玻璃纖維墊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的風力渦輪機葉片，其中所述導電顆粒在復合物中的顆粒百分比選自從20wt%至50wt%的范圍并且具體地選自從25wt%至40wt%的范圍。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述涂層具有從50μ m至 500 μ m的范圍中選擇的涂層厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求4所述的風力渦輪機葉片，其中所述導電顆粒的至少一部分彼此接觸。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述玻璃纖維包括環(huán)氧樹月旨涂層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風力渦輪機葉片，其中所述環(huán)氧樹脂涂層包括導電顆粒。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述復合材料包括所述基體的基底材料。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述基底材料包括GFRP。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的風力渦輪機葉片，其中所述涂層被電連接到閃電接收器。
11.一種制造根據(jù)權(quán)利要求1至權(quán)利要求9中任一項所述的風力渦輪機葉片的方法，該方法包括下述步驟a)提供所述風力渦輪機葉片的所述基體；以及b)在所述基體的表面上施加所述涂層。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中所述施加所述涂層包括在所述基體的所述表面上施加玻璃纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其中使用具有環(huán)氧樹脂涂層的玻璃纖維。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中使用具有帶所述導電顆粒的環(huán)氧樹脂涂層的玻璃纖維。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有防雷電導電摻雜涂層的風力渦輪機葉片及其制造方法，具體地，提供一種風力渦輪機葉片，其具有帶基底材料的基體和帶涂層材料的基體的至少一個涂層，其中所述涂層材料包括具有導電顆粒的復合材料。風力渦輪機葉片的特征在于復合材料包括玻璃纖維。優(yōu)選地，玻璃纖維形成玻璃纖維墊。此外，本發(fā)明提供制造這種風力渦輪機葉片的方法。該方法包括下述步驟a)提供所述風力渦輪機葉片的所述基體；以及b)在所述基體的表面上施加所述涂層。最終的風力渦輪機葉片包括有效且可靠的防雷電系統(tǒng)。由于涂層的低阻抗，所以閃電電流被引導到與涂層相連的閃電接收器。減少了由閃擊所造成的對風力渦輪機的基體的毀壞的可能性。
文檔編號F03D3/06GK102261310SQ201110140300
公開日2011年11月30日 申請日期2011年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月27日
發(fā)明者盧克 B., 克魯格 F. 申請人:西門子公司