專利名稱：一種風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的制作方法
已知的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片有多種形式。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上，轉(zhuǎn)子或者轉(zhuǎn)子葉片是主要的噪音源。由于承諾及噪音防護的原因，應(yīng)當(dāng)或必須采取措施，使噪音排放盡可能少。這是因為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也常設(shè)置在居民樓附近。目前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或風(fēng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備帶來的噪音排放常導(dǎo)致社區(qū)居民因噪音問題而反對安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，因而使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝遇到一些困難或根本無法安裝，因為授權(quán)機構(gòu)常因環(huán)境污染—噪音也是一種環(huán)境污染因素—而拒絕批準(zhǔn)安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
人們業(yè)已提出許多建議，用以改進風(fēng)力發(fā)電設(shè)備轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)，從而降低噪音。例如在EP-A-0652367或DE19614420.5中所公開的方案。
不過，通過對轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)所采取的措施降低噪音的可能性仍然十分有限。
本發(fā)明的目的在于進一步改善風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的噪音排放。
本發(fā)明的目的是通過采用具有權(quán)利要求1特征的轉(zhuǎn)子葉片而實現(xiàn)的。
本發(fā)明基于這樣一種認識，如果在轉(zhuǎn)子葉片至少一部分涂敷不粘水和/或不粘冰的涂層，轉(zhuǎn)子葉片會更加粗糙。也就是說，在轉(zhuǎn)子葉片上加上一層涂料層，其效果不是象原本希望的獲得表面最大的光滑度，相反，從微觀結(jié)構(gòu)上說，表面更加粗糙。已知這種表面也可以由漆層或其他涂層構(gòu)成，其可獲得所謂的“洛特斯效應(yīng)”的功能，使水/冰僅能較弱地附著在該表面上。這里，所述的由涂色層構(gòu)成的涂層形成一種毫微級的凸頭床。凸頭床上的凸頭不僅使轉(zhuǎn)子葉片表面粗糙，而且使表面硬度降低。這是因為各個毫微級凸頭在其縱向上也會變形，因而使其結(jié)構(gòu)明顯弱于轉(zhuǎn)子葉片的玻璃纖維層。
由于轉(zhuǎn)子葉片上的“洛特斯”層的影響，在轉(zhuǎn)子葉片表面形成的渦流因表面較低的硬度而得到衰減，或消耗了空氣渦流的能量，由此從總體上—如預(yù)期的那樣—降低了在轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生的噪音。微硅酮涂料“Lotusan”(Dyckerhoff集團的分支機構(gòu)，ispo有限公司的商標(biāo))可在實際中作為自清潔層或涂層用于使轉(zhuǎn)子葉片噪音明顯降低。這種微硅酮涂料的公司銷售產(chǎn)品號為1950并被描述具有不粘污物不粘水功能。該層也可以通過表面結(jié)構(gòu)構(gòu)成不粘水層形成的薄層或薄膜制成。在EP0772514中也公開了了自清潔表面(以及制造方法)。
以下將借助于附

圖1和2舉例說明本發(fā)明。
圖1表示了帶有轉(zhuǎn)子的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備，其上安裝有三個轉(zhuǎn)子葉片10。在圖1中表示了Enercon公司的E-40型風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。
圖2為轉(zhuǎn)子葉片橫截面的剖面圖。從圖中可見，在表面上有一涂層1或覆蓋層，其構(gòu)成包含“毫微凸頭”3的凸頭床2。毫微凸頭之間的距離A大約為2至250μm。毫微凸頭的高度H大約為2至250μm。毫微凸頭是由諸如疏水聚合物或穩(wěn)定的疏水材料構(gòu)成的。若毫微凸頭的高度為5至60μm，毫微凸頭之間的距離為5至110μm，則消除由轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生的噪音的效果特別好。
由微硅酮涂料(如“Lotusan”)形成的轉(zhuǎn)子葉片的涂層還可以獲得這樣的效果，即使得水(H2O)或其他液體不會保持粘附在轉(zhuǎn)子葉片的表面上。由此也可排除從前方進入葉片底部的冰料。
涂層最好不是在轉(zhuǎn)子葉片的整個表面涂覆，而是涂覆轉(zhuǎn)子葉片的后三分之一的區(qū)域(從轉(zhuǎn)子方向看)內(nèi)。最好該區(qū)域位于轉(zhuǎn)子葉片末端或轉(zhuǎn)子葉片的后端和前端邊。
由于毫微凸頭3的存在，轉(zhuǎn)子葉片的表面獲得了相當(dāng)大的不規(guī)則度和粗糙度，使得水滴4(分子)與轉(zhuǎn)子葉片表面之間的質(zhì)量引力不足以使水分子保持附著在該表面上。毫微凸頭使得非水分子相對轉(zhuǎn)子葉片表面6保持一定間距，從而大大減小了水分子與所述表面之間的引力。
同時，毫微凸頭3對于降低噪音起著類似“(噪音)震動衰減器”的作用。其原因在于，當(dāng)自然地形成于轉(zhuǎn)子葉片表面且對產(chǎn)生噪音具有影響的渦流(圖中未示)遇到毫微凸頭時，由于毫微凸頭與葉片的剛性玻璃纖維結(jié)構(gòu)相比具有較大的移動性，從而可以吸收渦流的能量，進而消耗掉空氣渦流的能量，由此降低噪音。
所述涂層可以由涂覆的涂料或粘貼薄膜或薄層構(gòu)成。
所述涂層不僅可以設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片上或其部件上，也可以設(shè)置在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的其他部件上，例如在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的塔架7上和/或在防護罩8上。該防護罩—通常也稱之為吊艙一設(shè)置在塔架的頂部，通常包圍著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機或其他部件，使其不直接暴露對周圍環(huán)境產(chǎn)生影響。所述涂層不僅可以設(shè)置在塔架、轉(zhuǎn)子葉片和/或防護罩的外部，也可以設(shè)置在其內(nèi)部。為此，最好是在其內(nèi)側(cè)和/或外側(cè)設(shè)置滴液槽(圖中未示)。通過該滴液槽可以捕獲、收集并有控制地排出從諸如塔架和/或防護罩上流下來的水。這種槽最好設(shè)置在塔壁上并相對于塔架的縱向軸線基本垂直(或略微傾斜)。被捕獲的液體通過一個與其連接的落水管排出。
降低噪音產(chǎn)生的方案還有與上述結(jié)構(gòu)不同的或?qū)ι鲜龇桨秆a充的方案。例如轉(zhuǎn)子葉片具有“鯊魚皮”式的特殊表面。該表面通過薄層或薄膜涂層形成。這種薄膜或薄層可采用諸如3M公司銷售的、型號為3M 8691的抗拉磁帶(Riblet帶)。這種薄膜或薄層是航空工業(yè)部門研制的，其目的是，通過這種特殊的“鯊魚皮”表面節(jié)約飛機的燃料。
這種“鯊魚皮”薄膜結(jié)構(gòu)是已知的，例如從Dittrich W.Bechert(德國航空航天(DLR)研究中心渦輪裝置研究部)的出版物中。這種“鯊魚皮薄膜”結(jié)構(gòu)也詳細地公開在EP0846617，DE-C-3609541或DE-C-3414554中。為避免重復(fù)，上述文獻中的內(nèi)容也作為本申請的內(nèi)容。
由于飛機上的噪音主要取決于發(fā)動機，因而不能減少由飛機產(chǎn)生的噪音，特別是由飛機上的空氣動力部件(翼面)產(chǎn)生的噪音水平處于聽力閾值之下，因而不能覺察到。
德國航空航天(DLR)研究中心渦輪裝置研究部在柏林大學(xué)的工程師們，在Dittrich W.Bechert博士的領(lǐng)導(dǎo)下，根據(jù)鯊魚皮原理研制成了一種薄膜(在一個相應(yīng)的表面下)。在這樣一種“鯊魚皮”薄膜上，薄膜的表面有若干沿氣流方向延伸的細槽11。這些槽不是連通的，而是如圖3所示，被框線(魚鱗片)12斷開，各框線相互錯開。在圖示的實例中，一個“魚鱗片”中有5個槽11，各槽的長度互不相同，且其縱向垂直于(或平行于)風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的半徑r。在這種情況下，槽11(或肋)的高度H是槽間距s的30％至70％，槽(或肋)最好為楔形，其斜角約為5°至60°。
鯊魚皮薄膜表面上橫肋之間的標(biāo)準(zhǔn)間距用如下公式計算s+＝(s/ny)*√(tao0/rh0)，其值為12至22。其中，s為側(cè)向肋間距，tao0為一個承受相同的氣流的平滑參考表面的壁板應(yīng)力，rho為氣流介質(zhì)(空氣)的密度，ny為氣流介質(zhì)(空氣)的動力性粘度。在這種情況下，標(biāo)準(zhǔn)的肋間距s+最好是在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片的周向速度(或角速度)為額定值的情況下調(diào)整。最好在轉(zhuǎn)子葉片末端或末端區(qū)域(大約為轉(zhuǎn)子葉片長度的5％至25％)的周向速度范圍內(nèi)調(diào)整。
槽間距s在這種情況下約為0.001至0.15mm。
在整個轉(zhuǎn)子葉片的表面上也可以采用不同槽間距和/或不同的的魚鱗片間距的表面結(jié)構(gòu)，使得標(biāo)準(zhǔn)槽間距的調(diào)整總能適應(yīng)在額定工況下轉(zhuǎn)子的向周速度。
肋的側(cè)向連接最好有一個曲率半徑，其最大為肋間距s的50％，最好為其20％。
作為一種優(yōu)選方案，鯊魚皮薄膜的表面，在兩肋之間，有一個曲率半徑，其至少等于側(cè)向肋間距的200％。圖4表示了一個放大的橫截面圖。
起初的試驗表明，具有上述鯊魚皮薄膜(因而也具有上述相應(yīng)結(jié)構(gòu)的表面)的轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子所產(chǎn)生的噪音大約可降低0.2至3dB(與周向速度和風(fēng)力情況有關(guān))。
一種對上述降低噪音措施的改變或補充方案是，在轉(zhuǎn)子葉片的局部區(qū)域，特別是轉(zhuǎn)子葉片的前端涂一層防腐漆或防腐涂料。這種防腐漆可以采用諸如一種可承受溶劑的、兩組份的聚氨酯漆，其具有類似特氟隆的表面特性。迄今人們在轉(zhuǎn)子葉片的前端粘貼防腐薄膜或薄層，用以防止因灰塵顆粒/雨滴/冰雹等產(chǎn)生的對轉(zhuǎn)子葉片前端的腐蝕。粘貼這種薄膜非常復(fù)雜和麻煩且需要極為小心，以防工作時早期脫落。盡管已經(jīng)十分小心，但粘貼上的薄膜還總會脫落，在某些情況下，這將進一步提高工作中的噪音水平。在任何情況下，這都會提高維修費用，因為需要將脫落的薄膜部分(薄膜頸部)重新固定到轉(zhuǎn)子葉片上或貼一層新的薄膜。
Coelan公司提供的一種光滑的密封膠型號為VP1970M，適合作為一種防腐漆，可以消除已知防腐薄膜的缺點。這包括一種可承受溶劑的、兩組份的聚氨酯漆，其具有類似特氟隆的表面特性，其特性參數(shù)如下固體含量 組分A約為60％組分B約為5％混合物約為32％燃點 -22℃密度 組分A1.11g/cm3(20℃)組分B0.83g/cm3(20℃)粘度 組分A約80s DIN4(23℃)組分B＜10sDIN4(23℃)加工時間 在密封容器中約16小時成膜時間 約30分鐘(20℃；50％的相對空氣濕度下)失粘時間 約2小時后(20℃；50％的相對空氣濕度下)完全干燥時間約96小時(20℃；50％的相對空氣濕度下)沖擊硬度 147秒(根據(jù)皇家標(biāo)準(zhǔn)；DIN53157)快速風(fēng)化 2350小時UV-A，用Q板儀器(QUV試驗) 2430小時UV-B，用Q板儀器混合比例 組分A100份重量組分B100份重量這種漆是為造船業(yè)研制的，但至今還沒有用在轉(zhuǎn)子葉片上用來減少噪音，這種漆是十分有利的，因為它能代替已知的防腐薄膜并可以解決其存在的問題。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力發(fā)電裝置上的轉(zhuǎn)子葉片，其上采用了可降低轉(zhuǎn)子葉片引起的噪音的結(jié)構(gòu)，其中所述結(jié)構(gòu)是通過在轉(zhuǎn)子葉片的至少部分表面上涂敷一不粘液體的涂層和/或表面構(gòu)成的。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述不粘液體的涂層至少涂敷在當(dāng)轉(zhuǎn)子葉片轉(zhuǎn)動時產(chǎn)生噪音的主要部位。
3.一種風(fēng)力發(fā)電裝置上的轉(zhuǎn)子葉片，其上至少有部分涂層，其使轉(zhuǎn)子葉片的微觀結(jié)構(gòu)產(chǎn)生相當(dāng)大的不平整度，以至于水滴不能停留在轉(zhuǎn)子葉片的表面上，所以在轉(zhuǎn)子葉片的表面上不會保存水滴和/或冰粒(冰晶)，由此降低了風(fēng)力發(fā)電裝置工作時轉(zhuǎn)子葉片產(chǎn)生的噪音。
4.一種風(fēng)力發(fā)電裝置的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，其表面上至少有部分涂層，使轉(zhuǎn)子葉片表面上有涂層區(qū)域的硬度小于沒有涂層的區(qū)域。
5.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述涂層是一個由凸頭與溝槽組成的表面結(jié)構(gòu)，各個凸頭之間的間距為2至250μm，凸頭的高度為2至250μm，凸頭最好由疏水聚合物或穩(wěn)定的疏水材料制成，其不會被自然雨水溶解。
6.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述的疏水層為一個類似于“鯊魚皮”結(jié)構(gòu)的表面。
7.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，轉(zhuǎn)子葉片有一個壁表面，其上有具有氣流主方向的氣流渦旋，其上有沿主氣流方向取向的且在主氣流方向間隔開的肋，其高度約為側(cè)向肋間距的30％至70％。
8.如權(quán)利要求9所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述肋為楔形，其斜角約為10°至60°。
9.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)側(cè)向肋間距用如下公式測量s+＝(s/ny)*√(tao0/rho)其值為12至22，其值為12至22。其中，s為肋間距，tao0為一個承受相同的氣流的平滑參考平面的壁板應(yīng)力，rho為流體的密度，ny為流體的動力性粘度。
10.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)肋間距s+適合于轉(zhuǎn)子葉片的周向速度且最好適合于轉(zhuǎn)子葉片末端區(qū)的周向速度(正常運轉(zhuǎn)的情況下)。
11.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，側(cè)向肋間距s約為0.001至0.15mm。
12.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述肋的側(cè)向連接最大的曲率半徑為側(cè)向肋間距s的5至35％。
13.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，在兩肋之間的表面有一個曲率半徑，其至少等于兩肋之間間距的100％，最好是200％至400％。
14.如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，在轉(zhuǎn)子葉片的局部區(qū)域，最好是轉(zhuǎn)子葉片的前端涂有一層防腐漆，其具有類似特氟隆的表面特性。
15.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述防腐漆為一種可承受溶劑的、兩組份的聚氨酯漆。
16.包括如上述權(quán)利要求任意一項所述的轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力發(fā)電裝置。
17.一種風(fēng)力發(fā)電裝置包括一個至少具有一個轉(zhuǎn)子葉片的轉(zhuǎn)子、一個塔架和一個防護罩(吊艙)，該防護罩包圍著風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的發(fā)電機，其中上述元件，如轉(zhuǎn)子葉片、塔架(內(nèi)側(cè)或外側(cè))和/或防護罩(吊艙)中至少一件上涂敷有如上述權(quán)利要求任意一項所述的疏水層，該層至少涂敷在上述元件如轉(zhuǎn)子葉片、塔架(內(nèi)側(cè)或外側(cè))及/或防護罩(吊艙)的部分表面上。
全文摘要
已知有多種形式的風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)子葉片。在風(fēng)力發(fā)電設(shè)備上,轉(zhuǎn)子或者轉(zhuǎn)子葉片是主要的噪音源。由于承諾及噪音防護的原因,應(yīng)當(dāng)或必須采取措施,使噪音排放盡可能少。這是因為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備也常設(shè)置在居民樓附近。目前風(fēng)力發(fā)電設(shè)備或風(fēng)能轉(zhuǎn)換設(shè)備帶來的噪音排放常導(dǎo)致社區(qū)居民因噪音問題而反對安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備,因而使風(fēng)力發(fā)電設(shè)備安裝遇到一些困難或根本無法安裝,因為授權(quán)機構(gòu)常因環(huán)境污染－噪音也是一種環(huán)境污染因素－而拒絕批準(zhǔn)安裝風(fēng)力發(fā)電設(shè)備。本發(fā)明的目的在于進一步改善風(fēng)力發(fā)電設(shè)備的噪音排放。一種風(fēng)力發(fā)電裝置上的轉(zhuǎn)子葉片,其上采用了可降低因轉(zhuǎn)子葉片引起的噪音的結(jié)構(gòu),所述結(jié)構(gòu)是通過在轉(zhuǎn)子葉片的至少部分表面上涂敷一不粘液體的涂層和/或表面構(gòu)成的。
文檔編號F01D25/02GK1329696SQ99814143
公開日2002年1月2日 申請日期1999年12月9日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月9日
發(fā)明者阿洛伊斯·沃本 申請人:阿洛伊斯·沃本