專利名稱:制造渦輪葉片半部的方法、渦輪葉片半部、制造渦輪葉片的方法和渦輪葉片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種通過樹脂浸漬模制制造渦輪葉片半部的方法。
背景技術(shù):
近年來,大量生產(chǎn)的風(fēng)力渦輪的發(fā)展已朝使它們在輸出和尺寸上越來越大的方向 前進(jìn)。該過程需要更好和更具成本效益的部件和制造方法,并且以上情形對(duì)制造費(fèi)時(shí)的風(fēng) 力渦輪葉片尤其適用。本領(lǐng)域已知的風(fēng)力渦輪葉片通常由通過金屬、木材或碳纖維增強(qiáng)的 玻璃纖維制成。葉片通常通過在兩個(gè)獨(dú)立的模具中模制和固化兩個(gè)葉片半部制成。隨后, 例如利用EP 1695813的方法給待連接的葉片半部的表面區(qū)域提供粘合劑(環(huán)氧樹脂),并 使半部相互疊置并相互連接。通常,風(fēng)力渦輪葉片包含諸如桅桿的加強(qiáng)構(gòu)件。這樣的加強(qiáng) 構(gòu)件提高強(qiáng)度并幫助維持風(fēng)力渦輪葉片的合適的空氣動(dòng)力形狀。渦輪葉片的制造具有的問題是其費(fèi)時(shí)并且昂貴。例如,用于具有55m的長度的一 對(duì)風(fēng)力渦輪葉片半部的模具可花費(fèi)C1M。如果渦輪葉片的生產(chǎn)緩慢,則以上情形明顯為成本 作出貢獻(xiàn)。
發(fā)明內(nèi)容
因此,本發(fā)明的目的是提供一種以較少的時(shí)間生產(chǎn)渦輪葉片半部的方法。為此,本發(fā)明提供一種利用樹脂浸漬模制生產(chǎn)渦輪葉片半部的方法,所述方法包 括步驟在用于渦輪葉片殼的模具中設(shè)置纖維氈;將加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置在模具中的纖維氈上;在纖維氈上并緊靠加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置不透氣的密封層;在低壓下將可固化的樹脂引入包括在加強(qiáng)構(gòu)件下方的區(qū)域中的纖維氈中;以及使樹脂固化,以形成渦輪葉片半部,所述渦輪葉片半部包括附連至加強(qiáng)構(gòu)件的渦 輪葉片殼。因此,本發(fā)明將使渦輪葉片殼固化的步驟和將加強(qiáng)構(gòu)件附連至渦輪葉片殼的步驟 結(jié)合成單個(gè)步驟。在本申請中,術(shù)語“渦輪葉片”、或簡稱的葉片包括渦輪葉片中的一類、諸 如失速型渦輪葉片。用于該方法的樹脂便利地為常規(guī)地利用樹脂注射模制(RIM)制造用于 風(fēng)力渦輪葉片的樹脂。用于RIM的典型樹脂是利用熱例如在75°C處固化的環(huán)氧樹脂。類似 地,纖維氈優(yōu)選地為玻璃纖維氈。如果人們圍繞固化樹脂纏繞繩以將加強(qiáng)元件連接至渦輪 葉片殼,則通常由繩圍繞的表面區(qū)域的至少40%、優(yōu)選的至少60%并且更優(yōu)選的至少80% 是不包括泡沫的固化樹脂。通常,在低壓下,加強(qiáng)構(gòu)件最靠近纖維氈的部分與纖維氈相隔小 于3mm、例如大約2mm。優(yōu)選地,術(shù)語“在...上方”指的是“在...之上”。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,加強(qiáng)構(gòu)件是包括固化樹脂的纖維增強(qiáng)構(gòu)件。這導(dǎo)致形成的渦輪葉片半部是輕的,并且由熱表現(xiàn)(由于溫度而膨脹/收縮)在4很大的程度上相似的部件組成。樹脂優(yōu)選地為相同的類型,即包括涉及固化反應(yīng)的相同類 型的化學(xué)族。這增強(qiáng)了殼與加強(qiáng)構(gòu)件的結(jié)合。通常,固化樹脂與用于渦輪葉片半部的相同。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,纖維增強(qiáng)構(gòu)件包括基部,該纖維增強(qiáng)構(gòu)件是在緊靠基部存在表 面區(qū)域增大的襯里的同時(shí)固化的樹脂,并且該方法包括在將加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置在模具中的纖維 氈上之前移除襯里的步驟。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,加強(qiáng)構(gòu)件包括長形基部、從所述基部延伸的縱向壁、和在所述壁 的與所述壁從基部延伸的位置相對(duì)的邊緣處從所述壁延伸的凸緣。這樣的凸緣可以并且將用于將其結(jié)合至第二渦輪葉片半部的對(duì)應(yīng)凸緣,以形成渦 輪葉片。這增大兩半部的加強(qiáng)構(gòu)件接合的表面區(qū)域,并因此提高強(qiáng)度。與基部大致平行的 凸緣便于可固化樹脂的涂覆。更優(yōu)選地,使用加強(qiáng)構(gòu)件,其具有長形基部;在所述長形基部的相對(duì)的邊緣處從所述長形基部延伸的兩個(gè)縱向壁;其中,各縱向壁具有從相應(yīng)的壁延伸的凸緣,所述凸緣彼此遠(yuǎn)離地延伸。因此,能提供非常簡單然而堅(jiān)固并且硬的渦輪葉片半部。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,渦輪葉片殼具有前緣和后緣,并且凸緣具有背離基部的凸緣區(qū) 域,所述凸緣區(qū)域處于由前緣和后緣限定的平面中。凸緣連接至另一渦輪葉片半部的相對(duì)凸緣。由于在使用期間經(jīng)受風(fēng)力,在接合處 的剪切載荷最小,所以這允許具有增強(qiáng)的強(qiáng)度的渦輪葉片的制造。根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例,加強(qiáng)構(gòu)件通過雙面密封劑層附連至密封膜。這是獲得令人滿意的密封以在低壓下執(zhí)行樹脂的引入的非常便利的方式,該壓力 通常約為大氣壓力的2%。為了以最實(shí)用的方式工作,加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置有雙面密封劑層,因而 制造渦輪葉片半部的人們只需要使用密封膜。密封劑層是特殊類型的雙面膠帶,其是無孔 的并為此能夠維持真空。本發(fā)明涉及一種能利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的渦輪葉片半部。本發(fā)明還涉及一種制造風(fēng)力渦輪葉片的方法,其中,通過如下步驟獲得風(fēng)力渦輪 葉片半部使用于渦輪葉片殼的模具設(shè)置有纖維氈;設(shè)置加強(qiáng)構(gòu)件,其包括基部、從所述基部延伸的壁、和在模具中的纖維氈上方在所 述壁的與所述壁從所述基部延伸的位置相對(duì)的邊緣處從所述壁延伸的凸緣;在纖維氈上方并緊靠加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置不透氣的密封膜;在低壓下將可固化的樹脂引入包括在加強(qiáng)構(gòu)件下方的區(qū)域中的纖維氈;以及使樹脂固化,以形成渦輪葉片半部,所述渦輪葉片半部包括通過固化樹脂附連至加強(qiáng)構(gòu)件的渦輪葉片殼并具有前緣 和后緣,所述渦輪葉片半部連接至第二渦輪葉片半部,使得兩個(gè)半部的前緣和所述兩個(gè)半 部的后緣被連接,并且第一渦輪葉片半部的加強(qiáng)構(gòu)件的凸緣連接至第二渦輪葉片半部。至少就所關(guān)心的前緣和后緣而言,第二渦輪葉片半部的周邊是第一渦輪葉片半部 的鏡像,即周邊一致(具有相同的尺寸和形狀)。優(yōu)選地還根據(jù)本發(fā)明利用生產(chǎn)渦輪葉片半 部的方法制造第二渦輪葉片半部。
根據(jù)一重要的實(shí)施例,各渦輪葉片半部包括具有凸緣的加強(qiáng)構(gòu)件,并且連接相對(duì) 的渦輪葉片半部的凸緣。這形成非常堅(jiān)固的風(fēng)力渦輪葉片。通常,利用可固化的樹脂連接半部。除了該可固化的樹脂包含填料以增強(qiáng)其粘性以外,該可固化的樹脂優(yōu)選地與用于 制造渦輪葉片半部的樹脂相同。另外地或替代性地,該可固化的樹脂可具有較高的分子量。對(duì)于制造渦輪葉片半部的方法所討論的所有優(yōu)選的實(shí)施例可等同地適用于制造 渦輪葉片的方法,并由本申請所保護(hù),但僅為了簡潔起見不再進(jìn)一步重復(fù)。最后,本發(fā)明涉及一種能利用根據(jù)本發(fā)明的方法制造的渦輪葉片。
現(xiàn)在將參考
本發(fā)明,其中圖Ia-Id以橫斷面視圖示出渦輪葉片半部的制造中的步驟;圖2示出圖1的葉片的頂視圖;以及圖3示出渦輪葉片的制造中的步驟。
具體實(shí)施例方式參考圖Ia-Id詳述制造玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的風(fēng)力渦輪葉片半部1的方法。生 產(chǎn)玻璃纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂的渦輪葉片半部1、2的技術(shù)在本領(lǐng)域?yàn)榇蠹宜熘虼?,說明 將集中在根據(jù)本發(fā)明的方法與已知方法不同的方面。圖Ia示出用于風(fēng)力渦輪葉片殼1的模具3。模具3設(shè)置有玻璃纖維氈4。還可使 用其他類型的氈、諸如由超強(qiáng)力纖維制成的氈。在玻璃纖維氈之上,設(shè)置有具有比玻璃纖維 氈4松散的結(jié)構(gòu)的也稱為浸漬網(wǎng)狀物的另一氈5(圖lb)。該另一氈5可以由或可以不是由 諸如玻璃纖維、碳纖維、Dyneema 等的增強(qiáng)材料制成。在該另一氈5之上設(shè)置有U形梁6,該U形梁6具有長形基部7 (圖幻、在基部7 的長度上延伸的兩個(gè)側(cè)壁8、8'以及凸緣9、9'。該另一氈5幫助確保環(huán)氧樹脂將達(dá)到玻 璃纖維氈4的每個(gè)部分,即使其在U形梁6之下。U形梁6為加強(qiáng)構(gòu)件,并向完成的渦輪葉 片123提供提高的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和幫助維持其空氣動(dòng)力形狀。如本領(lǐng)域所知的,U形梁6由玻 璃纖維氈和環(huán)氧樹脂制成。環(huán)氧樹脂可以與在基部的與側(cè)壁相對(duì)的側(cè)面處存在的紋理剝離 層(例如單股尼龍剝離層)接觸的方式被固化。在將U形梁6設(shè)置于該另一氈5之上之前 移除該剝離層(未示出),以提供表面區(qū)域增大的粗糙表面,從而隨后在處理中增強(qiáng)U形梁 6與環(huán)氧樹脂之間的粘著強(qiáng)度。通過正好在將U形梁6設(shè)置在該另一氈5之上之前移除剝 離層,粗糙表面區(qū)域不會(huì)被污染(諸如灰塵、油脂等)。在將U形梁6設(shè)置在該另一氈5之上之前,使該U形梁6設(shè)置有雙面密封劑層10、 10'。密封劑層10、10'合適地為非硫化丁基橡膠。其作為兩防粘襯里之間的非硫化丁基 橡膠層被銷售。通常,渦輪葉片半部1的殼11為復(fù)合材料,通常為纖維氈增強(qiáng)固化樹脂層12、泡沫 層13和另一纖維氈增強(qiáng)固化樹脂層14的夾層。然而,對(duì)于最堅(jiān)固的風(fēng)力渦輪葉片123,重 要的是,加強(qiáng)構(gòu)件6在樹脂大的有效橫截面積(與殼11平行的橫截面積)上與浸漬在最靠6近模具3的纖維氈4中的樹脂直接并且充分地接觸。通常,具有在加強(qiáng)元件下方延伸的泡 沫層13是不合需要的。如果在基部7下方的足夠的表面區(qū)域?yàn)楣袒瘶渲?,則這是可接受的 但仍不值得推薦。為了便于空氣的排空和環(huán)氧樹脂的引入,Ω形輪廓15通過其開放側(cè)設(shè)置到玻璃 纖維氈上(圖lc),所述Ω形輪廓15用作用于運(yùn)輸和分配可固化樹脂的通道。如果使用泡 沫層13,則其包含通孔(未示出),以允許可固化的樹脂傳到最靠近模具3的纖維氈4。然 而,泡沫13本身可以是無孔泡沫,以獲得最佳的強(qiáng)度。隨后,用一次性塑料膜17覆蓋玻璃纖維氈4(或玻璃纖維氈4、泡沫層13和另一 玻璃纖維氈層16的夾層)和Ω形輪廓。利用雙面密封劑層10、10'使塑料膜17相對(duì)于U 形梁6密封。利用真空泵(未示出)從塑料膜17下面去除空氣(箭頭),并在維持真空的 同時(shí)引入可固化的環(huán)氧樹脂。環(huán)氧樹脂穿過塑料膜17之下所有的空隙,以進(jìn)入玻璃纖維氈 4和該另一氈5。隨后,以高溫(例如75°C )使環(huán)氧樹脂固化。這不僅導(dǎo)致渦輪葉片殼11 固化,而且同時(shí)將渦輪葉片殼11結(jié)合至U形梁6。由于不再需要冷卻殼、涂覆環(huán)氧樹脂和U 形梁、以及加熱組件以使環(huán)氧樹脂固化,所以節(jié)省了寶貴的時(shí)間。在使可固化的樹脂固化之后,通過加熱模具3去除塑料膜17和Ω形輪廓15。圖2示出渦輪葉片半部1的頂視圖,其中U形梁6在渦輪葉片半部1長度的大部 分上延伸。生產(chǎn)渦輪葉片123可簡單地通過如下步驟實(shí)現(xiàn)利用根據(jù)本發(fā)明的上述方法制造 兩個(gè)渦輪葉片半部1、2,將含填料的環(huán)氧樹脂涂覆在渦輪葉片半部1的形成接觸的表面處、 尤其是兩個(gè)渦輪葉片半部1、2中的至少一個(gè)的U形梁6的凸緣9、9'以及前緣18和后緣 19,隨后將渦輪葉片半部1、2彼此相對(duì)設(shè)置和使環(huán)氧樹脂固化。通過加熱模具3、3'使環(huán)氧 樹脂固化。如圖3中所看到的,凸緣9、9'在由前緣18和后緣19限定的平面中具有表面。凸 緣9、9'本身提供較大的表面區(qū)域(結(jié)合區(qū)域20、20'),以使渦輪葉片半部1、2結(jié)合在一 起。結(jié)合本身處于在渦輪葉片123中的力平均起來比U形梁6中的別處小的位置,形成較 堅(jiān)固的風(fēng)力渦輪葉片123。權(quán)利要求
1.一種通過樹脂浸漬模制生產(chǎn)渦輪葉片半部(1、2)的方法,所述方法包括以下步驟 在用于渦輪葉片殼(11)的模具(3)中設(shè)置纖維氈;將加強(qiáng)構(gòu)件(6)設(shè)置在所述模具(3)中的所述纖維氈(4)上方; 將不透氣的密封膜(17)設(shè)置在所述纖維氈(4)上方并緊靠所述加強(qiáng)構(gòu)件(6); 在低壓下將可固化的樹脂引入所述纖維氈中,包括在所述加強(qiáng)構(gòu)件(6)下方的區(qū) 域中的所述纖維氈中;以及使所述樹脂固化,以形成渦輪葉片半部(1、2),所述渦輪葉片半部(1、2)包括通過已固 化的樹脂附連至所述加強(qiáng)構(gòu)件(6)的渦輪葉片殼(11)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述加強(qiáng)構(gòu)件是包括固化樹脂的纖維增強(qiáng)構(gòu)件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述纖維增強(qiáng)構(gòu)件包括基部(7),所述纖維增強(qiáng) 構(gòu)件是在一表面區(qū)域增大的襯里緊靠所述基部存在時(shí)被固化的樹脂,并且所述方法包括在 將所述加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置在所述模具(3)中的所述纖維氈(4)上方之前移除所述襯里的步驟。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述加強(qiáng)構(gòu)件(6)包括長形基部 (7),從所述基部(7)延伸的縱向壁(8、8'),以及在所述壁(8、8')的、與所述壁(8、8') 從所述基部(7)延伸的位置相對(duì)的邊緣處、從所述壁(8、8')延伸的凸緣(9、9')。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法,其中,使用加強(qiáng)構(gòu)件(6),該加強(qiáng)構(gòu)件具有 長形基部(7);在所述長形基部(7)的相對(duì)的邊緣處從所述長形基部(7)延伸的兩個(gè)縱向壁(8、 8');其中,每個(gè)所述縱向壁(8、8')具有從相應(yīng)的所述壁(8、8')延伸的凸緣(9、9'), 所述凸緣(9、9')彼此遠(yuǎn)離地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法,其中,所述渦輪葉片殼(11)具有前緣(18)和后緣 (19),并且所述凸緣(9、9')具有背離所述基部(7)的凸緣區(qū)域O0、20'),所述凸緣區(qū)域 (20,20')處于由所述前緣(18)和所述后緣(19)限定的平面中。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法,其中,所述加強(qiáng)構(gòu)件(6)通過雙面密封劑 層(10、10')附連至所述密封膜(17)。
8.—種能夠利用根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法制造的渦輪葉片半部。
9.一種制造風(fēng)力渦輪葉片(123)的方法,其中,通過如下步驟獲得第一渦輪葉片半部⑴在用于渦輪葉片殼的模具中設(shè)置纖維氈;設(shè)置加強(qiáng)構(gòu)件,該加強(qiáng)構(gòu)件包括基部,從所述基部延伸的壁,以及在所述模具中在所 述纖維氈上方、在所述壁的與所述壁從所述基部延伸的位置相對(duì)的邊緣處、從所述壁延伸 的凸緣;將不透氣的密封膜設(shè)置在所述纖維氈上方并緊靠所述加強(qiáng)構(gòu)件; 在低壓下將可固化的樹脂引入所述纖維氈中,包括在所述加強(qiáng)構(gòu)件下方的區(qū)域中的所 述纖維氈中;以及使樹脂固化,以形成第一渦輪葉片半部,所述第一渦輪葉片半部包括通過已固化的樹 脂附連至所述加強(qiáng)構(gòu)件的渦輪葉片殼,所述第一渦輪葉片半部還具有前緣和后緣,所述第一渦輪葉片半部(1)連接至一第二渦輪葉片半部O),使得兩個(gè)半部的前緣和 所述兩個(gè)半部的后緣被連接,并且所述第一渦輪葉片半部的所述加強(qiáng)構(gòu)件的所述凸緣連接 至所述第二渦輪葉片半部。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法,其中,每個(gè)渦輪葉片半部均包括具有凸緣的加強(qiáng)構(gòu) 件,并使相對(duì)的各渦輪葉片半部的所述凸緣相連接。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的方法,其中,利用可固化的樹脂使所述第一渦輪葉片半 部和所述第二渦輪葉片半部相連接。
12.一種能夠利用權(quán)利要求9至11中任一項(xiàng)制造的渦輪葉片。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種利用樹脂浸漬模制生產(chǎn)渦輪葉片半部(1、2)的方法。根據(jù)本發(fā)明,所述方法包括步驟在用于渦輪葉片殼的模具(3)中設(shè)置纖維氈(4);將加強(qiáng)構(gòu)件(6)設(shè)置在模具中的纖維氈上;在纖維氈上并緊靠加強(qiáng)構(gòu)件設(shè)置不透氣的密封層(17);在低壓下將可固化的樹脂引入包括在加強(qiáng)構(gòu)件下方的區(qū)域中的纖維氈;和使樹脂固化以形成渦輪葉片半部,所述渦輪葉片半部包括附連至加強(qiáng)構(gòu)件的渦輪葉片殼。本發(fā)明還涉及一種渦輪葉片半部、一種生產(chǎn)渦輪葉片(123)的方法、并涉及一種渦輪葉片。
文檔編號(hào)B29D99/00GK102056730SQ200980117740
公開日2011年5月11日 申請日期2009年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月16日
發(fā)明者G·J·萬辛克 申請人:湘電達(dá)爾文有限責(zé)任公司