用于制造風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子葉片的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子葉片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)代風(fēng)力渦輪轉(zhuǎn)子葉片通過(guò)將纖維增強(qiáng)復(fù)合物結(jié)合諸如輕木或塑料泡沫的芯部構(gòu)件而構(gòu)造成。
[0003]例如，EP 2 123 431 Al描述了一種使用真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)工藝來(lái)制造轉(zhuǎn)子葉片的方法。在該制造工藝的第一步驟中，纖維材料被分別鋪設(shè)在模具的上部部分和下部部分上。纖維材料通過(guò)從下面施加的真空被緊固就位。然后，模具芯部被覆蓋在真空袋中并且與腹板(也公知為剪切腹板)一起被設(shè)置在模具的下部部分中。接下來(lái)，模具的上部部分以及纖維材料繞其縱向軸線被轉(zhuǎn)動(dòng)180度并且被設(shè)置到位，使得該模具被關(guān)閉。在另一步驟中，真空被施加在模具芯部與模具之間的空間中。然后，注入樹脂。當(dāng)樹脂已經(jīng)固化時(shí)，移除模具芯部，并且模具被打開并且固化葉片從模具被移除。
[0004]通常用于該工藝中的腹板在單獨(dú)工藝中被制造。根據(jù)所述單獨(dú)工藝，輕木板被覆蓋以纖維材料。該纖維材料被注入樹脂。一旦樹脂已經(jīng)固化，則包括纖維增強(qiáng)樹脂和輕木芯部的固化腹板可從相應(yīng)模具被取出。
[0005]對(duì)于一些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要使得腹板在一端處具有凹槽。該凹槽構(gòu)造成確保負(fù)載進(jìn)出該轉(zhuǎn)子葉片的平滑傳遞，也就是說(shuō)，所述凹槽避免由幾何尺寸的急劇變化引起的應(yīng)力集中。該凹槽被機(jī)加工在所述腹板的所述端部中。在該過(guò)程中，大約60至100 kg的腹板材料需要被移除，這需要大量的人力并且導(dǎo)致了浪費(fèi)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于制造風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子葉片的改進(jìn)方法。
[0007]因此，提供用于制造風(fēng)力渦輪的轉(zhuǎn)子葉片的方法。所述方法包括:a)將纖維材料的第一敷層設(shè)置在模具內(nèi)側(cè)，所述第一敷層對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子葉片的翼型；b)在將所述芯部構(gòu)件設(shè)置在所述模具中之前和/或之后，將纖維材料的第二敷層設(shè)置在芯部構(gòu)件上，所述第二敷層包括對(duì)應(yīng)于所述轉(zhuǎn)子葉片的腹板的芯部構(gòu)件，所述芯部構(gòu)件包括構(gòu)造成確保將負(fù)載平滑地傳送進(jìn)出所述腹板的凹槽；以及c)固化浸漬所述第一和第二敷層的纖維材料的樹脂，以形成所述轉(zhuǎn)子葉片。
[0008]所述方法的有利之處在于，不再需要在固化腹板中機(jī)加工出凹槽，因此節(jié)省了人力并且避免浪費(fèi)。更確切地說(shuō)，凹槽被設(shè)置在芯部構(gòu)件中，并且干或濕(即，用樹脂浸漬)且因此柔性的第二纖維敷層被提供，以便遵循凹槽的幾何尺寸。例如，芯部構(gòu)件可包括木頭或塑料泡沫，例如聚氯乙烯(PVC)、聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)、聚對(duì)苯二甲酸丁酯(PBT)或聚氨基甲酸乙酯(PU)。這兩種材料都可容易地設(shè)置有凹槽。例如，芯部構(gòu)件可機(jī)加工(尤其是，鋸)成具有所需形狀?；蛘咴谟绕涫桥菽那闆r下，芯部構(gòu)件可被澆鑄成具有凹槽的期望形狀。此外，芯部構(gòu)件可包括多個(gè)芯部元件，所述芯部元件可以某種方式被連接以形成所需形狀。
[0009]用于第一和第二敷層的纖維材料可包括不同形狀和成分的纖維材料。例如，纖維材料可包括纖維、粗紗、纖維墊、纖維織物、紡織纖維或纖維氈的敷層。纖維可以單向地設(shè)置成雙軸構(gòu)造或任何其他構(gòu)造。纖維可包括例如玻璃纖維、碳纖維和/或聚酰胺纖維。纖維材料可以預(yù)浸狀態(tài)(所謂的預(yù)浸材料)或未浸狀態(tài)被供應(yīng)。在后者情況下，纖維材料在步驟(c)之前用樹脂進(jìn)行浸漬。例如，樹脂可在樹脂傳遞模塑(RTM)或真空輔助樹脂傳遞模塑(VARTM)工藝中被注入到纖維材料中。例如在VARTM工藝中，包括纖維材料的第一和第二敷層以及芯部構(gòu)件被覆蓋在真空袋中。在另一步驟中，真空被施加在真空袋和模具之間的區(qū)域中。然后，樹脂被注入到所述區(qū)域中。在樹脂被凝固或被固化(通常通過(guò)添加外部熱量)之后，真空袋和/或模具被移除，并且獲得最終轉(zhuǎn)子葉片。當(dāng)然，當(dāng)使用預(yù)浸材料時(shí)，不需要用樹脂來(lái)注入纖維材料。
[0010]通常，模具可以是打開或關(guān)閉模具。例如，模具可包括一個(gè)或多個(gè)部分，尤其是下部部分和上部部分。
[0011]在本文中，“未固化”是指樹脂根本未被硬化和/或交聯(lián)或者沒(méi)有被硬化和/或交聯(lián)達(dá)顯著的程度。“固化”或“凝固”是指樹脂被硬化和/或交聯(lián)至使得纖維增強(qiáng)樹脂的形狀將不再會(huì)改變或者不再顯著地改變的程度。
[0012]可被用于浸漬纖維材料的樹脂的示例是環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯或任何其他合適的熱塑性或硬質(zhì)塑性材料。
[0013]在將芯部構(gòu)件設(shè)置在模具中之前“和”之后將纖維材料的第二敷層設(shè)置在芯部構(gòu)件上的步驟意味著:在將芯部構(gòu)件設(shè)置在模具中之前，將第二敷層的第一部分設(shè)置在芯部構(gòu)件上；以及在將芯部構(gòu)件設(shè)置在模具中之后，將第二敷層的第二部分設(shè)置在芯部構(gòu)件上。在將芯部構(gòu)件設(shè)置在模具中之前將第二敷層設(shè)置在芯部構(gòu)件上可能由于改進(jìn)的可通達(dá)性而使得鋪設(shè)過(guò)程容易進(jìn)行。
[0014]根據(jù)另一實(shí)施例，具有凹槽的芯部構(gòu)件在步驟b)之前可能已經(jīng)包括固化的纖維增強(qiáng)塑性材料。在該情況下，第二敷層在芯部構(gòu)件上形成纖維材料的附加層。
[0015]步驟a)或b)中第一和/或第二敷層的纖維材料可以是干的或濕的。
[0016]“敷層”在本文中被限定為纖維材料的一個(gè)或多個(gè)層。
[0017]“a)”、“b)”和“c)”并不暗含方法步驟的固定順序。而是，步驟a)至c)可以按照本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的不同順序被執(zhí)行。
[0018]根據(jù)另一實(shí)施例，凹槽具有拋物線或半圓形狀。
[0019]這些形狀導(dǎo)致腹板尖端朝向葉片的根部逐漸地縮小。這改善了將負(fù)載傳送進(jìn)出所述腹板。
[0020]根據(jù)另一實(shí)施例，芯部構(gòu)件包括至少兩個(gè)互鎖元件。
[0021]互鎖優(yōu)選地通過(guò)彼此接合的至少兩個(gè)元件來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過(guò)提供同時(shí)與這兩個(gè)元件接合的第三元件來(lái)實(shí)現(xiàn)?？墒褂脴?biāo)準(zhǔn)原材料，例如木板。具體地，互鎖元件可均由單個(gè)輕木木板來(lái)制成。此外，芯部構(gòu)件可在現(xiàn)場(chǎng)(即，在模具處或在模具中)被組裝。
[0022]根據(jù)另一實(shí)施例，兩個(gè)互鎖元件包括舌部和溝槽接頭，和/或由鎖定元件同時(shí)地接合。
[0023]根據(jù)另一實(shí)施例，芯部構(gòu)件包括基部區(qū)段和兩個(gè)尖端區(qū)段，所述基部區(qū)段和兩個(gè)尖端區(qū)段至少部分地限定凹槽，其中所述兩個(gè)尖端區(qū)段與所述基部區(qū)段互鎖。
[0024]因此，可以以容易的方式來(lái)獲得凹槽。此外，這允許兩個(gè)尖端區(qū)段例如在該制造過(guò)程的不同階段中被安裝到該基部區(qū)段。
[0025]根據(jù)另一實(shí)施例，芯部構(gòu)件和/或至少兩個(gè)互鎖元件由木頭和/或泡沫制成。
[0026]例如，可使用膠合板、PET或PU。
[0027]根據(jù)另一實(shí)施例，芯部構(gòu)件和/或至少兩個(gè)互鎖元件由平面材料制成。
[0028]這很好地對(duì)應(yīng)于腹板的平面形狀。
[0029]根據(jù)另一實(shí)施例，步驟b)包括:通過(guò)使用訂書釘將第二敷層的纖維材料的層緊固到芯部構(gòu)件。
[0030]因此可防止所述層相對(duì)于芯部構(gòu)件或芯部元件的運(yùn)動(dòng)或錯(cuò)位。此外，所述芯部構(gòu)件或芯部元件能夠利用纖維材料來(lái)預(yù)包裝，并且被容易地運(yùn)輸?shù)侥＞叩牟课弧?br>[0031]根據(jù)另一實(shí)施例，步驟b)包括:至少部分地通過(guò)使得纖維材料的層延伸超出相應(yīng)尖端區(qū)段而覆蓋限定所述凹槽的芯部構(gòu)件的尖端區(qū)段。
[0032]所述層可沿尖端區(qū)段的側(cè)向和/或長(zhǎng)度方向延伸超出所述尖端區(qū)段。這降低了在腹板的相應(yīng)尖端處從翼型的內(nèi)表面剝離的風(fēng)險(xiǎn)。
[0033]根據(jù)另一實(shí)施例，至少兩個(gè)互鎖元件中的一者在模具外側(cè)利用纖維材料來(lái)覆蓋，并且所述至少兩個(gè)互鎖元件中的另一者在所述模具內(nèi)側(cè)利用纖維材料來(lái)覆蓋。
[0034]這提供了具有高靈活性的工藝。
[0035]根據(jù)另一實(shí)施例，其中在模具外側(cè)利用第二敷層的層來(lái)覆蓋的至少兩個(gè)互鎖元件中的所述一者是芯部構(gòu)件的尖端區(qū)段。
[0036]可能有利的是僅在設(shè)置好基部區(qū)段和下部尖端區(qū)段以及在模具內(nèi)側(cè)支撐其的芯部構(gòu)件之后才安裝上部尖端區(qū)段。
[0037]根據(jù)另一實(shí)施例，其中步驟b)包括:將至少一個(gè)支撐元件設(shè)置在芯部構(gòu)件與第一和/或第二敷層之間。
[0038]所述支撐元件可向芯部構(gòu)件和/或纖維材料提供支撐。
[0039]根據(jù)另一實(shí)施例，至少一個(gè)支撐元件具有用于接收芯部構(gòu)件的相應(yīng)邊緣的溝槽。
[0040]至少一個(gè)支撐元件可具有三角形截面，所述三角形截面具有形成在其尖端部分中的溝槽。
[0041]根據(jù)另一實(shí)施例，其他芯部構(gòu)件在模具內(nèi)側(cè)被設(shè)置在芯部構(gòu)件的任一側(cè)上，以用于支撐所述芯部構(gòu)件。
[0042]根據(jù)另一實(shí)施例，尖端區(qū)段和/或相應(yīng)支撐元件僅在所述其他芯部構(gòu)件被設(shè)置在所述模具內(nèi)側(cè)之后才與所述基部區(qū)段互鎖。
[0043]“風(fēng)力渦輪”目前指代將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)能量的設(shè)備，該旋轉(zhuǎn)能量可通過(guò)該設(shè)備再次被轉(zhuǎn)換為電能。
[0044]本發(fā)明的進(jìn)一步可能的實(shí)施方式或替代性方案還包括針對(duì)所述實(shí)施例在上文或下文描述的特征的組合，這種組合在本文未被明確地提出。本領(lǐng)域技術(shù)人員還可將單個(gè)或孤立的方面和特征添加到本發(fā)明的最基本形式。
【附圖說(shuō)明】
[0045]本發(fā)明的進(jìn)一步目的、特征和優(yōu)勢(shì)從后述說(shuō)明和所附權(quán)利要求書結(jié)合附圖將顯而易見，在附圖中:
圖1是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪的透視圖；
圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的根部末端的透視圖；
圖3示出了用于制造圖2的轉(zhuǎn)子葉片的腹板的芯部構(gòu)件的透視圖；
圖4是圖3的芯部構(gòu)件的尖端部段的透視圖；
圖5示出了根據(jù)用于制造圖2的轉(zhuǎn)子葉片的方法的實(shí)施例的VARTM工藝的截面圖；
圖6示出了圖3的放大圖VI，其中，視圖VI還對(duì)應(yīng)于當(dāng)芯部構(gòu)件被設(shè)置在模具內(nèi)側(cè)時(shí)沿圖3的截面線V1-VI截取的截面；以及
圖7示出了根據(jù)用于制造風(fēng)力渦輪的部件的方法的實(shí)施例的流程圖。
[0046]在附圖中，相同的附圖標(biāo)記指代相同或功能等效的元件，除非另有聲明。
【具體實(shí)施方式】
[0047]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪I。
[0048]風(fēng)力渦輪I包括連接到發(fā)電機(jī)(未示出)的轉(zhuǎn)子2，該發(fā)電機(jī)設(shè)置在機(jī)艙3內(nèi)側(cè)。機(jī)艙3被設(shè)置在風(fēng)力渦輪I的塔4的上端處。
[0049]轉(zhuǎn)子2包括三個(gè)葉片5。這類轉(zhuǎn)子2可能具有范圍在例如從30至160米的直徑。葉片5經(jīng)受高風(fēng)力負(fù)載。與此同時(shí)，葉片5需要是輕質(zhì)的。出于這些原因，現(xiàn)代風(fēng)力渦輪I中的葉片5由纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成。在本文中，出于成本原因，玻璃纖維相比碳纖維來(lái)說(shuō)通常是優(yōu)選的。此外，葉片5均包括由輕材料制成的一個(gè)或多個(gè)芯部構(gòu)件，以減少葉片5的重量。在葉片5的制造期間以及在風(fēng)力渦輪I的操作期間，芯部構(gòu)件也向纖維敷層提供支撐。
[0050]圖2示出了圖1的其中一個(gè)葉片5的根部末端6的透視圖。
[0051]葉片5包括包封空間8的外殼或翼型7。空間8內(nèi)側(cè)的腹板9沿葉片5的縱向方向延伸。腹板9沿相對(duì)邊緣10、11連接到翼型7的內(nèi)表面12。
[0052]腹板9具有在其面朝葉片根部的末端中形成的凹槽13。凹槽13具有由基部區(qū)段14和尖端區(qū)段15、16限定的拋物線形狀，所述尖端區(qū)段15、16從基部區(qū)段14朝向內(nèi)表面1