專利名稱：風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片、風(fēng)力渦輪機和轉(zhuǎn)子葉片制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，其由轉(zhuǎn)子葉根大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖，包括單件式或多件式的至少部分地由纖維復(fù)合材料制造的外殼以及至少一個帶子，其在轉(zhuǎn)子葉片中大致布置在轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向上，其中，該至少一個帶子具有由纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層，該纖維復(fù)合材料具有沿帶子的縱向延伸方向定向的單向纖維。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機，以及一種用于制造用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的方法。
背景技術(shù)：
通常來說，用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片以兩個外殼來構(gòu)建，即用于轉(zhuǎn)子葉片吸力面的外殼和用于轉(zhuǎn)子葉片壓力面的外殼。兩個半殼隨后被拼合且粘結(jié)。轉(zhuǎn)子葉片的外殼通常至少部分地基于纖維復(fù)合材料。為此，在可能的制造方法中使用了多個薄纖維束的層。其可首先以干燥的方式置入到模具中，且隨后借助于樹脂注入技術(shù)來被提供樹脂。備選地可使用所謂的“預(yù)浸帶”(“預(yù)先浸漬的纖維”)，即預(yù)先飽和的纖維。在此，其是平整的半成品，其中纖維已被嵌入到由樹脂構(gòu)成的層中。在構(gòu)造了由預(yù)浸帶構(gòu)成的外殼之后，對外殼施加負壓且加熱，從而使預(yù)浸帶層的樹脂結(jié)合成牢固地相連的樹脂塊。通常來說，對于外殼而言使用不同定向的纖維束。用于構(gòu)建外殼的層中的纖維定向通常相對于轉(zhuǎn)子葉片的縱軸線為士45°，即一部分為+45°而另一部分為-45°。這樣的纖維束也稱作“2AX45”層。當(dāng)在本發(fā)明的范疇中談到例如0°或45°的度數(shù)時，則在現(xiàn)有技術(shù)的描述和本發(fā)明的描述中均包括如下情況，即，特定的制造公差和在較小度數(shù)內(nèi)的與精確的0°位置或 45°位置的偏差。通常的制造公差局部來說直至2°至5°。纖維復(fù)合材料由于其中所嵌入的玻璃纖維、碳纖維或塑料纖維而在纖維定向的方向上具有較高的抗拉強度。因此，將“2AX45”層用于轉(zhuǎn)子葉片的外殼會引起如下后果，SP外殼就對抗沖擊方向上的負載而言具有相對較小的剛性。因此，外殼例如在對抗風(fēng)暴時是松軟的，這會使得轉(zhuǎn)子葉片從轉(zhuǎn)子葉片平面中偏轉(zhuǎn)出去。在此，轉(zhuǎn)子葉片優(yōu)選地在垂直于布置在轉(zhuǎn)子葉片輪廓的前緣與后緣之間的平面的方向上彎曲。在轉(zhuǎn)子葉片的輪廓橫截面中，該平面也被稱作“弦”。為了承受這些力，外殼具有在轉(zhuǎn)子葉片的縱向上延伸的帶子(Gurt)。這些帶子尤其用于轉(zhuǎn)子葉片的抗彎強度，并與同樣布置且固定在轉(zhuǎn)子葉片內(nèi)部的接片相結(jié)合地構(gòu)成了轉(zhuǎn)子葉片的支承結(jié)構(gòu)。承受且傳遞這些力的帶子具有纖維束，其具有在0°方向上的定向， 即平行于轉(zhuǎn)子葉片的縱軸線。帶子在轉(zhuǎn)子葉片中通常作為主帶子而在轉(zhuǎn)子葉片的吸力面處和壓力面處的外殼內(nèi)側(cè)處延伸。可選地，帶子經(jīng)常額外地設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的前緣處，并且必要時設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片的后緣處，它們同樣沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸?？蛇x的帶子在轉(zhuǎn)子葉片的弦平面中承受朝轉(zhuǎn)子葉片的彎曲力。
風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片中的主帶子通常以樹脂注入技術(shù)或由預(yù)浸帶層來構(gòu)造，以便于達到轉(zhuǎn)子葉片所必需的縱向剛度。該必需的縱向剛度由作用于轉(zhuǎn)子葉片上的負荷以及例如塔架間隙的參數(shù)、即轉(zhuǎn)子葉尖至塔架外壁的間距得出。按照轉(zhuǎn)子葉片的大小來置入不同數(shù)量的層。因此，例如在50m長的轉(zhuǎn)子葉片中可使用多達90層的玻璃纖維增強層。通常來說，在轉(zhuǎn)子葉片的主帶子的構(gòu)建中使用纖維增強的單層，其具有增強纖維或者由相應(yīng)纖維構(gòu)成的束，其在由玻璃纖維粗紗構(gòu)成的約980g/m2的纖維層重量的情形中具有約0. 7mm的層厚度。由該束構(gòu)成的時效硬化的薄片在約為50%的纖維體積含量的情形中具有在縱向上約為39000N/mm2的彈性模量。在此，該薄片優(yōu)選由環(huán)氧樹脂構(gòu)成。在層厚度為0. 7mm的情形中，作為彈性模量與單層厚度的乘積得出約為27300N/mm的縱向剛度。備選地，主帶子同樣可具有由碳纖維增強的單層構(gòu)成的層，其例如在由碳纖維粗紗構(gòu)成的約500g/m2的纖維面重量且在薄片中在縱向上具有約128200N/mm2的彈性模量的情形中具有每個單層為0.45mm的厚度。相應(yīng)的層具有約57690N/mm的剛度。偶爾同樣會使用具有直至1. 5mm厚度的較厚的層。主帶子且必要時處在轉(zhuǎn)子葉片的前緣和后緣處的帶子通常在葉根的區(qū)域中進入到轉(zhuǎn)子葉片中達3cm至8cm的厚度，且寬度為5cm至lm。因為由轉(zhuǎn)子葉尖至轉(zhuǎn)子葉根在轉(zhuǎn)子葉片的長度上累積的彎曲力朝向轉(zhuǎn)子輪轂導(dǎo)出，所以帶子的厚度在朝向轉(zhuǎn)子葉根的方向上是恒定的。由于變得更狹窄的位置情況和較小的累積彎曲力，帶子的厚度在朝向轉(zhuǎn)子葉尖的方向上逐漸減小。使用用于制造帶子的纖維增強的單層具有如下優(yōu)點，即可以確定支承結(jié)構(gòu)的高的強度和抗拉強度，然而帶子尤其是當(dāng)其由碳纖維或碳纖維粗紗制造時非常昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種轉(zhuǎn)子葉片以及一種用于制造轉(zhuǎn)子葉片的方法，其中能實現(xiàn)快速且低成本的制造，并且具有和已知轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)強度至少相當(dāng)或超過其的結(jié)構(gòu)強度。該目的通過一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片來實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子葉片由轉(zhuǎn)子葉根大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖，包括單件式或多件式的至少部分地由纖維復(fù)合材料制造的外殼以及至少一個帶子，其在轉(zhuǎn)子葉片中大致布置在轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向上，其中，該至少一個帶子具有由纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層，該纖維復(fù)合材料具有沿帶子的縱向延伸方向定向的單向纖維，其進一步構(gòu)成為，該至少一個帶子的厚度在葉根側(cè)截段中朝向葉根減小，其長度為帶子整體長度的至少3%，其中，外殼具有至少一個由帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料所構(gòu)成的層，其中，該層在沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸的至少一個截段中由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣。本發(fā)明以如下基本思想為依據(jù)，S卩，在轉(zhuǎn)子葉片的強度和抗拉強度不變或增加的情形中可以如下方式節(jié)省材料和重量并縮短轉(zhuǎn)子葉片的制造時間，即該至少一個帶子朝向葉根側(cè)端部在其端部之前已明顯地逐漸變細，即在其厚度上減小。由此出現(xiàn)的帶子在葉根側(cè)端部處的較小抗拉強度通過引入由纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層來阻止，該層具有同樣在0° 方向上定向的纖維，且在沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向的截段中在轉(zhuǎn)子葉片的整個延展上由輪廓的前緣延伸直至輪廓的后緣。
這樣的層也稱作“全弦UD”層，其中，“全弦”代表整個弦，即處于轉(zhuǎn)子葉片輪廓的前緣與后緣之間的線。在此，縮寫“UD”代表“單向”，即帶有在一方向上彼此平行地定向的纖維的層?！叭襏D”層給予外殼在縱向上較高的剛度，其能夠滿足帶子在葉根側(cè)端部處逐漸變細的情形。在這種情況下，外殼變得不是很重。在葉片長度為40m的情形中，在其中帶子朝向葉根逐漸變細的區(qū)域為至少大約1. 20m，或者為帶子長度的至少3%。“全弦UD”層具有另外的技術(shù)效果，即從帶子引入到外殼材料中的力大面積地分布于外殼上。因此，負載不再強烈地局部作用在較薄的外殼材料處，而是分布在較大的平面上。由此，必要時外殼可至少在帶子的區(qū)域中以相比目前可能的情況來說略微更薄的尺寸來制造。優(yōu)選地，該至少一個帶子的葉根側(cè)截段的長度為帶子整體長度的至少10%，尤其是至少15%，更好地是至少20%。這在長度超過50m的轉(zhuǎn)子葉片的情形中意味著截段的長度超過10m，在該截段內(nèi)帶子的厚度朝向葉根減小。這在使用碳纖維復(fù)合材料的情形中尤其意味著巨大的材料和成本節(jié)省，在“全弦UD”層與此相對地由玻璃纖維復(fù)合材料制造時尤其如此。優(yōu)選地，該至少一個沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸的截段(在該截段中，帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣)為轉(zhuǎn)子葉片長度的至少10%，尤其為至少30%。在此，被“全弦UD”層覆蓋的區(qū)域優(yōu)選地與在其中帶子的厚度減小的區(qū)域重疊。另外優(yōu)選的是，該至少一個沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸的截段(在該截段中，帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣)占據(jù)了轉(zhuǎn)子葉片長度的至少15%至30%的范圍，尤其是至少10%至 50%的范圍，更好地是至少8%至80%的范圍。這有利于轉(zhuǎn)子葉片的穩(wěn)定性。本發(fā)明可被有利地改進為至少一個帶子具有一個或多個由帶有沿帶子的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成的包裹層，其大致上完全覆蓋了帶子的頂面和 /或底面。在此，該包裹層包圍或覆蓋了帶子中的由纖維復(fù)合材料的斜面狀分級的層所構(gòu)成的部分。帶子朝向葉尖和朝向葉根的厚度減小在層結(jié)構(gòu)形式中由此產(chǎn)生了不同長度的層沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱軸線堆疊在分級地連續(xù)的位置處。這在帶子的下表面和/上表面中導(dǎo)致了一組階梯。這些階梯存在著風(fēng)險，即在強負載下在階梯處的膠合會松開，從而使得層被磨損且會威脅帶子的完整性。包裹層遮蓋了這些階梯并又與之牢固地連接，從而阻止單個層在其端部處的撕下或脫膠。本發(fā)明的一種有利實施方式在于，轉(zhuǎn)子葉片的外殼或外殼部件具有芯子，其具有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向延伸的空隙，在該空隙中布置有至少一個帶子。這樣的芯子通常由輕木或泡沫材料構(gòu)成。在根據(jù)本發(fā)明的改進方案中，根據(jù)本發(fā)明的帶子嵌入到芯子材料的空隙中，因此帶子本身埋入到外殼中。在該情況中有利的是，芯子和至少一個帶子與帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的至少一個層相連接，其至少部分地由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣。因此，芯子被根據(jù)本發(fā)明的全弦UD層直接覆蓋。帶子所承受的負載因此被直接引入到全弦UD層中，且在其上分布到轉(zhuǎn)子葉片上。通過該方式避
6免了外殼材料中的點狀負載。尤其優(yōu)選的是，帶有布置在其空隙中的至少一個帶子的芯子在兩側(cè)嵌入到單件式或多件式的外殼中。在該實施方式中得到了夾層結(jié)構(gòu)類型，其中在外殼的外部和內(nèi)部使用了帶有例如“2AX45”層的纖維復(fù)合材料，在它們之間布置了帶有在其中填入了帶子的芯子。對此額外地或備選地，在本發(fā)明的一種有利設(shè)計方案中作如下設(shè)置，即至少一個帶子布置在單件式或多件式外殼的內(nèi)側(cè)處。在此，在本發(fā)明的范疇中內(nèi)側(cè)理解為外殼的這樣一側(cè)，即其在制成的轉(zhuǎn)子葉片中是內(nèi)側(cè)且其通常具有凹面的拱形。該結(jié)構(gòu)形式至少當(dāng)在外殼的內(nèi)部中不存在芯子和帶子時可較簡單地且較快地制造，這是因為在帶子在制成狀態(tài)中或逐層被安裝在外殼的內(nèi)側(cè)處之前，外殼就已可被完成。在該情況中同樣是有利的是，至少一個帶子與帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的至少一個層相連接，該層至少部分地由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸至輪廓后緣。同樣地在該情況中，由帶子施加到外殼材料上的點狀負載被大面積地導(dǎo)入到外殼材料中，因此避免或減少了外殼中的有害的點狀負載。本發(fā)明所基于的目的進一步通過一種帶有根據(jù)本發(fā)明的上述轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機來實現(xiàn)。最后，本發(fā)明所基于的目的還通過一種用于制造用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的方法來實現(xiàn)，該轉(zhuǎn)子葉片由轉(zhuǎn)子葉根大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖，其中單件式或多件式的外殼至少部分地由纖維復(fù)合材料制造，并且在轉(zhuǎn)子葉片中大致布置在轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向上的至少一個帶子由帶有沿帶子的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層制造，且與單件式或多件式的外殼相拼合，其中進一步地，該至少一個帶子的厚度在葉根側(cè)截段中朝向葉根減小，其長度為帶子整體長度的至少3%，其中，該外殼設(shè)有至少一個帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層，該層在沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向伸展的至少一個截段中由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣。借助于該根據(jù)本發(fā)明的方法可制造如上所述的根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片，其具有已提及的特征和優(yōu)點。在此，在本發(fā)明的范疇中帶子與外殼拼合的特征既包括分別地制造帶子和外殼且隨后在外殼中安裝或者帶入帶子，又包括將帶子裝入到尚未完全完成的外殼中。另外的有利方法步驟可導(dǎo)致根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的另外的如上所述的設(shè)計方案。這尤其地涉及額外的和/或備選的步驟，即制造帶有芯子的外殼，在該芯子中制出縱向延伸的空隙，將帶子置入到該空隙中且與芯子相連接。根據(jù)本發(fā)明方法的另一有利改進方案是，帶子在其底面和/或其頂面處設(shè)有包裹層。優(yōu)選地，帶子固定在外殼或外殼部件的內(nèi)側(cè)處。同樣優(yōu)選地，至少一個“全弦UD” 層(即至少一個帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層，其在沿著轉(zhuǎn)子葉片的縱向伸展的至少一個截段中由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸直至輪廓后緣) 與帶子相連接。針對發(fā)明對象中的任一個所提及的所有特征和優(yōu)點均以相同的方式同樣適用于其它的發(fā)明對象，即根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片、根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機和根據(jù)本發(fā)明的用于制造根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的方法。


下面將借助實施例并參照附圖來說明本發(fā)明，這并不限制本發(fā)明的通用思想，關(guān)于所有在文中未進一步說明的本發(fā)明細節(jié)可詳細地參見附圖。其中圖1是轉(zhuǎn)子葉片的示意性圖示，圖2是穿過根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的一部分的示意性橫截面圖，圖3是穿過另一根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的一部分的示意性橫截面圖，圖如是帶有根據(jù)本發(fā)明的帶子的根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的示意性頂視圖，圖4b是圖如所示帶子的層的示意性圖示，圖如是圖如和4b所示帶子的葉根側(cè)端部的示意性頂視圖，圖fe是帶有根據(jù)本發(fā)明的帶子的另一根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的示意性頂視圖，圖恥是圖fe所示帶子的層的示意性圖示，圖5c是圖fe和恥所示帶子的葉根側(cè)端部的示意性頂視圖，圖6a是帶有根據(jù)本發(fā)明的帶子的另一根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片的示意性頂視圖，圖6b是圖6a所示轉(zhuǎn)子葉片的輪廓的示意性橫截面圖，和圖6c是圖6a所示帶子的層的示意性圖示。
具體實施例方式在下面的圖中，各相同的或同類的元件或者相應(yīng)的部分用相同的附圖標記來表示，從而由相應(yīng)的重復(fù)標記示出。圖1示意性顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1，其具有由轉(zhuǎn)子葉根2至轉(zhuǎn)子葉尖3的縱向伸展。在轉(zhuǎn)子葉片1中示出了橫截面輪廓4，4’，4”，其在空氣動力學(xué)上是高效的且具有吸力面7和壓力面8。此外，空氣動力學(xué)橫截面輪廓4，4’，4”具有輪廓前緣5和輪廓后緣 6。輪廓前緣5也稱作輪廓的“凸緣”。此外，圖1顯示了帶子9，其沿著轉(zhuǎn)子葉片1的縱向伸展而延伸。帶子9在轉(zhuǎn)子葉片1的葉尖3之前且在轉(zhuǎn)子葉片1的轉(zhuǎn)子葉根2之前截止。在圖1中可辨認出帶子匹配于轉(zhuǎn)子葉片1的彎曲，不是完全直的。這種與直線的偏差在圖1中為了形象化說明而未按比例地且夸大地示出。大致上，帶子9局部相應(yīng)地跟隨轉(zhuǎn)子葉片1的縱向伸展。在該頂視圖中未示出圍繞縱軸線的額外的扭曲。在圖2中以橫截面的形式示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1的斷面。它是穿過轉(zhuǎn)子葉片ι的外殼或半殼的橫截面，該轉(zhuǎn)子葉片1由帶有“2AX45”層的纖維復(fù)合材料、即纖維復(fù)合材料層(其纖維布置在相對于轉(zhuǎn)子葉片1的縱軸線為+45°和-45°的兩個主方向上)所構(gòu)成的外部的外殼部件10構(gòu)成。在內(nèi)側(cè)處存在由帶有“2AX45”層的相應(yīng)纖維復(fù)合材料構(gòu)成的另一層或另一外殼部件14。外殼部件10和14包圍了由輕木或泡沫材料構(gòu)成的芯子11，該芯子11具有空隙 12，該空隙沿著轉(zhuǎn)子葉片1的延伸進到葉片平面內(nèi)的縱向延伸。在空隙12中嵌入了根據(jù)本發(fā)明的帶子9。帶子9和空隙12的形狀彼此匹配。在圖2所示轉(zhuǎn)子葉片1的制造中，帶子9與芯子11或者與芯子11的空隙12的側(cè)壁和底部大面積地相連接。在該實施例中，一方面在芯子11與帶子9之間另一方面在芯子 11與外殼部件14之間存在帶有沿轉(zhuǎn)子葉片1的縱軸線方向定向的單向纖維的層13，即所謂的“全弦UD”層。該層與芯子11、外殼部件14和帶子9大面積地相連接。因為層13中的纖維平行于帶子9中的纖維定向，所以由帶子9所承受的彎曲負載同樣被導(dǎo)入到層13中， 且因此分布到在輪廓的前緣與后緣之間的較大平面上。因此，較少出現(xiàn)點狀的負載，并且改善了轉(zhuǎn)子葉片1的結(jié)構(gòu)整體性。在圖3中以橫截面的形式示意性示出了一種備選實施方式。由纖維復(fù)合材料(由 “2AX45”束的層構(gòu)成)來構(gòu)成的外部的外殼部件10’向內(nèi)直接與帶有沿轉(zhuǎn)子葉片1的縱軸線方向定向的纖維的層13相連接。然后在一側(cè)布置有帶子9，其與“全弦UD”層13相連接。 在該實施例中，設(shè)置了帶有沿轉(zhuǎn)子葉片1的縱向定向的纖維的另一“全弦UD”層13’，其既圍住第一層13又圍住帶子9。同樣在圖3所示的變型中，帶子9所承受的力相比目前來說更均勻地分布到外殼或外殼部件10’的寬度上。尤其是，由此減小了不同材料之間的剪切力，否則其可能導(dǎo)致斷裂或帶子與外殼材料的分離。在圖4中示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1的不同方位。在圖如至如中示出的例子對應(yīng)于長度約為40m的轉(zhuǎn)子葉片。圖如顯示了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1的示意性頂視圖，轉(zhuǎn)子葉片1的縱軸線以附圖標記15示出。在延伸穿過葉根2和葉尖3的縱軸線15上布置有帶子9，其在葉尖3之前且在葉根2之前截止。在葉尖側(cè)端部處以橫劃線示出了帶子9的各個重疊式堆疊的層的端部。在葉根側(cè)端部處，帶子9的厚度同樣減小，然而這以層端部的較短且緊密的連續(xù)性在斜面22中實現(xiàn)，該斜面22因此在圖如中顯現(xiàn)為黑色。斜面22對應(yīng)于在轉(zhuǎn)子葉片1的縱向上具有約為1.20m長度的截段。此外，轉(zhuǎn)子葉片1具有“全弦UD”層13，其沿著整個轉(zhuǎn)子葉片1由前緣5延伸直至后緣6。在圖4b中示意性示出了源自圖如所示轉(zhuǎn)子葉片1的帶子9的層20的層順序。各個層各以關(guān)于其長度(即關(guān)于沿著轉(zhuǎn)子葉片1的長度的開始點和末端點)的方式示出。所有的彎曲、扭曲等均未示出。因此，其是純粹的放置技術(shù)意義上的方案。在圖4b中明顯可見，在葉根側(cè)端部處層20被分級地連續(xù)彼此重疊地放置，從而形成了斜面22。在葉尖側(cè)端部處，帶子9的厚度通過分級的層端部而又減小，然而這種厚度的減小在較大的長度截段上實現(xiàn)。此外示出了兩個包裹層21，21’，其在用層20制造帶子之后放置到帶子9的整個長度上，以便于覆蓋由分級式或階梯式布置的層所形成的階梯，并且防止脫膠。圖4b未按比例繪制。最長的層的長度約為37m，而帶子9的厚度總地約為3cm至 5cm0在圖如中以斷面的形式示出了根據(jù)圖如的細節(jié)。它顯示了帶子9的葉根側(cè)端部， 其在頂視圖中示意性示出。明顯可辨認出的是彼此連續(xù)的層端部，其由線示出且在圖如中融合成黑色的塊。在其中構(gòu)造出以縱軸線15為中心的斜面22的截段的長度約為1. 20m。帶子9的寬度約為50cm。對著斜面22的端部可移動地設(shè)置有15cm至20cm寬度的夾層通道23，23’，其由輕木或類似的輕但堅固的材料構(gòu)成，并構(gòu)成了由帶子9至位于其下的外殼部件的通道。在圖5中示出了帶有帶子9’的根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1的另一例子。該轉(zhuǎn)子葉片1具有約46m的長度。如由圖fe中可辨認出的那樣，帶子9’在葉根2的區(qū)域中具有斜面32，其相比于圖如所示實施例在更大的區(qū)域上延伸。如果在根據(jù)圖如的實施例中使用大約40個層用于制造帶子9，則在根據(jù)圖5的實施例中存在大約M個層。斜面32延伸經(jīng)過大約為8m的區(qū)域。帶子9’的厚度朝向葉尖3的減小在圖fe中可由橫劃線辨認出，且在圖恥中在側(cè)視圖中能明顯地辨認出，這種減小在轉(zhuǎn)子葉片長度約為Ilm的情形中在達到最大的厚度處不久之后開始，且延伸經(jīng)過帶子9’的剩余長度。帶子 9’具有大約為50cm的寬度。在圖恥中同樣繪出了帶子9 ’的層30。在其頂面和其底面處，帶子9 ’各設(shè)有包裹層31，31’，其包封了頂面或底面，且跨過帶子9’的整個長度。如在圖5c中可辨認出的那樣，縱軸線15顯示為處在5mm的公差范圍內(nèi)。在帶子 9’處朝向外殼地連接了夾層通道或輕木邊緣33，33’。如在圖fe中且同樣已在圖如中可見的那樣，夾層邊緣和必要時還有帶子9在朝向葉尖3的方向上非?？拷靥幱谵D(zhuǎn)子葉片輪廓的前緣5或后緣6處。在這些位置處，帶子9，9’或夾層通道23，23’或33，33’在其長度或?qū)挾壬蠝p小。在圖6中示出了根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)子葉片1的第三實施例，其中在圖6a中又示出了轉(zhuǎn)子葉片1的頂視圖，在圖6c中示出了圖6a所示轉(zhuǎn)子葉片1的帶子9”的層方案的側(cè)視圖。 在圖6b中示出了轉(zhuǎn)子葉片輪廓的沿著圖6a所示剖面線A-A的橫截面。圖6a中示出的轉(zhuǎn)子葉片1是具有約50m長度的轉(zhuǎn)子葉片。帶子具有約46m的長度，且?guī)в谐^70個單向纖維復(fù)合材料的層。帶子的厚度在其最厚的位置處約為5cm至 Scm0根據(jù)圖6的帶子具有約60cm的寬度，并且如圖6a所示地設(shè)有輕木邊緣，其在兩側(cè)為 15cm 至 20cm 寬。在圖6c中可辨認出的斜面42具有約為IOm或者超過整個帶子長度的20%的截段長度。帶子9”被兩個包裹層41，41’覆蓋，它們覆蓋了各個層40的分級式端部且可防止脫膠。包裹層41，41’在最大負載區(qū)域中以雙層的方式實施。在圖6b中示出了圖6a所示轉(zhuǎn)子葉片1沿剖面線A-A的橫截面輪廓44。它是帶有較薄外殼的橫截面輪廓44，其在前緣45與后緣46之間延伸，且具有吸力面47和壓力面 48。同樣地示出了在吸力面47處且在壓力面48處各布置有帶子9”，其在相應(yīng)位置處與外殼各自平面地相連接。根據(jù)本發(fā)明，外殼在吸力面47處且在壓力面48處各具有“全弦UD”層，其至少分段地由前緣45延伸直至后緣46。這樣的“全弦UD，，層13設(shè)置在吸力面47處和/或壓力面48處。所有所提及的特征，還有僅由附圖可獲悉的特征，以及還有與其它特征相結(jié)合地被公開的單個特征，單獨的及其組合的形式都被認為是本發(fā)明的基本。根據(jù)本發(fā)明的實施形式可由單個的特征或多個特征的組合來實現(xiàn)。附圖標記列表1轉(zhuǎn)子葉片；2轉(zhuǎn)子葉根；3轉(zhuǎn)子葉尖；4，4’，4”橫截面輪廓；5輪廓前緣；6輪廓后緣；7吸力面；8壓力面；9-9”，帶子；10，10，外殼部件；11芯子；12空隙；13，13，單向?qū)樱?14外殼部件；15縱軸線；20帶子層；21，21’包裹層；22斜面；23，23’夾層通道；30帶子層；31，31，包裹層；32斜面；40帶子層；41，41，包裹層；42斜面；44橫截面輪廓；45前緣；46后緣；47吸力面；48壓力面。
權(quán)利要求
1.用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其由轉(zhuǎn)子葉根⑵大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖(3)，包括單件式或多件式的至少部分地由纖維復(fù)合材料制造的外殼(10，10’，14)和至少一個帶子 (9-9”’)，所述至少一個帶子在所述轉(zhuǎn)子葉片(1)中大致布置在所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向上，其中，所述至少一個帶子(9-9”’ )具有由帶有沿所述帶子(9-9”’ )的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’ )的厚度在葉根側(cè)截段中朝向所述葉根(2)減小，其長度為所述帶子(9-9”’ )的整體長度的至少3%，其中，所述外殼(10，10’，14)具有至少一個帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’)，其中，所述層(13，13’)在沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段中由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣(6，46)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)的葉根側(cè)截段的長度為所述帶子(9-9”’ )的整體長度的至少10%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)的葉根側(cè)截段的長度為所述帶子(9-9”’ )的整體長度的至少15%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)的葉根側(cè)截段的長度為所述帶子(9-9”’ )的整體長度的至少20%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段為所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的長度的至少10%，在所述至少一個截段中，帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層(13，13’)由所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓后緣(6，46)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段為所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的長度的至少30%，在所述至少一個截段中，帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層(13，13’)由所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓后緣(6，46)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段占據(jù)所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的長度的至少15%至30%的范圍，在所述至少一個截段中，帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’)由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣 (6，46)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段占據(jù)所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的長度的至少10%至50%的范圍，在所述至少一個截段中，帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’)由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣 (6，46)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段占據(jù)所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的長度的至少8%至80%的范圍，在所述至少一個截段中，帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’)由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣 (6，46)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)具有一個或多個由帶有沿所述帶子(9-9”’ )的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成的包裹層(21，21，，31，31，，41，41，)，其大致完全地覆蓋了所述帶子(9-9，，，)的頂面和/或底面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述外殼(10，10’，14)或所述轉(zhuǎn)子葉片的外殼部件具有芯子(11)，所述芯子具有沿所述轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向延伸的空隙(12)，在其中布置有所述至少一個帶子(9-9”’)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述芯子(11)和所述至少一個帶子(9-9”’)與所述至少一個帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層(13，13’)相連接，其至少分段地由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5， 45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣(6，46)。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述芯子(11)與在其空隙 (12)中布置的至少一個帶子(9-9”’ ) 一起在兩側(cè)嵌入到所述單件式或多件式的外殼(10， 14)中。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)布置在所述單件或多件式的外殼(10，10’，14)的內(nèi)側(cè)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’)與至少一個帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’ )相連接，其至少分段地由所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓前緣(5，4幻延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的輪廓后緣(6，46)。
16.風(fēng)力渦輪機，具有至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的轉(zhuǎn)子葉片(1)。
17.用于制造用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片⑴的方法，所述轉(zhuǎn)子葉片⑴由轉(zhuǎn)子葉根 (2)大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖(3)，其中，單件式或多件式的外殼(10，10’，14)至少部分地由纖維復(fù)合材料制造，并且在所述轉(zhuǎn)子葉片(1)中大致布置在轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向上的至少一個帶子(9-9”’ )由帶有沿所述帶子(9-9”’ )的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料構(gòu)成的層制造，且與所述單件式或多件式的外殼(10，10’，14)相拼合，其特征在于，所述至少一個帶子(9-9”’ )的厚度在葉根側(cè)截段中朝向所述葉根(2)減小，其長度為所述帶子(9-9”’)的整體長度的至少3%，其中所述外殼(10，10’，14)設(shè)有至少一個帶有沿所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層 (13，13’)，所述層(13，13’ )在沿著所述轉(zhuǎn)子葉片(1)的縱向伸展的至少一個截段中由所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓前緣(5，45)延伸直至所述轉(zhuǎn)子葉片⑴的輪廓后緣(6，46)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片，其由轉(zhuǎn)子葉根大致延伸至轉(zhuǎn)子葉尖，包括單件或多件式的至少部分由纖維復(fù)合材料制造的外殼和至少一個帶子，該至少一個帶子在轉(zhuǎn)子葉片中大致布置在轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向上，并具有由帶有沿帶子的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機和風(fēng)力渦輪機的轉(zhuǎn)子葉片的制造方法。本發(fā)明葉片的特征為，該至少一個帶子的厚度在葉根側(cè)截段中朝向葉根減小，其長度為帶子整體長度的至少3％；外殼具有至少一個帶有沿轉(zhuǎn)子葉片的縱向延伸方向定向的單向纖維的纖維復(fù)合材料的層，其在沿著轉(zhuǎn)子葉片縱向伸展的至少一個截段中由轉(zhuǎn)子葉片的輪廓前緣延伸至輪廓后緣。
文檔編號F03D1/06GK102192078SQ20111004581
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月26日
發(fā)明者烏爾斯·本德爾, 恩諾·艾布 申請人:瑞能系統(tǒng)股份公司