專利名稱：具有預(yù)固化纖維桿的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文描述的主題大體涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法和系統(tǒng)，并且更具體而言，涉及用于風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)的方法和系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
至少一些已知的風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架和安裝在塔架上的機(jī)艙。轉(zhuǎn)子可旋轉(zhuǎn)地安裝到機(jī)艙上，并且通過(guò)軸而聯(lián)接到發(fā)電機(jī)上。多個(gè)葉片自轉(zhuǎn)子延伸。葉片定向成使得越過(guò)葉片的風(fēng)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子且旋轉(zhuǎn)軸，從而驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。典型地，風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的本體包括樹(shù)脂和纖維材料的層壓件。諸如轉(zhuǎn)子葉片的翼梁緣條和根部部分的結(jié)構(gòu)元件也是用這種方式制造而成的。典型地，通過(guò)這樣的方式來(lái)生產(chǎn)翼梁緣條，即，通過(guò)將玻璃纖維層插入模子中，以及通過(guò)隨后插入樹(shù)脂，以便在固·化之后連接各層。而且，碳纖維材料在最近幾年中已經(jīng)變得重要。翼梁緣條顯著地提高了風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。與葉片的其它部件相比，翼梁緣條較重，并且典型地較大地構(gòu)成轉(zhuǎn)子葉片的重量。根部部分也較大地構(gòu)成葉片的總強(qiáng)度，因?yàn)樗谶\(yùn)行期間必須經(jīng)受住高的彎曲力。風(fēng)力渦輪機(jī)以及因此轉(zhuǎn)子葉片也在最近幾年在大小方面有顯著的增長(zhǎng)，從而需要提高諸如葉片根部和翼梁緣條的結(jié)構(gòu)元件的穩(wěn)定性?？紤]到上述，期望具有一種與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)相比提供改進(jìn)的穩(wěn)定性的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。

發(fā)明內(nèi)容
在一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。該轉(zhuǎn)子葉片包括轉(zhuǎn)子葉片本體，其包括根部部分、前緣、后緣以及至少一個(gè)翼梁緣條；由預(yù)固化復(fù)合材料制成的多個(gè)平行的伸長(zhǎng)元件，該預(yù)固化復(fù)合材料包括纖維和樹(shù)脂；以及連接該多個(gè)元件的樹(shù)脂。在另一方面，提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)。該風(fēng)力渦輪機(jī)包括塔架、位于塔架上的機(jī)艙，以及可旋轉(zhuǎn)地附連到機(jī)艙上的轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片。該至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片包括轉(zhuǎn)子葉片本體，其包括根部部分、前緣、后緣以及至少一個(gè)翼梁緣條；以及由預(yù)固化復(fù)合材料制成的多個(gè)平行的伸長(zhǎng)元件，該預(yù)固化復(fù)合材料包括纖維和樹(shù)脂；以及連接該多個(gè)元件的樹(shù)脂。在又一方面，提供了一種用于生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法。該方法包括提供由預(yù)固化復(fù)合材料制成的伸長(zhǎng)元件；將該元件設(shè)置在模子中；重復(fù)進(jìn)行設(shè)置，使得形成至少一層預(yù)固化元件；以及將樹(shù)脂注入到由伸長(zhǎng)的預(yù)固化元件形成的層中。根據(jù)從屬權(quán)利要求、描述和附圖，本發(fā)明的另外的方面、優(yōu)點(diǎn)和特征是顯而易見(jiàn)的。


在說(shuō)明書(shū)的其余部分中更具體地闡述了針對(duì)本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的完整和能夠?qū)嵤┑墓_(kāi)，包括其最佳模式，說(shuō)明書(shū)包括對(duì)附圖的參照，其中
圖I是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)的透視 圖2是圖I中顯示的風(fēng)力渦輪機(jī)的一部分的放大截面 圖3是根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的橫截面 圖4是圖3的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分的放大截面 圖5是根據(jù)另外的實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分的放大截面 圖6是根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的橫截面圖；· 圖7是根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的翼梁緣條的橫截面?zhèn)纫? 圖8顯示了在根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的不同位置處的五個(gè)局部橫截面 圖9顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的制造的俯視 圖10顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的制造的側(cè)視 圖11顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的制造的另一個(gè)側(cè)視 圖12顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的元件層上的俯視 圖13顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的制造的側(cè)視 圖14顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片翼梁緣條的制造的另一個(gè)側(cè)視 圖15至17顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的一部分的橫截面 圖18顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的橫截面 圖19顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的局部橫截面 圖20顯示了通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的根部部分的橫截面圖和詳細(xì)的橫截面圖； 圖21顯示了通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的根部部分的詳細(xì)的橫截面 圖22顯示了制造根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的過(guò)程的示意 圖23顯示了生產(chǎn)根據(jù)實(shí)施例的轉(zhuǎn)子葉片的過(guò)程的另一個(gè)示意 圖24至26顯示了根據(jù)實(shí)施例的、對(duì)元件進(jìn)行預(yù)處理的方法；
圖27示意性地顯示了用于生產(chǎn)根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)參照本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例，在各幅圖中示出了實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)實(shí)例。以闡明的方式提供各個(gè)實(shí)例，并且各個(gè)實(shí)例不意圖作為限制。例如，示出或描述成一個(gè)實(shí)施例的一部分的特征可用于其它實(shí)施例上，或者與其它實(shí)例結(jié)合起來(lái)，以產(chǎn)生又一個(gè)實(shí)施例。意圖的是本發(fā)明包括這樣的修改和變型。本文描述的實(shí)施例包括具有至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)，該至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片包括預(yù)固化元件。如本文所用，用語(yǔ)“翼梁緣條”意圖代表提高風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度的伸長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。如本文所用，用語(yǔ)“注入”和“真空灌注”兩者意圖代表將樹(shù)脂插入到纖維材料層中的方法。在技術(shù)應(yīng)用中，注入和真空灌注描述了不同的方法。但是，在本公開(kāi)中，以可互換的方式使用用語(yǔ)，因?yàn)樗鼈兙哂性诶w維材料層中提供樹(shù)脂的共同目標(biāo)。為哪個(gè)具體目的而實(shí)際上選擇哪種方法是本領(lǐng)域技術(shù)人員的選擇，本領(lǐng)域技術(shù)人員將基于其標(biāo)準(zhǔn)知識(shí)來(lái)對(duì)此作出決定。如本文所用，用語(yǔ)“葉片”意圖代表在相對(duì)于周圍的流體而運(yùn)動(dòng)時(shí)提供反作用力的任何裝置。如本文所用，用語(yǔ)“風(fēng)力渦輪機(jī)”意圖代表從風(fēng)能中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)能，以及更具體而言，將風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能的任何裝置。如本文所用，用語(yǔ)“風(fēng)力發(fā)電機(jī)”意圖代表從產(chǎn)生自風(fēng)能的旋轉(zhuǎn)能中產(chǎn)生電功率，以及更具體而言，將從風(fēng)的動(dòng)能中轉(zhuǎn)換而來(lái)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電功率的任何風(fēng)力渦輪機(jī)。圖I是示例性風(fēng)力渦輪機(jī)10的透視圖。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10是水平軸風(fēng)力渦輪機(jī)。備選地，風(fēng)力渦輪機(jī)10可為豎直軸風(fēng)力渦輪機(jī)。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10包括自支承系統(tǒng)14延伸的塔架12、安裝在塔架12上的機(jī)艙16，以及聯(lián)接到機(jī)艙16上的轉(zhuǎn)子18。轉(zhuǎn)子18包括可旋轉(zhuǎn)的轂20和聯(lián)接到轂20上且自轂20向外延伸的至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22。在該示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子18具有三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22。在一個(gè)備選實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子18包括不止或不到三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22。在該示例性實(shí)施例中，塔架12由管狀鋼制造而成，以在支承系統(tǒng)14和機(jī)艙16之間限定腔體(未在圖I中顯示)。在一個(gè)備選實(shí)施例中，塔架12為具有任何適當(dāng)高度的任何適當(dāng)類型的塔架。

轉(zhuǎn)子葉片22在轂20的周圍隔開(kāi)，以促進(jìn)旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子18，以使得動(dòng)能能夠從風(fēng)中轉(zhuǎn)變成可用的機(jī)械能，以及隨后轉(zhuǎn)變成電能。通過(guò)在多個(gè)載荷傳遞區(qū)26處將葉片根部部分24聯(lián)接到轂20上來(lái)使轉(zhuǎn)子葉片22配合到轂20上。載荷傳遞區(qū)26具有轂載荷傳遞區(qū)和葉片載荷傳遞區(qū)(兩者在圖I中均未顯示)。對(duì)轉(zhuǎn)子葉片22引起的載荷通過(guò)載荷傳遞區(qū)26傳遞到轂20。在一個(gè)實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子葉片22具有范圍為大約15米(m)至大約91 m的長(zhǎng)度。備選地，轉(zhuǎn)子葉片22可具有使得風(fēng)力渦輪機(jī)10能夠如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度。例如，葉片長(zhǎng)度的其它非限制性示例包括10 m或更少、20 m、37 m，或大于91 m的長(zhǎng)度。在風(fēng)從方向28撞擊轉(zhuǎn)子葉片22時(shí)，轉(zhuǎn)子18繞著旋轉(zhuǎn)軸線30旋轉(zhuǎn)。在轉(zhuǎn)子葉片22旋轉(zhuǎn)，并且經(jīng)受離心力以及導(dǎo)致內(nèi)部力矩的升力和曳力時(shí)，轉(zhuǎn)子葉片22還經(jīng)受各種力和力矩。因而，轉(zhuǎn)子葉片22可從中性的或非偏轉(zhuǎn)的位置偏轉(zhuǎn)和/或旋轉(zhuǎn)到偏轉(zhuǎn)位置。此外，可通過(guò)變槳調(diào)節(jié)系統(tǒng)32來(lái)改變轉(zhuǎn)子葉片22的槳距角或葉片槳距，即確定轉(zhuǎn)子葉片22相對(duì)于風(fēng)的方向28的投影的角度，以通過(guò)調(diào)節(jié)至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22相對(duì)于風(fēng)矢量的角位置來(lái)控制風(fēng)力渦輪機(jī)10產(chǎn)生的載荷和動(dòng)力。顯示了轉(zhuǎn)子葉片22的變槳軸線34。在風(fēng)力渦輪機(jī)10的運(yùn)行期間，變槳調(diào)節(jié)系統(tǒng)32可改變轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距，使得轉(zhuǎn)子葉片22運(yùn)動(dòng)到順槳位置，使得至少一個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22相對(duì)于風(fēng)矢量的投影提供轉(zhuǎn)子葉片22的朝風(fēng)矢量定向的最小表面積，這促進(jìn)降低轉(zhuǎn)子18的旋轉(zhuǎn)速度，以及/或者促進(jìn)使轉(zhuǎn)子18停止。在該示例性實(shí)施例中，各個(gè)轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距由控制系統(tǒng)36單獨(dú)控制。備選地，所有轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距可由控制系統(tǒng)36同時(shí)控制。另外，在該示例性實(shí)施例中，在方向28改變時(shí)，可繞著偏航軸線38控制機(jī)艙16的偏航方向，以相對(duì)于方向28定位轉(zhuǎn)子葉片22。圖2是風(fēng)力渦輪機(jī)10的一部分的放大的截面圖。在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)10包括機(jī)艙16和可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到機(jī)艙16上的轂20。更具體而言，轂20通過(guò)轉(zhuǎn)子軸44(有時(shí)稱為或者主軸或者低速軸)、齒輪箱46、高速軸48和聯(lián)接件50而可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到位于機(jī)艙16內(nèi)的發(fā)電機(jī)42上。在該示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子軸44設(shè)置成與縱向軸線116同軸。轉(zhuǎn)子軸44的旋轉(zhuǎn)可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)齒輪箱46，齒輪箱46隨后驅(qū)動(dòng)高速軸48。高速軸48利用聯(lián)接件50可旋轉(zhuǎn)地驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)42，并且高速軸48的旋轉(zhuǎn)促進(jìn)發(fā)電機(jī)42產(chǎn)生電功率。齒輪箱46和發(fā)電機(jī)42由支承件52和支承件54支承。在該示例性實(shí)施例中，齒輪箱46利用雙路徑幾何構(gòu)造來(lái)驅(qū)動(dòng)高速軸48。備選地，轉(zhuǎn)子軸44利用聯(lián)接件50直接聯(lián)接到發(fā)電機(jī)42上。機(jī)艙16還包括偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)56，偏轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)56可用來(lái)使機(jī)艙16和轂20在偏轉(zhuǎn)軸線38 (在圖I中顯示)上旋轉(zhuǎn)，以控制轉(zhuǎn)子葉片22 (相應(yīng)地轉(zhuǎn)子)相對(duì)于風(fēng)的方向28的投影。機(jī)艙16還包括至少一個(gè)氣象桿58，氣象桿58包括風(fēng)向標(biāo)和風(fēng)速計(jì)(兩者在圖2中均未顯示)。桿58對(duì)控制系統(tǒng)36提供可包括風(fēng)向和/或風(fēng)速的信息。在該示例性實(shí)施例中，機(jī)艙16還包括主前部支承軸承60和主后部支承軸承62。前部支承軸承60和后部支承軸承62促進(jìn)轉(zhuǎn)子軸44的徑向支承和對(duì)準(zhǔn)。前部支承軸承60在轂20附近聯(lián)接到轉(zhuǎn)子軸44上。后部支承軸承62在齒輪箱46和/或發(fā)電機(jī)42附近定位在轉(zhuǎn)子軸44上。備選地，機(jī)艙16包括使得風(fēng)力渦輪機(jī)10能夠如本文公開(kāi)的那·樣起作用的任何數(shù)量的支承軸承。轉(zhuǎn)子軸44、發(fā)電機(jī)42、齒輪箱46、高速軸48、聯(lián)接件50和包括(但不限于)支承件52和/或支承件54以及前部支承軸承60和后部支承軸承62的任何相關(guān)聯(lián)的緊固件、支承件和/或固定裝置有時(shí)稱為傳動(dòng)系64。在該示例性實(shí)施例中，轂20包括變槳組件66。變槳組件66包括一個(gè)或多個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68和至少一個(gè)傳感器70。各個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68聯(lián)接到相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片22 (在圖I中顯示)上，以沿著變槳軸線34調(diào)整相關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距。在圖2中顯示了三個(gè)變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68中的僅一個(gè)。在該示例性實(shí)施例中，變槳組件66包括聯(lián)接到轂20和相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片22 (在圖I中顯示)上的至少一個(gè)變槳軸承72，以繞著變槳軸線34旋轉(zhuǎn)相應(yīng)的轉(zhuǎn)子葉片22。變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68包括變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)74、變槳傳動(dòng)齒輪箱76和變槳傳動(dòng)小齒輪78。變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)74聯(lián)接到變槳傳動(dòng)齒輪箱76上，使得變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)74對(duì)變槳傳動(dòng)齒輪箱76施加機(jī)械力。變槳傳動(dòng)齒輪箱76聯(lián)接到變槳傳動(dòng)小齒輪78上，使得變槳傳動(dòng)小齒輪78被變槳傳動(dòng)齒輪箱76旋轉(zhuǎn)。變槳軸承72聯(lián)接到變槳傳動(dòng)小齒輪78上，使得變槳傳動(dòng)小齒輪78的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致變槳軸承72旋轉(zhuǎn)。更具體而言，在該示例性實(shí)施例中，變槳傳動(dòng)小齒輪78聯(lián)接到變槳軸承72上，使得變槳傳動(dòng)齒輪箱76的旋轉(zhuǎn)會(huì)繞著變槳軸線34旋轉(zhuǎn)變槳軸承72和轉(zhuǎn)子葉片22，以改變?nèi)~片22的葉片槳距。變槳驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)68聯(lián)接到控制系統(tǒng)36上，以在接收到來(lái)自控制系統(tǒng)36的一個(gè)或多個(gè)信號(hào)之后調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子葉片22的葉片槳距。在該示例性實(shí)施例中，變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)74是由電功率和/或液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的、使得變槳組件66能夠如本文描述的那樣起作用的任何適當(dāng)?shù)鸟R達(dá)。備選地，變槳組件66可包括任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)、構(gòu)造、布置和/或構(gòu)件，例如(但不限于)液壓缸、彈簧和/或伺服機(jī)構(gòu)。此外，變槳組件66可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)氖侄悟?qū)動(dòng)，諸如(但不限于)液壓流體和/或機(jī)械動(dòng)力，例如(但不限于)引起的彈簧力和/或電磁力。在某些實(shí)施例中，變槳驅(qū)動(dòng)馬達(dá)74由從轂20的旋轉(zhuǎn)慣量中和/或從對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)10的構(gòu)件供應(yīng)能量的存儲(chǔ)能量源(未顯示)中抽取的能量驅(qū)動(dòng)。圖3示意性地顯示了根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片22的橫截面圖。兩個(gè)翼梁緣條230各自包括多個(gè)平行的伸長(zhǎng)元件240。這些元件包括包含纖維和樹(shù)脂的預(yù)固化復(fù)合材料，其中，元件被樹(shù)脂結(jié)合在一起。翼梁緣條230沿葉片的縱向軸線的方向從葉片的根部部分到葉片的尖部部分而凸出。它們典型地由抗剪腹板280 (僅示意性地顯示)連接。圖4顯示了根據(jù)實(shí)施例的、具有伸長(zhǎng)元件240的翼梁緣條230的更詳細(xì)的橫截面圖。元件240通過(guò)樹(shù)脂250而連接，樹(shù)脂250填充元件之間的間隙。如圖3和圖4中顯示的那樣，元件240本身可具有長(zhǎng)方形橫截面，或者如圖5中顯示的那樣，可具有圓形橫截面。在各實(shí)施例中，其它橫截面也是可行的，例如多邊形、長(zhǎng)方形或橢圓形。圖6顯示了根據(jù)圖3至5的實(shí)施例的、風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片22的俯視圖，其顯示了翼梁緣條230的輪廓的橫截面圖。翼梁緣條230包括多個(gè)層290，并且從轉(zhuǎn)子葉片22的根部區(qū)段260到尖部部分270而凸出。圖7顯示了圖6的翼梁緣條230的側(cè)視圖。其中，為了例示的目的而沒(méi)有按比例進(jìn)行描繪。翼梁緣條包括多個(gè)層290。各個(gè)層290包括許多平行的伸長(zhǎng)元件240。層內(nèi)的元件240由樹(shù)脂(未顯示)結(jié)合在一起。層290通過(guò)樹(shù)脂來(lái)結(jié)合到它們的相應(yīng)的相鄰的層·上。不同的層290典型地在轉(zhuǎn)子葉片22的縱向軸線的方向上具有不同的長(zhǎng)度。因此，翼梁緣條230沿著其長(zhǎng)度具有不同的厚度值，這是因?yàn)闃?gòu)成翼梁緣條230的層的數(shù)量不同而造成的。除了其它因素之外，這處理沿轉(zhuǎn)子葉片22的長(zhǎng)度在不同的位置處對(duì)轉(zhuǎn)子葉片22起作用的不同的彎矩和扭矩。注意，圖7中顯示的不同的層290在圖6中是可見(jiàn)的，其中層290的邊緣可見(jiàn)。另外，為了例示的目的，在圖6中沒(méi)有描繪圖8中顯示的層290的元件240。圖8顯示了沿著翼梁緣條230的長(zhǎng)度在不同位置處的翼梁緣條230的許多橫截面圖，這些圖由圖7中的字母A至E描繪。在該示例性實(shí)施例中，在尖部部分270中的位置A處，翼梁緣條230包括一個(gè)層290，該層290包括各自具有長(zhǎng)方形橫截面的六個(gè)平行的元件240。在位置B處，翼梁緣條具有兩個(gè)層，在位置C，具有三個(gè)層，在位置D處，它最多具有七個(gè)各自具有六個(gè)元件240的層290。在位置D處，翼梁緣條具有其最大厚度。如圖8中描繪的那樣，翼梁緣條的厚度沿一方向從那里到葉片的根部部分260而減小。在根部部分260 (參見(jiàn)圖6)處，翼梁緣條展示對(duì)應(yīng)于例如在尖部部分270中的一個(gè)層290的厚度。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)子葉片的不同的位置處的連續(xù)的層的數(shù)量以及層本身的厚度在很大程度上取決于轉(zhuǎn)子葉片的強(qiáng)度和剛度，以及預(yù)固化元件的厚度和硬度。因此，這些參數(shù)可顯著地不同于圖8中顯示的示例性實(shí)施例中的那些。圖9至11描繪了根據(jù)實(shí)施例的翼梁緣條230的示例性生產(chǎn)過(guò)程的階段。圖9顯示了筒管215，在筒管215上提供形成元件240的預(yù)固化材料。材料包括纖維和固化樹(shù)脂，并且典型地提前在拉擠成型過(guò)程中生產(chǎn)。適當(dāng)?shù)睦w維材料包括碳纖維、玻璃纖維、它們的組合，或任何其它高強(qiáng)度的纖維材料，這也適于本文描述的任何其它實(shí)施例。在卷到筒管215上之后，預(yù)固化材料被運(yùn)送到轉(zhuǎn)子葉片22的生產(chǎn)設(shè)施。從待成形的翼梁緣條230的一端開(kāi)始，從筒管上展開(kāi)一排預(yù)固化材料，并且將預(yù)固化材料鋪設(shè)到具有待成形的翼梁緣條230的形狀的模子中。在展開(kāi)第一元件240所需的長(zhǎng)度之后，切割預(yù)固化材料，并且對(duì)平行于第一元件240而鋪設(shè)的后續(xù)的一排預(yù)固化材料重復(fù)該過(guò)程。在圖9中，這個(gè)過(guò)程已經(jīng)重復(fù)進(jìn)行了三次，并且第四元件240即將完成。在本文使用的元件的數(shù)量?jī)H作為非限制性實(shí)例，并且在實(shí)際使用中可有所不同。當(dāng)伸長(zhǎng)元件240的層290完成時(shí)，也就是說(shuō)，當(dāng)層290的所有平行的元件240定位好時(shí)，開(kāi)始在第一層290的頂上產(chǎn)生另一個(gè)層295。這在圖10中有所描繪。圖11顯示了第三層300的元件240如何定位在層295上。
圖12顯示了根據(jù)實(shí)施例的層290的端部部分。其中，單個(gè)伸長(zhǎng)元件240的端部部分330是漸縮的。此特征沿著包括多個(gè)層230的翼梁緣條230提供平穩(wěn)的力增長(zhǎng)。如果元件240的端部部分將展示尖銳的邊緣，則由于彎矩而在翼梁緣條230上引起的力的力增長(zhǎng)將在層結(jié)束所處的位置處展示迅速傾斜(相應(yīng)地傾側(cè))。正好在將元件定位在模子中(相應(yīng)地在前面的層上)之前，可對(duì)元件330的端部部分進(jìn)行銑削，以獲得漸縮的端部。在圖13中示意性地顯示了用銑削工具310和工具板320進(jìn)行的銑削過(guò)程，端部部分330通過(guò)工具板320而得到支承。圖14示意性地顯示了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的翼梁緣條230的端部部分。其中，元件240的端部部分330被擠在輥?zhàn)?40、350之間，以便部分地破壞元件240的預(yù)固化纖維一樹(shù)脂材料的結(jié)構(gòu)。示意性地顯示了已經(jīng)相應(yīng)地經(jīng)過(guò)處理且展示具有被破壞的結(jié)構(gòu)的端部部分330的元件295。由纖維一樹(shù)脂化合物制成的端部部分的(相應(yīng)地，層的元件的所有端部的)被破壞的結(jié)構(gòu)會(huì)降低元件的這個(gè)端部在層的端部和相鄰的層(在圖14中，層290)之間傳遞力的能力，這與圖13的實(shí)施例中的端部部分的漸縮用于相同的目的。由于所描述的處理的原因，圖13和14中顯示的伸長(zhǎng)元件240的端部部分330展·示了與元件的其它部分的橫截面形狀不同的橫截面形狀。圖15顯示了實(shí)施例的橫截面圖，其中，兩個(gè)翼梁緣條230由抗剪腹板280連接。其中，顯示了漸縮翼梁緣條如何由元件240的層290形成，其中，層各自包括不同數(shù)量的元件。在該實(shí)施例中，翼梁緣條230的最外部的層290包括13個(gè)元件240，第二層295包括11個(gè)元件，而最內(nèi)部的層則包括9個(gè)元件。圖16顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中，形成翼梁緣條230，以展示一種用于容納抗剪腹板280的通道，抗剪腹板280提供改進(jìn)的穩(wěn)定性。圖17顯示了另一個(gè)實(shí)施例，其中，翼梁緣條展示了像圖15中那樣的漸縮形狀和像圖16的實(shí)施例中那樣的通道兩者?？赏ㄟ^(guò)前文描述的方法來(lái)生產(chǎn)圖15至17中顯示的實(shí)施例。圖18顯示了轉(zhuǎn)子葉片的橫截面，其中，顯示了根據(jù)實(shí)施例的預(yù)固化伸長(zhǎng)元件240的可能位置。其中，如前面描述的那樣在翼梁緣條230中提供元件，并且作為對(duì)后緣370和前緣380的增強(qiáng)。圖19顯示了轉(zhuǎn)子葉片22的局部橫截面圖，其中，根據(jù)實(shí)施例，在根部部分24中提供預(yù)固化元件240。轉(zhuǎn)子葉片的圓形根部部分24可由預(yù)先生產(chǎn)好的半部形成，與轉(zhuǎn)子葉片本體的其余部分分開(kāi)來(lái)制造半部。典型地通過(guò)將纖維材料層置于模子中且用樹(shù)脂注入或真空灌注它們來(lái)生產(chǎn)這些部件。如圖20中顯示的那樣，根據(jù)實(shí)施例，圓形根部部分24包括注入有樹(shù)脂250 (未詳細(xì)顯示)的纖維材料層410、420，以及注入有樹(shù)脂250的預(yù)固化伸長(zhǎng)元件240的至少一個(gè)層415。典型地，首先將所有層置于模子中，以及隨后，用樹(shù)脂250注入或真空灌注整個(gè)成堆疊的層410、420、430。為了進(jìn)一步改進(jìn)根部部分24的穩(wěn)定性以及使樹(shù)脂容易地流過(guò)堆疊，可對(duì)預(yù)固化元件240的表面進(jìn)行預(yù)處理。這可包括使它們的表面粗糙，例如通過(guò)噴砂，或者通過(guò)以機(jī)械的方式在表面中產(chǎn)生凹槽，或者通過(guò)在表面上產(chǎn)生小的凸塊(相應(yīng)地突起)，例如通過(guò)在將元件置于模子中之前，在元件的表面上施用多滴樹(shù)脂或其它材料。圖21顯示了類似于圖20的局部橫截面圖的局部橫截面圖，其中，根部部分24包括與預(yù)固化元件240的層415、425堆疊在一起的多個(gè)纖維層410、420、430?？砂磫蜗蚝碗p軸向定向來(lái)應(yīng)用纖維層，其中，典型地以雙軸向定向提供纖維的大部分。與通過(guò)單向?qū)訉?shí)現(xiàn)的穩(wěn)定性相比，雙軸向定向在多個(gè)方向上提供更大的穩(wěn)定性。另外，雙軸向定向可使樹(shù)脂在隨后的灌注/注入期間容易地流動(dòng)。圖22顯示了預(yù)固化的伸長(zhǎng)元件240如何被置于模子440中以便形成預(yù)固化元件層。為了在注入樹(shù)脂之前穩(wěn)定半圓形模子中的元件，元件可由一個(gè)或多個(gè)輔助性穩(wěn)定元件450(僅示意性地顯示)保持。在圖22中，為了例示的目的，元件450僅覆蓋模子的周向跨度的一部分。在這個(gè)實(shí)施例中，預(yù)固化的伸長(zhǎng)元件240典型地具有與圖12中的端部部分330類似地成形的端部。圖23顯示了多層纖維材料410、420、430與預(yù)固化元件240的兩個(gè)層415、425間斷地堆疊(由箭頭指示)到模子440上。如之前描述的那樣，對(duì)元件240的表面進(jìn)行預(yù)處理，以具有提高的粗糙度。在堆疊之后，將樹(shù)脂250真空灌注(未顯示)到成堆疊的層中。

圖24至26顯示了根據(jù)實(shí)施例的預(yù)固化元件240的預(yù)處理。圖24顯示了如何通過(guò)用噴砂裝置500進(jìn)行噴砂而使元件240的表面241的表面粗糙度增大或提高。圖25顯示了至少一個(gè)凹槽如何被切削裝置520切削到元件240的表面241中。在該過(guò)程期間可轉(zhuǎn)動(dòng)元件240，從而實(shí)現(xiàn)至少一個(gè)螺旋地卷繞的凹槽。備選地，可以繞著元件240的螺旋或圓形運(yùn)動(dòng)的方式移動(dòng)切削裝置520，這由裝置520上方的箭頭指示。圖26顯示了樹(shù)脂液滴540如何被裝置530施用到元件240的表面241。液滴的密度在很大程度上取決于單獨(dú)的情況。在實(shí)施例中，液滴的密度可為0. I至20滴每cm2，更典型地I至10滴每cm2。在固化之后，液滴在表面241上形成小的突起或凸塊，從而提高有效的表面粗糙度。圖24、25和26中顯示的元件240展示了圓形形狀。但是，如前面描述的那樣，它們可具有任何橫截面形狀。圖27顯示了用于生產(chǎn)根據(jù)實(shí)施例的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法的流程圖。該方法包括在框1100中，提供預(yù)固化復(fù)合材料制成的伸長(zhǎng)元件；在框1200中，將元件設(shè)置在模子中；重復(fù)框1200，使得在框1300中，形成至少一層預(yù)固化元件；以及在框1400中，將樹(shù)脂注入到由伸長(zhǎng)的預(yù)固化元件形成的層中。描述了在生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片時(shí)使用的用于預(yù)固化的伸長(zhǎng)元件的預(yù)處理方法。在本文描述的多種實(shí)施例中，元件展示了長(zhǎng)方形或正方形形狀。當(dāng)這些元件在形成層時(shí)定位成平行于彼此，平行的元件的側(cè)面可緊密地接觸彼此。此外，典型地，通過(guò)定位翼梁緣條的所有層的相應(yīng)的元件來(lái)形成翼梁緣條的所有層，然后開(kāi)始將樹(shù)脂插入到如此形成的層中以便連接多個(gè)元件。因此，在開(kāi)始注入樹(shù)脂以便連接元件之前，存在緊密地配合在一起的成堆疊的元件。因此，如果未處理元件以提高樹(shù)脂在堆疊中的流動(dòng)，則樹(shù)脂可能無(wú)法到達(dá)元件之間的接觸面的部分，或者在所有面均充分地覆蓋有樹(shù)脂以允許進(jìn)行穩(wěn)定的結(jié)合之前可能需要花很長(zhǎng)時(shí)間。為了簡(jiǎn)化這個(gè)過(guò)程，在將元件定位在翼梁緣條模子中以分別形成層或成堆疊的層之前，可對(duì)元件的一些面或所有面進(jìn)行預(yù)處理。在另一個(gè)實(shí)施例中，在將元件定位在模子中之前，對(duì)元件的表面施用小滴的快速粘合性樹(shù)脂。在將元件定位在模子中之前，此樹(shù)脂會(huì)固化，并且液滴從而在元件之間形成某種間隔物，從而為樹(shù)脂流過(guò)堆疊提供足夠的空間。上面描述的系統(tǒng)和方法促進(jìn)生產(chǎn)具有改進(jìn)的特性的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片。更具體而言，它們促進(jìn)生產(chǎn)具有改進(jìn)的機(jī)械穩(wěn)定性的轉(zhuǎn)子葉片。上面詳細(xì)描述了用于生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的系統(tǒng)和方法的示例性實(shí)施例。系統(tǒng)和方法不限于本文描述的具體實(shí)施例，而是相反，系統(tǒng)的構(gòu)件和/或方法的步驟可獨(dú)立地以及與本文描述的其它構(gòu)件和/或步驟分開(kāi)來(lái)使用。例如，方法可應(yīng)用于其它轉(zhuǎn)子葉片，而不限于僅用本文描述的風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)來(lái)實(shí)踐。相反，可結(jié)合許多其它轉(zhuǎn)子葉片應(yīng)用來(lái)實(shí)施和利用示例性實(shí)施例。雖然可在一些圖中顯示本發(fā)明的多種實(shí)施例的具體特征，而在其它圖中不顯示，但這僅是為了方便。根據(jù)本發(fā)明的原理，圖的任何特征可結(jié)合任何其它圖的任何特征來(lái)參照和/或聲明。本書(shū)面描述使用實(shí)例來(lái)公開(kāi)本發(fā)明，包括最佳模式，并且還使本領(lǐng)域任何技術(shù)人·員能夠?qū)嵺`本發(fā)明，包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何結(jié)合的方法。雖然已經(jīng)在前述中公開(kāi)了多種具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)可，權(quán)利要求的精神和范圍允許有同樣有效的改良。尤其，上面描述的實(shí)施例的互不排斥的特征可與彼此結(jié)合。本發(fā)明的可授予專利的范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實(shí)例。如果這樣的其它實(shí)例具有不異于權(quán)利要求的字面語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)元素，或者如果這樣的其它實(shí)例包括與權(quán)利要求的字面語(yǔ)言無(wú)實(shí)質(zhì)性差異的等效結(jié)構(gòu)元素，則它們意圖處于權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，包括 a)轉(zhuǎn)子葉片本體，其包括根部部分、前緣、后緣和至少一個(gè)翼梁緣條； b)由預(yù)固化復(fù)合材料制成的多個(gè)平行的伸長(zhǎng)元件，所述預(yù)固化復(fù)合材料包括纖維和樹(shù)脂，以及 c)連接所述多個(gè)元件的樹(shù)脂。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，在包括下者的列表中的一個(gè)或多個(gè)元件中提供所述伸長(zhǎng)元件根部區(qū)段、翼梁緣條、后緣和前緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述伸長(zhǎng)元件中的至少一個(gè)具有展示選自由下者組成的列表的形狀的橫截面多邊形、長(zhǎng)方形、正方形、圓形和橢圓形。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述至少一個(gè)翼梁緣條沿垂直于所述葉片的弦線和縱向軸線的方向包括多層由預(yù)固化復(fù)合材料制成的元件。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，第一層的至少一個(gè)元件的長(zhǎng)度不同于第二層的至少一個(gè)元件的長(zhǎng)度。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項(xiàng)所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，所述元件包括由下者組成的列表中的至少一個(gè)要素碳纖維、玻璃纖維及其組合，以及其中，所述元件中的至少一個(gè)的表面包括凸塊或至少一個(gè)凹槽。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的轉(zhuǎn)子葉片，其特征在于，在所述葉片的根部區(qū)段中提供所述預(yù)固化元件，以及其中，所述元件的縱向軸線基本平行于所述轉(zhuǎn)子葉片的縱向軸線，以及其中，所述轉(zhuǎn)子葉片的所述根部部分包括至少一層纖維材料和樹(shù)脂，以及至少一個(gè)由伸長(zhǎng)的預(yù)固化元件和樹(shù)脂形成的層。
8.一種用于生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的方法，包括 a)提供由預(yù)固化復(fù)合材料制成的伸長(zhǎng)元件； b)將所述元件設(shè)置在模子中； c)重復(fù)b)，使得形成至少一層預(yù)固化元件；以及 d)將樹(shù)脂注入到由所述伸長(zhǎng)的預(yù)固化元件形成的所述層中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，將所述預(yù)固化元件設(shè)置在用于翼梁緣條或用于葉片根部部分的模子中。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，在用于翼梁緣條的模子中，沿垂直于所述葉片的弦和垂直于所述葉片的縱向軸線的方向形成至少兩層預(yù)固化元件。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述復(fù)合材料包括由下者組成的列表的至少一個(gè)要素碳纖維、玻璃纖維及其組合。
12.根據(jù)權(quán)利要求8至11中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在筒管上提供所述預(yù)固化復(fù)合材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求8至12中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，在將所述復(fù)合材料設(shè)置在所述模子中之前，對(duì)所述復(fù)合材料進(jìn)行預(yù)處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，預(yù)處理包括下者中的至少一個(gè)將樹(shù)脂液滴噴射在所述材料的表面上；對(duì)所述材料進(jìn)行噴砂；用工具處理所述表面；在所述表面中產(chǎn)生凹槽或微坑。
15.根據(jù)權(quán)利要求8至14中的任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述方法進(jìn)一步包括在所述至少一層預(yù)固化元件上提供至少一層纖維材料，其中，單向地或雙軸向地提供所述 纖維材料層，以及其中，將樹(shù)脂注入到由所述至少一層纖維材料和所述至少一層預(yù)固化元件形成的堆疊中。
全文摘要
本發(fā)明涉及具有預(yù)固化纖維桿的風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片及其生產(chǎn)方法。一種風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片包括轉(zhuǎn)子葉片本體，其包括根部部分、前緣、后緣和至少一個(gè)翼梁緣條；由預(yù)固化復(fù)合材料制成的多個(gè)平行的伸長(zhǎng)元件，該預(yù)固化復(fù)合材料包括纖維和樹(shù)脂；以及連接該多個(gè)元件的樹(shù)脂。另外，提供了一種用于生產(chǎn)轉(zhuǎn)子葉片的方法。
文檔編號(hào)F03D1/06GK102787971SQ20121015295
公開(kāi)日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月17日
發(fā)明者A.阿赫塔, J.J.尼斯, P.奧德 申請(qǐng)人:通用電氣公司