用于制造風力渦輪的轉子葉片的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于制造風力渦輪的轉子葉片的方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)代風力渦輪轉子葉片通過將纖維增強復合物結合諸如輕木或塑料泡沫的芯部構件而構造成。
[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)工藝來制造轉子葉片的方法。在該制造工藝的第一步驟中，纖維材料被分別鋪設在模具的上部部分和下部部分上。纖維材料通過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)一起被設置在模具的下部部分中。接下來，模具的上部部分以及纖維材料繞其縱向軸線被轉動180度并且被設置到位，使得該模具被關閉。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。當樹脂已經固化時，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工藝中被制造。根據(jù)所述單獨工藝，輕木板被覆蓋以纖維材料。該纖維材料被注入樹脂。一旦樹脂已經固化，則包括纖維增強樹脂和輕木芯部的固化腹板可從相應模具被取出。
[0005]對于一些應用來說，需要使得腹板在一端處具有凹槽。該凹槽構造成確保負載進出該轉子葉片的平滑傳遞，也就是說，所述凹槽避免由幾何尺寸的急劇變化引起的應力集中。該凹槽被機加工在所述腹板的所述端部中。在該過程中，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致了浪費。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的一個目的是提供用于制造風力渦輪的轉子葉片的改進方法。
[0007]因此，提供用于制造風力渦輪的轉子葉片的方法。所述方法包括:a)將纖維材料的第一敷層設置在模具內側，所述第一敷層對應于所述轉子葉片的翼型；b)在將所述芯部構件設置在所述模具中之前和/或之后，將纖維材料的第二敷層設置在芯部構件上，所述第二敷層包括對應于所述轉子葉片的腹板的芯部構件，所述芯部構件包括構造成確保將負載平滑地傳送進出所述腹板的凹槽；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加工出凹槽，因此節(jié)省了人力并且避免浪費。更確切地說，凹槽被設置在芯部構件中，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，芯部構件可包括木頭或塑料泡沫，例如聚氯乙烯(PVC)、聚對苯二甲酸乙酯(PET)、聚對苯二甲酸丁酯(PBT)或聚氨基甲酸乙酯(PU)。這兩種材料都可容易地設置有凹槽。例如，芯部構件可機加工(尤其是，鋸)成具有所需形狀?；蛘咴谟绕涫桥菽那闆r下，芯部構件可被澆鑄成具有凹槽的期望形狀。此外，芯部構件可包括多個芯部元件，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。纖維可以單向地設置成雙軸構造或任何其他構造。纖維可包括例如玻璃纖維、碳纖維和/或聚酰胺纖維。纖維材料可以預浸狀態(tài)(所謂的預浸材料)或未浸狀態(tài)被供應。在后者情況下，纖維材料在步驟(c)之前用樹脂進行浸漬。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，并且獲得最終轉子葉片。當然，當使用預浸材料時，不需要用樹脂來注入纖維材料。
[0010]通常，模具可以是打開或關閉模具。例如，模具可包括一個或多個部分，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)或者沒有被硬化和/或交聯(lián)達顯著的程度?！肮袒被颉澳獭笔侵笜渲挥不?或交聯(lián)至使得纖維增強樹脂的形狀將不再會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塑性材料。
[0013]在將芯部構件設置在模具中之前“和”之后將纖維材料的第二敷層設置在芯部構件上的步驟意味著:在將芯部構件設置在模具中之前，將第二敷層的第一部分設置在芯部構件上；以及在將芯部構件設置在模具中之后，將第二敷層的第二部分設置在芯部構件上。在將芯部構件設置在模具中之前將第二敷層設置在芯部構件上可能由于改進的可通達性而使得鋪設過程容易進行。
[0014]根據(jù)另一實施例，具有凹槽的芯部構件在步驟b)之前可能已經包括固化的纖維增強塑性材料。在該情況下，第二敷層在芯部構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或多個層。
[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)可以按照本領域技術人員認為合適的不同順序被執(zhí)行。
[0018]根據(jù)另一實施例，凹槽具有拋物線或半圓形狀。
[0019]這些形狀導致腹板尖端朝向葉片的根部逐漸地縮小。這改善了將負載傳送進出所述腹板。
[0020]根據(jù)另一實施例，芯部構件包括至少兩個互鎖元件。
[0021]互鎖優(yōu)選地通過彼此接合的至少兩個元件來實現(xiàn)，或者通過提供同時與這兩個元件接合的第三元件來實現(xiàn)?？墒褂脴藴试牧?，例如木板。具體地，互鎖元件可均由單個輕木木板來制成。此外，芯部構件可在現(xiàn)場(即，在模具處或在模具中)被組裝。
[0022]根據(jù)另一實施例，兩個互鎖元件包括舌部和溝槽接頭，和/或由鎖定元件同時地接合。
[0023]根據(jù)另一實施例，芯部構件包括基部區(qū)段和兩個尖端區(qū)段，所述基部區(qū)段和兩個尖端區(qū)段至少部分地限定凹槽，其中所述兩個尖端區(qū)段與所述基部區(qū)段互鎖。
[0024]因此，可以以容易的方式來獲得凹槽。此外，這允許兩個尖端區(qū)段例如在該制造過程的不同階段中被安裝到該基部區(qū)段。
[0025]根據(jù)另一實施例，芯部構件和/或至少兩個互鎖元件由木頭和/或泡沫制成。
[0026]例如，可使用膠合板、PET或PU。
[0027]根據(jù)另一實施例，芯部構件和/或至少兩個互鎖元件由平面材料制成。
[0028]這很好地對應于腹板的平面形狀。
[0029]根據(jù)另一實施例，步驟b)包括:通過使用訂書釘將第二敷層的纖維材料的層緊固到芯部構件。
[0030]因此可防止所述層相對于芯部構件或芯部元件的運動或錯位。此外，所述芯部構件或芯部元件能夠利用纖維材料來預包裝，并且被容易地運輸?shù)侥＞叩牟课弧?br>[0031]根據(jù)另一實施例，步驟b)包括:至少部分地通過使得纖維材料的層延伸超出相應尖端區(qū)段而覆蓋限定所述凹槽的芯部構件的尖端區(qū)段。
[0032]所述層可沿尖端區(qū)段的側向和/或長度方向延伸超出所述尖端區(qū)段。這降低了在腹板的相應尖端處從翼型的內表面剝離的風險。
[0033]根據(jù)另一實施例，至少兩個互鎖元件中的一者在模具外側利用纖維材料來覆蓋，并且所述至少兩個互鎖元件中的另一者在所述模具內側利用纖維材料來覆蓋。
[0034]這提供了具有高靈活性的工藝。
[0035]根據(jù)另一實施例，其中在模具外側利用第二敷層的層來覆蓋的至少兩個互鎖元件中的所述一者是芯部構件的尖端區(qū)段。
[0036]可能有利的是僅在設置好基部區(qū)段和下部尖端區(qū)段以及在模具內側支撐其的芯部構件之后才安裝上部尖端區(qū)段。
[0037]根據(jù)另一實施例，其中步驟b)包括:將至少一個支撐元件設置在芯部構件與第一和/或第二敷層之間。
[0038]所述支撐元件可向芯部構件和/或纖維材料提供支撐。
[0039]根據(jù)另一實施例，至少一個支撐元件具有用于接收芯部構件的相應邊緣的溝槽。
[0040]至少一個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)另一實施例，其他芯部構件在模具內側被設置在芯部構件的任一側上，以用于支撐所述芯部構件。
[0042]根據(jù)另一實施例，尖端區(qū)段和/或相應支撐元件僅在所述其他芯部構件被設置在所述模具內側之后才與所述基部區(qū)段互鎖。
[0043]“風力渦輪”目前指代將風的動能轉換為旋轉能量的設備，該旋轉能量可通過該設備再次被轉換為電能。
[0044]本發(fā)明的進一步可能的實施方式或替代性方案還包括針對所述實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。本領域技術人員還可將單個或孤立的方面和特征添加到本發(fā)明的最基本形式。
【附圖說明】
[0045]本發(fā)明的進一步目的、特征和優(yōu)勢從后述說明和所附權利要求書結合附圖將顯而易見，在附圖中:
圖1是根據(jù)一個實施例的風力渦輪的透視圖；
圖2示出了根據(jù)一個實施例的轉子葉片的根部末端的透視圖；
圖3示出了用于制造圖2的轉子葉片的腹板的芯部構件的透視圖；
圖4是圖3的芯部構件的尖端部段的透視圖；
圖5示出了根據(jù)用于制造圖2的轉子葉片的方法的實施例的VARTM工藝的截面圖；
圖6示出了圖3的放大圖VI，其中，視圖VI還對應于當芯部構件被設置在模具內側時沿圖3的截面線V1-VI截取的截面；以及
圖7示出了根據(jù)用于制造風力渦輪的部件的方法的實施例的流程圖。
[0046]在附圖中，相同的附圖標記指代相同或功能等效的元件，除非另有聲明。
【具體實施方式】
[0047]圖1示出了根據(jù)實施例的風力渦輪I。
[0048]風力渦輪I包括連接到發(fā)電機(未示出)的轉子2，該發(fā)電機設置在機艙3內側。機艙3被設置在風力渦輪I的塔4的上端處。
[0049]轉子2包括三個葉片5。這類轉子2可能具有范圍在例如從30至160米的直徑。葉片5經受高風力負載。與此同時，葉片5需要是輕質的。出于這些原因，現(xiàn)代風力渦輪I中的葉片5由纖維增強復合材料制成。在本文中，出于成本原因，玻璃纖維相比碳纖維來說通常是優(yōu)選的。此外，葉片5均包括由輕材料制成的一個或多個芯部構件，以減少葉片5的重量。在葉片5的制造期間以及在風力渦輪I的操作期間，芯部構件也向纖維敷層提供支撐。
[0050]圖2示出了圖1的其中一個葉片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?？臻g8內側的腹板9沿葉片5的縱向方向延伸。腹板9沿相對邊緣10、11連接到翼型7的內表面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朝向內表面1