粘結縫形成方法

2023-05-29 10:02:06

專利名稱：粘結縫形成方法
技術領域：
本發明涉及在待粘結到 一起的兩個部件之間形成粘結縫(bond line),尤其涉及在風力渦輪機轉子葉片的兩個外殼之間形成粘結縫。
背景技術：
近年來作為備用能源的風力已引起大量關注。風力渦輪機用來 將動態的風能轉變成電能。為此目的，實用類的風力渦輪機具有風 力轉子，風力轉子通常配備三個巨大的轉子葉片用以從風中吸收動 能。這些轉子葉片的典型長度處於10-100米的範圍內。轉子葉片 存在不同的設計但典型地由纖維增強材料製成，如玻璃纖維、碳素 纖維、芳香尼龍纖維或其類似物。此外，風力渦輪機轉子葉片典型 地為組合設計，也就是葉片本體由粘結到 一起的兩個葉片外殼製造 而成。目前用於將葉片外殼粘結到一起的方法如下所示。將適合的粘 合劑施加到一個或兩個葉片外殼的表面上，然後將葉片外殼例如通 過將外殼彼此緊接著放置而產生接觸。因此，用於裝配葉片外殼的 為不受控力。這種傳統的工藝僅僅提供對形成在葉片外殼之間的粘 結縫的最小限度的控制。此外，對大量粘合劑的需求增加了轉子葉 片的成本和重量。發明內容鑑於上文所述，提供了一種用於在葉片的第一外殼和第二外殼 之間形成粘結的方法。該方法包括步驟在所述第一葉片外殼和第 二葉片外殼之間形成空腔以及將粘合劑填充到所述空腔內用以在所 述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成粘結縫。 通過從屬權利要求、說明書並結合附圖，可以清楚本發明的另 外的方面、優點和特徵。根據本發明的第一個方面，提供了一種用於在葉片的第一半和第二半之間形成粘結縫的方法。該方法包括步驟在至少第一葉片 半內提供長形的凹部；將第二葉片半鄰接在所述第一葉片半上，使 得通過所述長形的凹部在所述第一葉片半和第二葉片半之間形成空 心空間；以及將粘合劑注入或灌輸到所述空心空間內用以在所述第 一葉片半和第二葉片半之間形成粘結縫。根據本發明的另外的方面，提供了一種用於在葉片的第一外殼 和第二外殼之間形成粘結的方法。該方法包括步驟在至少第一葉片外殼內形成開槽；在所述開槽內放置可膨脹的粘合劑；將第二葉 片外殼放置在所述第一葉片外殼上使得通過所述容納可膨脹的粘合 劑的開槽在所述第 一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成空腔；以及 使得所述可膨脹的粘合劑膨脹用以在所述第 一葉片外殼和第二葉片 外殼之間形成粘結縫。根據本發明不同方面的兩種方法提供了對在待裝配的零件之間 形成粘結縫的較好控制。詳細地講，引導粘合劑並將其保持在當裝 配外殼時所形成的空腔內。此外，空腔的大小和截面形狀可鑑於待 裝配的零件以及在葉片運行期間這些零件上的負荷而預先確定。因 此，本發明較好地提供了對粘結縫形成過程的控制。此外，能夠降 低所使用的粘合劑數量以便節約轉子葉片的成本和重量。根據本發明的另一個方面，提供了用於風力渦輪機轉子葉片的 外殼。葉片外殼包括形成在粘結縫區的開槽，使得所述開槽由互補 的葉片外殼覆蓋時形成空腔。


對本領域普通技術人員來講，在說明書的剩餘部分包括參照附 圖，更加詳細地闡明了本發明其中包括最佳實施方式的完整且使之
能夠實現的7>開，在附圖中圖1為風力渦輪機的示意圖。圖2示出了風力渦輪機的轉子葉片。圖3為圖2所示的轉子葉片沿線A-A的截面圖。圖4為根據本發明實施例的轉子葉片的葉片外殼的截面圖。圖5示出了根據本發明不同實施例的葉片外殼的細節。圖6示出了根據本發明另外不同實施例的葉片外殼的細節。圖7示出了根據本發明另外的實施例的配置的截面圖。圖8示出了根據本發明實施例的方法。圖9示出了根據本發明另一實施例的方法。圖IO為在本發明實施例中所使用的配置的截面圖。圖11示出了本發明又一實施例的方法。元件符號說明100風力渦輪才幾110塔架120搶130轂140轉子葉片500粘合劑510未膨脹的粘合劑520已膨脹的粘合劑550紫外光、熱等800注射器810粘合劑容器820管口830泵900軟管910管口1410葉片本體1412第一葉片外殼1414第二葉片外殼1420葉片根部1430葉片頂端1440前緣1441殼體1442接觸表面1443密封件1444開槽1445前緣粘結縫1446注入孔1447排氣孔1448空腔1450後緣1455後緣粘結縫1460翼梁1470抗剪腹板F力具體實施方式
現在將詳細地參照本發明的各種實施例，在圖中舉例il明了各 種實施例中的一個或多個示例。提供的每個示例作為對本發明的解 釋，而並不是對本發明的限定。例如，作為一個實施例的部分而舉 例說明或描述的特徵，可以用在或結合其它實施例用以又產生另外 的實施例。顯然本發明包括這樣的修改和變動。圖1為風力渦輪機100的示意圖。風力渦輪機100具有塔架110, 機器艙120安裝在塔架110上。典型地，機器艙容納發電機、齒輪 箱和渦輪機控制裝置(未示出)。用於將動態的風能轉變成轉動能量的 風力轉子安裝到機器艙120的一端。風力轉子包括以可轉動的方式 安裝到機器艙120上的轂130,使得轂130能夠繞著水平軸線轉動。 此外，三個轉子葉片140安裝到轂130上。典型地，轉子葉片140
可以繞著它們的縱軸線轉動以便能夠調整轉子葉片的傾角。圖2更為詳細地示出了風力渦輪機100的轉子葉片140。轉子葉 片140具有葉片本體1410,葉片本體1410在葉片才艮部1420和頂端 1430之間沿著轉子葉片140的縱向或者翼展方向延伸。典型地，葉 片本體1410由纖維增強材料製成，如玻璃纖維、^談素纖維、芳香尼 龍纖維或其類似物。轉子葉片140安裝到位於葉片根部1420的轂130 上。葉片本體還包括前緣1440和後緣1450。如果轉子葉片為組合設 計，則上方的葉片外殼和下方的葉片外殼如同下文將要解釋的那樣， 典型地沿著葉片的前緣1440和後緣1450連接在一起。圖3為圖2所示的轉子葉片沿線A-A的截面圖。其中，示出了 在前緣1440和後緣1450之間沿翼弦方向A-A延伸的葉片本體 1410。葉片本體1410由在前緣1440和後緣1450處結合的第一葉片 外殼1412和第二葉片外殼1414形成。第一葉片外殼1412和第二葉 片外殼1414也可以分別稱作第一葉片半和第二葉片半。葉片本體1410 的第一半和第二半分別在前緣1440和後緣1450處粘結在一起，以 便形成前緣粘結縫1445和後緣粘結縫1455。典型地，粘結縫通過使 用適合的粘合劑如聚氨酯(polyurethane)、環氧樹脂、乙烯酯類、丙烯 酸酯或它們的組合而形成。此外，在葉片本體1410內設置翼梁1460用以增強葉片本體1410 在風力負荷下的抗彎強度和/或抗扭強度。此外，設置抗剪腹板1470 用以增強葉片本體1410在風力負荷下的抗剪切強度。典型地但不限 於此，翼梁1460和抗剪腹板1470都由纖維增強材料製成，如玻璃 纖維、碳素纖維、芳香尼龍纖維或其類似物。此外，翼梁1460和/或 抗剪腹板1470可以粘結到葉片外殼1412、 1414中的一個或兩個上。 因此，粘結縫(未示出)必須在翼梁1460和/或抗剪腹板1470和第一葉 片外殼1412和第二葉片外殼1414中的至少一個之間形成。當然， 本發明能夠適用於形成翼梁1460和/或抗剪腹板1470的這些粘結縫。 翼梁1460和抗剪腹板1470為風力渦輪機轉子葉片任選的^旦卻是典
型的特徵。然而，應當理解的是，本發明也可以不用通過設置翼梁1460 和/或抗剪腹板1470而實施。圖4為根據本發明實施例的轉子葉片的葉片外殼的截面圖。其 中，更為詳細地示出了利用本發明的葉片外殼1412的構造。葉片外 殼1412的後緣1440的放大圖示出了葉片外殼1412具有接觸表面 1442,接觸表面1442構造成同另一葉片半的類似接觸表面配合。開 槽1444形成在接觸表面1442內並沿著希望的待形成的粘結縫方向 延伸，例如沿著從根部到頂端的葉片翼展方向。典型地，開槽1444 作為具有圓形、半圓形或半橢圓形截面的長形的凹部整體形成。然 而，其它的截面形狀如多邊形或三角形，如果可適用也可以使用。 此外，開槽1444的寬度、深度和/或形狀在它的整個長度上可以是恆 定的，但如果需要也可以變動。類似的後緣開槽1454設置在葉片外 殼1412的後緣部分1450上。如圖4左側所示，後緣開槽1454形成 在葉片外殼1412的後緣部分1450的接觸表面1452上。當然，上文 中有關前緣開槽的解釋也適用於後緣開槽。圖5示出了根據本發明不同實施例的葉片外殼的細節。在圖5 的左側，示出了葉片的前緣部分1440。其中，笫一葉片外殼1412和 第二葉片外殼1414鄰接在它們各自的接觸表面上。葉片外殼1412、 1414中的每個都在其中形成開槽1444。由於開槽1444相互對準， 故它們在葉片的前緣部分1440內形成空腔1448。在圖5的右側示出 了一種類似的但有些不同的實施例。其中，僅僅只有第一葉片外殼 1412具有在其中形成的開槽1444而第二葉片外殼1414不具有這樣 的開槽。然而，當第一外殼1412和第二葉片外殼1414覆蓋在一起 時仍然形成空腔1448。儘管在此未詳細示出，但應當理解的是，通 過在第 一葉片外殼和/或第二葉片外殼內設置至少一個後緣開槽1455 可以在葉片140的後緣部分1450上形成類似的空腔。圖6示出了根據本發明另外不同實施例的葉片外殼的細節。圖6 左側所示的實施例與圖5右側所示的實施例相似。然而，提供了另
外的注入孔1446,其中，注入孔在空腔1448和外部環境之間延伸。 在圖6所示的實施例中，注入孔1446從空腔1448向葉片外殼1412 的外表面延伸。然而，對注入孔1446來講，從空力空1448向葉片外 殼1412的內表面延伸也是可能的。根據另外的構造，注入孔1446 可以從空腔1448向第二葉片外殼1414的內表面和/或外表面延伸。 當形成粘結縫時，粘合劑將通過注入孔1446注射到空腔1448內。 因此，注入孔1446的確切位置和構造將由用於注入粘合劑的注射器 決定。例如，注入孔1446的口部可以專門地適於接收注射器的管口。 此外，可以設置專門設計的塞子用以在已注入粘合劑後關閉注入孔 1446。也應當考慮當位於葉片外殼1412的外表面時通向注入孔1446 是較為容易的。然而，葉片的空氣動力學特性可能由於注入孔1446 而變壞，因此指向葉片外殼1412內表面上注入孔1446的位置作為 令人感興趣的備選方案。在圖6的右側，示出了根據本發明實施例的另一特徵。其中， 排氣孔1447在空腔1448和葉片外殼1412的內表面之間延伸。當然， 排氣孔1447可以選擇性地或者另外地從空腔1448延伸到葉片外殼 1412的外表面。根據又一構造，排氣孔1447可以>^人空腔1448向第 二葉片外殼1414的內表面和/或外表面延伸。 一個或多個排氣孔1447 用作在粘結縫形成過程中從空腔1448排出空氣或氣體。詳細地講， 粘合劑在注入到空腔1448時排除容納在空腔內的空氣，而空氣通過 排氣孔1447排出。並且，注入到空腔內的粘合劑可以脫氣使得在空 腔1448內產生大量的氣體。這些氣體可以通過排氣孔1447排出。 典型地，排氣孔1447的直徑同注入孔1446的直徑相比是比較小的， 更典型地講是相當地小。儘管本發明上述實施例已論述了有關葉片前緣部分1440,但熟 練的閱讀人員將會容易地理解類似的構造可以應用到形成粘結縫的 其它部分。特別是，具有開槽和/或注入孔和/或排氣孔的類似構造能 夠應用到這些如後緣部分、翼梁和/或抗剪腹板的部分。 圖7示出了根據本發明另外實施例的配置的截面圖。其中，空腔1448不是由位於葉片外殼1412、 1414中的一個或兩個內的開槽 或凹部形成，而是由附著在第一葉片外殼和第二葉片外殼1412、 1414 內用以形成空腔1448的附加殼體1441形成。在本實施例中，殼體1441 的一端由真空緊密封件1443密封。因此，空腔1448適於粘合劑的 真空灌輸。為此目的，灌輸開口 1446形成在葉片外殼的外表面上。 粘合劑500可以通過真空灌輸的方式灌輸到空腔1448內。當然，空 腔1448也可以通過注入技術充滿粘合劑，殼體開口 1446在注入才支 術中用作注入開口。此外，排氣孔(未示出)可以設置在葉片外殼1412、 1414內，或者如果選用粘合劑注入技術則-沒置在殼體1441內。圖8示出了根據本發明實施例的方法。在根據本方法的第一步 驟(a)中，將可膨脹的粘合劑500放置在開槽1444內，而開槽1444 形成在葉片外殼內。接著在步驟(b)中，將第二葉片外殼放置在第一 葉片外殼上以便形成空腔1448,而處於未膨脹狀態510的可膨脹的 粘合劑500容納在空腔1448中。隨後，在步驟(c)中通過應用膨脹方 法使得可膨脹的粘合劑500膨脹。例如，可膨脹的粘合劑500可以 通過將其曝露於紫外(UV)光和/或使其受熱的方式而膨脹。另外地或 者備選地，可以在步驟(b)之前或者之後將泡沫劑和/或化學石更^f匕劑施 加到粘合劑500內。例如，泡沫劑和/或化學硬化劑可以通過注入孔 1446注入到空腔1448內。最後，在步驟(d)，處於膨脹狀態520的粘 合劑填充空腔1448並在第一葉片外殼和第二葉片外殼1412、 1414 之間形成明確的粘結縫。典型地，可膨脹的粘合劑選自聚氨酯、環 氧樹脂、乙烯酯類、丙烯酸酯或它們的組合。然而，與上文所述的 那些相比較，也有其它的可膨脹的粘合劑和膨脹方法在本領i或內廣 為所知並且可以在本發明範圍內應用。圖9示出了根據本發明另一實施例的方法。在第一步-驟(a)中， 第一葉片外殼和第二葉片外殼1412、 1414以上文所述的方式^:置在 彼此之上用以形成空腔1448。上文所述構造的注入孔1446設置在笫 一葉片外殼1412的外表面上。如上文所述，注入孔1446也可以位 於葉片外殼1412的內表面上或者第二葉片外殼1414的內表面或者 外表面上。接著，在步驟(b)中將注射器800施加到注入孔1446的口 部。在本實施例中，注射器800包括容納大量粘合劑500的衝佔合劑 容器810、適於安裝到注入孔1446的管口 820以及適於將粘合劑500 泵送到空腔1448內的泵830。當然，注射器800在不脫離本發明的 範圍內也有能夠應用的其它合適的構造。將力F施加到泵830上向 下擠壓活塞(未示出)用以將粘合劑500注入到空腔1448內。最後， 在步驟(c)中已注入的粘合劑500填充空腔1448用以在第一葉片外殼 和第二葉片外殼1412、 1414之間形成明確的粘結縫1445。在S主入期 間，粘合劑將排出空腔1448內的任何空氣或氣體。因此，可以設置 上文所述構造的排氣孔1447。因此，當將粘合劑500注入到空月空1448 內時，空腔1448內的空氣或氣體可以通過排氣孔排出。典型地，粘 合劑選自聚氨酯、環氧樹脂、乙烯酯類、丙烯酸酯或它們的《且合。 然而，與上文所述的那些相比較，也有其它的粘合劑和注入方法在 本領域內廣為所知並且可以在本發明範圍內應用。儘管上文描述了粘合劑到空腔1448的注入，但應當理解的是， 也有其它的通過粘合劑填充空腔1448的技術能夠被採用。特別地， 灌輸就是這樣的一種本領域內廣為所知的技術。當採用灌輸^支術時， 對空腔1448抽真空以便將粘合劑吸入到空腔1448內。也就是說， 通過對空腔1448抽真空的方式將粘合劑500灌輸到空腔1448內。圖10為在本發明實施例中所使用的配置的截面圖。其中，具有 管口 910的軟管900設置在空腔1448內而空腔1448形成在笫一葉 片外殼和第二葉片外殼1412、 1414之間。軟管900以可收回的方式 -改置在空腔1448內。例如，在軟管900和開槽1444的表面之間設 置間隙，也就是說，軟管900的截面面積小於空腔1448的截面面積。 另外地或者備選地，可以在軟管900的外表面上和/或開槽1444、 1454 的表面上設置潤滑劑以便有利於軟管900的收回。現在將參照、圖11
解釋軟管900的使用。圖11示出了本發明又一實施例的方法。其中，在步驟(a)中示出 了轉子葉片140的平面圖。在步驟(a)所述的製造狀態中，第一葉片 外殼和笫二葉片外殼彼此上下放置。此外，軟管900放置在由前緣 開槽1444形成的空腔1448內。軟管900的管口 910位於葉片140 的頂端部分1430而軟管900向下延伸到根部1420。在步驟(b)和步驟 (c)中，示出了在粘合劑500通過軟管900注入到空腔1448內的同時 怎樣收回位於空腔1448內的軟管900。熟練的閱讀人員將會理解軟 管900的收回速度和粘合劑500的泵送率必須相對於另一個進4亍調 整，使得空腔1448可靠地充滿粘合劑500。最後，在步驟(d)中明確 的粘結縫1445以受控方式形成在空腔1448內。儘管本發明上述實施例已論述了有關葉片前緣部分1440，但熟 練的閱讀人員將會容易地理解類似的構造可以應用到待形成粘結縫 的其它部分。特別是，具有開槽和/或注入孔和/或排氣孔的類似構造 能夠應用到這些如後緣部分、翼梁和/或抗剪腹板的部分。本書面說明採用了示例用以公開包括最佳實施方式的本發明， 並且也使得本領域普通技術人員能夠製造或使用本發明。當在根據 各種特定實施例描述本發明時，本領域普通技術人員將認為本發明 能以在權利要求精神和範圍內的改動進行實施。特別是，上文所述 實施例的互不排斥的特徵可以相互結合。本發明的可專利範圍由權 利要求所限定，並且可以包括本領域普通技術人員所想到的其它示 例。這樣的其它示例如果沒有不同於權利要求書面語言的結構元件、 或者包括與權利要求書面語言無實質差別的等同結構元件，認定為 落入權利要求範圍內。
權利要求
1.一種用於在葉片的第一外殼和第二外殼之間形成粘結的方法，所述方法包括步驟在所述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成空腔(1448)；將粘合劑(500)填充到所述空腔(1448)內，以便在所述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成粘結縫。
2. 根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述粘合劑(500) 是注入或灌輸到所述空腔(1448)內的。
3. 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在所述第一 葉片半和第二葉片半中的至少一個內形成開槽(1444),以便當所述第 一葉片半和第二葉片半相互安裝時由所述開槽(1444)形成所述空腔 (1448)。
4. 根據上述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，將軟 管(900)設置在所述空腔(1448)內，而所述粘合劑(500)通過所述軟管 (900)注入。
5. 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，所述軟管(900)在 注入粘合劑(500)的同時逐漸/人所述空腔(1448)中收回。
6. —種用於在葉片的笫一外殼和第二外殼之間形成粘結的方 法，所述方法包括步驟在所述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成空腔(1448); 將可膨脹的粘合劑放置在所述空腔(1448)內；和 使所述可膨脹的粘合劑膨脹，以便在所述笫 一葉片外殼和第二 葉片外殼之間形成粘結縫。
7. 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，將所述可膨脹的 粘合劑放置於在至少所迷第 一葉片外殼內形成的開槽(l444)內，以及 隨後將所述笫二葉片外殼安裝在所述第一葉片外殼上，以便形成容 納所述可膨脹的粘合劑的所述空腔(1448)。
8. 根據權利要求6或7所述的方法，其特徵在於，所述可膨脹 的粘合劑通過將其曝露於紫外光、使其受熱、使用泡沫劑和/或使用 化學硬化劑(550)的方式而膨脹。
9. 一種用於風力渦輪機(100)轉子葉片(140)的外殼，包括 形成在粘結縫的區域內的開槽(1444)，使得所述開槽(1444)在由互補的葉片外殼覆蓋時形成空腔(1448)。
10. 根據權利要求9所迷的葉片外殼，其特徵在於，還包括在 所述開槽(1444)和所述葉片外殼表面之間延伸的至少一個注入孔 (1446)和/或至少 一個排氣孔(l 447)。
全文摘要
提供了一種在葉片的第一外殼和第二外殼之間的粘結縫形成方法。該方法包括步驟在所述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成空腔(1448)以及將粘合劑(500)填充到所述空腔(1448)內用以在所述第一葉片外殼和第二葉片外殼之間形成粘結縫。
文檔編號F03D1/06GK101149041SQ200710152938
公開日2008年3月26日 申請日期2007年9月19日 優先權日2006年9月22日
發明者A·比倫, S·范布羅伊格爾, W·巴克惠斯 申請人:通用電氣公司