製造風力渦輪機轉子葉片的方法和風力渦輪機轉子葉片的製作方法

2023-07-08 12:36:51 1

專利名稱：製造風力渦輪機轉子葉片的方法和風力渦輪機轉子葉片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於製造風力渦輪機轉子葉片的方法和風力渦輪機轉子葉片。
背景技術：
已知不同的用來製造風力渦輪機轉子葉片的方法。因此，已知可以通過在鐵芯或心軸上纏繞粗紗帶或者粗紗束來製造風力渦輪機轉子葉片。現有技術中還已知可以通過粘合將兩個半殼體在前緣和後緣接合來製造葉片的方法來製造轉子葉片。該半殼體通過由一個或更多個橫梁支撐於葉片空腔內部，橫梁也通過粘合方法接合到半殼體，這裡橫梁例如可以製成U或I 形，使得這些橫梁的凸緣形成與半殼體接觸的接觸面，或者這裡橫梁例如可以通過纏繞製成，使得纏繞橫梁的外表面的一部分形成與半殼體的接觸面。而且，從EP 1 310 351的公開內容可知以一片式閉合模具來製造轉子葉片。而且，從EP 1 109 657可知，產生含有空腔的部分閉合結構的複合材料，如風力渦輪機轉子葉片。這裡，纖維增強材料被設置在至少一個模具核芯或心軸周圍，在模製所述增強材料之後從部分閉合的結構上移去。模製核芯或心軸包括由柔性材料製成的外核芯部。外核芯部填充可模製和可伸縮填充材料。在澆鑄之後，從所述外核芯部倒出填充材料。用來製造風力渦輪機轉子葉片的一種當下的方法涉及有點與EP 1 109 657中公開的類似的兩個模製核芯或心軸，不過包括由柔性填充材料圍繞的基本為固體的核芯。這些模製核芯中每一個都具有適當形狀，以適應沿葉片的縱軸的支撐腹板每一側上的葉片殼。與EP 1 109 657中公開的方法的另一不同之處是在澆鑄之後填充材料本身是不被單獨抽出的，而是包括外核芯部的整個模製核芯，所述基本為固體的核芯和柔性填充材料作為一個整體被抽出。遺憾的是，由於葉片的後段的形態很彎曲，尤其是在葉片「肩部」靠近葉片根部，模製核芯沿腹板的這側的所述柔性填充材料部分必須很高，以便能夠充分壓縮模製核芯，以便在模製轉子葉片之後，從空腔中移去模製核芯。與該過程相關的一個其它方面是在模製之後從空腔中移去模製核芯的難度，例如如果模製核芯在一些區域粘到纖維增強材料，尤其是葉片肩部區域周圍。

發明內容
因此，本發明的第一目標是提供一種用於製造風力渦輪機轉子葉片的有利方法， 它克服了所提及的困難。本發明的第二目標是提供一種有利的風力渦輪機轉子葉片。第一目標是通過如權利要求1所要求保護的用於製造風力渦輪機轉子葉片的方法來實現的。第二目標是通過如權利要求12和15中所要求保護的風力渦輪機轉子葉片來實現的。從屬權利要求限定本發明的其它進步之處。在用於製造風力渦輪機轉子葉片的本發明的方法中，複合材料被設置在模製核芯組件周圍。模製核芯組件包括第一模製核芯和第二模製核芯。然後，複合材料被固定或固化或硬化，形成風力渦輪機轉子葉片。風力渦輪機轉子葉片包括根部分和肩部部分。當複合材料被固定或固化或硬化時，通過根部分的開口從風力渦輪機轉子葉片中移去第一模製核芯。通過肩部部分的開口從風力渦輪機轉子葉片中移去第二模製核芯。本發明的方法具有優勢，即通過移去模製核芯組件，模製核芯組件不需要被壓縮太多就能夠從其空腔中移去。

通常，第一模製核芯和/或第二模製核芯可包括由柔性填充材料圍繞的固體核芯。例如，第一模製核芯和/或第二模製核芯可包括由填充了柔性填充材料的柔性外核芯部圍繞的固體核芯。在移去第一和/或第二模製核芯之前，可以從風力渦輪機轉子葉片中移去柔性填充材料。而且，將模製核芯組件尤其是第一模製核芯和/或第二模製核芯設計成大部為固體材料僅有一小部分為柔性材料是可行的。例如，可以使用基本為固體的核芯材料。優選地，複合材料可包括纖維增強材料，例如玻璃纖維增強環氧基樹脂或聚脂。通常，複合材料可設置成層疊結構。風力渦輪機轉子葉片可包括後緣，場方向(court direction)、跨度方向和支撐腹板或者剪切腹板。支撐腹板可沿跨度方向定位在與場方向垂直的平面內。支撐腹板可包括面向後緣的後緣側。第一模製核芯可有利地被設置在支撐腹板的後緣側附近。第二模製核芯可設置在支撐腹板的遠端靠近第一模製核芯處。而且，風力渦輪機轉子葉片可包括前緣、弦方向、跨度方向和支撐腹板或剪切腹板。支撐腹板可沿跨度方向定位在與弦方向垂直的平面內。支撐腹板可包括面向前緣的前緣側。第三模製核芯可有利地被設置在支撐腹板的前緣側附近。優選地，當複合材料固定或固化或硬化時，可通過根部分的開口從風力渦輪機轉子葉片中移去第三模製核芯。在本發明的背景下，固定複合材料的步驟用作用於硬化複合材料和/或固化複合材料和/或將之前的柔性複合材料轉化成固體或堅硬狀態的術語或名稱。通過肩部部分的開口從風力渦輪機轉子葉片中移去第二模製核芯之後，可關閉肩部部分的開口，例如通過艙門和/或罩子和/或蓋子和/或面板或其它任何適當手段。風力渦輪機轉子葉片可包括前緣和後緣，第一模製核芯和/或第二模製核芯和/ 或第三模製核芯，它可以是之前提到的第三模製核芯，其中每個都可包括根端和尖端。第一模製核芯和/或第二模製核芯和/或第三模製核芯可進一步包括在連接風力渦輪機轉子葉片的前緣和後緣的平面內的直徑。該直徑有利地從具體的模製核芯的根端到尖端是降低的。具體的模製核芯從根端到尖端的降低的直徑能夠容易地從風力渦輪機轉子葉片中移去模製核芯。有利地，第一模製核芯和/或第二模製核芯和/或第三模製核芯的至少一個固體核芯部分包括從根端到尖端降低的直徑。在又一種變形中，複合材料和核芯組件可被設置在外模具部分的內部，以形成模具空腔。然後，給模具空腔加真空，基體材料例如樹脂被噴射到模具空腔內部。在噴射完基體材料之後，複合材料被固化或固定。然後，可以移去外模具部分，在移去外模具部分之前或者之後，可以從轉子葉片中取出核芯組件。第一模製核芯是通過根部分的開口移去的，第二模製核芯是通過肩部部分的開口移去的。根據權利要求12的本發明的風力渦輪機轉子葉片包括肩部部分和肩部部分的開口。肩部部分的開口可以被關閉，例如通過艙門和/或罩子和/或蓋子和/或面板。優選地，關閉的開口可被重新打開，例如在維護或檢查作業的情況下。開口提供從肩部進入到葉片內部的簡單舒適的通路，其通常是難以查看的。在本發明的背景下，肩部被定義為具有最大弦長的後緣部分。肩部部分被定義為從葉片根部沿後緣延伸到肩部和尖部之間後緣上的一點的部分，在此，弦長具有最大弦長的70%的值。根據權利要求15的本發明的風力渦輪機轉子葉片是通過之前描述的本發明的方法製造的。本發明與已知技術的不同是模製核芯組件的設計和從空腔中移去的方式。設計的不同在於模製核芯組件被分成至少兩個模製核芯，移去方式的不同在於所述兩個模製核芯是通過分別的開口，即通過葉片根部，通過轉子葉片的葉片肩部中形成的開口從空腔中拿出的。這些不同之處的技術效果是使從空腔中移去(若干)模製核芯的有利工序變得容易。


通過下文結合附圖對實施例的描述，本發明的其它特徵、特性和優點會很明了。所有提及的特徵單獨講及彼此進行任意組合都是有利的。圖1以平面視圖示意性示出在由葉片的跨度和葉片的弦長限定的平面上的風力渦輪機轉子葉片。圖2示意性示出通過轉子葉片的翼區段的弦方向的橫截面。圖3示意性示出通過圖1的III-III的填充了模製核芯的轉子葉片的翼區段的弦方向的橫截面圖。圖4以截面視圖示意性示出在由葉片跨度和葉片弦長限定的平面上的帶模製核芯的風力渦輪機轉子葉片。圖5以截面視圖示意性示出沿其縱軸的模製核芯。圖6以截面視圖示意性示出在由葉片跨度和葉片弦長限定的平面上帶模製核芯但不帶支撐腹板的改進的風力渦輪機轉子葉片。
具體實施例方式現在參照圖1-圖6描述本發明的實施例。圖1以平面視圖示出在由葉片的跨度和葉片的弦長限定的平面上的風力渦輪機轉子葉片。圖1以其通常用於三葉片轉子中的形式顯示風力渦輪機轉子葉片1。但是，本發明並不局限於用於三葉片轉子的葉片。實際上，它可以在其它轉子例如單葉片的轉子或者兩個葉片的轉子中實現。圖1中顯示的轉子葉片1包括具有圓柱形外形的根部分3和尖部2。尖部2形成葉片1的最外部。根部分3的圓柱形外形用來將葉片1固定到轉子轂的軸承。轉子葉片1 進一步包括被定義為其最大外形深度，即葉片的最大弦長的所說的肩部4。翼區段5在肩部 4和尖部2之間延伸，其具有空氣動力學形狀的外形。過渡部7在肩部4和圓柱形根部分3 之間延伸，其中從翼部5的空氣動力學外形到根部分3的圓柱形外形之間出現過渡。轉子葉片1包括從葉片根部3延伸到尖部2的跨度12。弦方向14垂直於跨度12 定向。圖2中顯示通過轉子葉片的翼區段5的弦方向的橫截面。圖2中顯示的它們的空氣動力學外形包括凸出的吸收側13和較不凸出的壓力側15。從葉片的前緣9延伸到其後緣11的點劃線14顯示外形的弦長。儘管圖2中，壓力側15包括凸出區段17和凹入區段19，但只要吸收側13比壓力側15更為凸出，則根本不要凹面區段也能實現。翼部分5中的吸收側13和壓力側15也分別被稱作轉子葉片1的吸收側和壓力側， 不過從嚴格意義講，葉片1的圓柱形部分3並沒有顯示壓力或吸收側。轉子葉片1包括層疊結構16和剪切腹板或支撐腹板18。支撐腹板18沿與弦方向14垂直的平面延伸。支撐腹板18包括前緣側20和後緣側21。前緣側20面向前緣9， 後緣側21面向後緣11。圖3示意性示出沿圖1中III-III的橫截面。該橫截面是在靠近肩部4換言之在肩部部分的翼部分5截取的。

在轉子葉片1的內部，設置包括第一模製核芯22、第二模製核芯25和第三模製核芯28的模製核芯組件。第三模製核芯28被定位在支撐腹板18的前緣側20附近。第一模製核芯20被定位在支撐腹板18的後緣側21附近。第二模製核芯25被定位在支撐腹板18 遠端第一模製核芯20附近。第二模製核芯25被定位在靠近肩部部分4的後緣11。上述的模製核芯中的每一個都包括由柔性外核芯部圍繞的固體核芯。柔性外核芯部用柔性填充材料填充。這表示第一模製核芯22包括由柔性填充材料24圍繞的固體核芯 23，第二模製核芯25包括由柔性材料27圍繞的固體核芯26，第三模製核芯28包括由柔性填充材料30圍繞的固體核芯29。圖4以截面視圖示意性示出在由葉片跨度12和葉片弦14限定的平面上的風力渦輪機轉子葉片1。圖4示意性示出轉子葉片1內部模製核芯22、25和28的可能布置形式。 在圖4中，只顯示了模製核芯的固體核芯23、26和29。這示意性說明在固定或固化或硬化複合材料16之後並在可能從柔性外核芯部移去柔性填充材料27、24和30之後的情況。如果沒有從外核芯部移去填充材料，則在從轉子葉片1移去模製核芯22、25和28的過程中帶柔性填充材料的外核芯部受到壓縮。在這種情況下，在圖4中為簡化起見，省略外核芯部。葉片根部分3包括開口 31。而且，轉子葉片1包括肩部部分4的開口 33。在固定或固化或硬化複合材料16之後，可選地在移去填充材料24、27和30之後，可以通過開口 31 和33從轉子葉片1中移去模製核芯22、25和28。可以通過開口 31移去第三模製核芯28 和第一模製核芯22。可以通過肩部部分4的開口 33移去第二模製核芯25。在移去第二模製核芯25之後，肩部部分4處的開口 33優選通過艙門、罩子、蓋子或其它任何適當手段關閉。模製核芯22、25和28的固體核芯23、26和29的優選設計示意性示於圖5中。圖 5以截面視圖沿模製核芯34的縱軸38示意性示出模製核芯34或模製核芯的固體核芯。模製核芯34表示第一模製核芯或第二模製核芯或第三模製核芯的固體核芯。模製核芯34包括根端35和尖端36。當模製核芯34被置於轉子葉片1內部時，放置模製核芯34使得根端 35被定位在靠近根部分3，尖端36被定位在靠近尖部2。而且，模製核芯34包括與縱軸38 垂直的直徑37。直徑37是在由轉子葉片1的前緣9和後緣11限定的平面內測量的。優選地，直徑37從根端35向尖端36減小。這提供了通過各自的開口 31、32或33容易地從轉子葉片1中移去模製核芯34。圖6以截面視圖示意性示出在由葉片跨度和葉片弦限定的平面上帶模製核芯但不帶支撐腹板的改進的風力渦輪機轉子葉片100。在圖6所示的示例中，圖4的第一模製核芯和第三模製核芯被一個模製核芯34取代，其對應於本發明方法的第一模製核芯。可通過開口 31移去模製核芯34。可通過肩部部分4的開口 33移去第二模製核芯25。
通常，可以在包括第一和第二模製核芯或心軸的至少一個描述的模製核芯組件周圍設置纖維增強材料。在模製所述增強材料之後，從部分關閉的結構中移去模製核芯組件。 模製核芯或心軸可包括由柔性材料製成的外核芯部。外核芯部用可模製、可伸縮填充材料填充。在澆鑄之後，可以從所述外核芯部倒出填充材料。
權利要求
1.一種用於製造風力渦輪機轉子葉片(1，100)的方法，其中複合材料(16)被設置在模製核芯組件周圍，所述模製核芯組件包括第一模製核芯 (22)和第二模製核芯(25)，複合材料(16)被固定形成風力渦輪機轉子葉片(1，100)，包括根部分(3)和肩部部分(4)，通過根部分(3)的開口(31)從風力渦輪機轉子葉片(1，100)中移去第一模製核芯 (22)，其特徵在於通過肩部部分(4)的開口(33)從風力渦輪機轉子葉片(1，100)中移去第二模製核芯 (25)。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於第一模製核芯(22)和/或第二模製核芯(25)包括由柔性填充材料圍繞的固體核芯 (23，26)。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其特徵在於第一模製核芯(22)和/或第二模製核芯(25)包括由柔性外核芯部(24，27)圍繞的固體核芯(23，26)，該柔性外核芯部用柔性填充材料填充。
4.根據權利要求2或權利要求3所述的方法，其特徵在於在移去第一模製核芯(22 )和/或第二模製核芯(25 )之前，從風力渦輪機轉子葉片(1， 100)中移去柔性填充材料。
5.根據權利要求1-4中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於複合材料(16)包括纖維增強材料。
6.根據權利要求1-5中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於風力渦輪機轉子葉片(1，100)包括後緣(11)，弦方向(14)，跨度方向(12)和支撐腹板 (18);支撐腹板(18)沿跨度方向(12)被定位在垂直於弦方向(14)的平面內；支撐腹板(18) 包括面向後緣(11)的後緣側(21);第一模製核芯(22)被設置在支撐腹板(18)的後緣側 (21)附近，第二模製核芯(25)被設置在支撐腹板(18)遠端在第一模製核芯(22)附近。
7.根據權利要求1-6中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於風力渦輪機轉子葉片(1，100)包括前緣(9)，弦方向(14)，跨度方向(12)和支撐腹板 (18);支撐腹板(18)沿跨度方向(12)被定位在與弦方向(14)垂直的平面內；支撐腹板(18) 包括面向前緣(9 )的前緣側(20 )；第三模製核芯(28 )被設置在支撐腹板(18 )的前緣側(20 ) 附近。
8.根據權利要求1-7中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於在通過肩部部分(4)的開口(33)從風力渦輪機轉子葉片(1，100)中移去第二模製核芯 (25)之後，肩部部分(4)的開口(33)被關閉。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於肩部部分(4)的開口(33)通過艙門和/或罩子和/或蓋子和/或面板被關閉。
10.根據權利要求1-9中任一項權利要求所述的方法，其特徵在於風力渦輪機轉子葉片(1，100)包括前緣(9)和後緣(11);第一模製核芯(22)和/或第二模製核芯(25 )和/或第三模製核芯(28 )包括根端(35 )、尖端(36 )和在連接前緣(9 )和後緣(11)的平面內的直徑(37 )；直徑(37 )從根端(35 )到尖端(36 )減小。
11.根據權利要求1-10中任一權利要求所述的方法，其特徵在於複合材料(16)和核芯組件被設置在模具部分內部，以形成模具空腔，真空施加於模具空腔，基體材料被噴射到模具空腔中。
12.一種包括肩部部分(4)的風力渦輪機轉子葉片(1，100)，其特徵在於 它包括肩部部分(4)的開口(33)。
13.根據權利要求12所述的風力渦輪機轉子葉片(1，100)，其特徵在於 肩部部分(4)的開口(33)是關閉的。
14.根據權利要求13所述的風力渦輪機轉子葉片(1，100)，其特徵在於肩部部分(4)的開口(33)通過艙門和/或罩子和/或蓋子和/或面板被關閉。
15.一種風力渦輪機轉子葉片(1，100)，其特徵在於它是通過如權利要求1-11中任一項權利要求所述的方法製成的。
全文摘要
本文描述了一種用於製造風力渦輪機轉子葉片(1，100)的方法，其中複合材料(16)被設置在模製核芯組件周圍。模製核芯組件包括第一模製核芯(22)和第二模製核芯(25)。複合材料(16)被固定，形成風力渦輪機轉子葉片(1，100)。風力渦輪機轉子葉片(1，100)包括根部分(3)和肩部部分(4)。通過根部分(3)的開口(31)從風力渦輪機轉子葉片(1，100)中移去第一模製核芯(22)。通過肩部部分(4)的開口(33)從風力渦輪機轉子葉片(1，100)中移去第二模製核芯(25)。
文檔編號F03D11/00GK102220945SQ201110094988
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月15日 優先權日2010年4月16日
發明者斯蒂斯達爾 H. 申請人:西門子公司