風輪機葉片的製造方法

2023-05-17 02:51:46 1

風輪機葉片的製造方法
【專利摘要】風輪機葉片用的結構殼體由一個或多個細長加強構件形成，每個所述細長加強構件呈定位在兩個結構泡沫層(4)之間的拉擠成型的纖維複合帶形成的層堆(3)的形式。所述泡沫層(4)的厚度大於所述層堆(3)的厚度。所述泡沫層(4)的邊緣形成有空洞(11)。在所述層堆(3)與所述泡沫層(4)定位在模具中的情況下，將預固化的玻璃纖維帶(5)放置在所述泡沫層(4)的邊緣與所述層堆(3)上。向所述層堆(3)與所述泡沫層(4)作用真空，從而使所述玻璃纖維帶(5)壓在所述層堆(3)與所述泡沫層(4)上並且順應下墊面。因此，所述空洞(11)的尺寸減小，並且所述層堆(2)與所述泡沫層(4)的表面之間的階梯形過渡轉變成平滑過渡，從而減小所述層堆(3)與所述泡沫層(4)的抵接區域中所述玻璃纖維帶(5)內的應力。在其它實施方式中，通過用低硬度泡沫帶替換每個泡沫層(4)的上邊緣區域而使所述階梯形過渡平滑。
【專利說明】風輪機葉片的製造
[0001]本發明涉及製造風輪機葉片的方法，尤其涉及這樣的葉片的外殼體的製造，這些葉片由在殼體結構內相互抵接的不同部件形成。
[0002]圖1a與圖1b示出了製造風輪機葉片用的殼體的公知方法。參照圖la，第一層乾燥的玻璃纖維織物I鋪設在下半模具2的表面上，這會形成風輪機葉片的半殼體的外蒙皮1如附圖中的箭頭所示，兩個拉擠成型的纖維複合帶層堆3被引入到形成在結構泡沫層4之間的通道中。這些層堆形成風輪機葉片的翼梁帽。
[0003]參照圖lb，然後沿層堆3的表面放置預固化的玻璃纖維環氧樹脂複合帶5，使得預固化的玻璃纖維環氧樹脂複合帶不僅覆蓋層堆3而且覆蓋泡沫層4的邊沿。以此方式，玻璃纖維帶5保護層堆3與泡沫層4的界面區。然後將第二層乾燥的玻璃纖維織物6放置在帶5的表面上，此第二玻璃纖維層6會形成風輪機葉片的下半殼體的內蒙皮6。
[0004]為了簡練起見，下文將預固化的玻璃纖維環氧樹脂複合材料簡稱作玻璃纖維。
[0005]然後將呈真空袋形式的空氣密封層7附接至半模具2，從而形成封裝所有部件的抽空室，然後利用真空泵8抽空所述室。這使得第二玻璃纖維層6壓在玻璃纖維帶5與泡沫層4的上表面上。
[0006]在泵8仍通電的情況下，液體樹脂的供應9連接至所述室以便浸漬部件以及部件之間的間隙空間。然後加熱半模具2以便固化複合材料。也可在層堆3放置在模具中時將樹脂膜放置在拉擠成型的纖維複合帶之間以有助於帶之間的粘著。
[0007]然後移除密封層7，相應的細長腹板(未示出)在各個層堆3上方的位置處定位於內蒙皮6的表面上。相應的過程應用至與半模具2基本相同的另一半模具內的上半殼體的部件。儘管在固化過程中降壓的程度可能下降，但是泵8在隨後的模製操作(加熱模具半體以便使樹脂固化)期間繼續操作。然後將上半模具樞轉至半模具2上方的位置中，並將兩個半模具連接在一起。
[0008]在製造過程中，抵接的層堆3與泡沫層4的厚度公差使得不是總能使厚度匹配。這會導致沿殼體的內周表面呈階梯式的間斷。在覆蓋有第二玻璃纖維層6的情況下，這些間斷可在風輪機葉片經受疲勞負載時導致玻璃纖維帶5與第二玻璃纖維層6兩者的不期望破
M
O
[0009]圖2(a)與圖2(b)中示出了該問題，其中，為了簡練起見，省略了第二玻璃纖維層6、外蒙皮I以及半模具2，並且部件不是按比例繪製的。圖2(a)示出了泡沫層4的厚度小於層堆3的厚度的情況，相反圖2(b)示出了泡沫層4的厚度大於層堆3的厚度的情況。
[0010]已經證實，層堆3與泡沫層4的厚度差異使得沿線10在玻璃纖維帶5內產生不期望的應力，該應力會導致玻璃纖維帶5斷裂，並且導致風輪機葉片不穩定。第二玻璃纖維層6中也可產生相似的應力與斷裂。
[0011]因此期望提供一種製作克服或至少緩解此問題這樣的風輪機葉片的方法。
[0012]因此，根據本發明，提供一種使風輪機葉片的鄰接的第一結構部件與第二結構部件的不連續表面之間的過渡平滑的方法，該方法包括:在所述第一部件與所述第二部件的邊界處創建可壓縮結構；將一材料層施加在所述可壓縮結構的表面上並施加在所述第一部件與所述第二部件的鄰接表面的至少一部分上；以及抵靠所述可壓縮結構向所述材料層施加壓力，從而使所述第一結構部件與所述第二結構部件的表面之間的過渡平滑。
[0013]表述「鄰接」意圖表達兩個部件的相對位置，並不旨在暗示兩個部件必需相互物理接觸。然而，在一些實施方式中，所述兩個部件實際上是物理接觸的。
[0014]以此方法能夠獲得更平滑的表面，其中，在一定程度上減小或完全除去了最初的階梯形間斷。
[0015]所述結構優選是能充分壓縮的，並且施加的所述壓力足以使所述第一部件的表面與所述第二部件的表面基本連續。
[0016]這裡表述「基本連續」意圖表示所述第一部件的表面與所述第二部件的表面之間不存在階梯形間斷，但是在抵接區域處可能仍存在表面梯度的間斷。
[0017]所述材料層優選包括預固化的纖維樹脂複合物。優選的是，所述材料層是預固化的玻璃纖維環氧樹脂複合物。
[0018]在一個實施方式中，創建可壓縮結構的步驟包括使所述第一部件的邊緣形成有可收縮的空洞。
[0019]可通過切割所述第一部件而形成所述可收縮的空洞，或者另選地通過將所述第一部件模製成包括所述空洞的形狀。
[0020]在此情況下，所述材料層覆蓋所述第一部件與所述第二部件的抵接區域，並且起到提供附加抗彎剛度的作用，從而確保所述可收縮的空洞不完全封閉，因而在風輪機葉片內產生平滑的連續表面。
[0021]所述可收縮的空洞優選大致位於所述第一部件的厚度方向上的中途，因為這在在所述空洞兩側上的所述第一部件的餘留部分產生的厚度使得所述第一部件在所述風輪機葉片的使用過程中能保持足夠的強度。
[0022]所述可收縮的空洞優選限定具有這樣的剖面面積的容積，該剖面面積朝所述第一部件與所述第二部件之間的抵接部增大。以此方式，使所述第一部件的表面與所述第二部件的表面之間的過渡變平滑。
[0023]所述可收縮的空洞優選呈細長槽的形狀或楔形形狀，例如具有大致三角形剖面，其中該三角形具有兩個相對較長的長邊，這兩個長邊從所述第一部件內的頂點延伸至底邊，所述底邊位於所述第一部件的與所述第二部件抵接的邊緣處。
[0024]在一個另選的實施方式中，創建可壓縮結構的步驟包括在所述第一部件與所述第二部件之間設置可壓縮材料。
[0025]在此情況下，所述可壓縮材料可設置在沿所述第一部件的側邊緣形成的凹口內。
[0026]另選的是，所述可壓縮材料可具有與所述第一部件的厚度相等的未壓縮厚度。在此情況下，所述第一結構部件與所述第二結構部件相互不抵接，而是被填充有所述可壓縮材料的通道分離。
[0027]所述可壓縮材料可包括低硬度泡沫。
[0028]可通過向所述材料層的下側施加真空而將所述壓力施加至所述第一部件的表面，使得大氣壓力作用在所述第一部件的所述表面上。
[0029]所述結構部件之一可包括細長加強結構。所述細長加強結構優選是結合在風輪機葉片的殼體中的翼梁帽，並且該細長加強結構提供給所述風輪機葉片足夠的強度而不需要單獨的內部翼梁。
[0030]這樣的細長加強結構可呈多個層形成層堆的形式，每個層均包括一條或多條拉擠成型的纖維複合帶，該纖維複合帶有利地包含碳纖維。
[0031]所形成的風輪機葉片可由兩個對置的半殼體形成，每個半殼體包括內蒙皮與外蒙皮，所述細長加強結構位於優選由玻璃纖維織物製成的內蒙皮與外蒙皮之間。
[0032]藉助此布置，可單獨形成每個半殼體並通過加熱而固化，然後藉助粘合劑將這兩個固化的半殼體連接在一起。
[0033]因此，所述加強結構用作所述風輪機葉片中的翼梁帽，並且所述葉片可包括位於對置的半殼體內的所述加強結構之間的至少一個細長腹板，以便在使用中傳遞作用在所述風輪機葉片上的剪力。
[0034]所述結構部件之一包括結構泡沫層。在優選的實施方式中，所述結構泡沫是在所述風輪機葉片的大部分內表面上延伸的夾層板區的一部分，該結構泡沫僅被所述加強結構中斷。所述結構泡沫可以是PET泡沫。
[0035]優選的是，所述第一部件包括所述結構泡沫層，因為相對容易機加工結構泡沫從而形成所述空洞。
[0036]本發明延伸至結合上述方法之一製造風輪機葉片的方法。
[0037]現在將參照附圖描述本發明的優選實施方式，在附圖中:
[0038]圖1a與圖1b示出了根據本發明的優選實施方式製造風輪機葉片的公知方法；
[0039]圖2(a)與圖2(b)是利用圖1a與圖1b中所示的方法製造的風輪機葉片殼體的一部分的示意性剖面圖，該剖面圖示出了傳統布置具有的破裂問題；
[0040]圖3 (a)與圖3 (b)是圖2 (a)與圖2 (b)中所示的風輪機葉片的一部分的示意性剖面圖，該剖面圖示出了根據本發明的第一優選實施方式的方法；
[0041]圖4(a)與圖4(b)是圖2(a)與圖2(b)中所示的風輪機葉片的一部分的示意性剖面圖，該剖面圖示出了根據本發明的第二優選實施方式的方法；
[0042]圖5(a)與圖5(b)是圖2(a)與圖2(b)中所示的風輪機葉片一部分的示意性剖面圖，該剖面圖示出了根據本發明的第三優選實施方式的方法；
[0043]圖6是示出本發明的優選實施方式的方法的步驟流程圖。
[0044]在適當情況下，所有附圖中使用相同的附圖標記表示相同或相似的元件。
[0045]圖3(a)與圖3(b)中示出了根據本發明的第一優選實施方式的方法。與圖2 (a)與圖2(b)中一樣，為了簡練起見，附圖中未示出外蒙皮1、第二玻璃纖維層6以及半模具2並且部件不是按比例繪製的。如從這些附圖中可看到的，泡沫層4形成有充分大於層堆3的厚度的厚度，使得在考慮到層堆3的製造公差的情況下泡沫層4的厚度總會大於層堆3的厚度。
[0046]從泡沫層4的邊緣切出楔形空洞11，或者另選的是，泡沫層4被模製而空洞11已經形成在其中。與上述的傳統布置相同，層堆3與泡沫層4定位成其側邊緣抵接在位於半模具2的上表面上的第一玻璃纖維層I上，然後沿層堆3的表面與泡沫層4的邊緣放置玻璃纖維帶5以便覆蓋層堆3與泡沫層4的抵接區。
[0047]如以上參照圖1a與圖1b所述，然後將第二層玻璃纖維6鋪設在玻璃纖維帶5的表面以及泡沫4的裸露表面上，並將氣密密封袋7放置在第二玻璃纖維層6的表面上。將所產生的室抽空，從而大氣壓力使玻璃纖維帶5與第二玻璃纖維層6兩者壓靠層堆3與泡沫層4的表面直至層堆3與泡沫層4的表面順應下墊面(underlying surface)的形狀。如可從圖3(a)與圖3(b)的對照看到的，楔形空洞11的尺寸減小了，圖3(a)的層堆3的表面與泡沫層4的表面之間的階梯形過渡轉變成平滑過渡，從而大幅減小了玻璃纖維複合帶5在層堆3與泡沫層4的抵接區中產生的曲率。然後通過使樹脂浸漬到半模具2中使複合材料固化，隨後的程序與上述相同。
[0048]圖4(a)與圖4(b)中示出了本發明的第二實施方式。與前述一樣，為了簡練起見，附圖中未示出外蒙皮1、第二玻璃纖維層6以及半模具2並且部件不是按比例繪製的。與第一實施方式一樣，泡沫層4形成有充分大於層堆3的厚度的厚度，使得在考慮到層堆3的製造公差的情況下泡沫層4的厚度總會大於層堆3的厚度。
[0049]從泡沫層4的各個邊緣切割出泡沫層4的具有矩形剖面的區域，從而形成擱置部12。另選的是，泡沫層4被模製而具有已經形成的擱置部12。層堆3與泡沫層4定位成其側邊緣抵接在位於半模具2的上表面上的第一玻璃纖維層I上，然後沿每個擱置部12放置相對低硬度(與泡沫層4相比)的泡沫帶13。然後沿層堆3的表面及其鄰接的低硬度泡沫帶13以及泡沫層4的邊緣放置玻璃纖維帶5。
[0050]隨後的程序與第一實施方式的程序相同。如從圖4(a)和圖4(b)的對照可看到的，低硬度泡沫帶13被壓縮，使得其呈現大致梯形的剖面，並且使先前的圖4(a)的層堆3的表面與泡沫帶13的表面之間的階梯形過渡變平滑，從而大幅減小了玻璃纖維複合帶5在層堆3與泡沫層4的抵接區中產生的曲率。
[0051]圖5(a)與圖5(b)中示出了本發明的第三實施方式。在此實施方式中，層堆3與泡沫層4不再直接相互抵接，而是被相應的通道分離，細長的低硬度泡沫帶14插入各個通道中。通過對比圖5(a)和圖5(b)，可看到:圖5(a)的層堆3的表面和低硬度泡沫帶14的表面之間的階梯形過渡被平滑化了。
[0052]在上述各個實施方式中，玻璃纖維帶5意圖覆蓋帶3鄰接泡沫層4的區域。儘管每個玻璃纖維帶5可橫跨各個層堆3的整個寬度在泡沫層4的邊緣區域上延伸，但是帶5可另選地僅在每個層堆3的邊緣區域上延伸。
[0053]可使用的合適的泡沫是PET泡沫或PVC泡沫。在其它實施方式中，可使用輕木替代泡沫以創建夾層結構。
[0054]圖6的流程圖中概括了優選實施方式的方法，在該方法中在層堆與泡沫層的邊界處形成可壓縮的結構。然後，在步驟16中，將玻璃纖維帶施加至每個層堆的表面以及鄰接的泡沫層的邊沿區域。最後，在步驟17中將層堆與泡沫層抽空以便使玻璃纖維帶在大氣壓力下順應層堆與泡沫層的下墊面。
【權利要求】
1.一種使風輪機葉片的鄰接的第一結構部件與第二結構部件的不連續表面之間的過渡平滑的方法，該方法包括: 在所述第一部件與所述第二部件的邊界處創建可壓縮結構； 將一材料層施加在所述可壓縮結構的表面上，並施加在所述第一部件與所述第二部件的鄰接表面的至少一部分上；以及 抵靠所述可壓縮結構向所述材料層施加壓力，從而使所述第一結構部件的表面與所述第二結構部件的表面之間的過渡平滑。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述可壓縮結構是能充分壓縮的，並且施加的所述壓力足以使所述第一部件的表面與所述第二部件的表面基本連續。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的方法，其中，所述材料層包括預固化的纖維樹脂複合物。
4.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，創建可壓縮結構的步驟包括使所述第一部件的邊緣形成有可收縮的空洞。
5.根據權利要求4所述的方法，其中，所述可收縮的空洞大致位於所述第一部件的厚度方向上的中途。
6.根據權利要求4或權利要求5所述的方法，其中，所述可收縮的空洞限定具有如下的剖面面積的容積，該剖面面積朝所述第一部件與所述第二部件的抵接部增大。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，所述可收縮的空洞呈楔形形狀。
8.根據權利要求1至3中任一項所述的方法，其中，創建可壓縮結構的步驟包括在所述第一部件與所述第二部件之間提供可壓縮材料。
9.根據權利要求8所述的方法，其中，在沿所述第一部件的側邊緣形成的凹口內設置所述可壓縮材料。
10.根據權利要求8所述的方法，其中，所述可壓縮材料的未壓縮厚度與所述第一部件的厚度相等。
11.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，藉助真空裝置施加所述壓力。
12.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述結構部件之一包括細長加強結構。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，所述細長加強結構包括多個層形成的層堆，每個層均包括至少一條拉擠成型的纖維複合帶。
14.根據前述任一項權利要求所述的方法，其中，所述結構部件之一包括結構泡沫層。
15.根據權利要求14所述的方法，其中，所述第一部件包括所述結構泡沫層。
16.—種結合前述任一項權利要求所述的方法製造風輪機葉片的方法。
【文檔編號】B29C70/68GK104470708SQ201380038583
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2013年5月28日 優先權日:2012年5月31日
【發明者】S·蘭德爾 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司