CN102220945B - 制造风力涡轮机转子叶片的方法和风力涡轮机转子叶片 - Google Patents

制造风力涡轮机转子叶片的方法和风力涡轮机转子叶片 Download PDF

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Abstract

本文描述了一种用于制造风力涡轮机转子叶片（1，100）的方法，其中复合材料（16）被设置在模制核芯组件周围。模制核芯组件包括第一模制核芯（22）和第二模制核芯（25）。复合材料（16）被固定，形成风力涡轮机转子叶片（1，100）。风力涡轮机转子叶片（1，100）包括根部分（3）和肩部部分（4）。通过根部分（3）的开口（31）从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去第一模制核芯（22）。通过肩部部分（4）的开口（33）从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去第二模制核芯（25）。

Description

制造风力涡轮机转子叶片的方法和风力涡轮机转子叶片
技术领域
本发明涉及一种用于制造风力涡轮机转子叶片的方法和风力涡轮机转子叶片。
背景技术
已知不同的用来制造风力涡轮机转子叶片的方法。因此，已知可以通过在铁芯或心轴上缠绕粗纱带或者粗纱束来制造风力涡轮机转子叶片。现有技术中还已知可以通过粘合将两个半壳体在前缘和后缘接合来制造叶片的方法来制造转子叶片。该半壳体通过由一个或更多个横梁支撑于叶片空腔内部，横梁也通过粘合方法接合到半壳体，这里横梁例如可以制成U或I形，使得这些横梁的凸缘形成与半壳体接触的接触面，或者这里横梁例如可以通过缠绕制成，使得缠绕横梁的外表面的一部分形成与半壳体的接触面。
而且，从EP 1 310 351的公开内容可知以一片式闭合模具来制造转子叶片。而且，从EP 1 109 657可知，产生含有空腔的部分闭合结构的复合材料，如风力涡轮机转子叶片。这里，纤维增强材料被设置在至少一个模具核芯或心轴周围，在模制所述增强材料之后从部分闭合的结构上移去。模制核芯或心轴包括由柔性材料制成的外核芯部。外核芯部填充可模制和可伸缩填充材料。在浇铸之后，从所述外核芯部倒出填充材料。
用来制造风力涡轮机转子叶片的一种当下的方法涉及有点与EP 1 109 657中公开的类似的两个模制核芯或心轴，不过包括由柔性填充材料围绕的基本为固体的核芯。这些模制核芯中每一个都具有适当形状，以适应沿叶片的纵轴的支撑腹板每一侧上的叶片壳。与EP 1 109 657中公开的方法的另一不同之处是在浇铸之后填充材料本身是不被单独抽出的，而是包括外核芯部的整个模制核芯，所述基本为固体的核芯和柔性填充材料作为一个整体被抽出。遗憾的是，由于叶片的后段的形态很弯曲，尤其是在叶片“肩部”靠近叶片根部，模制核芯沿腹板的这侧的所述柔性填充材料部分必须很高，以便能够充分压缩模制核芯，以便在模制转子叶片之后，从空腔中移去模制核芯。
与该过程相关的一个其它方面是在模制之后从空腔中移去模制核芯的难度，例如如果模制核芯在一些区域粘到纤维增强材料，尤其是叶片肩部区域周围。
发明内容
因此，本发明的第一目标是提供一种用于制造风力涡轮机转子叶片的有利方法，它克服了所提及的困难。本发明的第二目标是提供一种有利的风力涡轮机转子叶片。
第一目标是通过如权利要求1所要求保护的用于制造风力涡轮机转子叶片的方法来实现的。第二目标是通过如权利要求12和15中所要求保护的风力涡轮机转子叶片来实现的。从属权利要求限定本发明的其它进步之处。
在用于制造风力涡轮机转子叶片的本发明的方法中，复合材料被设置在模制核芯组件周围。模制核芯组件包括第一模制核芯和第二模制核芯。然后，复合材料被固定或固化或硬化，形成风力涡轮机转子叶片。风力涡轮机转子叶片包括根部分和肩部部分。当复合材料被固定或固化或硬化时，通过根部分的开口从风力涡轮机转子叶片中移去第一模制核芯。通过肩部部分的开口从风力涡轮机转子叶片中移去第二模制核芯。本发明的方法具有优势，即通过移去模制核芯组件，模制核芯组件不需要被压缩太多就能够从其空腔中移去。
通常，第一模制核芯和/或第二模制核芯可包括由柔性填充材料围绕的固体核芯。例如，第一模制核芯和/或第二模制核芯可包括由填充了柔性填充材料的柔性外核芯部围绕的固体核芯。在移去第一和/或第二模制核芯之前，可以从风力涡轮机转子叶片中移去柔性填充材料。
而且，将模制核芯组件尤其是第一模制核芯和/或第二模制核芯设计成大部为固体材料仅有一小部分为柔性材料是可行的。例如，可以使用基本为固体的核芯材料。
优选地，复合材料可包括纤维增强材料，例如玻璃纤维增强环氧基树脂或聚脂。通常，复合材料可设置成层叠结构。
风力涡轮机转子叶片可包括后缘，场方向（court direction）、跨度方向和支撑腹板或者剪切腹板。支撑腹板可沿跨度方向定位在与场方向垂直的平面内。
支撑腹板可包括面向后缘的后缘侧。第一模制核芯可有利地被设置在支撑腹板的后缘侧附近。第二模制核芯可设置在支撑腹板的远端靠近第一模制核芯处。
而且，风力涡轮机转子叶片可包括前缘、弦方向、跨度方向和支撑腹板或剪切腹板。支撑腹板可沿跨度方向定位在与弦方向垂直的平面内。支撑腹板可包括面向前缘的前缘侧。第三模制核芯可有利地被设置在支撑腹板的前缘侧附近。优选地，当复合材料固定或固化或硬化时，可通过根部分的开口从风力涡轮机转子叶片中移去第三模制核芯。
在本发明的背景下，固定复合材料的步骤用作用于硬化复合材料和/或固化复合材料和/或将之前的柔性复合材料转化成固体或坚硬状态的术语或名称。
通过肩部部分的开口从风力涡轮机转子叶片中移去第二模制核芯之后，可关闭肩部部分的开口，例如通过舱门和/或罩子和/或盖子和/或面板或其它任何适当手段。
风力涡轮机转子叶片可包括前缘和后缘，第一模制核芯和/或第二模制核芯和/或第三模制核芯，它可以是之前提到的第三模制核芯，其中每个都可包括根端和尖端。第一模制核芯和/或第二模制核芯和/或第三模制核芯可进一步包括在连接风力涡轮机转子叶片的前缘和后缘的平面内的直径。该直径有利地从具体的模制核芯的根端到尖端是降低的。具体的模制核芯从根端到尖端的降低的直径能够容易地从风力涡轮机转子叶片中移去模制核芯。有利地，第一模制核芯和/或第二模制核芯和/或第三模制核芯的至少一个固体核芯部分包括从根端到尖端降低的直径。
在又一种变形中，复合材料和核芯组件可被设置在外模具部分的内部，以形成模具空腔。然后，给模具空腔加真空，基体材料例如树脂被喷射到模具空腔内部。在喷射完基体材料之后，复合材料被固化或固定。然后，可以移去外模具部分，在移去外模具部分之前或者之后，可以从转子叶片中取出核芯组件。第一模制核芯是通过根部分的开口移去的，第二模制核芯是通过肩部部分的开口移去的。
根据权利要求12的本发明的风力涡轮机转子叶片包括肩部部分和肩部部分的开口。肩部部分的开口可以被关闭，例如通过舱门和/或罩子和/或盖子和/或面板。优选地，关闭的开口可被重新打开，例如在维护或检查作业的情况下。开口提供从肩部进入到叶片内部的简单舒适的通路，其通常是难以查看的。
在本发明的背景下，肩部被定义为具有最大弦长的后缘部分。肩部部分被定义为从叶片根部沿后缘延伸到肩部和尖部之间后缘上的一点的部分，在此，弦长具有最大弦长的70%的值。
根据权利要求15的本发明的风力涡轮机转子叶片是通过之前描述的本发明的方法制造的。
本发明与已知技术的不同是模制核芯组件的设计和从空腔中移去的方式。设计的不同在于模制核芯组件被分成至少两个模制核芯，移去方式的不同在于所述两个模制核芯是通过分别的开口，即通过叶片根部，通过转子叶片的叶片肩部中形成的开口从空腔中拿出的。这些不同之处的技术效果是使从空腔中移去（若干）模制核芯的有利工序变得容易。
附图说明
通过下文结合附图对实施例的描述，本发明的其它特征、特性和优点会很明了。所有提及的特征单独讲及彼此进行任意组合都是有利的。
图1以平面视图示意性示出在由叶片的跨度和叶片的弦长限定的平面上的风力涡轮机转子叶片。
图2示意性示出通过转子叶片的翼区段的弦方向的横截面。
图3示意性示出通过图1的III-III的填充了模制核芯的转子叶片的翼区段的弦方向的横截面图。
图4以截面视图示意性示出在由叶片跨度和叶片弦长限定的平面上的带模制核芯的风力涡轮机转子叶片。
图5以截面视图示意性示出沿其纵轴的模制核芯。
图6以截面视图示意性示出在由叶片跨度和叶片弦长限定的平面上带模制核芯但不带支撑腹板的改进的风力涡轮机转子叶片。
具体实施方式
现在参照图1-图6描述本发明的实施例。
图1以平面视图示出在由叶片的跨度和叶片的弦长限定的平面上的风力涡轮机转子叶片。图1以其通常用于三叶片转子中的形式显示风力涡轮机转子叶片1。但是，本发明并不局限于用于三叶片转子的叶片。实际上，它可以在其它转子例如单叶片的转子或者两个叶片的转子中实现。
图1中显示的转子叶片1包括具有圆柱形外形的根部分3和尖部2。尖部2形成叶片1的最外部。根部分3的圆柱形外形用来将叶片1固定到转子毂的轴承。转子叶片1进一步包括被定义为其最大外形深度，即叶片的最大弦长的所说的肩部4。翼区段5在肩部4和尖部2之间延伸，其具有空气动力学形状的外形。过渡部7在肩部4和圆柱形根部分3之间延伸，其中从翼部5的空气动力学外形到根部分3的圆柱形外形之间出现过渡。
转子叶片1包括从叶片根部3延伸到尖部2的跨度12。弦方向14垂直于跨度12定向。
图2中显示通过转子叶片的翼区段5的弦方向的横截面。图2中显示的它们的空气动力学外形包括凸出的吸收侧13和较不凸出的压力侧15。从叶片的前缘9延伸到其后缘11的点划线14显示外形的弦长。尽管图2中，压力侧15包括凸出区段17和凹入区段19，但只要吸收侧13比压力侧15更为凸出，则根本不要凹面区段也能实现。
翼部分5中的吸收侧13和压力侧15也分别被称作转子叶片1的吸收侧和压力侧，不过从严格意义讲，叶片1的圆柱形部分3并没有显示压力或吸收侧。
转子叶片1包括层叠结构16和剪切腹板或支撑腹板18。支撑腹板18沿与弦方向14垂直的平面延伸。支撑腹板18包括前缘侧20和后缘侧21。前缘侧20面向前缘9，后缘侧21面向后缘11。
图3示意性示出沿图1中III-III的横截面。该横截面是在靠近肩部4换言之在肩部部分的翼部分5截取的。
在转子叶片1的内部，设置包括第一模制核芯22、第二模制核芯25和第三模制核芯28的模制核芯组件。第三模制核芯28被定位在支撑腹板18的前缘侧20附近。第一模制核芯20被定位在支撑腹板18的后缘侧21附近。第二模制核芯25被定位在支撑腹板18远端第一模制核芯20附近。第二模制核芯25被定位在靠近肩部部分4的后缘11。
上述的模制核芯中的每一个都包括由柔性外核芯部围绕的固体核芯。柔性外核芯部用柔性填充材料填充。这表示第一模制核芯22包括由柔性填充材料24围绕的固体核芯23，第二模制核芯25包括由柔性材料27围绕的固体核芯26，第三模制核芯28包括由柔性填充材料30围绕的固体核芯29。
图4以截面视图示意性示出在由叶片跨度12和叶片弦14限定的平面上的风力涡轮机转子叶片1。图4示意性示出转子叶片1内部模制核芯22、25和28的可能布置形式。在图4中，只显示了模制核芯的固体核芯23、26和29。这示意性说明在固定或固化或硬化复合材料16之后并在可能从柔性外核芯部移去柔性填充材料27、24和30之后的情况。如果没有从外核芯部移去填充材料，则在从转子叶片1移去模制核芯22、25和28的过程中带柔性填充材料的外核芯部受到压缩。在这种情况下，在图4中为简化起见，省略外核芯部。
叶片根部分3包括开口31。而且，转子叶片1包括肩部部分4的开口33。在固定或固化或硬化复合材料16之后，可选地在移去填充材料24、27和30之后，可以通过开口31和33从转子叶片1中移去模制核芯22、25和28。可以通过开口31移去第三模制核芯28和第一模制核芯22。可以通过肩部部分4的开口33移去第二模制核芯25。在移去第二模制核芯25之后，肩部部分4处的开口33优选通过舱门、罩子、盖子或其它任何适当手段关闭。
模制核芯22、25和28的固体核芯23、26和29的优选设计示意性示于图5中。图5以截面视图沿模制核芯34的纵轴38示意性示出模制核芯34或模制核芯的固体核芯。模制核芯34表示第一模制核芯或第二模制核芯或第三模制核芯的固体核芯。模制核芯34包括根端35和尖端36。当模制核芯34被置于转子叶片1内部时，放置模制核芯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，模制核芯34包括与纵轴38垂直的直径37。直径37是在由转子叶片1的前缘9和后缘11限定的平面内测量的。优选地，直径37从根端35向尖端36减小。这提供了通过各自的开口31、32或33容易地从转子叶片1中移去模制核芯34。
图6以截面视图示意性示出在由叶片跨度和叶片弦限定的平面上带模制核芯但不带支撑腹板的改进的风力涡轮机转子叶片100。在图6所示的示例中，图4的第一模制核芯和第三模制核芯被一个模制核芯34取代，其对应于本发明方法的第一模制核芯。可通过开口31移去模制核芯34。可通过肩部部分4的开口33移去第二模制核芯25。
通常，可以在包括第一和第二模制核芯或心轴的至少一个描述的模制核芯组件周围设置纤维增强材料。在模制所述增强材料之后，从部分关闭的结构中移去模制核芯组件。模制核芯或心轴可包括由柔性材料制成的外核芯部。外核芯部用可模制、可伸缩填充材料填充。在浇铸之后，可以从所述外核芯部倒出填充材料。

Claims (13)

1.一种用于制造风力涡轮机转子叶片（1，100）的方法，其中：
复合材料（16）被设置在模制核芯组件周围，所述模制核芯组件包括第一模制核芯（22）和第二模制核芯（25），
复合材料（16）被固定形成风力涡轮机转子叶片（1，100），包括根部分（3）和肩部部分（4），
通过根部分（3）的开口（31）从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去第一模制核芯（22），
其特征在于：
通过肩部部分（4）的开口（33）从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去第二模制核芯（25）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
第一模制核芯（22）和/或第二模制核芯（25）包括由柔性填充材料围绕的固体核芯（23，26）。
3. 根据权利要求2所述的方法，其特征在于：
在移去第一模制核芯（22）和/或第二模制核芯（25）之前，从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去柔性填充材料。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于：
第一模制核芯（22）和/或第二模制核芯（25）包括由柔性外核芯部（24，27）围绕的固体核芯（23，26），该柔性外核芯部用柔性填充材料填充。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：
在移去第一模制核芯（22）和/或第二模制核芯（25）之前，从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去柔性填充材料。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
复合材料（16）包括纤维增强材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
风力涡轮机转子叶片（1，100）包括后缘（11），弦方向（14），跨度方向（12）和支撑腹板（18）；支撑腹板（18）沿跨度方向（12）被定位在垂直于弦方向（14）的平面内；支撑腹板（18）包括面向后缘（11）的后缘侧（21）；第一模制核芯（22）被设置在支撑腹板（18）的后缘侧（21）附近，第二模制核芯（25）被设置在支撑腹板（18）远端在第一模制核芯（22）附近。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
风力涡轮机转子叶片（1，100）包括前缘（9），弦方向（14），跨度方向（12）和支撑腹板（18）；支撑腹板（18）沿跨度方向（12）被定位在与弦方向（14）垂直的平面内；支撑腹板（18）包括面向前缘（9）的前缘侧（20）；第三模制核芯（28）被设置在支撑腹板（18）的前缘侧（20）附近。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
在通过肩部部分（4）的开口（33）从风力涡轮机转子叶片（1，100）中移去第二模制核芯（25）之后，肩部部分（4）的开口（33）被关闭。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于：
肩部部分（4）的开口（33）通过舱门和/或罩子和/或盖子和/或面板被关闭。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
风力涡轮机转子叶片（1，100）包括前缘（9）和后缘（11）；第一模制核芯（22）和/或第二模制核芯（25）和/或第三模制核芯（28）包括根端（35）、尖端（36）和在连接前缘（9）和后缘（11）的平面内的直径（37）；直径（37）从根端（35）到尖端（36）减小。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
复合材料（16）和核芯组件被设置在模具部分内部，以形成模具空腔，真空施加于模具空腔，基体材料被喷射到模具空腔中。
13.一种风力涡轮机转子叶片（1，100），其特征在于：
它是通过如权利要求1-12中任一项权利要求所述的方法制成的。
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