CN103213286A - 带有包括粗纱的尾缘的风力涡轮机转子叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及带有包括粗纱的尾缘的风力涡轮机转子叶片。具体地，描述了一种通过真空辅助树脂传递模塑法制造包括尾缘（11）的风力涡轮机转子叶片（35）的方法。所述方法包括以下步骤：将包括纤维材料的多个层（41）铺设到第一模具部分（46a）的内表面（49a）上，将多根纤维粗纱（44）在形成所述叶片（35）的尾缘（11）的位置处铺设到多个层（41）上，以及使用真空辅助树脂传递模塑法来铸造所述叶片（35）。

Description

带有包括粗纱的尾缘的风力涡轮机转子叶片
技术领域
本发明涉及一种通过真空辅助树脂传递模塑法（VARTM）来制造包括尾缘的风力涡轮机转子叶片的方法。本发明进一步涉及风力涡轮机转子叶片和风力涡轮机。
背景技术
根据文献EP 1 310 351 B1，在一个使用了例如VARTM工艺的模塑工艺中铸造整体式风力涡轮机转子叶片是已知的。而且还已知在叶片中特别是叶片的尾缘处增加核芯材料（诸如，轻木或PVC泡沫），以便增加叶片的稳定性和刚度。在叶片的尾缘中放入核芯材料的目的是要向转子叶片的这一部分增加刚度。
为了集成例如三角形形状的尾缘核芯材料，需要围绕三角形形状的尾缘核芯材料设置额外的几层增强材料，并且它全部被设置在叶片复合结构的外壳层之间。因此，产生尾缘“腹板（web）”，其有助于传递力，且在叶片构造的上、下部分之间产生刚度。然而，此方案的一个难点在于以适当的方式围绕核芯材料铺设增强纤维材料以便获得期望的构造和性质是相对耗时的。
发明内容
本发明的第一目的是要提供一种改进的用于制造风力涡轮机转子叶片的方法，它耗时较少，并且节约成本。本发明的第二目的是要提供一种有利的风力涡轮机转子叶片。第三目的是要提供一种有利的风力涡轮机。
第一目的是通过权利要求1所述的用于制造风力涡轮机转子叶片的方法实现的。第二目的是通过权利要求12所述的风力涡轮机转子叶片实现的，第三目的是通过权利要求13所述的风力涡轮机实现的。从属权利要求限定了本发明进一步的改进。
本发明的用于制造包括尾缘的风力涡轮机转子叶片的方法是通过真空辅助树脂传递模塑法（VARTM）来执行的。本发明的方法包括如下步骤：将包括纤维材料的多个层铺设到第一模具部分的内表面上，将多根纤维粗纱铺设到所述多个层的形成所述叶片的尾缘的位置处，以及使用真空辅助树脂传递模塑法来铸造所述叶片。多根纤维粗纱可被铺设到之前铺设的多个纤维层的最里面的一层或内层或最上层上。
本发明是有利的，因为本发明的构造使用较少的或较便宜的材料，因此比现有技术的构造更轻，但仍能在叶片的上面部分和下面部分之间提供力的传递。而且，结合两个叶片侧面之间的剪切力传递，实现了尾缘的增强。
本发明是进一步有利的，因为在叶片的制造期间（即在纤维材料的铺设期间），所述的构造设置起来相对简单。这带来的影响是它是有成本效益的，原因是花费较少的人力。
本发明更进一步是有利的，因为粗纱束是非常柔韧的，会吸收尾缘处叶片侧面之间的工艺公差，因此其形态适应模具形态所产生的空腔。
所使用的粗纱可以具有纵向方向。优选地，所述粗纱可被铺设成具有平行于所述尾缘或者平行于叶片纵向方向或跨度方向延伸的纵向方向。
优选地，可使用粗纱束，特别地是为了能够控制铸造前纤维粗纱在模具中的铺设，以及用于保持纤维粗纱。有利地，在将多根粗纱铺设到多个层之前，多根粗纱可被捆扎、或被结合、或被连接、或被组合成一束粗纱。
例如，包皮、或包绕覆层、或软护套、或具有类似功能的类似装置可用来形成粗纱束。优选地，包皮、或包绕覆层、或软护套、或类似装置可包括纤维材料（例如玻璃纤维材料或碳纤维材料）、和/或纸、和/或塑性材料、和/或聚合物。而且，在所述铸造工艺期间，包皮、或包绕覆层、或软护套、或类似装置可被至少部分地溶解。这具有如下优点：粗纱可完全地适应在铸造工艺期间由模具部分给出的形状。
多根粗纱可在所述包皮、或包绕覆层、或软护套、或类似装置内平行地设置。
包括内表面的第二模具部分可被放置到第一模具部分上，形成闭合的模具空腔，包括纤维材料的多个层被铺设到所述第二模具部分的内表面上。而且，气密膈膜可被置于所述纤维粗纱和所述多个层上，特别是置于最里面的纤维层上，以便在所述隔膜和所述第一模具部分的内表面和/或第二模具部分的内表面之间的空间中产生真空。产生真空对于执行VARTM工艺是必需的。
而且，所述纤维粗纱（例如通过施加真空）可被压挤成和/或适应由所述第一模具部分、和/或第二模具部分、和/或所述气密隔膜限定的形状。
本发明的风力涡轮机转子叶片包括尾缘和内表面。所述叶片在所述尾缘处的内表面包括多根纤维粗纱。本发明的风力涡轮机转子叶片可有利地通过之前描述的方法制造。
本发明的风力涡轮机包括如之前描述的风力涡轮机转子叶片。
本发明具有这样的优点，即：与现有技术相比，可以使用较少的和较便宜的材料，因此获得更轻的构造。而且，提供了叶片的上面部分和下面部分之间（即压力侧和吸力侧之间）的改进的力传递，以及提供了尾缘的额外的增强。而且，所述的构造相对简单、成本较低，因为花费的工时较少。
根据下文结合附图对实施例的描述，本发明进一步的特征、性质和优点将变得明显。该实施例并不限制本发明的范围，本发明的范围由所附的权利要求来确定。所有描述的特征作为独立的特征或彼此结合起来都是有利的。
附图说明
图1示意性地示出了风力涡轮机。
图2以叶片跨度和叶片弦限定的平面上的平面图示意性地示出了转子叶片。
图3示意性地示出了穿过图2所示叶片的翼面部分的弦向截面。
图4示意性地示出了将核芯材料放置在叶片尾缘中的工艺。
图5以透视图示意性地示出了粗纱束。
图6以截面图示意性地示出了第一模具部分。
图7以截面图示意性地示出了形成闭合模具空腔的第一模具部分和第二模具部分。
图8以截面图示意性地示出了制成的风力涡轮机叶片的一部分。
具体实施方式
图1示意性地示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括塔架2、机舱3和轮毂4。机舱3被定位在塔架2的顶上。轮毂4包括多个风力涡轮机叶片35。轮毂4被安装到机舱3。而且，轮毂4被枢轴安装成使其能够绕旋转轴线9旋转。发电机6被定位在机舱3内。风力涡轮机1是直驱型风力涡轮机。
图2以叶片跨度10和叶片弦8限定的平面上的平面图示出了转子叶片。图2示出了通常用在三叶片转子中的风力涡轮机叶片35。但是，本发明不应被局限于用于三叶片转子的叶片。实际上，它同样可以在其它转子（例如单叶片转子或双叶片转子）中实施。
图1所示的转子叶片35包括梢部22和具有圆柱形轮廓的根部23。梢部22形成叶片35的最外面部分。根部23的圆柱形轮廓用来将叶片35固定到转子轮毂4的轴承。转子叶片35进一步包括所谓的肩部24，肩部被定义为其最大轮廓深度的位置（即叶片的最大弦）。具有空气动力学形状轮廓的翼面部分25在肩部24和梢部22之间延伸。过渡部分27在肩部24和圆柱形根部23之间延伸，在过渡部分中，从翼面部分25的空气动力学轮廓过渡到根部23的圆柱形轮廓。
穿过转子叶片的翼面截面25的弦向横截面示于图3中。图3所示的空气动力学轮廓包括凸出的吸力侧13和较少凸出的压力侧15。从叶片的前缘29向其尾缘11延伸的虚线示出了轮廓的弦。尽管在图3中，压力侧15包括凸出的截面17和凹入的截面19，但其也可被实现成根本没有凹入的截面，只要吸力侧13比压力侧15更加凸出即可。
在翼面部分25中的吸力侧13和压力侧15也分别被称作转子叶片35的吸力侧和压力侧，但是严格地讲，叶片35的圆柱形部分23并不具有压力或吸力侧。
图4示意性地示出了将核芯材料放置在叶片尾缘中的工艺，以向转子叶片的这个部分产生刚度，这例如根据EP 1 310 351 B1是已知的。在三角形形状的尾缘核芯材料43周围设置额外的增强材料42和42a层，它全部是在叶片复合结构的外壳层41之间设置的。因此，构建成了尾缘腹板42a，它有助于传递力，并在叶片构造的上、下部分之间产生刚度。
现参照图5-8并结合图1-3来描述本发明的实施例。在本发明的上下文中，尾缘核芯材料43以及所述的额外衬垫或尾缘11中的增强材料层42、42a被沿尾缘11延伸的多根复合纤维粗纱取代。
为了能够在铸造之前控制纤维粗纱44在模具中的铺设，可能需要将纤维粗纱44保持在（例如玻璃或碳纤维）软护套或包绕覆层45中。这示意性地示于图5中。图5以透视图示意性地示出了粗纱束40。多根粗纱44通过软护套或包绕覆层45被合并成一束。粗纱44包括纵向方向48，并且彼此平行地且平行于纵向方向48地排列。优选地，包绕覆层45包括增强材料（例如玻璃纤维或碳纤维材料）、和/或纸、和/或、塑性材料、和/或聚合物。有利的是，软护套或包绕覆层45在铸造工艺期间至少部分地溶解。
图6以截面图示意性地示出了第一模具部分46a，其示出了形成叶片35尾缘11的位置。第一模具部分46a包括内表面49a。包括纤维材料的多个层41被铺设到第一模具部分46a的内表面49a上。
粗纱束40被铺设到多个层41上，更准确地是在形成叶片45尾缘11的位置处被铺设到多个层的最里面或最上面的一层上。
图7以截面图示意性地示出了形成闭合模具空腔的第一模具部分46a和第二模具部分46b。第二模具部分46b还包括如之前结合图6和第一模具部分46a描述的、其上铺设有包括纤维材料41的多个层的内表面49b。第二模具部分46b被放置到第一模具部分46a上，形成闭合模具空腔。气密隔膜47被设置到该构造的内侧，这意味着被设置到多个层41上，以及粗纱束40上，使得可以在隔膜47和模具部分46a，46b的内表面49a，49b之间的空间中产生VARTM工艺所需的真空。换言之，包括多根纤维粗纱44的粗纱束40或软护套45被铺设而且也被置于“真空空间”中。
当施加真空时，软护套或包绕覆层45和粗纱44会被压挤成和适应由模具形态46a，46b和真空袋47限定的形状。然后，使用VARTM铸造叶片。在此工艺期间，树脂被注入模具部分46a，46b的内表面49a，49b和气密膜47之间的空间中。在本发明的变形中，包围所述粗纱44的包绕覆层或软护套45在铸造工艺期间溶解。
然后，树脂被固化。结果，在结束了模塑工艺后以及在去掉了气密隔膜47后铸成的叶片尾缘11看起来如图8示意性地所示的。图8以截面图示意性地示出了制成的风力涡轮机叶片的一部分，更加准确地说，是靠近尾缘11的风力涡轮机转子叶片的一部分。制成的风力涡轮机转子叶片35包括内表面39。靠近尾缘11的内表面39包括多根纤维粗纱44。

Claims (13)

1. 一种通过真空辅助树脂传递模塑法制造包括尾缘（11）的风力涡轮机转子叶片（35）的方法，包括以下步骤：
将包括纤维材料的多个层（41）铺设到第一模具部分（46a）的内表面（49a）上，
将多根纤维粗纱（44）在形成所述叶片（35）的尾缘（11）的位置处铺设到所述多个层（41）上，和
使用真空辅助树脂传递模塑法来铸造所述叶片（35）。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述粗纱（44）包括纵向方向（48），而且所述粗纱（44）被铺设成具有平行于所述尾缘（11）延伸的纵向方向（48）。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，使用了多束粗纱（40）。
4. 根据权利要求3所述的方法，其中，在将多根粗纱（44）铺设到多个层（41）之前，多根粗纱（44）被捆扎、或被结合、或被连接、或被组合成束（40）。
5. 根据权利要求3或权利要求4所述的方法，其中，包皮、或包绕覆层、或软护套（45）被用来形成粗纱束（40）。
6. 根据权利要求5所述的方法，其中，包皮、或包绕覆层、或软护套（45）包括纤维材料、和/或纸、和/或塑性材料、和/或聚合物。
7. 根据权利要求5或权利要求6所述的方法，其中，在所述铸造工艺中，包皮、或包绕覆层、或软护套（45）被至少部分地溶解。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，第二模具部分（46b）包括内表面（49b），包括纤维材料的多个层（41）被铺设到所述内表面上，所述第二模具部分（46b）被放置到第一模具部分（46a）上，从而形成闭合的模具空腔。
9. 根据权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，气密隔膜（47）被设置到所述纤维粗纱（44）和所述多个层（41）上，以便在所述隔膜（47）与所述第一模具部分（46a）和/或第二模具部分（46b）的内表面（49a，49b）之间的空间中产生真空。
10. 根据权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述纤维粗纱（44）被压挤成和/或适应由所述第一模具部分（46a）、和/或第二模具部分（46b）、和/或所述气密隔膜（47）限定的形状。
11. 根据权利要求10所述的方法，其中，所述纤维粗纱（44）是通过施加真空而被压挤成和/或适应由所述第一模具部分（46a）、和/或第二模具部分（46b）、和/或所述气密隔膜（47）限定的形状。
12. 一种风力涡轮机转子叶片（35），其包括尾缘（11）和内表面（39），其特征在于：
所述叶片（35）在所述尾缘（11）处的内表面（39）包括多根纤维粗纱（44）。
13. 一种风力涡轮机，包括如权利要求12所述的风力涡轮机转子叶片（35）。
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