CN104908343A - 用于制造风力涡轮机的部件的方法 - Google Patents

Abstract

提供了用于制造风力涡轮机的部件的方法。所述方法包括：a)以剥离层覆盖模具表面，b)在剥离层之上提供由纤维材料形成的叠层，c)使浸渍所述纤维材料的树脂固化以形成所述部件，以及d)从所述部件剥离所述剥离层。所述方法的优点在于，它避免了对固化叶片进行吹砂或喷砂来移除粘附于叶片表面上的脱模剂。

Description

用于制造风力涡轮机的部件的方法

技术领域

本发明涉及用于制造风力涡轮机的部件特别是转子叶片的方法。

背景技术

现代风力涡轮机转子叶片由组合有芯子构件比如轻质木材或塑料泡沫等的纤维增强复合材料构成。

例如，EP 2 123 431 A1描述了一种使用真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺来制造转子叶片的方法。在该制造工艺的第一步骤中，分别在模具的下部和上部上布置纤维材料。通过从下方施加的真空使纤维材料固定就位。然后，将模芯覆盖在真空袋中，并与腹板(也称为抗剪腹板)一起置于模具的下部中。接下来，使模具的上部与纤维材料一起，围绕其纵向轴线翻转180°，并放置就位以便模具闭合。在再一步骤中，向真空袋与模具之间的空间施加真空。然后，注射树脂。当树脂已凝固时，打开模具，并从模具中移除固化的叶片。

通常，在向模具的下部和上部上布置纤维材料之前，以脱模剂覆盖相应的模具表面。脱模剂允许固化的叶片从模具中移除。然而，通常，一部分脱模剂粘附于固化后的转子叶片表面。因此，有必要对固化的转子叶片进行吹砂或喷砂以移除任何残留的脱模剂。否则，用于填充或修复固化之后的转子叶片的较小表面缺陷的填料材料以及涂料将不会粘附于转子叶片表面，因为它们与脱模剂的粘结力低。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种改善的用于制造风力涡轮机的部件的方法。

因此，提供了一种用于制造风力涡轮机的部件特别是转子叶片的方法。所述方法包括：a)以剥离层覆盖模具表面，b)在剥离层之上提供由纤维材料形成的叠层，c)使浸渍所述纤维材料的树脂固化以形成所述部件，以及d)从所述部件剥离所述剥离层。

所述方法的优点在于，剥离层保护或保持脱模剂远离部件的表面。或者，甚至可以使用剥离层代替任何脱模剂。在该情况下，剥离层本身用作脱模剂。

因此，在本发明的方法中，在转子叶片固化并且剥离层被移除之后，没有脱模剂粘附于转子叶片。因此，不再需要对转子叶片进行喷砂或吹砂。这不仅是有成本效益的，而且还改善转子叶片表面的质量，因为喷砂或吹砂通常会在转子叶片表面中生成大量的针孔。更进一步，公知的是在以树脂浸透纤维材料期间，脱模剂对树脂流动具有负面影响。这也通过使用本文中描述的剥离层而得到避免。

优选地，步骤d)的剥离层是或类似于塑料箔。“剥离”是指剥离层内的材料在层内形成的结合力强于在层与转子叶片的表面之间形成的结合力。因此，能以一片或多个较大的片剥掉剥离层。

步骤b)中用于叠层的纤维材料可以包括具有不同形状和成分的纤维材料。例如，纤维材料可以包括纤维、粗纱、纤维垫、纤维织物、编织纤维或纤维毡的叠层。纤维可以单向地、以双轴构造或以其它构造配置。纤维可以包括例如玻璃纤维、碳纤维和/或芳族聚酸胺纤维。可以以预浸渍状态(所谓的预浸料坯材料)或以未浸渍状态来供应纤维材料。在后一情况下，在步骤c)之前以树脂浸渍纤维材料。例如，可以在树脂传递模塑(RTM)或真空辅助树脂传递模塑(VARTM)工艺中向纤维材料中注射树脂。在VARTM工艺中，例如，将包含纤维材料的叠层覆盖在真空袋中。在再一步骤中，向真空袋与模具之间的区域施加真空。然后，向所述区域中注射树脂。在树脂已凝固或已固化之后，通常是通过添加外热，移除真空袋和/或模具，从而获得最终的转子叶片。当然，当使用预浸料坯材料时，不必以树脂注射纤维材料。

一般来说，模具可以是敞开模具或闭合模具。例如，模具可以包括一个或多个部分，特别是下部和上部。

“未固化”在本文中是指树脂完全没有或者在很大程度上没有硬化和/或交联。“固化”或“凝固”是指树脂已在一定程度上硬化和/或交联，其中叠层的形状将不再变化或不再显著地变化。

可以用于浸渍纤维材料的树脂的示例有环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或任何其它适当的热塑塑料或硬塑料材料。

步骤b)中，在纤维材料不是水平配置的情况下，“之上”还包括“邻近”或“相邻”。可以直接在剥离层之上提供叠层纤维材料。在另一些实施例中，一些其它材料，例如真空分散层、轻质木材层或泡沫层可以配置在纤维材料的叠层与剥离层之间。出于同样的原因，剥离层不必直接配置在模具表面上。例如，可以在剥离层与模具表面之间提供脱模剂。

“叠层”在本文中定义为一层或多层纤维材料。

“a)”、“b)”、“c)”和“d)”并不暗示方法步骤的固定顺序。相反，对于本领域的技术人员而言，视情况，可以按不同顺序实施步骤a)到d)。

根据一个实施例，在步骤a)中，以液体形态将剥离层施加至模具表面。

例如，剥离层可以包括具有两种或更多种组分的聚合物体系。将两种组分，通常是液体或糊料，混合并施加至模具表面。呈液体形态的剥离层可以在模具表面之上轻松地扩散或分布。此外，能在现场，即在模具处，例如在容器中，轻松地存储液体剥离层。在另一些实施例中，在步骤a)中提供的剥离层已经为固体形态。例如，模具表面在步骤a)中可以覆盖有塑料剥离箔或类似的箔。

根据再一实施例，通过添加外热使剥离层从其液体形态转变成固体形态。

因此，剥离层在步骤a)中以液体形态施加，在步骤d)之前的在某一点处被加热，以便变成固体并形成可剥离的剥离层，并在步骤d)中，从部件剥离固体剥离层或箔。

根据再一实施例，在步骤c)中添加外热来使浸渍纤维材料的树脂固化，所述外热还使剥离层从其液体形态转变成固体形态。

换言之，剥离层与树脂在相同步骤中被加热。特别地，可以使用相同的外热源，例如电加热元件，来加热剥离层以及树脂。

剥离层从其液体形态转变成其固体形态的过程也可以被描述为“固化”或“凝固”。特别地，从液体向固体形态的转变可以包括剥离层材料中的分子链的交联。替代地或附加地，剥离层材料中的挥发性组分可以蒸发以形成固体形态。

根据再一实施例，剥离层被喷射到模具表面上。

为此，可以使用喷枪。该工艺是快速的，并且确保剥离层横跨模具表面的均匀分布。替代地，可以通过滚筒(类似于涂料滚筒)来施加液体剥离层。

根据再一实施例，剥离层包含聚合物。

根据再一实施例，所述聚合物是乙酸乙烯酯-乙烯醇聚合物。

另外，剥离层，至少步骤a)的剥离层，除了聚合物之外，还可以包括水、丙三醇和/或乙醇。例如，步骤a)的液体剥离层按重量百分比计可以包括：70%-90%的水、10%-30%的乙酸乙烯酯-乙烯醇聚合物、1%-5%的丙三醇和/或0.1%-1%的乙醇。这种液体剥离层例如由3M公司制造(喷房涂料，PN 6839 PN 6839PN 6840)。

根据再一实施例，步骤a)中，向模具表面施加脱模剂，并将剥离层施加至覆盖有脱模剂的模具表面。

当剥离层本身不用作脱模剂或者不在足够的程度上用作脱模剂时，该实施例是特别有利的。然而，如已经指出的，在另一些实施例中，剥离层可以完全代替脱模剂。

根据再一实施例，剥离层具有与模具表面不同的反射性能。

这将允许操作者特别是人类操作者，轻松地识别模具表面的未在步骤a)中被剥离层覆盖的区域。或者，不同的反射性能可以有助于操作者识别在转子叶片已经从模具移除之后仍然粘附于模具表面的各片剥离层。不同的反射性能可以例如导致剥离层和模具表面具有不同颜色。

根据再一实施例，剥离层具有与所形成的部件的表面不同的反射性能。

因此，操作者将在步骤d中)轻松地识别出仍然贴附或粘附于所述部件上的各片剥离层。这将确保整个剥离层被操作者移除。

根据再一实施例，剥离层是透明的。

因此，操作者将能够识别部件的表面中的缺陷。例如，操作者将能够识别未被树脂完全浸渍的纤维材料。

尽管在本文说明的至少一部分实施例中涉及的是转子叶片，但是所说明的实施例和特征同样适用于风力涡轮机的任何其它部件。

“风力涡轮机”目前是指这样的设备，其将风的动能转变成旋转能，其可以再次被所述设备转变成电能。

本发明的再一些可能的实施方式或替代的解决方案还包含在以上或以下相对于实施例所描述的特征的、在本文中未明确提及的组合。本领域的技术人员还可以向本发明的最基本形态增加单独的或孤立的方面和特征。

附图说明

从后续描述和权利要求书中，通过结合附图进行理解，本发明的再一些目的、特征和优点将变得显而易见，附图中：

图1是根据一实施例的风力涡轮机的透视图；

图2是依据用于制造图1的风力涡轮机的转子叶片的方法的实施例的工艺的局部截面图；

图3示出了根据用于制造转子叶片的方法的实施例的VARTM工艺的截面图；并且

图4示出了依据用于制造转子叶片的方法的实施例的流程图。

图中，相似附图标记表示相似或功能上等同的元件，除非另有说明。

具体实施方式

图1示出了根据一实施例的风力涡轮机1。

风力涡轮机1包括转子2，其连接至配置在机舱3内的发电机(未示出)。机舱3配置在风力涡轮机1的塔架4的上端部处。

转子2包括三个叶片5。这种转子2可以具有范围为例如30-160米的直径。叶片5受到高的风力负载。同时，叶片5有必要是轻质的。出于这些原因，现代风力涡轮机1中的叶片5由纤维增强复合材料制成。其中，出于成本原因，玻璃纤维一般优于碳纤维。另外，叶片5可以各自包括一个或多个由轻质材料制成的芯子构件，以降低叶片5的重量。例如，芯子构件可以由轻质木材或塑料泡沫制成。以下，描述一种用于制造转子叶片5的工艺。然而，该工艺也可以用于制造风力涡轮机的任何其它部件。

图2示出了该工艺早期的模具7(图3)的下半部6的截面图。以下还参考图4，其示出了流程图。

在第一步S1中，将脱模剂8施加至模具7的下半部6的表面9。不同成分的脱模剂8是公知的。

在步骤S2中，将呈液体形态的剥离层材料10施加至脱模剂8。可以使用喷枪11来施加剥离层10。例如，使用的是包含在喷射工艺稍前混合在一起的两种组分的聚合物体系。

剥离层材料10按重量百分比计可以具有以下成分：70%-90%的水、10%-30%的乙酸乙烯酯-乙烯醇聚合物、1%-5%的甘油和0.1%-1.0%的乙醇。该材料可以例如源自3M，商品名为“booth coating(可译作喷房涂料) PN 6839 PN 6840”。

根据方法的另一实施例，不使用脱模剂8。因此，不需要步骤S1。在该情况下，剥离层材料10直接施加至模具7的下半部6的表面9。剥离层10本身用作脱模剂，允许固化后的叶片从模具7移除。因此，任何类型的脱模剂，不管是脱模剂8还是剥离层10，均防止叶片或树脂粘附至模具7的下半部6的表面9。

图3现在示出了来自参考图2所描述步骤之后的VARTM工艺的截面图。

在开始时，将模具7的上半部12定位成邻近下半部6，比起图3翻转180°。在步骤S3中，分别在下半部和上半部6、12上生成由纤维材料例如纤维垫形成的叠层13。然后，在相应叠层13下方施加真空。为此，抽吸泵(未示出)可以在叠层13的最外层与相应表面9之间生成真空。叠层13包含干纤维。根据另一实施例，可以使用预浸渍纤维。

在步骤S4中，将模芯14覆盖在真空袋(未示出)中，并置于下半部6中与腹板15一起处于叠层13之上。

在步骤S5中，向真空袋与表面9之间的空间施加真空。此外，步骤S5中，将树脂例如环氧树脂喷射到所述空间中。

在步骤S6中，向模具6内的树脂施加外热16。为此，可以使用电加热元件。

在该步骤S6中，液体剥离层10通过加热经由聚合作用转变成固体塑料箔。换言之，剥离层10得到固化。

一旦树脂也固化后，从模具7移除模芯14。然后，从模具7的下半部6取下模具7的上半部12。现在，从下部6中取出固化的叶片5。这时，固化的剥离层10可能仍然粘附于叶片5的外表面。然而，一部分剥离层10也可以粘附于模具7的下半部6或上半部12。在任何情况下，现在都将剥离叶片5上的任何残留剥离层(图4中的步骤S7)。

优选地，固化的剥离层10具有的颜色不同于模具7的下半部和上半部6、12的表面9的颜色。因此，操作者可以轻松地识别粘附于表面9上的各片固化剥离层10并移除它们。

此外，优选的是剥离层10的颜色不同于转子叶片5的表面的颜色。再次，这将有助于操作者识别还未从叶片5剥离的各片剥离层10。

还可以希望的是选择透明的剥离层10。这将允许操作者识别固化剥离层10下方的叶片5的表面中、纤维材料还未被树脂完全浸渍的区域。

因此，叶片5获得这样一种工艺，其中叶片5不与脱模剂8发生接触。因此，不需要对叶片5的表面进行吹砂或喷砂。这是有成本效益的，并且能获得表面质量高的叶片5。

尽管已经依据优选实施例描述了本发明，但是本领域的技术人员显而易见的是在所有实施例中都是可以进行修改的。

Claims (11)

1. 一种用于制造风力涡轮机(1)的部件(5)特别是转子叶片(5)的方法，包括以下步骤：

a) 以剥离层(10)覆盖(S2)模具表面(9)，

b) 在剥离层(10)之上提供(S3)由纤维材料形成的叠层(13)，

c) 使浸渍所述纤维材料的树脂固化(S6)以形成所述部件(5)，以及

d) 从所述部件(5)剥离(S7)所述剥离层(10)。

2. 如权利要求1所述的方法，其中，在步骤a)中，以液体形态将所述剥离层(10)施加至模具表面(9)。

3. 如权利要求2所述的方法，其中，通过添加外热(16)使所述剥离层(10)从其液体形态转变成固体形态。

4. 如权利要求3所述的方法，其中，在步骤c)中添加外热(16)来使浸渍所述叠层(13)的纤维材料的树脂固化，所述外热(16)还使剥离层(10)从其液体形态转变成固体形态。

5. 如权利要求2-4中任一项所述的方法，其中，将所述剥离层(10)喷射到模具表面(9)上。

6. 如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中，所述剥离层(10)包含聚合物。

7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述聚合物是乙酸乙烯酯-乙烯醇聚合物。

8. 如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中，步骤a)中，向模具表面(9)施加(S1)脱模剂(8)，并将剥离层(10)施加至覆盖有脱模剂(8)的模具表面(9)。

9. 如权利要求1-8中任一项所述的方法，其中，所述剥离层(10)具有与所述模具表面(9)不同的反射性能。

10. 如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中，所述剥离层(10)具有与所形成的部件(5)的表面不同的反射性能。

11. 如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中，所述剥离层(10)是透明的。