CN104976050A - 纤维垫、风力涡轮机的部件、生产纤维垫的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及纤维垫、风力涡轮机的部件、生产纤维垫的设备和方法。提供一种在用于风力涡轮机的部件具体是转子叶片的生产中使用的纤维垫。该部件至少部分弯曲。纤维垫包括多根粗纱，所述粗纱被并排设置并且在至少两个连接区域内彼此连接，其中所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是连续的并且所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是不连续的。纤维垫的有利之处在于纤维垫能够沿着弯曲路径被铺放而不会在纤维垫的内边缘处产生褶皱或折痕。

Description

纤维垫、风力涡轮机的部件、生产纤维垫的设备和方法
技术领域
本发明涉及纤维垫、风力涡轮机的部件、用于生产纤维垫的设备和用于生产纤维垫的方法。
背景技术
风力涡轮机转子叶片通常由纤维增强复合材料制成。可以通过将多层纤维垫铺放到模具内且随后用树脂浸渍纤维垫来制造转子叶片。纤维垫可以在所谓的真空辅助树脂转移模塑（VARTM）工艺中被浸渍。为了改善转子叶片的机械和空气动力学特性，转子叶片可以具有例如如US 7,344,360 B2中所述的扫掠或弯曲形状。当制造具有扫掠形状的转子叶片时，会希望在模具内沿弯曲路径铺放纤维垫。
发明内容
本发明的一个目标是提供在风力涡轮机的部件的生产中使用的改进的纤维垫、风力涡轮机的改进部件、用于生产纤维垫的改进的设备和用于生产纤维垫的改进的方法。
因此，提供一种在风力涡轮机的部件（具体是转子叶片）的生产中使用的纤维垫，该部件至少部分弯曲。纤维垫包括多根粗纱，所述粗纱被并排设置并且在至少两个连接区域内彼此连接，其中所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是连续的并且所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是不连续的。
纤维垫的有利之处在于纤维垫能够沿着弯曲路径被铺放而不会在纤维垫的内边缘处产生褶皱或折痕。因为至少一些粗纱在连接区域之间是不连续的，即例如被切割或者以其他方式中断，所以当弯曲纤维垫时粗纱的各个端部能够自由地靠近地运动到一起或进一步分开。优选地，粗纱被构造成单向粗纱。
当将纤维垫铺放在弯曲路径内时，纤维垫在其实质上延伸所处的同一平面内弯曲。
纤维垫能够例如在将其铺放到模具内之后的VARTM工艺中被树脂浸渍。可以用于浸渍纤维垫的树脂的示例是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或者任意其他合适的热塑性或硬质塑料材料。
“固化”或者“凝固”指的是树脂硬化和/或交联成浸渍有树脂的纤维材料的形状将不再改变或不再显著改变的程度。
根据实施例，每根粗纱被划分成区段，其中在每根粗纱的区段之间提供间隙。
优选地，每根粗纱包括相继设置的多个区段。
根据进一步实施例，每个区段被连接到连接区域中的至少一个。
可以通过缝合纱线、接缝或者粘结剂（例如树脂或者胶）来形成连接或连结区域。
根据进一步实施例，以使得相邻粗纱的间隙被偏移地设置的方式来定位间隙。
这意味着相邻粗纱的间隙不并排定位。这防止了纤维垫中存在薄弱区域。
根据进一步实施例，间隙的尺寸被设置成当将纤维垫铺放在弯曲路径上时是可变的。
当将纤维垫铺放在弯曲路径上时，间隙的尺寸一方面在位于纤维垫的外边缘附近的粗纱处增加，并且另一方面在位于纤维垫的内边缘附近的粗纱处减小。具体地，外边缘比内边缘具有更大的曲率半径。
根据进一步实施例，单根粗纱的区段被构造成当将纤维垫铺放在弯曲路径上时相对彼此运动。
这进一步防止了纤维垫中的褶皱。
根据进一步实施例，连接区域包括缝合纱线。
例如，缝合纱线可以由塑料材料制成。“缝合纱线”应该按广义含义来理解，优选地还包括丝线、纤维或将粗纱连结在一起的其他纺织材料。
根据进一步实施例，粗纱由玻璃纤维制成。
替代性地，粗纱可以由碳纤维、芳纶纤维或类似物制成。
此外，提供一种风力涡轮机的部件，具体是转子叶片，该部件至少部分弯曲。该部件包括如上文阐述的至少一个纤维垫。该部件可以包括彼此叠置的多个纤维垫。纤维垫被设置成使得粗纱的区段之间的间隙被偏移地定位。所述多个纤维垫可以被放置在模具内。在将纤维垫设置在模具中之后，所述纤维垫可以在VARTM工艺中被树脂浸渍。而且，可以使用预浸渍的垫。
此外，提供一种用于生产在风力涡轮机的部件（具体是转子叶片）的生产中使用的纤维垫的设备，该部件至少部分弯曲。该设备包括连接单元和切割单元，该连接单元用于在至少两个连接区域内连接并排设置的多根粗纱，该切割单元用于切割粗纱以使得粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是连续的并且所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是不连续的。优选地，切割或切断单元能够切断粗纱以使得粗纱的区段之间的间隙被偏移地设置。
根据实施例，连接单元是用于在所述至少两个连接区域内将粗纱缝合在一起的缝合单元。
替代性地，连接单元可以是用于将粘结剂（例如胶或者树脂）施加到纤维垫的粘结单元。
此外，提供一种用于生产在风力涡轮机的部件（具体是转子叶片）的生产中使用的纤维垫的方法，该部件至少部分弯曲。该方法包括步骤：a）并排设置多根粗纱；b）在至少两个连接区域内连接所述粗纱；c）切割所述粗纱以使得所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是连续的并且所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域之间是不连续的。
一个或多个纤维垫可以被设置在模具表面上。在进一步的步骤中，例如在VARTM-工艺中用树脂注射纤维垫。在树脂固化或凝固之后，可以从模具移除形成的部件。
根据实施例，当将纤维垫放置在模具中时，粗纱受到张力。这防止了粗纱中褶皱的形成。
根据进一步实施例，在将粗纱（在连接区域内）彼此连接之前或之后切割所述粗纱。
“a）”、“b）”和“c）”并不意指方法步骤的固定次序。而是，步骤a）至c）可以以技术人员认为合适的不同次序来实施。
"风力涡轮机"目前指的是将风的动能转换成旋转能量的设备，该旋转能量可以再次被该设备转换成电能。
本发明的进一步可能的实施方式或者替代性技术方案也涵盖了关于实施例在上文或下文描述的特征的组合（其在本文中没有被明确提及）。本领域技术人员也可以向本发明的最基本形式添加单个或孤立的方面和特征。
附图说明
结合附图从后续描述和所附权利要求中将显而易见到本发明的进一步实施例、特征和优点，附图中：
图1是根据一种实施例的风力涡轮机的透视图；
图2示出在风力涡轮机的部件的生产中使用的已知纤维垫的视图；
图3示出根据图2的纤维垫的另一视图；
图4示出在风力涡轮机的部件的生产中使用的纤维垫的实施例的视图；
图5示出根据图4的纤维垫的另一视图；
图6示出用于生产在风力涡轮机的部件的生产中使用的纤维垫的方法的实施例的框图；以及
图7示出用于生产在风力涡轮机的部件的生产中使用的纤维垫的设备的实施例的视图。
在附图中，除非另有说明，否则同样的附图标记指代同样或功能等同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据实施例的风力涡轮机1。
风力涡轮机1包括被连接到设置在机舱3内部的发电机（未示出）的转子2。机舱3被设置在风力涡轮机1的塔4的上端处。
转子2包括三个叶片5。这种转子2可具有从例如30至160米范围的直径。叶片5承受高的风载荷。同时，叶片5需要是轻质的。由于这些原因，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，由于成本原因，玻璃纤维通常相比于碳纤维是优选的。通常，使用单向纤维垫形式的玻璃纤维。
图2和图3各自示出了用于生产这样的叶片5的已知单向纤维垫6'。
纤维垫6'包括被并排设置且彼此附接的多根单向纤维或粗纱7'。粗纱7'能够被至少一根缝合纱线8'相对于彼此固定。图2和图3中由附图标记L'指代两根缝合纱线8'之间的距离。
为了改善叶片5的机械性能，叶片5可以具有扫掠形状。这意味着叶片5可以具有曲率。为了生产这种具有扫掠形状的叶片5，必须沿弯曲路径，例如在弯曲模具（未示出）中铺放纤维垫6'。图3示出了被铺放在弯曲路径内的纤维垫6'。因为粗纱7'被缝合纱线8'附接于彼此，所以被置于垫6'的外边缘9'上的粗纱7'处于张力之下，其中被置于垫6'的内边缘10'上的粗纱7'被压缩且因此倾向于起皱或打褶。具体地，被置于内边缘10'上的粗纱7'相比于被置于外边缘9'上的沿半径Ro'弯曲的粗纱7'沿着更小的半径Ri'弯曲。因为玻璃纤维在其纵向方向上具有张力方面是非常强的但是对于弯曲非常敏感，并且当它们受到弯曲时会断裂，所以应该避免起皱或打褶。
图4和图5各自示出了根据实施例的单向纤维垫6。
纤维垫6包括被并排设置的多根单向粗纱7。粗纱7可以由玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维或类似物构成。粗纱7通过胶粘、缝合或缝纫而彼此附接。为此，纤维垫6例如包括至少一根接缝或缝合纱线8（从而形成连接区域）。在两根缝合纱线8之间的距离由附图标记L指代。每根粗纱7被切断或切割成至少两个区段11、12、13。区段11、12、13的数量是任意的。每个区段11、12、13被缝合纱线8中的至少一根连接到相邻区段11、12、13。在区段11、12、13之间提供间隙14、15、140、150。相邻粗纱7的间隙14、15、140、150被设置成沿长度方向相对彼此偏移。这意味着相邻粗纱7的间隙14、15、140、150以使得间隙14、15、140、150不并排定位的方式被设置。
在每个纤维垫6中，在两根缝合纱线8之间提供不被切割的至少一根粗纱7。换言之，未切粗纱7在所述两根缝合纱线8之间是连续的。例如图4所示，位于垫6的外边缘9上的粗纱7在缝合纱线8之间不被切割。
当如图5所示将纤维垫6铺放在弯曲路径上时，间隙14、15的尺寸S增加，因为设置在纤维垫6的外边缘9上的粗纱7的区段11、12、13被拉开以便适应相邻缝合纱线8之间的增加的长度L。同时，被设置在垫6的内边缘10上的粗纱7的间隙140、150的尺寸S保持不变或减小以便适应相邻缝合纱线8之间的减小的长度L。这意味着，由于纤维垫6的粗纱7被切断，所以即使当内边缘10具有比纤维垫6的外边缘的外半径Ro更小的内半径Ri时，仍可以避免在内边缘10处生成褶皱或折痕。
图6示出了用于生产根据图4和图5的纤维垫6的方法的示意性框图。
所述方法包括并排设置多根粗纱7的步骤S1。在步骤S2中，使用缝合纱线8或某些其他材料将粗纱7缝合在一起以形成接缝。在将粗纱7缝合在一起之前或之后，在步骤S3中，每根粗纱7被切割成区段11、12、13。以使得在粗纱7的区段11、12、13之间提供间隙14、15、140、150的方式切割粗纱7。在将纤维垫6施加到模具期间，张力可以被施加到粗纱7以进一步防止其起皱或打褶。
图7示出了用于生产根据图4和图5的纤维垫6的设备16。
所述设备16包括用于连接粗纱7的连接单元17和用于将粗纱7切割或切断成区段11、12、13的单元18。单元17可以是用于将粗纱缝合在一起的缝纫机。切断单元18可以被设置成在使用连接单元17连接粗纱7之前或之后将其切断。
虽然已经根据优选实施例描述了本发明，不过本领域技术人员显而易见的是可以对所有实施例进行修改。

Claims (15)

1. 一种在风力涡轮机（1）的部件（5）的生产中使用的纤维垫（6），所述部件具体是转子叶片（5），所述部件（5）至少部分弯曲，所述纤维垫（6）包括多根粗纱（7），所述粗纱（7）被并排设置并且在至少两个连接区域（8）内彼此连接，其中所述粗纱（7）中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是连续的并且其中所述粗纱（7）中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是不连续的。
2. 根据权利要求1所述的纤维垫，其中每根粗纱（7）被划分成区段（11、12、13）并且其中在每根粗纱（7）的所述区段（11、12、13）之间提供间隙（14、15、140、150）。
3. 根据权利要求2所述的纤维垫，其中每个区段（11、12、13）被连接到所述连接区域（8）中的至少一个。
4. 根据权利要求2或3所述的纤维垫，其中所述间隙（14、15、140、150）被定位成使得相邻粗纱（7）的间隙（14、15、140、150）被偏移地设置。
5. 根据权利要求2-4中任一项所述的纤维垫，其中所述间隙（14、15、140、150）的尺寸（S）被设置成当将所述纤维垫（6）铺放在弯曲路径上时是可变的。
6. 根据权利要求5所述的纤维垫，其中单根粗纱（7）的区段（11、12、13）被设置成当将所述纤维垫（6）铺放在所述弯曲路径上时相对彼此运动。
7. 根据权利要求1-6中任一项所述的纤维垫，其中所述连接区域（8）包括缝合纱线（8）。
8. 根据权利要求1-7中任一项所述的纤维垫，其中所述粗纱（7）由玻璃纤维制成。
9. 一种风力涡轮机的部件（5），具体是转子叶片（5），所述部件（5）至少部分弯曲且包括根据权利要求1-8中任一项所述的至少一个纤维垫（6）。
10. 一种用于生产在风力涡轮机的部件（5）的生产中使用的纤维垫（6）的设备（16），所述纤维垫具体是根据权利要求1-8中任一项所述的纤维垫（6），所述部件具体是转子叶片（5），所述部件（5）至少部分弯曲，所述设备（16）包括：
连接单元（17），用于在至少两个连接区域（8）内连接并排设置的多根粗纱（7），以及
切割单元（18），用于切割所述粗纱（7）以使得所述粗纱（7）中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是连续的并且所述粗纱（7）中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是不连续的。
11. 根据权利要求10所述的设备，其中所述连接单元（17）是用于在所述至少两个连接区域（8）内将所述粗纱（7）缝合在一起的缝合单元。
12. 一种用于生产在风力涡轮机的部件（5）的生产中使用的纤维垫（6）的方法，所述纤维垫具体是根据权利要求1-8中任一项所述的纤维垫（6），所述部件具体是转子叶片（5），所述部件（5）至少部分弯曲，所述方法包括步骤：
a)并排设置（S1）多根粗纱（7），
b)在至少两个连接区域（8）内连接（S2）所述粗纱（7），以及
c)切割（S3）所述粗纱以使得所述粗纱（7）中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是连续的并且所述粗纱中的至少一根在所述至少两个连接区域（8）之间是不连续的。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，当将所述纤维垫（6）放置在模具中时，所述粗纱（7）受到张力。
14. 根据权利要求12或13所述的方法，其中在将所述粗纱（7）彼此连接之前或之后切割所述粗纱（7）。
15. 根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中所述粗纱（7）由缝合纱线（8）连接。
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