CN112793184A - 制造涡轮机叶片的根段部段、根段和涡轮机叶片的方法 - Google Patents

制造涡轮机叶片的根段部段、根段和涡轮机叶片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制造用于涡轮机叶片的根段（10）的逐渐变细的根段部段（19）的方法，其中该方法包括以下步骤：（a）以这样的方式将织物（11）的多层（16）卷绕在卷绕芯（30）上，使得获得来自织物（11）的多层结构（17），该多层结构具有横向于卷绕方向逐渐变细的形状，（b）将粘合剂（21）施加到织物（11），（c）固化被施加到卷绕在卷绕芯（30）上的多层结构（17）的织物（11）的粘合剂（21），使得获得固化的多层结构（17），（d）将固化的多层结构（17）与卷绕芯（30）分离，以及（e）将固化的多层结构（17）切割成逐渐变细的根段部段（19）。本发明还涉及制造涡轮机叶片（40）的根段（10）的方法和制造涡轮机叶片（40）的方法。

Description

制造涡轮机叶片的根段部段、根段和涡轮机叶片的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于涡轮机叶片的根段的根段部段的方法、一种制造涡轮机叶片的根段的方法以及一种制造涡轮机叶片、特别是风力涡轮机叶片的方法。
背景技术
众所周知，借助于由多层织物以期望的圆形形状形成根段部段并铸造根段部段来单独地制造用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片的根段的根段部段。此后，借助于铸造将根段部段连接在一起，以获得基本上圆柱形的根段。这种制造方法既费时又费钱。
发明内容
本发明的目的是提供一种制造用于涡轮机叶片的根段的根段部段的方法，以及一种制造根段的方法和一种制造涡轮机叶片的方法，其简单、精确、省时且成本有效。
这个目的通过权利要求的主题来解决。特别地，该目的通过根据权利要求1所述的制造用于涡轮机叶片的根段的根段部段的方法、根据权利要求13所述的制造涡轮机叶片的根段的方法以及根据权利要求15所述的制造涡轮机叶片的方法来解决。本发明的另外细节从其他权利要求以及说明书和附图中展开。由此，与制造用于本发明的涡轮机叶片的根段的根段部段的方法相关的所描述的特征和细节与制造根段的方法和制造涡轮机叶片的方法相关地适用，使得关于本发明的各个方面的公开内容其是彼此参照或可以彼此参照。
根据本发明的第一方面，该目借助于一种制造用于涡轮机叶片、特别是风力涡轮机叶片的根段的逐渐变细的根段部段的方法来解决，其中，该方法包括以下步骤：
（a）以这样的方法将多层织物卷绕在卷绕芯上，使得获得来自织物的多层结构，该多层结构具有横向于卷绕方向的逐渐变细的形状，
（b）将粘合剂施加到织物，
（c）固化被施加到卷绕在卷绕芯上的多层结构的织物的粘合剂，使得获得固化的多层结构，
（d）将固化的多层结构与卷绕芯分离，以及
（e）将固化的多层结构切割成逐渐变细的根段部段。
由此，多个逐渐变细的根段部段可以以高精度和省时且成本有效的方式提供，因为这些多个逐渐变细的根段部段是铸造的，这意味着施加粘合剂和固化，立即并随后简单地从固化的多层结构上切割下来，而不是如现有技术中已知的那样单独制造逐渐变细的根段部段。
逐渐变细的根段部段可特别地具有圆形形状，即圆状的，并且此外特别地具有部分圆形或椭圆形形状，使得当它们铸造在一起时形成根段。因此，卷绕芯可具有圆柱形形状和圆形或椭圆形横截面。由此，可制造涡轮机叶片、特别是风力涡轮机叶片的圆柱形形状的根段。根段则具有圆柱形形状。根段的横截面可以是圆形或椭圆形形状。
多层织物的卷绕被手动抑或自动地控制，使得多层结构的逐渐变细的形状被构建。为此目的，卷绕在卷绕芯上的织物层（也可以称为板材）可在卷绕期间相对于卷绕芯移动。此外，从其供应板材的卷可相对于卷绕芯移动。替代地或附加地，卷绕芯自身可相对于板材和/或卷移动，使得建立多层结构的逐渐变细形状。特别地，多层织物可以以这样的方式卷绕在卷绕芯上，使得来自织物的多层结构具有垂直于卷绕方向逐渐变细的形状。
粘合剂可以是树脂（诸如环氧树脂），或者包含树脂（诸如例如环氧树脂）或不同树脂的混合物。施加到卷绕在卷绕芯上的多层结构的织物的粘合剂的固化可通过加热多层结构或通过施加自固化粘合剂来执行。
卷绕芯的目的是提供固化的多层结构的形状。这就是为什么在多层结构固化之后，卷绕芯与固化的多层结构分离。将固化的多层结构切割成逐渐变细的根段部段可通过切开固化的多层结构使得获得单独的逐渐变细的根段部段来执行，抑或替代的通过切割但不切开固化的多层结构使得获得逐渐变细的根段部段然而该逐渐变细的根段部段仍然至少在未被切开的部分中彼此连接来执行。重要的是，逐渐变细的根段部段可在很大部分上彼此拉开，使得当它们稍后再次连接在一起以形成根段时，在它们之间形成一定距离，这将在后面解释。
该织物可包含例如玻璃纤维、碳纤维和/或芳族聚酰胺纤维，或任何其他纤维或纤维混合物。例如，卷绕芯可以是中空的卷绕芯。
优选地，固化的多层结构在横向于固化的多层结构的周向部分或周向方向（即，不沿着周向部分）的方向上、特别是以在70至110度的范围内的角度被切割成逐渐变细的根段部段。
此外，优选地，固化的多层结构被切割成至少四个根段部段。
另外优选地，多层织物在卷绕芯上的卷绕以这样的方式执行，使得获得来自织物的多层结构的两个相邻的多层结构部分，这两个相邻的多层结构部分中的每一个具有在相反方向逐渐变细的形状。特别地，相邻的多层结构部分可以是多层结构的相邻多层结构半部。此外，多层结构部分可彼此相邻，使得它们借助于多层织物彼此连接。
此外，优选地，沿着两个相邻多层结构部分之间的周向部分切割固化的多层结构，这两个相邻多层结构部分具有在相反方向上逐渐变细的形状。因此，借助于仅在卷绕芯上的卷绕过程，有效地提供了两个部分，并且因此可非常高效地提供两倍数量的逐渐变细的根段部段。
此外，优选的是，卷绕芯具有截头圆锥的形状。截头圆锥形状使得能够简单地提供和控制多层结构的精确的逐渐变细的形状。
同样优选的是，卷绕芯具有双截头圆锥的形状。这意味着卷绕芯具有两个相邻的截头圆锥作为一个形状。由此，容易有可能提供多层结构的两个相邻的多层结构部分。
此外，优选的是，卷绕芯的双截头圆锥的形状是其中双截头圆锥的两个截头圆锥的对接区域彼此一致的形状。作为几何形状的截头圆锥具有对接区域和与该对接区域相对的基部区域。基部区域大于对接区域。当卷绕芯的双截头圆锥的截头圆锥的对接区域彼此一致或者换句话说相等时，卷绕过程可特别容易且快速地执行。这是因为具有一致对接区域的双截头圆锥形状在截头圆锥之间具有V形凹部，并且因此多层织物可非常容易地构建在该V形凹部中。
还优选的是，沿着两个卷绕芯部分之间的周向部分切割卷绕芯，每个卷绕芯部分具有截头圆锥的形状。借助于以这样的方式切割卷绕芯，卷绕芯可容易地与固化的多层结构分离。
此外，优选的是，（a）借助于在将多层织物卷绕在卷绕芯上之前将其浸入浴槽中，和/或（b）借助于将粘合剂真空注入卷绕在卷绕芯上的多层结构中，将粘合剂施加到织物。在第一种情况下，织物以湿的状态（被粘合剂弄湿）卷绕到卷绕芯上，而在第二种情况下，织物以干的状态卷绕到卷绕芯上。这意味着，粘合剂可在卷绕之前和/或之后施加到织物。
优选地，卷绕芯具有光滑的外卷绕表面。外卷绕表面是其上卷绕有多层织物的卷绕芯的卷绕表面。由此，固化的多层结构可容易地与卷绕芯分离。
另外优选地，在将多层织物卷绕在卷绕芯上之前，在卷绕芯的外卷绕表面上施加脱模剂。脱模剂便于从卷绕芯上容易地移除固化的多层结构。
根据本发明的第二方面，该目的通过一种制造涡轮机叶片、特别是风力涡轮机叶片的根段的方法来解决，该方法包括以下步骤：
（a）使用根据本发明第一方面的方法制造用于涡轮机叶片的根段的多个逐渐变细的根段部段，
（b）将所述多个逐渐变细的根段部段布置成圆形形状，特别是圆柱形形状，并且
（c）铸造所布置的多个逐渐变细的根段部段以获得根段。
优选地，将所述多个逐渐变细的根段部段以彼此间隔一定距离或彼此之间具有间隙布置成圆形形状。这考虑到了在铸造工艺过程中逐渐变细的根段的变形，在铸造工艺过程中，高压被施加到逐渐变细的根段上。
根据本发明的第三方面，该目的通过一种制造涡轮机叶片、特别是风力涡轮机叶片的方法来解决，该方法包括以下步骤：
（a）使用根据本发明第二方面的方法制造涡轮机叶片的根段，
（b）在根段的外侧和内侧上布置多层织物，并将它们连接到涡轮机叶片的一部分，以及
（c）将具有根段的多层织物与涡轮机叶片该部分一起铸造，以获得涡轮机叶片。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节将从以下描述中展开，其中通过参考图1至图9，详细描述了本发明的实施例。由此，来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征对于单独或任意组合的本发明来说会是必不可少的。在附图中，示意性地示出了：
图1是根据本发明第一实施例的制造逐渐变细的根段部段的方法的示意性侧视图，
图2是图1的方法的示意性主视图，
图3是根据本发明第二实施例的制造逐渐变细的根段部段的方法的示意性主视图，
图4是根据本发明第三实施例的制造逐渐变细的根段部段的方法的示意性主视图，
图5是根据本发明第四实施例的制造逐渐变细的根段部段的方法的示意性主视图，
图6是根据本发明第五实施例的制造逐渐变细的根段部段的方法的示意性主视图，
图7是与卷绕芯分离并借助于根据图3的方法制造的固化的多层结构的示意性侧面透视图，
图8是逐渐变细的根段部段的示意性侧面透视图，以及
图9是根据根据本发明制造涡轮机叶片的方法的实施例制造的风力涡轮机叶片的示意性截面图。
具体实施方式
图1至图9中的相同物体用相同的附图标记表示。如果在其中一幅图中有一个以上的同类物体，则这些物体按升序编号，其中物体的升序编号与其附图标记之间由一个点隔开分离。附图中的特征和部分的具体尺寸是示例性的，并且仅为了便于参考可被放大。
图1示出了根据本发明第一实施例的制造逐渐变细的根段部段19的方法的示意性侧视图。
织物11的板材15正从织物11的卷14展开，并经由滑轮22.1、22.2传递通过包含粘合剂21的浴槽20。粘合剂21附接到织物11的板材15，并经由滑轮22.3传递到卷绕芯30。板材15卷绕到卷绕芯30上作为织物11的多层16。
图2示出了图1的方法的示意性主视图。从图2中可以看出，卷绕芯30是中空的，并且具有截头圆锥C的形状。织物11的板材15以这样的方式从卷14卷绕到卷绕芯30上，使得它沿着紧挨着板材15的箭头移动，指示织物11的层16连续地构建在卷绕芯30上，使得由织物11制成的多层结构17被提供在卷绕芯30的外卷绕表面G上。在卷绕期间，卷绕芯30围绕其卷绕芯轴线Z旋转（如接下来放置的箭头所示）并围绕卷绕芯轴线Z旋转
多层结构17可通过例如对其施加热或使用自固化粘合剂与卷绕芯30一起固化。
多层结构17具有逐渐变细的形状，其中，逐渐变细部垂直于卷绕方向延伸。多层结构17具有布置在外卷绕表面G上的外侧A和内侧B，其中，布置在卷绕芯30上的内侧B朝向外侧A逐渐变细。
图3示出了根据本发明第二实施例的制造逐渐变细的根段部段19的方法的示意性主视图。
与根据图2的本发明的第一实施例形成对比，在图3中，卷绕芯30具有双截头圆锥D的形状。特别地，双截头圆锥D的形状使得双截头圆锥D的两个截头圆锥C1、C2的对接区域E1、E2彼此一致。对接区域E1、E2中的每一者与其相应的截头圆锥C1、C2的基部区域F1、F2相对。
在图3或任何另外的图中不再示出卷绕过程自身。然而，由于双截头圆锥D的形状，在卷绕芯30中设置有V形凹部，使得多层结构17被构建成具有三角形形状。存在第一切割线H，可沿着该切割线切割多层结构17，以便提供两个多层结构部分18.1、18.2，特别是两个半部。第一切割线H沿着多层结构17的周向部分延伸。此外，可沿着第一切割线H切割卷绕芯30，以便将卷绕芯30分成两个卷绕芯部分31，从而使得多层结构部分18.1、18.2能够容易地从卷绕芯30分离。第一切割线H还沿着卷绕芯30的周向部分延伸。
因为本发明的第二实施例中的外卷绕表面G比本发明的第一实施例中的更大，所以更大宽度的板材15可用于将织物11的层16卷绕到卷绕芯30上，从而加速卷绕过程。
图4示出了根据本发明第三实施例的制造逐渐变细的根段部段19的方法的示意性主视图。
与根据图3的本发明的第二实施例形成对比，在图4中，V形凹部更小。因此，多层结构17以菱形状形状构建到卷绕芯30上。
图5示出了根据本发明第四实施例的制造逐渐变细的根段部段19的方法的示意性主视图。
与根据图2至图4的本发明的实施例形成对比，在图5中，卷绕芯30具有圆柱体的形状。多层结构30被构建成三角形形状，但是在卷绕芯30的笔直的外卷绕表面G的顶部上，使得与图2和3的实施例相比，卷绕过程要要提供期望精度的逐渐变细的形状更具有挑战性，但是可使用更容易制造的卷绕芯30的形状。
图6示出了根据本发明第五实施例的制造逐渐变细的根段部段19的方法的示意性主视图。
与根据图3的本发明的实施例形成对比，在图6中，卷绕芯30具有双截头圆锥D的形状，使得双截头圆锥D的两个截头圆锥C1、C2的基部区域F.1、F.2彼此一致。
图7示出了固化的多层结构17的示意性侧面透视图，该多层结构17与卷绕芯30分离，并借助于根据图3的方法制造。
沿着第一切割线H将固化的多层结构17切割成两个多层结构部分18.1、18.2，它们是固化的多层结构17的两个半部。此外，沿着所示的垂直于第一切割线H延伸的第二切割线K.1、K.2、K.3切割固化的多层结构17。由此，提供了多个逐渐变细的根段部段19.1、19.2、19.3、19.4、19.5、19.6、19.7、19.8。
图8示出了逐渐变细的根段部段19的示意性侧面透视图。
如从图7的固化的多层结构17切割的逐渐变细的根段部段19沿其长度逐渐变细并具有圆状形状。特别地，逐渐变细的根段部段19具有横向于、特别是垂直于其长度的部分圆形或椭圆形的形状。由此，当多个逐渐变细的根段部段19被彼此切开时，它们可以彼此隔开一定距离布置，或者当它们被切入并铸造时，它们之间具有间隙，使得它们形成具有圆形或椭圆形横截面的圆柱形根段。
图9示出了根据根据本发明的制造涡轮机叶片40的方法的实施例制造的风力涡轮机叶片40的示意性截面图。
根段10具有铸造在一起的逐渐变细的根段部段19，其中多层织物11与涡轮机叶片40的另外的部分41.1、41.2布置在根段部段19上。

Claims (15)

1.一种制造用于涡轮机叶片（40）、特别是风力涡轮机叶片的根段（10）的逐渐变细的根段部段（19）的方法，其中，所述方法包括以下步骤：
（a）以这样的方式将织物（11）的多层（16）卷绕在卷绕芯（30）上，使得获得来自织物（11）的多层结构（17），所述多层结构具有横向于卷绕方向逐渐变细的形状，
（b）将粘合剂（21）施加到所述织物（11），
（c）固化被施加到卷绕在所述卷绕芯（30）上的所述多层结构（17）的织物（11）的粘合剂（21），使得获得固化的多层结构（17），
（d）将所述固化的多层结构（17）与所述卷绕芯（30）分离，以及
（e）将所述固化的多层结构（17）切割成逐渐变细的根段部段（19）。
2.根据权利要求1所述的方法，
其特征在于，
在横向于所述固化的多层结构（17）的周向部分的方向上将所述固化的多层结构（17）切割成逐渐变细的根段部段（19）。
3.根据权利要求1或2所述的方法，
其特征在于，
将所述固化的多层结构（17）切割成至少四个根段部段（19）。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述织物（11）的多层（16）在卷绕芯（30）上的卷绕以这样的方式执行，使得获得来自所述织物（11）的所述多层结构（17）的两个相邻的多层结构部分（18），所述两个相邻的多层结构部分（18）中的每一个具有在相反方向上逐渐变细的形状。
5.根据权利要求4的方法，
其特征在于，
沿着所述两个相邻的多层结构部分（18）之间的周向部分切割所述固化的多层结构（17），所述两个相邻的多层结构部分（18）具有在相反方向上逐渐变细的形状。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述卷绕芯（30）具有截头圆锥（C）的形状。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述卷绕芯（30）具有双截头圆锥（D）的形状。
8.根据权利要求7所述的方法，
其特征在于，
所述卷绕芯（30）的所述双截头圆锥（D）的形状是其中所述双截头圆锥（D）的两个截头圆锥（C）的对接区域（E）彼此一致的形状。
9.根据权利要求8的方法，
其特征在于，
沿着所述两个卷绕芯部分（31）之间的周向部分切割所述卷绕芯（30），每个卷绕芯部分具有截头圆锥（C）的形状。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
借助于以下方式将粘合剂（21）施加到所述织物（11）
（a）在将所述多层织物（16）卷绕在所述卷绕芯（30）上之前，将所述多层织物（16）浸入浴槽（20）中，和/或
（b）借助于真空将所述粘合剂（21）注入卷绕在所述卷绕芯（30）上的多层结构（17）中。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
所述卷绕芯（30）具有光滑的外卷绕表面（G）。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
其特征在于，
在将所述织物（11）的多层（16）卷绕在所述卷绕芯（30）上之前，在所述卷绕芯（30）的外卷绕表面（G）上施加脱模剂。
13.一种制造用于涡轮机叶片（40）、特别是风力涡轮机叶片的根段（10）的方法，包括以下步骤：
（a）使用根据前述权利要求中任一项所述的方法制造用于涡轮机叶片（40）的根段（10）的多个逐渐变细的根段部段（19），
（b）将所述多个逐渐变细的根段部段（19）布置成圆形形状，以及
（c）铸造所布置的多个逐渐变细的根段部段（19）以获得所述根段（10）。
14.根据权利要求13所述的方法，
其特征在于，
将所述多个逐渐变细的根段部段（19）以彼此间隔一定距离或者彼此之间具有间隙布置成圆形形状。
15.一种制造涡轮机叶片（40）、特别是风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：
（a）使用根据权利要求13或14所述的方法制造所述涡轮机叶片（40）的根段（10），
（b）在所述根段（10）的外侧（A）和内侧（B）上布置多层织物（11），并将它们连接到所述涡轮机叶片（40）的一部分（41），以及
（c）铸造具有所述根段（10）的所述多层织物（11）和所述涡轮机叶片（40）的所述部分（41），以获得所述涡轮机叶片（40）。
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