CN113165221A - 用于制造用于风能设施的转子叶片的转子叶片模具和方法以及风能设施 - Google Patents

用于制造用于风能设施的转子叶片的转子叶片模具和方法以及风能设施 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于制造用于风能设施的转子叶片(20)的转子叶片模具，转子叶片(20)具有叶片根部(22)和叶片尖部(23)并且沿纵向方向(R)从叶片根部(22)延伸至叶片尖部(23)，该转子叶片模具具有‑第一转子叶片模具分段(2)，该第一转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片(20)的具有叶片根部(22)的区段，‑第二转子叶片模具分段(3)，该第二转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片(20)的具有叶片尖部(23)的区段，和‑至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)，该第三转子叶片模具分段设置为用于在第一与第二转子叶片模具分段(2、3)之间集成到转子叶片模具(1)中并且/或者从转子叶片模具(1)中移除，从而沿纵向方向(R)延长或缩短转子叶片模具(1)。

Description

用于制造用于风能设施的转子叶片的转子叶片模具和方法以 及风能设施
技术领域
本发明涉及用于制造用于风能设施的转子叶片的转子叶片模具和方法以及风能设施。
背景技术
风能设施的转子叶片根据相应的地点条件具有不同的长度，以使设施的转子面适配相应的地点。通常在制造转子叶片时，为每个期望的转子叶片长度提供自己的模制工具、即自己的转子叶片模具。制造不同的转子叶片模具需要长的交货时间并且价格昂贵。此外，储备和存放不同长度的转子叶片模具伴随有提高的空间需求和相应成本。
发明内容
本发明的目的在于，提供用于改进地、特别是更简单地和/或成本上更加有利地制造用于风能设施的转子叶片的转子叶片模具和方法以及相应的风能设施。
所述目的通过根据独立权利要求的用于制造转子叶片的转子叶片模具和方法以及具有这种转子叶片的风能设施得以实现。
根据本发明的用于制造用于风能设施的具有叶片根部和叶片尖部并且沿纵向方向从叶片根部延伸至叶片尖部部的转子叶片的转子叶片模具具有：第一转子叶片模具分段，该第一转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片的具有叶片根部的区段；第二转子叶片模具分段，该第二转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片的具有叶片尖部的区段；以及至少一个第三转子叶片模具分段，该至少一个第三转子叶片模具分段设置为用于，在第一与第二转子叶片模具分段之间集成到转子叶片模具中并且/或者在第一与第二转子叶片模具分段之间从转子叶片模具中移除并且同时沿纵向方向延长或缩短转子叶片模具。
根据本发明的用于制造用于风能设施的具有叶片根部和叶片尖部并且沿纵向方向从叶片根部延伸至叶片尖部的转子叶片的方法具有以下步骤：提供转子叶片模具，该转子叶片模具具有第一转子叶片模具分段和第二转子叶片模具分段，所述第一转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片的具有叶片根部的区段，所述第二转子叶片模具分段设置为用于制造转子叶片的具有叶片尖部的区段；以及将至少一个第三转子叶片模具分段在第一与第二转子叶片模具分段之间集成到转子叶片模具中，并且/或者将至少一个位于第一与第二转子叶片分段之间的第三转子叶片模具分段从转子叶片模具移除，从而沿纵向方向延长或缩短转子叶片模具。
根据本发明的风能设施具有至少一个转子叶片，该转子叶片通过使用根据本发明的转子叶片模具和/或利用根据本发明的方法制造。
本发明的优选方面基于以下手段：为转子叶片的制造提供或者说使用转子叶片模具，该转子叶片模具在本发明中也被称为模制工具，其根据转子叶片的期望长度可以由不同的多个模块化设计的分段组装或被由不同的多个模块化设计的分段组装。转子叶片模具在此设计为，使得至少一个另外的转子叶片模具分段可集成到位于两个外部转子叶片模具分段之间的、特别是位于叶片根部侧与叶片尖部侧的转子叶片模具分段之间的区段中并且/或者从该区段中可移除和/或与其它转子叶片模具分段可替换，以便增加或减小组装的转子叶片模具沿纵向方向的长度。两个外部转子叶片模具分段在此设计为，使得在它们中制造出转子叶片的包含叶片根部或叶片尖部的区段。因此，所述两个外部转子叶片模具分段也被称为叶片根部分段或叶片尖部分段，并且可集成、可移除或可替换的另外的转子叶片模具分段也被称为中间分段或中间件。
由于模块化设计的分段，转子叶片模具的长度适配能够以简单的方式实现。需要时甚至可以非常精细地对转子叶片模具的长度适配进行分级，这是因为与叶片根部分段和叶片尖部分段的更昂贵的模具相比，可集成、可移除或可替换的中间分段的模具能较容易实现。当选择多个中间分段时，转子叶片模具的几何结构还可以更好地接近用于每个叶片长度的最优几何结构，并且也可以进一步增加跨度范围。
总体上，本发明因此能够实现：改进地、特别是更简单和/或成本上更加有利地制造用于风能设施的转子叶片。
优选地，根据本发明的转子叶片模具或模制工具用于制造分别由两个壳半部组装的转子叶片，优选为两个壳半部的每一个壳半部使用相应长度的根据本发明的转子叶片模具。
壳半部优选通过以下方式由纤维复合材料制成，即，将多层薄的、特别是1至2mm薄的纺织结构例如织物、编织物、铺放物或非织造织物置入到转子叶片模具中，并且随后借助树脂灌注技术为其设置树脂。可选地，可以使用预浸渍纤维层(所谓的预浸料)，在这些预浸渍纤维层中纤维层已经嵌入到树脂中、特别是嵌入到由树脂制成的层中并且在加热和必要情况下施加负压之后形成材料结合连接。在两种情况下，纤维复合材料均具有根据转子叶片模具的表面。
优选地，至少一个第三转子叶片模具分段设置在转子叶片模具的位于转子叶片模具沿纵向方向的叶片模具长度的约20％至80％之间的区域或区段中。相应地，构造为或相应成形为用于制造叶片根部或叶片尖部的第一和第二转子叶片模具分段优选位于转子叶片模具的位于转子叶片模具沿纵向方向的叶片模具长度的低于约20％或高于约80％的区域或区段中。为了能够制造不同长度的转子叶片，由此不需要存放或储备例如不同长度的叶片尖部分段和/或叶片根部分段，由于在叶片尖部或叶片根部区域中的较复杂的转子叶片模具，其制造明显比可以较简单制造的中间分段的情况花费更高并且因此更昂贵。
可选地或附加地，至少一个第三转子叶片模具分段沿纵向方向具有分段长度，该分段长度不大于转子叶片模具沿纵向方向的叶片模具长度的20％。转子叶片的模具的包含在至少一个中间分段中的区段由此能够特别容易实现。此外，由此能够以较小的步伐实现长度适配。
此外优选的是，至少一个第三转子叶片模具分段设置在转子叶片模具的如下区域中，该区域设置为用于制造转子叶片的叶片根部的基本上柱形的区域或区段。在这种情况下优选地，至少一个第三转子叶片模具分段设置在转子叶片模具的如下区域或区段，该区域或区段位于转子叶片模具沿纵向方向的叶片模具长度的低于20％、特别是低于10％的地方。相应成形的第三转子叶片模具分段以及它们的集成、移除或替换可以针对该区域特别容易地实现。
进一步优选地，至少一个第三转子叶片模具分段具有基本上垂直于纵向方向延伸的横截面，该横截面的形状和/或尺寸在纵向方向上、即在横截面的沿着纵向方向的不同位置中基本上是恒定的。在这种情况下，至少一个中间分段优选在数学意义上设计为柱体，该柱体通常不是圆柱体、而是优选更确切地说是具有非圆形横截面的柱体。由此以简单的方式实现了中间分段的可集成性、可移除性或可替换性。
优选地，至少一个第三转子叶片模具分段分别具有上基面和下基面，其中，上基面和下基面关于形状和尺寸对应第一或第二转子叶片模具分段的分别面向第三转子叶片模具分段的端部的端部横截面。彼此相应面对的基部横截面和端部横截面优选是一致的(全等的)。例如，第三转子叶片模具分段的下基面与转子叶片模具的叶片根部分段的面向该下基面的端部横截面全等，而第三转子叶片模具分段的上基面与转子叶片模具的叶片尖部分段的面向该上基面的端部横截面全等。由此可以以特别简单和可靠的方式实现第三转子叶片模具分段的可集成性、可移除性或可替换性。
至少一个第三转子叶片模具分段优选具有待制造的转子叶片壳的凹模的区段。
进一步优选地，所述至少一个第三转子叶片模具分段分别具有上基面和下基面，其中，上基面相对下基面绕沿纵向方向延伸的纵向轴线扭转。与柱形设计的其中各基面平行移动的中间分段不同，在当前情况下该中间分段在其长度上扭转或者说扭曲，即，转子叶片模具分段的横截面沿纵向方向扭转。在这种情况下，转子叶片模具分段为在纵向方向上扭曲的柱体。由此可以实现扭转(Verwindung)的根据所选择叶片长度的改善的分布。
进一步优选地，至少一个第三转子叶片模具分段分别具有上基面和下基面，其中，上基面相对下基面绕至少一个垂直于纵向方向延伸的倾斜轴线倾斜。换句话说，纵向轴线垂直于轮廓深度优选具有曲率，使得在两个端部横截面之间、即上基面和下基面之间获得有限角度或倾斜度。通过这种中间分段可以实现待制造的转子叶片的所谓的预弯曲。在这种情况下优选地，中间分段的至少一部分和/或外部分段(即，叶片根部分段和/或叶片尖部分段、特别是所谓的尖端分段(即叶片尖部分段)中的至少一个外部分段也可以在连接部位的区域中绕垂直于纵向方向延伸的弦线(Profilsehne)进行调整。这些调整例如可以通过在相应中间分段的或外部分段的每个拐角处的个体的高度调整来实现。
附图说明
本发明的其它优点、特征和应用可能性从以下结合附图的描述中得出。附
图中：
图1示出了转子叶片模具的示例的透视性分解图；
图2示出了利用转子叶片模具制造的转子叶片的示例的主视图；
图3a)至c)示出了中间分段的三个示例的透视图。
具体实施方式
图1示出了用于制造转子叶片壳的构造为模制工具的转子叶片模具1的示例的透视性分解图。转子叶片模具1具有用于制造转子叶片的叶片根部的第一转子叶片模具分段2和用于制造转子叶片的叶片尖部的第二转子叶片分段3。
转子叶片模具1的位于第一与第二转子叶片分段2、3之间的部分由在这种情况下是两个第三转子叶片模具分段4、5和位于第三转子叶片模具分段4、5之间的主分段6构成，其中，两个第三转子叶片模具分段4、5设计为，使得它们可以与第一转子叶片模具分段2和主分段6联接或连接，或者与主分段6和第二转子叶片模具分段3联接或连接。
可选地或附加地，两个第三转子叶片模具分段4、5设计为，使得它们已经可松脱地或者可以被可松脱地与第一和/或第二转子叶片模具分段2或3和/或主分段6联接或连接，从而可以根据需要将它们从由分段2至6构成的转子叶片模具1中移除。
在移除第三转子叶片模具分段4、5之后，这些第三转子叶片模具分段可以被另外的第三转子叶片模具分段4’或5’替换，这些另外的第三转子叶片模具分段如转子叶片模具分段4、5那样设计为，使得它们可以与第一转子叶片模具分段2和主分段6联接或连接，或者可以与主分段6和第二转子叶片模具分段3联接或连接。在这种变型中，第三转子叶片模具分段4、5被另外的第三转子叶片模具分段4’、5’替换。
可选地，在移除第三转子叶片模具分段4、5之后也可以设定：将第一转子叶片模具分段2和第二转子叶片模具分段3直接与主分段6连接。第一和第二转子叶片模具分段2、3在此优选设计为，使得它们可以直接地、即没有其它中间分段地与主分段6特别是可松脱地联接或连接。
在本示例中，两个第三转子叶片模具分段4、5沿转子叶片模具1的纵向方向R分别具有第一分段长度L1或L2，并且所述两个另外的第三转子叶片模具分段4’、5’分别具有第二分段长度L’1或L’2，其中，第一分段长度L1、L2大于第二分段长度L’1、L’2。
如上所述，如果在由分段2至6构成的转子叶片模具1中以另外的第三转子叶片模具分段4’和5’替换第三转子叶片模具分段4和5，则转子叶片模具1的总长度以长度差□L＝(L1-L’1)+(L2-L’2)缩短。
优选地，第一转子叶片模具分段2的长度LW和/或第二转子叶片模具分段3的长度LS分别为转子叶片模具1的总长度L的最多20％。在本示例中，(具有第三转子叶片模具分段4和5的)总长度L或(具有另外的第三转子叶片模具分段4’和5’的)总长度L’也被称为叶片模具长度，其由相应分段的长度总和计算出来：L＝LW+L1+LH+L2+LS或L’＝LW+L’1+LH+L’2+LS，其中LH表示主分段6沿纵向方向R的长度。
可选地或附加地，可替换的第三转子叶片模具分段4、4’、5、5’设置在转子叶片模具1的位于叶片模具长度L的约20％至80％之间的区域中。可替换的第三转子叶片模具分段4、4’、5、5’本身优选具有不大于叶片模具长度L的20％的分段长度L1、L’1、L2或L’2。
进一步优选地，转子叶片模具分段2至5的和至少一个主分段6的相应彼此对接的基面A和B也被称为连接横截面，其构造为具有基本上相同和/或彼此对应的几何结构形状。各个分段2至6由此可以持续不断地彼此靠近放置、移除或替换。
图2示出了利用转子叶片模具制造的转子叶片20的示例的主视图。转子叶片20具有叶片根部22、叶片尖部23和位于它们之间的叶片主体21。
在本示例中，转子叶片20通过使用图1所示的转子叶片模具1制造，在该转子叶片中，例如多层薄纺织结构，例如织物、编织物、铺放物或非织造织物被置入到转子叶片模具1中并且随后借助树脂灌注技术为其设置树脂。可选地，可以使用预浸渍纤维层(所谓的预浸料)，在这些预浸渍纤维层中纤维层已经嵌入到树脂中、特别是嵌入到由树脂制成的层中并且在加热和必要情况下施加负压之后形成材料结合连接。叶片根部22和叶片尖部23的以这种方式获得的形状在此对应第一或第二转子叶片模具分段2或3中的凹模，并且叶片主体21包括其子区段24至26的形状对应组装的第三转子叶片模具分段4、5和主分段6的凹模。通过以具有较短长度的第三转子叶片模具分段4’、5’替换第三转子叶片模具分段4、5，转子叶片1的子区段24或25以及因此转子叶片1的总长度相应地缩短。
图3a)至c)示出了中间分段、即第三转子叶片模具分段7的三个示例的透视图。
在图3a)所示的转子叶片模具分段7中，分段7的上基面和下基面(阴影线)的横向边棱11和纵向边棱12彼此平行，这在附图中通过用方框包围的符号“//”表示。分段7的上基面和下基面彼此平行且相同。在本示例中，转子叶片模具分段7具有柱体的形状，其基面由矩形构成，该矩形在纵向边棱12之一的区域中具有优选凹状的拱部。在上基面与下基面之间延伸的拱部表示待制造的转子叶片壳的凹模的区段。
与此相反，在图3b)所示的转子叶片模具分段7中，只有分段7的上基面和下基面(阴影线)的相应的横向边棱11彼此平行，这在附图中通过用方框包围的符号“//”表示，而上基面和下基面以角度□>0°绕基本上垂直于转子叶片模具的纵向方向R或沿横向边棱11的方向延伸的第一轴线相对彼此倾斜。通过以该方式设计的第三转子叶片模具分段7可以以简单的方式实现转子叶片在旋转平面中的所谓的扭曲(扭转)或弯曲。
在图3c)所示的转子叶片模具分段7中，只有分段7的上基面和下基面(阴影线)的相应的纵向边棱12彼此平行，这在附图中通过用方框包围的符号“//”表示，而上基面和下基面的两个横向边棱11以角度□>0°绕基本上垂直于转子叶片模具的纵向方向R或沿纵向边棱12的方向延伸的第二轴线相对彼此倾斜。通过以这种方式构造的第三转子叶片模具分段7可以以简单的方式实现转子叶片从旋转平面出来的所谓的预弯曲或弯曲。
还可能的是，转子叶片模具分段7的上基面和下基面不仅如图3b)所示还如图3c)所示倾斜。

Claims (10)

1.用于制造用于风能设施的转子叶片(20)的转子叶片模具(1)，其中，所述转子叶片(20)具有叶片根部(22)和叶片尖部(23)并且沿纵向方向(R)从所述叶片根部(22)延伸至所述叶片尖部(23)，所述转子叶片模具具有：
-第一转子叶片模具分段(2)，该第一转子叶片模具分段设置为用于制造所述转子叶片(20)的具有所述叶片根部(22)的区段，
-第二转子叶片模具分段(3)，该第二转子叶片模具分段设置为用于制造所述转子叶片(20)的具有所述叶片尖部(23)的区段，以及
-至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)，该第三转子叶片模具分段设置为用于，在所述第一转子叶片模具分段(2)与第二转子叶片模具分段(3)之间集成到所述转子叶片模具(1)中，并且/或者从所述转子叶片模具(1)中移除，并且在此沿纵向方向(R)延长或缩短所述转子叶片模具(1)。
2.根据权利要求1所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)设置在所述转子叶片模具(1)沿纵向方向(R)的叶片模具长度(L、L’)的约20％至80％之间的区域中。
3.根据权利要求1所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)设置在所述转子叶片模具(1)的如下区域中，该区域设置为用于制造所述转子叶片(20)的叶片根部(22)的基本上柱形的区域。
4.根据权利要求1或2所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)沿纵向方向(R)具有分段长度(L1、L2、L’1、L’2)，该分段长度不大于所述转子叶片模具(1)沿纵向方向(R)的叶片模具长度(L、L’)的20％。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)具有基本上垂直于所述纵向方向(R)延伸的横截面，该横截面的形状和/或尺寸在纵向方向(R)上基本上是恒定的。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)分别具有上基面(A、B)和下基面(A、B)，其中，所述上基面和下基面(A、B)关于形状和/或尺寸对应于所述第一转子叶片模具分段(2)或第二转子叶片模具分段(3)的相应面向所述第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)的端部的横截面(A或B)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)分别具有上基面(A、B)和下基面(A、B)，其中，所述上基面相对所述下基面绕着沿纵向方向(R)延伸的纵向轴线扭转，并且/或者所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)的横截面沿纵向方向(R)扭转，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)表现为沿纵向方向(R)扭曲的柱体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片模具(1)，其中，所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)分别具有上基面(A、B)和下基面(A、B)，其中，所述上基面相对所述下基面绕至少一个垂直于纵向方向(R)延伸的倾斜轴线倾斜，和/或所述至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)的纵向轴线垂直于轮廓深度具有曲率，使得在上基面和下基面之间获得有限角度或倾斜度。
9.用于制造用于风能设施的转子叶片(20)的方法，其中，所述转子叶片(20)具有叶片根部(22)和叶片尖部(23)并且沿纵向方向(R)从所述叶片根部(22)延伸至所述叶片尖部(23)，所述方法具有以下步骤：
-提供转子叶片模具(1)，该转子叶片模具具有第一转子叶片模具分段(2)和第二转子叶片模具分段(3)，所述第一转子叶片模具分段设置为用于制造所述转子叶片(20)的具有所述叶片根部(22)的区段，所述第二转子叶片模具分段设置为用于制造所述转子叶片(20)的具有所述叶片尖部(23)的区段，以及
-将至少一个第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)在所述第一转子叶片模具分段(2)与第二转子叶片模具分段(3)之间集成到所述转子叶片模具(1)中，并且/或者将至少一个位于所述第一转子叶片模具分段(2)与第二转子叶片分段(3)之间的第三转子叶片模具分段(4、4’、5、5’、7)从所述转子叶片模具(1)移除，从而沿纵向方向(R)延长或缩短所述转子叶片模具(1)。
10.风能设施，该风能设施具有至少一个转子叶片(20)，该转子叶片通过使用根据权利要求1至6中任一项所述的转子叶片模具(1)和/或利用根据权利要求7所述的方法制造。
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