CN102990945B - 制造具有抗剪腹板的风力涡轮机转子叶片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种制造具有抗剪腹板（10）的风力涡轮机转子叶片（1）的方法，其包括用于定位和包装所述抗剪腹板（10）的过程，其允许使用重量减小和稳定性降低的抗剪腹板。

Description

制造具有抗剪腹板的风力涡轮机转子叶片的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造具有抗剪腹板的风力涡轮机转子叶片的方法。该方法与放置风力涡轮机转子叶片的腹板的改进有关。

背景技术

存在各种制造风力涡轮机转子叶片的方式。例如，在EP 1 310 351 A1中公开了一种用于制作风车叶片的方法，由此避免与胶合以及与工人暴露于环境有害物质相关的问题。在EP 1 310 351 A1的图6中，模具芯部的两部分被放置在纤维材料的内层上。一抗剪腹板被放置在模具芯部的这两个部分之间。在抗剪腹板的两侧上能够放置纤维材料。纤维材料可被放置在抗剪腹板周围，并且在某种程度上跨越纤维材料的内层以及跨越芯部。

对于该制造方法的一个实施例而言，腹板以及围绕腹板的玻璃纤维被构建在远离模具的位置上，然后，随后被提升至其在模具中所处的位置。

为了降低叶片重量，PEF泡沫（PET：聚对苯二甲酸乙二醇酯）能够用作腹板材料。然而，由于目前已完成纤维材料的填充过程，这要求腹板必须承载玻璃纤维的重量，直到腹板如上所述被放置在模具中。然而，使用PEF泡沫会在浇筑的腹板中引起变形，这是因为PEF泡沫的机械性能不同于胶合板，例如其具有更小的硬度，因此会在纤维材料的重量之下变形。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种用于制造具有抗剪腹板的风力涡轮机转子叶片的改进方法。

该目的通过权利要求1所述的方法得以解决。各从属权利要求限定本发明进一步的改进。

本发明的用于制造具有抗剪腹板的风力涡轮机转子叶片的方法包括以下步骤：将纤维材料铺设在模具的内表面上。用于抗剪腹板的至少一个第一纤维材料层被铺设在放置于模具内表面上的纤维材料上。然后，第一模具芯部被部分地定位在用于抗剪腹板的所述至少一个第一纤维材料层上。第一模具芯部包括底表面、顶表面和用于支撑抗剪腹板的表面。用于抗剪腹板的所述至少一个第一纤维材料层然后沿着用于支撑抗剪腹板的表面以及至少部分地沿着第一模具芯部的顶表面放置。然后，抗剪腹板被定位在第一模具芯部的支撑抗剪腹板的表面处。抗剪腹板包括第一表面和第二表面。抗剪腹板被定位在第一模具芯部的用于支撑抗剪腹板的表面处，从而使得抗剪腹板的第一表面在用于支撑抗剪腹板的表面处面对所述纤维材料。

用于抗剪腹板的第二纤维材料层，沿着抗剪腹板的第二表面以及至少部分地沿着第一模具芯部的顶表面被铺设在放置于模具内表面上的纤维材料上。然后，第二模具芯部被部分地定位在用于抗剪腹板的至少一个第二纤维材料层上。第二模具芯部包括底表面、顶表面和用于支撑抗剪腹板的表面。第二模具芯部被定位在用于抗剪腹板的至少一个第二纤维材料层上，使得底表面面对用于抗剪腹板的第二纤维材料层，并且用于支撑抗剪腹板的表面面向抗剪腹板的第二表面。最后，用于抗剪腹板的第二纤维材料层的一部分被放置在第二模具芯部的顶表面上。

本发明的方法具有的有利之处在于，能够独立于腹板材料承载纤维材料的能力来自由选择腹板材料。此外，其允许设计各种腹板构造的可能性。而且，生产设备中的空间能够被节省，不需要余地用于抗剪腹板和围绕抗剪腹板的纤维材料的平行和分离构造。此外，本发明的方法使下部模具部分中的腹板层的皱折和变形最小化，这是因为来自该腹板“封装包”的重量远小于根据现有技术已知的重量，实际上仅来自于腹板自身而不来自于围绕腹板的额外纤维材料。而且，重的腹板和玻璃纤维不必由起重机从远距离提升到模具。这导致更少的风险并花费更少的起重机时间。进一步的优点在于，一旦放置在模具中，不需要特定的布置结构将带有支撑纤维材料的腹板支撑在正确位置。腹板能够与向外伸展的纤维材料封装在一起，这是因为腹板被装设在支撑构件中和/或下部模具部分中。这又节省了制造时间。

在本发明方法的情况下，能够使用包括塑性材料例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫的抗剪腹板。这减小了风力涡轮机转子叶片的重量。所用纤维材料科包括玻璃纤维材料和/或碳纤维材料。

所用抗剪腹板可包括至少一个支撑构件，优选可是包括两个支撑构件。例如，所用抗剪腹板可包括底表面和顶表面。支撑构件能够位于抗剪腹板的底表面处或者顶表面处。有利地，抗剪腹板包括位于底表面处的第一支撑构件和位于顶表面处的第二支撑构件。

所用抗剪腹板可进一步包括至少一个开口或孔。该至少一个开口或孔可位于第一表面中和第二表面中。换言之，开口或孔可连接第一表面和第二表面。这意味着，至少一个开口或孔可从第一表面延伸到第二表面。

至少一个开口或孔可具有圆形横截面或具有带n个边的多边形形状的横截面。例如，开口可具有三角形或矩形或梯形或五边形或六边形横截面。通过为抗剪腹板提供开口或孔，腹板的重量以及整个转子叶片的重量能够被最小化。

通常，能够使用非实心的腹板材料。这减小了腹板的重量以及由此减小了整个转子叶片的重量。

在将用于抗剪腹板的至少一个第一纤维材料层铺设在放置于模具内表面上的纤维材料上之前，第一腹板支撑构件可被定位在放置在模具内表面上的纤维材料上。而且，在将用于抗剪腹板的第二纤维材料层的一部分放置在第二模具芯部的顶表面之后，第二支撑构件可被定位。使用腹板支撑构件增大了抗剪腹板与风力涡轮机转子叶片的外壳之间连接的稳定性。其进一步简化了抗剪腹板在模具中的正确和精确定位。

附图说明

根据下文将要描述的实施例，本发明上文所述的各个方面以及其它方面将变得明显，并且将参照这些实施例对它们进行说明。下文中，将参照各实施例更详细地描述本发明，但本发明不应被限于这些实施例。

本发明进一步的特征、性能和优点根据以下描述并结合附图将变得清楚。所有特征单独地或彼此结合地均是有利的。

图1以叶片跨度和叶片弦长限定的平面上的俯视图示意性地显示了转子叶片。

图2示意性地显示了通过转子叶片的翼剖面的弦向横截面。

图3以剖视图示意性地显示了填充有纤维材料的模具。

图4以示意性地显示了填充有纤维材料的模具和第一模具芯部。

图5示意性地显示了定位第一纤维材料层期间的图4的模具。

图6以剖视图显示了抗剪腹板在模具中的定位和第二纤维材料层的定位。

图7以剖视图示意性地显示了第二纤维材料层在模具中的定位和第二模具芯部。

图8以前视图示意性地显示了抗剪腹板。

图9以前视图示意性地显示了替代性的抗剪腹板。

具体实施方式

现在将参照图1至图9来描述本发明的实施例。图1以叶片跨度34和叶片弦长35限定的平面上的俯视图显示了转子叶片。图1显示了实际上通常用在三叶片转子中的风力涡轮机叶片1。然而，本发明将不限于用于三叶片转子的叶片。实际上，其还可被实施成其他叶片，例如单叶片转子或两叶片转子。

图1所示的转子叶片1包括具有圆柱形轮廓的根部3和尖端2。该尖端形成叶片的最外部分。根部3的圆柱形轮廓用于将叶片固定到转子轮毂的轴承。转子叶片1进一步包括所谓的肩部4，其被限定成其最大轮廓深度的位置，即，叶片的最大弦长。在肩部4与尖端2之间，延伸有机翼部分5，其具有空气动力学成形轮廓。在肩部4与圆柱形根部3之间，延伸有过渡部分7，其中从机翼部分5的空气动力学轮廓到根部3的圆柱形轮廓发生过渡。

通过转子叶片的翼剖面5的弦向横截面被显示在图2中。图2所示的它们的空气动力学剖面包括凸出的吸入侧13和不太凸出的压力侧15。从叶片的前缘9延伸至其尾缘11的点划线显示轮廓的弦长。尽管压力侧15在图2中包括凸出区段17和凹入区段19，其还可被实施成根本不具有凹入区段，只要吸入侧13比压力侧15更为凸出。

机翼部分5中的吸入侧13和压力侧15还将被分别称作转子叶片1的吸入侧和压力侧，尽管严格来讲，叶片1的圆柱形部分3并不显示出压力侧或吸入侧。

首先将描述通过真空辅助树脂传递成形（VARTM）制造风力涡轮机转子叶片的方法。该这种众所周知的方法包括以下步骤：多纤维材料层被放置在第一模具部分中。然后，多芯部和至少一个抗剪腹板被放置在第一模具部分中。然后，多个纤维材料层被放置在芯部和抗剪腹板上。第二模具部分然后能够被放置在芯部和纤维材料上，使得第一模具部分和外壳和第二模具部分或外壳彼此连接，从而形成封闭的模腔。为了将树脂注入到封闭的模腔中，对封闭的模腔施加真空，树脂被吸入到模具部分或外壳与芯部之间的空间中。将树脂设定或将树脂固化之后，模具部分或外壳和芯部能够被移除。

图3以剖视图示意性地显示第一模具外壳25。多个纤维材料层被放置在模具外壳25的内表面29上。这在图3中未明确显示。模具外壳25包括前缘39和尾缘38。

多层腹板纤维材料8被铺设在模具外壳25的纤维材料上。然后，腹板支撑构件28被放置在上面。而且，用于抗剪腹板的第一纤维材料层26，例如玻璃纤维材料，从模具25的前缘39铺设至模具25的尾缘38。用于抗剪腹板的第一纤维材料层26从模具25的前缘39朝向模具25的尾缘38延伸，至少使其完全覆盖腹板纤维材料8和第一支撑构件28。

图4以剖视图示意性地显示定位第一模具芯部30之后的图3的模具。第一模具芯部30包括顶表面31、用于支撑抗剪腹板的表面32和底表面33。第一模具芯部30被定位在用于抗剪腹板的第一纤维材料层26上，使得底表面33至少部分地放置在用于抗剪腹板的第一纤维材料层26上。放置就位的第一模具芯部30靠在第一纤维材料层26上，第一模具芯部30由此被固定。

图5以剖视图示意性地显示用于抗剪腹板的第一纤维材料层26沿着第一模具芯部30的定位。所述第一纤维材料层26目前以暴露腹板支撑构件28的方式被放置在第一模具芯部30上。用于抗剪腹板的第一纤维材料层26的折叠由箭头6表示。第一层26从模具外壳25的前缘39移除，并沿着第一模具芯部30的支撑抗剪腹板的表面32以及至少部分地沿着顶表面31放置。结果，第一层26完全沿着模具芯部30的支撑抗剪腹板的表面32以及部分地沿着顶表面31部分地铺设在底表面32处。

图6以剖视图示意性地显示抗剪腹板23和用于抗剪腹板的第二纤维材料层27的定位。在第一模具芯部30周围折叠用于抗剪腹板的第一纤维材料层26之后，抗剪腹板23自身被定位并连接到第一支撑构件28。抗剪腹板23包括第一表面21、第二表面22、顶表面23和底表面24。底表面24被注入到第一支撑构件28中的相应开口中。抗剪腹板10的第一表面21被铺设在用于抗剪腹板的第一纤维材料层26处，并面向第一模具芯部30的用于支撑抗剪腹板的表面32。

在定位抗剪腹板10之后，用于抗剪腹板的第二纤维材料层27沿着抗剪腹板的第二表面22、沿着抗剪腹板10的顶表面23被至少部分地铺设到已放置在模具25中的纤维材料上，并被至少部分地铺设到用于抗剪腹板的第一纤维材料层26的位置，用于抗剪腹板的第一纤维材料层26已被铺设到第一模具芯部30的顶表面31上。换言之，第二纤维材料层27沿着抗剪腹板10的自由侧22铺设在支撑构件28和模具芯部30上方。

图7以剖视图示意性地显示第二模具芯部的定位和位于其上的用于抗剪腹板的第二纤维材料层27的背面折叠。第二模具芯部40包括顶表面41、用于支撑抗剪腹板的表面42和底表面43。第二模具芯部40目前被定位在模具25中，以使底表面43面向模具25的内表面29，用于支撑抗剪腹板的表面42铺设在用于抗剪腹板的第二纤维材料层27处，并面向抗剪腹板10的第二表面22。在图7中，第二模具芯部40的底表面43至少部分地铺设在用于抗剪腹板的第二纤维材料层27上。

然后，朝向模具25的前缘39获得用于抗剪腹板的第二纤维材料层27的位于用于支撑抗剪腹板的第一纤维材料层26上的位置，由此暴露抗剪腹板10的顶表面23。用于支撑抗剪腹板的第二纤维材料层27的这种背面折叠由箭头18表示。类似于第一支撑构件28的第二支撑构件然后能够被定位在抗剪腹板10的顶表面23处。之后，例如通过真空辅助树脂传递成型能够构建叶片的其余部分。

通常，所使用的纤维材料能够为玻璃纤维材料或碳纤维材料。抗剪腹板10的材料能够包括塑性材料，例如热塑性材料。有利地，抗剪腹板10包括聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫或由聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）泡沫组成。

图8和图9以前视图显示了抗剪腹板50和60的不同变型。抗剪腹板50和60包括第一表面21、第二表面22、顶表面23和底表面24。

如图8所示的抗剪腹板50包括多个孔或开口51、52、53，它们将第一表面21和第二表面22彼此连接。孔51中的一些具有三角形形状。一个孔52具有梯形形状。梯形孔52被四个三角形孔51环绕。两个其他孔53具有六边形形状。具有三角形形状的两个额外的孔位于具有六边形形状的两个孔53之间。

图9显示了具有位于第一表面21与第二表面22之间的多个孔61的抗剪腹板60。孔61具有圆形横截面。如图8和图9所示对抗剪腹板提供孔减小抗剪腹板的重量，由此减小风力涡轮机转子叶片的重量。通常，孔可具有任意形状或横截面。图8和图9所示的抗剪腹板仅是许多其他可能示例中的两个示例。

Claims (10)

1.一种用于制造具有抗剪腹板（10）的风力涡轮机转子叶片（1）的方法，包括如下步骤：

• 将纤维材料铺设在模具（25）的内表面（29）上，

• 将用于所述抗剪腹板的至少一个第一纤维材料层（26）铺设在放置于所述模具（25）的内表面（29）上的所述纤维材料上，

• 将包括底表面（33）、顶表面（31）和用于支撑抗剪腹板的表面（32）的第一模具芯部（30）部分地定位在用于所述抗剪腹板的所述至少一个第一纤维材料层（26）上，

• 将用于所述抗剪腹板的所述至少一个第一纤维材料层（26）沿着所述第一模具芯部（30）的用于支撑抗剪腹板的表面（32）以及至少部分地沿着所述第一模具芯部（30）的顶表面（31）放置，

• 将包括第一表面（21）和第二表面（22）的所述抗剪腹板（10）放置在所述第一模具芯部（30）的用于支撑抗剪腹板的表面（32）处，从而使得所述抗剪腹板（10）的第一表面（21）在用于支撑抗剪腹板的表面（32）处面对所述纤维材料（26），

• 沿着所述抗剪腹板（10）的第二表面（22）以及至少部分地沿着所述第一模具芯部（30）的顶表面（31），将用于所述抗剪腹板的第二纤维材料层（27）铺设在放置于所述模具（25）的内表面（29）上的所述纤维材料上，

• 将包括底表面（43）、顶表面（41）和用于支撑抗剪腹板的表面（42）的第二模具芯部（40）部分地定位在用于所述抗剪腹板的所述至少一个第二纤维材料层（27）上，从而使得该底表面（43）面对用于所述抗剪腹板的所述第二纤维材料层（27），该用于支撑抗剪腹板的表面（42）面向所述抗剪腹板（10）的第二表面（22），以及

• 将用于所述抗剪腹板的所述第二纤维材料层（27）的一部分放置在所述第二模具芯部（40）的顶表面（41）上。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中使用了包括塑性材料的抗剪腹板（10）。

3.根据权利要求2所述的方法，

其中使用了包括聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫的抗剪腹板（10）。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中所述纤维材料包括玻璃纤维材料和/或碳纤维材料。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中所使用的抗剪腹板（10）包括至少一个腹板支撑构件（28）。

6.根据权利要求5所述的方法，

其中所使用的抗剪腹板（10）包括底表面（24）和顶表面（23），并且所述腹板支撑构件（28）位于所述抗剪腹板（10）的底表面（24）或顶表面（23）处。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，

其中所使用的抗剪腹板（10、50、60）包括至少一个开口（51、52、53、61）。

8.根据权利要求7所述的方法，

其中所述开口（51、52、53、61）具有圆形横截面或者具有带n个边的多边形形状的横截面。

9.根据权利要求5所述的方法，

其中，至少一个腹板支撑构件（28）包括第一腹板支撑构件，在将用于所述抗剪腹板的所述至少一个第一纤维材料层（26）铺设在放置于所述模具（25）的内表面（29）上的所述纤维材料上之前，第一腹板支撑构件被定位在放置于所述模具（25）的内表面（29）上的所述纤维材料上。

10.根据权利要求9所述的方法，

其中，至少一个腹板支撑构件（28）还包括第二腹板支撑构件，在将用于所述抗剪腹板的所述第二纤维材料层（27）的一部分放置在所述第二模具芯部（40）的所述顶表面（41）之后，第二腹板支撑构件被定位。