用于形成用于风力涡轮的转子叶片的方法与流程

[0001]
本公开大体上涉及风力涡轮。更特别地，本公开涉及形成用于风力涡轮的转子叶片的方法。


背景技术：

[0002]
风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且，在这点上，风力涡轮已得到日益增加的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、装配于塔架上的机舱、定位于机舱中的发电机以及一个或多个转子叶片。一个或多个转子叶片使用已知的翼型件原理来使风的动能转换成机械能。轴将来自转子叶片的机械能传送到发电机。然后，发电机使机械能转换成可以供应到公用电网的电能。
[0003]
每个转子叶片大体上由结合在一起以形成转子叶片的外部空气动力学形状的多个壳部分形成。在这方面，壳部分限定转子叶片的蒙皮。一个或多个结构构件(诸如，翼梁帽(spar cap)和抗剪腹板)可以定位于由壳部分限定的内腔内。特别地，结构构件接合壳部分，以提高转子叶片的刚度、抗屈曲性和/或强度。
[0004]
常规的转子叶片以及更具体地壳部分制造成本高。特别地，常规的壳部分典型地通过将一系列的可灌注(infusible，有时称为不熔)材料(诸如，可灌注玻璃纤维织物)层放置于特制的模具中而形成。一旦足够的可灌注材料铺设于模具中以形成壳部分，结构构件就可以放置于模具中。模具然后被装入袋中，以便形成壳部分的可灌注材料层可以用合适的树脂灌注。在灌注之后，转子叶片被固化。该过程以及更具体地灌注过程的耗时性质导致用以生产壳部分并且进而生产转子叶片的成本相对高。此外，大体上有必要在采用昂贵并且耗时的制造过程的单个设施中制作常规的壳部分。
[0005]
因此，改进的风力涡轮以及特别地改进的用于风力涡轮转子叶片的壳部分在本领域中是期望的。具体地，不要求使用耗时的制造过程并且制造成本相对低的壳部分将是有利的。


技术实现要素：

[0006]
本技术的方面和优点将在下文的描述中部分地阐明，或可以从描述明显可见，或可以通过实践本技术而得知。
[0007]
在一个实施例中，本公开涉及一种用于形成风力涡轮转子叶片的方法。方法包括将限定风力涡轮转子叶片的根部区段、风力涡轮转子叶片的压力侧或风力涡轮转子叶片的吸力侧的部分的第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板放置于模具中。第一预制蒙皮面板与第二预制面板部分地重叠或定位成与第二预制面板相邻以限定连接区域。真空袋放置于模具上面。连接区域以树脂灌注。
[0008]
在另一实施例中，本公开涉及一种用于形成风力涡轮转子叶片的方法。方法包括将限定风力涡轮转子叶片的根部区段、风力涡轮转子叶片的压力侧或风力涡轮转子叶片的吸力侧的部分的第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板放置于模具中。第一预制蒙皮面板
与第二预制蒙皮面板部分地重叠或定位成与第二预制蒙皮面板相邻以限定连接区域。干燥纤维毡(mat)放置于连接区域中，并且与第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板接触。真空袋放置于模具上面。连接区域以一个或多个密封件密封。连接区域以树脂灌注。
[0009]
在另外的实施例中，本公开涉及一种用于形成风力涡轮转子叶片的方法。方法包括将限定风力涡轮转子叶片的根部区段、风力涡轮转子叶片的压力侧或风力涡轮转子叶片的吸力侧的部分的第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板形成于一个或多个远程设施处。第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板运输到中心设施。第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板放置于模具中。第一预制蒙皮面板与第二预制蒙皮面板部分地重叠或定位成与第二预制蒙皮面板相邻以限定连接区域。真空袋放置于模具上面。连接区域以树脂灌注。
[0010]
参考以下描述和所附权利要求书，本技术的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成其部分的附图图示本技术的实施例，并与描述一起用来解释本技术的原理。
附图说明
[0011]
在参考附图的说明书中阐述本技术(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：图1是根据本公开的实施例的示例性风力涡轮的透视图；图2是根据本公开的实施例的示例性转子叶片的透视图；图3是大体上关于图2中所示出的线3-3截取的转子叶片的横截面图，图示根据本公开的实施例的转子叶片的壳部分；图4是图3中所示出的壳部分中的一个的顶视图，图示根据本公开的实施例的多个预制蒙皮面板；图5是图示根据本公开的实施例的用于形成转子叶片的方法的实施例的流程图；图6是根据本公开的实施例的将预制蒙皮面板放置于模具中的透视图；图7是根据本公开的实施例的第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板的连接区域的一个实施例的横截面图；图8是根据本公开的实施例的将干燥可灌注织物放置到模具中的透视图；图9是根据本公开的实施例的将结构构件放置于模具中的透视图；图10是根据本公开的实施例的结构部件的在放置于模具中之后的横截面图；图11是根据本公开的实施例的将真空袋放置于模具上面的透视图；图12是根据本公开的实施例的使连接区域密封的透视图；图13是图示根据本公开的实施例的用于形成转子叶片的方法的另一实施例的流程图；图14是图示根据本公开的实施例的在图13中示出的方法的示意图；以及图15是根据本公开的实施例的第一预制蒙皮面板和第二预制蒙皮面板的连接区域的另一实施例的横截面图。
[0012]
本说明书和附图中的参考字符的重复使用旨在表示本技术的相同或相似的特征或元件。
具体实施方式
[0013]
现在将详细地参考本技术的本实施例，在附图中，图示本实施例的一个或多个示例。详述使用数字标示和字母标示来指附图中的特征。附图和描述中的相同或类似的标示已用于指本技术的相同或类似的部分。如本文中所使用的，术语“第一”、“第二”以及“第三”可以可互换地用于将构件彼此区分开，并且不旨在表明个别的构件的位置或重要性。
[0014]
每个示例通过对本技术的解释而非对本技术的限制的方式提供。实际上，将对本领域技术人员明显的是，在不脱离本技术的范围或精神的情况下，能够在本技术中作出修改和变型。例如，作为一个实施例的部分而图示或描述的特征可以用于另一实施例上，以得到再一另外的实施例。因而，旨在本技术涵盖如处于所附权利要求及其等同物的范围内的这样的修改和变型。
[0015]
现在参考附图，图1图示根据本公开的示例性风力涡轮10的一个实施例的透视图。如所示出的，风力涡轮10大体上包括：塔架12，其从支承表面14延伸；机舱16，其装配于塔架12上；以及转子18，其联接到机舱16。转子18包括：可旋转毂20；和至少一个转子叶片22，其联接到毂20，并且从毂20向外延伸。例如，在图1中所示出的实施例中，转子18包括三个转子叶片22。在备选实施例中，然而，转子18可以包括多于或少于三个转子叶片22。每个转子叶片22可以围绕毂20隔开，以促进使转子18旋转，以使来自风的动能转换成可用的机械能，并且随后转换成电能。例如，毂20可以可旋转地联接到定位于机舱16内的电动发电机24。
[0016]
图2图示根据本公开的转子叶片22的一个实施例的透视图。如所示出的，转子叶片22包括联接到可旋转毂20(图1)的叶片根部26和设置成与叶片根部26相反的叶片末梢28。转子叶片22还可以包括在前缘34与后缘36之间延伸的压力侧30和吸力侧32。另外，转子叶片22可以包括限定叶片根部26与叶片末梢28之间的全长的翼展38和限定前缘34与后缘36之间的全长的翼弦40。大体上，翼弦40可以随着转子叶片22从叶片根部26延伸到叶片末梢28而沿着翼展38在长度上变化。
[0017]
现在参考图3，转子叶片22可以由壳42形成。在一些实施例中，壳42包括第一壳部分44和第二壳部分46，第一壳部分44和第二壳部分46在转子叶片22的前缘34和后缘36处或接近转子叶片22的前缘34和后缘36被联接(例如，粘附地联接)。在这方面，第一壳部分44和第二壳部分46可以沿着整个翼展38和/或整个翼弦40延伸。在备选实施例中，然而，壳42可以包括更多或者更少的壳部分，和/或壳部分可以在转子叶片22上的不同位置处联结。此外，在一些实施例中，每个壳部分可以仅对于翼展38和/或翼弦40的部分而延伸。
[0018]
如图3中所示出的，壳42包括限定转子叶片22的各种侧面和边缘的外表面。更具体地，第一壳部分44包括限定转子叶片22的压力侧30的外表面48。第二壳部分46包括限定转子叶片22的吸力侧32的外表面50。在图3中所示出的实施例中，第一壳部分44和第二壳部分46联接在一起，以致于第二壳部分46限定前缘34，和/或第一壳部分44限定后缘36。在备选实施例中，然而，第一壳部分44可以限定前缘34，并且，第二壳部分46可以限定后缘36。在另外的实施例中，第一壳部分44和第二壳部分46可以既限定前缘34又限定后缘36。
[0019]
壳42在其中限定内腔52。即，转子叶片22大体上空心。在图3中所示出的实施例中，第一壳部分44限定内表面54，并且，第二壳部分46限定内表面56。在这方面，第一壳部分44内表面54和第二壳部分46的内表面56界定内腔52。如将在下文中更详细地讨论的，各种结构构件可以定位于内腔52中。
[0020]
在图3中所示出的实施例中，转子叶片22包括定位于内腔52中的翼梁帽58、60。特别地，第一翼梁帽58联接(例如，粘附地)到第一壳部分44的内表面54。第二翼梁帽60联接(例如，粘附地)到第二壳部分46的内表面56。在这方面，第一翼梁帽58和第二翼梁帽60可以大体上抵抗在风力涡轮10的操作期间沿翼展方向的方向(即，与转子叶片22的翼展38平行的方向)作用于转子叶片22上的弯曲应力和/或其它负荷。此外，第一翼梁帽58和第二翼梁帽60可以抵抗转子叶片22在风力涡轮10的操作期间发生的翼展方向的压缩。第一翼梁帽58和第二翼梁帽60可以沿着翼展38从叶片根部26延伸到叶片末梢28或其部分。转子叶片22可以包括零个、一个、三个、四个或更多个翼梁帽58、60。
[0021]
在某些实施例中，转子叶片22还可以包括沿翼展方向的方向延伸穿过内腔52的一个或多个抗剪腹板62。每个抗剪腹板62包括联接到第一壳部分44的第一侧64和联接到第二壳部分46的第二侧66。在这方面，抗剪腹板62抵抗施加于第一壳部分44和第二壳部分46上的剪切力。在图3中所示出的实施例中，转子叶片22包括直接地连接(例如，结合)到第一翼梁帽58和第二翼梁帽60的一个抗剪腹板62。在备选实施例中，然而，转子叶片22可以包括更多的抗剪腹板62，和/或抗剪腹板62可以直接地连接(例如，结合)到第一壳部分44的内表面54和第二壳部分46的内表面56。在另外的实施例中，抗剪腹板62可以沿翼弦方向的方向(即，与转子叶片22的翼弦40平行的方向)延伸。
[0022]
现在参考图4，转子叶片22的第一壳部分44和/或第二壳部分46可以由多个预制蒙皮面板(“面板”)68、70、72、74形成。更具体地，每个面板68、70、72、74限定转子叶片22的叶片根部26、压力侧30和/或吸力侧32的部分。每个面板68、70、72、74具有第一壳部分44或第二壳部分46的对应的部分的期望的最终尺寸和形状。此外，每个面板68、70、72、74被固化或以其它方式处于最终制造状态。即，已执行所有的必要的制造操作，以使面板68、70、72、74处于完成的状态。在这方面，每个面板68、70、72、74仅需要联结到另一面板68、70、72、74或联结到某个其它蒙皮面板，以形成转子叶片22的完成的壳部分44、46。
[0023]
在图4中所图示的实施例中，壳部分44、46包括第一面板68、第二面板70、第三面板72以及第四面板74。如所示出的，每个面板68、70、72、74对于翼弦40的整体而延伸，但仅对于翼展38的部分而延伸。照此，面板68、70、72、74可以沿着翼展方向的方向布置。在备选实施例中，然而，壳部分44、46可以包括更多或者更少的面板68、70、72、74。另外，面板68可以占据翼展38和/或翼弦40的不同部分，和/或面板68可以布置成不同地形成壳部分44、46。
[0024]
图5图示根据本公开的用于形成转子叶片(诸如，转子叶片22)的方法100的一个实施例。图6-12图示方法100的各种方面和实施例。
[0025]
在步骤102中，第一面板68和第二面板70放置于模具200中。在图6中所示出的实施例中，第一面板68、第二面板70、第三面板72以及第四面板74放置于模具200的内表面202上。在一些实施例中，在放置于模具200中之前，脱模剂(诸如，蜡)可以涂敷到面板68、70、72、74的部分或整体。如所示出的，面板68、70、72、74可以沿着翼展方向的方向布置成形成壳部分44、46。在备选实施例中，面板68、70、72、74可以按任何合适的方式布置于模具200中，以形成第一壳部分44或第二壳部分46或其任何部分。此外，更多或者更少的预制面板68、70、72、74可以放置于在图6中示出的模具200中。
[0026]
面板68、70、72、74中的每个与其它面板68、70、72、74中的一个部分地重叠或定位成与其它面板68、70、72、74中的一个相邻以限定连接区域204。在这方面，第一面板68和第
二面板70重叠以限定一个连接区域204。第二面板70和第三面板72重叠以限定另一连接区域204。第三面板72和第四面板74重叠以限定另外的连接区域204。
[0027]
图7图示第一面板68与第二面板70之间的连接区域204的一个实施例。更具体地，第一面板68的部分与第二面板70的部分重叠。在这方面，第一面板68和第二面板70可以包括如下的特征：容许第一面板68和第二面板70重叠，同时仍然维持对应的壳部分44、46的期望的厚度。例如，如图7中所示出的，第一面板68和第二面板70可以分别包括互补的变窄的端部206、208。端部206、208配合或以其它方式联接，而不增大对应的壳部分44、46的厚度。在一些实施例中，剥离层(peel ply layer)210可以联接到第一面板68、第二面板70(如在图7中示出的那样)或两者以促进配合。在示例性实施例中，剥离层210可以是用于增大表面的粗糙度以促进结合的编织材料。
[0028]
图15图示第一面板68与第二面板70之间的连接区域204的另一实施例。如所示出的，第一面板68定位成与第二面板70相邻。可能存在第一面板68与第二面板70之间的间隙246。备选地，第一面板68可以与第二面板70接触。
[0029]
如上文中所提到的，面板68、70、72、74放置于模具200中。特别地，模具200可以是构造成用于使用常规方法来形成壳部分44、46的任何模具。具体地，模具200可以构造成接收干燥可灌注材料(诸如，纤维增强织物)，干燥可灌注材料然后以树脂(例如，热塑性或热固性树脂)灌注并且被固化以形成壳部分44、46中的一个。此外，模具200优选地是单个一体地形成的构件。在备选实施例中，然而，模具200可以按任何合适的方式形成。
[0030]
再次参考图7，模具200的一些实施例可以包括一个或多个定位特征212。更具体地，定位特征212可以用于将面板68、70、72、74中的一个或多个定位于模具200的内表面202上。在这方面，定位特征212可以是凸块(如在图7中示出的那样)、销、凸片或从模具200的内表面202向外延伸的任何其它合适的特征。
[0031]
在步骤104中，干燥纤维毡214或其它干燥可灌注材料放置于连接区域204中。干燥纤维毡214还未以树脂灌注或以其它方式暴露于树脂。在图7中所示出的实施例中，纤维毡214可以放置于第一面板68的端部206与第二面板70的端部208之间的连接区域204中。在图15中所示出的实施例中，纤维毡214可以放置于第一面板68和第二面板70的顶部上以横跨间隙246。纤维毡214还可以在模具200的内表面202上放置于第一面板68和第二面板70下面上。在其它实施例中，干燥纤维毡214可以放置于任何相邻的成对的面板68、70、72、74的连接区域204中。如将在下文中更详细地讨论的，纤维毡214可以改进面板68、70、72、74之间的结合。方法100的一些实施例可能不包括步骤104。
[0032]
在步骤106中，干燥可灌注织物216放置于模具200中。更具体地，在某些实施例中，面板68、70、72、74可以仅形成壳部分44、46的部分。在这方面，干燥可灌注织物216可以用于形成壳部分44、46的剩余部分。特别地，干燥可灌注织物216与相邻的预制蒙皮面板68、70、72、74部分地重叠。在图8中所示出的实施例中，第一预制蒙皮面板68和第二预制蒙皮面板70形成壳部分44、46的部分。壳部分44、46的剩余部分通过将干燥可灌注织物216放置到模具200中而形成，以致于干燥可灌注织物216与第二预制蒙皮面板70部分地重叠。干燥可灌注织物216还未以树脂灌注或以其它方式暴露于树脂。方法100的一些实施例可能不包括步骤106。
[0033]
在步骤108中，结构构件218放置于第一面板68或第二面板70上。现在参考图9，转
子叶片22可以包括一个或多个结构构件218，结构构件218可以是翼梁帽60、62(图3)、抗剪腹板62(图3)、后缘增强部220(图10)或任何其它合适的结构部件。结构构件218可以联接到壳部分44、46中的一个或两者。在这方面，结构构件218可以放置于与壳部分44、46的、结构构件218所联接到的部分对应的位于模具200中的特定面板68、70、72、74上。在图9中所示出的实施例中，例如，翼梁帽60、62中的一个放置到定位于模具200中的面板68、70、72、74上。结构构件218可以是预制的。方法100的一些实施例可能不包括步骤108。
[0034]
参考图10，每个结构构件218和对应的面板68、70、72、74在其间限定接头222、224。如所示出的，翼梁帽60、62和面板68、70、72、74在其间限定第一接头222。类似地，后缘增强部220和面板68、70、72、74在其间限定第二接头224。在某些实施例中，如图10中所示出的，干燥可灌注织物226可以放置于结构构件218上面。
[0035]
在步骤110中，真空袋228放置于模具200上面。更具体地，如图11中所示出的，真空袋228可以放置于模具200的整体上面并且附接(例如，粘附地附接)到模具200的顶表面230。在备选实施例中，真空袋228可以放置于模具200的仅部分上面和/或可以按任何合适的方式附接到模具200的任何合适的部分。
[0036]
在步骤112中，连接区域204可以用一个或多个密封件232、234、236、238密封。在图12中所示出的实施例中，连接区域204以四个密封件232、234、236、238密封。更具体地，密封件232在模具200的内表面202与第一面板68的底表面之间密封。类似地，密封件234在模具200的内表面202与第二面板70的底表面之间密封。在一些实施例中，密封件234、236由弹性体材料形成并且联接到模具200的内表面202。密封件236、238分别使真空袋228联接到第一面板68和第二面板70的顶表面。在某些实施例中，密封件236、238可以是胶带或其它粘附剂。如所示出的，第一预制面板68和第二预制面板70；模具200；真空袋118；以及密封件232、234、236、238共同地限定灌注室240。在某些实施例中，接头222、224和干燥可灌注织物区216、226还可以根据步骤212而被密封。
[0037]
在步骤114中，连接区域204以树脂242灌注，并且，干燥可灌注织物216、226和/或接头222、224在被包括的情况下以树脂242灌注。在图12中所示出的实施例中，树脂242经由真空袋228中的端口244被泵送到灌注室240中，以灌注定位于其中的连接区域204。在某一实施例中，每个连接区域204；接头222、224；以及干燥可灌注织物区216、226可以被单独地灌注。在这样的实施例中，连接区域204；接头222、224；和/或干燥可灌注织物区216、226根据步骤112而被密封。照此，密封件232、234、236、238防止树脂242从灌注室240溢出。在备选实施例中，然而，整个壳部分44、46可以被灌注。在这样的实施例中，连接区域204；接头222、224；或干燥可灌注织物区216、226均未根据步骤112而被密封。
[0038]
树脂242灌注到连接区域204；干燥可灌注织物216、226；和/或接头222、224中是固化步骤116。在完成步骤116时，面板68、70、72、74结合在一起以形成第一壳部分44或第二壳部分46。
[0039]
图13图示根据本公开的用于形成转子叶片(诸如，转子叶片22)的方法300的一个实施例。图14图示方法300的各种方面。更具体地，在步骤302中，面板68、70、72、74形成于一个或多个远程设施400处。在步骤304中，面板68、70、72、74运输到中心设施402。在完成步骤304时，可以执行方法100的步骤102-116。中心设施402位于与远程设施400不同的地理位置(诸如，不同的城市、州或国家)处。在某些实施例中，中心设施402可以大体上具有比远程设
施400更大的复杂程度(例如，在人员、装备、过程、知识等等的方面)。
[0040]
在步骤302中，蒙皮面板68、70、72、74可以由任何合适的材料形成。例如，预制蒙皮面板68、70、72、74可以由树脂基聚合物和多种增强纤维形成。在一些实施例中，所有面板68、70、72、74都可以由相同材料形成。在备选实施例中，面板68、70、72、74中的一些可以由不同材料(诸如，不同的树脂基聚合物和/或不同的增强纤维)形成。例如，定位于叶片根部26处的面板68、70、72、74受到比定位于叶片末梢28处的面板68、70、72、74更大的负荷。在这方面，定位于叶片根部26处的面板68、70、72、74可以由比定位于叶片末梢28处的面板68、70、72、74(例如，聚酯基材料)更牢固的材料(例如，环氧树脂基材料或聚氨酯基材料)形成。此外，用于在灌注过程(例如，步骤114)中联接面板68、70、72、74的树脂可以不同于在形成面板68、70、72、74(例如，步骤302)中使用的树脂。
[0041]
转子叶片22的壳部分44、46可以使用方法100和/或300来由预制面板68、70、72、74形成。如在上文中更详细地讨论的，面板68、70、72、74处于完成状态，并且仅要求联接到其它面板68、70、72、74以形成完成的壳部分44、46。在这方面，对于使用方法100和/或300来形成壳部分44、46而为必要的时间和与使用方法100和/或300来形成壳部分44、46相关联的成本与常规制造方法相比而减少。照此，使用方法100和300的转子叶片22的成本与常规方法相比而减少。在一些实施例中，仅连接区域204被灌注。这减少必要的灌注时间并且因此减少形成壳部分44、46的成本。在某些实施例中，面板68、70、72、74可以形成于远程设施400处，这可以具有比中心设施402更低的生产成本，以进一步减少转子叶片22的成本。
[0042]
本书面描述使用示例(包括最佳模式)来公开本技术，并且还使本领域任何技术人员都能够实践本技术(包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法)。本技术的专利范围由权利要求书定义，并且可以包括本领域技术人员所想到的其它示例。如果这样的其它示例包括并非与权利要求书的字面语言不同的结构元件，或如果这些示例包括与权利要求书的字面语言存在非实质性差异的等同的结构元件，则这些示例旨在属于权利要求书的范围内。

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