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风 力 涡轮机叶片及其制造方法

阅读：866发布：2020-05-11

专利汇可以提供风力涡轮机叶片及其制造方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明的目的是提供一种用于制造风力涡轮机叶片的方法，即使该叶片被损坏，发生次生灾害的风险也较小。用于制造风力涡轮机叶片1的方法包括以下步骤：用发泡合成树脂材料形成发泡合成树脂叶片基体2；将所形成的发泡合成树脂叶片基体2沿纵向方向和横向方向任意分割以形成叶片分割部件3；在叶片分割部件3的切割部分4中的每个切割部分上设置粘合剂层5并且将叶片分割部件3结合成呈完整形状以形成叶片的结合基体6；以及在叶片的结合基体6的表面上一体地形成软合成树脂表面层 7。，下面是风力涡轮机叶片及其制造方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括下述步骤：
用发泡合成树脂材料形成风力涡轮机叶片基体；
将所形成的发泡合成树脂叶片基体沿纵向方向和横向方向任意分割以制成叶片分割部件；
在切割部分中的每个切割部分上设置粘合剂层，并且将所述叶片分割部件结合成呈所述叶片的完整形状以形成所述叶片的结合基体；以及
在所述叶片的所述结合基体的表面上一体地形成软合成树脂表面层。
2.根据权利要求1所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，所述粘合剂层由聚氨酯系树脂制成。
3.根据权利要求1所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，所述软合成树脂表面层由聚氨酯系树脂制成。
4.根据权利要求2或3所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，所述聚氨酯系树脂为聚脲树脂。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，在所述叶片分割部件的在至少纵向方向上的所述切割部分中的每个切割部分上均形成有凹口槽，粘合剂在所述粘合剂被涂布时被填充在所述凹口槽中，并且所述叶片分割部件被结合。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，当所述叶片分割部件被结合成呈所述叶片的所述完整形状时，在至少纵向方向上的每对彼此相向的结合表面之间设置薄板骨架构件。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，所述表面层形成为使得所述表面层连接至结合部分中的每个结合部分的所述粘合剂层。
8.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片是风力涡轮机的升力型叶片，所述升力型叶片由作为主要材料的发泡合成树脂材料制成并且在叶片端部处具有倾斜部，所述风力涡轮机叶片包括：
所述叶片的结合基体，在所述结合基体中，呈完整形状的发泡树脂叶片基体的分割部件通过设置在所述分割部件的切割部分中的每个切割部分上的粘合剂层而彼此结合成呈所述叶片的完整形状；以及
软合成树脂表面层，所述软合成树脂表面层一体地形成在所述叶片的所述结合基体的表面上，
其中，各个所述分割部件的形状是通过将所述发泡树脂叶片基体沿纵向方向和横向方向任意分割而被确定的；并且
其中，所述粘合剂层由软合成树脂制成，并且所述粘合剂层在所述粘合剂层的固化状态下用作肋。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片，其中，所述叶片分割部件是通过在分别被设置于所述纵向方向上的中央侧切割部分上的所述粘合剂层之间设置薄板骨架构件而被结合的。

说明书全文

风 力 涡轮机叶片及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及风力涡轮机叶片及其制造方法。具体地，本发明涉及重量轻、具有抗破损性并且即使其被损坏发生次生灾害的风险也较小的风力涡轮机叶片及其制造方法。

背景技术

[0002] 常规的风力涡轮机叶片要求刚度和轻质特性。然而，由于需要用于提高刚度的肋，因此难以在刚度与轻质特性进行平衡。为了解决这个问题，专利文献1公开了一种由中空体制造叶片的技术。

[0003] 现有技术

[0004] 专利文献

[0005] 专利文献1：JP 2009-85009 A

发明内容

[0006] 本发明要解决的问题

[0007] 专利文献1中描述的风力涡轮机叶片具有中空体，该中空体的外壁由含有碳纤维的FRP制成，其中，在叶片的叶片长度方向上设置有呈以长形构型的肋。

[0008] 该风力涡轮机叶片的制造方法包括以下步骤：在上部模具和下部模具的各自的凹腔中形成FRP层；在下部模具中形成肋；以及将上部模具放置在下部模具上以使上部FRP层与下部FRP层成一体。

[0009] 然而，这种叶片在上部FRP层与下部FRP层之间的接合部分具有脆弱性。因此，当向叶片施加诸如扭力之类的引起失衡的力时，叶片容易损坏。此外，当叶片被损坏时，存在发生次生灾害的风险。

[0010] 本发明的目的是提供这样一种风力涡轮机叶片：该风力涡轮机叶片易于制造、重量轻、具有抗破损性并且即使其被损坏发生次生灾害的风险也较小。本发明的另一目的是提供一种制造这种风力涡轮机叶片的方法。

[0011] 解决问题的方式

[0012] 本发明的具体内容如下。

[0013] (1)一种用于制造风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：

[0014] 用发泡合成树脂材料形成风力涡轮机叶片基体；

[0015] 将所形成的发泡合成树脂叶片基体沿纵向方向和横向方向任意分割以制成叶片分割部件；

[0016] 在叶片分割部件的切割部分中的每个切割部分上设置粘合剂层并且将叶片分割部件结合成呈叶片的完整形状，以形成叶片的结合基体；以及

[0017] 在叶片的结合基体的表面上一体地形成软合成树脂表面层。

[0018] (2)根据上述第(1)项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，粘合剂层由聚氨酯系树脂制成。

[0019] (3)根据上述第(1)项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，软合成树脂表面层由聚氨酯系树脂制成。

[0020] (4)根据上述第(2)或(3)项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，聚氨酯系树脂为聚脲树脂。

[0021] (5)根据上述第(1)至(4)项中的任一项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，在叶片分割部件的在至少纵向方向上的切割部分中的每个切割部分上均形成凹口槽，粘合剂在粘合剂被涂布时被填充到凹口槽中，并且叶片分割部件被结合。

[0022] (6)根据上述第(1)至(5)项中的任一项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，当叶片分割部件被结合成呈叶片的完整形状时，在至少纵向方向上的每对彼此相向的结合表面之间设置薄板骨架构件。

[0023] (7)根据上述第(1)至(6)项中的任一项的用于制造风力涡轮机叶片的方法，其中，表面层形成为使得表面层连接至结合部分中的每个结合部分的粘合剂层。

[0024] (8)一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片是风力涡轮机的升力型叶片，该升力型叶片由作为主要材料的发泡合成树脂材料制成并且在叶片端部处具有倾斜部，该风力涡轮机叶片包括：

[0025] 叶片的结合基体，在该结合基体中，呈完整形状的发泡合成树脂叶片基体的分割部件通过设置在分割部件的切割部分中的每个切割部分上的粘合剂层而彼此结合成呈叶片的完整形状；以及

[0026] 软合成树脂表面层，软合成树脂表面层一体地形成在叶片的结合基体的表面上，[0027] 其中，各个分割部件的形状是通过将发泡合成树脂叶片基体沿纵向方向和横向方向任意分割而被确定的，并且

[0028] 其中，粘合剂层由软合成树脂制成，并且粘合剂层在粘合剂层的固化状态下用作肋。

[0029] (9)根据上述第(8)项的风力涡轮机叶片，其中，叶片分割部件是通过在分别被设置于纵向方向上的中央侧切割部分上的粘合剂层之间设置薄板骨架构件而被结合的。

[0030] 本发明的优点

[0031] 根据本发明，可以获得以下优点。

[0032] 在根据上述第(1)项的本发明中：在用发泡合成树脂材料形成在叶片端部处具有倾斜部的呈完整形状的升力型叶片时，将所形成的发泡合成树脂叶片基体任意分割，并且重制叶片；在切割部分中的每个切割部分上设置粘合剂层并且将叶片分割部件结合。然后，结合部分的粘合剂层中的每个粘合剂层被固化，使得这些粘合剂层用作肋。

[0033] 因此，可以容易地在结合发泡体中形成肋，并且可以降低制造成本。由于整个叶片重量轻，因此旋转期间的加速度增加。

[0034] 在叶片的结合基体的表面上形成软合成树脂表面层。因此，发泡体以及粘合剂层的每个表面与软合成树脂表面层彼此一体地连接，并且可以增大刚度。

[0035] 由于表面层是软合成树脂表面层，因此叶片具有抵抗强风的抗破损性。即使叶片被损坏，内部的发泡体也会损坏成部件并散落，并且损坏所得的部件以低速落下。此外，由于表面层较软且冲击力较小，因此可以使次生灾害最小化。

[0036] 在根据上述第(2)项的本发明中，粘合剂层由聚氨酯系树脂制成。因此，部件可以快速地结合，并且这在工作效率方面是优异的并且可以降低制造成本。此外，叶片在耐水性和耐化学性方面是优异的，并且可以在自然环境下长期使用。

[0037] 在根据上述第(3)项的本发明中，软合成树脂表面层由聚氨酯系树脂制成。因此，可以快速地设置表面层，并且这在工作效率方面是优异的并且可以降低制造成本。此外，叶片在耐水性和耐化学性方便是优异的，并且可以在自然环境下长期使用。

[0038] 在根据上述第(4)项的本发明中，粘合剂层用的聚氨酯系树脂和软合成树脂表面层用的聚氨酯系树脂都是聚脲树脂。因此，这些层可以通过喷涂而容易地形成，并且固化时间较短。这在工作效率方面是优异的，并且叶片在耐水性和耐化学性方面是优异的，并且可以在自然环境下长期使用。

[0039] 在根据上述第(5)项的本发明中：在叶片分割部件的在至少纵向方向上的切割部分中的每个切割部分上均形成有凹口槽，粘合剂在粘合剂被涂布时被填充在凹口槽中，并且叶片分割部件被结合。因此，当填充在凹口槽中的粘合剂被固化时，固化的粘合剂具有作为厚肋的效果。

[0040] 在根据上述第(6)项的本发明中：当叶片分割部件被结合成呈叶片的完整形状时，在至少纵向方向上的每对彼此相向的结合表面之间设置薄板骨架构件。因此，即使叶片较大，也可以容易地形成坚固的肋。

[0041] 在根据上述第(7)项的本发明中，表面层形成为使得表面层连接至结合部分中的每个结合部分的粘合剂层。由于内部的肋和外部的表面层彼此一体地连接，因此叶片在抵抗扭力和部分施加的外力的刚度方面是优异的。

[0042] 根据上述第(8)项的本发明的叶片由作为主要材料的发泡合成树脂材料制成，该叶片包括：

[0043] 叶片的结合基体，在该结合基体中，呈完整形状的发泡合成树脂叶片基体的分割部件通过设置在分割部件的切割部分中的每个切割部分上的粘合剂层而彼此结合成呈叶片的完整形状；以及

[0044] 软合成树脂表面层，软合成树脂表面层一体地形成在叶片的结合基体的表面上，[0045] 其中，各个分割部件的形状是通过将发泡合成树脂叶片基体沿纵向方向和横向方向任意分割而被确定的，并且

[0046] 其中，粘合剂层由软合成树脂制成并且粘合剂层在粘合剂层的固化状态下用作肋。因此，叶片重量轻并且在刚度方面是优异的。

[0047] 关于根据上述第(9)项的本发明的叶片，叶片分割部件是通过在分别被设置于纵向方向上的中央侧切割部分上的粘合剂层之间设置薄板骨架构件而被结合的。因此，上述第(9)项的叶片在刚度方面比上述第(8)项的叶片更优异。附图说明

[0048] 图1是示出了本发明的风力涡轮机叶片的示例1的立体图。

[0049] 图2是沿着图1中的线II-II截取的截面图。

[0050] 图3是示出了发泡合成树脂叶片基体的分割状态的正视图。

[0051] 图4是示出了根据图3中的分型线所分割的部件的正视图。

[0052] 图5是示出了粘合剂被涂布至图4中的叶片分割部件中的一部分叶片分割部件的在纵向方向上的切割部分中的每个切割部分的状态的正视图。

[0053] 图6是示出了粘合剂被涂布至图5中的被结合的叶片分割部件的在横向方向上的切割部分中的每个切割部分的状态的正视图。

[0054] 图7是示出了粘合剂被涂布至图4中的叶片分割部件的每个切割部分并且叶片分割部件被结合的状态的正视图。

[0055] 图8是沿着图7中的线VIII-VIII截取的截面图，其中，叶片在其表面上具有表面层。

[0056] 图9是示出了本发明的风力涡轮机叶片的示例2的正视图。

[0057] 图10是示出了图9中的叶片的左侧视图。

[0058] 图11是沿着图9中的线XI-XI截取的截面图。

[0059] 图12是示出了图11中的叶片的放大截面图。

[0060] 图13是示出了用于叶片的薄板骨架构件的正视图。

[0061] 图14是示出了本发明的风力涡轮机叶片的示例4的俯视横截面图。

具体实施方式

[0062] 借助于附图对根据本发明的示例进行如下描述。

[0063] 示例1

[0064] 图1是示出了从前缘方向观察到的在叶片端部处具有倾斜部的水平轴螺旋桨式风力涡轮机的升力型叶片的立体图。图2是沿着图1中的线II-II截取的截面图。

[0065] 如图1中所示，叶片1被制造成使得：弦长从叶片根部1A至最大弦长部1B逐渐增大，并且从最大弦长部1B向前侧的部分形成为逐渐地变尖并且同时该部分的厚度逐渐地减小，从而形成沿前表面方向在20至45度的范围内倾斜的倾斜部1C。

[0066] 如图2中所示，前表面1D相对于旋转方向在2度至6度的范围内倾斜，使得后缘1F设置在前缘1E的后表面1G侧。因此，倾斜部1C从作为基部的前表面的最大弦长部1B沿垂直于前表面1D的方向倾斜。

[0067] 图3示出了发泡合成树脂叶片基体2，该发泡树脂叶片基体2由发泡合成树脂制成并且具有与叶片1的完整形状相同的形状。虽然树脂材料基本上不受限制，但是使用了例如发泡聚苯乙烯树脂。基体2可以通过用切割机切割发泡板或通过用模具模制来制造。用模具模制在工作效率方面是优异的。

[0068] 在发泡合成树脂叶片基体2的前表面上绘制有沿纵向方向和横向方向的分型线，即，纵向分型线2A和多个横向分型线2B，并且发泡合成树脂叶片基体2被切割成如图4中所示的叶片分割部件3、3，从而在相应的切割部分处形成切割部分4。

[0069] 例如，叶片1的长度为1m，因而示出的是形成了8个分割部件，所述8个分割部件中的每个分割部件的长度为约25cm。

[0070] 如图5中所示，粘合剂被喷涂在叶片根部处的分割部件3、3的在纵向方向上的切割部分4、4上，其中，切割部分4、4可以沿左/右方向彼此结合，从而形成粘合剂层5、5。如图6中所示，粘合剂层5、5在粘合剂固化之前彼此结合。

[0071] 对从叶片根部至叶片端部的每对部分应用相同的步骤。粘合剂层5也可以通过刷涂来形成。然而，喷涂在粘合剂的厚度均匀性和工作效率方面优于刷涂。

[0072] 如图6、图7中所示，粘合剂层5、5分别形成在根据横向分型线2B在横向方向上形成的切割部分4、4上，并且粘合剂层5、5在粘合剂固化之前彼此结合。从叶片根部1A至叶片端部依次重复相同的步骤，从而完成叶片的结合基体6。

[0073] 虽然未对粘合剂进行限制，只要该粘合剂包括软合成树脂即可，但是使用了例如作为一种聚氨酯系树脂的聚脲树脂。聚脲树脂的延伸百分率为400％，并且聚脲树脂在柔性、强度、耐冲击性、耐磨性、耐热性、耐风化性等方面是优异的。

[0074] 如图8中所示，在叶片的结合基体6的整个表面上形成由聚脲树脂制成的软合成树脂表面层7。当用树脂形成表面层7时，喷涂在工作效率方面优于刷涂。首先将树脂喷涂至前表面，然后在将结合基体翻转之后将树脂喷涂至后表面以便制造连接至粘合剂层的表面层，并且使所涂布的树脂固化。

[0075] 如图7中所示，由于沿纵向方向和横向方向交叉的粘合剂层5由非发泡的软合成树脂制成，因此这些粘合剂层5在被固化之后用作纵向方向和横向方向上的肋8，并且即使这些粘合剂层5的厚度较小，这些粘合剂层5也可以增大刚度。此外，由于粘合剂层5由具有弹性的合成树脂制成，因此粘合剂层5在柔性方面是优异的。

[0076] 当叶片1的叶片长度较大时，叶片1沿纵向方向被分成多于三个的部分。当弦长较大时，叶片1沿交叉对角支柱的方向被分割。在中空体的情况下，即使设置肋，也不能获得足够的刚度。另一方面，由于发泡合成树脂材料部件被填塞以通过连接至表面层7而被保持，因此即使作为肋8的粘合剂层5、5的厚度较小，也可以获得较高的刚度。

[0077] 叶片1的主要部分是合成树脂发泡体，并且粘合剂层5的厚度较小。因此，叶片1重量轻并且具有较高的旋转效率。

[0078] 由于表面层7由软合成树脂制成，因此即使交叉的肋8由于强风而沿倾斜方向扭曲，叶片1也具有抗破损性。

[0079] 即使叶片1被损坏、或者纵向方向上的肋8被折损并且表面层7被损坏，受损的叶片分割部件3——叶片分割部件3中的每个叶片分割部件均由发泡合成树脂块制成——也是散落的。因此，即使叶片1被损坏成部件，由于轻质特性，损坏所得的部件也以低速落下。此外，由于表面层7由软合成树脂制成，因此冲击力较小并且发生次生灾害的风险较小。

[0080] 由于由粘合剂层5构成的肋8由软聚脲树脂制成，因此即使肋8被拉伸并切割，厚度也较小并且切割部分也较软。因此，即使被切割的肋8撞击人类和动物，也不存在被切割的肋8伤害人类和动物的风险。

[0081] 示例2

[0082] 图9是示出了竖向轴式风力涡轮机的叶片的示例2的正视图。图10是左侧视图。图11是沿着线XI-XI截取的截面图。与前面的示例中的构件相同的构件分别设有相同的附图标记，并且相同的构件的说明被省略。

[0083] 叶片9的制造过程与示例1的叶片的制造过程相同。在图10中，前缘9A和后缘9B分别在右侧和左侧示出。如图9中所示，上端部和下端部分别是在旋转时沿向内方向(朝向竖向轴的方向)倾斜的倾斜部9C。

[0084] 当支撑臂10与叶片9一体地形成时，支撑臂10结合至叶片9使得支撑臂10的梢端部与叶片9的肋8的一部分接触。当支撑臂10由FRP制成时，骨架构件10A可选地设置在支撑臂10中。

[0085] 示例3

[0086] 图12是示出了制造过程中的叶片的示例3的横截面图。与前面的示例中的构件相同的构件分别设有相同的附图标记，并且相同构件的说明被省略。如图12中所示，粘合剂层5分别设置在根据图3中所示的纵向分型线和横向分型线分割的叶片分割部件3、3的切割部分4上。然后，当分割部件彼此结合以形成原始的形状时，在分割部件的配合表面之间设置图13中所示的由树脂板或金属板构成的薄板骨架构件11。薄板状骨架构件11通过设置多个开口11A等而被制造得是重量轻的。

[0087] 由于薄板骨架构件11被设置在粘合剂层5、5之间，因此可以使肋8比仅由粘合剂制成的肋坚固。这种构型特别适用于大型叶片9。

[0088] 关于图12的构型，薄板骨架构件11根据需要设置至未示出并与横向分型线中的每个横向分型线对应的部分。

[0089] 示例4

[0090] 图14是示出了叶片的示例4的叶片分割部件3的俯视横截面图。与前面的示例中的构件相同的构件分别设有相同的附图标记，并且相同的构件的说明被省略。在该示例4中，在图4中所示的纵向方向上的切割部分4中的每个切割部分可选地形成凹口槽4A。

[0091] 根据该构型，当在粘合剂在切割部分4彼此结合之前被涂布至切割部分时，粘合剂被填充在凹口槽4A中。因此，当粘合剂在左/右叶片分割部件3、3结合之后被固化时，由填充在凹口槽4A、4A中的粘合剂形成呈厚骨架构件形状的肋8。

[0092] 工业实用性

[0093] 根据本发明，可以容易地制造刚度高且制造过程简单的叶片。即使叶片被暴露于强风中，叶片也具有抗破损性。即使叶片被损坏成部件，由于轻质特性，损坏所得的部件也以低速落下。此外，由于叶片的表面层较软、冲击力较小并且肋是薄且软的，因此发生次生灾害的风险较小。因此，该叶片可以广泛应用于风力发电机。

[0094] 附图标记列表

[0095] 1.风力涡轮机叶片

[0096] 1A.叶片根部

[0097] 1B.最大弦长部

[0098] 1C.倾斜部

[0099] 1D.前表面

[0100] 1E.前缘

[0101] 1F.后缘

[0102] 1G.后表面

[0103] 2.发泡合成树脂叶片基体

[0104] 2A.纵向分型线

[0105] 2B.横向分型线

[0106] 3.叶片分割部件

[0107] 4.切割部分

[0108] 4A.凹口槽

[0109] 5.粘合剂层

[0110] 6.形成叶片的结合基体

[0111] 7.软合成树脂表面层

[0112] 8.肋

[0113] 9.风力涡轮机叶片

[0114] 9A.前缘

[0115] 9B.后缘

[0116] 9C.倾斜部

[0117] 9D.左侧表面(内表面)

[0118] 10.支撑臂

[0119] 10A.骨架构件

[0120] 11.薄板骨架构件

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