风轮机叶片及模制风轮机叶片末梢区段的方法
阅读：599发布：2020-05-12
专利汇可以提供风轮机叶片及模制风轮机叶片末梢区段的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供了一种 风 轮机 叶片 ，其至少50米长，叶片具有包括一定数目的区段的整流罩，区段包括末梢区段，末梢区段占据空 气动 力 整流罩的至少径向最外侧的10%，末梢区段为模制的复合构件，其模制为形成叶片的背风侧与迎风侧两者上的末梢区段的整个外周的单个件。，下面是风轮机叶片及模制风轮机叶片末梢区段的方法专利的具体信息内容。
1.一种风轮机叶片，其至少50米长，叶片具有包括一定数目的区段的整流罩，所述区段包括末梢区段，所述末梢区段占据空气动力整流罩的至少径向最外侧的10%，所述末梢区段为模制的复合构件，其模制为形成所述叶片的背风侧与迎风侧两者上的所述末梢区段的整个外周的单个件。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述末梢区段包括所述整流罩的内面上的翼梁缘条，一个在所述迎风侧上，且一个在所述背风侧上。
3.根据权利要求2所述的叶片，其特征在于，所述翼梁缘条与所述末梢区段共同模制。
4.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述翼梁缘条之间的至少一个抗剪腹板与所述末梢区段共同模制。
5.根据权利要求2至4所述的叶片，其特征在于，所述翼梁缘条从所述末梢区段突出。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片为至少60米长。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶片为至少80米长。
8.一种模制至少5米长的涡轮叶片末梢区段的方法，所述方法包括将第一复合材料铺设在第一模具半部分中；将第二复合材料铺设到第二模具半部分中；将模具半部分合到一起，使得第一和第二复合材料在第一和第二模具半部分汇合处重叠；以及同时地固化所述第一和第二复合材料，使得所述第一和第二复合材料的基质熔合在复合材料重叠的区域中。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在所述第一模具半部分中共同模制第一翼梁缘条，以及在所述第二模具半部分中共同模制第二翼梁缘条。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，翼梁缘条从所述末梢区段突出。
风轮机叶片及模制风轮机叶片末梢区段的方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种风轮机叶片，以及模制风轮机叶片末梢区段的方法。
背景技术
[0003] 然而，叶片尺寸的增长产生了一定数目的技术挑战。
[0005] 风轮机叶片大体上制造成具有延伸风轮机叶片的整个长度的整流罩。这些大体上以两个半壳制成，半壳在长形翼梁的任一侧上连结在一起，以便形成完整的叶片。为了能够运输更长的叶片，一种提议在于以常规方式制作叶片，且在更接近风轮机叶片的地点再组装其之前将将其切割成两半。这是很麻烦的过程，随着叶片长度的增长而需要切割区段之间的日益更大的接头。
[0006] 克服该问题的一个成功的尝试在于制作用于翼梁和整流罩的一定数目的模块区段的叶片，其可更接近风轮机的地点组装。这不需要切割和再连结任何叶片区段。因此，其更容易扩展。
[0007] 实例在我们拥有的较早的WO 2009/130467中公开，其具有中心模块化翼梁，该翼梁具有沿迎风侧布置的一定数目的空气动力整流罩区段，以及沿背风侧布置的类似数目。这些然后连接到翼梁上，且沿其沿径向延伸的边缘附接到彼此上。这些接头有意地偏离直接在空气动力整流罩的前缘和后缘处，以确保接头保持远离前缘和后缘，由此确保前缘和后缘两者处的准确几何形状，且保护接头免于磨损。
[0008] 末梢区域中的叶片的质量在其在叶片的其余部分上引起的弯矩方面对叶片具有不成比例的效果。因此，期望具有一种轻量的末梢，其减小叶片和涡轮其余部分上的负载。
[0010] 此外，叶片越长，则其更容易受到雷击。尽管叶片末梢设有开口以允许水分冷凝而散逸，但这些通常可能受阻，使得存在大量水分，其由离心力捕集在叶片末梢中。当受雷击时，液体气化，促使末梢区段中的快速压力增大。该压力增大可迫使迎风侧与背风侧之间的接头处的末梢区段分开。
发明内容
[0011] 本发明解决了以上问题。
[0012] 根据本发明的第一方面，提供了一种风轮机叶片，其至少50米长，叶片具有整流罩，其包括一定数目区段，区段包括末梢区段，末梢区段占据空气动力整流罩的至少径向最外侧的10%，末梢区段为模制的复合构件，其模制为形成叶片的背风侧与迎风侧两者上的末梢区段的整个外周的单个件。
[0013] 本发明认识到，鉴于末梢区域在其发电能力中的重要性，故将在创造成精确的模制轻量构件就有意义。这不如制造上文所述的两部分壳那样简单，但在其性能方面得到了利益。
[0014] 因此，本发明将叶片的至少最外的10%形成为单个模制件。由于其模制为单个件，故不需要随后的接头来提供末梢空气动力整流罩。因此，此件没有相邻区段之间(例如，前缘构件和后缘构件或迎风构件和背风构件之间)的模制后的接头。因此，消除了与包括大量重叠材料的接头相关联的所有寄生质量，重叠材料需要提供接头的足够刚性和这些区域中的粘性。这允许了叶片的末梢更轻得多，由此显著地减小由末梢区段在叶片的其余部分上引起的弯矩。
[0015] 此外，模制之后叶片中没有接头克服了由雷击产生的突然压力升高而减少任何弱化线。雷击生成远离末梢区域沿叶片的内部的压力波。然而，峰值压力在其沿叶片膨胀到大的空间中时快速减小，使得在末梢区段径向内侧的任何区域可保持背风和迎风整流罩面板之间的常规接缝接头，而这不会在雷击中有问题。
[0016] 单独的末梢区段的产生也容易允许使用高性能的材料(如果需要)，以进一步加强末梢的性能。
[0017] 应当注意的是，风轮机叶片设计中通常具有在风轮机叶片的径向最外侧末梢处的塞。这可为牺牲构件，其设计成具有露出的金属构件来用于防雷击，且利用半永久粘合剂连结。它还可具有附加的特征，诸如排水孔。该塞大体上具有大约半米的径向范围，且为了本发明的目的，不应当认作是空气动力整流罩的一部分。具体而言，如果此缘条存在，则其应当在确定末梢区段的径向范围时忽略。末梢区段仅占据叶片的径向最外侧部分，其中叶片的其余部分由径向内叶片区段或多个区段占据。末梢区段优选限定为叶片半径的最外的50%(优选30%)。
[0018] 末梢区段优选包括整流罩的内表面上的翼梁缘条，一个在迎风侧上，一个在背风侧上。这些可附连就位。然而，作为优选，它们与末梢区段共同模制。这又减少了寄生质量，因为不需要粘合剂来附接翼梁缘条。类似地，翼梁缘条之间的一个或更多个抗剪腹板也可与末梢区段共同模制。
[0019] 翼梁缘条优选从末梢区段突出。这允许它们例如使用双重嵌接接头(诸如WO 2012/004571公开的接头)连结到相邻叶片的翼梁缘条上。
[0021] 然而，作为优选，本发明还延伸至模制风轮机叶片末梢区段的方法。这形成了本发明的第二方面，其限定为模制至少5米长的涡轮叶片末梢区段的方法，该方法包括将第一复合材料铺设在第一模具半部分中；将第二复合材料铺设到第二模具半部分中；将模具半部分合到一起，使得第一复合材料和第二复合材料在第一模具半部分和第二模具半部分汇合处重叠；以及同时地固化第一复合材料和第二复合材料，使得第一复合材料和第二复合材料的基质熔合来在复合材料重叠的区域中形成无缝接头。
[0022] 通过将材料铺设在两个模具半部分中，使用者更好得多的途径至模具表面，由此允许材料以更受控得多的方式放置。因此，这更加有助于更复杂的模制，其中不同材料用于不同区域中。
[0023] 作为优选，该方法还包括在第一模具半部分中共同模制第一翼梁缘条，以及在第二模具半部分中共同模制第二翼梁缘条。翼梁缘条优选从末梢区段突出。
[0024] 作为优选，至少一个压力袋插入模具中，以便在固化过程期间支承复合物。该方法还可优选包括共同模制翼梁缘条之间的抗剪腹板。在此情况下，优选使用两个压力袋，抗剪腹板的任一侧上各有一个。压力袋可为内部压力袋，但优选为真空袋。
[0025] 作为优选，该方法包括向模具半部分中的至少一个提供支承重叠材料的延伸部，该方法包括跨过延伸部铺设重叠材料，重叠材料与模具半部分的其余部分的材料连续，利用压力袋支承重叠材料，以及在使模具半部分合在一起使得重叠材料在固化过程期间与另一模具半部分中的材料熔合之前除去延伸部。
[0026] 本发明的第一技术方案提供了一种风轮机叶片，其至少50米长，叶片具有包括一定数目的区段的整流罩，所述区段包括末梢区段，所述末梢区段占据空气动力整流罩的至少径向最外侧的10%，所述末梢区段为模制的复合构件，其模制为形成所述叶片的背风侧与迎风侧两者上的所述末梢区段的整个外周的单个件。
[0027] 本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述末梢区段包括所述整流罩的内面上的翼梁缘条，一个在所述迎风侧上，且一个在所述背风侧上。
[0028] 本发明的第三技术方案是在第二技术方案中，所述翼梁缘条与所述末梢区段共同模制。
[0029] 本发明的第四技术方案是在第一技术方案中，所述翼梁缘条之间的至少一个抗剪腹板与所述末梢区段共同模制。
[0030] 本发明的第五技术方案是在第四技术方案中，所述翼梁缘条从所述末梢区段突出。
[0031] 本发明的第六技术方案是在前述任一项技术方案中，所述叶片为至少60米长。
[0032] 本发明的第七技术方案是在前述任一项技术方案中，所述叶片为至少80米长。
[0033] 本发明的第八技术方案提供了一种模制至少5米长的涡轮叶片末梢区段的方法，所述方法包括将第一复合材料铺设在第一模具半部分中；将第二复合材料铺设到第二模具半部分中；将模具半部分合到一起，使得第一和第二复合材料在第一和第二模具半部分汇合处重叠；以及同时地固化所述第一和第二复合材料，使得所述第一和第二复合材料的基质熔合在复合材料重叠的区域中。
[0034] 本发明的第九技术方案是在第八技术方案中，所述方法还包括在所述第一模具半部分中共同模制第一翼梁缘条，以及在所述第二模具半部分中共同模制第二翼梁缘条。
[0035] 本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，翼梁缘条从所述末梢区段突出。
[0036] 本发明的第十一技术方案是在第八至十技术方案中，至少一个压力袋插入所述模具中，以便在固化过程期间支承复合物。
[0037] 本发明的第十二技术方案是在第八至十一技术方案中，还包括共同模制所述翼梁缘条之间的抗剪腹板。
[0038] 本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，使用了两个压力袋，在所述抗剪腹板的任一侧上各有一个。
[0039] 本发明的第十四技术方案是在第八至十三中的任一项技术方案中，所述方法包括向所述模具半部分中的至少一个提供支承重叠材料的延伸部，所述方法包括跨过所述延伸部铺设重叠材料，所述重叠材料与所述模具半部分的其余部分的材料连续，利用压力袋支承所述重叠材料，以及在使所述模具半部分合在一起使得所述重叠材料在所述固化过程期间与另一模具半部分中的材料的材料熔合的步骤之前除去所述延伸部。
[0040] 本发明的第十五技术方案是在第八至十四中的任一项技术方案中，还包括将后缘核心模型件插入所述模具中，且跨过模型件的一个表面且至少部分地跨过所述模型件的相对表面包覆所述复合材料中的一种，其中所述复合材料终止于过渡区域中，且在所述模具半部分合在一起时使另一种复合材料与所述过渡区域接合。
[0042] 现在将参照附图来描述按照本发明的风轮机叶片和方法的实例，在附图中：图1a为处于部分组装状态的叶片的透视图；
图1b为处于完全组装状态的叶片的类似的视图；
图2为示出制作叶片末梢的模具的透视图；
图3为图2的模具的端视图；
图4a到4f为示出模制过程的示意性截面视图，其中下模具呈现在图4a到4d中的左手侧上，且上模具呈现在右手侧上；
图5为穿过完成的末梢的截面；
图6a为按照现有技术的前缘处的接头的截面；
图6b为类似于图6a的视图，示出了按照本发明的叶片的相同部分；
图7为接头区域附近的两个模具半部分和叶片的细节的截面；
图8a到8c为类似于图4a到4f中选出的视图的视图，示出了模制过程中的叶片第二实例；
图9为根据图8a到8c的方法制作的叶片的后缘的细节的截面；以及
图10为示出叶片的后缘的细节的截面，其为图9中所示的布置的备选方案。
图1b为处于完全组装状态的叶片的类似的视图；
图2为示出制作叶片末梢的模具的透视图；
图3为图2的模具的端视图；
图4a到4f为示出模制过程的示意性截面视图，其中下模具呈现在图4a到4d中的左手侧上，且上模具呈现在右手侧上；
图5为穿过完成的末梢的截面；
图6a为按照现有技术的前缘处的接头的截面；
图6b为类似于图6a的视图，示出了按照本发明的叶片的相同部分；
图7为接头区域附近的两个模具半部分和叶片的细节的截面；
图8a到8c为类似于图4a到4f中选出的视图的视图，示出了模制过程中的叶片第二实例；
图9为根据图8a到8c的方法制作的叶片的后缘的细节的截面；以及
图10为示出叶片的后缘的细节的截面，其为图9中所示的布置的备选方案。
具体实施方式
[0043] 图1a和1b中示出了总体风轮机叶片。叶片具有在完成的风轮机中沿径向延伸的长形结构。叶片包括整流罩，一个沿其长度由沿整流罩的完整长度从根部端3延伸至末梢4的翼梁支承。如图1a和1b中所示，整流罩在两个部分中，其中主部分5从根部延伸叶片的纵向长度的大部分，且末梢区段6形成叶片的其余部分。主部分5可由例如如W02009/130467中所述的一定数目的区段接头端对端地构成。
[0044] 主部分5的翼梁区段2在使用中例如使用WO2012/004571中公开的技术与末梢翼梁区段7连接，此后接头区域由整流罩面板8覆盖。
[0045] 由于叶片的发明关于末梢区段6及其制造方法的改善，故这将参照图2到6来下文描述。
[0046] 末梢区段6形成在两部分的模具中，该模具包括上模具10和下模具11。上模具10具有模具表面12，且下模具11具有模具表面13。模具优选为至少5米长，且更优选至少10米长。贯穿初始铺设过程，模具在图4a到图4d中所示的位置，其中它们与彼此分开，其中它们相应的模具表面12,11面向上。
[0047] 图4a示出了下模具11具有可从模具附接的延伸件14。这围绕叶片的前缘部分沿朝后缘向后延伸的方向延伸。这同样可设在上模具10上。
[0048] 上表皮15然后置于上模具10的模具表面12上，且下表皮16置于下模具11中。下表皮在延伸件14的下表面上包绕。此时，表皮材料为半固化形式，且其自然粘着性将其附连到延伸件14上。
[0049] 在固化整流罩材料之前，翼梁缘条可形成在末梢区段6中。上翼梁缘条17置于如图4b中所示的上表皮15上，且下翼梁缘条18类似地置于下表皮16上。翼梁缘条具有纵向复合结构，例如，如WO2011/135306公开的那样。抗剪腹板19形成在下翼梁缘条18上，但作为备选可形成在上翼梁缘条上。然而，有利的是在具有延伸件的相同模具中形成抗剪腹板，且为此将为下模具，以便保持上模具尽可能简单，因为其为上升且在如下文所述的下模具11上方的该部分。
[0050] 一旦抗剪腹板19就位，则压力袋20将放置于抗剪腹板19的任一侧上的下模具11中。一旦就位，则这些可在延伸件14的背景下支承下表皮16的一部分。延伸件14因此可除去。当上表皮和下表皮16处于其部分固化状态中时，上模具10上升且在如图4f中所示的下模具11上。压力袋20优选为真空袋，在此情况下，压力袋20与上表皮和下表皮之间的空间抽空来加压待固化的构件。作为备选，袋压力可为正压力袋，在此情况下，它们加压，由此充胀它们来实现相同的效果。
[0051] 两个表皮在参照图6和7更详细描述的前缘附近相互作用。
[0052] 如前文所述，下表皮16的部分最初沿延伸件14累积。延伸件14未在图6b中示出，因为这示出了完成的接头，但其之前用于限定如下文所述的下表皮的端部的形状。如图6b中所示，过渡区域21由一系列过渡梯级22从对应于下表皮16的厚度的整个整流罩厚度逐渐地分步减小。延伸件14的内部轮廓可具有互补的梯级构造，以允许精确地限定梯级区域。
[0053] 形成前缘附近的上表皮15的材料形成类似的过渡区域23，其具有与下表皮16互补的梯级构造。当两个模具半部分10,11如图7中所示合在一起时，这些过渡区域21,23彼此重叠。这形成大的表面面积，其中两个半部分在共同固化过程期间熔合在一起。
[0054] 图6a和6b展示了现有技术(图6a)与本发明(图6b)之间的差异。在现有技术中，两个半部分由粘合剂A的厚层连结在一起。粘合剂的连结厚度连同跨过接头区域保持其厚度的显著部分的上表皮与下表皮之间的显著重叠导致了前缘附近的厚得多的部分。相比之下，在本发明中，不但可在没有接头附近的整流罩的厚度的总体增大的情况下实现接头，而且接头还更强得多，因为其在更宽得多的区域上扩展。如果图6a的粘合剂量这样扩展，则前缘的寄生质量将进一步提高。然而，由于本发明可形成接头而不增大整流罩的厚度，故其可在尽可能长的距离上扩展，而没有寄生质量的任何增加。此外，由于接头由固化过程期间的上表皮和下表皮中的基质材料的熔合引起，故接头高度牢固。
[0055] 完成的末梢区段6具有图5中所示的截面，其中由翼梁缘条17、下翼梁缘条18和抗剪腹板19制成的翼梁通常形成有上表皮15和下表皮16带有在前缘附近的过渡区域21,13之间的接头。
[0056] 连结前缘的上述方法还可以以类似的方式用于后缘附近的区域中。然而，其它备选方案可如下文提出那样构想出。
[0057] 图8和9示出了接头可如何形成在后缘处，且以类似的方式形成在上述前缘接头中。使用了相同的参考标号来表示如前述实例相同的构件。对于该实例，提供了锥形后缘核心模型件30的改型。这是例如聚氨酯或轻木的轻量复合构件，这将向后缘提供一定增强的刚度。这放置于后缘附近中的下表皮16上，且下表皮材料16有效地折回到其自身上，使得其延伸跨过如图8b和9中最佳所示的核心模型件30的部分，以形成下后缘过渡区域31。上表皮15的材料对应地更短(见图8b)，且设有梯级上后缘过渡区域32，该区域32与如图9中最佳所示的下后缘过渡区域31互补。该梯级接头提供了关于前缘接头的如上文所述的相同利益。
一个差异在于，不同于延伸件14，核心模型件30在固化期间留在原地。由于核心模型件30为提供针对后缘的结构和完整性的一些利益的相对轻量的构件，故其可留在完成的末梢区段中的位置。作为备选，核心模型件30可除去。
一个差异在于，不同于延伸件14，核心模型件30在固化期间留在原地。由于核心模型件30为提供针对后缘的结构和完整性的一些利益的相对轻量的构件，故其可留在完成的末梢区段中的位置。作为备选，核心模型件30可除去。
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