專利名稱：風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及風(fēng)渦輪，尤其涉及利用微孔膜制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法。
背景技術(shù)：
近來，風(fēng)渦輪作為環(huán)境安全、費用較省的可替代能源日益受到人們的注意。由于增長的關(guān)注，人們曾作相當大的努力來研發(fā)可靠而有效的風(fēng)渦輪。
一般來說，風(fēng)渦輪包括一個具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子裝在一個位于桁架或管塔頂部的殼體或機艙上。公用類的轉(zhuǎn)子(即用來供電到公用電網(wǎng)的風(fēng)渦輪)能具有巨大的轉(zhuǎn)子(例如直徑為30米或以上)。轉(zhuǎn)子上的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩或力以此來驅(qū)動通過齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上或直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的一臺或多臺發(fā)電機。該齒輪箱如果存在，可將渦輪轉(zhuǎn)子原有的低轉(zhuǎn)速提高后供給發(fā)電機以便有效地將機械能轉(zhuǎn)變?yōu)轲佀偷焦秒娋W(wǎng)內(nèi)的電能。
已知的風(fēng)渦輪葉片是用樹脂灌注到纖維包扎的芯體內(nèi)制成的。其時使用一層分配篩來將樹脂輸送到芯體材料內(nèi)。通過在該分配篩內(nèi)的破裂來控制注入流體的前沿，該分配篩需要準確的定位以便得到所需的結(jié)果。而且，該分配篩是連同被留在該篩內(nèi)的每平方米約650克的樹脂被舍棄的。
本發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面提供的制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，包括提供一個芯體并在其上敷設(shè)至少一層增強表層以便形成葉片子組件的步驟。增強表層都由增強纖維層構(gòu)成。該方法還包括敷設(shè)一層微孔膜包覆該至少一層增強表層，敷設(shè)一層真空膜包覆該微孔膜，將聚合物樹脂引到芯體上，在葉片組合件上造成真空使樹脂灌注透過該芯體并透過該至少一層增強表層，及使樹脂硬化而形成轉(zhuǎn)子葉片。
本發(fā)明的另一個方面提供的制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，該方法包括提供一個芯體并在其上敷設(shè)至少一層增強表層以便形成葉片子組件，并將該葉片子組件定位于模中的步驟。增強表層都由增強纖維層構(gòu)成。該方法還包括敷設(shè)一層微孔膜包覆該至少一層增強表層，敷設(shè)一層真空膜包覆該微孔膜，將聚合物樹脂引到芯體上，在葉片組合件上造成真空使樹脂灌注透過該芯體并透過該至少一層增強表層，及使樹脂硬化而形成轉(zhuǎn)子葉片。
附圖的簡要說明

圖1為一風(fēng)渦輪示例性結(jié)構(gòu)的簡略側(cè)視圖。
圖2為圖1中所示風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的簡略側(cè)視圖。
本發(fā)明的詳細說明下面詳述利用微孔膜制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法。微孔膜阻止樹脂通過但允許氣體通過。這樣便可在整個轉(zhuǎn)子葉片上造成真空而不是像在已知的方法中那樣僅在周邊上造成真空。微孔膜還可便于控制液流前沿并消除樹脂流的任何尾跡。制造周期和工時都可減少，連同減少的還有制造過程中消耗材料的費用。使用微孔膜還可提高葉片質(zhì)量，例如，較低的空隙含量和優(yōu)化的增強纖維對樹脂的比率。
參閱附圖，圖1為一具有水平軸線的風(fēng)渦輪100的側(cè)立面略圖。該風(fēng)渦輪100包括一個從支承表面104升起的塔102、一個裝在塔102的座架108上的機艙106、和一個聯(lián)接到機艙106上的轉(zhuǎn)子110。轉(zhuǎn)子110包括一個轂部112和多個聯(lián)接到轂部112上的葉片114。在該示例性實施例中，轉(zhuǎn)子110包括三個轉(zhuǎn)子葉片114。在一可替代的實施例中，轉(zhuǎn)子110包括多于或少于三個轉(zhuǎn)子葉片114。在該示例性實施例中，塔102由鋼管制成并包括一個在支承表面104和機艙106之間延伸的空腔。在一可替代的實施例中，塔102為一格構(gòu)塔。
在該示例性實施例中，風(fēng)渦輪100的各個構(gòu)件被容納在風(fēng)渦輪100塔頂102的機艙106內(nèi)。塔102的高度根據(jù)本行業(yè)所知的各種因素和條件來選定。在有些設(shè)計中，在控制系統(tǒng)中有一個或多個微控制器被用來作為整個系統(tǒng)的監(jiān)視和控制包括傾斜和速率的調(diào)整、高速軸和偏轉(zhuǎn)制動器的應(yīng)用、偏轉(zhuǎn)和泵電動機的應(yīng)用、及事故監(jiān)控。在風(fēng)渦輪100的另外一些實施例中使用可替代的分散或集中的控制結(jié)構(gòu)。在該示例性實施例中，葉片114的傾角(pitch)是被個別控制的。轂部112和葉片114一同被固定在風(fēng)渦輪的轉(zhuǎn)子110上。轉(zhuǎn)子112的旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(圖上未示出)產(chǎn)生電力。
使用時，葉片114被定位于轉(zhuǎn)子轂部的周圍以便轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)子110將來自風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫臋C械能。當風(fēng)沖擊葉片114并且當葉片114被轉(zhuǎn)動而受到離心力時，葉片114受到各種彎曲力矩。這樣，葉片114就會偏斜及/或從一個中間的或不偏斜的位置旋轉(zhuǎn)到偏斜的位置。另外，葉片114的俯仰角能被俯仰機構(gòu)(未示出)改變以便增加或減少葉片114的速率，并且以便減少塔102所受沖擊。
參閱圖2，葉片114包括一個由聚合物泡沫材料、木材及/或金屬蜂窩格柵構(gòu)成的芯體120。有一主椽子122和一端椽子124被埋在芯體120內(nèi)。合適的聚合物泡沫材料例如包括但并不限于，聚氯乙烯、聚烯烴、環(huán)氧樹脂、聚氨酯、聚異氰脲酸酯等泡沫材料和其混合物。芯體120被至少一層增強表層126包裹。增強表層126各由一層增強纖維構(gòu)成，可以是織造的或非織造的。合適的增強纖維例如包括但并不限于，玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、聚合物纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、劍麻纖維、椰纖維、和其混合物。
樹脂被灌注到芯體120和增強表層126內(nèi)以便給葉片114提供整體性和強度。合適的樹脂例如包括但并不限于，乙烯基酯樹脂、環(huán)氧樹脂、聚酯樹脂、和其混合物。有一微孔膜128被敷設(shè)到葉片114的外表面上以便進行樹脂灌注過程。樹脂在真空下被引入到芯體120內(nèi)。真空使樹脂流動通過芯體120和增強表層126。微孔膜128允許被樹脂驅(qū)趕的空氣從芯體120和增強表層126中逸出。但微孔膜128不允許樹脂通過膜128流出。在一個示例性實施例中，微孔膜上孔的平均大小約為0.01微米(μ)到約10μ，而在另一個實施例中則為0.1μ到約5。微孔膜128例如可由聚四氟乙烯、聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚亞苯基砜(polyphenelene)和其混合物構(gòu)成。在有一個實施例中，微孔膜128還包括一個層壓到一表面上的襯墊材料。該襯墊材料系由聚合物纖維，例如聚酯纖維、尼龍纖維、聚乙烯纖維、和其混合物構(gòu)成。有一層空氣輸送材料129位于微孔膜128之上，允許被灌注樹脂驅(qū)趕的空氣逸出到大氣中，用來協(xié)助芯體除氣?？諝廨斔筒牧峡捎扇魏魏线m的網(wǎng)格材料例如聚乙烯網(wǎng)構(gòu)成。
在該示例性實施例中，芯體120包括多條溝槽130以便樹脂流動通過芯體120。在另外一些實施例中，芯體120則不包括溝槽130。
為了形成轉(zhuǎn)子葉片114，增強表層126被包裹在芯體120的周圍形成一個葉片子組件131，然后被定位于一模型132內(nèi)。而在另外一些實施例中則沒有使用模型132。有一樹脂灌注輸入連管134被定位于外增強表層126的鄰近。然后將微孔膜128定位于外增強表層126和樹脂灌注輸入連管之上。再把空氣輸送材料129定位于微孔膜128之上，并將一個真空連管定位于空氣輸送材料129的鄰近。有一用合適材料，例如聚酰胺制成的真空膜138被定位于空氣輸送材料129之上，其時真空連管136通過真空膜138伸出。當通過真空連管136建立起真空時，樹脂就通過輸入連管134被引入到芯體120和增強表層126內(nèi)。真空使樹脂容易流動并灌注到芯體120和增強表層126內(nèi)。微孔膜128阻止樹脂從芯體120和增強表層126內(nèi)向外流出，同時允許被灌注樹脂驅(qū)趕的空氣逸出到大氣中。樹脂然后被硬化，而樹脂輸入連管134、真空連管136、空氣輸送材料129、和真空膜138隨后都被從葉片114上撤走。
雖然本發(fā)明已用各個具體實施例說明，本行業(yè)的行家將會認識到，在權(quán)利要求書限定的精神和范圍內(nèi)實施本發(fā)明是可以作出各種修改的。
權(quán)利要求
1.一種制造風(fēng)渦輪(100)轉(zhuǎn)子葉片(114)的方法，包括提供一個芯體(120)；將至少一層增強表層(126)敷設(shè)到該芯體上，各增強表層由一增強纖維墊構(gòu)成，從而形成一個葉片子組件(131)；將一層微孔膜(128)敷設(shè)在該至少一層增強表層上；將一真空膜(138)敷設(shè)在該微孔膜上；將聚合物樹脂引入到該芯體上；通過對該葉片子組件施以真空經(jīng)該芯體和該至少一層增強表層灌入該樹脂；及使該樹脂硬化以形成該轉(zhuǎn)子葉片。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，提供一個芯體(120)，包括提供一個具有多條溝槽(130)的芯體以允許該樹脂流過該芯體的步驟。
3.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該增強纖維包括下列各材料中的至少一種玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、劍麻纖維和柳纖維。
4.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括在真空膜(138)和微孔膜(128)之間敷設(shè)一空氣輸送材料層(129)。
5.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該樹脂包括乙烯基酯樹脂、環(huán)氧樹脂和聚酯樹脂中的至少一種。
6.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，芯體(120)包括聚合物泡沫材料、木材和金屬蜂窩中的至少一種。
7.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，微孔膜(128)包括下列各材料中的至少一種聚四氟乙烯、聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙烯酸的聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和聚亞苯基砜。
8.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，微孔膜(128)具有多個微孔，其平均直徑約從0.01μ到約10μ。
9.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，微孔膜(128)具有多個微孔，其平均直徑約從0.1μ到約10μ。
10.權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該微孔膜(128)在一個表面上具有一層襯墊材料。
全文摘要
一種制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片(114)的方法，在一個實施例中，包括以下步驟提供一個芯體(120)，在該芯體上敷設(shè)至少一層增強表層(126)從而形成一個葉片子組件(131)。增強表層各由一層增強纖維構(gòu)成。該方法還包括敷設(shè)一層微孔膜(128)包覆該至少一層增強表層，敷設(shè)一層真空膜，包覆該微孔膜，將聚合物樹脂引入到芯體上，在該葉片子組件內(nèi)造成真空，灌注樹脂使它通過該芯體和該至少一層增強表層，及使樹脂硬化從而形成轉(zhuǎn)子葉片。
文檔編號B29K63/00GK1954995SQ200610142878
公開日2007年5月2日 申請日期2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月28日
發(fā)明者J·W·巴克惠斯, A·比倫, S·范布羅伊格爾, J·利文斯頓 申請人:通用電氣公司