風(fēng)力渦輪機(jī)葉片區(qū)段和制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片區(qū)段的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及制造具有纖維增強(qiáng)材料的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片區(qū)段，該纖維增強(qiáng)材料用熱固性樹脂部分地浸漬直到預(yù)定的受控邊界，未浸漬的纖維增強(qiáng)材料從該邊界突出。
【背景技術(shù)】
[0002]風(fēng)力渦輪機(jī)依靠風(fēng)力渦輪機(jī)葉片從風(fēng)提取能量以產(chǎn)生電能。在現(xiàn)有技術(shù)中，正使用大約五十米或以上的較大葉片以便提取更多能量。這些葉片常常在一處設(shè)施處制造并且被運(yùn)輸至風(fēng)電場(chǎng)以便最終組裝到風(fēng)力渦輪機(jī)中。由于交通基礎(chǔ)設(shè)施(包括道路、橋梁、尤其是鐵路等)的限制，葉片的大小尤其是長度在運(yùn)輸步驟期間帶來物流問題。
[0003]業(yè)界已提出各種解決方案以緩解運(yùn)輸問題，包括將葉片加工成多個(gè)件。通常通過使用諸如螺栓的緊固件并且可任選地施加粘合劑來接合剛性部件，可將這些件在風(fēng)電場(chǎng)組裝在一起以形成葉片。然而，使用這些方法形成的葉片仍然包括螺栓接頭，并且這些螺栓接頭可能不會(huì)像澆注葉片一樣耐用。一項(xiàng)最近提出的葉片組裝技術(shù)提出制造多個(gè)葉片區(qū)段，其中，每個(gè)葉片區(qū)段將具有用熱固性樹脂部分地浸漬的纖維增強(qiáng)材料(其輪廓與葉片的相應(yīng)部分的形狀匹配)和纖維增強(qiáng)材料的未浸漬的疏松織造部分。區(qū)段被運(yùn)輸?shù)竭h(yuǎn)程位置，在那里，一個(gè)區(qū)段的纖維增強(qiáng)材料的未浸漬部分可與相鄰區(qū)段的纖維增強(qiáng)材料的未浸漬部分在就地澆注操作中接合以形成整體的葉片。
[0004]雖然常規(guī)制造技術(shù)能夠形成這些區(qū)段，但存在可制造這些區(qū)段的多種方式，并且每一種方式都面臨其自身的精確度和公差控制問題。因此，在本領(lǐng)域中存在改進(jìn)的空間。
【附圖說明】
[0005]在下面的描述中結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明，附圖示出了:
圖1是定位用于最終加工成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片成品的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的兩個(gè)區(qū)段的示例性實(shí)施例的示意圖。
[0006]圖2是圖1的基部區(qū)段的示例性實(shí)施例的示意圖。
[0007]圖3是沿著圖2的基部區(qū)段的線B-B的橫截面的示意圖，該基部區(qū)段定位到在單次澆注制造過程的示例性實(shí)施例期間使用的模具組件的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
[0008]圖4是沿著圖2的基部區(qū)段的線B-B的橫截面的示意圖，該基部區(qū)段定位到在單次澆注制造過程的備選的示例性實(shí)施例期間使用的模具組件的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
[0009]圖5是沿著圖2的基部區(qū)段的纖維增強(qiáng)材料的示例性實(shí)施例的線B-B的橫截面的示意圖，該基部區(qū)段定位到在單次澆注制造過程的備選的示例性實(shí)施例期間使用的模具組件的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
[0010]圖6是沿著圖2的基部區(qū)段的纖維增強(qiáng)材料的示例性實(shí)施例的線B-B的橫截面的示意圖，該基部區(qū)段定位到在多次澆注制造過程的示例性實(shí)施例的第一步驟期間使用的模具組件的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
[0011]圖7是圖6的纖維增強(qiáng)材料的橫截面的示意圖，該纖維增強(qiáng)材料定位到在開始于圖6的多次澆注制造過程的第二步驟期間使用的模具組件的備選的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
[0012]圖8是沿著圖1的兩個(gè)區(qū)段的A-A的橫截面的示意圖，所述兩個(gè)區(qū)段定位到在區(qū)段接合制造過程的示例性實(shí)施例期間使用的模具組件的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中。
【具體實(shí)施方式】
[0013]本發(fā)明人已基于用于形成具有用熱固性樹脂部分地浸滲直到邊界的纖維增強(qiáng)材料和從該邊界延伸的未浸滲的纖維增強(qiáng)材料的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的區(qū)段的單個(gè)概念開發(fā)出新型方法。該概念包括限制熱固性樹脂在邊界所需的位置上的流動(dòng)，其中該位置定位成使未浸滲的纖維留在模具內(nèi)并且從該邊界延伸。各種方法可用來在合適位置處影響固化，并且這些方法在本文中公開。區(qū)段可以是葉片的展向部分或諸如上部和下部表皮半部的其它葉片部件。展向葉片部分的接合可在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，并且其它葉片部件的接合可在制造場(chǎng)所或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行。
[0014]圖1示出風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的基部區(qū)段10和附加區(qū)段12的示例性實(shí)施例的示意圖，該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片定位為未完成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片14并且準(zhǔn)備就緒以最終加工成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片成品。未完成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片14包括疏松織造區(qū)域16，在疏松織造區(qū)域16內(nèi)，來自基部區(qū)段10的未浸滲的纖維與來自附加區(qū)段12的未浸滲的纖維增強(qiáng)材料重疊?；繀^(qū)段10的浸滲部分18將成為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片成品的相應(yīng)部件，并且因此被相應(yīng)地成型。同樣，附加區(qū)段12的浸滲部分20也將成為風(fēng)力渦輪機(jī)葉片成品的相應(yīng)部件，并且因此被相應(yīng)地成型。疏松織造區(qū)域16中的未浸滲的纖維增強(qiáng)材料直到在組裝夾具中進(jìn)行的最終組裝時(shí)才成形。圖2示出圖1的基部區(qū)段10的示例性實(shí)施例的示意圖，基部區(qū)段10具有帶有邊界24的基部區(qū)段浸滲的纖維增強(qiáng)材料部分18和基部區(qū)段未浸滲的纖維增強(qiáng)材料部分22。
[0015]圖3是沿著圖2的基部區(qū)段10的線B-B的橫截面的示意圖，該基部區(qū)段定位到在單次澆注制造過程的示例性實(shí)施例期間使用的模具組件30的示例性實(shí)施例的局部縱向橫截面中?；繀^(qū)段10像模具組件30—樣是中空的，并且在該視圖中僅橫截面的底部部分(在葉片和模具組件30的中空部分下方)可見。完整的縱向橫截面將包括在圖3中可見的部分上方的附加結(jié)構(gòu)并且將表示葉片和模具組件30的頂部(中空內(nèi)部的另一側(cè))。然而，為簡(jiǎn)化起見僅示出底部部分。
[0016]在該示例性實(shí)施例中，整個(gè)基部區(qū)段10定位在模具組件30內(nèi)，模具組件30可包括限定密封的室36的外模具32和內(nèi)模具34、密封38和多達(dá)至少四個(gè)端口 40、42、44和46。如圖所示，端口 40、42、44、46提供穿過內(nèi)模具34的通路。備選地或除此之外，端口可提供穿過外模具32的通路。在使用真空輔助樹脂傳遞模制(VARTM)的示例性實(shí)施例中，內(nèi)模具34可以是柔性真空袋，該柔性真空袋可響應(yīng)于施加在外模具32和內(nèi)模具34之間的真空而變形并且壓在纖維增強(qiáng)材料50上。模具組件30可包括一個(gè)或多個(gè)溫度控制區(qū)域52、54。
[0017]纖維增強(qiáng)材料50可以是疏松纖維(玻璃或碳)編織物或粗紗、或者部分疏松的編織物/部分預(yù)浸滲的纖維的組合。熱固性樹脂可以是環(huán)氧樹脂或任何其它合適的樹脂材料。在模具組件30內(nèi)，疏松纖維以所布置的方式鋪設(shè)(lay up)以用于結(jié)構(gòu)承載目的，并且還可存在處于鋪設(shè)狀態(tài)(in the lay-up)的其它材料以完善葉片的形狀。空氣經(jīng)由真空泵從密封的室36移除。然后，或者利用正壓，或者通過允許來自真空泵的(相對(duì))負(fù)壓將熱固性樹脂吸入密封的室36/鑄模中，可將熱固性樹脂引入密封的室36(引入鑄模)中。
[0018]當(dāng)使用模具組件30的該示例性實(shí)施例時(shí)，控制熱固性樹脂的流動(dòng)速率(f 1Wrate)使得基部區(qū)段浸滲的纖維增強(qiáng)材料部分18的邊界24形成在模具組件30中的期望邊界位置56處可以多種方式來實(shí)現(xiàn)。一般而言，這可通過以下方式來實(shí)現(xiàn):使熱固性樹脂流的流動(dòng)前沿(即，前緣)充分地固化，使得其在期望邊界位置56處停止流動(dòng)(這又意味著流的相關(guān)聯(lián)的流動(dòng)前沿部分的充分固化)；或放置物理止擋件，使得熱固性樹脂流在期望邊界位置56處被阻止并固化。希望邊界24是非常有序和明顯的(輪廓清晰的)，使得在圍繞葉片區(qū)段的周邊的不同位置處的徑向范圍的變化盡可能被最小化。換種方式來說，邊界24在期望邊界位置56處急劇結(jié)束。
[0019]在其中熱固性樹脂的流動(dòng)前沿(并且因此