[发明专利]制造涡轮机叶片的方法、系统、中间部件及涡轮机叶片

说明书

发明领域

本发明涉及涡轮机叶片制造领域，更具体地涉及制造用于风力涡轮机和/或水力涡轮机的叶片。

背景技术

涡轮机叶片典型地是通过浇铸工艺生产出来的。已知有几种适合的浇铸工艺。例如，已知通过单独地模制两个或更多个部件（诸如上半部和下半部），然后将单独模制的部件粘合在一起从而形成最终的叶片来生产用于风力涡轮机的叶片。进一步地，如EP 1 310 351 A1中描述的，已经开发出若干制造方法，使得以单个模制件来生产风力涡轮机叶片是可行的。后面的方法也被称为一体式叶片模制。

上面提到的制造涡轮机叶片的工艺都包括复杂的、劳动密集的步骤，即在注入适当的液体（例如，环氧树脂）进行固化之前，要将各种层压材料（诸如干玻璃纤维和/或预处理材料）布置在模具中。这个步骤通常被称作织物填料（web packing），其可包括，例如，a）将玻璃纤维或碳纤维垫或织物放置在下半个模具中，以便形成纤维材料外层，b）在所述外层的至少一部分上提供核芯材料（例如轻木或PVC泡沫），和c）用纤维垫或织物的纤维内层覆盖纤维外层和核芯材料。在布置一个或多个模制核芯元件（其在固化工艺之后可被去掉）之后，次序颠倒地重复执行上面的步骤a）- c）来执行第二织物填料工艺，从而形成结构的上半部分。最终，上半模具被安装在结构的顶上，并与下半模具连接，使得在材料层和核芯元件周围形成闭合的模具。然后通过将环氧树脂注入到模具中来浇铸叶片。在此工艺的织物填料步骤中，将各种材料以尽可能避免不出现不期望的片材重叠、波纹等的方式布置在模具中的时候必须十分小心，片材重叠、波纹等可能对最终的涡轮机叶片的形状、稳定性和整体质量有负面影响。

可以看出，织物填料必然会涉及大量的花费高、耗时的人工劳动，以便满足所需的质量标准。

可能存在对于制造涡轮机叶片的简化方式的需要。

发明内容

此需要是通过独立权利要求的主题来满足的。本发明的有利实施例在从属权利要求中描述。

根据本发明的第一方案，提供了一种制造涡轮机叶片（诸如用于风力涡轮机或水力涡轮机的涡轮机叶片）的方法。所提供的方法包括：a）提供伸长核芯，b）用纺织结构包围所述伸长核芯，c）将由所述纺织结构包围的所述伸长核芯布置在模具中，d）将所述纺织结构的至少一部分压靠于所述模具，和e）向所述模具中注入固化剂，以便与所述纺织结构相互作用，从而形成所述涡轮机叶片。

本发明的这一方案是基于这样的思路，即通过用纺织结构包围伸长核芯，并将它们布置在模具中，可以省去手工将大量独立的材料层或材料片布置在模具中的人工密集的、耗费时间的工艺。

所描述的方法允许直接地将由纺织结构包围的伸长核芯布置在模具中。因此，可以用简单的步骤（即在模具中布置由纺织结构包围的伸长核芯构成的预制单元或结构）来取代人力、时间和成本高的织物填料工艺（其涉及在模具中布置、调整大量的各个纤维垫或织物）。

应该说明的是，在某些其它纤维材料要被人工地与由纺织结构包围的伸长核芯一起布置在模具中的情况下，所描述的方法还可以与传统的织物填料结合使用。在这种情况下，并未完全避免织物填料，但相关的人工劳动量与纯粹的织物填料相比仍被显著降低。

伸长核芯优选由柔性材料制成。因此，如果在由纺织结构包围的伸长核芯已被放置在模具中后，在模具中产生了真空，则柔性核芯可能膨胀，进而使纺织结构压靠于模具，使得可以获得紧密配合。此效果还可通过以下途径获得或被进一步增强，即通过用适当的流体（诸如气体）使伸长核芯膨胀，或者通过将相对硬的模具型芯体插入到伸长核芯中。

纺织结构优选是由几种不同纤维材料（诸如玻璃纤维、碳纤维、天然纤维）和间隔件或核芯材料（诸如轻木和PVC泡沫）构成的复杂结构。纺织结构可以表现为形成嵌入在伸长核芯周围的各种前述材料的空管或套状结构。预先制造好的纺织结构优选地代表涡轮机叶片的负荷承载元件的至少一部分。纺织结构可以被预先硬化，使得它更易于处理（例如在将纺织结构布置在模具期间）。

模具优选由两半部分（例如上半部分和下半部分）组成。由纺织结构包围的伸长核芯可以被布置在模具的下半部分中，于是模具的上半部分与下半部分连接，以便形成最终（闭合的）模具。

固化剂优选是适当的环氧树脂或考虑了纺织结构中包含的具体一种或多种纤维材料选择的液体。