纖維織物層在風力渦輪機葉片的模塊中的固定的制作方法
【專利摘要】一種制造風力渦輪機轉子葉片的方法被提供。該方法包括以下步驟：?提供限定了轉子葉片或其一部分的外形的模具(1)；?在具有至少一個傾斜表面部分的模具(1)的表面上布置多個纖維織物層(2)；?通過將液體樹脂注入到模具(1)內將纖維織物層(2)疊合在一起。根據本發明，在將纖維織物層(2)疊合在一起之前利用至少一個機械互鎖元件(3)將多個纖維織物層(2)互鎖的步驟被執行。本發明還提高包含多個機械互鎖元件(3)的絲線(10)、絲網(6)和纖維織物層(2)。
【專利說明】
纖維織物層在風力渦輪機葉片的模塊中的固定
技術領域
[0001]本發明涉及一種制造風力渦輪機的轉子葉片的方法，以及在風力渦輪機的轉子葉片的制造中使用的一種絲線(thread)、纖維織物層和絲網。
技術背景
[0002]風力渦輪機葉片通常由纖維增強復合材料制成，比如玻璃纖維增強環氧樹脂塑料或碳纖維增強環氧樹脂塑料。流行的制造方法是VARTM或真空輔助樹脂傳遞模塑成型技術，它也可以被用于本發明。多個纖維織物層被放置在模具中形成疊堆。模具被封閉并通過真空栗被抽吸到低壓。然后液體樹脂被注入該層狀疊堆，然后留待固化。固化后，產品從模具被取出并被最終完成。
[0003]當織物層被放入模具后，在真空壓力最終鞏固并使得所述疊堆穩定之前，單個織物層的硬度幫助穩定織物層在模具的傾斜或垂直表面部分上的布置。因為風力渦輪機葉片已經達到70米的長度且在尺寸方面還繼續增大，因此葉片的根部直徑也在增大。在用于制造風力渦輪機葉片的模具的根部區域中的側壁上的增強纖維的疊堆不再受到單個織物層的固有硬度的充分支撐。對于大型葉片而言，在布置和固定織物層方面存在大量的問題，尤其是在傾斜表面上。在某些情況下，在開始葉片的澆注之前，增強材料將朝著模具腔的底部滑動。當葉片被脫模后，纖維織物的布置呈現不規則的，該葉片不得不被修理甚至被棄毀。
[0004]為了克服這個問題，液體粘合劑被應用在織物層之間，從而使織物層粘結在一起并防止它們朝模具的底端滑動。通常，這種粘合劑被噴灑在織物層上。但是，氣霧噴灑對職業健康有害，因為粘合劑的揮發性有機化合物比如丙酮。粘合劑還可能含有雙酚-A粉末或其他有害的樹脂成分。另外，當粘合劑被噴在織物上時，纖維某種程度上也沾上了粘結劑。這在樹脂被注入織物層疊堆時可能阻礙樹脂的正確流動。
[0005]另一種粘結劑系統使用被稱為熱熔膠的熱塑料。在應用之后，熱熔膠導致相鄰織物層粘結在一起。但是，當工人通過噴槍應用熱熔膠時，存在在某些區域中施用過多的熱熔膠以及在某些位置可能形成熱塑料薄膜層的風險。因為熱塑料層不是可溶于環氧樹脂的，所以它不會很好地粘合到樹脂，這導致在這種層疊物中分層失敗的風險。

【發明內容】

[0006]為了克服前述的一個或多個問題，本發明的第一方面提供一種制造風力渦輪機的轉子葉片的方法。該方法包括以下步驟:
[0007]-提供限定了轉子葉片或其一部分的外形的模具；
[0008]-在具有至少一個傾斜表面部分的模具的表面上布置多個纖維織物層；以及
[0009]-通過將液體樹脂注入到模具內將纖維織物層疊合(laminate)在一起。
[0010]根據本發明，在將纖維織物層疊合在一起之前，利用至少一個機械互鎖元件將多個纖維織物層互鎖的步驟被執行。
[0011 ]該創新方法是有利的，因為機械互鎖元件(例如當設置在相鄰纖維織物層之間時)附接到兩個相鄰纖維織物層的部分織物纖維。通過這種方式，織物層被機械地連接，從而使任何一個織物層都不可能在下面的織物層上滑動。因此，在模具內的織物層疊堆中的織物層的布置可以在后續的疊合過程中被保持，制造的質量和產量將提高。
[0012]但是，機械互鎖元件可以由熱塑性材料制成，因為機械互鎖元件只在層狀物的幾個離散位置布置，削弱層狀物的強健性的熱塑料層將不會被形成。
[0013]至少一個機械互鎖元件可以設置在纖維織物層內并被一起提供。如果機械互鎖元件設置在一個纖維織物層內，則沿纖維織物層散布機械互鎖元件的步驟被省略，這導致更快速的制造過程。另外，機械互鎖元件的布置能在纖維織物層的制造期間被執行，這保證了機械互鎖元件的等間距布置。包含機械互鎖元件的纖維織物層能按照需求被切割，通過這種方式被修剪的補片通常將包括與補片的表面積大致成比例的合適數量的機械互鎖元件。
[0014]當包含機械互鎖元件的纖維織物層被使用時，本發明的方法還可以包括壓迫纖維織物層之一的步驟。通過這種方式，設置在纖維織物層之一內的至少一個機械互鎖元件的鎖定端可以被暴露。多個纖維織物層可以通過將已暴露的鎖定端緊固到臨近所述纖維織物層之一的纖維織物層被互鎖。這提供非常快速的將纖維織物層互鎖的方式。
[0015]具體地，所述方法還可以包括在織物層之一的與相鄰纖維織物層相對的一側，將附加的纖維織物層布置到所述纖維織物層之一上，，并且將該附加的纖維織物層緊固到所述的包含至少一個機械互鎖元件的纖維織物層之一。纖維織物層的疊堆可以通過交替布置含有機械互鎖元件的纖維織物層和不含有機械互鎖元件的纖維織物層被容易地形成。
[0016]替代地或額外地，互鎖多個纖維織物層的步驟可以包括將至少一個機械互鎖元件射入多個纖維織物層，從而以該至少一個機械互鎖元件刺穿至少一個纖維織物層。這里，所述機械互鎖元件像銷釘或銷子一樣工作，有效地將纖維織物層訂在一起。
[0017]然后，被射入的機械互鎖元件可以部分地收縮，從而從機械互鎖元件上外翻出多個倒鉤。所述倒鉤鉤住織物并鎖定層疊物。
[0018]本發明的方法還可以包括將具有多個機械互鎖元件的絲線或絲網布置在兩個纖維織物層之間的步驟。將多個纖維織物層互鎖的步驟可以包括將兩個纖維織物層緊固到絲線或絲網的機械互鎖元件。這里，絲網包括比圍繞網孔的絲線粗得多的網孔。與此相對，纖維織物只具有很小的網孔-根本上如果有的話-并且一般是裸眼不可見的。絲線或絲網作為被機械互鎖元件附接的機械互鎖元件載體。通過這種方式，機械互鎖元件可以以彼此間隔預定距離的方式被提供。因為絲網具有粗網孔，所述絲網幾乎不受疊合過程的干擾，從而使纖維織物層的粘合優于現有技術。絲線或絲網可以由熱塑性材料制成。
[0019]本發明的方法還包括通過沿坯料的長度方向切割螺旋形坯料來制造多個機械互鎖元件的步驟。這提供了大量的可以作為鉤子使用的弓形或弧形的機械互鎖元件。
[0020]本發明的第二方面提供一種包含多個沿絲線布置且沿至少三個不同的方向從絲線伸出的機械互鎖元件的絲線。優選地，所述三個不同方向至少幾乎等角度地圍繞絲線的長度軸線設置。這保證了總是有至少一個機械互鎖元件將鎖定到相鄰纖維織物層的任意一個。
[0021]本發明的另一個方面提供一種用于制造風力渦輪機轉子葉片的纖維織物層，該纖維織物層包括多個沿纖維織物層布置的機械互鎖元件。纖維織物層可以被用于本發明的制造方法中。纖維織物層的機械互鎖元件可以被嵌入纖維織物層內。
[0022]本發明的再一個方面提供一種包含沿絲網布置的多個機械互鎖元件的絲網。機械互鎖元件從絲網的兩個相對側伸出。絲網可以被放置在兩個纖維織物層之間，并被用于鎖定這兩個纖維織物層。
[0023]纖維織物層或絲網可以包括布置在織物層或絲網的一側上的隔離物。該隔離物可以是紙或類似物，并防止機械互鎖元件鎖定到纖維織物層或絲網自身。使用隔離物，纖維織物層或絲網可以被卷起來并以卷的形式被運輸。
[0024]優選地，機械互鎖元件由熱塑性材料制成，優選地由熱塑性聚酯制成。熱塑性材料重量輕、便宜，且可能易于加工和制造。
[0025]優選地，機械互鎖元件形成為鉤子或釘子。所述鉤子或釘子可能具有大約0.5到5毫米的長度。鉤子或釘子可以具有大約0.1到I毫米的直徑。關于鉤子所給出的直徑是指鉤線而不是鉤線所形成的彎鉤的尺寸。
【附圖說明】
[0026]本發明將通過下面的附圖被更好地理解，本發明的優選實施例將以示例的方式在附圖中被展示。在附圖中:
[0027]圖1展示了使用本發明的第一實施例所制造的轉子葉片的細節；
[0028]圖2展示了根據本發明的優選纖維織物層的實施例；
[0029]圖3展示了根據本發明的絲網的實施例；
[0030]圖4展示了根據本發明被互鎖的纖維織物層的疊堆；
[0031]圖5展示了根據本發明的絲網的另一種實施例；以及
[0032]圖6展示了根據本發明生產的另一個發明。
【具體實施方式】
[0033]圖1展示了根據本發明的第一實施例所制造的轉子葉片的細節。多個纖維織物層2被放置在模具I中，模具限定了風力渦輪機轉子葉片或其一部分的外形。模具I包括傾斜部分，在這里織物層2由于自身重量或相鄰織物層2的重量能滑動離位。當織物層2的疊堆被注入液體樹脂時，由于織物層2在模具I中的意外移動可能形成變形的轉子葉片。
[0034]為了防止這種缺陷，本發明提出通過在彼此間隔的單點處設置機械互鎖元件3將織物層2彼此互鎖。在圖1中，在插入纖維織物層2的疊堆之前和之后的所述機械互鎖元件3的一個示例被展示。這里，機械互鎖元件3采用的是在插入疊堆期間將刺穿至少一個纖維織物層2的銷或栓的形式。銷或栓3包括在被插入或被射入的銷或栓被輕微地回拉后將與織物層2的纖維織物接合的倒鉤4，從而將纖維織物層2互鎖。例如，如圖1中所示的機械互鎖元件3能利用空氣壓力被射入纖維織物層2。
[0035]圖2展示了根據本發明的優選的纖維織物層的實施例。為了避免機械互鎖元件3的手工布置，包含多個機械互鎖元件3的預制產品可以被使用。一種所述的產品是多個機械互鎖元件3被嵌入織物中的纖維織物層2。在左側，機械互鎖元件3被完全埋沒在織物中，在右側，機械互鎖元件的鎖定端5在織物層2的任一側上被露出。織物層2可以被制造成同時具有被覆蓋的或被露出的機械互鎖元件的鎖定端。但是，左手側的配置是優選的。這是因為纖維織物層2可以是可壓縮的，例如使用輥子或類似裝置被壓迫，從而使的機械互鎖元件的鎖定端5刺穿它們被嵌入的纖維織物層2的(多個)表面。這將如圖2中右側所示那樣露出鎖定端
5。然后，被露出的鎖定端5可以與相鄰纖維織物層接合。在圖2中，鎖定端5采用鉤子的形式，但是其他形式也可被使用，比如有或沒有倒鉤的釘子。
[0036]如果機械互鎖元件3被嵌入纖維織物層2，則不需要隔離紙或類似物，同時纖維織物層2可以以被卷起來的方式被運輸且在風力渦輪機轉子葉片的制造期間被需要時被展開。
[0037]圖3展示了根據本發明的絲網6的實施例。絲網6可以具有矩形網孔以及布置在絲網結點處的機械互鎖元件3，即在網孔的角上。像三角形或六角形網孔這樣的其他結構可以被想到。在風力轉子葉片的制造期間，絲網6可以布置在兩個相鄰纖維織物層2之間。圖3中的機械互鎖元件3優選地包括至少兩個沿相對方向定向的鎖定端。例如，金字塔狀的四個鎖定端的布置或者類似于“杰克刺猬”的六個鎖定端的布置可以被使用。這保證了在制造過程期間至少一個鎖定端被插入相鄰纖維織物層2的任意一個內。
[0038]絲網6的粗網孔不會阻礙液體樹脂的流動，從而可以防止在現有技術中能被觀察到的分層失敗。因為絲網6可以是柔性的，并且機械互鎖元件3在運輸或操控期間可以相對彼此移動，所述絲網6可以被可釋放地附接到在隔離物一側被施加了輕薄粘合劑或類似物的隔離物。
[0039]圖4展示了根據本發明的互鎖的纖維織物層的疊堆。多個纖維織物層2布置在模具I內。包含圖3或5中所示的機械互鎖元件3或絲網6的纖維織物層2被放置在底層纖維織物層和頂層纖維織物層之間。織物層2的疊堆被壓在模具I上且機械互鎖元件3的鎖定端將織物層2彼此緊固。有絲網6被插入中間的其他的多個織物層2可以根據需要被加入。如圖1中所示，除了包含機械互鎖元件3的絲網6或織物層2以外，像銷或栓那樣被形成的機械互鎖元件3可以被使用。例如，銷或栓可以被用于模具I中那些在風力轉子葉片的制造過程中非常容易發生纖維織物層2移動的位置，以及絲網或纖維織物層的機械互鎖元件所提供的固定度看起來不充足的位置。
[0040]圖5展示了根據本發明的絲網6的另一個實施例。絲網6類似于圖3中所示的絲網，并且關于圖3所描述的內容也適用于圖5的實施例，除非有相對的描述。在圖5的實施例中，機械互鎖元件3被形成為釘。所述釘可以具有任選地包含倒鉤的三角形式。例如，所述釘可以類似于鯊魚齒而被形成。
[0041]圖6展示了根據本發明的另一種創新產品。如圖所示，本發明的絲網6可以被施加隔離物7并被卷起來。也可能使用包含機械互鎖元件的矩形或圓形的絲網補片8，9。本發明還提出一種絲線10，其包含沿絲線10分布的機械互鎖元件3。該絲線能以與對于前面由本發明所提供的絲網所描述的相同或相似的方式被使用。
[0042]盡管本發明已經關于它的示例性實施例被展示和描述，但是在不脫離本發明精神和范圍的前提下，其中可以在其形式和細節方面的做出各種其他的改變、省略、以及增加。
[0043]雖然本發明已經結合優選實施例被描述，但是其并非旨在將本發明的范圍限制為所給出的具體形式，而是相反，其旨在覆蓋如可能包括在由所附權利要求所限定的本發明范圍內的這些替代、修改、以及等同物。
【主權項】
1.一種制造風力渦輪機轉子葉片的方法，該方法包括以下步驟: -提供限定了轉子葉片或其一部分的外形的模具(I); -在具有至少一個傾斜表面部分的模具(I)的表面上布置多個纖維織物層(2); -通過將液體樹脂注入到模具(I)內將纖維織物層(2)疊合在一起， 其特征在于在將纖維織物層(2)疊合在一起之前利用至少一個機械互鎖元件(3)將多個纖維織物層(2)互鎖的步驟。2.如前述權利要求的方法，其中，所述至少一個機械互鎖元件(3)設置成一起伴隨并內置于所述維織物層(2)中的一個。3.如前述權利要求的方法，還包括壓迫所述纖維織物層(2中的所述一個，從而使得設置在所述纖維織物層(2)中的所述一個內的所述至少一個機械互鎖元件(3)的鎖定端(5)暴露，并且通過將露出的鎖定端(5)緊固到相鄰的纖維織物層(2)而將所述多個纖維織物層(2)互鎖。4.如前述權利要求的方法，還包括在所述纖維織物層(2)中的所述一個的與相鄰纖維織物層(2)相對的一側上將附加的纖維織物層(2)布置到所述纖維織物層(2)中的所述一個上，并且將該附加的纖維織物層(2)緊固至包含所述至少一個機械互鎖元件(3)的所述纖維織物層(2)中的所述一個。5.如前述權利要求之一的方法，其中，互鎖所述多個纖維織物層(2)的步驟包括將至少一個機械互鎖元件(3)射入所述多個纖維織物層(2)，從而以所述至少一個機械互鎖元件(3)刺穿至少一個纖維織物層(2)。6.前述權利要求的方法，還包括部分地縮回所射入的至少一個機械互鎖元件(3)，從而從至少一個機械互鎖元件(3)上外翻出多個倒鉤(4)。7.如前述權利要求之一的方法，還包括將包含多個機械互鎖元件(3)的絲線(10)或絲網(6)布置在所述纖維織物層(2)中的兩個之間的步驟，其中將所述多個纖維織物層(2)互鎖的步驟包括將所述纖維織物層(2)中的所述兩個緊固至所述絲線(10)或絲網(6)的所述機械互鎖元件(3)。8.如前述權利要求之一的方法，還包括通過沿坯料的長度方向切割螺旋成形坯料來制造多個機械互鎖元件(3)的步驟。9.一種絲線(10)，包含沿所述絲線(10)布置的多個機械互鎖元件(3)，機械互鎖元件(3)沿至少三個不同的方向從絲線(10)伸出。10.—種用于制造風力渦輪機轉子葉片的纖維織物層(2)，所述纖維織物層(2)包括越過所述纖維織物層(2)布置的多個機械互鎖元件(3)。11.如前述權利要求的纖維織物層(2)，其中，所述機械互鎖元件(3)嵌入纖維織物層(2)內。12.—種絲網(6)，包含越過絲網(6)布置的多個機械互鎖元件(3)，所述機械互鎖元件(3)從絲網(6)的兩個相對側伸出。13.如權利要求11或12之一的產品(2，6)，還包括布置在所述層(2)或絲網(6)的一側上的隔離物(7)。14.如權利要求9到13之一的產品(10，2，6)，其中，機械互鎖元件(3)由熱塑性材料制成，優選地由熱塑性聚酯制成。15.權利要求9到14之一的產品(10，2，6)，其中，機械互鎖元件(3)形成為鉤子或釘子，其具有大約0.5到5毫米的長度和/或大約0.1到I毫米的直徑。
【文檔編號】B29L31/08GK106042415SQ201610326026
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年2月26日
【發明人】E·格羅夫-尼爾森
【申請人】西門子公司