專利名稱：制造具有緊固件的風(fēng)輪機葉片殼體部件和具有緊固件的風(fēng)輪機葉片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風(fēng)輪機葉片。更具體地，本發(fā)明涉及一種制造具有緊 固件的風(fēng)輪機葉片殼體部件一該緊固件用于將包括該風(fēng)輪機葉片殼體部件 的風(fēng)輪機葉片連接在風(fēng)輪機輪轂上，和具有緊固件的風(fēng)輪機葉片的方法。 本發(fā)明涉及一種具有嵌入式緊固件的風(fēng)輪機葉片殼體部件和風(fēng)輪機葉片。
背景技術(shù)：
風(fēng)輪機用于將風(fēng)力轉(zhuǎn)化成能源通常是電能。近年來，更大風(fēng)輪機的使 用增加了對風(fēng)輪機葉片和風(fēng)輪機輪轂的凸緣(法蘭)之間的連接的要求。 關(guān)鍵特征是用于將葉片緊固在輪轂上的緊固件與葉片的其余部分之間的連 接，該緊固件設(shè)置在葉片的葉片根部，因為在操作期間此連接受到大的和 周期性負荷。
WO 03/008800內(nèi)說明了通過使用真空輔助樹脂注入結(jié)合預(yù)制棒狀物 制造的耐用且經(jīng)濟上負擔(dān)得起的風(fēng)輪機葉片，
在US 4915590內(nèi)說明了多種用于將風(fēng)輪機葉片連接到輪轂的技術(shù)。具 體地，US 4915590的結(jié)合圖3說明的現(xiàn)有技術(shù)與本發(fā)明相關(guān).這里，通過 在完成的風(fēng)輪機葉片的壁的端部內(nèi)鉆孔并使用粘合劑將鋼連接螺柱桿固定 在該孔內(nèi)，將鋼連接螺柱桿嵌入風(fēng)輪機# 部內(nèi)。在層壓合成結(jié)構(gòu)內(nèi)鉆孔非 常費時，層壓材料被浪費并且鉆頭的磨損也很嚴重.此外，除去孔中的碎 片以及防止粘合劑中存在空氣由于孔的長寬比而比較復(fù)雜。因此需要連接 螺柱桿和孔壁之間有很大的空間，這會導(dǎo)致大量的粘合劑消耗，g弱的 連接和過大的葉片壁厚度。
已考慮到在葉片固化之前提供緊固件。WO 03/082551公開了其中插入 件插入未固化的層壓結(jié)構(gòu)的葉片連接。插入件設(shè)置有多個具有相同縱向尺 寸的凸起部和凹部，并且在凹部內(nèi)設(shè)置較少鉻平行層壓層。必須在插入件 附近將層壓層縫合在一起，以在較小平行層壓層和較大外部層壓層之間提 供足夠的分層強度。層的縫合是非常費時且復(fù)雜的過程，并且在層壓層的 擱置期間必須從孔的內(nèi)側(cè)或從外側(cè)進行。縫合還可能影響纖維的對齊(度)， 導(dǎo)致大部分關(guān)鍵部位處即插入件附件的層壓結(jié)構(gòu)的強度降低。
因此，需要一種快速和可靠的在風(fēng)輪機葉片內(nèi)設(shè)置緊固件的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可將緊固件更有效地設(shè)置在風(fēng)輪機葉片內(nèi)的 方法。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種風(fēng)輪機葉片殼體部件和風(fēng)輪機葉片， 其中具有改進的緊固件和該葉片之間的連接.
本發(fā)明的一個或多個上述目的針對使用根據(jù)權(quán)利要求1的方法制造的 包括預(yù)制棒狀物的風(fēng)輪機葉片殼體部件實現(xiàn)，和/或針對根據(jù)權(quán)利要求26 的風(fēng)輪機葉片實現(xiàn)，該風(fēng)輪機葉片包括具有預(yù)制棒狀物的風(fēng)輪機葉片殼體 部件。
該方法涉及制造風(fēng)輪機葉片殼體部件，該緊固件設(shè)置在風(fēng)輪機葉片殼 體部件的根部附近。當(dāng)嵌入葉片時，緊固件適合于將包括風(fēng)輪機葉片殼體 部件的風(fēng)輪機葉片連接到風(fēng)輪機輪轂。該方法包括提供剛性外部模具，將 一個或多個緊固件定位在剛性外部模具的與風(fēng)輪機葉片的才艮部相對應(yīng)的端 部附近，在剛性外部模具的與風(fēng)輪機葉片的根部相對應(yīng)的端部附近定位至 少兩層但通常為更多層的預(yù)制棒狀物。預(yù)制棒狀物應(yīng)被定位成當(dāng)該緊固件 定位在風(fēng)輪機葉片殼體部件時預(yù)制棒狀物圍繞緊固件的實質(zhì)縱向部分。
此后，通常與完成的風(fēng)輪機葉片的內(nèi)表面相對應(yīng)的內(nèi)部模具設(shè)置成與 該剛性外部才莫具真空密封連通，外部和內(nèi)部模具之間的體積被抽成真空。 注入可固化樹脂以將緊固件固定在封閉預(yù)制棒狀物上，并至少部分填充相
鄰棒狀物之間的真空區(qū)，使得樹脂固化并使殼體部件脫模。任選地，風(fēng)輪 機殼體部件在脫模之前或之后連接到一個或多個另外的殼體部件或其它部件。
只要粘性足夠低，固化可在注入期間開始直到注入完成。模制方法還
已知為真空輔助的樹脂傳遞模塑法，VARTM。由于風(fēng)輪機葉片的大尺寸， 應(yīng)用真空要遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)樹脂傳遞模塑法。但是，如果在其中樹脂需要行 進很短的距離的應(yīng)用中利用公開的嵌入緊固件的原理，則可使用其它模制 方法例如樹脂傳遞才莫塑法。
通常，緊固件的至少70%被預(yù)制棒狀物圍繞，但是根據(jù)緊固件的實際 設(shè)計，被圍繞的比例可改變。如果例如緊固件具有內(nèi)螺紋孔，則緊固件的 基本100%將被預(yù)制棒狀物圍繞，另一方面，如果緊固件具有從緊固件延 伸出的用于連接到輪轂的長桿，則只有緊固件的50%被預(yù)制棒狀物圍繞。 此外，表面拓樸和/或表面化學(xué)可促進或抑制連接的強度以及需要嵌入的比 例。
風(fēng)輪機葉片包括具有通過固化樹脂連接的預(yù)制棒狀物的風(fēng)輪機葉片殼 體部件，以及在風(fēng)輪機葉片的根部附近嵌入的多個緊固件.至少兩個所述 緊固件對齊以有助于稍后連接到風(fēng)輪機輪轂。緊固件對齊是指其中的螺紋 孔或從該緊固件延伸出的桿基本并行地對齊，使得它們適合于將風(fēng)輪機葉 片連接到輪轂的凸緣(法蘭)或另一個接納元件。
本發(fā)明還涉及關(guān)于涉及閃電經(jīng)由緊固件傳遞到輪轂的準備的方法和產(chǎn) 品的情況、緊固件的表面拓樸和形狀、具有高含量的結(jié)構(gòu)纖維的風(fēng)輪機葉 片、用于緊固件對齊的導(dǎo)向裝置的優(yōu)選實施例，以及涉及風(fēng)輪機輔助的樹 脂傳遞模塑的方面。


下文將參照示例性實施例以及附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中 圖l示出模具內(nèi)的風(fēng)輪機葉片殼體部件的橫截面視圖； 圖2示出緊固件的各種總體形狀；
圖3示出緊固件的優(yōu)選橫截面；
圖4示出緊固件的優(yōu)選表面構(gòu)形；
圖5示出連接到導(dǎo)向裝置的多個緊固件；
圖6示出通過環(huán)繞緊固件織造的纖維連接到導(dǎo)向裝置的多個緊固件；
以及
圖7示出在避雷裝置和緊固件之間傳導(dǎo)閃電的實施例。 所有附圖都是高度示意性的而并非是按比例的，并且它們僅示出說明 本發(fā)明所必需的部件，其它部件被省略或僅是提及。
具體實施例方式
在圖1內(nèi)示出模具14、 16內(nèi)的風(fēng)輪機葉片殼體部件2的示例，安置多 層預(yù)制的棒狀物8、 10以順應(yīng)緊固件4的形狀，該緊固件有利地連接到導(dǎo) 向裝置20以便對齊(見下文)。該連接優(yōu)選地以真空密閉的方式實現(xiàn)以允 許真空輔助的樹脂注入。這種真空密閉的連接例如可通過橡膠狀元件38 實現(xiàn)。在圖1內(nèi)，預(yù)制棒狀物8、 IO的層的數(shù)量是四層，但是層的數(shù)量可 根據(jù)殼體部件的大小和設(shè)計有很大的改變。預(yù)制棒狀物的層數(shù)的典型值是 2、 3、 4、 5、 6、 8、 IO或更多層，此外，可設(shè)置多個任選層，例如外部和 /或內(nèi)部纖維層18，凝膠涂層19和/或避雷裝置等。最后，在樹脂注入過程 之前設(shè)置內(nèi)部模具16。
預(yù)制棒狀物
在本發(fā)明的非常優(yōu)選的實施例中，根據(jù)本發(fā)明的方法，風(fēng)輪機葉片殼 體部件和風(fēng)輪機葉片的關(guān)鍵元件是預(yù)制棒狀物。預(yù)制棒狀物的將與殼體部 件的長度對齊的尺寸要比其它尺寸長得多。棒狀物可在端部附近被斜切， 以允許平穩(wěn)過渡到延伸的棒狀物或者允許如果棒狀物沒有延伸則葉片特性 沒有突然變化。
在優(yōu)選實施例中，至少一些預(yù)制棒狀物選自纖維部件、木質(zhì)材料和中 空部件。優(yōu)選的纖維部件的示例是被拉擠或擠壓的部件，優(yōu)選包括碳纖維
和/或玻璃纖維和/或天然纖維。拉擠部件可以是未被固化、部分固化或完全 固化，但是完全固化的部件例如由于易于處理而是優(yōu)選的。優(yōu)選的木質(zhì)部 件的示例是具有高的強度重量比的機械加工的木材例如輕質(zhì)木材、樺木等。 木質(zhì)部件還可以是優(yōu)選包括具有相同特定的輕質(zhì)木材、樺木或其它木質(zhì)材 料的膠合板。中空部件包括中空的基于聚合物的部件例如吹塑棒、泡沫棒、 壓延部件，其任選地包括纖維材料。
可選擇棒狀物的組合以在強度、重量和價格之間實現(xiàn)合適的折衷。
預(yù)制棒狀物在緊固件附近的定位
在優(yōu)選實施例中，待與緊固件相鄰定位的預(yù)制棒狀物被機械加工或成 形為當(dāng)棒狀物位于適當(dāng)位置時棒狀物順應(yīng)緊固件的形狀。優(yōu)選地，棒狀物 將順應(yīng)緊固件，以便緊固件的實質(zhì)部分被預(yù)制棒狀物緊密封閉。緊固件的
實質(zhì)部分是指緊固件的至少大約70。/"皮預(yù)制棒狀物封閉或圍繞，但是如文 中其它地方說明的，此數(shù)量可改變?yōu)榈陀?0%或接近100%。緊固件的未 被封閉的部分可用未被封閉的一個或多個縱向部分或橫向部分說明。
緊固件的封閉部分通常在大約0.4到2m的范圍內(nèi)，取決于葉片的長度 以及葉片壁的厚度。在優(yōu)選實施例中，發(fā)現(xiàn)在大約0.5到0.75m的范圍內(nèi) 的緊固件可在葉片和緊固件之間的連接部的重量和強度之間實現(xiàn)合適的折 衷。
封閉部分的直徑如文中其它部分所述地改變，在大多數(shù)情況下，與緊 固件的封閉部分的橫截面的最大面積相對應(yīng)的直徑在大約8到20cm的范 圍內(nèi)是合適的。但是，在優(yōu)選實施例中，在大約10到15cm的范圍內(nèi)的與 緊固件的封閉部分的橫截面的最大面積相對應(yīng)的直徑被發(fā)現(xiàn)可在緊固件的 重量和強度以及葉片和緊固件之間的連接部的強度之間實現(xiàn)合適的折衷，
在優(yōu)選實施例中，棒狀物的形狀形成為使得它們根據(jù)文中別處說明的 宏觀表面粗糙度將順應(yīng)緊固件。這允許樹脂或粘合劑的非常少的使用，以 及允許在緊固件的特性和葉片的特性之間的可高度控制的過渡。
延伸到根部附近的纖維部件
對于非常大的風(fēng)輪機葉片， 一些包括纖維材料優(yōu)選包括碳纖維的預(yù)制 棒狀物延伸到風(fēng)輪機葉片殼體部件的根部附近是有利的。這可增加葉片的 根部的硬度，并且可實現(xiàn)改進的負荷向緊固件的傳遞。
在尤其優(yōu)選的實施例中，包括纖維材料的至少一個預(yù)制棒狀物沿緊固 件的實質(zhì)縱向部分與該緊固件相鄰(緊鄰)定位。在此，相鄰(緊鄰)是 指包括纖維材料的棒狀物是最接近緊固件的棒狀物。在此，緊固件的實質(zhì)
縱向部分是指緊固件的嵌入長度的至少50%。但是，優(yōu)選地，棒狀物沿緊 固件的大部分例如緊固件的嵌入長度的至少75%且更優(yōu)選地至少90%定 位。纖維棒沿其定位的嵌入長度的部分在一定程度上取決于緊固件的形狀， 因為如果纖維彎曲地設(shè)置則纖維材料的機械性能惡化。在非常優(yōu)選的實施
例中，包括纖維材料的預(yù)制棒狀物是包括碳纖維的被拉擠的纖維棒，因為 這種棒狀物通常具有高纖維含量和高度對齊的纖維。
在優(yōu)選實施例中，至少兩個被拉擠的纖維部件緊鄰緊固件并沿該緊固 件的實質(zhì)縱向部分定位.具體地，優(yōu)選地該被拉擠的纖維部件圍繞緊固件 布置，使得所述布置關(guān)于一個或多個物理性能例如硬度、E-模數(shù)、對齊度 或最終強度基本對稱，
對于具有延伸到根部附近的纖維部件的葉片，在樹脂注入之前引入緊 固件是有利的，因為在包括這種纖維材料的葉片殼體部件內(nèi)鉆孔導(dǎo)致非常 高的鉆孔道具損耗，此外這種鉆孔比較費時。
緊固件的總體形狀
緊固件的總體形狀可根據(jù)葉片的實際材料和使用條件改變。通常，優(yōu) 選地減小尖銳的或非常尖的邊緣的存在，因為該邊緣會成為破裂引發(fā)部。 此外，還可提供具有小孔徑角(張角)的孔，因為注入樹脂不能一直'滲入 到這種孔的頂端。
在圖2中，示出例如可用于根據(jù)本發(fā)明的方法的緊一固件的多個優(yōu)選總 體表面形狀。通常，緊固件的橫截面面積優(yōu)選地隨著遠離葉片的稂部而逐
漸減小。在這種情況下，減小不需要是單調(diào)的或連續(xù)的，但是應(yīng)具有總趨 勢。這導(dǎo)致特性從比較剛性的緊固件到比較柔性的葉片逐漸改變。這種總
體形狀的示例是圖2A和2B內(nèi)所示的基本圓錐形的緊固件，但是總體形狀 也可以是例如圖2C內(nèi)所示的更凹入的特征。
如果例如葉片壁比較厚，則總體為啞鈴(如圖2D內(nèi)所示)或者另一 種錨定形狀也是合適的。緊固件的面向遠離葉片根部的端部為大尺寸的另 一實施例U本為圓錐形的緊固件，較寬部分面向遠離根部(未示出)。 這是有利的，因為與實心圓柱形緊固件相比它們可提供固體機械粘合并且 防護緊固件材料。
緊固件的橫截面形狀
圖2E所示的緊固件具有這樣的原理，即，即使旋轉(zhuǎn)對稱緊固件由于 比較容易處理而通常是優(yōu)選的，但是緊固件也不必須是旋轉(zhuǎn)對稱的。非旋 轉(zhuǎn)對稱的緊固件對于緊固件的單位體積具有較大的表面積。因此，較大表 面與經(jīng)由樹脂或粘合劑從葉片到緊固件以及到輪轂上的負荷傳遞有關(guān)。在 圖3內(nèi)，示出緊固件的橫截面形狀的多個優(yōu)選實施例。橫截面例如對應(yīng)于 沿圖2A上的平面a-a的橫截面，或者圖2的其它緊固件的任何一個的類似 才黃截面。
圖3A內(nèi)的圓形橫截面對應(yīng)于旋轉(zhuǎn)對稱的緊固件。如果被定向為其長 軸基本平行于葉片殼體的外表面，則圖3B內(nèi)所示的橢圓形例如對于較薄 的葉片殼體是有利的。但是，如果需要大量密集的緊固件，則使用具有橢 圓形剖面的緊固件是有利的。在圖3C到3F內(nèi)，示出幾何正則的橫截面的 示例，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認識到，還可使用不規(guī)則或基本規(guī)則的橫 截面。提供示例性形狀以說明整體思想，但是例如邊緣的銳度應(yīng)根據(jù)負荷 曲線圖和特定應(yīng)用內(nèi)使用的樹脂被調(diào)節(jié)。圖3G內(nèi)示出具有倒圓的邊緣的 橫截面的示例。非旋轉(zhuǎn)對稱的緊固件在特定負荷模式下和/或?qū)τ谄牡木o 固件是有利的。
緊固件的表面
緊固件的表面優(yōu)選地被修改或設(shè)計成加強樹脂和緊固件之間的連接， 從而葉片和緊固件之間的連接的總體質(zhì)量增加。該表面可準備用于增加機 械強度和/或化學(xué)強度。
機械強化的一個示例是聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，其可用于許多尺寸級。在優(yōu)選實施
例中，如圖4A所示的，緊固件的表面粗糙度在微米級到亞毫米級上增加。 這可在緊固件的制造期間例如通過在模具內(nèi)使用粗糙表面或者通過隨后的 表面處理例如噴砂處理或研磨實現(xiàn)?？蛇x擇地或另外，例如如圖4B所示 的通過在緊固件的縱向長度的橫向上引入大約1到5毫米的波紋，表面粗 糙度可在亳米級上增加。此外，宏觀表面粗糙度即大約數(shù)毫米到數(shù)厘米的 階梯、尖端或波紋可與圍繞緊固件的預(yù)制條帶或樹脂聯(lián)鎖。圖4C到G示 出具有宏觀表面粗糙度的緊固件的示例。表面粗糙度增加會顯著增大粘結(jié) 強度和/或減小可能由于葉片和緊固件之間的特性的變化導(dǎo)致的問題。
如果提供如圖4D-F所示的聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)，則凹部和突部結(jié)構(gòu)的尺寸，即 沿緊固件的長度的縱向延伸部，可與圖4D所示的類似。但是，更加優(yōu)選 地，根據(jù)緊固件和填充緊固件的凹部的周圍材料(通常為樹脂)的相對強 度調(diào)節(jié)該尺寸。換句話說，較堅固的緊固件(通常為鋼或鑄鐵)的突部與 將用較軟的樹脂填充的凹部相比較短，該凹部較長。在圖4E到G內(nèi)示出 這樣的示例。在圖4E內(nèi)，凹部/突部是階梯式的，而在圖4F內(nèi)凹部/突部 的側(cè)壁是成角度的，這是有利的，因為接觸角較不尖銳因此用作破M始 點的可能性減小。圖4G示出一系列較長和較短的圓形元件。這是優(yōu)選實 施例，因為此設(shè)計可實現(xiàn)沒有任何銳利邊緣的基本垂直側(cè)壁，
除了實現(xiàn)機械聯(lián)鎖結(jié)構(gòu)之外，增加所有等級的表面粗糙度可增大緊固 件的表面，從而增加緊固件和樹脂或粘合劑之間的接觸面積。
增加化學(xué)強度的準備包括在組裝之前從緊固件的表面上除去碎片以及 除去灰塵、銹跡、油脂、油等。這可包括機械清除以及化學(xué)清除(即使用 水和肥皂或溶劑)。此外，在組裝和/或樹脂注入之前表面可被化學(xué)處理例 如酸洗或涂底漆。
緊固件優(yōu)選地具有用于有助于包括風(fēng)輪機殼體部件的風(fēng)輪機葉片與輪 轂的連接的連接裝置。通常，此連接裝置包括帶螺紋的表面例如從葉片的 根部到緊固件內(nèi)的螺紋孔或從緊固件延伸出的螺紋桿。在尤其優(yōu)選的實施 例中，這種帶螺紋的表面可用于在風(fēng)輪機葉片殼體部件的制造期間例如在 貯存期間和/或在樹脂注入期間，和/或在組裝風(fēng)輪機葉片殼體部件以形成風(fēng) 輪機葉片期間，使緊固件連接到導(dǎo)向裝置(見下文)。
導(dǎo)向裝置
在風(fēng)輪機葉片殼體部件的制造期間，可有利地應(yīng)用用于對齊緊固件的 導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置可相對于模具和/或相對于一個或多個另外的緊固件對 齊該緊固件。在使用期間， 一個或多個緊固件連接到該導(dǎo)向裝置，該連接 可以是臨時的，因為在制造方法的一個或多個步驟之后將從緊固件上取下 該導(dǎo)向裝置?？蛇x擇地，緊固件和連接裝置之間的連接是永久的，即在制 造期間導(dǎo)向裝置與風(fēng)輪機殼體裝置成一體。
如果緊固件相對于一個或多個另外的緊固件對齊，然后這些緊固件還 有利地連接到導(dǎo)向裝置并優(yōu)選地與該緊固件連接到同 一導(dǎo)向裝置。這可實 現(xiàn)尤其高效的方法設(shè)計，因為大量緊固件可被對齊并此后在一個操作中被 引入風(fēng)輪機殼體部件。
在圖5中，示出多個緊固件與其連接的導(dǎo)向裝置。優(yōu)選地，導(dǎo)向裝置 20和緊固件4的組合在將緊固件引入風(fēng)輪機殼體部件之間準備，并且在此
部件的子組件。
在優(yōu)選實施例中，子組件包括15-150個緊固件。導(dǎo)向裝置通常保持在 將被設(shè)置到完成的風(fēng)輪機葉片的根部的緊固件的1/4和所有緊固件之間的 緊固件。具體地，優(yōu)選地導(dǎo)向裝置保持將被模制的殼體部件的所有緊固件； 通常這對應(yīng)于將被設(shè)置在完成的風(fēng)輪機葉片的根部處的緊固件的大約1/2。
在不幸的情況下，緊固件可提供導(dǎo)致葉片殼體分層乃至破裂的源.這 尤其是緊固件比較靠近相鄰的緊固件定位的情況。在優(yōu)選實施例中，提供
保護性措施，即如圖6所示地在緊固件之間織造纖維材料尤其是玻璃纖維 或碳纖維。圖6A沿從緊固件的端部朝導(dǎo)向裝置的方向示出此原理，而圖 6B從側(cè)面示出此原理。纖維可例如是干燥的或浸漬的纖維束、纖維紗或纖 維的其它集合。在尤其優(yōu)選的實施例中，纖維主要或僅圍繞將最接近風(fēng)輪 機葉片殼體部件被嵌入的緊固件的大約25%織造。但是，在一些情況中， 纖維可沿緊固件的較大部分纏繞以得到緊固件、導(dǎo)向裝置和纖維的組合， 任選地在織造纖維結(jié)構(gòu)內(nèi)的一個或多個開口處定位小預(yù)制棒狀物。這種組 合形成從導(dǎo)向裝置延伸出的半圓形楔形物，并且可被《I入風(fēng)輪機葉片根部 內(nèi)的凹槽或通道。此后，可在樹脂注入之前在該組合附近定位另外的棒狀 物。
如果利用緊固件和導(dǎo)向裝置之間的臨時連接，則制造方法還包括釋放 該臨時連接的步驟。通常，此后應(yīng)從風(fēng)輪機葉片殼體部件上除去導(dǎo)向裝置。
樹脂注入通常是真空輔助的，因此導(dǎo)向裝置可有利地通常是不透氣的。 此外，在此情況中導(dǎo)向裝置還應(yīng)設(shè)置成在導(dǎo)向裝置和剛性模具和/或內(nèi)部模 具之間實現(xiàn)氣密連接。優(yōu)選地，該導(dǎo)向裝置在剛性模具和內(nèi)部模具之間提 供氣密連接.該氣密連接可例如由模具和導(dǎo)向裝置之間的橡膠狀元件38 例如柔性O(shè)形環(huán)和保持該連接鎖定機構(gòu)共同實現(xiàn)。該鎖定機構(gòu)可包括由用 于樹脂注入的真空提供的真空力；機械裝置例如夾具、螺栓螺母；化學(xué)裝 置例如粘合劑；或者這些中的2種或多種的組合。
在優(yōu)選實施例中，緊固件和導(dǎo)向裝置之間的連接包括緊固件的螺紋孔 或螺紋桿經(jīng)由導(dǎo)向裝置內(nèi)的孔與螺栓或螺母的接合。緊固件的這些螺紋孔 或桿可有利地還適合于將包括風(fēng)輪機葉片殼體部件的風(fēng)輪機葉片連接到風(fēng) 輪機輪轂上。
在另 一個優(yōu)選實施例中，緊固件和導(dǎo)向裝置之間的連接通常是氣密性 的。這種氣密連接可包括O形環(huán)。O形環(huán)可有利地設(shè)置在導(dǎo)向裝置的真空 側(cè)，因為這可防止注入的樹脂影響在緊固件和導(dǎo)向裝置之間實現(xiàn)連接的元件。
用于在風(fēng)輪機葉片殼體部件的樹脂傳遞模塑期間對齊緊固件的導(dǎo)向裝
置在優(yōu)選實施例中包括基本氣密的板狀部件，用于在該氣密的板狀部件和 至少 一個緊固件之間實現(xiàn)臨時或永久連接的裝置，以及用于在該基本氣密 的板狀部件和剛性模具之間實現(xiàn)臨時或永久連接的裝置。為了實現(xiàn)總的氣 密連接以有助于真空輔助的樹脂傳遞模塑，上述臨時或永久連接中的至少 一個應(yīng)該是氣密的。但是，更加優(yōu)選地，臨時和永久連接都是氣密的。
基本氣密是指通過部件的氣流非常小。當(dāng)然，優(yōu)選地，部件是絕對氣 密的，但是用于制造風(fēng)輪機葉片的部件具有非常大的尺寸，并且可通過連 續(xù)真空汲取來補償少量的氣體泄露。
避雷(閃電傳導(dǎo))
風(fēng)輪機尤其是風(fēng)輪機葉片非常易于受到雷擊.因此，葉片通常具有接 閃器以及一個或多個避雷裝置。避雷裝置的示例是通常安置在葉片內(nèi)的避 雷電纜，安置在葉片壁內(nèi)和/或與內(nèi)部加固部件一起安置的導(dǎo)電金屬網(wǎng)和/ 或碳纖維。為了將閃電從葉片經(jīng)由輪轂傳導(dǎo)到大地，避雷裝置優(yōu)選地連接 到緊固件，從而閃電可經(jīng)由緊固件在葉片和輪轂之間傳導(dǎo)。
因此，優(yōu)選地，避雷裝置設(shè)置成與緊固件等電勢連通。這可通過將避 雷裝置直接連接到 一個或多個緊固件來實現(xiàn)，但是這會導(dǎo)致差的電連接并 導(dǎo)致大的接觸電阻，因此在雷擊時存在嚴重的熱破壞的危險。
因此非常優(yōu)選地提供一種用于在操作期間減小緊固件和避雷裝置之間 的接觸電阻的專用閃電傳遞裝置。該閃電傳遞裝置可例如是將一個或多個 避雷裝置連接到一個或多個緊固件的導(dǎo)電凸緣。優(yōu)選地，閃電傳遞裝置連
接到多個緊固件以增加緊固件的有效閃電傳導(dǎo)橫截面。在圖7所示的另一 個實施例中，閃電傳遞裝置24包括導(dǎo)電材料板材，該板材緊鄰避雷裝置 22定位。在優(yōu)選實施例中，閃電傳遞裝置24或者被夾在一些避雷裝置22 之間，和/或閃電傳遞裝置24與一個或多個閃電傳遞裝置24 —起將避雷裝 置夾在中間。此實施例尤其適合于金屬網(wǎng)導(dǎo)體類型的避雷裝置，因為這樣 可實現(xiàn)很大的接觸面積.在另一個實施例中，閃電傳遞裝置包括碳纖維例 如碳絨、碳纖維網(wǎng)或碳纖維墊，其即使在被樹脂弄濕時仍可減小接觸阻力。
優(yōu)選地，避雷裝置與緊鄰風(fēng)輪機葉片殼體部件的根部的緊固件連通， 這樣可減小閃電必須在緊固件內(nèi)行進的距離，從而減小緊固件和周圍材料 發(fā)生熱破壞的可能性。
葉片和殼體部件的其它元件
除了已經(jīng)提到的元件和步驟之外，另外的要素是任選的但是通常優(yōu)選 地被包括。這種任選要素的示例是表面材料例如凝膠涂層的應(yīng)用、避雷裝 置例如金屬網(wǎng)和/或避雷電纜的應(yīng)用，以及在殼體部件的內(nèi)表面或外表面附 近應(yīng)用一個或多個包括纖維材料的層。纖維材料優(yōu)選包括玻璃纖維和/或碳 纖維。任選要素可應(yīng)用于模具或應(yīng)用于模具內(nèi)的元件-這是有利的，因為可 實現(xiàn)快速過程和均勻產(chǎn)品，或者在模制之后應(yīng)用。
風(fēng)輪機葉片的制造
通常，風(fēng)輪機葉片使用兩個或多個風(fēng)輪機葉片殼體部件。 風(fēng)輪機葉片可通過將可通過根據(jù)本發(fā)明的方法制造的風(fēng)輪機葉片殼體 部分固定在一個或多個另外的風(fēng)輪機葉片殼體部件上來形成風(fēng)輪機葉片而 制造。固定通常涉及機械緊固裝置例如緊固件例如螺栓螺母、螺絲釘?shù)龋?化學(xué)裝置例如粘合劑，或其組合.任選地，還可提供另外的元件例如桁梁
(spar)或間隔元件。優(yōu)選地使用與用于樹脂傳遞模塑的樹脂的化合物相 同或基于相同化合物的粘合劑。
在另 一種利用根據(jù)本發(fā)明制造的風(fēng)輪機葉片殼體部件來準備風(fēng)輪機葉 片的方法中，多個這種風(fēng)輪機葉片殼體部件被固定在一起，從而兩個或多 個風(fēng)輪機葉片殼體部件的緊固件對齊。此對齊可有利地通過對齊與每個風(fēng) 輪機殼體部件相對應(yīng)的導(dǎo)向裝置來實現(xiàn)。由于通常每個導(dǎo)向裝置連接多于 一個的緊固件，所以通過此方法可迅速對齊大量緊固件。
風(fēng)輪機
根據(jù)本發(fā)明，提供或制備了一種風(fēng)輪機葉片。這種風(fēng)輪機葉片用于直
接生成電能的能量生成或其中能量被存儲成化學(xué)能或勢能的能量存儲的風(fēng) 輪機。
實施例之間可交換的特征
文中所述的本發(fā)明的一個實施例以及其各種變型的單個特征或特征的 組合可與文中所述的其它實施例的特征組合或交換，除非本領(lǐng)域的技術(shù)人 員可馬上認識到所得到的實施例在物理上不可行。
附圖標記列表
2 風(fēng)輪機葉片殼體部件
4 緊固件
6 風(fēng)輪機葉片的根部
8 預(yù)制棒狀物
10 包括纖維材料的預(yù)制棒狀物
12 多個緊固件嵌入的部分
14 外部剛性模具
16 內(nèi)部模具
18 纖維層
19 凝膠涂層
20 導(dǎo)向裝置
21 織造纖維
22 避雷裝置
24 閃電傳遞裝置
30 從緊固件伸出的桿
32 緊固件中的孔
34 凹部
36 突部
38 橡膠狀元件
權(quán)利要求
1.一種制造風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的方法，在該風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的根部(6)附近設(shè)置有緊固件(4)，該緊固件(4)適合于將包括所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的風(fēng)輪機葉片連接到風(fēng)輪機輪轂，該方法包括以下步驟提供剛性外部模具(14)；將所述緊固件(4)定位在所述剛性外部模具的與風(fēng)輪機葉片(2)的根部(6)相對應(yīng)的端部附近；在所述剛性外部模具的與所述風(fēng)輪機葉片(2)的根部(6)相對應(yīng)的端部附近定位至少兩層預(yù)制棒狀物(8，10)，使得當(dāng)所述緊固件(4)定位在所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)內(nèi)時所述預(yù)制棒狀物(8，10)圍繞所述緊固件(4)的實質(zhì)縱向部分；將一層或多層預(yù)制棒狀物(8，10)定位在所述剛性外部模具(14)的實質(zhì)縱向部分內(nèi)；此后提供與所述剛性外部模具(14)真空密封連通的內(nèi)部模具(16)；將所述外部和內(nèi)部模具(14，16)之間的體積抽成真空，注入可固化樹脂以將所述緊固件(4)固定在封閉預(yù)制棒狀物(8，10)上并基本填滿相鄰棒狀物之間的真空區(qū)，以及使得樹脂固化；使所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)脫模。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，與所述緊固件(4) 相鄰的所述預(yù)制棒狀物的形狀順應(yīng)所述緊固件(4)，以便所述緊固件(4) 的實質(zhì)部分被所述預(yù)制棒狀物(8, 10)緊密封閉。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述緊固件(4) 的總體形狀基本為圓錐形，并且較大的部分指向所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l-3中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊固 件(4)的總體形狀是凹入的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊固 件(4)的總體形狀基本為啞鈴狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊固 件(4)包括具有垂直于所述緊固件(4)的縱向方向的非圓形橫截面的部 分。
7. 根據(jù)權(quán)利要求l-6中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊固 件(4 )具有包括在微米到毫米范圍內(nèi)優(yōu)選在10 M m到lmm范圍內(nèi)的不規(guī) 則性的微觀表面粗糙度。
8. 根據(jù)權(quán)利要求l-7中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊固 件(4 )具有包括多個在毫米到厘米范圍內(nèi)優(yōu)選在lmm到5cm范圍內(nèi)的凹 部和凸出部的宏觀表面粗糙度。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l-8中任一項所述的方法，其特征在于，至少一些 預(yù)制棒狀物選自優(yōu)選包括碳纖維和/或玻璃纖維的纖維部件，如被:扭擠或 壓延的且部分或完全固化的部件；木質(zhì)材料，如輕質(zhì)木材、樺木或膠合板 內(nèi)包括的任選的其它材料；以及中空部件。
10，根據(jù)權(quán)利要求l-9中任一項所述的方法，其特征在于，包括纖維 材料優(yōu)選包括碳纖維的至少一個預(yù)制棒狀物(10)延伸到所述風(fēng)輪才幾葉片 殼體部件(2)的根部(6)附近。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項所述的方法，其特征在于，包括纖維 材料的至少一個預(yù)制棒狀物(10)沿所述緊固件(4)的實質(zhì)縱向部分與所 述緊固件(4)相鄰定位，優(yōu)選地，包括纖維材料的所述預(yù)制棒狀物纟皮拉擠 并包括碳纖維。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，至少兩個被拉擠的 纖維部件(10)沿所述緊固件(4)的實質(zhì)縱向部分與所述緊固件(4)相 鄰定位，優(yōu)選地，被拉擠的纖維部件(10)圍繞所述緊固件(4)布置，使 得所述布置關(guān)于一個或多個物理性能如硬度、E-模數(shù)、對齊度或最終強度 基本對稱。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將表面材料如凝膠涂層涂覆于模具；和/或應(yīng)用避雷裝置如金屬網(wǎng)和 /或避雷電纜，和/或包括纖維材料如玻璃纖維或碳纖維的層的步驟。
14. 根據(jù)權(quán)利要求1-13中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法 還包括將所述緊固件(4)臨時連接到導(dǎo)向裝置(20)的步驟，所述導(dǎo)向裝 置用于在所述制造方法的至少一個步驟期間使所述緊固件(4)相對于至少 一個另外的緊固件(4)對齊，和/或使所述緊固件(4)相對于所述剛性外 部模具對齊。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述另外的緊固件 (4)臨時連接到導(dǎo)向裝置(20)，優(yōu)選地，與所迷緊固件(4)連接到同一導(dǎo)向裝置(20)。
16. 根據(jù)權(quán)利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法還包 括釋放所述緊固件(14)與所述導(dǎo)向裝置(20)之間的臨時連接，并且任 選地從所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)上除去所述導(dǎo)向裝置。
17. 根據(jù)權(quán)利要求14-16中任一項所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo) 向裝置(20)通常是不透氣的，所述導(dǎo)向裝置(20)可設(shè)置成在所述導(dǎo)向 裝置(20)與所述模具(14， 16)中的至少一個之間實現(xiàn)氣密連接。
18. 根據(jù)權(quán)利要求14-17中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊 固件(14)與所述導(dǎo)向裝置(20)的臨時連接包括^f吏所述緊固件的螺紋孔 或螺鄉(xiāng)文桿經(jīng)由所迷導(dǎo)向裝置(20)內(nèi)的孔與螺桿或螺母接合，優(yōu)選地，所 述緊固件(4)的螺紋孔或桿適合于將包括所述風(fēng)輪機殼體部件(2)的所 述風(fēng)輪機葉片連接到所述風(fēng)輪機輪轂上。
19. 根據(jù)權(quán)利要求14-18中任一項所述的方法，其特征在于，所述緊 固件(4)與所述導(dǎo)向裝置(20)的臨時連接是氣密性的，優(yōu)選地，所述氣 密連接包括O形環(huán)。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1-19中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法 還包括以與所述緊固件(4)等電勢連通的方式布置避雷裝置(22)。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其特征在于，所述避雷裝置(22) 與緊鄰所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的根部的所述緊固件(4)等電勢連通。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述等電勢連 通包括設(shè)置用于優(yōu)選通過提供增大的接觸面積而減小所述緊固件(4 )與所 述避雷裝置(22)之間的接觸電阻的閃電傳遞裝置(24)。
23. 才艮據(jù)權(quán)利要求20-22中任一項所述的方法，其特征在于，所述等 電勢連通涉及碳纖維，如碳絨、碳纖維網(wǎng)或碳纖維墊。
24. —種用于制造風(fēng)輪機葉片的方法，該方法包括將通過根據(jù)4又利要 求1-22中任一項所述的方法制造的風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)固定在至少 一個另外的風(fēng)輪機殼體部件以及任選的另外的元件如桁梁或間隔元件，以 形成風(fēng)輪機葉片，所述固定包括化學(xué)裝置如粘合劑，或者機械裝置如緊固 件。
25. —種用于制造風(fēng)輪機葉片的方法，該方法包括固定多個通過根據(jù) 權(quán)利要求1-22中任一項所述的方法制造的風(fēng)輪機葉片殼體部件(2),使 得優(yōu)選通過對齊與每個風(fēng)輪機葉片殼體部件相對應(yīng)的導(dǎo)向裝置(20)來對 齊至少兩個風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的緊固件(4)。
26. —種風(fēng)輪機葉片，該葉片包括風(fēng)輪機葉片殼體部件，該風(fēng)輪機葉片殼體部件上通過固化樹脂連接有 預(yù)制棒狀物(8， 10)，以及在風(fēng)輪機葉片的根部附近嵌入的多個緊固件(4),至少兩個所述緊 固件(4)對齊，以有助于連接到風(fēng)輪機輪轂。
27. 才艮據(jù)權(quán)利要求26所述的葉片，其特征在于，與所述緊固件(4) 相鄰的所述預(yù)制棒狀物的形狀順應(yīng)所述緊固件(4)的輪廓，以便所述緊固 件(4)的實質(zhì)部分被所述預(yù)制棒狀物(8， 10)緊密封閉。
28. 根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的葉片，其特征在于，所述緊固件(4 ) 的總體形狀基本是圓錐形的，并且較大的部分被定向為遠離所述風(fēng)輪機葉 片的根部而指向風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)。
29. 根據(jù)權(quán)利要求26-28中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4)的總體形狀是凹入的。
30. 根據(jù)權(quán)利要求26-29中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4)的總體形狀基本為啞鈴狀。
31. 根據(jù)權(quán)利要求26-30中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4)包括具有垂直于所述緊固件(4)的縱向方向的非圓形橫截面的 部分。
32. 根據(jù)權(quán)利要求26-31中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4 )具有包括在微米到毫米范圍內(nèi)優(yōu)選在10 ji m到lmm范圍內(nèi)的不 規(guī)則性的微觀表面粗糙度。
33. 根據(jù)權(quán)利要求26-32中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4 )具有包括多個在毫米到厘米范圍內(nèi)優(yōu)選在lmm到5cm范圍內(nèi)的 凹部和凸出部的宏觀表面粗糙度。
34. 根據(jù)權(quán)利要求26-33中任一項所述的葉片，其特征在于，所述葉 片還包括與所述緊固件(4)等電勢連通的避雷裝置(22).
35. 根據(jù)權(quán)利要求34所述的葉片，其特征在于，所述避雷裝置(22) 與緊鄰所述風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的根部的所述緊固件(4)等電勢連 通。
36. 根據(jù)權(quán)利要求34或35所述的葉片，其特征在于，所述等電勢連 通包括用于優(yōu)選通過提供增大的接觸面積而減小所述緊固件(4)與所述避 雷裝置(22 )之間的接觸電阻的閃電傳遞裝置(24).
37. 根據(jù)權(quán)利要求34-36中任一項所述的葉片，其特征在于，所述等 電勢連通涉及碳纖維，如碳絨、碳纖維網(wǎng)或碳纖維墊。
38. 根據(jù)權(quán)利要求26-36中任一項所述的葉片，其特征在于，所述緊 固件(4 )包括用于在風(fēng)輪機葉片殼體部件的制造期間連接到所述導(dǎo)向裝置 (20)的螺紋面，所述螺紋面部分適用于將包括所述風(fēng)輪機殼體部件(2)的風(fēng)輪機葉片連接到所述風(fēng)輪機輪轂。
39. 根據(jù)權(quán)利要求26-38中任一項所述的葉片，其特征在于，所述葉 片還包括表面材料，如凝膠涂層；和/或避雷裝置，如金屬網(wǎng)和/或避雷電纜；和/或包括纖維材料如玻璃纖維或碳纖維的層。
40. 根據(jù)權(quán)利要求26-39中任一項所述的葉片，其特征在于，包括纖 維材料優(yōu)選包括碳纖維的至少一個預(yù)制棒狀物(10)延伸到所述風(fēng)輪機葉 片殼體部件(2)的根部(6)附近。
41. 根據(jù)權(quán)利要求26-40中任一項所述的葉片，其特征在于，包括纖 維材料優(yōu)選包括碳纖維的至少一個預(yù)制棒狀物(10)沿所述緊固件(4)的 實質(zhì)縱向部分與所述緊固件(4)相鄰定位，優(yōu)選地，包括纖維材料的所述 預(yù)制棒狀物被拉擠。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的葉片，其特征在于，至少兩個被拉擠的 纖維部件(10)沿所述緊固件(4)的實質(zhì)縱向部分與所述緊固件(4)相 鄰定位，優(yōu)選地，被拉擠的纖維部件(10)圍繞所述緊固件(4)布置，使 得所述布置關(guān)于一個或多個物理性能如硬度、E-模數(shù)、對齊度或最終強度 基本對稱。
43. —種風(fēng)輪機，該風(fēng)輪機包括根據(jù)權(quán)利要求26-42中任一項所述的風(fēng)輪機葉片，以及 包括通過根據(jù)權(quán)利要求1-22中任一項所述的方法制造的風(fēng)輪機葉片 殼體部件(2)的風(fēng)輪機葉片，和/或通過根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法制造的風(fēng)輪機葉片。
44. 根據(jù)權(quán)利要求43所述的風(fēng)輪機的用于能量生成或能量存儲的應(yīng)用。
45. —種導(dǎo)向裝置(20)，該導(dǎo)向裝置(20)用于在風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的樹脂傳遞模塑期間使所述緊固件(4)相對于至少一個另外的緊固件(4)對齊和/或使所述緊固件(4)相對于剛性模具對齊，所述導(dǎo)向裝置包括基本氣密的板狀部件；用于在所述氣密的板狀部件與至少一個緊固件(4)之間實現(xiàn)至少臨 時連接的裝置；以及用于在所述基本氣密的板狀部件與剛性外部模具(14)之間實現(xiàn)至少臨時連接的裝置；其中，所述至少臨時連接中的至少一個是氣密的，以便所述導(dǎo)向裝置 適合于真空輔助的樹脂傳遞模塑，優(yōu)選地，所述兩個至少臨時連接都是氣 密的。
46. —種用于風(fēng)輪機葉片殼體部件的子組件，所述風(fēng)輪機葉片殼體部 件包括連接到根據(jù)權(quán)利要求45所述的導(dǎo)向裝置(20)的多個緊固件(4)， 其中所述緊固件(4)對齊，優(yōu)選地，所述緊固件(4)基本并行地對齊。
47. 根據(jù)權(quán)利要求46的子組件，其特征在于，所述子組件包括圍繞 至少兩個緊固件(4)織造的纖維，優(yōu)選地，所述纖維是干燥的或者浸漬的 纖維束、纖維紗或另一種纖維集合。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種制造在根部附近結(jié)合緊固件(4)的風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的方法。根據(jù)該方法，緊固件4定位在模具(14)內(nèi)，在樹脂注入之前預(yù)制棒狀物(8，10)圍繞緊固件(4)的實質(zhì)縱向部分。此外，提供了一種包括具有緊固件(4)的風(fēng)輪機葉片殼體部件(2)的風(fēng)輪機葉片。最后，提供了一種用于在模制之前使緊固件(4)相對于另外的緊固件和/或相對于模具對齊的導(dǎo)向裝置以及一種包括導(dǎo)向裝置的子組件。
文檔編號F03D1/06GK101102881SQ200480044776
公開日2008年1月9日 申請日期2004年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月29日
發(fā)明者A·貝奇, M·漢考克 申請人:維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司