專利名稱：風力渦輪機葉片的制作方法
技術領域：
本申請大體而言涉及有關于風力渦輪機轉子葉片結構和構造的方法、系統(tǒng)和/或 設備。更具體而言，但并無限制意義，本申請涉及有關于改進的結構配置的方法、系統(tǒng)和/ 或設備和有關于風力渦輪機轉子葉片的翼面(airfoil)的構造方法。
背景技術：
風力渦輪機是將風的動能轉換成機械能的機器。如果該機械能直接由機械使用， 諸如用于抽水或磨麥，那么風力渦輪機可被稱作風車。同樣，如果該機械能還變換成電能， 那么該渦輪機可被稱作風力發(fā)電機或者風力發(fā)電站。風力渦輪機使用以“葉片”形式的一個或多個翼面來生成升力且從給予轉子的移 動空氣俘獲動量。每個葉片通常在其“根部”固定，且然后在徑向“向外”跨越到自由“頂” 端。葉片的前部或“前邊緣”連接首先接觸空氣的葉片的最前點。葉片的后部或“尾邊緣” 是被前邊緣分開的空氣流動在經(jīng)過葉片的吸力表面和壓力表面后再接合的位置?！跋揖€”在 典型空氣流動經(jīng)過葉片的方向連接葉片的前邊緣與尾邊緣。弦線長度簡單地為“弦”。風力渦輪機通常根據(jù)葉片旋轉所繞的豎直軸線或水平軸線分類。一種所謂的“水 平軸線風力發(fā)電機”在圖1中示意性地示出且可購自GE Energy of Atlanta，Georgia，USA。 這種風力渦輪機的特定配置2包括塔架4，塔架4支承具有轉子8的傳動系6，傳動系6由 被稱作“機艙”的保護性封殼覆蓋。葉片10布置于轉子8的一端，在機艙外部，用以驅動齒 輪箱12，齒輪箱12連接到在傳動系6端部的發(fā)電機14以及控制系統(tǒng)16。如在圖2所示的葉片10的截面圖中示出，風力渦輪機葉片通常被配置成具有在殼 體30內(nèi)在翼展方向延伸的一個或多個“翼梁”構件20以承載大部分重量和葉片上的氣動 力。翼梁或翼梁構件20通常被配置成I形梁，具有在兩個凸緣M (被稱作“帽，，或“翼梁 帽”)之間延伸的腹板22，被稱作“抗剪腹板”。翼梁帽M通常固定到殼體30的內(nèi)表面上， 殼體30內(nèi)表面形成葉片的吸力表面和壓力表面?，F(xiàn)代風力渦輪機葉片10變得較大使得即使具有上文所描述的常規(guī)結構特點，它 們?nèi)杂薪Y構缺陷。這些缺陷和與制造大型渦輪機葉片所需的特殊材料相關的成本考慮常常 限制風力渦輪機的大小和/或構造新風電場的可行性。舉例而言，用于大型葉片的常規(guī)殼 體30構造需要夾在”殼體外層38之間的殼體核芯34，如圖3所示。雖然殼體外層38大體 上由纖維玻璃制成，但使用輕木(balsa wood)或pvc材料來提供核芯34，如本領域技術普 通人員所了解的那樣，這是更昂貴的建筑材料。但是，為了葉片具有所需剛度，根據(jù)常規(guī)技 術，殼體核芯34是必需的。應了解缺少足夠剛度的葉片可能會遭受若干性能不足，包括增 加的故障機會、低效、造成塔架碰撞的變形以及其它性能問題。因此，需要一種改進的結構 系統(tǒng)來增強風力渦輪機轉子葉片的剛度、強度和性能，特別是考慮對更大型風力渦輪機的 持續(xù)需要，同時還維持成本效益。此外，還需要制造大型風力渦輪機葉片的改進方法使得可 進一步改進成本效益，同時也生產(chǎn)出高品質(zhì)的終端產(chǎn)品。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本申請描述了一種風力渦輪機的轉子葉片，其包括翼面，翼面包括殼體， 殼體包括置于多個纖維肋條周圍的表皮。纖維肋條可沿著表皮的內(nèi)表面形成交叉的 (crisscrossing)圖案，其包括多個交叉點。本申請還描述了一種風力渦輪機的轉子葉片，其包括翼面，翼面包括殼體，殼體包 括置于多個纖維肋條周圍的表皮。纖維肋條可包括基本上單向纖維的樹脂浸漬線性肋狀結 構(resin-infused linear rib-like structure)。纖維肋條可被配置成包括多個交叉點， 交叉點包括兩個或兩個以上纖維肋條的交點。纖維肋條可被配置成沿著表皮的內(nèi)表面形成重復圖案。通過閱讀優(yōu)選實施例的下文的詳細描述，當結合附圖和所附權利要求來理解時， 本發(fā)明的這些和其它特點將會變得顯而易見。


通過仔細學習下文本發(fā)明的示范性實施例的更詳細的描述，并結合附圖理解，本 發(fā)明的這些和其它特點將會被更全面地理解和了解，在附圖中圖1是常規(guī)風力渦輪機的示意側視圖；圖2是沿著圖1中的弦剖面線II-II所截取的葉片的示意截面圖；圖3是常規(guī)“夾層”殼體設計的剖視圖；圖4是根據(jù)本申請的示范性實施例的肋條加強殼體；圖5是根據(jù)本申請的替代示范性實施例的肋條加強殼體；圖6是根據(jù)本申請的示范性實施例的肋條加強殼體的剖視圖；圖7是根據(jù)本申請的示范性實施例的肋條加強殼體的交叉點的截面圖；圖8是根據(jù)本申請的示范性實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示 意圖；圖9是根據(jù)本申請的示范性實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示 意圖；圖10是根據(jù)本申請的替代實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示意 圖；圖11是根據(jù)本申請的替代實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示意 圖；圖12是根據(jù)本申請的替代實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示意 圖；以及圖13是根據(jù)本申請的替代實施例的肋條加強殼體的制造方法的相關步驟的示意 圖。部件列表風力渦輪機2塔架 4傳動系6轉子8
葉片 10齒輪箱12發(fā)電機14傳動系6控制系統(tǒng)16翼梁構件20殼體 30腹板22凸緣或翼梁帽24殼體核芯34殼體外層38翼面48肋條加強殼體50纖維肋條54表皮56交叉點58不連續(xù)材料62凸翼面模70凹槽 74模/纖維條帶組件76模/纖維條帶/表皮組件78凹翼面模80模/表皮組件82模/表皮/纖維條帶組件83圖案模84纖維條帶/圖案模組件86模/表皮/纖維條帶/圖案模組件90
具體實施例方式通常，如本領域普通技術人員將了解的那樣，通過連接兩個單獨形成的半件來構 造風力渦輪機的葉片，兩個單獨形成的半件在連接時形成翼面。翼面通常是風力轉子葉片 的主體，其與風相互作用以造成旋轉。再次參看附圖，圖4和圖5各示出可用于構造風力渦 輪機葉片10的翼面48的半件，且提供根據(jù)本申請的實施例的肋條加強殼體50的實例。盡 管在附圖中示出為半翼面，應了解本發(fā)明可適用于其中將小于翼面一半構造為單件或者將 多于翼面一半構造為單件的構造技術。如在下文中更詳細地解釋的那樣，肋條加強殼體50 是包括大體上由相交的單向纖維肋條或條帶形成的交叉圖案或網(wǎng)格狀或晶格結構的殼體。 這些單向纖維的延伸肋條或條帶將在本文中被稱作“纖維肋條M”。應了解本發(fā)明的肋條 加強殼體50大體上還包括表皮56，表皮56通常在纖維肋條M上伸展并熔合到纖維肋條 M以完成殼體50。這種表皮56形成與風相互作用的風力渦輪機葉片的空氣動力面。一般6而言，纖維肋條M形成加厚的連續(xù)或半連續(xù)繩索或者肋條狀結構，其向殼體50提供剛度且 支承殼體50的表皮56。在圖4和圖5中，纖維肋條M以虛線示出，這是因為表皮56覆蓋 纖維肋條M。如將在下文中更詳細地討論的那樣，根據(jù)圖4和圖5的示范性實施例，纖維肋條M 可被配置成形成表皮56下方的網(wǎng)格狀或晶格圖案。這種圖案的配置可允許纖維肋條M之 間頻繁相交。在一些實施例中，所形成的圖案可基本上在翼面48的殼體30的整個表面區(qū) 域上(即，在表皮56下方)延伸。在本發(fā)明的肋條加強殼體50的其它可能實施例中，纖維 肋條M可形成相交線的其它配置或設計，其可包括曲線和/或重復的形態(tài)或圖案。另外， 纖維肋條M可僅置于優(yōu)先加強的殼體的某些目標區(qū)域中。在一些實施例中，殼體的目標區(qū) 域可包括翼面基部和翼面的外頂端或頂端。如所陳述的那樣，在所形成的圖案內(nèi)，纖維肋條M可包括許多交叉和相交的曲線 和/或直線。在一些實施例中，纖維肋條M可與弦線成某角度在接近弦向方向上延伸且與 其它纖維肋條M相交，其它纖維肋條M與弦線成不同角度在接近弦向方向上延伸。在根據(jù)本發(fā)明的肋條加強殼體50中，由纖維肋條討所形成的圖案可呈許多 不同形式。舉例而言，如圖4所示，一種優(yōu)選圖案可大體上描述為等網(wǎng)格圖案(isogrid pattern)(即，重復的三角形圖案)。在這種類型的實施例的一些情形中，相交的纖維肋條 54可形成大約60度的角度。在另一優(yōu)選實施例中，如圖5所示，這種優(yōu)選圖案可大體上描 述在正交網(wǎng)格圖案(即，重復的矩形圖案)。在此實施例中，纖維肋條M可以大約90度的 角度交叉且形成矩形。當然，在其它實施例中，重復的三角形或矩形圖案可形成為其它大小 的角度且其它類型的網(wǎng)格或圖案也是可能的，諸如重復的五邊形等。此外，在轉子葉片10/翼面48的設計包括使用翼梁構件20 (如圖2所示)、其它 類似結構構件或其它結構元件的情況下，本領域普通技術人員應了解根據(jù)本發(fā)明的肋條加 強殼體50可容納并合并它們。舉例而言，如上文所述，翼梁構件22大體上包括翼梁帽24， 其固定抗剪腹板22結構構件，抗剪腹板22結構構件穿過翼面的中空內(nèi)部延伸(大體上從 翼面的壓力側延伸到翼面的吸力側)。在這些情況下，翼梁帽M大體上與殼體一體地形成 或經(jīng)由常規(guī)手段固結到殼體的內(nèi)表面上，且抗剪腹板22與翼梁帽M —體地形成或者經(jīng)由 常規(guī)手段固結到翼梁帽M上。無論是什么情況，翼梁帽M和(經(jīng)由翼梁帽M與抗剪腹板 22做出的連接)抗剪腹板22可以若干方式結合本發(fā)明的肋條加強殼體50使用。首先，例 如，纖維肋條M可被配置成使得它們止于表皮56內(nèi)表面上翼梁帽M所在的位置。即，翼 梁帽M所在的區(qū)域保持打開，且翼梁帽M可在此打開位置以常規(guī)方式與表皮56 —體地形 成或者粘附到外表面56上。其次，例如，可整合翼梁帽M與纖維肋條M。能有若干整合可 能性。在一種可能性中，將組合翼梁帽M與將在表皮56上相交翼梁帽M的位置的任何纖 維肋條54。在此情況下，例如，翼梁帽24(其在一些情形中也可由纖維層制成)可在構造期 間配置使得其與相交的纖維肋條M相鄰或交織使得翼梁帽M和纖維肋條M在樹脂浸漬 過程中變得牢靠地連接。在用于整合翼梁帽M與纖維肋條M的另一替代方案中，在纖維 肋條M已在表皮56上形成之后，可根據(jù)常規(guī)方法將翼梁帽M附裝到纖維肋條M上(即， 經(jīng)由機械手段或粘合劑或類似物)。在此情況下，翼梁帽M也可仍附裝到表皮56的部分上 以及與一個或多個肋條M做出連接。用于整合翼梁帽M與纖維肋條M的又一替代方案 是修改一個或多個纖維肋條M的適當位置的部段(例如，使纖維肋條的部段加厚或擴大)7使得纖維肋條討的修改的部段也可充當翼梁帽。在此情況下，也可在兩個或兩個以上的纖 維肋條M的相交處進行修改。本領域普通技術人員應了解的是，存在可整合翼梁帽M與 纖維肋條M的其它可能方式。因此，雖然本申請集中于纖維肋條M和其配置、制造和其與 表皮56做出的連接以形成肋條加強50殼體，但本領域普通技術人員應了解其它常規(guī)結構 元件(諸如翼梁構件20)仍可使用且方便地合并于本發(fā)明的肋條加強殼體50內(nèi)。圖6示出根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例的肋條加強殼體50的截面圖，其中纖維肋條 M熔合到表皮56上。如圖所示，纖維肋條M在表皮56下面并支承表皮56以形成肋條加 強殼體50。應了解纖維肋條M沿著表皮56的內(nèi)表面延伸，且因此纖維肋條M定位于最終 構造的翼面的基本上中空內(nèi)部。在圖6中參考若干尺寸。這些尺寸包括表皮厚度，其被參考為“st” ；纖維肋條 寬度，其被參考為“fsw” ；以及，纖維肋條厚度，其被參考為“fst”。所有這些可指平均測 量。盡管在所描述范圍之外的實施例也是可能的，但已確定如果肋條加強殼體50被設計成 使得在這些尺寸之間維持特定比例，那么可提高肋條加強殼體50的剛度和其它性能特征。 因此，在某些實施例中平均表皮厚度與平均纖維肋條寬度的比例(即，st/fsw)的比可在 大約0. 01與0. 2之間；平均表皮厚度與平均纖維肋條厚度的比例(即，st/fst)可在大約 0. 05與1. 0之間；以及，平均纖維肋條厚度與平均纖維肋條寬度的比例(即，fst/fsw)在 大約0. 1與1. 0之間。更優(yōu)選地，在其它實施例中平均表皮厚度與平均纖維肋條寬度的 比例(即，St/fsw)可在大約0. 05與0. 1之間；平均表皮厚度與平均纖維肋條厚度的比例 (即，st/fst)可在大約0. 2與0. 5之間；以及，平均纖維肋條厚度與平均纖維肋條寬度的比 例(即，fst/fsw)在大約0. 2與0. 8之間。應了解由纖維肋條M形成的網(wǎng)格或圖案大體上包括多個交叉點58，如在本文中 所用的交叉點是指兩個或兩個以上的纖維肋條M的交點。在大多數(shù)情況下，該圖案提供 纖維肋條M規(guī)則地相交且常常在表皮56表面上。如在下文中更詳細地描述的那樣，交叉 點58可包括若干層材料的交織，在一些優(yōu)選實施例中，這些材料構成纖維肋條M中的每一 個。因此，例如，在交叉點58包括兩個纖維肋條M(第一纖維肋條與第二纖維肋條)的交 點的情況下，纖維肋條可被構造成使得通過交叉點58的部段，自第一纖維肋條的纖維層的 放置與自第二纖維肋條的纖維層的放置交替。這種配置大體上提供至少一個優(yōu)點在相交 的纖維肋條之間的連接增強且剛度更強。在一些實施例中，構成纖維肋條M的所有若干纖維層都可延伸穿過網(wǎng)格交叉點 58。即，用于相關纖維肋條58中每一個的纖維層不中斷地延伸穿過交叉點58。應了解，在 這些實施例中，此將造成纖維在交叉點58處累積，導致交叉點58具有比交叉點58之間的 纖維肋條M的厚度顯著增加的纖維厚度。在本發(fā)明的一些實施例中，在不希望交叉點58處的累積的情況下，可通過減小網(wǎng) 格交叉點58處一些或所有纖維肋條M的厚度來減小或排除增加的厚度。在另一替代實施 例中，可通過交替地放置連續(xù)纖維層與不連續(xù)纖維層來減少或排除累積或增加的厚度，即， 大約一半纖維肋條層58將延伸穿過交叉點58且大約一半纖維肋條層將不延伸穿過交叉點 58。當然，可操縱延伸穿過交叉點58的纖維肋條的百分比使得在交叉點58處基本上不出 現(xiàn)增加的厚度或者在交叉點58處出現(xiàn)所需水平的增加或減小厚度。在這種類型的實施例 中，不延伸穿過交叉點58的纖維肋條M可由另一材料替換，諸如泡沫，輕木、PVC、PU泡沫或者其它類似材料。如圖7所示，一般而言，連續(xù)纖維層61將被配置成占據(jù)在纖維肋條M 內(nèi)的位置且在交叉點58之間延伸且穿過交叉點58。但是，不連續(xù)材料層62 (其可由上文所 列出的相同纖維或材料制成)將止于交叉點58。以此方式，能以更具成本效益的方式構造 網(wǎng)格且避免在交叉點58處不希望的材料累積。在替代實施例中，可避免在交叉點處的累積同時也避免使用不連續(xù)材料層62。應 了解使用不連續(xù)的材料層62，雖然在一些方面是有利的，但大體上會不利地影響所構造的 翼面剛度或性能。通過使纖維層交錯使得大部分纖維層延伸穿過至少一個交叉點(或者， 在一些情形中，兩個交叉點)，可避免在交叉點處的累積且剛度維持在基本上接近纖維層全 都連續(xù)的剛度水平且交叉點累積將不會造成問題且顯著地優(yōu)于大量使用不連續(xù)材料層62 的情況。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，纖維肋條M可由組合了環(huán)氧樹脂、聚酯或乙烯基 酯的樹脂或者熱固性塑性樹脂的纖維玻璃的單向條帶或層構成。如本文所用的單向纖維層 包括其中至少大部分纖維在基本上相同方向對準的纖維材料。在其它實施例中，纖維肋條 M可由組合了環(huán)氧樹脂、聚酯或乙烯基酯的樹脂或熱固性塑性樹脂的碳粗紗、墊或預浸料 構成。表皮56可由與纖維肋條M相同材料制成且利用上文所列出的樹脂材料中的任何材 料粘附到纖維肋條M上。纖維肋條M也可由單種材料，諸如纖維玻璃制成。在其它實施 例中，可使用不同材料的組合來形成混合結構。在這種類型的實施例中，例如，可使用纖維 玻璃與低密度泡沫(如PVC)或輕木的組合來構造纖維肋條54。如上文所述的那樣，在一些 實施例中，在兩個或兩個以上的纖維肋條M相交的網(wǎng)格的交叉點58，可使形成混合結構的 交替材料層不連續(xù)(即，使材料層不延伸穿過交叉點58)。以此方式，可維持所需厚度，如圖 7所示。纖維肋條M形成肋條加強殼體30的部分的圖案或配置可呈許多不同形式。另外， 如先前所示，在優(yōu)選實施例中，纖維肋條討的配置可形成基本上重復的圖案。舉例而言，如 圖4和圖5所示，優(yōu)選實施例包括重復矩形的形狀或三角形的形狀。其它形狀也是可能的。 這種重復圖案的大小也可是不同的。但是，已發(fā)現(xiàn)某些大小范圍具有提高性能的能力。重 復圖案的大小可關于翼面長度來表達?？擅枋鲞@種情況的一種方式是比較封入翼面表面上 大體上重復的圖案或形狀所需圓的近似大小(即，需要圓剛好環(huán)繞(例如)重復的矩形或 三角形)。在一些優(yōu)選實施例中，封入重復圖案所需近似圓的直徑與翼面長度的比例(即， (圓直徑)/ (翼面長度))在大約0. 02與0. 2之間。更優(yōu)選地，封入重復圖案所需近似圓的 直徑與翼面長度的比例在大約0. 04與0. 1之間。本發(fā)明的若干實施例包括纖維肋條M不連續(xù)或終止的至少一些位置。舉例而言， 纖維肋條M可止于翼面邊緣，或者，在一些實施例中(如上文所討論)，止于翼梁帽M所在 的位置以及其它位置。在一些實施例中，纖維肋條討可隨著其到達終點而逐漸縮小使得其 具有錐形端部。即，纖維肋條M可為錐形使得其截面積逐漸減小直到其到達終點。錐形端 部可為優(yōu)選的，因為避免了應力集中于終點。本申請還包括可有效地且具成本效益地制造具有上述性質(zhì)的肋條加強殼體以及 其它類似結構的方法?，F(xiàn)參看圖8至圖13，這些方法可包括使用不同過程來共浸漬表皮56 與纖維肋條M，以配置表皮56與纖維肋條M從而實現(xiàn)所需布置。在描述這些制造方法中， 雖然用于纖維肋條M的材料將大體上被稱作“纖維”，但應了解可使用上文所述材料中的任何材料或者任何類似材料。另外，雖然用于浸漬纖維肋條M和表皮56的樹脂材料大體 上被稱作“樹脂”，但應了解可使用上文所述材料中的任何樹脂或者類似類型的材料。如圖8和圖9所示，第一方法涉及使用陽或凸翼面模70。凸翼面模70大體上包括 渦輪機葉片10的翼面48的形狀或近似形狀。更特定而言，在一些實施例中且如圖所示，凸 翼面模70可包括半翼面形狀，其對應于預期建置的最終構造的渦輪機葉片的翼面。凸翼面 模70可具有形成于其表面中的凹槽74，凹槽74呈預期形成于所構造的翼面上的纖維肋條 M的圖案、網(wǎng)格、設計或配置(在下文中稱為“圖案”)的形狀。作為本申請的方法的部分，可通過將纖維材料放置或鋪設于凹槽74中來形成纖 維肋條M，如圖8所示。即，凹槽74可被填充纖維材料。應當指出的是在這些實例中所示 的圖案故意較大從而更容易地觀察和理解過程步驟。與前文描述中任何描述一致的圖案也 可由本方法以及下文所述的其它方法采用。在一些實施例中，纖維肋條M可成層地放置于 凹槽74中。即，離散的纖維材料層可鋪設于凹槽中直到填充了凹槽。如所陳述的那樣，纖 維可為單向纖維。當鋪設于凹槽中時，單向纖維層的縱向軸線大體上與凹槽的縱向軸線對 準。雖然在某些實施例中，可在不使用單獨纖維層的情況下鋪設纖維肋條M，但是使 用單獨纖維層允許纖維肋條在交叉點58交織的可能性。這種層交織可增強交叉點處纖維 肋條M之間所做的連接，由此可提高所構造的翼面的剛度特征。而且，在一些情況下，可在 交叉點58使一定百分比的纖維層不連續(xù)從而避免在交叉點58處不希望的厚度累積，或者 可引入另一材料使得纖維肋條討具有混合材料，如上文所述。也可在此進行上文所討論的 其它替代方案。如所陳述的那樣，纖維肋條M可包括沿著凹槽的縱向軸線對準的單向纖 維。定位纖維層或其它材料從而填充凹槽的過程可被稱作纖維“鋪設”。一旦完成了凹槽74 內(nèi)的纖維鋪設且凹槽基本上根據(jù)需要填充了纖維，所得到的組件將看起來如圖8所示。這 種組件可被稱作模/纖維肋條組件76，大體上包括凸翼面模70，其中凹槽74以所需方式填 充纖維?，F(xiàn)參看圖9，現(xiàn)可在模/纖維肋條組件76上放置或伸展表層或表皮56。如所陳述 的那樣，表皮56可由纖維玻璃或其它類似材料制成。在一些實施例中，表皮56可為與纖維 肋條討中所用纖維材料相同的材料。盡管在圖9中僅示出一層表皮56，但應了解也可優(yōu)選 地使用多層來構造表皮56。另外，表皮56可以較小部段放置于模/纖維肋條組件76上，這 些較小部段不能覆蓋翼面48的整個表面積。表皮56可在模/纖維肋條組件76上伸展和 放置使得表皮56與纖維肋條M接觸。一旦將所有需要的表皮層56施加和/或裝配就位， 就形成可被稱作模/纖維肋條/表皮組件78的組件。模/纖維肋條/表皮組件78在圖9 中以反角示出且大體上包括填充纖維且被表皮層覆蓋的凸模70。繼續(xù)該方法，可使得所構造的模/纖維肋條/表皮組件78準備進行樹脂浸漬。在 浸漬過程中，模/纖維肋條/表皮組件78可根據(jù)常規(guī)方法利用樹脂進行浸漬使得纖維肋 條54(和包含于其中的纖維層)和表皮56變成整體肋條加強殼體50。樹脂浸漬可包括標 準作法，諸如鋪設通氣孔(breather)、泄放孔(bleeder)、穿孔或非穿孔的釋放膜、壓力襯 墊、流動介質(zhì)、樹脂入口、真空出口端口以及其它結構。實際的樹脂浸漬可使用任何標準或 常規(guī)樹脂浸漬來進行，其可包括樹脂傳遞模制，樹脂浸漬模制，真空輔助或壓力輔助樹脂浸 漬技術以及類似技術。
一旦完成了浸漬過程，就允許固化新形成的殼體，從而形成肋條加強殼體。如本 領域普通技術人員將了解的那樣，固化時間可取決于樹脂類型和葉片殼體厚度。在固化之 后，肋條加強的葉片殼體可從凸模脫模且準備修整和最后組裝，其可包括其它常規(guī)方法和 設備，如本領域技術人員所了解的那樣?，F(xiàn)參看圖10至圖13，示出了根據(jù)本申請的示范性實施例的替代制造方法。這種示 范性方法涉及使用陰或凹翼面模80。凹翼面模80可提供渦輪機葉片10的翼面48的整體 形狀。更特定而言，在一些實施例中且如圖所示，凹翼面模80可包括對應于預期構造的渦 輪機葉片的翼面形狀的一半。如所陳述的那樣，在此制造方法中，肋條加強殼體的制備使用凹模80，如圖10所 示。作為最初步驟，將表皮56設于翼面模80內(nèi)所需或預定厚度。這可成片或以更小部段 進行。即，類似于上述方法，這可包括鋪設構成最終構造的表皮56的若干獨立層。一旦將 實現(xiàn)了表皮56的所需厚度，就形成可被稱作模/表皮組件82的組件，也如圖10所示。這 種組件82基本上包括凹模80和覆蓋凹模80內(nèi)的凹表面的表皮56?！┬纬闪四?表皮組件82，然后纖維肋條M就可以所需圖案定位于模80內(nèi)的 表皮56上，如圖11所示。根據(jù)這個過程的示范性實施例，以所需圖案定位和配置纖維肋條 M可以下文緊接著描述的兩個過程來進行。在第一過程中，纖維肋條M可用手或其它方法直接鋪設于凹翼面模80中先前鋪 設的表皮56上。在此情況下，可使用模板或引導標記(未圖示)來輔助纖維肋條M的鋪 設從而實現(xiàn)所需網(wǎng)格或圖案。如本領域普通技術人員將了解的那樣，預制的模板可放置于 表皮56上，表皮56覆蓋模80和以所需方式放置于模板周圍或模板上的纖維層。在其它實 施例中，預制模板可用于在模/表皮組件82上做出弓丨導標記。然后可移除模板且依據(jù)弓I導 標記放置纖維層。在另一實施例中，鋪設于模80內(nèi)的表皮56可具有預制標記用于此目的。一旦根據(jù)需要將纖維層配置于模/表皮組件82的表皮M上，所構造的組件就可 被稱作模/表皮/纖維肋條組件83，如圖11所示。然后模/表皮/纖維肋條組件83可利 用樹脂浸漬使得纖維肋條討(和包含于其中的纖維層)和表皮56變成整體的殼體。如之 前所述的那樣，樹脂浸漬過程可是使用標準制備作法開始，諸如鋪設通氣孔、泄放孔、穿孔 或非穿孔的釋放膜、壓力襯墊、流動介質(zhì)、樹脂入口、真空出口端口以及其它結構。實際的樹 脂浸漬可使用任何標準或常規(guī)樹脂浸漬來進行，其可包括樹脂傳遞模制，樹脂浸漬模制，真 空輔助或壓力輔助樹脂浸漬技術以及類似技術。一旦完成了浸漬過程，就允許固化新形成的殼體，從而形成根據(jù)本申請的實施例 的肋條加強殼體50。固化時間取決于樹脂類型和葉片殼體厚度。固化之后，肋條加強的葉 片殼體可從凹模脫模且準備修整和最后組裝，其可包括其它常規(guī)方法和設備，如本領域普 通技術人員所了解的那樣。如同上文所用的凸模，可多于一次使用凹模。在圖12和圖13所示的第二過程中，使用不同的方法來鋪設或定位纖維肋條討從 而在表皮56上形成所需圖案。這種方法包括使用第二模，第二模在本文中被稱作圖案模 84。圖案模84在以下方面類似于凸翼面模70 其是凸出的且包括凹槽74，凹槽74形成所 需的纖維肋條M圖案。圖案模84可由剛性材料制成，諸如復合或塑料材料。在其它實施 例中，圖案模84可由更柔性材料制成，諸如彈性體或硅橡膠型材料。如所陳述的那樣，圖案 模84具有形成于其凸外表面內(nèi)的凹槽74，在凹槽74中可將纖維肋條M有效地配置為所需圖案。應了解圖案模84的外表面可基本上與模/表皮組件82的內(nèi)表面輪廓相匹配。如同 本文所述的其它實施例，纖維肋條M的鋪設可包括使纖維層在交叉點58交織。也可采用 上文所討論的其它替代方案。在圖案模84上完成纖維肋條M的鋪設之后，形成可被稱作 纖維肋條/圖案模組件86的組件，如在圖12中示出。纖維肋條/圖案模組件86大體上包 括以所需方式填充了纖維材料的圖案模84。如圖13所示，一旦完成了纖維肋條/圖案模組件86，該組件86就可定位于模/表 皮組件82內(nèi)，從而形成可被稱作模/表皮/纖維肋條/圖案模組件90的組件，如圖13所 示。以此方式，纖維肋條M的構造的所需圖案可被轉移到其中已放置了表皮56的凹翼面 模80。然后模/表皮/纖維肋條/圖案模組件90可利用樹脂浸漬使得纖維肋條M (和 包含于其中的纖維層)和表皮56變成整體的殼體30。如之前所述的那樣，樹脂浸漬過程可 使用標準制備作法開始，諸如鋪設通氣孔、泄放孔、穿孔和非穿孔的釋放膜、壓力襯墊、流 動介質(zhì)、樹脂入口、真空出口端口以及其它結構。實際的樹脂浸漬可使用任何標準或常規(guī)樹 脂浸漬來進行，其可包括樹脂傳遞模制，樹脂浸漬模制，真空輔助或壓力輔助樹脂浸漬技術 以及類似技術。一旦完成了浸漬過程，就允許固化新形成的殼體，從而形成根據(jù)本發(fā)明的實施例 的肋條加強殼體50。固化時間取決于樹脂類型和葉片殼體厚度。在固化之后，肋條加強的 葉片殼體可從凹模80和/或圖案模84脫模，然后準備修整和最后組裝，其可包括其它常規(guī) 方法和設備，如本領域普通技術人員所了解的那樣。如同前面所用的凸模70，可多于一次使 用凹模80和圖案模84。在操作中，根據(jù)本發(fā)明具有肋條加強殼體50的風力轉子葉片大體上由于交叉的 肋條圖案所造成的多負荷路徑而展示出改進的損傷容限，特別是考慮通過省略殼體核芯34 可能造成的材料成本降低。另外，具有根據(jù)本發(fā)明的肋條加強殼體50的轉子葉片大體上提 供關于頂端偏轉剛性更強的結構(由于肋條加強殼體50固有地更高的面內(nèi)比(in-plane specific)剛度)。因此，在操作中，轉子葉片大體上提供關于偏轉限度更高的安全裕度且 提供更有利的聲環(huán)境，這是因為網(wǎng)格結構的自然頻率大體上高于常規(guī)“夾層”設計的自然頻 率。在一些情形下，可需要肋條加強殼體50，盡管葉片性能保持相同(即，并不高于常 規(guī)葉片)。這是因為(如所陳述的那樣)，具有肋條加強殼體的葉片大體上排除了對昂貴核 芯材料(諸如輕木)的需要。最后，由于肋條結構化的葉片殼體剛度更強，葉片翼梁帽的厚 度(即，吸收副翼向彎矩的葉片部件)可顯著地減少，這大體上導致更輕的葉片和材料的進一步節(jié)省。如本領域普通技術人員應了解的那樣，上文關于若干示范性實施例所描述的許多 可變的特點和配置還可選擇性地用于形成本發(fā)明的其它可能實施例。為了簡要起見且考慮 本領域普通技術人員的能力，并未詳細地提供或討論所有可能迭代，但所附的若干權利要 求或其它等效物涵蓋的所有組合和可能的實施例預期為本申請的部分。此外，從本發(fā)明的 若干示范性實施例的上文描述，本領域技術人員將認識到改進、變化和修改。在本領域內(nèi)的 這些改進、變化和修改預期也涵蓋于所附的權利要求中。另外，顯然前文的描述僅關于本申 請所描述的實施例且在不偏離由所附的權利要求和其等效物所限定的申請的精神和范圍12的情況下可對本發(fā)明做出許多變化和修改。
權利要求
1.一種用于風力渦輪機的轉子葉片，所述轉子葉片包括翼面(48)，其包括殼體(50)，所述殼體(50)包括安置于多個纖維肋條(54)周圍的表 皮(56)；其中，所述纖維肋條(54)沿著所述表皮(56)的內(nèi)表面形成交叉的圖案，所述圖案包括 多個交叉點(58)。
2.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)包括單向纖維的 加厚的條帶，且所述交叉點(58)包括兩個或兩個以上的纖維肋條(54)的交點。
3.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)基本上為線性的， 且被配置成使得形成重復的等網(wǎng)格圖案和重復的正交網(wǎng)格圖案之一。
4.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)包括加厚的連續(xù) 的肋狀結構，所述肋狀結構被配置成向所述殼體(50)提供支承和剛度，且所述表皮(56)包 括轉子葉片的空氣動力面。
5.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述圖案包括近似網(wǎng)格。
6.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)中的至少一些與 所述翼面(48)的弦線成第一角度在接近弦向方向上線性地延伸且與所述纖維肋條(54)的 其它纖維肋條相交，所述其它纖維肋條(54)與所述翼面(48)的弦線成第二角度在接近弦 向方向上延伸。
7.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述殼體(50)包括對應于所述表皮(56)的近似平均厚度的表皮厚度，對應于所述纖 維肋條(54)的近似平均寬度的纖維肋條(54)寬度，以及對應于所述纖維肋條(54)的近似 平均厚度的纖維肋條(54)厚度；所述殼體(50)被配置成使得所述表皮厚度與所述纖維肋條(54)寬度的比在大約0. 01 與0.2之間；所述殼體(50)被配置成使得所述表皮厚度與所述纖維肋條(54)厚度的比在大約0. 05 與1.0之間；以及所述殼體(50)被配置成使得所述纖維肋條(54)厚度與所述纖維肋條(54)寬度的比 在大約0. 1與1.0之間。
8.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)中的至少兩個各 包括多個纖維層。
9.根據(jù)權利要求8所述的轉子葉片，其特征在于，所述交叉點(58)中的至少一個包括 兩個或兩個以上的相交纖維肋條(54)的纖維層的交織。
10.根據(jù)權利要求8所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)中的至少一些包 括止于所述交叉點處的不連續(xù)的材料層(62)；以及包括不連續(xù)材料層(62)的纖維肋條(54)與交替的層進行配置，所述交替的層包括與 不連續(xù)材料層(62)交替的纖維層。
11.根據(jù)權利要求8所述的轉子葉片，其特征在于多個纖維肋條(54)包括沿著所述纖維肋條的部分長度延伸的不連續(xù)纖維層；以及所述不連續(xù)纖維層的終止以預定方式交錯使得基本上所有不連續(xù)纖維層延伸穿過至 少一個交叉點。
12.根據(jù)權利要求11所述的轉子葉片，其特征在于，所述不連續(xù)層的終止的交錯被配 置成使得在大部分交叉點維持所需厚度。
13.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)包括纖維玻璃、碳粗紗、墊和預浸料中的至少一種； 所述表皮(56)包括纖維玻璃、碳粗紗、墊和預浸料中的至少一種；以及 所述樹脂包括環(huán)氧樹脂、聚酯、乙烯基酯和熱固性塑料樹脂中的至少一種。
14.根據(jù)權利要求1所述的轉子葉片，其特征在于，所述纖維肋條(54)和所述表皮 (56)包括相同材料。
全文摘要
本申請涉及一種風力渦輪機葉片。其中，一種風力渦輪機的轉子葉片包括翼面(48)，該翼面(48)包括殼體(50)，該殼體(50)包括安置于多個纖維肋條(54)周圍的表皮(56)。該纖維肋條(54)可包括基本上為單向纖維的樹脂浸漬線性肋條狀結構。該纖維肋條(54)可被配置成包括多個交叉點，該交叉點(58)包括兩個或兩個以上纖維肋條(54)的交點。該纖維肋條(54)可被配置成沿著該表皮(56)的內(nèi)表面形成重復圖案。
文檔編號F03D1/06GK102052236SQ201010539369
公開日2011年5月11日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2009年10月30日
發(fā)明者J·馬修斯 申請人:通用電氣公司