[發明專利]制造渦輪機葉片的方法、系統、中間部件及渦輪機葉片

無效

• 申請號: 201310048996.9
• 申請日: 2013-02-07
• 公開（公告）號: CN103240891A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: H.施蒂斯達爾;E.沃爾夫
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: B29C70/48
• 分類號: B29C70/48;B29C70/54;B29B11/16;B29L31/08
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 薛峰

發明領域

本發明涉及渦輪機葉片制造領域，更具體地涉及制造用于風力渦輪機和/或水力渦輪機的葉片。

背景技術

渦輪機葉片典型地是通過澆鑄工藝生產出來的。已知有幾種適合的澆鑄工藝。例如，已知通過單獨地模制兩個或更多個部件（諸如上半部和下半部），然后將單獨模制的部件粘合在一起從而形成最終的葉片來生產用于風力渦輪機的葉片。進一步地，如EP?1?310?351?A1中描述的，已經開發出若干制造方法，使得以單個模制件來生產風力渦輪機葉片是可行的。后面的方法也被稱為一體式葉片模制。

上面提到的制造渦輪機葉片的工藝都包括復雜的、勞動密集的步驟，即在注入適當的液體（例如，環氧樹脂）進行固化之前，要將各種層壓材料（諸如干玻璃纖維和/或預處理材料）布置在模具中。這個步驟通常被稱作織物填料（web?packing），其可包括，例如，a）將玻璃纖維或碳纖維墊或織物放置在下半個模具中，以便形成纖維材料外層，b）在所述外層的至少一部分上提供核芯材料（例如輕木或PVC泡沫），和c）用纖維墊或織物的纖維內層覆蓋纖維外層和核芯材料。在布置一個或多個模制核芯元件（其在固化工藝之后可被去掉）之后，次序顛倒地重復執行上面的步驟a）-?c）來執行第二織物填料工藝，從而形成結構的上半部分。最終，上半模具被安裝在結構的頂上，并與下半模具連接，使得在材料層和核芯元件周圍形成閉合的模具。然后通過將環氧樹脂注入到模具中來澆鑄葉片。在此工藝的織物填料步驟中，將各種材料以盡可能避免不出現不期望的片材重疊、波紋等的方式布置在模具中的時候必須十分小心，片材重疊、波紋等可能對最終的渦輪機葉片的形狀、穩定性和整體質量有負面影響。

可以看出，織物填料必然會涉及大量的花費高、耗時的人工勞動，以便滿足所需的質量標準。

可能存在對于制造渦輪機葉片的簡化方式的需要。

發明內容

此需要是通過獨立權利要求的主題來滿足的。本發明的有利實施例在從屬權利要求中描述。

根據本發明的第一方案，提供了一種制造渦輪機葉片（諸如用于風力渦輪機或水力渦輪機的渦輪機葉片）的方法。所提供的方法包括：a）提供伸長核芯，b）用紡織結構包圍所述伸長核芯，c）將由所述紡織結構包圍的所述伸長核芯布置在模具中，d）將所述紡織結構的至少一部分壓靠于所述模具，和e）向所述模具中注入固化劑，以便與所述紡織結構相互作用，從而形成所述渦輪機葉片。

本發明的這一方案是基于這樣的思路，即通過用紡織結構包圍伸長核芯，并將它們布置在模具中，可以省去手工將大量獨立的材料層或材料片布置在模具中的人工密集的、耗費時間的工藝。

所描述的方法允許直接地將由紡織結構包圍的伸長核芯布置在模具中。因此，可以用簡單的步驟（即在模具中布置由紡織結構包圍的伸長核芯構成的預制單元或結構）來取代人力、時間和成本高的織物填料工藝（其涉及在模具中布置、調整大量的各個纖維墊或織物）。

應該說明的是，在某些其它纖維材料要被人工地與由紡織結構包圍的伸長核芯一起布置在模具中的情況下，所描述的方法還可以與傳統的織物填料結合使用。在這種情況下，并未完全避免織物填料，但相關的人工勞動量與純粹的織物填料相比仍被顯著降低。

伸長核芯優選由柔性材料制成。因此，如果在由紡織結構包圍的伸長核芯已被放置在模具中后，在模具中產生了真空，則柔性核芯可能膨脹，進而使紡織結構壓靠于模具，使得可以獲得緊密配合。此效果還可通過以下途徑獲得或被進一步增強，即通過用適當的流體（諸如氣體）使伸長核芯膨脹，或者通過將相對硬的模具型芯體插入到伸長核芯中。

紡織結構優選是由幾種不同纖維材料（諸如玻璃纖維、碳纖維、天然纖維）和間隔件或核芯材料（諸如輕木和PVC泡沫）構成的復雜結構。紡織結構可以表現為形成嵌入在伸長核芯周圍的各種前述材料的空管或套狀結構。預先制造好的紡織結構優選地代表渦輪機葉片的負荷承載元件的至少一部分。紡織結構可以被預先硬化，使得它更易于處理（例如在將紡織結構布置在模具期間）。

模具優選由兩半部分（例如上半部分和下半部分）組成。由紡織結構包圍的伸長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與下半部分連接，以便形成最終（閉合的）模具。

固化劑優選是適當的環氧樹脂或考慮了紡織結構中包含的具體一種或多種纖維材料選擇的液體。