纤维织物层在风力涡轮机叶片的模块中的固定的制作方法
【专利摘要】一种制造风力涡轮机转子叶片的方法被提供。该方法包括以下步骤：?提供限定了转子叶片或其一部分的外形的模具(1)；?在具有至少一个倾斜表面部分的模具(1)的表面上布置多个纤维织物层(2)；?通过将液体树脂注入到模具(1)内将纤维织物层(2)叠合在一起。根据本发明，在将纤维织物层(2)叠合在一起之前利用至少一个机械互锁元件(3)将多个纤维织物层(2)互锁的步骤被执行。本发明还提高包含多个机械互锁元件(3)的丝线(10)、丝网(6)和纤维织物层(2)。
【专利说明】
纤维织物层在风力涡轮机叶片的模块中的固定
技术领域
[0001]本发明涉及一种制造风力涡轮机的转子叶片的方法，以及在风力涡轮机的转子叶片的制造中使用的一种丝线(thread)、纤维织物层和丝网。
技术背景
[0002]风力涡轮机叶片通常由纤维增强复合材料制成，比如玻璃纤维增强环氧树脂塑料或碳纤维增强环氧树脂塑料。流行的制造方法是VARTM或真空辅助树脂传递模塑成型技术，它也可以被用于本发明。多个纤维织物层被放置在模具中形成叠堆。模具被封闭并通过真空栗被抽吸到低压。然后液体树脂被注入该层状叠堆，然后留待固化。固化后，产品从模具被取出并被最终完成。
[0003]当织物层被放入模具后，在真空压力最终巩固并使得所述叠堆稳定之前，单个织物层的硬度帮助稳定织物层在模具的倾斜或垂直表面部分上的布置。因为风力涡轮机叶片已经达到70米的长度且在尺寸方面还继续增大，因此叶片的根部直径也在增大。在用于制造风力涡轮机叶片的模具的根部区域中的侧壁上的增强纤维的叠堆不再受到单个织物层的固有硬度的充分支撑。对于大型叶片而言，在布置和固定织物层方面存在大量的问题，尤其是在倾斜表面上。在某些情况下，在开始叶片的浇注之前，增强材料将朝着模具腔的底部滑动。当叶片被脱模后，纤维织物的布置呈现不规则的，该叶片不得不被修理甚至被弃毁。
[0004]为了克服这个问题，液体粘合剂被应用在织物层之间，从而使织物层粘结在一起并防止它们朝模具的底端滑动。通常，这种粘合剂被喷洒在织物层上。但是，气雾喷洒对职业健康有害，因为粘合剂的挥发性有机化合物比如丙酮。粘合剂还可能含有双酚-A粉末或其他有害的树脂成分。另外，当粘合剂被喷在织物上时，纤维某种程度上也沾上了粘结剂。这在树脂被注入织物层叠堆时可能阻碍树脂的正确流动。
[0005]另一种粘结剂系统使用被称为热熔胶的热塑料。在应用之后，热熔胶导致相邻织物层粘结在一起。但是，当工人通过喷枪应用热熔胶时，存在在某些区域中施用过多的热熔胶以及在某些位置可能形成热塑料薄膜层的风险。因为热塑料层不是可溶于环氧树脂的，所以它不会很好地粘合到树脂，这导致在这种层叠物中分层失败的风险。
【发明内容】
[0006]为了克服前述的一个或多个问题，本发明的第一方面提供一种制造风力涡轮机的转子叶片的方法。该方法包括以下步骤:
[0007]-提供限定了转子叶片或其一部分的外形的模具；
[0008]-在具有至少一个倾斜表面部分的模具的表面上布置多个纤维织物层；以及
[0009]-通过将液体树脂注入到模具内将纤维织物层叠合(laminate)在一起。
[0010]根据本发明，在将纤维织物层叠合在一起之前，利用至少一个机械互锁元件将多个纤维织物层互锁的步骤被执行。
[0011 ]该创新方法是有利的，因为机械互锁元件(例如当设置在相邻纤维织物层之间时)附接到两个相邻纤维织物层的部分织物纤维。通过这种方式，织物层被机械地连接，从而使任何一个织物层都不可能在下面的织物层上滑动。因此，在模具内的织物层叠堆中的织物层的布置可以在后续的叠合过程中被保持，制造的质量和产量将提高。
[0012]但是，机械互锁元件可以由热塑性材料制成，因为机械互锁元件只在层状物的几个离散位置布置，削弱层状物的强健性的热塑料层将不会被形成。
[0013]至少一个机械互锁元件可以设置在纤维织物层内并被一起提供。如果机械互锁元件设置在一个纤维织物层内，则沿纤维织物层散布机械互锁元件的步骤被省略，这导致更快速的制造过程。另外，机械互锁元件的布置能在纤维织物层的制造期间被执行，这保证了机械互锁元件的等间距布置。包含机械互锁元件的纤维织物层能按照需求被切割，通过这种方式被修剪的补片通常将包括与补片的表面积大致成比例的合适数量的机械互锁元件。
[0014]当包含机械互锁元件的纤维织物层被使用时，本发明的方法还可以包括压迫纤维织物层之一的步骤。通过这种方式，设置在纤维织物层之一内的至少一个机械互锁元件的锁定端可以被暴露。多个纤维织物层可以通过将已暴露的锁定端紧固到临近所述纤维织物层之一的纤维织物层被互锁。这提供非常快速的将纤维织物层互锁的方式。
[0015]具体地，所述方法还可以包括在织物层之一的与相邻纤维织物层相对的一侧，将附加的纤维织物层布置到所述纤维织物层之一上，，并且将该附加的纤维织物层紧固到所述的包含至少一个机械互锁元件的纤维织物层之一。纤维织物层的叠堆可以通过交替布置含有机械互锁元件的纤维织物层和不含有机械互锁元件的纤维织物层被容易地形成。
[0016]替代地或额外地，互锁多个纤维织物层的步骤可以包括将至少一个机械互锁元件射入多个纤维织物层，从而以该至少一个机械互锁元件刺穿至少一个纤维织物层。这里，所述机械互锁元件像销钉或销子一样工作，有效地将纤维织物层订在一起。
[0017]然后，被射入的机械互锁元件可以部分地收缩，从而从机械互锁元件上外翻出多个倒钩。所述倒钩钩住织物并锁定层叠物。
[0018]本发明的方法还可以包括将具有多个机械互锁元件的丝线或丝网布置在两个纤维织物层之间的步骤。将多个纤维织物层互锁的步骤可以包括将两个纤维织物层紧固到丝线或丝网的机械互锁元件。这里，丝网包括比围绕网孔的丝线粗得多的网孔。与此相对，纤维织物只具有很小的网孔-根本上如果有的话-并且一般是裸眼不可见的。丝线或丝网作为被机械互锁元件附接的机械互锁元件载体。通过这种方式，机械互锁元件可以以彼此间隔预定距离的方式被提供。因为丝网具有粗网孔，所述丝网几乎不受叠合过程的干扰，从而使纤维织物层的粘合优于现有技术。丝线或丝网可以由热塑性材料制成。
[0019]本发明的方法还包括通过沿坯料的长度方向切割螺旋形坯料来制造多个机械互锁元件的步骤。这提供了大量的可以作为钩子使用的弓形或弧形的机械互锁元件。
[0020]本发明的第二方面提供一种包含多个沿丝线布置且沿至少三个不同的方向从丝线伸出的机械互锁元件的丝线。优选地，所述三个不同方向至少几乎等角度地围绕丝线的长度轴线设置。这保证了总是有至少一个机械互锁元件将锁定到相邻纤维织物层的任意一个。
[0021]本发明的另一个方面提供一种用于制造风力涡轮机转子叶片的纤维织物层，该纤维织物层包括多个沿纤维织物层布置的机械互锁元件。纤维织物层可以被用于本发明的制造方法中。纤维织物层的机械互锁元件可以被嵌入纤维织物层内。
[0022]本发明的再一个方面提供一种包含沿丝网布置的多个机械互锁元件的丝网。机械互锁元件从丝网的两个相对侧伸出。丝网可以被放置在两个纤维织物层之间，并被用于锁定这两个纤维织物层。
[0023]纤维织物层或丝网可以包括布置在织物层或丝网的一侧上的隔离物。该隔离物可以是纸或类似物，并防止机械互锁元件锁定到纤维织物层或丝网自身。使用隔离物，纤维织物层或丝网可以被卷起来并以卷的形式被运输。
[0024]优选地，机械互锁元件由热塑性材料制成，优选地由热塑性聚酯制成。热塑性材料重量轻、便宜，且可能易于加工和制造。
[0025]优选地，机械互锁元件形成为钩子或钉子。所述钩子或钉子可能具有大约0.5到5毫米的长度。钩子或钉子可以具有大约0.1到I毫米的直径。关于钩子所给出的直径是指钩线而不是钩线所形成的弯钩的尺寸。
【附图说明】
[0026]本发明将通过下面的附图被更好地理解，本发明的优选实施例将以示例的方式在附图中被展示。在附图中:
[0027]图1展示了使用本发明的第一实施例所制造的转子叶片的细节；
[0028]图2展示了根据本发明的优选纤维织物层的实施例；
[0029]图3展示了根据本发明的丝网的实施例；
[0030]图4展示了根据本发明被互锁的纤维织物层的叠堆；
[0031]图5展示了根据本发明的丝网的另一种实施例；以及
[0032]图6展示了根据本发明生产的另一个发明。
【具体实施方式】
[0033]图1展示了根据本发明的第一实施例所制造的转子叶片的细节。多个纤维织物层2被放置在模具I中，模具限定了风力涡轮机转子叶片或其一部分的外形。模具I包括倾斜部分，在这里织物层2由于自身重量或相邻织物层2的重量能滑动离位。当织物层2的叠堆被注入液体树脂时，由于织物层2在模具I中的意外移动可能形成变形的转子叶片。
[0034]为了防止这种缺陷，本发明提出通过在彼此间隔的单点处设置机械互锁元件3将织物层2彼此互锁。在图1中，在插入纤维织物层2的叠堆之前和之后的所述机械互锁元件3的一个示例被展示。这里，机械互锁元件3采用的是在插入叠堆期间将刺穿至少一个纤维织物层2的销或栓的形式。销或栓3包括在被插入或被射入的销或栓被轻微地回拉后将与织物层2的纤维织物接合的倒钩4，从而将纤维织物层2互锁。例如，如图1中所示的机械互锁元件3能利用空气压力被射入纤维织物层2。
[0035]图2展示了根据本发明的优选的纤维织物层的实施例。为了避免机械互锁元件3的手工布置，包含多个机械互锁元件3的预制产品可以被使用。一种所述的产品是多个机械互锁元件3被嵌入织物中的纤维织物层2。在左侧，机械互锁元件3被完全埋没在织物中，在右侧，机械互锁元件的锁定端5在织物层2的任一侧上被露出。织物层2可以被制造成同时具有被覆盖的或被露出的机械互锁元件的锁定端。但是，左手侧的配置是优选的。这是因为纤维织物层2可以是可压缩的，例如使用辊子或类似装置被压迫，从而使的机械互锁元件的锁定端5刺穿它们被嵌入的纤维织物层2的(多个)表面。这将如图2中右侧所示那样露出锁定端
5。然后，被露出的锁定端5可以与相邻纤维织物层接合。在图2中，锁定端5采用钩子的形式，但是其他形式也可被使用，比如有或没有倒钩的钉子。
[0036]如果机械互锁元件3被嵌入纤维织物层2，则不需要隔离纸或类似物，同时纤维织物层2可以以被卷起来的方式被运输且在风力涡轮机转子叶片的制造期间被需要时被展开。
[0037]图3展示了根据本发明的丝网6的实施例。丝网6可以具有矩形网孔以及布置在丝网结点处的机械互锁元件3，即在网孔的角上。像三角形或六角形网孔这样的其他结构可以被想到。在风力转子叶片的制造期间，丝网6可以布置在两个相邻纤维织物层2之间。图3中的机械互锁元件3优选地包括至少两个沿相对方向定向的锁定端。例如，金字塔状的四个锁定端的布置或者类似于“杰克刺猬”的六个锁定端的布置可以被使用。这保证了在制造过程期间至少一个锁定端被插入相邻纤维织物层2的任意一个内。
[0038]丝网6的粗网孔不会阻碍液体树脂的流动，从而可以防止在现有技术中能被观察到的分层失败。因为丝网6可以是柔性的，并且机械互锁元件3在运输或操控期间可以相对彼此移动，所述丝网6可以被可释放地附接到在隔离物一侧被施加了轻薄粘合剂或类似物的隔离物。
[0039]图4展示了根据本发明的互锁的纤维织物层的叠堆。多个纤维织物层2布置在模具I内。包含图3或5中所示的机械互锁元件3或丝网6的纤维织物层2被放置在底层纤维织物层和顶层纤维织物层之间。织物层2的叠堆被压在模具I上且机械互锁元件3的锁定端将织物层2彼此紧固。有丝网6被插入中间的其他的多个织物层2可以根据需要被加入。如图1中所示，除了包含机械互锁元件3的丝网6或织物层2以外，像销或栓那样被形成的机械互锁元件3可以被使用。例如，销或栓可以被用于模具I中那些在风力转子叶片的制造过程中非常容易发生纤维织物层2移动的位置，以及丝网或纤维织物层的机械互锁元件所提供的固定度看起来不充足的位置。
[0040]图5展示了根据本发明的丝网6的另一个实施例。丝网6类似于图3中所示的丝网，并且关于图3所描述的内容也适用于图5的实施例，除非有相对的描述。在图5的实施例中，机械互锁元件3被形成为钉。所述钉可以具有任选地包含倒钩的三角形式。例如，所述钉可以类似于鲨鱼齿而被形成。
[0041]图6展示了根据本发明的另一种创新产品。如图所示，本发明的丝网6可以被施加隔离物7并被卷起来。也可能使用包含机械互锁元件的矩形或圆形的丝网补片8，9。本发明还提出一种丝线10，其包含沿丝线10分布的机械互锁元件3。该丝线能以与对于前面由本发明所提供的丝网所描述的相同或相似的方式被使用。
[0042]尽管本发明已经关于它的示例性实施例被展示和描述，但是在不脱离本发明精神和范围的前提下，其中可以在其形式和细节方面的做出各种其他的改变、省略、以及增加。
[0043]虽然本发明已经结合优选实施例被描述，但是其并非旨在将本发明的范围限制为所给出的具体形式，而是相反，其旨在覆盖如可能包括在由所附权利要求所限定的本发明范围内的这些替代、修改、以及等同物。
【主权项】
1.一种制造风力涡轮机转子叶片的方法，该方法包括以下步骤: -提供限定了转子叶片或其一部分的外形的模具(I); -在具有至少一个倾斜表面部分的模具(I)的表面上布置多个纤维织物层(2); -通过将液体树脂注入到模具(I)内将纤维织物层(2)叠合在一起， 其特征在于在将纤维织物层(2)叠合在一起之前利用至少一个机械互锁元件(3)将多个纤维织物层(2)互锁的步骤。2.如前述权利要求的方法，其中，所述至少一个机械互锁元件(3)设置成一起伴随并内置于所述维织物层(2)中的一个。3.如前述权利要求的方法，还包括压迫所述纤维织物层(2中的所述一个，从而使得设置在所述纤维织物层(2)中的所述一个内的所述至少一个机械互锁元件(3)的锁定端(5)暴露，并且通过将露出的锁定端(5)紧固到相邻的纤维织物层(2)而将所述多个纤维织物层(2)互锁。4.如前述权利要求的方法，还包括在所述纤维织物层(2)中的所述一个的与相邻纤维织物层(2)相对的一侧上将附加的纤维织物层(2)布置到所述纤维织物层(2)中的所述一个上，并且将该附加的纤维织物层(2)紧固至包含所述至少一个机械互锁元件(3)的所述纤维织物层(2)中的所述一个。5.如前述权利要求之一的方法，其中，互锁所述多个纤维织物层(2)的步骤包括将至少一个机械互锁元件(3)射入所述多个纤维织物层(2)，从而以所述至少一个机械互锁元件(3)刺穿至少一个纤维织物层(2)。6.前述权利要求的方法，还包括部分地缩回所射入的至少一个机械互锁元件(3)，从而从至少一个机械互锁元件(3)上外翻出多个倒钩(4)。7.如前述权利要求之一的方法，还包括将包含多个机械互锁元件(3)的丝线(10)或丝网(6)布置在所述纤维织物层(2)中的两个之间的步骤，其中将所述多个纤维织物层(2)互锁的步骤包括将所述纤维织物层(2)中的所述两个紧固至所述丝线(10)或丝网(6)的所述机械互锁元件(3)。8.如前述权利要求之一的方法，还包括通过沿坯料的长度方向切割螺旋成形坯料来制造多个机械互锁元件(3)的步骤。9.一种丝线(10)，包含沿所述丝线(10)布置的多个机械互锁元件(3)，机械互锁元件(3)沿至少三个不同的方向从丝线(10)伸出。10.—种用于制造风力涡轮机转子叶片的纤维织物层(2)，所述纤维织物层(2)包括越过所述纤维织物层(2)布置的多个机械互锁元件(3)。11.如前述权利要求的纤维织物层(2)，其中，所述机械互锁元件(3)嵌入纤维织物层(2)内。12.—种丝网(6)，包含越过丝网(6)布置的多个机械互锁元件(3)，所述机械互锁元件(3)从丝网(6)的两个相对侧伸出。13.如权利要求11或12之一的产品(2，6)，还包括布置在所述层(2)或丝网(6)的一侧上的隔离物(7)。14.如权利要求9到13之一的产品(10，2，6)，其中，机械互锁元件(3)由热塑性材料制成，优选地由热塑性聚酯制成。15.权利要求9到14之一的产品(10，2，6)，其中，机械互锁元件(3)形成为钩子或钉子，其具有大约0.5到5毫米的长度和/或大约0.1到I毫米的直径。
【文档编号】B29L31/08GK106042415SQ201610326026
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年2月26日
【发明人】E·格罗夫-尼尔森
【申请人】西门子公司