風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片（114）的方法，在一個(gè)實(shí)施例中，包括以下步驟：提供一個(gè)芯體（120），在該芯體上敷設(shè)至少一層增強(qiáng)表層（126）從而形成一個(gè)葉片子組件（131）。增強(qiáng)表層各由一層增強(qiáng)纖維構(gòu)成。該方法還包括：敷設(shè)一層微孔膜（128）包覆該至少一層增強(qiáng)表層，敷設(shè)一層真空膜，包覆該微孔膜，將聚合物樹(shù)脂引入到芯體上，在該葉片子組件內(nèi)造成真空，灌注樹(shù)脂使它通過(guò)該芯體和該至少一層增強(qiáng)表層，及使樹(shù)脂硬化從而形成轉(zhuǎn)子葉片；其中所述的提供芯體包括，提供具有多條溝槽的芯體，以允許該樹(shù)脂流過(guò)該芯體。
【專(zhuān)利說(shuō)明】風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總的涉及風(fēng)渦輪，尤其涉及利用微孔膜制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近來(lái)，風(fēng)渦輪作為環(huán)境安全、費(fèi)用較省的可替代能源日益受到人們的注意。由于增長(zhǎng)的關(guān)注，人們?cè)飨喈?dāng)大的努力來(lái)研發(fā)可靠而有效的風(fēng)渦輪。
[0003]一般來(lái)說(shuō)，風(fēng)渦輪包括一個(gè)具有多個(gè)葉片的轉(zhuǎn)子。該轉(zhuǎn)子裝在一個(gè)位于桁架或管塔頂部的殼體或機(jī)艙上。公用類(lèi)的轉(zhuǎn)子(即用來(lái)供電到公用電網(wǎng)的風(fēng)渦輪)能具有巨大的轉(zhuǎn)子(例如直徑為30米或以上)。轉(zhuǎn)子上的葉片將風(fēng)能轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)矩或力以此來(lái)驅(qū)動(dòng)通過(guò)齒輪箱可旋轉(zhuǎn)地聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上或直接聯(lián)接到轉(zhuǎn)子上的一臺(tái)或多臺(tái)發(fā)電機(jī)。該齒輪箱如果存在，可將渦輪轉(zhuǎn)子原有的低轉(zhuǎn)速提高后供給發(fā)電機(jī)以便有效地將機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)轲佀偷焦秒娋W(wǎng)內(nèi)的電能。
[0004]已知的風(fēng)渦輪葉片是用樹(shù)脂灌注到纖維包扎的芯體內(nèi)制成的。其時(shí)使用一層分配篩來(lái)將樹(shù)脂輸送到芯體材料內(nèi)。通過(guò)在該分配篩內(nèi)的破裂來(lái)控制注入流體的前沿，該分配篩需要準(zhǔn)確的定位以便得到所需的結(jié)果。而且，該分配篩是連同被留在該篩內(nèi)的每平方米約650克的樹(shù)脂被舍棄的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個(gè)方面提供的制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，包括提供一個(gè)芯體并在其上敷設(shè)至少一層增強(qiáng)表層以便形成葉片子組件的步驟。增強(qiáng)表層都由增強(qiáng)纖維層構(gòu)成。該方法還包括敷設(shè)一層微孔膜包覆該至少一層增強(qiáng)表層，敷設(shè)一層真空膜包覆該微孔膜，將聚合物樹(shù)脂引到芯體上，在葉片組合件上造成真空使樹(shù)脂灌注透過(guò)該芯體并透過(guò)該至少一層增強(qiáng)表層，及使樹(shù)脂硬化而形成轉(zhuǎn)子葉片。
[0006]本發(fā)明的另一個(gè)方面提供的制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，該方法包括提供一個(gè)芯體并在其上敷設(shè)至少一層增強(qiáng)表層以便形成葉片子組件，并將該葉片子組件定位于模中的步驟。增強(qiáng)表層都由增強(qiáng)纖維層構(gòu)成。該方法還包括敷設(shè)一層微孔膜包覆該至少一層增強(qiáng)表層，敷設(shè)一層真空膜包覆該微孔膜，將聚合物樹(shù)脂引到芯體上，在葉片組合件上造成真空使樹(shù)脂灌注透過(guò)該芯體并透過(guò)該至少一層增強(qiáng)表層，及使樹(shù)脂硬化而形成轉(zhuǎn)子葉片。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1為一風(fēng)渦輪示例性結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)略側(cè)視圖。
[0008]圖2為圖1中所示風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的簡(jiǎn)略側(cè)視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0009]下面詳述利用微孔膜制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法。微孔膜阻止樹(shù)脂通過(guò)但允許氣體通過(guò)。這樣便可在整個(gè)轉(zhuǎn)子葉片上造成真空而不是像在已知的方法中那樣僅在周邊上造成真空。微孔膜還可便于控制液流前沿并消除樹(shù)脂流的任何尾跡。制造周期和工時(shí)都可減少，連同減少的還有制造過(guò)程中消耗材料的費(fèi)用。使用微孔膜還可提高葉片質(zhì)量，例如，較低的空隙含量和優(yōu)化的增強(qiáng)纖維對(duì)樹(shù)脂的比率。
[0010]參閱附圖，圖1為一具有水平軸線(xiàn)的風(fēng)渦輪100的側(cè)立面略圖。該風(fēng)渦輪100包括一個(gè)從支承表面104升起的塔102、一個(gè)裝在塔102的座架108上的機(jī)艙106、和一個(gè)聯(lián)接到機(jī)艙106上的轉(zhuǎn)子110。轉(zhuǎn)子110包括一個(gè)轂部112和多個(gè)聯(lián)接到轂部112上的葉片114。在該示例性實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子110包括三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片114。在一可替代的實(shí)施例中，轉(zhuǎn)子110包括多于或少于三個(gè)轉(zhuǎn)子葉片114。在該示例性實(shí)施例中，塔102由鋼管制成并包括一個(gè)在支承表面104和機(jī)艙106之間延伸的空腔。在一可替代的實(shí)施例中，塔102為一格構(gòu)+?
+R ο
[0011]在該示例性實(shí)施例中，風(fēng)渦輪100的各個(gè)構(gòu)件被容納在風(fēng)渦輪100塔頂102的機(jī)艙106內(nèi)。塔102的高度根據(jù)本行業(yè)所知的各種因素和條件來(lái)選定。在有些設(shè)計(jì)中，在控制系統(tǒng)中有一個(gè)或多個(gè)微控制器被用來(lái)作為整個(gè)系統(tǒng)的監(jiān)視和控制包括傾斜和速率的調(diào)整、高速軸和偏轉(zhuǎn)制動(dòng)器的應(yīng)用、偏轉(zhuǎn)和泵電動(dòng)機(jī)的應(yīng)用、及事故監(jiān)控。在風(fēng)渦輪100的另外一些實(shí)施例中使用可替代的分散或集中的控制結(jié)構(gòu)。在該示例性實(shí)施例中，葉片114的傾角(pitch)是被個(gè)別控制的。轂部112和葉片114 一同被固定在風(fēng)渦輪的轉(zhuǎn)子110上。轉(zhuǎn)子112的旋轉(zhuǎn)使發(fā)電機(jī)(圖上未示出)產(chǎn)生電力。
[0012]使用時(shí)，葉片114被定位于轉(zhuǎn)子轂部的周?chē)员戕D(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)子110將來(lái)自風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)榭捎玫臋C(jī)械能。當(dāng)風(fēng)沖擊葉片114并且當(dāng)葉片114被轉(zhuǎn)動(dòng)而受到離心力時(shí)，葉片114受到各種彎曲力矩。這樣，葉片114就會(huì)偏斜及/或從一個(gè)中間的或不偏斜的位置旋轉(zhuǎn)到偏斜的位置。另外，葉片114的俯仰角能被俯仰機(jī)構(gòu)(未示出)改變以便增加或減少葉片114的速率，并且以便減少塔102所受沖擊。
[0013]參閱圖2，葉片114包括一個(gè)由聚合物泡沫材料、木材及/或金屬蜂窩格柵構(gòu)成的芯體120。有一主椽子122和一端椽子124被埋在芯體120內(nèi)。合適的聚合物泡沫材料例如包括但并不限于，聚氯乙烯、聚烯烴、環(huán)氧樹(shù)脂、聚氨酯、聚異氰脲酸酯等泡沫材料和其混合物。芯體120被至少一層增強(qiáng)表層126包裹。增強(qiáng)表層126各由一層增強(qiáng)纖維構(gòu)成，可以是織造的或非織造的。合適的增強(qiáng)纖維例如包括但并不限于，玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、聚合物纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、劍麻纖維、椰纖維、和其混合物。
[0014]樹(shù)脂被灌注到芯體120和增強(qiáng)表層126內(nèi)以便給葉片114提供整體性和強(qiáng)度。合適的樹(shù)脂例如包括但并不限于，乙烯基酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯樹(shù)脂、和其混合物。有一微孔膜128被敷設(shè)到葉片114的外表面上以便進(jìn)行樹(shù)脂灌注過(guò)程。樹(shù)脂在真空下被引入到芯體120內(nèi)。真空使樹(shù)脂流動(dòng)通過(guò)芯體120和增強(qiáng)表層126。微孔膜128允許被樹(shù)脂驅(qū)趕的空氣從芯體120和增強(qiáng)表層126中逸出。但微孔膜128不允許樹(shù)脂通過(guò)膜128流出。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，微孔膜上孔的平均大小約為0.01微米到約10微米，而在另一個(gè)實(shí)施例中則為0.1微米到約5微米。微孔膜128例如可由聚四氟乙烯、聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙烯酸聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯、聚亞苯基砜(polyphenelene)和其混合物構(gòu)成。在有一個(gè)實(shí)施例中，微孔膜128還包括一個(gè)層壓到一表面上的襯墊材料。該襯墊材料系由聚合物纖維，例如聚酯纖維、尼龍纖維、聚乙烯纖維、和其混合物構(gòu)成。有一層空氣輸送材料129位于微孔膜128之上，允許被灌注樹(shù)脂驅(qū)趕的空氣逸出到大氣中，用來(lái)協(xié)助芯體除氣?？諝廨斔筒牧峡捎扇魏魏线m的網(wǎng)格材料例如聚乙烯網(wǎng)構(gòu)成。
[0015]在該示例性實(shí)施例中，芯體120包括多條溝槽130以便樹(shù)脂流動(dòng)通過(guò)芯體120。在另外一些實(shí)施例中，芯體120則不包括溝槽130。
[0016]為了形成轉(zhuǎn)子葉片114，增強(qiáng)表層126被包裹在芯體120的周?chē)纬梢粋€(gè)葉片子組件131，然后被定位于一模型132內(nèi)。而在另外一些實(shí)施例中則沒(méi)有使用模型132。有一樹(shù)脂灌注輸入連管134被定位于外增強(qiáng)表層126的鄰近。然后將微孔膜128定位于外增強(qiáng)表層126和樹(shù)脂灌注輸入連管之上。再把空氣輸送材料129定位于微孔膜128之上，并將一個(gè)真空連管定位于空氣輸送材料129的鄰近。有一用合適材料，例如聚酰胺制成的真空膜138被定位于空氣輸送材料129之上，其時(shí)真空連管136通過(guò)真空膜138伸出。當(dāng)通過(guò)真空連管136建立起真空時(shí)，樹(shù)脂就通過(guò)輸入連管134被引入到芯體120和增強(qiáng)表層126內(nèi)。真空使樹(shù)脂容易流動(dòng)并灌注到芯體120和增強(qiáng)表層126內(nèi)。微孔膜128阻止樹(shù)脂從芯體120和增強(qiáng)表層126內(nèi)向外流出，同時(shí)允許被灌注樹(shù)脂驅(qū)趕的空氣逸出到大氣中。樹(shù)脂然后被硬化，而樹(shù)脂輸入連管134、真空連管136、空氣輸送材料129、和真空膜138隨后都被從葉片114上撤走。
[0017]雖然本發(fā)明已用各個(gè)具體實(shí)施例說(shuō)明，本行業(yè)的行家將會(huì)認(rèn)識(shí)到，在權(quán)利要求書(shū)限定的精神和范圍內(nèi)實(shí)施本發(fā)明是可以作出各種修改的。
【權(quán)利要求】
1.一種制造風(fēng)渦輪轉(zhuǎn)子葉片的方法，包括: 提供芯體； 將至少一層增強(qiáng)表層敷設(shè)到該芯體上，各增強(qiáng)表層由增強(qiáng)纖維的墊構(gòu)成，從而形成葉片子組件； 將微孔膜敷設(shè)在該至少一層增強(qiáng)表層上； 將真空膜敷設(shè)在該微孔膜上； 將聚合物樹(shù)脂引入到該芯體上； 通過(guò)對(duì)該葉片子組件施以真空，而經(jīng)該芯體和該至少一層增強(qiáng)表層灌入該樹(shù)脂；以及 使該樹(shù)脂硬化以形成該轉(zhuǎn)子葉片； 其中，所述的提供芯體包括，提供具有多條溝槽的芯體，以允許該樹(shù)脂流過(guò)該芯體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，該增強(qiáng)纖維包括下列材料中的至少一種:玻璃纖維、石墨纖維、碳纖維、陶瓷纖維、芳族聚酰胺纖維、洋麻纖維、黃麻纖維、亞麻纖維、大麻纖維、纖維素纖維、劍麻纖維和柳纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，還包括在所述真空膜和所述微孔膜之間敷設(shè)空氣輸送材料層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于，還包括將真空連管定位于所述空氣輸送材料層的鄰近。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述芯體包括聚合物泡沫材料、木材和金屬蜂窩中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述微孔膜包括下列材料中的至少一種:聚四氟乙烯、聚烯烴、聚酰胺、聚酯、聚砜、聚醚、丙烯酸和甲基丙烯酸的聚合物、聚苯乙烯、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和聚亞苯基砜。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述微孔膜具有多個(gè)微孔，所述微孔的平均直徑為大約0.0l微米到大約10微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述微孔膜具有多個(gè)微孔，所述微孔的平均直徑為大約0.1微米到大約10微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述微孔膜在一個(gè)表面上具有襯墊材料。
【文檔編號(hào)】B29C70/38GK104149359SQ201410294955
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2006年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2005年10月28日
【發(fā)明者】J.W.巴克惠斯, A.比倫, S.范布羅伊格爾, J.利文斯頓 申請(qǐng)人:通用電氣公司