包括金屬絲和碳纖維的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以及制造其的方法
【專利摘要】風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有縱向方向并且包括由纖維加強(qiáng)的聚合物材料制成的殼結(jié)構(gòu)，所述纖維加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和加強(qiáng)材料，所述加強(qiáng)材料包括嵌入聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層。所述殼結(jié)構(gòu)的至少一部分由疊層(6)形成，所述疊層(6)包括至少一個(gè)金屬絲層(15、18)，所述至少一個(gè)金屬絲層(15、18)包括金屬絲并且被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層(16、16；17、18)之間。所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接地排列。
【專利說(shuō)明】包括金屬絲和碳纖維的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以及制造其的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片具有縱向方向并且包括由纖維加強(qiáng)的聚合物材料制成的殼結(jié)構(gòu)，所述纖維加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和加強(qiáng)材料，所述加強(qiáng)材料包括嵌入聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層。
[0002]本發(fā)明還涉及制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼結(jié)構(gòu)部分的方法，所述殼結(jié)構(gòu)部分由纖維加強(qiáng)的聚合物材料制成，所述纖維加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和纖維加強(qiáng)材料，所述纖維加強(qiáng)材料包括嵌入聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層。
【背景技術(shù)】
[0003]真空注入(infusion)或VARTM(真空輔助樹(shù)脂傳遞模制)是一種被典型地應(yīng)用于制造復(fù)合物結(jié)構(gòu)(諸如包括纖維加強(qiáng)基體材料的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片)的方法。在制造工藝期間，液體聚合物(也稱為樹(shù)脂)被填充入模制腔中，纖維材料已預(yù)先排列在該模制腔中，并且在該模制腔中產(chǎn)生真空來(lái)以此拉拽入聚合物。聚合物可以是熱固性塑料或熱塑性塑料。典型地，均勻地分布的纖維在第一剛性模制部分中被層疊，纖維為粗紗(roving)，即排列在氈(mat)、由單獨(dú)的纖維制成的氈制氈(felt mat)或單向氈或編織氈(即由纖維粗紗制成的多方向氈)等中的纖維束。常由彈性真空袋制成的第二模制部分隨后被安置在纖維材料之上并且靠著第一模制部分密封，從而產(chǎn)生模制腔。通過(guò)在第一模制部分和真空袋之間的模制腔中產(chǎn)生真空(典型地，完全真空的80%至95%)，液體聚合物可被拉拽入并且與已包含在該模制腔中的纖維材料一起填充該模制腔。所謂分布層和/或分布管(也稱為進(jìn)口通道)典型地在真空袋和纖維材料之間使用，以便獲得聚合物的盡可能徹底且有效率的分布。在大多數(shù)情況下，所應(yīng)用的聚合物是聚酯、環(huán)氧樹(shù)脂或乙烯基酯，并且纖維加強(qiáng)最經(jīng)常的是基于玻璃纖維或碳纖維。
[0004]在填充模具的工藝期間，真空(即低壓力或負(fù)壓力)經(jīng)由在模具腔中的真空出口產(chǎn)生，由此液體聚合物經(jīng)由進(jìn)口通道被拉拽入模具腔中，以便填充所述模具腔。由于在流動(dòng)前鋒(flow front)朝真空通道移動(dòng)時(shí)的負(fù)壓力，聚合物從進(jìn)口通道在模具腔中在所有方向上散開(kāi)。因此，重要的是最優(yōu)地定位進(jìn)口通道和真空通道，以便獲得模具腔的完全填充。然而，確保聚合物在整個(gè)模具腔中的完全分布經(jīng)常是困難的，并且因此這常導(dǎo)致所謂的干點(diǎn)(dry spot),即帶有未以樹(shù)脂充分地浸透(impregnate)的纖維材料的區(qū)域。
[0005]樹(shù)脂傳遞模制(RTM)是類(lèi)似于VARTM的制造方法。在RTM中，液體樹(shù)脂并非由在模具腔中產(chǎn)生的真空拉拽入模具腔中。替代地，液體樹(shù)脂由在進(jìn)口側(cè)處的過(guò)壓壓入模具腔中。
[0006]RTM比VARTM更少用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造或在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造中使用。
[0007]預(yù)浸料坯(prepreg)模制是其中加強(qiáng)纖維以已預(yù)催化的樹(shù)脂來(lái)預(yù)浸透的方法。樹(shù)脂在室溫下典型地為固體或近固體。預(yù)浸料坯被排列在模具表面、以真空袋裝入并且隨后加熱至允許樹(shù)脂回流并且最后硬化的溫度。此方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于纖維材料中的樹(shù)脂含量預(yù)先被精確地設(shè)定。預(yù)浸料坯模制可與RTM工藝和VARTM工藝關(guān)聯(lián)使用。
[0008]進(jìn)一步地，通過(guò)使用外部模具部分和模具型芯，有可能整體制造空心模具。例如，此類(lèi)方法在EP I 310 351中描述，并且可容易地與RTM、VARTM和預(yù)浸料坯模制結(jié)合。
[0009]風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片已隨著時(shí)間的推移在尺寸上增大，并且現(xiàn)在可以是長(zhǎng)達(dá)超過(guò)60米且重超過(guò)18噸。因此，與制造此類(lèi)葉片關(guān)聯(lián)的浸透時(shí)間已增加，因?yàn)楦嗟睦w維材料必須以聚合物來(lái)浸透。更進(jìn)一步地，注入工藝已變?yōu)楦鼜?fù)雜，因?yàn)榇笮蜌?gòu)件(諸如葉片)的浸透需要對(duì)流動(dòng)前鋒進(jìn)行控制來(lái)避免干點(diǎn)。
[0010]為了降低風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的重量，已更多地使用碳纖維，因?yàn)樗鼈兙哂斜炔ＡЮw維更高的強(qiáng)度和剛度。
[0011]碳纖維具有比得是玻璃纖維小得多的直徑。因此，當(dāng)在VARTM中以及同樣地在預(yù)浸料坯模制中經(jīng)受真空時(shí)，它們被壓緊來(lái)形成非常致密的結(jié)構(gòu)。尤其在VARTM中，帶有非常有限量的空隙的非常致密的結(jié)構(gòu)限制或阻止了樹(shù)脂對(duì)碳纖維的擴(kuò)散和浸透，使得干點(diǎn)難以避免或無(wú)法避免。
[0012]WO 2010/018225公開(kāi)了一種包括金屬纖維(諸如鋼纖維)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。在一個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括玻璃纖維或金屬纖維的外部層或蒙皮，以便獲得平滑表面。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的一個(gè)目的在于獲得新的葉片以及制造此類(lèi)葉片或其部分(諸如其殼半部(half))的新方法，其克服或改善了現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)中的至少一個(gè)或者其提供了有用的備選。
[0014]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這由如在權(quán)利要求1的前序部分中陳述的葉片獲得，并且其中，殼結(jié)構(gòu)的至少一部分由疊層(laminate)形成，所述疊層包括至少一個(gè)金屬絲層，所述金屬絲層包括金屬絲并且被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層之間，所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接。
[0015]所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可包括附著于彼此的單獨(dú)的殼部分，諸如限定了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的吸力側(cè)的第一殼半部以及限定了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的壓力側(cè)的第二殼半部，這兩個(gè)殼半部沿著葉片的前緣和后緣被膠接在一起。備選地，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可形成為單個(gè)的殼結(jié)構(gòu)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，以上目的通過(guò)制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼結(jié)構(gòu)部分的方法來(lái)獲得，所述殼結(jié)構(gòu)部分由纖維加強(qiáng)的聚合物材料制成，所述纖維加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和纖維加強(qiáng)材料，所述纖維加強(qiáng)材料包括嵌入聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層，所述方法包括步驟:
A提供第一模制部分，所述第一模制部分具有縱向方向并且包括第一成形表面，所述第一成形表面帶有限定了所述殼結(jié)構(gòu)部分的外表面的至少一部分的輪廓；
B將纖維加強(qiáng)材料排列在第一模制部分中，以便至少在其縱向部分中，包括了金屬絲的至少一個(gè)金屬絲層被夾在僅包括碳纖維的碳纖維層之間，所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接；
C提供第二模制部分并且將所述第二模制部分密封到所述第一模制部分上，以便提供在第一模制部分和第二模制部分之間的模具腔；
D優(yōu)選地抽空所述模具腔；
E與步驟B同時(shí)和/或在步驟C之后，在模具腔中提供樹(shù)脂；以及 F使所述樹(shù)脂硬化或允許所述樹(shù)脂硬化，以便形成所述殼結(jié)構(gòu)部分。
[0017]通過(guò)將包括金屬絲的至少一個(gè)金屬絲層排列在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層之間，并且其中所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接，所述金屬絲層起到分布層的作用，改善了樹(shù)脂在縱向方向上、橫向地在碳纖維的平面上以及在橫向地穿過(guò)碳纖維層的方向上至碳纖維層的擴(kuò)散。因此，也獲得了用于避免干點(diǎn)的改良的流動(dòng)前鋒。通常，分布層被設(shè)置為分離的層，這些分布層提供了小于加強(qiáng)纖維材料對(duì)樹(shù)脂流的阻力的阻力，并且對(duì)復(fù)合材料的強(qiáng)度沒(méi)有貢獻(xiàn)。然而，排列在兩個(gè)碳纖維層之間的金屬絲層起到分布層的作用，并且對(duì)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的強(qiáng)度有貢獻(xiàn)。因此，所見(jiàn)到的是金屬絲也構(gòu)成殼結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)層。進(jìn)一步地，可獲得具有與具有大約210GPa的E-模量的鋼纖維的剛度接近的剛度(即E-模量)的碳纖維。因此，可避免使層具有不同的剛度。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，目的是通過(guò)將金屬絲層(諸如，鋼絲層)作為在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的疊層中的注入增強(qiáng)樹(shù)脂分布層的應(yīng)用來(lái)獲得的，所述疊層包括多個(gè)碳纖維層，所述金屬絲層優(yōu)選地被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層之間，所述碳纖維層與所述金屬層鄰接。
[0019]由短語(yǔ)“僅…碳纖維”將被理解為，纖維的至少85%、90%、95%或98%是碳纖維。這甚至可意味著纖維的100%是碳纖維。 [0020]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述碳纖維構(gòu)成所述疊層的加強(qiáng)材料的體積的至少70%、75%、80%、85% 或 90%。
[0021]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，所述疊層包括至少在所述金屬絲層的一側(cè)上排列在彼此之上的多個(gè)碳纖維層。
[0022]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，所述疊層包括在所述金屬絲層的第一側(cè)上以及在所述金屬絲層的相對(duì)置的第二側(cè)上排列在彼此之上的多個(gè)碳纖維層。
[0023]測(cè)試已顯示，即使當(dāng)更多的碳纖維層被排列為與金屬絲層的第一側(cè)鄰接并且與金屬絲層的第一側(cè)和第二側(cè)都鄰接時(shí)，在縱向方向、層的平面的橫向方向以及穿過(guò)層的橫向方向上獲得了金屬絲層的更快且更透徹的浸透。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，所述疊層包括兩個(gè)或多個(gè)互相間隔的金屬絲層。因此，有可能獲得包括大量碳纖維層的疊層的透徹的不具有干點(diǎn)的浸透，因?yàn)楦鹘饘俳z層將能夠浸透鄰近的碳纖維層。
[0025]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)金屬絲層僅包括金屬絲。
[0026]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)金屬絲層包括金屬絲和非金屬纖維。
[0027]根據(jù)一個(gè)有利實(shí)施例，所述金屬絲層包括至少一個(gè)金屬絲氈。當(dāng)在所述金屬絲層中的金屬絲被排列在氈中時(shí)，將所述金屬絲層排列在用于形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片或其一部分的模具中是非常方便的。
[0028]應(yīng)當(dāng)注意的是，在所述金屬絲層中，一個(gè)或多個(gè)金屬絲氈可僅包括金屬絲，且/或多個(gè)金屬絲氈中的一個(gè)可包括金屬絲和非金屬纖維，即為所謂的混合氈。
[0029]所述混合氈的體積的至少50%、60%、70%、80%或90%可以是金屬絲。[0030]所述混合氈的非金屬纖維優(yōu)選地為碳纖維和/或玻璃纖維。
[0031]所述金屬絲優(yōu)選地為鋼絲。
[0032]所述疊層的纖維加強(qiáng)材料的體積的1%-19%、3%_19%或5%_19%可以是金屬絲。剩余的纖維優(yōu)選地僅為碳纖維。
[0033]所述金屬絲具有基本上大于非金屬纖維的橫截面尺寸的橫截面尺寸。
[0034]所述金屬絲可具有在0.04mm與Imm之間范圍內(nèi)，或在0.07mm與0.75mm之間范圍內(nèi)，或在0.1mm與0.5mm之間范圍內(nèi)的橫截面尺寸。
[0035]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，金屬絲氈的金屬絲被排列成束，所述束優(yōu)選地包括至少三根絲，諸如至少7、12、24或36根絲。通過(guò)使用絲的束，與由具有與絲的束的直徑相同的直徑的單絲形成的租相比較，租的懸垂性能(drapability)得到改善。
[0036]根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，金屬絲的束在氈中互相間隔排列。金屬絲的束可借助于與金屬絲的縱向方向相垂直延伸的諱線(weft yarn)來(lái)連接并且互相間隔開(kāi)。
[0037]應(yīng)當(dāng)注意的是，同樣有可能在氈中使用單絲并且借助于優(yōu)選地與金屬絲的縱向方向相垂直延伸的緯線來(lái)連接這些單絲。金屬絲可以是基本上單向的，有利地基本上排列在葉片的縱向方向上，以便使葉片的彎曲剛度增大。
[0038]根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，金屬絲的至少50%、60%、70%、80%、90%或100%被排列為基本上
相互平行。
[0039]根據(jù)一個(gè)附加實(shí)施例，由所述疊層形成的殼結(jié)構(gòu)的所述部分為包括多個(gè)非金屬纖維層的縱向地延伸的加強(qiáng)區(qū)段。
[0040]優(yōu)選地，所述縱向地延伸的加強(qiáng)區(qū)段延伸越過(guò)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度的至少40%、50%、60%、70% 或 75%。
[0041]以上縱向地延伸的加強(qiáng)區(qū)段形成了葉片的負(fù)荷承載結(jié)構(gòu)，并且也被稱為主疊層。
[0042]在另一個(gè)實(shí)施例中，所述疊層的金屬絲的50%、60%、70%、80%、90%或100%基本上排列在葉片的縱向方向上。這意味著金屬絲自身可基本上排列在葉片的縱向方向上。這也可涵蓋絲芯，這些絲芯包括互相纏結(jié)的單獨(dú)的絲。纏結(jié)的節(jié)距長(zhǎng)度應(yīng)當(dāng)為可比較地高的，如，比單獨(dú)的絲的直徑的5倍、10倍、15倍或20倍更高。
[0043]然而，優(yōu)選的是單獨(dú)的絲是非纏結(jié)的，因?yàn)檫@產(chǎn)生了碳纖維的更好的抗壓強(qiáng)度，并且也產(chǎn)生了碳纖維的更好的浸濕(wetting)。
[0044]金屬絲可具有如由金屬絲的表面的噴砂或玻璃噴砂提供的粗糙表面，以由此提供金屬絲和樹(shù)脂之間的強(qiáng)附著。
[0045]備選地或附加地，尺寸可應(yīng)用于金屬絲使得金屬絲對(duì)某種樹(shù)脂具有親和力。
[0046]在根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，第二模具部分為所謂的真空袋。
[0047]根據(jù)制造殼結(jié)構(gòu)的方法的一個(gè)實(shí)施例，至少一個(gè)金屬絲層僅包括金屬絲，所述金屬絲優(yōu)選地排列在金屬絲氈中。
[0048]然而，至少一個(gè)金屬絲層也可包括至少一個(gè)混合氈，所述至少一個(gè)混合氈包括金屬絲和非金屬纖維，非金屬纖維優(yōu)選地為碳纖維和/或玻璃纖維。
[0049]根據(jù)按照本發(fā)明的方法的又一個(gè)實(shí)施例，50%、60%、70%、80%、90%或100%的金屬絲排列為相互平行，并且在第一模具部分的縱向方向上延伸?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0050]以下參考(多個(gè))圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明，在圖中:
圖1示出了模具部分的一個(gè)實(shí)施例的示意性橫截面，該模具部分帶有排列在該模具部分中的纖維材料，并且因此原則上也公開(kāi)了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼半部的橫截面視圖，所述殼半部限定了葉片的壓力側(cè)，并且將沿著葉片的前緣和后緣被膠接到限定了葉片的吸力側(cè)的第二殼半部上；
圖2是在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片中的加強(qiáng)區(qū)段的橫截面視圖；
圖3示出了單向的金屬絲氈；
圖4示出了包括金屬絲和非金屬纖維的混合氈；
圖5是單向的金屬絲氈的橫截面視圖，該單向的金屬絲氈包括借助于緯線互相間隔的單絲；
圖6是排列在束中的單絲的單向氈的橫截面視圖，這些束由排列在平面上且借助于緯線互相間隔的單絲形成。
[0051]圖7是由排列在束中的密集地捆扎的單絲形成的單向氈的橫截面視圖，各個(gè)束包括三根單絲且借助于緯線互相間隔開(kāi)。
[0052]圖8是單向氈的橫截面視圖，該單向氈包括密集地捆扎成束的單絲，束包括七根單絲，束借助于緯線互相間隔開(kāi)。
[0053]圖9示出了單絲的氈，這些單絲互相平行排列且互相間隔且排列在平紋棉麻織物(scrim)上。
【具體實(shí)施方式】
[0054]圖1是穿過(guò)用于在VARTM工藝中使用的第一模具部分I的一個(gè)實(shí)施例的橫截面視圖。第一模具部分I是剛性模具部分并且具有面朝上成形表面2。為所謂真空袋的第二模具部分3被密封到第一模具部分I上，由此在第一模具部分I和真空袋3之間形成了模具腔。若干個(gè)纖維層、型芯部分和加強(qiáng)區(qū)段被安置在模具腔中，所述部分被包括在完成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼部分中，在本示例中，殼半部限定了葉片的壓力側(cè)。
[0055]葉片殼部分包括一個(gè)或多個(gè)下部纖維層4，下部纖維層4以樹(shù)脂浸透并且可選地涂有凝膠涂層(gelcoat)，下部纖維層4限定了殼部分的外表面，并且葉片殼部分包括一個(gè)或多個(gè)上部纖維層5，上部纖維層5以樹(shù)脂浸透并且限定了殼部分的內(nèi)表面。上部纖維層5和下部纖維層4可由氈形成，這些氈包括任意纖維材料，諸如玻璃纖維、碳纖維和/或金屬絲或它們的組合。在下部纖維層4和上部纖維層5之間排列了縱向地延伸的加強(qiáng)區(qū)段(也稱為主疊層)6。加強(qiáng)區(qū)段6包括以樹(shù)脂浸透的多個(gè)纖維層。
[0056]附加地排列在下部纖維層4和上部纖維層5之間的是第一核心部分7和第二核心部分8，以及在殼部分的后緣10處的后緣纖維加強(qiáng)9和在殼部分的前緣12處的前緣纖維加強(qiáng)11。
[0057]縱向地延伸的進(jìn)口通道13—也稱為分布通道一排列在上部纖維層5之上且在真空袋3之下。樹(shù)脂通過(guò)進(jìn)口通道13供應(yīng)至模具腔。真空出口 14設(shè)在第一模具I的第一邊和第二邊處，即在風(fēng)力渦輪機(jī)殼部分的前緣12和后緣10處。模具腔通過(guò)這些真空出口 14抽空。[0058]如圖2中所示，主疊層6包括下列層:一個(gè)或兩個(gè)居中排列的金屬絲層15，其被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)第一中間碳纖維層16之間并且與相應(yīng)的居中排列的金屬絲層15鄰接；以及兩個(gè)第二中間碳纖維層17，它們僅包括碳纖維并且與相應(yīng)的第一中間碳纖維層16鄰接。
[0059]主疊層6還包括與相應(yīng)的第二中間碳纖維層17鄰接的第一中間金屬絲層18以及與相應(yīng)的第一中間金屬絲層18鄰接的外部碳纖維層19。
[0060]如可見(jiàn)到的，主疊層6可包括用于在注入工藝期間流動(dòng)增強(qiáng)的兩個(gè)或多個(gè)金屬絲層15、18。然而，應(yīng)當(dāng)注意的是，圖僅是出于圖示的目的并且不按比例繪制，因?yàn)榻饘俳z層典型地將被夾在多個(gè)碳纖維層之間。
[0061]作為示例，主疊層可以用碳纖維層區(qū)段來(lái)構(gòu)建，碳纖維層區(qū)段帶有如二十個(gè)碳纖維層和用于流動(dòng)增強(qiáng)的中間金屬絲層，即舉例來(lái)說(shuō)，二十個(gè)碳纖維層、一個(gè)金屬絲層、二十個(gè)碳纖維層、一個(gè)金屬絲層和最后二十個(gè)碳纖維層。
[0062]風(fēng)力渦輪機(jī)殼部分如下進(jìn)行制造:
下部纖維層4被排列在第一剛性模具部分I的面朝上成形表面2上。然后，主疊層6的層、核心部分7和8以及后緣纖維加強(qiáng)10和前緣纖維加強(qiáng)11被排列在下部纖維層4之上。然后上部纖維層5被排列，并且進(jìn)口通道13在該上部纖維層5之上縱向地延伸。最后，真空出口 14被排列并將真空帶13密封到第一剛性模具部分I上，以形成模具腔。模具腔隨后通過(guò)真空出口 14抽空，并且樹(shù)脂通過(guò)進(jìn)口通道13供應(yīng)至模具腔。
[0063]樹(shù)脂隨后供應(yīng)至進(jìn)口通道13，以便提供在模具的橫向方向上逐漸地朝真空出口14移動(dòng)的樹(shù)脂流動(dòng)前鋒。中心金屬絲層15被夾在第一中間碳纖維層16、16之間，并且?jiàn)A在外部碳纖維層19和第二中間碳纖維層17之間的第一中間金屬絲層18起到分布層的作用。結(jié)果，金屬絲層允許樹(shù)脂分布至鄰近的碳纖維層，以便這些層以樹(shù)脂浸透而不形成干點(diǎn)。另夕卜，金屬絲起到葉片殼中的加強(qiáng)層的作用，提高了葉片的剛度。金屬絲可以有利地基本上單向排列在葉片殼的縱向方向上。
[0064]在所有碳纖維的樹(shù)脂浸透之后，允許樹(shù)脂硬化，在這之后將模制的殼半部從模具移除。
[0065]金屬絲層的金屬絲優(yōu)選地為鋼絲，并且優(yōu)選地排列在金屬絲氈中。金屬絲氈可以是主要包括在縱向方向上延伸的絲的單向氈，或者是多向氈。進(jìn)一步地，它們可以是僅包括金屬絲的氈，或者是包括金屬絲和非金屬纖維(諸如碳纖維)的所謂混合氈。
[0066]圖3示出了金屬絲氈的一部分，該金屬絲氈為包括若干互相平行的金屬絲的單向氈。金屬絲20借助于與金屬絲20的縱向方向橫向延伸的緯線21、22互相間隔開(kāi)。如以下所說(shuō)明的，在圖3中示出的金屬絲20可以是單絲或絲的束。
[0067]圖4示出了包括鋼絲24和非金屬纖維25 (諸如編織在一起的碳纖維)的混合氈23的一部分。在圖4中，非金屬纖維25可以是多股碳纖維，此處單獨(dú)的纖維具有基本上小于鋼絲的直徑的直徑。鋼絲24可以是單絲或絲的束，如以下所說(shuō)明的。
[0068]在圖3中所示的單向氈26和在圖4中所示的混合氈23都可用作在圖1和圖2中所示的主疊層6中的金屬絲氈。
[0069]圖5是金屬絲氈41的一部分的截面視圖，該金屬絲氈41包括相互平行且相互間隔的金屬的單絲30，單絲借助于緯線31、32來(lái)間隔開(kāi)。[0070]圖6是包括金屬絲27的束的金屬絲氈26的部分的截面視圖，并且其中，束包括排列在共同平面上的五根金屬絲27，并且其中，金屬絲27的束借助于交叉的緯線28、29來(lái)分隔開(kāi)。
[0071 ] 圖1是金屬絲氈42的一部分的截面視圖，該金屬絲氈42包括三根金屬絲33的束，這些束借助于緯線34、35間隔開(kāi)。
[0072]圖8是金屬絲氈43的一部分的截面視圖，該金屬絲氈43包括緊密地捆扎的七根金屬絲36的束，并且其中，金屬絲36的束借助于緯線37、38互相間隔開(kāi)。
[0073]束的絲可以以相對(duì)高的節(jié)距長(zhǎng)度在縱向方向上纏結(jié)。然而，優(yōu)選地是單獨(dú)的絲不纏結(jié)，因?yàn)檫@產(chǎn)生了更好的抗壓強(qiáng)度并且也產(chǎn)生了碳纖維的更好的浸濕。
[0074]圖9是金屬絲氈44的一部分的截面視圖，該金屬絲氈44包括排列在共同的平面上的互相平行且間隔開(kāi)的單絲39。單絲39排列在具有開(kāi)放式結(jié)構(gòu)(諸如允許樹(shù)脂容易通過(guò)平紋棉麻織物的削弱結(jié)構(gòu)或編結(jié)結(jié)構(gòu))的背襯片或平紋棉麻織物40上。
[0075]已參考有利實(shí)施例來(lái)描述了本發(fā)明。然而，本發(fā)明的領(lǐng)域不限于圖示的實(shí)施例，并且在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下可進(jìn)行變更和修改。
[0076]參考標(biāo)號(hào)列表
1第一剛性模具部分
2面朝上成形表面
3第二模具部分(真空袋)
4下部纖維層
5上部纖維層
6加強(qiáng)區(qū)段(主疊層)
7第一核心部分
8第二核心部分
9后緣纖維加強(qiáng)
10殼部分的后緣
11前緣纖維加強(qiáng)
12殼部分的前緣
13進(jìn)口通道
14真空出口
15居中排列的金屬絲層
16第一中間碳纖維層
17第二中間碳纖維層
18第一中間金屬絲層
19外部碳纖維層
20金屬絲21,22 緯線
23混合氈
24鋼絲
25非金屬纖維26金屬絲氈
27金屬絲28、29緯線30單絲31,32緯線33金屬絲34,35緯線36金屬絲37、38緯線
39單絲
40平紋棉麻織物
41金屬絲氈
42金屬絲氈
43金屬絲氈
44金屬絲氈
【權(quán)利要求】
1.風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其具有縱向方向并且包括由金屬加強(qiáng)的聚合物材料制成的殼結(jié)構(gòu)，所述金屬加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和加強(qiáng)材料，所述加強(qiáng)材料包括嵌入所述聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層，其特征在于，所述殼結(jié)構(gòu)的至少一部分由疊層形成，所述疊層包括至少一個(gè)金屬絲層，所述金屬絲層包括金屬絲并被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層之間，所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，其中，所述金屬絲層為加強(qiáng)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的葉片，其中，所述金屬絲基本上單向排列。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述金屬絲基本上排列在所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的所述縱向方向上。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述碳纖維構(gòu)成所述疊層的所述加強(qiáng)材料的體積的至少70%、75%、80%、85%或90%。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述疊層包括至少在所述金屬絲層的第一側(cè)上排列在彼此之上的多個(gè)碳纖維層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的葉片，其中，所述疊層包括在所述金屬絲層的所述第一側(cè)上以及在所述金屬絲層的相對(duì)置的第二側(cè)上排列在彼此之上的多個(gè)碳纖維層。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述疊層包括兩個(gè)或多個(gè)互相間隔的金屬絲層。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述至少一個(gè)金屬絲層僅包括金屬絲。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求1-8中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述至少一個(gè)金屬絲層包括金屬絲和非金屬纖維。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述金屬絲層包括至少一個(gè)金屬絲氈。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的葉片，其中，所述金屬絲氈的金屬絲排列成束，所述束優(yōu)選地包括至少三根絲，諸如至少7、12、24或36根絲。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述金屬絲的至少50%、60%、70%、80%, 90%或100%基本上相互平行排列。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，由所述疊層形成的所述殼結(jié)構(gòu)的所述部分為包括多個(gè)非金屬纖維層的縱向地延伸的加強(qiáng)區(qū)段。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的葉片，其中，所述疊層的所述金屬絲的50%、60%、70%、80%、90%或100%基本上排列在所述葉片的所述縱向方向上。
16.一種制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼結(jié)構(gòu)部分的方法，所述殼結(jié)構(gòu)部分由纖維加強(qiáng)的聚合物材料制成，所述纖維加強(qiáng)的聚合物材料包括聚合物基體和纖維加強(qiáng)材料，所述纖維加強(qiáng)材料包括嵌入所述聚合物基體中的多個(gè)碳纖維層，所述方法包括步驟: A提供第一模具部分，所述第一模具部分具有縱向方向并且包括第一成形表面，所述第一成形表面帶有限定了所述殼結(jié)構(gòu)部分的外表面的至少一部分的輪廓； B將所述纖維加強(qiáng)材料排列在所述第一模具部分中，以便至少在其縱向部分中，包括了金屬絲的至少一個(gè)金屬絲層被夾在僅包括碳纖維的碳纖維層之間，所述碳纖維層與所述金屬絲層鄰接；C提供第二模具部分并將所述第二模具部分密封到所述第一模具部分上，以便提供在所述第一模具部分和所述第二模具部分之間的模具腔； D優(yōu)選地抽空所述模具腔； E與步驟B同時(shí)和/或在步驟C之后，在所述模具腔中提供樹(shù)脂；以及 F使所述樹(shù)脂硬化或允許所述樹(shù)脂硬化，以便形成所述殼體結(jié)構(gòu)部分。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述至少一個(gè)金屬絲層僅包括金屬絲，所述金屬絲優(yōu)選地排列在金屬絲氈中。
18.諸如鋼絲層的金屬絲層在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的疊層中作為注入增強(qiáng)樹(shù)脂分布層的應(yīng)用，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的疊層包括多個(gè)碳纖維層，所述金屬絲層優(yōu)選地被夾在僅包括碳纖維的兩個(gè)碳纖維層之間 ，所述碳纖維層與所述金屬層鄰接。
【文檔編號(hào)】F03D1/06GK103764378SQ201280033599
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年7月6日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月6日
【發(fā)明者】M.達(dá)爾, B.K.莫坦森, M.奧勒森 申請(qǐng)人:Lm Wp專利控股有限公司