本發(fā)明涉及具有布置成減少運(yùn)行噪聲的后緣的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以及制造這種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法。

背景技術(shù)：

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片有時(shí)設(shè)置有后緣裝置，這是為了減少在渦輪機(jī)運(yùn)行期間從葉片的后緣產(chǎn)生的運(yùn)行噪聲。這種裝置可以包括鋸齒板或刷毛條或柔性桿。然而，這種裝置需要牢固地附接至葉片結(jié)構(gòu)，并且?guī)砹岁P(guān)于適當(dāng)?shù)慕Y(jié)合技術(shù)和可接受的加載力分布方面的挑戰(zhàn)。

公開號(hào)為WO 95/19500的PCT專利申請(qǐng)描述了如何可以在組裝期間在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的兩個(gè)殼體半部之間引入加強(qiáng)纖維條，或者如何將加強(qiáng)纖維條層疊到殼體半部的后緣端。加強(qiáng)纖維條然后布置成完成的葉片的柔性后緣。然而，這種方法需要提供適當(dāng)?shù)募訌?qiáng)纖維條，并且需要調(diào)整制造工藝以適應(yīng)這種條在葉片組件中的結(jié)合。

本發(fā)明的目的是提供克服了這些問題的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片以及相關(guān)的制造方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

相應(yīng)地，本發(fā)明提供了一種制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法，該方法包括：

將多個(gè)纖維層布置在模具表面中；

用樹脂灌注所述多個(gè)纖維層；以及

使所述樹脂固化以形成纖維-復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)的至少一部分，

其中所述方法還包括：

將所述多個(gè)纖維層的一部分布置成使得所述多個(gè)纖維層的所述一部分在所述灌注的步驟期間沒有樹脂，其中纖維-復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)的所述至少一部分包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片后緣的至少一個(gè)區(qū)段，其中纖維層的沒有樹脂的所述一部分形成從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片后緣區(qū)段突出的柔性纖維部。

通過將用來形成葉片結(jié)構(gòu)的纖維材料部分布置成還形成柔性后緣纖維部，提供了這樣一種制造方法：其使得能夠容易地制造具有降噪后緣部件的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。此外，由于柔性纖維后緣部在模制操作期間設(shè)置為葉片結(jié)構(gòu)的一部分，所以產(chǎn)生的葉片不需要耗時(shí)的模制后操作以用于后緣裝置的附接。另外，由于作為葉片結(jié)構(gòu)的一體的部分并且由與在葉片結(jié)構(gòu)中使用的纖維基本相同的材料形成，所以柔性纖維后緣部不太可能在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的運(yùn)行期間經(jīng)歷故障。

將理解的是，從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的后緣突出的所述柔性纖維部與葉片結(jié)構(gòu)中的纖維材料的至少一層是一體的。優(yōu)選地，纖維材料包括玻璃纖維或碳纖維，或玻璃纖維與碳纖維的混合材料。

優(yōu)選地，纖維-復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)的所述至少一部分包括風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體，其中所述方法還包括下述步驟：將所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體與至少一個(gè)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體組裝以形成具有從所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的后緣突出的纖維部的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。將理解的是，所述至少一個(gè)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體也可以設(shè)置有突出的纖維部，或者所述至少一個(gè)另外的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體可以根據(jù)任何現(xiàn)有技術(shù)的方法來制造。

優(yōu)選地，所述布置步驟包括將至少一個(gè)纖維層的端部定位成在所述模具表面的邊緣上延伸。

由于纖維材料通常設(shè)置為織物卷料，所以在纖維材料在葉片模具中的層積期間，纖維材料層能夠布置在模制中，使得纖維材料的端部或邊緣覆蓋模具邊緣，由此位于有效模具表面之外。

優(yōu)選地，所述方法包括：在布置于模具表面中的所述多個(gè)纖維層上布置密封構(gòu)件以形成所述密封構(gòu)件與所述模具表面之間的灌注腔；以及用樹脂灌注所述模腔。

提供密封構(gòu)件例如真空袋以形成模具表面上的真空腔允許了葉片部件的真空輔助樹脂轉(zhuǎn)移模制。

優(yōu)選地，所述方法包括下述步驟：沿著所述模具表面的邊緣布置樹脂流止擋件，以防止樹脂流超出所述模具表面的所述邊緣。

因此，位于葉片外部的纖維材料的區(qū)段在灌注過程期間沒有樹脂。

優(yōu)選地，將所述多個(gè)纖維層的一部分布置成使得所述一部分沒有樹脂的所述步驟包括將所述纖維層中的至少一個(gè)纖維層的長(zhǎng)度定位在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的外側(cè)，其中所述纖維層中的所述至少一個(gè)纖維層的長(zhǎng)度是要制造的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的弦長(zhǎng)的大約0.1%-10%，更優(yōu)選地為弦長(zhǎng)的大約5%。

將理解的是，基于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片輪廓的弦的沿著葉片長(zhǎng)度的長(zhǎng)度，突出纖維的長(zhǎng)度可以沿著風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的長(zhǎng)度而變化。例如，在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于具有大約1m的弦長(zhǎng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的區(qū)段，纖維從葉片的后緣突出大約5cm。

在一個(gè)方面，所述多個(gè)纖維層的所述一部分包括多個(gè)纖維層，優(yōu)選地在2至10個(gè)纖維層之間。

通過設(shè)置從葉片的后緣突出的多個(gè)不同的纖維層，能夠改善風(fēng)力渦輪機(jī)葉片后緣的降噪或噪聲調(diào)節(jié)，這是因?yàn)椴煌膶幽軌虿贾贸衫缤ㄟ^將所述層切割至不同的長(zhǎng)度等而調(diào)節(jié)不同的噪聲頻率。

優(yōu)選地，所述方法包括切割或修剪從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片后緣區(qū)段突出的所述柔性纖維部的端部的步驟。

自由突出的纖維部能夠被修剪為提供纖維部的特定長(zhǎng)度和/或突出的輪廓。

本發(fā)明還提供了一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其具有尖端和根端以及前緣和后緣，其中該風(fēng)力渦輪機(jī)葉片形成為纖維-復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，其中多個(gè)纖維材料層設(shè)置在固化的樹脂基體中，

其中至少一個(gè)纖維材料層的至少一部分從纖維-復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的后緣延伸，至少一個(gè)纖維材料層的所述一部分形成所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的后緣處的柔性后緣突出部。

優(yōu)選地，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片根據(jù)上述方法中的任一方面而制造。

優(yōu)選地，至少一個(gè)纖維材料層的所述至少一部分與形成纖維-復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)的纖維材料層成為一體。優(yōu)選地，所述至少一部分包括玻璃纖維、碳纖維，或玻璃纖維與碳纖維的混合材料。

在一個(gè)替代的方面，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可以利用一體成型工藝形成，其中纖維材料設(shè)置在閉合的模具中并被灌注樹脂以形成基本完整的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片結(jié)構(gòu)，

其中纖維材料的一部分布置在用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的閉合模具的后緣處，纖維材料的所述一部分設(shè)置在隔離的、密封的封閉件中以防止模制過程期間樹脂進(jìn)入。

附圖說明

現(xiàn)在將參照附圖通過僅為示例的方式來描述本發(fā)明的實(shí)施方式，在附圖中：

圖1示出了風(fēng)力渦輪機(jī)；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；

圖3示出了圖2的葉片的翼面輪廓的示意圖；

圖4示出了從上方以及從側(cè)方觀察的圖2的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示意圖；以及

圖5（a）至5（c）示出了根據(jù)本發(fā)明的制造方法的步驟。

具體實(shí)施方式

圖1示出了根據(jù)所謂的“丹麥概念”的常規(guī)的現(xiàn)代迎風(fēng)式風(fēng)力渦輪機(jī)2，其具有塔部4、機(jī)身6和具有大致水平的轉(zhuǎn)子軸的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子包括轂部8和從轂部8徑向延伸的三個(gè)葉片10，每個(gè)葉片10具有最靠近轂部的葉片根部16和最遠(yuǎn)離轂部8的葉片尖端14。轉(zhuǎn)子具有用R表示的半徑。

圖2示出了風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10的示意圖。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10具有傳統(tǒng)的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的形狀，并且包括：最靠近轂部的根部區(qū)域30；最遠(yuǎn)離轂部的型面或翼面區(qū)域34；以及位于根部區(qū)域30與翼面區(qū)域34之間的過渡區(qū)域32。葉片10包括前緣18和后緣20，當(dāng)葉片安裝在轂部上時(shí)，前緣18面向葉片10的旋轉(zhuǎn)方向，并且后緣20面向前緣18的相反方向。

翼面區(qū)域34（也稱為型面區(qū)域）具有關(guān)于升力的產(chǎn)生方面的理想或近乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)域30由于結(jié)構(gòu)方面的考慮則具有大致圓形或橢圓形橫截面，例如使得能夠?qū)⑷~片10更容易且安全地安裝至轂部。根部區(qū)域30的直徑（或弦）一般是沿著整個(gè)根部區(qū)域30恒定的。過渡區(qū)域32具有從根部區(qū)域30的圓形或橢圓形形狀40向翼面區(qū)域34的翼面輪廓50逐漸變化的過渡輪廓42。過渡區(qū)域32的弦長(zhǎng)一般隨著距轂部的距離r增加而大致線性地增加。

翼面區(qū)域34具有翼面輪廓50，翼面輪廓50具有在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸的弦。弦的寬度隨著距轂部的距離r增加而減小。

應(yīng)當(dāng)注意，葉片的不同區(qū)段的弦通常不位于共同的平面內(nèi)，因?yàn)槿~片可能扭轉(zhuǎn)和/或彎曲（即，預(yù)彎），從而提供具有相應(yīng)地扭轉(zhuǎn)和/或彎曲的線路的弦平面，這最常見的是為了補(bǔ)償葉片的局部速度取決于距轂部的半徑的情況。

圖3示出了通過各種參數(shù)描繪的風(fēng)力渦輪機(jī)的典型葉片的翼面輪廓50的示意圖，這些參數(shù)一般用來限定翼面的幾何形狀。翼面輪廓50具有壓力側(cè)52和吸入側(cè)54，壓力側(cè)52和吸入側(cè)54在使用期間（即在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)期間）通常分別面向迎風(fēng)（或逆風(fēng)）側(cè)和背風(fēng)（或順風(fēng)）側(cè)。翼面輪廓50具有弦60，弦60具有在葉片的前緣56與后緣58之間延伸的弦長(zhǎng)c。翼面輪廓50具有厚度t，厚度t限定為壓力側(cè)52與吸入側(cè)54之間的距離。翼面的厚度t沿著弦60變化。從對(duì)稱式輪廓的偏離由拱形線62表示，拱形線62是穿過翼面輪廓50的中位線。該中位線能夠通過繪制從前緣56到后緣58的內(nèi)接圓而得到。該中位線遵循這些內(nèi)接圓的中心，并且從弦60的偏離或距離稱為拱高f。也可以通過使用稱為上拱高（或吸入側(cè)拱高）和下拱高（或壓力側(cè)拱高）的參數(shù)來限定不對(duì)稱性，其中上拱高和下拱高分別限定為從弦線60到吸入側(cè)54和壓力側(cè)52的距離。

翼面輪廓通常通過下列參數(shù)來表征：弦長(zhǎng)c，最大拱高f，最大拱高f的位置d_f，最大翼面厚度t（其為沿著中位拱線62的內(nèi)接圓的最大直徑），最大厚度t的位置d_t，以及鼻部半徑（未示出）。這些參數(shù)一般限定為與弦長(zhǎng)c之比。因此，局部相對(duì)葉片厚度t/c給定為局部最大厚度t與局部弦長(zhǎng)c之比。另外，最大壓力側(cè)拱高的位置d_p可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)，當(dāng)然最大吸入側(cè)拱高的位置也可以用作設(shè)計(jì)參數(shù)。

圖4示出了葉片的一些其他幾何參數(shù)。葉片具有總?cè)~片長(zhǎng)度L。如圖2所示，根端位于位置r = 0處，并且尖端位于r = L處。葉片的肩部40位于位置r = L_w處并且具有肩寬W，其中肩寬W等于肩部40處的弦長(zhǎng)。根部的直徑限定為D。另外，葉片設(shè)置有預(yù)彎曲，預(yù)彎曲限定為Δy，其對(duì)應(yīng)于相對(duì)于葉片的俯仰軸線22的平面外偏折。

風(fēng)力渦輪機(jī)葉片10通常包括由纖維加強(qiáng)的聚合物制成的殼體，并且一般制造為沿著結(jié)合線28膠接在一起的壓力側(cè)或逆風(fēng)側(cè)殼體部分24和吸入側(cè)或順風(fēng)側(cè)殼體部分26，其中結(jié)合線28沿著葉片10的后緣20和前緣18延伸。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常由纖維加強(qiáng)塑料材料例如玻璃纖維和/或碳纖維制成，這些材料布置在模具中并且用樹脂固化以形成實(shí)心結(jié)構(gòu)。當(dāng)代的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通過能夠超過30或40米長(zhǎng)，具有數(shù)米長(zhǎng)的葉片根部直徑。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常為了相對(duì)較長(zhǎng)的壽命并且為了承受顯著的結(jié)構(gòu)載荷和動(dòng)態(tài)載荷而設(shè)計(jì)。

參照?qǐng)D5（a），在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的制造期間提供模具表面70，其中模具表面限定風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的外表面的期望幾何形狀。模具表面70包括前緣70a和后緣70b，前緣70a和后緣70b對(duì)應(yīng)于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的相應(yīng)的前緣和后緣。多層纖維材料72被層積在模具表面70中，以符合模具表面幾何形狀。纖維材料72的多個(gè)層中的至少一個(gè)層的一部分72a被布置成使得其在模具表面70的后緣70b處延伸超出模具表面70的邊緣。

在圖5（b）中，真空袋或其他密封元件74被應(yīng)用在纖維材料72的層的上方并對(duì)模具表面70的側(cè)部密封，從而限定密封元件74與模具表面70之間的模腔76。模腔76布置成接收樹脂，例如聚酯、乙烯基酯或聚亞安酯樹脂。

在模腔76的側(cè)部處使用流止擋件78以防止樹脂從模腔76逸出。流止擋件78可以包括例如由膠條形成的障礙物，其中膠條將真空袋74密封至下方的模具。流止擋件78可以另外地或替代地包括下述構(gòu)件：該構(gòu)件將纖維材料72的多個(gè)層中的至少一個(gè)層的所述一部分72a的區(qū)段夾在下方的模具上，以防止樹脂從模腔76流出越過所述流止擋件78。流止擋件78用來防止樹脂到達(dá)纖維材料72的多個(gè)層中的至少一個(gè)層的突出超出模具表面70的后緣70b的部分72a。

一旦模腔76被密封，便將樹脂例如聚酯、乙烯基酯或聚亞安酯樹脂供給至模腔76。樹脂灌注了容納在模腔76中的纖維材料72的層，然后固化或硬化以形成纖維-復(fù)合材料葉片部件80，如圖5（c）所示。部件80基本上形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片半殼，其中用來形成部件80的纖維材料層的一部分72a從部件的后緣側(cè)不含樹脂地延伸。

部件80然后可以與其他葉片部件（未示出）組裝以形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。柔性纖維材料層在葉片的后緣處的設(shè)置用作降噪裝置，減小了在具有風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行期間的運(yùn)行噪聲。由于柔性纖維材料通過用來形成葉片部件的纖維材料的至少一個(gè)層的延伸來設(shè)置，所以后緣處的柔性纖維材料被緊緊地錨固至風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)。另外，包括后緣柔性纖維層的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片能夠利用對(duì)已有制造工藝的相對(duì)簡(jiǎn)單的改造來制造。

在部件80的制造和/或后續(xù)組裝以形成風(fēng)力渦輪機(jī)葉片之后，纖維材料的一部分72a能夠根據(jù)需要被處理。例如，纖維材料的一部分72a能夠被切割或修剪至期望的長(zhǎng)度和/或樣式。

優(yōu)選地，纖維材料層被定位成使得從葉片的后緣突出的柔性纖維層長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)于沿著葉片長(zhǎng)度的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片輪廓的弦長(zhǎng)的大約0.1%至10%之間，更優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于弦長(zhǎng)的大約5%。此外，將理解的是，葉片可以這樣制造，其中：從葉片的后緣突出的柔性纖維層可以沿著葉片長(zhǎng)度的一部分延伸，優(yōu)選地至少沿著葉片的外側(cè)區(qū)段的至少一部分延伸。

將理解的是，盡管關(guān)于上述半模具實(shí)施方式描述了本發(fā)明，但本發(fā)明可以例如使用一體成型工藝或一次成型工藝應(yīng)用于任何合適的構(gòu)造過程，例如其中在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片部件的構(gòu)造時(shí)使用的纖維層的至少一部分被保持在密封或隔離的袋狀物（pouch）或封閉件中，以保持所述部分在灌注過程期間沒有樹脂。

將理解的是，多層纖維材料72可以布置成使得所述纖維層的多個(gè)部分從部件80的后緣突出。這些層可以布置成使得不同層的突出部分從后緣突出不同的長(zhǎng)度，這可以為每個(gè)突出部提供不同的噪聲調(diào)節(jié)特性。

本發(fā)明不限于這里描述的實(shí)施方式，而是可以在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下進(jìn)行修改或變化。