制造风力涡轮机转子叶片的方法技术

本发明专利技术描述了一种制造风力涡轮机转子叶片（1）的方法，其中，每个转子叶片（1）包括内侧部段（1A）和外侧部段（1B），并且其中：使用第一铸造工艺（P1）来制造包括根端（10）和过渡区域（11）的内侧叶片部段（1A）；以及使用第二铸造工艺（P2）来制造包括翼型区域（12）的外侧叶片部段（1B），所述第二铸造工艺（P2）不同于所述第一铸造工艺（P1）。本发明专利技术还描述了使用这种方法制造的风力涡轮机转子叶片。

Method of manufacturing wind turbine rotor blades

【技术实现步骤摘要】
制造风力涡轮机转子叶片的方法
本专利技术描述了一种制造风力涡轮机转子叶片的方法。本专利技术还描述了一种风力涡轮机转子叶片。
技术介绍
风力涡轮机转子叶片通常通过复合材料的灌注模制而制成。存在可用于制造叶片的各种不同种类的模具，并且每种类型都有优点和缺点。在开模技术中，模具包括两个半部，其中每个模具半部从根部延伸到末端。为每个叶片半部完成复合材料铺层（layup），并且随后，在进行树脂灌注和固化步骤之前将模具进行真空袋装处理。然后，固化的叶片半部沿其外边缘被胶合在一起。在闭模铸造技术中，使用心轴或其他元件来帮助成形叶片，针对整个叶片完成复合材料铺层，并且随后，在进行树脂灌注和固化步骤之前闭合模具。模制大型单件式风力涡轮机叶片是耗时的，并且需要用于模具的相应地大的占地空间。需要大量的时间来制备叶片的内侧部分中的较厚区域，因为这里弦长最大（“内侧”部分包括叶片根端以及到翼型的过渡部段）。通常，需要在内侧叶片区域中构建多层玻璃纤维毡，以便实现期望的质量（mass）。例如，在75米的转子叶片的内侧区域的最宽部分中，期望的质量可以是大约700千克/米。因此，分配用于制备铺层的大部分时间都花在内侧区域上。因此，制备用于模制的叶片所花费的时间是一个相当大的成本因素。已知各种减少制备时间的方式，例如，已知预先制造梁（放置在叶片内的主承载元件），并将预制部分放入到模具中。这种节省时间的技术可用于开模和闭模工艺二者中。占地空间也是一个成本因素。然而，用于制造长的单件式转子叶片（在70米或更长的范围内）的模具的尺寸意味着占地空间成本通常很高。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的在于提供一种克服上面概述的问题的改进的转子叶片制造方法。该目的通过如权利要求1所述的制造风力涡轮机转子叶片的方法以及通过如权利要求10所述的风力涡轮机转子叶片来实现。本专利技术的方法是用于制造风力涡轮机转子叶片，该风力涡轮机转子叶片各自包括内侧（inboard）部段和单独制造的外侧（outboard）部段。内侧叶片部段包括根端和过渡区域，并且使用第一铸造工艺来制造。外侧叶片部段包括翼型区域，并且使用第二铸造工艺来制造。该第二铸造工艺不同于该第一铸造工艺，其中，这应理解为意味着这两个铸造工艺需要不同的模制工具和不同的模制技术。因此，该组合为叶片制造提供了更多自由，因为本专利技术的方法可以最佳地利用这两种铸造工艺的优点。本专利技术是基于以下见解，即：如果叶片根据制造不同部段所需的时间来分成部段，并且如果使用不同的铸造技术来制造费时的部段和不那么费时的部段，则可以节省大量时间。通过与不那么费时的部段分开地制造费时的部段，可以优化工艺流程。例如，已知需要将更多的时间用于叶片的内侧部分上的材料处理以实现所需的厚度。因此，内侧叶片部段或叶片根部部段的制造是费时的，而外侧叶片部段的制造则显著地不那么费时。在现有技术中，无论用于铸造完整的单件式转子叶片的模制技术如何，外侧叶片部段的铺层通常都在内侧叶片部段的铺层完成之前很久完成，但灌注模制和固化步骤必须等待直到根部和过渡部铺层完成。因此，在现有技术方法中，由于完成根部和过渡区域的铺层所需的时间长度，实际上浪费了占地空间和资源。虽然已提出将转子叶片作为“分离式叶片”而制造成两个或更多个部分，但这仅是为了有助于风力涡轮机的运输和安装，例如，通过如下方式：选择一种类型的根部部段，选择几个可能的翼型或末端部段中的一个，将这些部段运输到安装地点，并且将末端部段安装到根部部段。然而，这样的方法并不专注于使用不同类型的铸造工艺来制造根部和末端部段，使得该现有技术的两件式叶片对提高制造效率或降低制造成本没有做出任何贡献。根据本专利技术，风力涡轮机转子叶片将会包括使用第一铸造工艺制造的外侧叶片部段，以及使用不同的第二铸造工艺制造的内侧叶片部段。本专利技术的特别有利的实施例和特征通过从属权利要求给出，如在以下描述中揭示的。视情况可以结合不同权利要求类别的特征，以给出本文未描述的另外的实施例。在下文中，在不以任何方式限制本专利技术的情况下，可以假定每个转子叶片具有处于70米或更长的范围内的长度。“内侧”叶片部段应理解为包括叶片根端以及过渡部段，在该过渡部段中，具有其圆形剖面的叶片根端过渡到转子叶片的其余部分的翼型形状。该内侧叶片部段包括叶片根端，并且优选地延伸至总叶片长度的至少30%。该内侧叶片部段包括转子叶片的翼型部分的较大部分。根据本专利技术的方法特别适于大型转子叶片的制造，因为这些大型转子叶片在最厚的区域中非常巨大。优选地，使用本专利技术的方法制造的转子叶片具有至少70米的长度。（通常）圆形的根端部段在过渡区域中平滑地过渡到翼型形状，并且该过渡通常相当短。该过渡区域是具有最大弦长的区域。因此，转子叶片的壁在该区域中必须相对厚，以便在操作期间承受载荷。在本专利技术的一个优选实施例中，转子叶片的内侧叶片部段在该过渡区域中具有处于700千克/米的范围内的质量。相比之下，具有其逐渐变窄的翼型形状的外侧叶片部段更轻。在本专利技术的一个优选实施例中，外侧叶片部段具有处于50千克/米的范围内的质量。在本专利技术的一个优选实施例中，第一铸造工艺是开模铸造工艺，其中，使用两个内侧模具半部来分别铸造两个内侧部段半部。在灌注模制和固化之后，内侧半部随后被胶合在一起。独立于外侧翼型部段并且与外侧翼型部段分开，以这种方式来制备内侧或根部部段的优点在于没有浪费铺层时间。换句话说，当时间被花费于实现叶片的根部和过渡部分处的期望厚度时，没有已完成的翼型铺层正在等待。当使用开模铸造技术来制造内侧部段时，使用闭模铸造工艺来模制外侧或翼型部段，在该闭模铸造工艺中，整个铺层在第一外侧模具半部中完成。一旦铺层完成，第二外侧模具半部就被放置在铺层上以闭合模具。执行灌注模制步骤以完成铸造工艺。因此，使用闭模铸造工艺来制造整个外侧部段或翼型。以这种方式制备外侧部段的优点在于，该铸造技术使得可以实现转子叶片的翼型部分所需的高表面质量。因为复合材料朝向叶片的末端端部也相对薄，所以铺层的完成也相对快。本专利技术的方法可以通过巧妙地安排铸造阶段而显著地降低用于单个叶片的制造成本。在本专利技术的一个优选实施例中，所述方法包括以下步骤：安排两个相继的工作流程阶段；在一个工作流程阶段期间制造三个外侧部段和一个内侧部段；以及在另一工作流程阶段期间制造两个内侧部段。然后，三个内侧部段可以被连接到三个外侧部段，以完成三个转子叶片。为了完成这三个转子叶片，仅需要两个模具来制备三个内侧部段。如上所述，内侧部段的制造通常比外侧部段的制造显著地更加耗时。因此，在本专利技术的一个特别优选的实施例中，工作流程阶段的持续时间基于制造内侧叶片部段所需的时间来确定。工作流程阶段的持续时间可以通过测量使用第一铸造工艺、例如开模铸造工艺制备内侧叶片部段所花费的时间来确定。还可以确定任何相关联的成本，例如人员成本、占地空间成本等。基于已确定的成本和时间安排，转子叶片制造商可以确定制造一定数量的转子叶片的最具成本效益的方式。例如，如果将要为具有100个风力涡轮机的风电场制造本文档来自技高网...

【技术保护点】
1. 一种制造风力涡轮机转子叶片（1）的方法，其中，每个转子叶片（1）包括内侧部段（1A）和外侧部段（1B），并且其中，/n- 使用第一铸造工艺（P1）来制造包括根端（10）和过渡区域（11）的内侧叶片部段（1A）；以及/n- 使用第二铸造工艺（P2）来制造包括翼型区域（12）的外侧叶片部段（1B），所述第二铸造工艺（P2）不同于所述第一铸造工艺（P1）。/n

【技术特征摘要】
20180608 EP 18176812.81.一种制造风力涡轮机转子叶片（1）的方法，其中，每个转子叶片（1）包括内侧部段（1A）和外侧部段（1B），并且其中，
-使用第一铸造工艺（P1）来制造包括根端（10）和过渡区域（11）的内侧叶片部段（1A）；以及
-使用第二铸造工艺（P2）来制造包括翼型区域（12）的外侧叶片部段（1B），所述第二铸造工艺（P2）不同于所述第一铸造工艺（P1）。


2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一铸造工艺（P1）是开模铸造工艺。


3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其中，所述第二铸造工艺（P2）是闭模工艺。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述叶片部段（1A、1B）之间设置连接器接口（14）。


5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：将内侧叶片部段（1A）联接到外侧叶片部段（1B）以完成转子叶片（1）。


6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：
-安排两个同时的工作流程阶段（S1、S2）；
-在一个工作流程阶段（S1）期间制造三个外侧部段（1B）和一个内侧部段（1A）；以及
-在另一工作流程阶段（S2）期间制造两个内侧部段（1A）。


7.根据前述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：PB埃内沃尔德森，SF普尔森，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK