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              風機的轉子葉片及相應制造方法.pdf

              摘要
              申請專利號:

              CN201210330302.6

              申請日:

              2012.09.07

              公開號:

              CN102996327A

              公開日:

              2013.03.27

              當前法律狀態:

              授權

              有效性:

              有權

              法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):F03D 1/06申請日:20120907|||公開
              IPC分類號: F03D1/06; B29D99/00(2010.01)I 主分類號: F03D1/06
              申請人: 通用電氣公司
              發明人: E.L.貝爾; B.S.蓋伯; A.W.沃斯勒
              地址: 美國紐約州
              優先權: 2011.09.09 US 13/228,708
              專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司 72001 代理人: 李強;曹若
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              法律狀態
              申請(專利)號:

              CN201210330302.6

              授權公告號:

              ||||||

              法律狀態公告日:

              2016.09.14|||2014.08.06|||2013.03.27

              法律狀態類型:

              授權|||實質審查的生效|||公開

              摘要

              本發明涉及并揭示一種風機的轉子葉片。所述轉子葉片通常可包括至少部分從型芯材料形成的主體。所述主體通常可具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側。所述轉子葉片也可包括多個受剪構件和多個加強構件。所述受剪構件通常可在所述主體的所述壓力側與吸入側之間延伸,且可各自包括第一端和第二端。所述加強構件可環繞所述主體的所述壓力側和吸入側隔開,每個加強構件設在所述受剪構件中的一個受剪構件的所述第一端處或所述第二端處。此外,所述轉子葉片可包括環繞所述主體的外圍延伸的表層。

              權利要求書

              權利要求書一種風機的轉子葉片,所述轉子葉片包括:
              至少部分從型芯材料形成的主體,所述主體具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側;
              在所述壓力側與吸入側之間延伸的多個受剪構件,所述多個受剪構件中的每個受剪構件包括第一端和第二端;
              環繞所述壓力側和吸入側隔開的多個加強構件,所述多個加強構件中的每個加強構件設于所述多個受剪構件中的一個受剪構件的所述第一端處或所述第二端處;以及
              環繞所述主體的外圍延伸的表層。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其中所述多個加強構件中的每個加強構件在鄰近所述表層的位置處在翼展向上沿所述主體延伸。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其進一步包括設于所述前緣處或附近的第一邊緣加強構件,以及設于所述后緣處或附近的第二邊緣加強構件。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其進一步包括至少一個輔助加強構件,其設于所述多個受剪構件中的每個受剪構件的所述第一端與所述第二端之間。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其進一步包括橫向加強構件,其在所述主體內從大體鄰近所述前緣處延伸到大體鄰近所述后緣處。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其進一步包括多個叉形構件,其在所述多個加強構件中的至少兩個相鄰加強構件之間延伸,所述多個叉形構件中的每個叉形構件設于所述表層附近。
              根據權利要求6所述的轉子葉片,其中所述多個叉形構件中的每個叉形構件在所述至少兩個相鄰加強構件之間成對角延伸。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其中所述多個受剪構件中的每個受剪構件包括多個支撐構件,其在所述多個加強構件中的相對的加強構件之間延伸。
              根據權利要求8所述的轉子葉片,其中所述多個支撐構件中的每個支撐構件在所述相對的加強構件之間成對角延伸。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其中所述型芯材料包括低密度材料。
              根據權利要求1所述的轉子葉片,其中所述主體基本上從所述型芯材料形成。
              一種制造風機的轉子葉片的方法,所述方法包括:
              組裝葉片坯體,所述葉片坯體包括在一定體積的型芯材料內隔開的多個受剪構件;
              使所述葉片坯體成形以形成主體,所述主體具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側,所述多個受剪構件在所述壓力側與吸入側之間延伸;
              將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使所述多個加強構件中的至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準;以及
              將表層定位成環繞所述主體的外圍。
              根據權利要求12所述的方法,其中將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使所述多個加強構件中的至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準包括在使所述葉片坯體成形以形成所述主體后,將所述至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準。
              根據權利要求13所述的方法,其中所述多個受剪構件中的每個受剪構件包括設于所述壓力側附近的第一端,以及設于所述吸入側附近的第二端,其中使所述葉片坯體成形以形成主體,所述主體具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側,包括,使所述葉片坯體成形以在所述多個受剪構件中的每個受剪構件的所述第一端處和所述第二端處形成通道。
              根據權利要求14所述的方法,其中在使所述葉片坯體成形以形成所述主體后將至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準包括將加強構件定位于每個通道內。
              根據權利要求12所述的方法,其中將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使所述多個加強構件中的至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準包括在使所述葉片坯體成形以形成所述主體之前,將所述至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準。
              根據權利要求16所述的方法,其中組裝葉片坯體,所述葉片坯體包括在一定體積的型芯材料內隔開的多個受剪構件,包括,將所述多個受剪構件中的每個受剪構件和所述至少兩個加強構件組裝在多個型芯材料段之間以形成所述葉片坯體。
              根據權利要求12所述的方法,其進一步包括:
              將第一邊緣加強構件定位于所述前緣處或附近;以及
              將第二邊緣加強構件定位于所述后緣處或附近。
              根據權利要求12所述的方法,其進一步包括將多個叉形構件定位于所述多個加強構件中的相鄰加強構件之間。
              根據權利要求12所述的方法,其中將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使所述多個加強構件中的至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準包括:
              將加強構件定位于所述多個受剪構件中的每個受剪構件的第一端處和第二端處;以及
              將輔助加強構件定位于所述第一端與所述第二端之間的位置處。

              說明書

              說明書風機的轉子葉片及相應制造方法
              技術領域
              本發明大體上涉及風機,確切地說,涉及風機轉子葉片以及制造此類轉子葉片的方法。
              背景技術
              風能被認為是目前可用的最清潔、最環保的能源之一,在這一方面,風機已獲得廣泛關注。現代風機通常包括塔筒、發電機、齒輪箱、機艙以及一片或多片轉子葉片。轉子葉片使用已知的翼原理捕獲風的動能并通過轉動能傳輸動能,以轉動將轉子葉片連接到齒輪箱的軸,或者,如果未使用齒輪箱,則轉動將轉子葉片直接連接到發電機的軸。之后,發電機將機械能轉化成電能,以輸送到公用設施電網中。
              在制造轉子葉片的過程中,通常必需使用一些專用工具和/或模具。例如,通常使用大型模具來形成傳統轉子葉片的葉片半部,這些大型模具是針對要生產的轉子葉片的特定尺寸和形狀而定制的。因此,必須針對要生產的每片轉子葉片的尺寸和形狀購買或制造新模具,這樣就大大增加了轉子葉片的生產成本。此外,形成轉子葉片的葉片半部的傳統方法通常包括使用鋪疊成型工藝,在此工藝中,需要將強化材料層手工放置在定制模具中。該過程非常費力,且大大增加了生產轉子葉片所需的時間。
              標題為“制造風機轉子葉片的方法(Methods of Manufacturing Rotor Blades for a Wind Turbine)”的第12/966,219號專利申請案(于2010年12月13日提交并轉讓給通用電氣公司(General Electric Company))中總體揭示了一種制造風機轉子葉片的改進方法,該方法能夠降低生產成本并提高葉片生產速度。具體而言,所述申請案中揭示的轉子葉片可通過提供由填充材料構成的葉片坯體進行制造。所述葉片坯體可經機械加工或以其它方式成形為轉子葉片的氣動形狀或外形。隨后,可將外表層涂覆在成形的葉片坯體的外圍,以形成轉子葉片的外表面,并為填充材料提供保護涂層。但是,盡管該專利申請案中描述的方法提供了重要優點,但該揭示內容中并未提供組裝在轉子葉片內以提供葉片硬度和/或強度的重要結構部件。
              因此,一種通過提供硬度和/或強度較高的轉子葉片來改進上述方法的轉子葉片制造方法將在此項技術中受到歡迎。
              發明內容
              以下說明書將部分闡明本發明的各方面和優點,或者,這些方面和優點可在說明書中顯而易見,或者可通過實踐本發明推導出。
              一方面,本發明揭示一種風機的轉子葉片。所述轉子葉片通常可包括至少部分從型芯材料形成的主體。所述主體通常可具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側。所述轉子葉片也可包括多個受剪構件和多個加強構件。所述受剪構件通常可在所述主體的所述壓力側與吸入側之間延伸,且可各自包括第一端和第二端。所述加強構件可環繞所述主體的所述壓力側和吸入側隔開,每個加強構件設在所述受剪構件中的一個受剪構件的第一端處或第二端處。此外,所述轉子葉片可包括環繞所述主體的外圍延伸的表層。
              另一方面,本發明揭示一種制造風機的轉子葉片的方法。所述方法通常可包括:組裝葉片坯體,所述葉片坯體包括在一定體積的型芯材料內隔開的多個受剪構件;使所述葉片坯體成形以形成主體,所述主體具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側;將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使所述多個加強構件中的至少兩個加強構件與所述多個受剪構件中的每個受剪構件對準;以及將表層定位成環繞所述主體的外圍。
              參考以下具體實施方式和所附權利要求書可以更深入地理解本發明的這些和其它特征、方面和優點。附圖并入本說明書中并構成本說明書的一部分,說明了本發明的各實施例,并與具體實施方式一起解釋本發明的原理。
              附圖說明
              本說明書參考附圖,針對所屬領域的一般技術人員,完整且可實現地詳細揭示了本發明,包括其最佳模式,其中:
              圖1所示為風機的一項實施例的透視圖;
              圖2所示為根據本發明各方面的轉子葉片的一項實施例的透視圖;
              圖3所示為沿著線3?3截得的圖2所示轉子葉片的截面圖;
              圖4所示為根據本發明各方面的轉子葉片制造方法的一項實施例的流程圖;
              圖5所示為適用于制造圖2和圖3所示轉子葉片的葉片坯體的一項實施例的截面圖;
              圖6所示為圖5所示葉片坯體的一項實施例在根據本發明各方面成形后的翼展方向截面圖;
              圖7所示為沿著線7?7截得的圖6所示成形葉片坯體的截面圖,尤其圖示了形成于轉子葉片主體的壓力側和吸入側周圍的通道的一項實施例;
              圖8所示為圖6和圖7所示的成形葉片坯體的局部透視圖,所述成形葉片坯體具有加強構件,所述加強構件安裝在形成于葉片主體的壓力側和吸入側周圍的通道中;
              圖9所示為適用于制造圖2和圖3所示轉子葉片的葉片坯體的另一項實施例的截面圖;
              圖10所示為根據本發明各方面的轉子葉片的另一項實施例的截面圖;
              圖11所示為根據本發明各方面的轉子葉片的進一步實施例的截面圖;
              圖12所示為根據本發明各方面的轉子葉片的又一項實施例的局部透視圖;以及
              圖13所示為根據本發明各方面的轉子葉片的更進一步實施例的局部透視圖。
              元件符號列表:
                參考標號  部件  參考標號  部件  10  風機  12  塔筒  14  機艙  16  轉子葉片  18  轉子輪轂  100  轉子葉片  102  葉根  104  葉尖  106  主體  108  壓力側  110  吸入側  112  前緣  114  后緣  116  翼展  118  翼弦  120  表層  122  外表面  124  內表面  126  型芯材料  128  受剪構件  130  加強構件  132  第一端  134  第二端  136  坯體  138  虛線  140  翼弦  142  高度  144  寬度  146  高度  148  段  150  通道  152  葉根套  154  根端  156  高度  158  孔  160  寬度  162  外表面  164  外表面  200  方法  202  方法步驟  204  方法步驟  206  方法步驟  208  方法步驟  236  坯體  250  通道  266  凹面  300  轉子葉片  370  前緣構件  372  后緣構件  374  輔助構件  400  轉子葉片  476  加強構件  500  轉子葉片  580  構件  600  轉子葉片  682  構件
              具體實施方式
              現在將詳細參考本發明的各實施例,附圖中圖示了本發明實施例的一個或多個實例。各個實例用以解釋本發明而非限定本發明。事實上,在不脫離本發明的范圍或精神的前提下,所屬領域的技術人員可輕易對本發明做出各種修改和變化。例如,作為一項實施例的一部分說明或描述的特征可用于另一實施例中,從而得到更進一步的實施例。因此,本發明應涵蓋所有基于所附權利要求書及其等效物的范圍內的修改和變化。
              一般說來,本發明涉及制造風機轉子葉片的改進方法,以及根據所述改進方法制造的轉子葉片。具體而言,所揭示的轉子葉片可包括從型芯材料(例如,泡沫材料)形成的主體,所述型芯材料配置成經機械加工或以其它方式成形為轉子葉片的氣動形狀或外形。此外,多個結構部件(例如,受剪構件、加強構件等)可設于主體內和/或周圍,以提高轉子葉片的強度和/或硬度。所述轉子葉片也可包括環繞主體的外圍延伸的覆蓋表層,所述覆蓋表層形成轉子葉片的外表面并為型芯材料提供保護涂層。
              從本專利申請文件提供的說明中可輕易看出,所揭示的方法大體實現了在制造轉子葉片時,無需使用專用工具和模具,且無需進行將層壓板層手工鋪疊于此類模具中這一費力工藝。具體而言,轉子葉片可從內到外制成,方法是組裝能夠經機械加工或以其它方式成形為轉子葉片的氣動形狀或外形的葉片坯體。這樣,可顯著減少生產轉子葉片所需的制造成本和時間,從而提高新的轉子葉片設計的研發效率以及向市場供應轉子葉片的速度。此外,由于并入了各種結構部件,因此制成的轉子葉片具有能夠增強葉片強度和/或硬度的結構構造。
              此外還應了解,在若干實施例中,所揭示的方法特別有利于快速有效地制造原型轉子葉片,以測試新的翼型設計等。因此,無需另外花時間制作和/或獲得專用工具和/或模具,就可立即制造并測試新的翼型形狀和/或其它葉片構造/特征(例如在氣動彈性方面經相應修整的葉片、小翼等)。但是,所揭示的方法還可用于生產轉子葉片以供所屬領域使用。例如,根據所揭示方法制成的轉子葉片可用作風機的主要和/或輔助轉子葉片。
              參閱附圖,圖1所示是風機10的一項實施例的透視圖。風機10包括塔筒12,塔筒12上安裝有機艙14。多片轉子葉片16安裝在轉子輪轂18上,而轉子輪轂18連接到轉動主轉子軸的主法蘭上。風機發電和控制部件安置在機艙14中。應了解,圖1所示風機10僅作說明目的,以示例性地說明本發明。因此,所屬領域的一般技術人員應理解,本發明不限于任何特定類型的風機配置。
              現在參閱圖2和圖3,其中圖示了根據本發明各方面的轉子葉片100的一項實施例。具體而言,圖2所示為轉子葉片100的透視圖。此外,圖3所示為沿著線3?3截得的圖2所示轉子葉片100的截面圖。
              如圖所示,轉子葉片100包括配置成將轉子葉片100安裝到風機10(圖1)的輪轂18的葉根102,以及設于葉根102相對的葉尖104。轉子葉片100的主體106可在葉根102與葉尖104之間延伸,且可大體構成轉子葉片100的氣動形狀。例如,在若干實施例中,主體106可通過配置成對稱或弧形翼型等而具有翼型截面。因此,如圖3所示,主體106可包括在前緣112與后緣114之間延伸的壓力側108和吸入側110。此外,主體106通常可包括限定葉根102與葉尖104之間的總長度的翼展116,以及限定前緣112與后緣114之間的總長度的翼弦118。眾所周知,隨著主體106從葉根102向葉尖104延伸,翼弦118的長度可相對于翼展116變化。
              應了解,轉子葉片100的主體106也可具有額外的氣動特征。例如,在一項實施例中,主體106可在氣動彈性方面經過相應修整,例如在大致翼弦方向(即,大體平行于翼弦118的方向)和/或大致翼展方向(即,大體平行于翼展116的方向)上彎曲和/或扭轉。
              此外,轉子葉片100通常可包括環繞氣動型主體的覆蓋表層120。具體而言,如圖3所示,覆蓋表層120可大體具有構成轉子葉片100的外表面的外表面122,以及大體勾出主體106的外圍的內表面124。因此,應了解,覆蓋表層120可大體配置成貼合氣動主體106的外形或形狀,以使覆蓋表層120的外表面122大體構成轉子葉片100的氣動外形。
              如圖3特別圖示,主體106可至少部分從型芯材料126形成。在若干實施例中,主體106可基本上從型芯材料126形成。“基本上從型芯材料126”形成意味著主體106體積(即,轉子葉片100的位于覆蓋表層120的內表面124內的體積)的50%以上填充有型芯材料126或以其它方式被型芯材料126占據,例如主體106體積的60%以上或主體106體積的75%以上或主體106體積的85%以上,以及介于兩者之間的其它任何子范圍。但在替代實施例中,主體106的50%以下從型芯材料126形成。例如,型芯材料126的絕大部分和/或全部可從轉子葉片100內移除。
              一般說來,型芯材料126可包括任何合適的材料,其中所述材料能夠經機械加工或以其它方式成形為主體106的氣動形狀或外形。例如,在本發明的若干實施例中,型芯材料126可包括相對輕質的低密度材料。因此,在特定實施例中,型芯材料126可包括低密度泡沫材料。合適的低密度泡沫材料可包括,但不限于,聚苯乙烯泡沫(例如膨脹性聚苯乙烯泡沫)、聚氨脂泡沫、其它泡沫橡膠/樹脂基泡沫以及各種其它開孔和閉孔泡沫。或者,填充材料126可包括其它合適的低密度材料,例如輕木、軟木等。
              仍參閱圖2和圖3,轉子葉片100也可包括多個結構部件128、130,這些結構部件經配置以在風機10運行期間承受作用在轉子葉片100上的負載。例如,如圖3所示,轉子葉片100包括在翼弦方向上彼此隔開的多個受剪構件128。一般說來,每個受剪構件128可配置成在主體106內沿翼展116的至少一部分縱長延伸。此外,如圖所示,每個受剪構件128可配置成在主體106的壓力側108與吸入側110之間沿大體垂直于翼弦方向的方向延伸,例如,在通常設于主體106的壓力側108附近的第一端132與通常設于主體106的吸入側110附近的第二端134之間延伸。因此,受剪構件128可在主體106的壓力側108與吸入側110之間形成剪切路徑,從而使受剪構件128能夠承受作用于轉子葉片100上的任何剪切負載。
              此外,如圖3所示,每個剪切構件128通常可配置成連續延伸的固體結構部件,其構成矩形截面形狀。但應了解,在替代實施例中,受剪構件128可具有其它任何合適的構造,且可具有能夠使此類構件128具有本專利申請文件所述功能的其它任何合適的截面形狀。例如,如下文參閱圖13所述,每個受剪構件128可包括在主體106的壓力側108與吸入側110之間延伸的多個支撐構件682。
              除了受剪構件128以外,轉子葉片100也可包括沿主體106的翼展116的至少一部分縱長延伸的多個加強構件130。一般說來,加強構件130可配置成環繞主體106的壓力側108和吸入側110隔開,以承受作用于葉片100上的翼展向負載(例如,彎曲負載)。此外,在若干實施例中,加強構件130可定位于轉子葉片100內以與受剪構件128對準,方法是,例如,設于覆蓋表層120與受剪構件128的各端132、134之間。加強構件130的這種布置方式通常可利用受剪構件128建立的剪切路徑,從而增強加強構件130的承載能力。
              應了解,受剪構件128和加強構件130通常可從能夠向轉子葉片100提供硬度和/或強度的任何合適的剛性和/或耐久材料形成。例如,此類構件128、130可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成。此外,應了解,盡管所揭示的轉子葉片100圖示為包括五個受剪構件128和相應數量的加強構件130,但轉子葉片100通常可包括任何合適數量的受剪構件128和/或加強構件130。
              現在參閱圖4,該圖所示為根據本發明各方面的制造圖2和圖3所示轉子葉片100的方法200的一項實施例的流程圖。如圖所示,方法200通常包括:步驟202:組裝葉片坯體,所述葉片坯體包括在一定體積的型芯材料內隔開的多個受剪構件;步驟204使葉片坯體成形以形成主體,所述主體具有在前緣與后緣之間延伸的壓力側和吸入側;步驟206將多個加強構件定位成環繞所述壓力側和吸入側,以使多個加強構件中的至少兩個加強構件與多個受剪構件中的每個受剪構件對準;以及步驟208將表層定位成環繞主體的外圍。應了解,盡管圖4中的各方法元素202、204、206、208是以特定順序圖示,但這些元素通常能夠以符合本專利申請文件中所揭示的任何次序和/或順序實施。例如,如下文所述,轉子葉片100的加強構件130可在使葉片坯體136(圖5)成形以形成主體106之前或之后與受剪構件128對準。
              如上所述,此類方法200通常能夠減少制造轉子葉片所需的生產成本和時間。因此,新的轉子葉片設計可更高效地進行生產,從而促進產品研發,并提高向市場供應轉子葉片的速度。此外,通過在轉子葉片100內加入受剪構件128和加強構件130等結構部件,制成的葉片的強度和/或硬度將提高。
              現在參閱圖5,其中圖示了根據本發明各方面的可根據所揭示方法200組裝的葉片坯體136的一項實施例的截面圖。一般說來,葉片坯體136可包括一定體積的型芯材料126,型芯材料配置成經機械加工或以其它方式成形為轉子葉片主體106的氣動形狀或外形(如虛線138所示)。因此,應了解,在若干實施例中,葉片坯體136通常可具有任何合適的形狀,所述形狀的尺寸等于或大于主體106的最大翼弦140、最大高度142(即,主體106的壓力側108與吸入側110之間的最大高度)以及翼展116(圖2),以使葉片坯體136的相應部分可移除,從而構成主體106的氣動形狀或外形。例如,在一項實施例中,葉片坯體136的寬度144通常可等于或大于主體106的最大翼弦140,且坯體136的高度146通常可等于或大于主體106的最大高度142。同樣地,坯體136的長度(進入頁面的維度)通常可等于或大于主體106的翼展116。但在替代實施例中,葉片坯體136可分段成形,每段具有寬度144、高度146和/或長度(未圖示),它們對應于主體106的最大翼弦140、最大高度142和/或翼展116的一部分。
              在若干實施例中,轉子葉片100的受剪構件128也可包括在葉片坯體136內。具體而言,如圖5所示,葉片坯體136可具有分層結構,受剪構件128在多個型芯材料段148之間隔開,其中所述型芯材料段148具有各自的型芯材料126塊或區。一般說來,葉片坯體136的分層結構可使用所屬領域中已知的任何合適裝置和/或方法來進行組裝或以其它方式形成。在若干實施例中,型芯材料段148和受剪構件128可包括單獨的預制部件,這些部件可固定或以其它方式組裝在一起,以形成葉片坯體136。例如,可使用所屬領域中已知的任何合適裝置和/或方法來將型芯材料段148和受剪構件128堆疊在一起,然后將它們彼此粘結、粘附、系、緊固或以其它方式連接在一起。或者,受剪構件128可直接形成在型芯材料段148之上或內部。例如,在一項實施例中,每個受剪構件128可通過將多層復合材料(例如,纖維增強復合材料)直接鋪疊或以其它方式組裝到型芯材料段148之上來形成。受剪構件128形成于型芯材料段148之上后,可將另一型芯材料段148組裝到受剪構件128之上,重復該過程以形成整個葉片坯體136。
              應了解,對于不同葉片坯體136,每個型芯材料段148的寬度以及受剪構件128之間的間距通常可根據多種因素而有所不同,其中所述多種因素包括,但不限于,需要包括在轉子葉片100內的受剪構件128的尺寸(例如,最大翼弦140的寬度)和數量。此外,應了解,在一項實施例中,葉片坯體136內的受剪構件128可彼此等距隔開。或者,各個受剪構件128之間的間距可有所不同。例如,每個型芯材料段148的寬度可以不同,以使受剪構件128之間的間距在葉片坯體136內有所不同,并由此而在轉子葉片100內有所不同。此外,如圖示的實施例所示,每個型芯材料段148包括一定實體體積的型芯材料126。但在替代實施例中,部分或全部的型芯材料段148可以是非固體的和/或不連續的。例如,用于形成葉片坯體136的型芯材料段148內和/或之間可形成空隙和/或空間。
              應了解,在若干實施例中,轉子葉片100的各種其它結構部件可包括在葉片坯體136內。例如,如下文參閱圖9所述,可在組裝葉片坯體236時將加強構件130定位于每個型芯材料段148之間。
              現參閱圖6和圖7,所示為圖5所示葉片坯體136的一項實施例在成形為轉子葉片100的氣動主體106后的截面圖。具體而言,圖6所示為成形主體106的翼展向截面圖。此外,圖7所示為成形主體106的翼弦向截面圖。
              一般說來,葉片坯體136(圖5)可使用所屬領域中已知的任何合適的成形裝置/方法成形為所需形狀或外形,所述裝置/方法能夠將葉片坯體136的相應部分移除以構成主體106的氣動形狀,例如將型芯材料段148和受剪構件128的相應部分移除以形成主體106的壓力側108、吸入側110、前緣112和后緣114的氣動輪廓和外形。例如,在一項實施例中,葉片坯體136可使用任何合適的機械加工工藝和/或任何合適的機械加工設備,例如計算機數字控制(CNC)機或其它任何精確機械加工設備來進行機械加工。或者,葉片坯體136可使用其它合適的工具和/或設備,例如各種不同的手工工具和機動手工工具來成形。例如,葉片坯體136可使用切削工具(例如,刀、鋸等)、磨削設備/砂磨設備(例如,電磨機、電動砂磨機、磨砂紙等)和/或所屬領域中已知的其它任何合適的工具/設備來成形。
              在一項實施例中,除了使葉片坯體136成形以構成主體106的氣動形狀之外,葉片坯體136也可成形為接納轉子葉片100的加強構件130。具體而言,葉片坯體136中可形成多個凹槽或通道150,以將加強構件130定位成環繞主體106的壓力側108和吸入側110。例如,如圖7所示,通道150可環繞壓力側108和吸入側110形成,以與每個受剪構件128的各端132、134對準。因此,當將加強構件130定位于通道150內時,每對相對的加強構件130可設于每個受剪構件128的第一端132和第二端134處和/或附近。
              應了解,通道150可在用于將葉片坯體136成形為主體106的氣動外形的同一制造步驟期間形成,或在單獨的制造步驟中形成。例如,在一項實施例中,主體106的氣動外形可初始形成為葉片坯體136,然后作為單獨的制造步驟在葉片坯體136中形成通道150。
              此外,在本發明的若干實施例中,可在葉片坯體136已成形之后將葉根套152安裝在轉子葉片100的葉根102(圖2)處。具體而言,如圖6所示,葉根套152可安裝在成形主體106的根端154處。葉根套152通常可用作連接機構,用于將轉子葉片100連接到風機10(圖1)的輪轂18。因此,應了解,葉根套152通常可設計成具有能夠將葉根套152連接到風機輪轂18的任何合適的尺寸、形狀和/或構造。例如,在一項實施例中,葉根套152可具有大致呈圓柱形或圓形的形狀,其直徑或高度156大體對應于輪轂18中與經配置的轉子葉片100連接的部件(例如,變槳軸承)的直徑或高度。此外,葉根套152可包括多個環向隔開的孔158,所述孔158具有大體對應于輪轂18的相應部件(例如,變槳軸承)中形成的螺栓孔圖案的螺栓孔圖案。因此,葉根套152可使用合適的螺栓、螺紋桿和/或類似工具連接到輪轂18。
              一般說來,葉根套152通常可從任何合適的材料形成。但在若干實施例中,葉根套152可從相對較硬和/或耐久的材料形成。例如,葉根套152可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成,這些材料能夠承受通常在風機10運行過程中沿輪轂18與轉子葉片100的連接點產生的負載。此外,在一項實施例中,葉根套152可包括預制部件,所述預制部件經配置以組裝到成形主體106的根端154上。或者,葉根套152可直接形成于成形主體106的根端156之上。例如,在本發明的特定實施例中,葉根套152可通過將多層復合材料(例如,纖維增強復合材料)直接鋪疊或以其它方式組裝在根端154上來形成。
              應了解,成形主體106的根端154通常可經機械加工或以其它方式成形以適應葉根套152。例如,在一項實施例中,可在根端154處從葉片坯體136中移除額外量的型芯材料126,所移除的材料量與葉根套152的寬度160對應,以使隨后可將葉根套152定位、組裝或形成于根端154上。此外,在特定實施例中,隨著葉根套152離開葉根102延伸,葉根套152的寬度160通常可逐漸縮減。因此,如圖6所示,成形主體106的根端154通常可經機械加工或以其他方式成形為包括相應的逐漸變尖外形,以適應葉根套152的逐漸縮減寬度160。
              還應了解,在本發明的若干實施例中,主體106的整個氣動外形無需進行初始機械加工或以其它方式形成為葉片坯體136。例如,在一項實施例中,只有主體106的根端154進行初始機械加工或以其它方式形成。在此類實施例中,可先將葉根套152定位、組裝或形成于根端154上,然后再在葉片坯體136中形成主體106的剩余氣動外形部分。
              現在參閱圖8,所示為轉子葉片100的成形主體106在已將加強構件130定位于通道150(圖7)內后的局部透視圖,其中通道150形成于受剪構件128的各端132、134處。如上所述,加強構件130通常可配置成通過承受在風機10運行期間施加到葉片100的任何翼展向負載(例如,壓縮和/或拉伸彎曲負載)來向轉子葉片100提供強度和/或硬度。因此,應了解,加強構件130通常可具有使得此類構件130具有本專利申請文件所述功能的任何合適的形狀、尺寸和/或構造。例如,如圖示的實施例所示,加強構件130通常包括沿翼展向延伸的桿,所述桿具有半圓形截面形狀。但在替代實施例中,加強構件130可具有圓形、矩形、三角形和/或其它任何合適的截面形狀,且可為實心或中空的。
              還應了解,在若干實施例中,加強構件130可包括單獨的預制部件,所述部件可固定或以其它方式組裝在通道150內。例如,可使用所屬領域中已知的任何合適的裝置和/或方法來初始形成加強構件130,然后將其粘結、粘附、系、緊固或以其它方式固定在通道150內。具體而言,在一項實施例中,可使用拉擠成型工藝來從合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)預制加強構件130,然后將其安裝在通道150內。在另一項實施例中,可從預浸漬復合材料形成加強構件130,該復合材料將在安裝在通道150內之后固化。或者,可使加強構件130直接形成于通道150上和/或內。例如,在一項實施例中,加強構件130的形成方法可為將合適的增強材料(例如,玻璃和/或碳纖維)鋪疊或以其它方式組裝在通道150內,然后環繞所述增強材料注入合適的粘結材料(例如,合適的樹脂)。
              此外,在若干實施例中,加強構件130可成形或以其它方式形成,以使主體106的壓力側108和吸入側110形成連續的氣動表面。例如,如圖8所示,每個加強構件130的外表面162通常可成形或以其它方式形成,以使表面166形成主體106的氣動外形的延續部分。因此,可在每個加強構件130的外表面162與每個成形型芯材料段148的外表面164之間的界面處形成平滑過渡。
              再次參閱圖3,如上所述,轉子葉片100還可包括構成轉子葉片100的外表面的覆蓋表層120。一般來說,覆蓋表層120可經配置以貼合主體106以及,在某些實施例中,葉根套152的外圍,并環繞所述外圍安置,以使轉子葉片100具有平滑的氣動外形。此外,作為外涂層,覆蓋表層120可向型芯材料126提供支撐以及保護(例如,沖擊保護)。
              應了解,覆蓋表層120通常可包括任何合適的材料,并可使用任何合適的方法和/或工藝形成。例如,在一項實施例中,覆蓋表層120可包括使用手工鋪疊成型工藝或其他任何合適的層壓成型方法環繞主體106的外圍形成的復合材料(例如,纖維增強復合材料)。在另一項實施例中,覆蓋表層120可包括噴涂表面涂層,例如聚氨酯彈性噴涂復合物。在進一步實施例中,覆蓋表層120可包括使用熱縮包裝工藝和/或熱縮裝管工藝形成的熱塑性涂層。
              現在參閱圖9,所示為根據本發明各方面的可根據所揭示方法200組裝的葉片坯體236的另一項實施例的截面圖。具體而言,與上文參閱圖5到圖7所述的實施例不同,轉子葉片100的加強構件130可在使坯體236成形之前安裝在葉片坯體236內。因此,如圖所示,葉片坯體236可具有分層結構,其中受剪構件128和加強構件130設于型芯材料段148之間。
              應了解,葉片坯體236的分層結構可使用所屬領域中已知的任何合適的裝置和/或方法進行組裝或以其它方式形成。例如,在若干實施例中,型芯材料段148可成形為接納受剪構件128和/或加強構件130。具體而言,如圖9所示,每個型芯材料段148可包括接納每個受剪構件128的凹面266,以及接納每個加強構件130的凹槽或通道250。因此,受剪構件128和加強構件130可在組裝葉片坯體236時定位于型芯材料段148之間。
              與上述實施例相似,在一項實施例中,型芯材料段148、受剪構件138和/或加強構件130可包括單獨的預制部件,所述部件可固定或以其它方式組裝在一起,以形成葉片坯體236。或者,受剪構件128和/或加強構件130可直接形成于型芯材料段148上或內,以形成葉片坯體236。例如,在一項實施例中,受剪構件128和/或加強構件130可通過將多層復合材料(例如,纖維增強復合材料)直接鋪疊或以其它方式組裝到型芯材料段148上形成。受剪構件128和/或加強構件130已形成于型芯材料段148上之后,可將另一型芯材料段148組裝到受剪構件128和/或加強構件130之上,重復該步驟以形成整個葉片坯體236。
              葉片坯體236組裝完成后,可使坯體236成形以形成轉子葉片主體106的氣動外形(如圖9的虛線138所示)。例如,如上所述,葉片坯體236可進行機械加工或以其它方式處理以移除型芯材料段148、受剪構件128和/或加強構件130的相應部分,從而形成主體106的壓力側108、吸入側110、前緣112和后緣114(圖3)的氣動輪廓和外形。使葉片坯體236成形后,可將覆蓋表層120(圖3)定位成環繞主體106的外圍,以形成轉子葉片100的外表面。
              現在參閱圖10,所示為根據本發明各方面的轉子葉片300的另一項實施例的截面圖。具體而言,圖10圖示了可視需要包括在轉子葉片300內的若干不同結構部件370、372、374的實例。
              如圖示的實施例所示,除了上述受剪構件128和加強構件130以外,轉子葉片300還包括一對邊緣加強構件370、372,其設計成承受作用于轉子葉片300上的邊緣負載,且還提高了轉子葉片300的抗彎性(尤其是在后緣114處)。具體而言,轉子葉片300包括設于前緣112處或附近的第一邊緣加強構件370,以及設于后緣114處或附近的第二邊緣加強構件372,每個邊緣加強構件370、372沿轉子葉片300的翼展116(圖2)的至少一部分縱長延伸。
              應了解,邊緣加強構件370、372通常可配置成與上述加強構件130相同或相似。因此,邊緣加強構件370、372通常可具有使此類構件370、372具有本專利申請文件所述功能的任何合適的形狀、尺寸和/或構造。例如,如圖示的實施例所示,第一邊緣加強構件370通常具有半圓形截面形狀,而第二邊緣加強構件372具有大體對應于轉子葉片300在后緣114處的氣動外形的截面形狀。但在替代實施例中,邊緣加強構件370、372可具有其它任何合適的截面形狀,且可為實心的或中空的。
              此外,邊緣加強構件370、372通常可從使此類構件能夠向轉子葉片300提供硬度和/或強度的任何合適的剛性和/或耐久材料形成。例如,在一項實施例中,邊緣加強構件370、372可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成。此外,邊緣加強構件370、372可使用任何合適的裝置和/或方法安裝在轉子葉片300內。例如,與上文參閱圖5到圖7所述的實施例類似,邊緣加強構件370、372可在葉片坯體136(圖5)成形后安裝,方法是,例如,在葉片坯體136成形期間在前緣112和后緣114處形成凹槽或通道(未圖示),然后將邊緣加強構件370、372安裝在此類通道內(方法是,例如,將預制邊緣加強構件安裝在通道內或將邊緣加強構件組裝在通道內)。或者,與上文參閱圖9所述的實施例類似,邊緣加強構件370、372可在葉片坯體236成形之前安裝,方法是,例如,在組裝葉片坯體236期間將邊緣加強構件370、372安裝在型芯材料段148內。
              仍參閱圖10,轉子葉片300也可包括至少一個輔助加強構件374,其設于沿每個受剪構件128的高度的一個或多個位置處。具體而言,如圖示的實施例所示,單個輔助加強構件374設于每個受剪構件128的第一端132與第二端134之間。但在替代實施例中,轉子葉片300可包括在每個受剪構件128的第一端132與第二端134之間隔開的兩個或兩個以上輔助加強構件374。通過將此類輔助加強構件374沿每個受剪構件128的高度定位,輔助加強構件374通常可通過減小沿受剪構件128的未支撐距離來增強轉子葉片300承受剪切負載的能力。此外,每個輔助加強構件374也可向轉子葉片300提供抗彎性。
              與邊緣加強構件370、372類似,輔助加強構件374通常可配置成與上述加強構件130相同或類似。因此,邊緣加強構件374通常可具有使此類構件374具有本專利申請文件所述功能的任何合適的形狀、尺寸和/或構造。例如,如圖示的實施例所示,輔助加強構件374通常具有圓形截面形狀。但在替代實施例中,輔助加強構件374可具有半圓形、矩形、三角形和/或其它任何合適的截面形狀,且可為實心的或中空的。此外,輔助加強構件374可使用所屬領域中已知的任何合適裝置和/或方法從任何合適的剛性和/或耐久材料(例如,任何合適的復合材料、聚合物、金屬、木材等)形成,且可安裝在轉子葉片300內。例如,在一項實施例中,輔助加強構件374可在組裝葉片坯體136、236后安裝,方法是,例如,在型芯材料段148內預形成凹槽或通道以使輔助加強構件374在葉片坯體136、236組裝和/或成形后沿受剪構件128安裝。或者,與上文參閱圖9所述的實施例類似,輔助加強構件374可在組裝葉片坯體236期間安裝,方法是,例如,將受剪構件128、加強構件130和/或輔助加強構件374組裝或形成于各型芯材料段148之間。具體而言,在一項實施例中,受剪構件128、加強構件130和/或輔助加強構件374可通過將多層復合材料(例如,纖維增強復合材料)直接鋪疊或以其它方式組裝在各型芯材料段148之間而形成在一起。
              應了解,轉子葉片300通常可包括上述結構部件128、130、370、372、374的任意組合,因而無需完全按照圖10所示進行配置。例如,除了邊緣加強構件370、372之外或者代替邊緣加強構件370、372,輔助加強構件374可安裝在轉子葉片300內。
              現在參閱圖11,所示為根據本發明各方面的轉子葉片400的進一步實施例的截面圖。具體而言,圖11圖示了可視需要包括在轉子葉片400內的另一結構部件476的實例。
              如圖所示,除了上述受剪構件128和加強構件130以外,轉子葉片400還包括一個或多個橫向加強構件476,其大體垂直于受剪構件128取向。例如,在圖示的實施例中,轉子葉片400包括單個橫向加強構件476,其在翼弦方向上從大體鄰近前緣112處延伸到大體鄰近后緣114處。但在替代實施例中,轉子葉片400可包括在轉子葉片400內隔開的任何合適數量的橫向加強構件476。橫向加強構件476可向轉子葉片400提供邊緣硬度和/或抗彎性,和/或通常可提高轉子葉片400的結構完整性。
              應了解,與本專利申請文件所述的其它結構部件128、130、370、372、374類似,橫向加強構件476通常可從使此類構件476能夠向轉子葉片400提供硬度和/或強度的任何合適的剛性和/或耐久材料形成。例如,橫向加強構件476可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成。此外,橫向加強構件476可使用所屬領域中已知的任何合適的裝置和/或方法安裝在轉子葉片400內。因此,在若干實施例中,橫向加強構件476可在組裝葉片坯體136、236期間安裝。例如,上文參閱圖5所述的每個型芯材料段148可水平分割(例如,沿圖5所示虛線478),以便將圖示的橫向加強構件476組裝成葉片坯體136,方法是,例如,將橫向加強構件476鋪疊在分割型芯材料段148之間。
              還應了解,除了邊緣加強構件370、372和/或輔助加強構件374以外,或者代替這些部件,橫向加強構件476可包括在轉子葉片400內。例如,在一項實施例中,橫向加強構件476可配置成大體沿翼弦向在邊緣加強構件370、372之間延伸,和/或在各輔助加強構件374之間延伸。
              現在參閱圖12,所示為根據本發明各方面的轉子葉片500的另一項實施例的局部透視圖。具體而言,圖12圖示了轉子葉片500,其中已移除了覆蓋表層120,以圖示可視需要包括在轉子葉片500內的結構部件580的另一實例。
              如圖所示,除了上述受剪構件128和加強構件130以外,轉子葉片500還包括多個叉形構件580,其在主體106的壓力側108和吸入側110上在相鄰加強構件130之間延伸。叉形構件580通常可配置成向轉子葉片500提供抗扭勁度。此外,通過將叉形構件500定位成環繞主體106的外圓周(即,與覆蓋表層120(未圖示)相鄰和/或共面),叉形構件580可減小必須由表層120承受的剪切和扭轉負載。
              如圖12所示,叉形構件580通常在每對相鄰加強構件130之間成對角延伸,各對叉形構件580彼此相交,形成叉形或“X”形圖案。但在另一項實施例中,叉形構件580可配置成在相鄰加強構件130之間成對角延伸而不相交,方法是,例如,在加強構件130之間形成Z形圖案。或者,叉形構件580可在每對相鄰加強構件130之間具有其它任何取向。例如,在一項實施例中,叉形構件580可在相鄰加強構件130之間(例如,在翼弦向上)垂直延伸,且可沿加強構件130的長度在翼展向上彼此隔開。在另一項實施例中,叉形構件580可垂直且對角地取向,方法是,例如,在每對相鄰加強構件130之間形成“Z”形圖案。
              應了解,叉形構件580通常可配置成與上述加強構件130相同或相似。因此,叉形構件580通常可具有使此類構件580具有本專利申請文件所述功能的任何合適的形狀、尺寸和/或構造。此外,叉形構件580可從使此類構件580能夠向轉子葉片200提供硬度和/或強度的任何合適的剛性和/或耐久材料形成。例如,叉形構件580可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成。
              還應了解,叉形構件580可使用所屬領域中已知的任何合適的裝置和/或方法安裝在轉子葉片500內。例如,關于上文參閱圖5到圖7所述的實施例,除了形成于主體106內以接納加強構件130的通道150以外,還可在主體106的壓力側108和吸入側110中形成合適的凹槽或通道以接納叉形構件580。因此,叉形構件580可在安裝加強構件130之前、之后或同時安裝。
              此外,應了解,叉形構件580可與本專利申請文件所述的任意其它結構部件128、130、370、372、374、476共同安裝在轉子葉片500內。例如,在一項實施例中,叉形構件580可與上述邊緣加強構件370、372一起安裝在轉子葉片500內。在此類實施例中,也可將額外的叉形構件580安裝在轉子葉片內,以將各邊緣加強構件370、372連接到設于主體106的壓力側108和吸入側110上的相鄰加強構件130。
              現在參閱圖13,所示為根據本發明各方面的轉子葉片600的進一步實施例的局部透視圖。具體而言,圖13圖示了轉子葉片600,其中移除了覆蓋表層120(圖3)并切掉了主體106的一部分,以圖示可用于形成上述各受剪構件128的結構部件682的變體。
              如圖所示,各受剪構件128配置成多個支撐構件682,其在沿主體106的壓力側108和吸入側110設置的每對相對的加強構件130之間延伸。在圖示的實施例中,支撐構件682在每對相對的加強構件130之間成對角延伸,各對支撐構件682彼此相交,形成叉形或“X”形圖案。但在另一項實施例中,支撐構件682可配置成在相對的加強構件130之間成對角延伸而不相交,方法是,例如,在加強構件130之間形成Z形圖案。或者,支撐構件682可在每對相對的加強構件130之間具有其它任何取向。例如,在一項實施例中,支撐構件682可在相對的加強構件130之間垂直延伸,且可沿加強構件130的長度在翼展向上彼此隔開。在另一項實施例中,支撐構件682可垂直且對角地取向,方法是,例如,在每對相對的加強構件130之間形成“Z”形圖案。
              應了解,支撐構件682通常可配置成與上述加強構件130相同或相似。因此,支撐構件682通常可具有使此類構件682能夠向轉子葉片600提供硬度和/或強度的任何合適的形狀、尺寸和/或構造。此外,支撐構件682可從任何合適的剛性和/或耐久材料形成。例如,支撐構件682可從任何合適的復合材料(例如,纖維增強復合材料)、聚合物(例如,高強度塑料)、金屬(例如,鋁)、木材或其它任何合適的材料或材料組合形成。
              還應了解,支撐構件682可使用所屬領域中已知的任何合適的裝置和/或方法安裝在轉子葉片600內。例如,與上文參閱圖9所述的實施例類似,支撐構件682可在組裝葉片坯體236期間安裝,方法是,例如,將支撐構件682和加強構件130組裝或形成于各型芯材料段148之間。具體而言,在一項實施例中,支撐構件682和加強構件130可通過將多層復合材料(例如,纖維增強復合材料)直接鋪疊或以其它方式組裝在各型芯材料段148之間來形成在一起。
              此外,應了解,支撐構件682可與本專利申請文件所述的任意其它結構部件128、130、370、372、374、476、580共同安裝在轉子葉片600內。
              本說明書使用了各種實例來揭示本發明,包括最佳模式,同時也讓所屬領域的任何技術人員能夠實踐本發明,包括制造并使用任何裝置或系統,以及實施所涵蓋的任何方法。本發明的保護范圍由權利要求書界定,并可包括所屬領域的技術人員想出的其它實例。如果其它此類實例的結構要素與權利要求書的字面意義相同,或如果此類實例包括的等效結構要素與權利要求書的字面意義無實質差別,則此類實例也在權利要求書的范圍內。

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              風機 轉子 葉片 相應 制造 方法
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