DE102012104437A1

DE102012104437A1 - Verfahren und System zum Verkleben von Windturbinenblättern

Info

Publication number: DE102012104437A1
Application number: DE102012104437A
Authority: DE
Inventors: Jacob Johannes Nies; Uli Ramm
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GENERAL ELECTRIC RENOVABLES ESPANA, S.L., ES
Priority date: 2011-05-24
Filing date: 2012-05-23
Publication date: 2012-11-29
Also published as: CN102794908B; DK201270256A; US20120024457A1; CN102794908A; DK178837B1; US8409381B2

Abstract

Ein Verfahren und zugehöriges System werden zur Verfügung gestellt zum Verkleben von Komponententeilen eines Windturbinenblattes 16 entlang einer Klebelinie (32, 34, 35). Eine Barriere (60) wird innerhalb eines internen Hohlraums (25) des Blattes an einer festgelegten Klebelinienbreite (38) entlang der Länge der Klebelinie platziert. Eine Vielzahl von voneinander beabstandeten externen Anschlusszugängen (50) in den inneren Hohlraum werden entlang der Klebelinie festgelegt. Eine Klebepaste (36) wird daraufhin in die Vielzahl von Anschlusszugängen eingespritzt, um die Klebelinie zu füllen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Windturbinen und insbesondere Verfahren zum Verkleben von Komponententeilen von Windturbinenblättern sowie ein System zum Verkleben von Komponenten eines Windturbinenblattes entlang einer Klebelinie.
Hintergrund der Erfindung
Turbinenblätter sind die elementaren Elemente von Windturbinen zum Umwandeln von Windenergie in elektrische Energie. Die Blätter haben das Querschnittsprofil eines Tragflügels, so dass während des Betriebs Luft über das Blatt strömt und dabei ein Druckunterschied zwischen den Seiten erstellt. Daraufhin wirkt eine Auftriebskraft auf das Blatt, die von einer Druckseite in Richtung einer Saugseite gerichtet ist. Die Auftriebskraft erzeugt ein Drehmoment auf der Hauptrotorwelle, das an einen Generator weitergeleitet wird zum Erzeugen von Elektrizität.
Die Turbinenblätter bestehen typischerweise aus einem oberen (Saugseiten-)Schalenelement und einem unteren (Druckseiten-)Schalenelement, die miteinander an einer Klebelinie entlang der Hinter- und Vorderkanten des Blattes verklebt sind. Interne Holmgurte und Holmstege werden auch an die jedem der Schalenelemente geklebt. Die Klebelinien werden im Allgemeinen gebildet, indem eine geeignete Klebepaste oder Verbindung entlang den Klebelinien an einer minimal ausgelegten Klebebreite zwischen den Schalenelementen aufgebracht wird, bevor die Formen zusammengebracht werden, um die Schalenelemente zu verbinden. Die Klebepaste hat jedoch die Tendenz, ein gutes Stückchen hinter die ausgelegte Klebebreite und in den inneren Blatthohlraum überzugehen, insbesondere entlang der Hinterkante des Blattes. Die überschüssige Klebepaste kann zu einer beachtlichen Gewichtszunahme des Rotorblattes führen und damit die Blattdynamikeigenschaften sowie die Gesamtleistung der Windturbine negativ beeinflussen. Die überschüssige Klebepaste kann auch abbrechen und während des Betriebes der Windturbine einen Schaden an der inneren Struktur und den Komponenten hervorrufen sowie starke Geräusche erzeugen, wenn die Blätter sich drehen.
Dementsprechend würde ein verbessertes Verfahren und System zum Verkleben von Komponententeilen eines Windturbinenblattes der Industrie nutzen, die wenigstens bestimmte Nachteile von vorbekannten Verfahren vermindern.
Kurze Beschreibung der Erfindung
Aspekt und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt oder sind aus der Beschreibung naheliegend, oder können durch Ausübung der Erfindung erlernt werden.
Gemäß Aspekten der Erfindung wird ein Verfahren zum Verkleben von Komponententeilen eines Windturbinenblattes entlang einer Klebelinie zur Verfügung gestellt. Das Verfahren kann beispielsweise zum Verkleben von oberen und unteren Schalenelementen entlang der Vorder- und Hinterkante des Windturbinenblattes benutzt werden, oder zum Verkleben des Holmsteg mit den Schalenelementen innerhalb des internen Hohlraums des Blattes. Das Verfahren umfasst Platzieren einer oder mehreren Barrieren innerhalb des internen Hohlraums des Blattes an einer festgelegten Klebelinienbreite entlang der Länge der Klebelinie. Eine Vielzahl von zueinander beabstandeten externen Anschlusszugängen werden entlang der Klebelinie festgelegt, die einen äußeren Zugang in den internen Hohlraum der Schalenelemente zur Verfügung stellen. Eine geeignete Klebepaste wird der Reihe nach in die Vielzahl der Anschlusszugänge eingespritzt, um die Klebelinie zu füllen.
In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Verfahren Platzieren der Barriere zwischen den oberen und unteren Schalenelementen entlang einer Klebelinie (z. B. der Hinter- oder Vorderkantenklebelinien) an der festgelegten Klebebreite und Festlegen der externen Anschlusszugänge mit einer Vielzahl von voneinander beabstandeten Schläuchen, die zwischen einer Lücke an den Kanten der oberen und unteren Schalenelementen platziert sind, oder, gemäß einer alternativen Ausführungsform, durch Schläuche oder Passagen in den Schalenelementen. Die Schläuche weisen ein äußeres Ende und ein inneres Ende auf, das in den inneren Hohlraum innerhalb der Ausmaße des durch die Barriere festgelegten Klebers, hineinragt. Die Barriere und die Schläuche können vor dem Guss der Schalenelemente in ihren entsprechenden Formen platziert werden, was ein Abdecken der internen Enden der Schläuche vor dem Gussverfahren erforderlich machen kann. Die Schläuche werden vor dem Einspritzschritt geöffnet.
Der sequentielle Einspritzschritt kann das Einspritzen der Klebepaste in die Schläuche der Reihe nach umfassen, wobei der Einspritzschritt von dem nächsten drauffolgenden Schlauch gefolgt wird, wenn die Klebepaste an dem entsprechenden nächsten drauffolgenden Schlauch detektiert wird. Der sequentielle Betrieb kann an einem ersten Schlauch starten und fortgeführt werden zu einem letzten Schlauch, oder kann an einem Zwischenschlauch starten und in einer der beiden oder beiden Richtungen entlang der Klebelinie fortgeführt werden. Das Vorhandensein der Klebepaste an einem Schlauch kann auf verschiedene Weisen detektiert werden, insbesondere durch visuelle Untersuchung. In einer besonderen Ausführungsform wird das Vorhandensein von Klebepaste durch das Detektieren einer Veränderung im Luftdruck in dem Schlauch festgestellt, die durch die Anwesenheit der Klebepaste innerhalb des inneren Hohlraums, die zu dem Schlauch hin verläuft, verursacht wird. Dies kann durch das Messen des Umgebungsdruckes innerhalb des Schlauches getan werden, der zunimmt, wenn die Klebepaste in den Schlauch hineinläuft, oder durch Einspritzen von Luft in den Schlauch und Detektieren einer Begrenzung des Luftstroms durch den Schlauch aufgrund der Anwesenheit der Klebepaste innerhalb des inneren Hohlraums, die zu dem Schlauch läuft.
Andere Verfahren können auch zum Detektieren der Abwesenheit oder Anwesenheit der Klebepaste an einem bestimmten Schlauch benutzt werden. Zum Beispiel kann eine Veränderung in den Lichtbedingungen durch den Schlauch hindurch detektiert werden als Folge davon, dass die Klebepaste zu dem Schlauch läuft. Eine Vielzahl von anderen geeigneten Detektionsverfahren kann auch benutzt werden, insbesondere kapazitive Sensoren. Die Art und der Ort der Sensoren kann von der Viskosität der Klebepaste abhängen. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf irgendeine besondere Art einer Sensoren- oder Detektionstechnik.
Nach dem Einspritzschritt können die äußeren Enden der Schläuche gekürzt und versiegelt werden, wobei der übrige Teil der Schläuche dauerhaft zwischen den Schalenelemente verbleibt.
In einer Ausführungsform, wo das Verfahren zum Verkleben einer Holmstegklebelinie benutzt wird, können die Anschlusszugänge durch ein Schalenelement entlang der Holmstegklebelinie festgelegt sein. Eine Vielzahl von Schläuchen können durch Löcher oder Zugänge eingeführt werden, die in den Schalenelementen festgelegt sind, so dass die internen Enden der Schläuche sich in den Klebebereich erstrecken, der durch die Barrieren entlang der Holmstegverklebung festgelegt ist. Der Zugang zur Holmstegklebelinie kann auch über Lücken in den Schalenelementen entlang entweder der Hinterkante, oder Vorderkante, oder entlang von beiden erfolgen.
Der Einspritzschritt kann in verschiedener Art und Weise ausgeführt werden, insbesondere durch manuelles oder maschinelles Einspritzen. In einer besonderen Ausführungsform wird ein Einspritzsystem benutzt, das ein Klebepastenabgabesystem sowie ein Verteilungssystem aufweist, das in Fließverbindung mit dem Abgabesystem steht und konfiguriert ist, mit den Anschlusszugängen zur Verfügungsstellung der Klebepaste entlang der Klebelinie verbunden zu sein. In einer besonderen Ausführungsform umfasst das Abgabesystem eine Pumpe, die mit Klebepaste aus einem Speicher versorgt wird, und das Abgabesystem umfasst jegliche geeignete Konfiguration aus Schläuchen, Ventilen, Mehrfachverteilern oder andere Arten von Leitelementen, um die Klebepaste aus der Pumpe zu den Anschlusszugängen zu befördern. In einer besonderen Ausführungsform ist das Abgabesystem als eine Maschine oder ein Fahrzeug konfiguriert, das sich auf einen Pfad entlang des Blattes bewegt und sich, während die Maschine sich entlang der Klebelinie bewegt, nacheinander mit den Anschlusszugängen verbindet und wieder trennt. Die Maschine kann einen Klebepastenspeicher und eine Pumpe zum Verteilen der Klebepaste durch das Verteilungssystem aufweisen, das jede Konfiguration aus Schläuchen, Ventilen und Ähnlichen umfassen kann, die sich mit den Anschlusszugängen verbinden lassen. Die Maschine kann konfiguriert sein mit jeglicher Art eines Drucksensors, einer Luftleitung, eines Lichtsensors und Ähnlichen, um die Anwesenheit der Klebepaste, wie oben besprochen, in dem nachgeordneten Schlauch zu detektieren. Die Einspritzmaschine kann konfiguriert sein, um gleichzeitig Klebepaste entlang von zwei oder mehr unterschiedlichen Klebelinien einzuspritzen oder mehreren Schläuchen in der gleichen Klebelinie. Verzweigungen der Nachschubleitungen können mit Ventilen ausgestattet sein, um zu kontrollieren, wo der Strom der Paste hingerichtet wird.
Gemäß weiteren Aspekten umfasst die Erfindung auch ein System zum Kleben von Komponenten eines Windturbinenblattes entlang einer Klebelinie, wobei Aspekte hiervon oben diskutiert wurden. In bestimmten Ausführungsformen umfasst das System einen Klebepastenspeicher und eine Pumpe mit einer Einlassöffnung, die mit dem Speicher verbunden ist. Ein oder mehrere Versorgungsschläuche oder andere Arten von Leitungselementen sind mit der Pumpe verbunden und weisen ein Ende auf, das konfiguriert ist, mit einem ersten Anschlusszugang in dem Windturbinenblatt verbunden zu sein, um eine innere Klebelinie innerhalb des Windturbinenblattes mit der Klebepaste zu versorgen. Ein Sensor ist konfiguriert, die Anwesenheit der Klebepaste, die entlang der Klebelinie von dem ersten Anschlusszugang zu einem benachbarten Anschlusszugang verläuft, zu detektieren. Ein Steuergerät befindet sich in Datenkommunikation mit der Pumpe und dem Sensor, um den Fluss der Klebepaste in den ersten Anschlusszugang als eine Funktion der Detektion von Klebepaste an den benachbarten Anschlusszugang zu steuern, z. B. den Fluss in den ersten Anschlusszugang zu beenden, wenn die Paste an dem benachbarten Anschlusszugang detektiert wird.
Der Sensor kann gemäß einer Ausführungsform ein Luftdrucksensor sein, der eine Veränderung im Luftdruck an dem benachbarten Anschlusszugang als ein Ergebnis des Verlaufens der Klebepaste zu dem benachbarten Anschlusszugang hin detektiert. In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor eine Druckleitung sein, die mit dem benachbarten Anschlusszugang zusammenpasst, wobei das Detektieren einer Einschränkung des Luftstroms ein Zeichen ist, dass die Klebepaste zu dem benachbarten Anschlusszugang gelaufen ist. In einer weiteren Ausführungsform kann der Sensor ein Lichtsensor sein, der Veränderungen in den Lichtbedingungen aufgrund der Abwesenheit oder Anwesenheit der Klebepaste detektiert.
Das System kann konfiguriert sein zum gleichzeitigen Füllen von verschiedenen Klebelinien entlang des Blattes mit einer Vielzahl von Versorgungsschläuchen und Sensoren.
In einer besonderen Ausführungsform ist das System konfiguriert als ein bewegbares Fahrzeug, das sich für den Klebeprozess entlang des Windturbinenblattes bewegt.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst Vorrichtungsteile zum Ausführen jeder der beschriebenen Verfahrensschritte. Die Verfahrensschritte können mittels Hardwarekomponenten, einen durch entsprechende Software programmierten Computer, durch eine Kombination der beiden oder in jeglicher anderen Weise ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Erfindung auch gerichtet auf Verfahren, nach denen die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten, und/oder gemäß denen die beschriebenen Elemente zusammengebaut werden. Es umfasst Verfahrensschritte zum Ausführen von jeder Funktion der Vorrichtung.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können umfassender verstanden werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die angehängten Ansprüche. Die begleitenden Zeichnungen, die Teil dieser Beschreibung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und sollen, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung erklären.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und für einen Fachmann ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, inklusive der besten Ausführungsart davon, wird in der Beschreibung dargestellt, die Bezug nimmt auf die angehängten Figuren, wobei:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Windturbine;
2 ist eine perspektivische Ansicht eines Windturbinenblattes, das mit mehreren Anschlusszugängen zum Füllen internen Klebelinien konfiguriert ist;
3 ist eine Querschnittsansicht der Schalenelemente eines beispielhaften Windturbinenblattes innerhalb der entsprechenden Formen und mit Anschlusszugängen zum nachfolgenden Füllen von internen Klebelinien gemäß den Aspekten der Erfindung konfiguriert;
4 stellt eine vergrößerte Querschnittsansicht der Hinterkante eines Windturbinenblattes gemäß Aspekten der Erfindung dar;
5 ist eine Ansicht der Hinterkante aus 4, die mit Klebepaste gefüllt ist;
6 ist eine seitliche Schnittansicht einer Klebekonfiguration an der Vorderkante eines Windturbinenblattes;
7 ist eine seitliche Schnittansicht einer einzelnen Kugelgelenkverbindung zum Einspritzen von Klebepaste durch ein Schalenelement; und
8 ist eine perspektivische Ansicht des Blattes aus 2 mit einem System gemäß Aspekten der Erfindung, das zum Füllen und mehreren internen Klebelinien konfiguriert ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird im Detail Bezug genommen auf Ausführungsformen der Erfindung, zu denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren illustriert sind. Jedes Beispiel dient der Erklärung der Erfindung, nicht der Begrenzung der Erfindung. Es ist für den Fachmann in der Tat offenkundig, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne dabei vom Umfang oder dem Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform illustriert oder beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen benutzt werden, um zu einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Die vorliegende Erfindung soll derartige Modifikationen und Variationen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, umfassen.
1 stellt eine Windturbine 10 konventioneller Bauart dar. Die Windturbine 10 umfasst einen Turm 12 mit einer hieran befestigten Gondel 14. Eine Vielzahl von Rotorblättern 16 sind an der Rotornabe 18 befestigt, die wiederum mit einem Hauptflansch befestigt ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Komponenten zur Windturbinen-Energieerzeugung und Steuerung sind innerhalb der Gondel 14 angeordnet. Die Ansicht von 1 wird ausschließlich zu illustrativen Zwecken zur Verfügung gestellt, um die vorliegende Erfindung in einem beispielhaften Benutzungsgebiet darzustellen. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht auf irgendeine besondere Art von Windturbinen-Konfiguration beschränkt ist.
2 ist ein detaillierte Ansicht von Aspekten des Windturbinenblattes 16. Das Blatt 16 umfasst ein oberes Schalenelement 20 und ein unteres Schalenelement 22. Das obere Schalenelement 20 kann konfiguriert sein als die Saugseitenoberfläche des Blattes 16, während das untere Schalenelement konfiguriert sein kann als die Druckseitenoberfläche des Blattes. Das Blatt 16 umfasst eine Vorderkante 24 und eine Hinterkante 26 sowie einen Wurzelteil 28 und einen spitzen Teil 30. Wie es im Stand der Technik wohl bekannt ist, sind das obere Schalenelement 20 und untere Schalenelement 22 an einer Vorderkantenklebelinie 32 und einer Hinterkantenklebelinie 34 miteinander verbunden. Eine interne Holmstegklebelinie 35 wird typischerweise benutzt, um den Holmsteg 29 mit den internen Holmguten 31 zu verkleben (3). Zur Bildung dieser Klebelinien 32, 34, 35 wird eine Klebepaste 36 (5) in flüssiger viskoser Form zwischen die passenden Laminatoberflächen des oberen Schalenelements 20 und unteren Schalenelements 22 entlang der Länge der Klebelinien 32, 34, oder durch die Schalenelemente für die Klebelinie 35, wie es weiter unten im größeren Detail erklärt werden wird, eingespritzt.
Es sollte verstanden werden, dass der Ausdruck „Klebepaste” hierin in einem generischen Sinn verstanden wird, der jegliche Art von Binde- oder Klebematerial umfasst, das in einem zu anfangs fließfähigen Zustand angewandt wird. Die spezielle Art der Klebepaste 36 ist für die vorliegende Erfindung nicht von besonderem Interesse, und jede geeignete Art von Epoxid, Klebeverbindung oder anderen Materialien können in diesem Zusammenhang benutzt werden.
Die Klebepaste 36 wird in ausreichender Menge und ausreichendem Muster angewandt, um eine gewünschte Klebelinienbreite 38 und -dicke 40 (4) an den unterschiedlichen Klebelinien 34, 35, 36 herzustellen, um eine Minimalklebeoberfläche zwischen den Komponenten entlang der Länge der entsprechenden Klebelinien sicherzustellen. Die Auslegekriteria für die Klebebreite 38 und -dicke 40 kann zwischen unterschiedlichen Arten von Blättern basierend auf jeglicher Kombination von Auslegefaktoren variieren, wie es von den Fachleuten wohl verstanden wird.
Wie erwähnt betrifft das vorliegende Verfahren das Verkleben von Komponenten des Windturbinenblattes 16 entlang den Klebelinien 32, 34 und 35. Mit besonderem Bezug zu den 2–4 bringt das Verfahren das Platzieren einer Barriere 60 innerhalb des internen Hohlraums 25 des Blattes an der Stelle der festgelegten Klebebreite 38 entlang der longitudinalen Länge der Klebelinie mit sich. Diese Barriere 60 kann jegliche Art eines steifen, halbsteifen oder biegsamen Material sein, das als Sperrdamm gegen den Fluss der Klebepaste wirkt. Die Barriere 60 kann z. B. ein halbsteifes Element sein mit einer vorgeformten Form, wie z. B. konkaver oder konvexer Form. Die Barriere 60 kann ein vorgefertigtes Maschensieb oder anderes luftdurchlässiges Material sein, das den Durchzug von Luft dadurch ermöglicht, während es den Fluss der Klebepaste durch das Sieb verhindert. Die Barriere 60 kann an der entsprechenden Stelle zwischen den Schalenelementen 20, 22 oder an den Holmsteg 29 und die Holmgurte 31 mit jeglicher Art eines geeigneten Klebeharzes oder Ähnlichem angeklebt sein, um sicherzustellen, dass die Barriere 60 während des Klebeverfahrens nicht von der Klebepaste verschoben wird.
Da die Barriere 60 unkontrollierten Fluss der Klebepaste 36 in den internen Hohlraum 25 des Blattes verhindert, kann das vorliegende Verfahren den zusätzlichen Vorteil zur Verfügung stellen, dass die Viskosität der Klebepaste 36 erhöht oder auf andere Weise modifiziert werden kann, um eine vollständigere Anwendung sicherzustellen und eine Verhinderung von Lufttaschen oder Hohlräumen zwischen den Schalenelementen 20, 22 entlang der entsprechenden Klebelinien 32, 34, 35.
Wiederum mit Bezug zu den 2–4 sind eine Vielzahl von voneinander beabstandeten externen Anschlusszugängen 50 entlang der Klebelinie festgelegt, die zu füllen sind. In 2 werden eine Vielzahl dieser Zugänge entlang der Vorderkantenklebelinie 32, der Holmstegklebelinie 35 und der Hinterkantenklebelinie zur Verfügung gestellt. Diese Anschlusszugänge 50 können im Rahmen des Umfangs und des Geistes der Erfindung verschiedentlich konfiguriert werden. In der illustrierten Ausführungsform werden die Anschlusszugänge 50 von Schlauchelementen 52 festgelegt, die ein von außen zugängliches Ende aufweisen sowie ein entgegengesetztes Ende, das innerhalb des internen Hohlraums der Klebelinie angeordnet ist, insbesondere im Rahmen der Ausmaße der Klebelinie, die von dem Barrierenelement 60 festgelegt wird. Zum Beispiel wird die Vielzahl von Schläuchen 52, mit Bezug zu 3, entlang der Vorderkantenklebelinie 32 zwischen die oberen und unteren Schalenelemente 20, 22 eingeführt und erstreckt sich bis zur Vorderkantenklebelinie hinein, die von dem Barrierenelement 60 festgelegt ist. Entsprechenderweise wird eine Vielzahl von den Schläuchen 52 durch die Löcher oder Passagen eingeführt, die in den Laminatschichten des oberen Schalenelements 20 entlang der oberen Holmstegklebelinie 35 festgelegt sind und sich in die Klebelinienfläche hinein erstrecken, die durch die Barriereelemente 60 festgelegt ist. In ähnlicher Weise wird eine Vielzahl der Schläuche 52 zwischen den oberen und unteren Schalenelementen 20, 22 entlang der Hinterkantenklebelinie 34 innerhalb der durch die Barriere 60 festgelegten Klebefläche platziert. Die Hinterkantenklebelinien-Konfiguration wird in größerem Detail in 4 illustriert. Es sollte verstanden werden, dass die Schläuche für die Holmstegklebelinie 35 durch die Lücke zwischen den Schalenelementen 20, 22 entlang entweder der Vorderkante, der Hinterkante oder beidem angeordnet sein können. In entsprechender Weise können die Schläuche 52 für die Vorderkanten- und Hinterkantenklebelinien 32, 34 durch die Löcher oder Passagen angeordnet sein, die durch die Schalenelemente 20, 22 festgelegt sind.
Die verschiedenen Schläuche 52 können steif, halbsteif oder biegsam sein, und sind so ausgelegt, so dass sie während des Klebeverfahrens nicht einbrechen oder knicken.
Das Verfahren umfasst des Weiteren wenigstens teilweise das Nacheinander-Einspritzen einer fließfähigen Klebepaste 36 in die Vielzahl der Anschlusszugänge 50 (z. B. die Schläuche 52) entlang der entsprechenden Klebelinie, um die Klebelinie entlang der longitudinalen Länge davon innerhalb der durch die Barriere 60 festgelegten Fläche zu füllen. Diese Klebelinienfläche weist ein Breitenausmaß 38 und ein Höhenausmaß 40 auf, wie es in 4 dargestellt ist, die durch die Barriere 60 sowie den inneren Oberflächen der oberen und unteren Schalenelemente 20, 22 entlang der Vorder- und Hinterkanten 24, 26 festgelegt sind. Entlang der Holmstegklebelinie 35 wird das Ausmaß der Klebefläche durch die Barriere 60 und die Struktur der Holmgurte 31 und des Holmstegs 29 festgelegt.
Die Erfindung beinhaltet jegliche Art vom Einspritzen der Klebepaste durch die Schläuche 52 in einer sequentiellen Art, insbesondere manuelles Einspritzen oder maschinelles Einspritzen. Mit Bezug auf die 8 wird die Klebepaste beispielsweise in einen ersten der Anschlussschläuche 52 eingespritzt, welcher an einem der beiden Enden der entsprechenden Klebelinie oder zwischen den Enden sein kann. In der Ausführungsform von 8 wurde das Klebeverfahren an dem Wurzelende 28 des Blattes 16 begonnen. Während die Klebepaste in den ersten Anschlussschlauch 52 eingespritzt wird, wird es die von Barriere 60 festgelegte Klebefläche füllen und in longitudinaler Richtung entlang der Länge der Klebelinie fließen. Wenn die Klebepaste an dem nächsten benachbarten Anschlusszugang oder Schlauch 52 detektiert wird, beendet der Arbeitsablauf das Einspritzen an dem ersten Schlauch 52 und fährt mit dem Einspritzen der Klebepaste an dem benachbarten Schlauch 52 fort. Das Einspritzverfahren beginnt von Neuem bis ein Fließen der Klebepaste zu dem nächsten benachbarten nachgeordnetem Zugangsschlauch hin detektiert wird, wobei sich das Verfahren verlagert und sich wiederholt. Es sollte daher verstanden werden, dass dieses sequentielles Einspritzen der Klebepaste 36 in benachbarte Anschlusszugänge 50 als eine Funktion der Detektion der Klebepaste an dem benachbarten Anschlusszugang eine vollständige und uniforme Befüllung der Klebepaste 36 entlang der gesamten longitudinalen Längen der Klebelinie sicherstellt mit einem minimalen Risiko von Hohlräumen oder Lufttaschen, die entlang der Klebelinie festgelegt sind.
Mit Bezug zu 3 können die Blattschalenkomponenten 20, 22 in dem herkömmlichen Formverfahren innerhalb ihrer entsprechenden Formen 62 geformt werden. Die Barrieren 60 und Schläuche 52 werden zwischen den Komponenten vor dem Guss der Schalenelemente 20, 22 platziert. Für die Schläuche 52, die für die Holmstegklebelinien 35 durch die Schalenelemente hindurchreichen, können um die Schläuche Fasermatten-Verstärkungen platziert werden.
Mit Bezug zu 4 können Abdeckungen 58 benutzt werden, um die inneren Enden der Schläuche 25 während des Gussverfahrens abzudichten. Auf diese Weise verhindert der atmosphärische Druck innerhalb der Röhre, dass die Röhre während des Gussverfahrens einbricht. Die Abdeckung 58 wird daraufhin entfernt oder „gebrochen”, bevor die Klebepaste durch den Schlauch 52 eingespritzt wird.
Die 4 und 5 stellen eine besondere Anordnung zum Einfügen der Schläuche 52 entlang der Hinterkantenanschlusszugänge 50 dar. Die Schläuche werden zwischen die Häute der oberen und unteren Schalenelemente 20, 22 eingeführt und werden von einer biegsamen Blase 55 an Ort und Stelle gehalten. Die Blase soll auch verhindern, dass die Klebepaste während des Klebeprozesses aus der Hinterkantenklebelinie 34 herausläuft. Die Blase kann z. B. ein aufblasbares Element sein, ein zusammendrückbares Element oder jedes andere geeignete Abdichtelement. 5 stellt die Konfiguration von 4 nach dem Einspritzen der Klebepaste 36 dar. Die Schalenelemente 20, 22 werden schließlich an der Schnittlinie 57 geschnitten, nachdem die Paste 36 ausgehärtet ist, um das gewünschte Klebebreitenausmaß 38, 40 zur Verfügung zu stellen.
Die Schläuche 52 sind im Allgemeinen in nicht beanspruchten Gegenden der Schalenelemente 20, 22 positioniert, so dass sie nicht die strukturelle Integrität des Blattes 16 negativ beeinflussen.
7 stellt eine hilfreiche Gusspunktkonfiguration entlang der Holmstegklebelinie dar. Ein Kugelventil oder eine andere Art oder eine gelenkfähige Einrichtung 80 wird innerhalb des Formelements 62 positioniert. Eine konusförmige Passage wird durch das Kugelventil 82 festgelegt. Mit dieser sich verjüngenden Konusform wird ausgehärteter Kleber innerhalb des Kugelelements 82 einfacher entfernt. Die Konusform und Gelenkfähigkeit des Kugelventils 82 (relativ zur Achse 81) innerhalb der Form 62 vereinfacht auch das Losmachen des Schalenelements 20 aus der Form 62. Eine Röhre 82 wird innerhalb des Schalenelements 20 konfiguriert und legt eine Flusspassage durch das Schalenelement für die Klebepaste fest. Diese Röhre 82 kann in dem Schalenelement verbleiben und sollte damit verträglich mit dem Schalenelement 20 und der ausgehärteten Klebepaste sein. Ein biegsamer Füllschlauch oder -röhre 84 wird mit der Röhre 82 verbunden und leitet die Klebepaste zu der Holmstegklebeseite. Dieser Schlauch 84 kann nach dem Schalengussverfahren angebracht werden und kann in dem Blatt verbleiben.
Das Detektieren der Klebepaste an dem nachgeordneten benachbarten Schlauch 52 kann auf verschiedene Weisen durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Vorhandensein der Klebepaste 36 innerhalb dem benachbarten Schlauch 52 visuell untersucht werden. Bei dieser Ausführungsform würde die Klebepaste 36 im Wesentlichen den zweiten Schlauch füllen und innerhalb des Schlauches visuell detektiert werden. Die Klebepaste 36 innerhalb des zweiten Schlauches 52 ist jedoch nicht notwendigerweise vorteilhaft und andere Detektionsverfahren können benutzt werden, die nicht notwendigerweise davon abhängen, dass der nachgeordnete Schlauch 52 mit Klebepaste gefüllt ist. Zum Beispiel kann eine Messleitung mit dem benachbarten nachgeordneten Schlauch 52 verbunden sein, um eine Veränderung im Luftdruck (positiv oder negativ) innerhalb des Schlauches zu detektieren, die durch einen Fluss der Klebepaste 52 in dem Schlauch verursacht wird. Zum Beispiel kann die Messleitung verbunden sein mit oder umfassen einen Umgebungsdruckdetektor, der eine Erhöhung des Druckes innerhalb des Schlauches 52 detektiert, die durch die Klebepaste 36 verursacht ist, die in den Schlauch hineinzulaufen beginnt.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Detektieren der Klebepaste 36 mit einer Über- oder Unterdruckquelle (z. B. Druckluftleitung) ergänzt werden, die mit dem benachbarten nachgeordneten Schlauch 52 verbunden ist. Wenn die Klebepaste 36 anfangs in das innere Ende des benachbarten Schlauches 52 fließt, wird eine Behinderung des Luftstroms festgestellt z. B., indem eine Druckerhöhung innerhalb der Druckluftleitung detektiert wird. Dieses Drucksignal kann als eine Kontrollvariable zum Beenden des Einspritzens der Klebepaste in die vorgeordnet gelegene Versorgungsleitung genutzt werden.
Das Vorhandensein der Klebepaste 36 an dem nachgeordnet gelegenen Schlauch 52 kann auch empirisch bestimmt werden, ohne die Klebepaste eigentlich zu detektieren. Zum Beispiel kann die Menge der Klebepaste 36, die benötigt wird, um die Klebefläche zwischen dem benachbarten Schläuchen 52, aus den Ausmaßen der Klebefläche bekannt sein, und das Verfahren kann als eine Funktion der volumetrischen Flussrate der Klebepaste in die Schläuche derart gesteuert sein, dass das Verfahren zu der nächsten Gruppe von Schläuchen wechselt, wenn eine gemessene Menge der Klebepaste eingespritzt ist. Entsprechenderweise kann das Verfahren als eine Funktion der Zeit gesteuert werden, die nötig ist, die Klebefläche zwischen benachbarten Schläuchen 52 bei einer bekannten volumetrischen Flussrate zu füllen.
Während das Einspritzen entlang der Länge der Klebelinie voranschreitet, werden die externen Enden der Schläuche 52 abgedichtet oder abgedeckt, während das Verfahren mit dem nächsten benachbarten Schlauch 52 fortfährt. Wenn das Einspritzverfahren abgeschlossen ist, können die Schläuche an der Oberfläche der Schalenelemente 20, 22 abgeschnitten werden und abgedichtet werden. Jede Art eines geeigneten Abschlussbehandlungsverfahrens kann dann benutzt werden, die Schlauchenden zu füllen und zu bedecken.
Beispielsweise mit Bezug zu 8 kann das Verfahren auch ein gleichzeitiges Kleben von mehreren Klebelinien entlang des Blattes 16 umfassen. Zum Beispiel kann die Klebepaste 36 in einem simultanen Klebeverfahren in die Holmstegklebelinien 35 und die Vorderkantenklebelinien 32 eingespritzt werden. Die Flussraten der Klebepaste in die entsprechenden Klebelinien können unabhängig voneinander gesteuert werden, genauso wie das Überwachen der Anwesenheit der Klebepaste an nachgeordnet gelegenenen Schläuchen 52.
5 stellt die Hinterkantenklebelinie 34 aus 4 nach dem Einspritzen der Klebepaste 36 durch den Schlauch 52 dar. Die Abdeckung 58 wurde unter Druck oder auf andere Weise von dem internen Ende 54 des Schlauches 52 entfernt. Das externe Ende 56 des Schlauches ist geknotet, abgedeckt oder auf andere Weise abgedichtet, während der Prozess zu dem nächsten nachgeordnet gelegenen Schlauch 52 wechselt. Bei Abschluss des Einspritzverfahrens können alle Schläuche 52 an ihrem Zugangspunkt zwischen den Schalenelementen 20, 22 abgeschnitten, abgedichtet, und abschlussbehandelt werden. Alternativerweise, wie es oben besprochen wurde, können die Hinterkanten entlang der Schnittlinie 57 abgeschnitten werden, so dass keine Anteile der Schläuche 52 in der Hinterkantenklebelinie 34 verbleibt.
6 stellt ein Füllen der Vorderkantenklebelinie 32 zwischen den Schalenelementen 20, 22 durch den Versorgungsschlauch 52 dar, wobei ein Fließen der Klebepaste 36 in das Blatt durch die Barriere 60, wie oben besprochen wurde, verhindert wird.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch jegliche Art eines Systems, das zum Ausführen des Klebeverfahrens benutzt wird, wie es oben besprochen wurde. Das System kann jede Art eines geeigneten Klebepastenabgabesystems umfassen, das mit einem Verteilersystem konfiguriert ist, das in Flussverbindung mit den Anschlusszugängen entlang des Windturbinenblattes steht. In einer besonderen, in 8 dargestellten Ausführungsform kann dieses System z. B. von einem Fahrzeug oder einer Maschine 64 ausgeführt sein, die konfiguriert ist, entlang der Länge des Blattes 16 in einem automatisierten oder halbautomatisierten Klebeprozess zu verfahren. Das Klebepastenabgabesystem in dieser Ausführungsform umfasst einen Klebepastenspeicher 72 und eine Pumpe 74. Das Klebepastenverteilungssystem kann jegliche Konfiguration von Leitungselementen zum Abgeben der Klebepaste umfassen, wie z. B. Einspritzschläuche 66 an die verschiedenen Anschlusszugänge und zugehörige Ventile, Mehrfachverteiler, Sammler und Ähnliches. Die Pumpe 74 kann eine variable Verdrängerpumpe zum Füllen verschiedener Klebelinien mit unterschiedlichen Flussraten sein. In einer alternativen Ausführungsform können verschiedene Pumpen zum Einspritzen von mehreren Klebelinien zur gleichen Zeit bei unterschiedlichen Flussraten zur Verfügung gestellt werden. In der in 8 dargestellten Ausführungsform wird eine einzelne Pumpe 74 benutzt, um Paste entlang der Holmstegklebelinie 35 gleichzeitig mit der Vorderkantenklebelinie 32 bei im Wesentlichen der gleichen Flussrate einzuspritzen.
Das System kann jede Art eines Sensors umfassen, der konfiguriert ist, die Anwesenheit der Klebepaste 36 zu detektieren, die entlang der entsprechenden Klebelinie von dem ersten Anschlusszugang oder Schlauch 52 zu dem benachbarten Anschlusszugang oder Schlauch fließt. Wie oben besprochen wurde, kann der Sensor Messleitungen oder Druckluftleitungen 68 umfassen, die mit den benachbarten jeweiligen Schläuchen 52 konfiguriert sind, um einen Wechsel im Umgebungsdruck innerhalb des Schlauches 52 zu detektieren, der durch das Verlaufen der Klebepaste 32 in den Schlauch hinein verursacht ist. In einer alternativen Ausführungsform kann das Messsystem eine Überdruckluftquelle 70 umfassen, die Luft in die benachbarten Schläuche 52 einspritzt und, wenn eine Einschränkung des Luftstromes detektiert wird, ein entsprechendes Steuersignal erzeugt wird, das die Anwesenheit der Klebepaste an dem Schlauch 52 anzeigt. Das Messsystem kann einen Sensor benutzen, um Veränderungen in den Lichtumständen innerhalb der Röhren 52 als ein Ergebnis des Verlaufens der Klebepaste entlang den Schläuchen zu detektieren.
Das System kann jede Art einer geeigneten Steuerung 76 umfassen, die mit einer Verbindung mit der Pumpe 74 und Messkomponenten konfiguriert ist, um die Einspritzschritte zu steuern und koordinieren.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch jegliche Konfiguration einer Windturbine 10 (1), in der wenigstens eines der Blätter 16 konfiguriert ist mit den einzigartigen Vorteilen der oben beschriebenen Erfindung.
Während die vorliegende Erfindung im Detail mit Bezug zu den spezifischen beispielhaften Ausführungsformen und Verfahren beschrieben wurde, sollte es beim Lesen und Verstehen des Obigem verstanden werden, dass ein Fachmann schnell Veränderungen, Abwandlungen und Äquivalente solcher Ausführungsformen herstellen kann. Entsprechender Weise wird die vorliegenden Offenbarung bzgl. des Umfangs beispielhaft und nicht beschränkend, und die vorliegende Offenbarung schließt nicht die Einbindung solcher Modifikationen, Veränderungen und/oder Zusätze zu dem vorliegenden Gegenstand aus, die sich dem Fachmann schnell erschließen werden.
Bezugszeichenliste

10: Windturbine
12: Turm
14: Gondel
16: Blätter
18: Rotornabe
20: obere Schale
22: untere Schale
24: Vorderkante
25: interner Hohlraum
26: Hinterkante
28: Wurzelteil
29: Holmsteg
30: Spitzenteil
31: Holmgurt
32: Vorderkantenklebelinie
34: Hinterkantenklebelinie
35: Holmstegklebelinie
36: Klebepaste
38: Klebebreitenausmaß
40: Klebedickenausmaß
50: Anschlusszugang
52: Schläuche
54: internes Ende
55: Blase
56: externes Ende
57: Schnittlinie
58: Abdeckung
60: Barriere
62: Blattform
64: Einspritzmaschine
66: Füllkanal
68: Druckluftkanal
70: Luftquelle
72: Klebepaste
74: Pumpe
76: Steuerung
80: Kugelventil
81: Achse
82: Röhre
84: Füllschlauch

Claims

Ein Verfahren zum Verkleben von Komponententeilen eines Windturbinenblattes (16) entlang einer Klebelinie (32, 34, 35) mit: Platzieren wenigstens einer Barriere (60) innerhalb eines inneren Hohlraums (25) des Blattes an einer festgelegten Klebelinienbreite (38) entlang der Länge der Klebelinie; Festlegen einer Vielzahl von voneinander beabstandeten externen Anschlusszugängen (50) in den inneren Hohlraum hinein entlang der Klebelinie; und nacheinander Einspritzen einer Klebepaste (36) in die Vielzahl von Anschlusszugängen, um die Klebelinie zu füllen.
Das Klebeverfahren gemäß Anspruch 1, wobei das Verfahren benutzt wird zum Bilden einer Klebelinie (32, 34) zwischen oberen (20) und unteren (22) Schalenelementen des Turbinenblattes (16), und des Weiteren umfasst Platzieren der Barriere (60) zwischen den oberen und unteren Schalenelementen entlang der Klebelinie und Festlegen der externen Anschlusszugänge (50) mit einer Vielzahl von Schläuchen (52), die mit dem inneren Hohlraum (25) entlang der von der Barriere festgelegten Klebelinie in Flussverbindung stehen.
Das Klebeverfahren gemäß Anspruch 2, umfassend sequentielles Einspritzen der Klebepaste (36) in eine Vielzahl der Schläuche (52), wobei der Einspritzschritt verlagert wird zu einem nächsten darauffolgenden Schlauch auf die Detektion der Klebepaste an dem entsprechenden nächsten folgenden Schlauch hin, wobei das Vorhandensein der Klebepaste (36) an dem nächsten folgenden Schlauch (52) vorzugsweise durch eine der folgenden Methoden detektiert wird: visuelle Detektion; Messen von Veränderungen in den Lichtumständen innerhalb der Schläuche als Folge davon, dass die Klebepaste zu den Schläuchen verlaufen ist; Detektieren einer Veränderung im Luftdruck in dem Schlauch, die durch das Vorhandensein der Klebepaste innerhalb des internen Hohlraums verursacht ist, die zu dem Schlauch verläuft; oder Detektieren einer Veränderung in der Einschränkung des Luftstroms durch den Schlauch, die verursacht wird durch das Vorhandensein der Klebepaste innerhalb des internen Hohlraums, die zu dem Schlauch verläuft.
Das Klebeverfahren gemäß Anspruch 2, des Weiteren umfassend dauerhaftes Belassen wenigstens eines Teils der Schläuche (52) in einer Lücke zwischen den Schalenelementen (20, 22) oder in Löchern, die innerhalb der Schalenelemente festgelegt sind, und Abdichten der externen Enden (56) der Schläuche.
Das Klebeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren benutzt wird zum Kleben einer Holmstegklebelinie (35), wobei die Anschlusszugänge 50 festgelegt sind durch das obere (20) Schalenelement, das untere (22) Schalenelement oder beide Schalenelemente des Turbinenblattes (16), oder durch eine Lücke zwischen dem unteren Schalenelement, dem oberen Schalenelement, oder beiden Schalenelementen.
Das Klebeverfahren gemäß einem er vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verfahren benutzt wird zum Kleben einer Vorder- (32) oder Hinter-(34)Kantenklebelinie, wobei die Anschlusszugänge (50) durch das untere (20) Schalenelement, das obere (22) Schalenelement, oder durch beide Schalenelemente des Turbinenblattes festgelegt sind oder durch eine Lücke zwischen den oberen und unteren Schalenelementen.
Das Klebeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Einspritzschritt von einem Einspritzsystem (64) ausgeführt wird, das sich nacheinander mit den Anschlusszugängen (50) verbindet und wieder trennt, wobei das Einspritzsystem (64) vorzugsweise eine Maschine umfasst, die sich entlang der Klebelinien (32, 34, 35) bewegt, wobei die Maschine eine Versorgung der Klebepaste (36) aufweist und mit den entsprechenden Anschlusszugängen (50) verbindbar ist, und wobei die Einspritzmaschine (64) vorzugsweise simultan mehrere Klebelinien entlang des Turbinenblattes (16) füllt.
Das Klebeverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend Abdichten der Barriere (60) an einer Stelle innerhalb des internen Hohlraums (25) zwischen gegenüberliegenden internen Strukturen des Turbinenblattes.
Ein System zum Verkleben von Komponenten eines Windturbinenblattes (16) entlang einer Klebelinie (32, 34, 35), wobei das System umfasst: ein Klebepastenabgabesystem (64) mit einer Versorgung (72) von Klebepaste (36); ein Verteilungssystem, das in Flussverbindung mit dem Abgabesystem steht, wobei das Verteilungssystem konfiguriert ist, mit einem ersten Anschlusszugang (50) in dem Windturbinenblatt (16) verbunden zu sein, um die Klebepaste an eine interne Klebelinie innerhalb des Windturbinenblattes zu liefern; ein Sensor (68), der konfiguriert ist, die Anwesenheit von Klebepaste (36), die entlang der Klebelinie von dem ersten Anschlusszugang (50) zu dem benachbarten Anschlusszugang (50) verläuft, zu detektieren; und eine Steuerung (76), die in Verbindung mit dem Abgabesystem und dem Sensor steht, um den Fluss der Klebepaste in den ersten Anschlusszugang als eine Funktion der Detektion der Klebepaste an dem benachbarten Anschlusszugang zu steuern.
Das System gemäß Anspruch 9, wobei das Abgabesystem (64) eine Pumpe umfasst, die in Flussverbindung mit einem Speicher (72) steht, der konfiguriert ist, eine Versorgung der Klebepaste (36) aufzubewahren, und wobei das Verteilungssystem Leitungselemente (66) umfasst, die die Klebepaste von der Pumpe zu den Anschlusszugängen (50) fördern.
Das System gemäß Anspruch 9 oder 10, wobei das Verteilungssystem (66) zum Simultanfüllen von mehreren Klebelinien (32, 34, 35) entlang des Windturbinenblattes (16) konfiguriert ist, wobei das Abgabesystem (64) vorzugsweise konfiguriert ist als ein bewegliches Fahrzeug, das für das Klebeverfahren entlang des Windturbinenblattes (16) entlang fährt, wobei das Verteilungssystem vorzugsweise Leitungselemente (66) umfasst, die das bewegliche Fahrzeug (64) mit den Anschlusszugängen (50) verbindet.