具有增强结构的风力涡轮机叶片的制作方法

1.本发明涉及一种包括长形增强结构的风力涡轮机叶片并且涉及一种生产所述风力涡轮机叶片的方法。


背景技术：

2.风动力提供清洁和环境友好的能量源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。现代风力涡轮机可具有在长度方面超过90米的转子叶片。
3.风力涡轮机叶片通常通过由编织织物或纤维的层和树脂形成两个壳体部分或壳体半部来制造。翼梁帽或主层压体放置或集成在壳体半部中并且可以与抗剪腹板或翼梁桁杆组合以形成结构支撑构件。翼梁帽或主层压体可以接合到壳体的吸力半部和压力半部的内侧，或集成在壳体的吸力半部和压力半部的内侧内。
4.随着风力涡轮机叶片的尺寸增加，由于这样的叶片在操作期间经受增加的力而出现各种挑战，从而需要改进的增强结构。在一些已知的解决方案中，使用材料的拉挤纤维条带。拉挤是一种连续过程，在该过程中纤维被拉动通过供应的液体树脂并且然后在开放的腔室中被加热，树脂在该开放的腔室中固化。这种拉挤条带能够被切割成任何期望长度。
5.然而，以这种方式制造大的增强结构(诸如翼梁帽或翼梁桁杆)可能是具有挑战性的，特别是当被拉挤时，碳纤维增强翼梁帽被用作增强构件。碳纤维按体积计典型地比玻璃纤维更轻，并且具有改进的拉伸强度和压缩强度。在一些已知方法中单独的拉挤元件被用来形成增强结构，并且每个元件必须单独地定位在壳体的结构内。这能够容易地引起层压体缺陷，诸如空隙、褶皱或错位的纤维，其可对于机械性能具有不利的影响。因此，碳拉挤铺设通常导致轻微的重叠和/或碳拉挤层的移位。这种缺陷和错位通常仅在树脂灌注之后被识别。
6.wo 2001/088372 a1公开了一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其包括复合物桁杆，该复合物桁杆具有长形和刚性的单向强度元件或杆件的多个堆叠的预形成层，其中每个预形成层包括至少一个纤维纺织物结构，强度元件或杆件接合到该至少一个纤维纺织物结构以在单个层中保持强度元件或杆件。纤维纺织物结构包括互锁的纺织物纤维编织物和通过缝合制成的织物。纤维纺织物结构跨预形成层的横向宽度延伸并与单独的强度元件或杆件接连使得纤维编织物在单个预形成层中保持元件或杆件。
7.ep 3174704 a1涉及一种制造用于风力涡轮机叶片的长形增强结构的方法。长形增强结构包括布置成堆叠结构的多个纤维增强聚合物的条带和包括灌注促进层的多个条带中的至少邻近的一对，其中灌注促进层是包括多个扭结(twisted)纱线的织物。使用扭结纱线织物有助于控制通过叶片的灌注的速度。灌注促进层可以是玻璃纤维织物并且可以交错在多个条带中的每对之间以便遍及堆叠结构对灌注速度具有相同的影响。此外，在两个堆叠结构之间提供分隔层，其中灌注促进层的重叠边缘与分隔层接触。
8.尽管这些现有技术解决方案可以提供令人满意的树脂灌注路径，但它们受到使用
复杂的互锁或分隔结构的缺点的不利影响，该复杂的互锁或分隔结构需要昂贵的制造和堆叠的结构内的繁琐的布置。除此之外，由于各种材料和层被组合的事实，这些布置在树脂灌注期间易于出现不期望的移位，因此在完成的堆叠结构中造成错位和缺陷。
9.因而本发明的目的是向风力涡轮机叶片提供具有改进的稳定性的增强结构。
10.本发明的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，该增强结构容易制造、处理和组装。
11.本发明的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，该增强结构避免或减少上文中讨论的错位和缺陷。
12.本发明的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的合适的增强结构，该增强结构具有简单的构造并且制造起来相对更便宜。


技术实现要素：

13.已发现能够通过提供一种包括长形增强结构的风力涡轮机叶片来实现前述目标中的一个或多个，该增强结构包括多个纤维增强聚合物的条带，其布置成邻近的条带的堆叠结构，和至少一个对准构件，其包括多个交替的水平节段和竖直节段，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中竖直节段中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂(优选地沿基本上弦向方向)从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。
14.发现该解决方案大大地减少多个纤维增强聚合物的条带的不期望的重叠和/或移位，特别是如果使用碳拉挤层。因此，本发明的布置在沿着堆叠结构的长度维持条带的位置和需要的容差方面是有利的。除此之外，发现通过向竖直节段提供一个或多个孔口(例如在vartm过程中)允许邻近的堆叠结构之间的树脂的改进的分布，而同时维持期望结构稳定性。
15.增强结构将典型地是翼梁帽或主层压体。在一些实施例中，增强结构包括盒形翼梁。在其他实施例中，增强结构包括翼梁桁杆。在优选的实施例中，长形增强结构是翼梁结构，诸如翼梁帽、翼梁桁杆或盒形翼梁。优选的是增强结构沿着叶片沿展向方向延伸。典型地，增强结构将在叶片长度的60-95％上延伸。风力涡轮机叶片通常由两个壳体半部(压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部)制造。优选地，根据本发明，该壳体半部两者均包括长形增强结构，诸如翼梁帽或主层压体。
16.多个条带将典型地沿叶片的展向方向延伸。因此，条带中的至少一些优选地具有对应于叶片长度的60-95％的长度。特别优选的，每个条带包括拉挤纤维材料，诸如拉挤碳纤维材料。根据优选的实施例，纤维增强聚合物包括拉挤碳纤维。在一些实施例中，每个条带包含碳纤维材料。在其他实施例中，每个条带包含玻璃纤维材料。在其他实施例中，每个条带包含玻璃纤维材料和碳纤维材料。在一些实施例中，当在模具中铺设条带时条带可以不包含任何聚合物。在这种实施例中，聚合物树脂典型地在铺设之后被灌注到条带中。
17.每个条带的堆叠结构可以包括相继地布置在彼此的顶部上的2-30个，诸如3-20个条带。因此，每个堆叠结构将通常沿叶片的展向方向延伸。在根部端部和末梢端部之间的中
间区段中，每个堆叠结构可以包括8-15层的条带，而朝向根部端部和朝向末梢端部叠层条带的数量可以减少至1-3层。因此，条带的堆叠结构优选地朝向根部端部和远侧端部两者渐缩。这种配置有利地允许与壳体的厚度轮廓一致的轮廓。典型地，两个或更多个、或者三个或更多个条带的堆叠结构近邻彼此布置，沿基本上弦向方向邻近于彼此。在优选的实施例中，条带包括拉挤条带，优选地拉挤条带包括纤维材料，该纤维材料优选地为碳纤维。在一些实施例中，长形增强结构是翼梁结构，诸如翼梁帽、翼梁桁杆或盒形翼梁。
18.典型地，树脂将被灌注在包含纤维材料(诸如碳纤维材料)的条带的堆叠结构中以形成增强结构的纤维增强聚合物。这能够(例如)使用真空辅助树脂转移模制来完成。在其他实施例中，预浸料材料能够被用于条带，其包含用树脂系统(诸如环氧树脂)预浸渍的纤维材料。
19.对准构件包括多个交替的水平节段和竖直节段。水平节段可以是连续水平延伸平面(即沿叶片的展向和沿叶片的弦向方向延伸的平面)的部分。有利地，水平节段邻接竖直节段，竖直节段继而又邻接下一个水平节段，依此类推。每个竖直节段优选地处于沿叶片的展向和沿叶片的摆动方向(flapwise)延伸的平面中。典型地，对准构件包括多个交替的水平节段和竖直节段，如沿基本上弦向方向看到的。
20.对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间。邻近的堆叠结构之间的间隔优选地为0.3mm至3.0mm，诸如0.3mm至1.0mm，如沿基本上弦向方向看到的。邻近的堆叠结构之间的间隔优选地优选地小于0.5mm，或小于0.3mm，如沿基本上弦向方向看到的。因此，对准构件的每个竖直节段沿基本上摆动方向延伸，设置在两个邻近的堆叠结构之间或邻近于最后的堆叠结构或第一个堆叠结构设置，如沿弦向方向看到的。
21.对准构件的水平节段优选地布置在相应的条带的堆叠结构之下。优选的是对准构件沿着整个增强结构延伸，如沿弦向方向看到的。特别优选的，对准构件沿着整个增强结构延伸，如沿展向方向看到的。发现这在将对准构件与条带的堆叠结构一起转移到叶片模具中时特别有益。
22.长形增强结构将典型地沿基本上展向方向延伸。如本文中使用的，术语竖直节段指沿基本上摆动方向延伸的节段，诸如处于由摆动方向和展向方向跨越的平面中。另外，如本文中使用的，术语水平节段指沿基本上弦向方向延伸的节段，诸如处于由弦向方向和展向方向跨越的平面中。
23.在优选的实施例中，对准构件包括至少三个水平节段和至少两个竖直节段。在一些实施例中，对准构件包括至少三个水平节段和至少三个竖直节段。在优选的实施例中，对准构件包括比竖直节段更多的水平节段，优选地比竖直节段多一个水平节段。在一些实施例中，对准构件包括至少三个水平节段和至少两个竖直节段。
24.在优选的实施例中，对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构之下，例如第一水平节段布置在第一条带的堆叠结构之下，在弦向随后是沿基本上摆动方向延伸的竖直节段，随后是布置在第二条带的堆叠结构之下的第二水平节段，依此类推。在优选的实施例中，水平节段处于基本上相同的平面中。优选的是水平节段处于沿弦向方向和沿展向方向延伸的平面中，优选地直接地在条带的堆叠结构下方。
25.在优选的实施例中，竖直节段处于基本上平行平面中。优选的是竖直节段所处于其中的平面沿展向方向和沿摆动方向延伸。还优选的是每个竖直节段侧向地抵接至少一个
条带的堆叠结构。通常，竖直节段将基本上垂直于对准构件的水平节段定向。
26.在优选的实施例中，竖直节段中的每个包括多个孔口以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。每个竖直节段可以包括2-100个，优选地10-50个孔口。这允许树脂沿基本上弦向方向迁移。在优选的实施例中，孔口具有矩形或椭圆形横截面，诸如圆形横截面。在其他实施例中，孔口能够是缝、槽或通道，诸如展向延伸的槽。
27.在优选的实施例中，孔口中的至少一个(优选地孔口中的若干或全部)定位成邻近于条带的堆叠结构内的两个相邻条带之间的接口。发现这实现在条带的堆叠结构内以及跨条带的堆叠结构的特别有利的树脂分布过程。在优选的实施例中，邻近的条带的堆叠结构中的每个包括布置在相邻条带之间中的夹层。因此优选的是孔口中的至少一个(优选地孔口中的若干或全部)定位成邻近于布置在相邻条带之间中的夹层。在优选的实施例中，夹层是树脂流动促进层，诸如树脂流动促进织物或垫。在一些实施例中，孔口可以布置在孔口的展向延伸的行中，每个竖直节段有这样的2-15行的孔口，其中每行与相应的竖直节段中的邻近的行以竖直或摆动距离分开。
28.在优选的实施例中，对准构件由片状金属、挤压金属组成，挤压或拉挤复合物是它们的混合物。对准构件能够使用挤压过程或预设计的模具或3d打印/增材制造来制造。在一些实施例中，对准构件由聚合物材料制成。在一些实施例中，对准构件包括玻璃纤维织物或由玻璃纤维织物组成。在其他实施例中，对准构件包括碳纤维织物或由碳纤维织物组成。
29.在优选的实施例中，对准构件包括至少三个水平节段和至少两个竖直节段。在优选的实施例中，水平节段处于基本上相同的平面中。优选地，对准构件是基本上支架形的。
30.在优选的实施例中，对准构件的厚度，优选地对准构件的每个水平节段和竖直节段的厚度，更优选地对准构件的每个竖直节段的厚度，在0.1mm和3mm之间。优选的是对准构件的厚度在0.1mm和0.5mm之间，诸如在0.1mm和0.4mm之间。竖直节段的厚度可以低于水平节段的厚度。竖直节段的厚度是它的相对的侧向表面之间的最短距离，所述距离通常沿基本上弦向方向延伸。水平节段的厚度是它的相对的上表面和下表面之间的最短距离，所述距离通常沿基本上摆动方向延伸。
31.在优选的实施例中，对准构件遍及长形增强结构的整个展向延伸范围延伸。
32.在其他实施例中，长形增强结构沿叶片的基本上展向方向延伸，其中长形增强结构具有最接近于叶片的末梢端部的末梢端部和最接近于叶片的根部端部的根部端部，其中第一对准构件布置在长形增强结构的末梢端部处，并且第二对准构件布置在长形增强结构的根部端部处。因此，本发明的叶片可以包括至少两个对准构件。在一些实施例中，第一对准构件和第二对准构件可以从长形增强结构的相应的根部端部或末梢端部延伸0.1-2米，如沿展向方向看到的。在其他实施例中，本发明的叶片可以包括多个对准构件，诸如至少10个或至少20个对准构件。
33.在一个实施例中，长形增强结构沿叶片的基本上展向方向延伸，其中长形增强结构具有最接近于叶片的末梢端部的末梢端部、最接近于叶片的根部端部的根部端部和距长形增强结构的末梢端部及根部端部中的每个具有相等距离的展向中点，其中单个对准构件布置在长形增强结构的展向中点处。在一些实施例中，单个对准构件可以沿展向方向延伸0.1-2米。
34.在一些实施例中，长形增强结构沿叶片的基本上展向方向延伸，其中长形增强结
构包括展向延伸的前边缘和展向延伸的后边缘，该展向延伸的前边缘最接近于叶片的前边缘，该展向延伸的后边缘最接近于叶片的后边缘，其中对准构件的竖直节段中的一个布置成邻近于长形增强结构的前边缘，并且其中对准构件的竖直节段中的一个布置成邻近于长形增强结构的后边缘。优选的是对准构件的两个相应的竖直节段抵接长形增强结构的相应的后边缘或前边缘。
35.在优选的实施例中，对准构件的弦向延伸范围在1米和10米之间。优选的是对准构件沿着长形增强结构的整个弦向尺寸延伸。在一个实施例中，灌注促进层在每个堆叠结构的条带之间交错。
36.在优选的实施例中，对准构件的竖直节段延伸超过每个堆叠结构的厚度，即摆动延伸范围。典型地，每个堆叠结构的厚度由给定堆叠结构内(并且可选地中间层)的条带的单独的厚度的总和限定。
37.在另一方面中，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括长形增强结构和对准构件，增强结构包括布置成邻近的条带的堆叠结构的多个纤维材料的条带(优选地纤维材料的拉挤条带)，该对准构件包括平面的水平部分和沿展向方向总体上正交于平面的水平部分延伸的多个竖直节段，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，其中平面的水平部分布置在条带的堆叠结构之下，并且其中竖直节段中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。平面的水平部分优选地由如上面讨论的多个水平节段制作成。典型地，每个竖直节段具有平面的设计。
38.在优选的实施例中，竖直节段中的每个包括多个孔口(诸如通孔)以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。优选地，孔口中的至少一个定位成邻近于条带的堆叠结构内的两个相邻条带之间的接口。在优选的实施例中，邻近的条带的堆叠结构中的每个包括布置在堆叠结构内的相邻条带之间中的夹层，其中夹层优选地是树脂流动促进层。在一些实施例中，对准构件由片状金属、挤压金属组成，挤压或拉挤复合物是它们的混合物。优选地，对准构件包括至少两个竖直节段，诸如至少三个竖直节段或至少四个竖直节段。在优选的实施例中，对准构件是基本上支架形的。在一些实施例中，对准构件的厚度在0.5mm和3mm之间。优选地，对准构件遍及长形增强结构的整个展向延伸范围延伸。
39.在另一方面中，本发明涉及一种制造具有成型廓形的风力涡轮机叶片的方法，该成型廓形包括压力侧和吸力侧以及具有弦的前边缘和后边缘，该弦具有在前边缘和后边缘之间延伸的弦长度，风力涡轮机叶片在根部端部和末梢端部之间沿展向方向延伸，该方法包括以下步骤：在叶片模具中布置多个叶片部件，在叶片模具中相对于多个叶片部件组装长形增强结构，长形增强结构包括布置成邻近的条带的堆叠结构的多个纤维材料的条带，和包括交替的水平节段和竖直节段的至少一个对准构件，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中竖直节段中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部，以及将树脂灌注到条带的堆叠结构中以形成纤维增强聚合物。
40.在优选的实施例中，将树脂灌注到条带的堆叠结构中的步骤包括致使树脂从条带的堆叠结构中的至少一个通过一个或多个孔口流到邻近的条带的堆叠结构。这种树脂流典型地沿基本上弦向方向。在一些实施例中，树脂能够被灌注到最接近于叶片的前边缘或最接近于叶片的后边缘的堆叠结构中，其中致使树脂流通过孔口从该堆叠结构到增强结构的其他堆叠结构，例如沿弦向方向朝向后边缘或朝向前边缘。在其他实施例中，沿弦向方向看，树脂能够被灌注到定位在增强结构的中央处的堆叠结构中，其中致使树脂流通过孔口从该堆叠结构到增强结构的其他堆叠结构，即朝向前边缘和朝向后边缘。
41.在优选的实施例中，组装长形增强结构的步骤包括在叶片模具中在对准构件上将多个纤维材料的条带布置成邻近的条带的堆叠结构。
42.上面讨论的关于本发明的风力涡轮机叶片的全部特征和实施例同样地适用本发明的方法以及适用于增强结构，并且反之亦然。
43.通常，叶片将包括在风力涡轮机叶片的整个长度上，即在它们的整个最终长度上制造的压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部。压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部将典型地靠近前边缘以及靠近后边缘粘附或结合到彼此。每个壳体半部可以包括沿纵向/展向延伸的载荷承载结构，诸如一个或多个主层压体或翼梁帽，优选地包括增强纤维，诸如玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、金属纤维(诸如钢纤维)或植物纤维，或其混合物。
44.壳体半部将典型地通过用树脂(诸如环氧树脂、聚酯或乙烯基酯)灌注纤维材料的纤维铺设来生产。通常，使用叶片模具制造压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部。壳体半部中的每个可以包括沿着相应的压力和吸力侧壳体构件提供的翼梁帽或主层压体作为增强结构。翼梁帽或主层压体可以固定到壳体半部的内表面。
45.翼梁结构为优选地纵向延伸的载荷承载结构，优选地包括用于连接和稳定壳体半部的桁杆或翼梁盒。翼梁结构可以适于承载叶片上的大部分的载荷。在一些实施例中，增强结构布置在压力侧壳体半部内。在其他实施例中，增强结构布置在吸力侧壳体半部内。在优选的实施例中，纤维材料的条带是拉挤条带，优选地是包括碳纤维的拉挤条带。
46.根据另一方面，本发明涉及一种通过根据本发明的方法能够获得的风力涡轮机叶片。
47.在优选的实施例中，叶片的压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部优选地通过真空辅助树脂转移模制在相应的模具半部中制造。根据一些实施例，压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部各自具有50-90m(优选地60-80m)的纵向延伸范围l。在优选的实施例中，压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部各自包括一层或多层的碳纤维。
48.根据一些实施例，该方法还包括在壳体半部中的至少一个中(通常在增强结构的位置处)布置一个或多个抗剪腹板的步骤。每个抗剪腹板可以包括腹板主体、在腹板主体的第一端部处的第一腹板足部凸缘和在腹板主体的第二端部处的第二腹板足部凸缘。在一些实施例中，抗剪腹板是基本上i形的。可替代地，抗剪腹板可以是基本上c形的。
49.在另一方面中，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，该增强结构包括多个纤维增强聚合物的条带，其布置成邻近的条带的堆叠结构，和至少一个对准构件，其包括至少一个(诸如多个)交替的水平节段和至少一个(诸如多个)竖直节段，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，
其中竖直节段中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。
50.如本文中使用的，术语“展向”被用来描述沿着叶片从其根部端部到其末梢端部的测量量或元件的定向。在一些实施例中，展向是沿着风力涡轮机叶片的纵向轴线和纵向延伸范围的方向。
附图说明
51.下面参考附图中示出的实施例详细解释本发明，其中图1示出风力涡轮机，图2示出风力涡轮机叶片的示意图，图3示出风力涡轮机叶片的横截面的示意图，图4是根据现有技术的增强结构的示意性的横截面视图，图5是根据本发明的风力涡轮机叶片的壳体半部的示意性的顶部视图，图6是根据本发明的对准构件的透视图，图7是根据本发明的对准构件的另一透视图，图8是根据本发明的增强结构的沿着图4中的线a-a’截取的横截面视图，以及图9是根据本发明的对准构件的若干实施例的透视图。
具体实施方式
52.图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机，其塔架4、机舱6以及具有基本上水平转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8沿径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片末梢14。转子具有表示为r的半径。
53.图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最接近于毂部的根部区域30、最远离毂部的成型或翼型区域34以及在根部区域30和翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装在毂部上时面向叶片10的旋转的方向的前边缘18以及面向前边缘18的相反方向的后边缘20。
54.翼型区域34(也称为成型区域)具有关于产生升力的理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂部更容易和更安全。根部区域30的直径(或弦)沿着整个根部区30可以是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长度典型地随着距毂部的增加的距离r而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前边缘18和后边缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的增加的距离r而减少。
55.叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长度的位置。肩部40典型地提供在过渡区域32和翼型区域34之间的边界处。图2还图示了叶片的纵向延伸范围l、长度或纵向轴线。
56.应当注意的是，叶片的不同区段的弦通常不处于共同平面中，因为叶片可以被弯扭和/或弯曲(即预弯曲)，因此向弦平面提供对应地弯扭和/或弯曲路线，这是最常见的情
况，以便补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度。
57.叶片典型地由在叶片20的前边缘18和后边缘处沿着结合线胶合到彼此的压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38制成。
58.图3示出了沿着图2中示出的线i-i的叶片的横截面的示意图。如先前提到的，叶片10包括压力侧壳体部分36和吸力侧壳体部分38。压力侧壳体部分36包括翼梁帽41，也称为主层压体，其构成压力侧壳体部分36的载荷支承部分。翼梁帽41包括多个纤维层42，该多个纤维层42主要包括沿着叶片的纵向方向对准的单向纤维以便向叶片提供刚性。吸力侧壳体部分38还包括翼梁帽45，该翼梁帽45包括多个纤维层46。压力侧壳体部分36还可以包括夹层芯材料43，该夹层芯材料43典型地由轻木或泡沫聚合物制成并且夹在数个纤维增强蒙皮层之间。夹层芯材料43被用来向壳体提供刚性以便确保壳体在叶片的旋转期间基本上维持其空气动力学轮廓。类似地，吸力侧壳体部分38还可以包括夹层芯材料47。
59.压力侧壳体部分36的翼梁帽41和吸力侧壳体部分38的翼梁帽45经由第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。抗剪腹板50、55在示出的实施例中成形为基本上i形的腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板主体和两个腹板足部凸缘。抗剪腹板主体包括由数个蒙皮层52覆盖的夹层芯材料51(诸如轻木或泡沫聚合物)，该数个蒙皮层52由数个纤维层制成。叶片壳体36、38在前边缘和后边缘处可以包括另外的纤维增强结构。典型地，壳体部分36、38经由胶合凸缘结合到彼此。
60.图4是根据现有技术的增强结构的示意性的横截面视图。如在图4中看到的，在现有技术中在邻近的堆叠结构66a、66b(包括纤维增强聚合物的条带63a-c、64a-c)内和之间形成增强结构62错位。该问题通过本发明被解决，已经发现本发明导致大大地改进增强结构的性能，其中几乎没有纤维增强聚合物的堆叠结构的错位或相关结构缺陷。
61.图5是根据本发明的风力涡轮机叶片的壳体半部38的示意性的顶部视图，其图示了具有展向延伸范围se的增强结构62的位置。在图示的实施例中，增强结构62包括布置的纤维增强聚合物的条带的三个邻近的堆叠结构66a、66b、66c。如在图8的横截面视图中看到的，对准构件68包括多个交替的水平节段70a、70b、70c和竖直节段72a、72b，其中竖直节段72a布置在邻近的条带63的堆叠结构66a、66b之间，依此类推。对准构件的水平节段70a、70b、70c布置在相应的条带的堆叠结构66a、66b、66c之下。竖直节段72a、72b两者包括相应的孔口84a、84b、84c、84d以用于允许树脂沿基本上弦向方向从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部，如在图8中由黑色箭头86a、86b图示的。在图示的实施例中，树脂从顶部进入中央堆叠结构66b，并且致使树脂流通过孔口84a、84b、84c、84d从堆叠结构66b到邻近的堆叠结构66a、66c。
62.如在图8的横截面中看到的，孔口84a、84b、84c、84d中的每个定位成邻近于堆叠结构66a内的两个相邻条带(例如条带63a、63b)之间的接口。另外，邻近的条带的堆叠结构66a、66b、66c中的每个包括布置在相邻条带之间中(即在所述接口处，例如在条带63a、63b之间中)的夹层82a、82b。夹层82a、82b可以是树脂流动促进层。图示的实施例的对准构件68是基本上支架形的。图8还图示了对准构件68的弦向延伸范围ce或宽度，以及其在水平节段中的厚度t。
63.如在图6和7中图示的，本发明的对准构件68可以包括多个交替的水平节段70a-d和竖直节段72a-c。图7是图示两个对准构件68a和68b上的多个条带63a、64a、65a的布置的
透视图。该图仅图示了每个堆叠结构的初始条带的布置。对准构件68a的竖直节段72布置在以最低的条带63a、64a、65a开始的邻近的堆叠结构之间。
64.如在图5中看到的，长形增强结构62沿叶片的基本上展向方向延伸，具有邻近的条带的堆叠结构66a、66b、66c。长形增强结构62具有最接近于叶片的末梢端部的末梢端部74和最接近于叶片的根部端部的根部端部76。长形增强结构还包括展向延伸的前边缘78和展向延伸的后边缘80，该展向延伸的前边缘78最接近于叶片的前边缘18，该展向延伸的后边缘80最接近于叶片的后边缘20。
65.图9是根据本发明的对准构件68的若干实施例的透视图。在图9a中图示的实施例中，竖直节段72a、72b中的孔口84具有矩形横截面。在图9b中图示的实施例中，竖直节段72a、72b中的孔口84具有椭圆形横截面。图9c示出了具有较小的椭圆形孔口的实施例，该较小的椭圆形孔口以每个竖直节段72a、72b两个展向延伸的行布置。
66.本发明不限于本文中描述的实施例并且可以在不脱离本发明的范围的情况下被改进或调整。
67.参考标记列表4塔架6机舱8毂部10叶片14叶片末梢16叶片根部18前边缘20后边缘30根部区域32过渡区域34翼型区域36压力侧壳体部分38吸力侧壳体部分40肩部41翼梁帽42纤维层43夹层芯材料45翼梁帽46纤维层47夹层芯材料50第一抗剪腹板51芯构件52蒙皮层55第二抗剪腹板56第二抗剪腹板的夹层芯材料
57第二抗剪腹板的蒙皮层60填充物绳62增强结构63条带64条带65条带66堆叠结构68对准构件70水平节段72竖直节段74增强结构的末梢端部76增强结构的根部端部78增强结构的前边缘80增强结构的后边缘82夹层84孔口86树脂流方向l长度r距毂部的距离r转子半径t对准构件的厚度se对准构件的展向延伸范围ce对准构件的弦向延伸范围

技术特征：
1.一种具有成型廓形的风力涡轮机叶片(10)，所述成型廓形包括压力侧和吸力侧以及具有弦的前边缘和后边缘，所述弦具有在所述前边缘和所述后边缘之间延伸的弦长度，所述风力涡轮机叶片在根部端部和末梢端部之间沿展向方向延伸，其中所述风力涡轮机叶片包括长形增强结构(62)，所述增强结构(62)包括多个纤维增强聚合物的条带(63、64、65)，其布置成邻近的条带的堆叠结构(66)，和至少一个对准构件(68)，其包括至少一个交替的水平节段(70)和至少一个竖直节段(72)，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中所述竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述至少一个对准构件(68)包括多个交替的水平节段(70)和竖直节段(72)，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中所述竖直节段(72)中的每个包括多个孔口(84)以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部。4.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述孔口(84)中的至少一个定位成邻近于条带的堆叠结构内的两个相邻条带之间的接口。5.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述孔口(84)具有矩形或椭圆形横截面。6.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述邻近的条带的堆叠结构(66)中的每个包括布置在相邻条带之间的夹层。7.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述夹层是树脂流动促进层。8.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件由片状金属、挤压金属、挤压或拉挤复合物、热塑性材料或者其混合物组成。9.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件包括至少三个水平节段和至少两个竖直节段。10.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述水平节段处于基本上相同的平面中。11.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件为基本上支架形的。12.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件的厚度在0.5mm和3mm之间。13.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件遍及所述长形增强结构的整个展向延伸范围延伸。14.一种制造具有成型廓形的风力涡轮机叶片的方法，所述成型廓形包括压力侧和吸力侧以及具有弦的前边缘和后边缘，所述弦具有在所述前边缘和所述后边缘之间延伸的弦长度，所述风力涡轮机叶片在根部端部和末梢端部之间沿展向方向延伸，所述方法包括以
下步骤：在叶片模具中布置多个叶片部件，在所述叶片模具中相对于所述多个叶片部件组装长形增强结构(62)，所述增强结构(62)包括布置成邻近的条带的堆叠结构的多个纤维材料的条带，和包括交替的水平节段和竖直节段的至少一个对准构件，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中所述竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部，以及将树脂灌注到所述条带的堆叠结构中以形成纤维增强聚合物。15.根据权利要求14所述的制造风力涡轮机叶片的方法，其中将树脂灌注到所述条带的堆叠结构中的步骤包括致使树脂从所述条带的堆叠结构中的至少一个通过所述一个或多个孔口流到邻近的条带的堆叠结构。16.根据权利要求14或15所述的制造风力涡轮机叶片的方法，其中组装所述长形增强结构的步骤包括在所述叶片模具中在所述对准构件上将所述多个纤维材料的条带布置成邻近的条带的堆叠结构。17.一种用于风力涡轮机叶片的增强结构(62)，所述增强结构(62)包括多个纤维增强聚合物的条带(63、64、65)，其布置成邻近的条带的堆叠结构(66)，和至少一个对准构件(68)，其包括至少一个交替的水平节段(70)和至少一个竖直节段(72)，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中所述竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部。

技术总结
本发明涉及一种包括长形增强结构(62)的风力涡轮机叶片(10)。增强结构(62)包括布置成邻近的条带的堆叠结构(66)的多个纤维增强聚合物的条带(63、64、65)，以及至少一个对准构件(68)。后者包括多个交替的水平节段(70)和竖直节段(72)，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下。竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口(84)以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。侧部流到竖直节段的另一侧部。侧部流到竖直节段的另一侧部。


技术研发人员：R
受保护的技术使用者：叶片动力学有限公司
技术研发日：2021.10.18
技术公布日：2023/7/5