用于风轮机叶片的加强结构
阅读：32发布：2021-10-24
专利汇可以提供用于风轮机叶片的加强结构专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且描述了一种制作用于 风 轮机 叶片 的诸如抗剪 腹板 之类的细长加强结构的方法。所述加强结构包括纵向延伸的腹板以及纵向延伸的凸缘。所述凸缘沿所述腹板的纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置。所述方法涉及：设置凸缘结构，所述凸缘结构包括凸缘部分以及伸出部分，所述伸出部分沿所述凸缘部分的长度延伸并且从所述凸缘部分的表面横向伸出。所述伸出部分粘合在所述腹板的层积层之间。所述凸缘结构优选是具有T形截面的 拉挤成型 的部件。所述方法使得能够使用简单、便宜并且可重构的模具。在优选实施方式中，所述模具具有不带 侧壁 的平坦表面。，下面是用于风轮机叶片的加强结构专利的具体信息内容。
1.一种制作用于风轮机叶片的细长加强结构的方法，所述加强结构包括纵向延伸的腹板以及纵向延伸的凸缘，所述凸缘沿所述腹板的纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置，并且所述方法包括：
设置纵向延伸的模具，所述模具具有由所述模具的第一纵向边缘界定的模具表面，所述模具表面成形成限定所述加强结构的所述腹板；
设置凸缘结构，所述凸缘结构包括凸缘部分以及伸出部分，所述伸出部分沿所述凸缘部分的长度延伸并且从所述凸缘部分的表面横向伸出；
将所述腹板的一个或者多个第一层积层支撑在所述模具表面上；
使所述凸缘结构邻近所述模具的所述第一纵向边缘定位，使得所述凸缘结构的所述伸出部分覆在所述一个或者多个第一层积层的第一纵向边缘区域上并且使得所述凸缘部分横向于所述模具表面；
在所述一个或者多个第一层积层的顶部上布置一个或者多个第二层积层，使得所述一个或者多个第二层积层至少局部覆盖所述凸缘结构的所述伸出部分；以及借助基质材料整合所述模具中的所述一个或者多个第一层积层、所述一个或者多个第二层积层以及所述凸缘结构的所述伸出部分，并借此将所述伸出部分结合在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述凸缘结构沿其长度具有基本恒定的截面。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述凸缘结构是拉挤成型件。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述凸缘结构的截面大体是T形的或者L形的。
5.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述凸缘部分呈大体扁平条带的形式。
6.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述凸缘部分是楔形的。
7.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述凸缘部分具有大体V形的或者弯曲的外表面。
8.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述伸出部分与所述凸缘部分的内表面形成大约90度的角。
9.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述凸缘部分具有大体平坦的内表面，所述伸出部分从该内表面伸出。
10.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
在所述模具与所述凸缘结构的所述凸缘部分之间邻近所述模具的所述第一纵向边缘布置填塞元件，所述填塞元件具有限定所述模具表面的延长部的上表面；
布置所述一个或者多个第一层积层、所述凸缘结构的所述伸出部分以及所述一个或者多个第二层积层，使得它们至少局部覆在所述填塞元件的所述上表面上；以及根据所述加强结构的在横向于所述加强结构的纵向延伸方向的方向上的所需高度选择所述填塞元件的尺寸。
11.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述模具包括设置在所述模具的所述第一纵向边缘处的深度止挡，所述深度止挡被布置成延伸超出所述模具表面并且抵接所述凸缘结构的所述凸缘部分，以设定所述凸缘结构的所述伸出部分在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间延伸的程度，并借此设定所述加强结构在横向于所述加强结构的纵向延伸方向的方向上的高度。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述深度止挡是可调节的并且所述方法包括变更所述深度止挡延伸超出所述模具表面的程度，借此选择所述加强结构在横向于所述加强结构的纵向延伸方向的方向上的所需高度。
13.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述模具表面是大体平坦的。
14.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述模具表面包括弯折，此弯折造成在所述加强结构的腹板部分中具有弯折。
15.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法包括在所述模具表面上定位楔形元件以形成弯折并且在所述楔形元件上布置所述一个或者多个第一层积层。
16.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述一个或者多个第一层积层以及/或者所述一个或者多个第二层积层包括诸如碳或者玻璃纤维织物之类的纤维材料。
17.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法进一步包括在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间布置芯材。
18.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述基质材料是树脂。
19.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法进一步包括：
在所述模具上布置真空膜以形成封装所述层积层以及所述凸缘结构的所述伸出部分的密封区域；
抽空所述密封区域；
可选地允许基质材料进入到所述密封区域中；并且
施加热以固化所述基质材料。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法包括在所述加强凸缘结构的所述凸缘部分上布置所述真空膜，使得基本上整个凸缘结构都被封装在所述密封区域内。
21.根据前述任一权利要求所述的方法，其中，所述方法进一步包括设置另一凸缘结构，所述另一凸缘结构包括凸缘部分以及伸出部分，该另一凸缘结构的伸出部分沿所述凸缘部分的长度延伸并从所述凸缘部分的表面横向伸出；
使所述另一凸缘结构邻近所述模具的第二纵向边缘定位，使得所述另一凸缘结构的所述伸出部分覆在所述一个或者多个层积层的第二纵向边缘区域上并且使得所述凸缘部分横向于所述模具表面；
在所述一个或者多个第一层积层的顶部上布置所述一个或者多个第二层积层，使得所述一个或者多个第二层积层另外至少局部覆盖所述另一凸缘结构的所述伸出部分；以及将所述另一凸缘结构的所述伸出部分结合在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，各个凸缘结构基本相同。
23.一种根据前述任一项权利要求所述的方法制造的抗剪腹板。
24.一种包括根据权利要求23所述的抗剪腹板的风轮机叶片。
25.一种用于风轮机叶片的细长加强结构，所述加强结构包括：
复合构造并且由多个层积层形成的纵向延伸的腹板；以及
沿所述腹板的第一纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置的纵向延伸的第一凸缘，其中，所述第一凸缘包括伸出部分，此伸出部分横向于所述凸缘伸出并且所述伸出部分被整合在所述腹板部分的层积层之间。
26.根据权利要求25所述的细长加强结构，该加强结构进一步包括沿所述腹板的第二纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置的纵向延伸的第二凸缘，
其中，所述第二凸缘包括伸出部分，此伸出部分横向于所述第二凸缘伸出并且所述伸出部分被整合在所述腹板部分的层积层之间。
27.根据权利要求25或26所述的细长加强结构，其中，所述细长加强结构是抗剪腹板。
28.一种包括权利要求25至27中任一项所述的加强结构的风轮机叶片。
29.一种包括权利要求24或28所述的风轮机叶片的风轮机。
用于风轮机叶片的加强结构
技术领域
[0001] 本发明涉及用于风轮机叶片的加强结构以及制造加强结构的方法。
背景技术
[0003] 一个或者多个诸如翼梁之类的承载结构通常定位在叶片内。图1中示意性示出了公知的翼梁结构，图1是穿过风轮机叶片10的一部分的横截面。参照图1，此图示出了翼梁结构12，此翼梁结构包括抗剪腹板14以及一对翼梁帽16a、16b。翼梁帽16a、16b嵌入风轮机叶片10的外壳18中。翼梁帽16a、16b对置地布置并且分别位于外壳18的迎风侧20a与背风侧20b。
[0004] 翼梁帽16a、16b沿风轮机叶片10的大部分长度延伸。在此实施例中，各个翼梁帽16a、16b均由一叠碳纤维加强塑料的拉挤成型条带形成。堆叠中条带的数量取决于此区域中所需的叶片壳18的刚度。例如，针对高风级设计的风轮机叶片可能比针对低风级设计的叶片需要更多的加强碳条带。因此，根据这样的需求，壳18的局部厚度可因不同叶片而变更。
[0005] 抗剪腹板14连接在翼梁帽16a、16b之间，并且包括腹板22以及第一凸缘24a和第二凸缘24b，第一凸缘24a和第二凸缘24b设置在腹板22的相应的第一端25a与第二端25b处。照此，抗剪腹板14的截面基本是I形的。腹板22桥接叶片壳18的背风侧20b与迎风侧20a。当在如图1中的截面中观察时，凸缘24a、24b横向于腹板22取向，并且凸缘24a、24b提供在相对翼梁帽16a、16b之间安装抗剪腹板14的手段。
[0006] 凸缘24a、24b借助粘合剂26粘合至翼梁帽16a、16b。一旦固化，粘合剂26就形成凸缘24a、24b与翼梁帽16a、16b之间的“结合层”27a、27b。这些结合层27a、27b示出在图1中的截面中。抗剪腹板14的高度28稍小于相对的翼梁帽16a、16b之间的间隔29以为粘合剂26提供空间。
[0007] 现在参照图2，此图示出了图1的抗剪腹板14的端部区域的立体图。在图2中能够看到抗剪腹板14沿箭头62的方向纵向延伸。实际上，抗剪腹板14沿风轮机叶片的大部分长度延伸。在图2中还能够看到第一凸缘24a和第二凸缘24b沿腹板22的第一纵向边缘62a与第二纵向边缘62b纵向延伸。
[0008] 仍参照图2，在此实施例中，抗剪腹板14由三部分形成：细长的模制板64，此模制板的截面大体是C形的；以及细长的第一折转凸缘66a和细长的第二折转凸缘66b，折转凸缘的截面大体是L形的。C形板64形成抗剪腹板14的腹板22以及各个凸缘24a、24b的一半。各个凸缘24a、24b的另一半由相应的L形折转凸缘66a、66b形成，L形折转凸缘66a、66b在C形板64制成后粘合至C形板64。抗剪腹板14以此方式构造是因为难以利用合适的模制技术形成I形结构。
[0009] C形板64是复合构造并且具有层积结构。板64在这样的模具中形成，此模具包括基本平坦的细长基部，侧壁沿基部的边缘纵向延伸，使得模具的截面基本是C形的。在板64的制造过程中，芯材与多层玻璃纤维织物布置在模具中。然后在真空辅助树脂转移成型(VARTM)过程中令树脂进入到模具中。树脂灌注在各个结构层之间，并且一旦固化就用以将这些层整合在一起。
[0010] C形板64的制造本身是挑战性的。这是因为C形模具的侧壁使得难以使各个结构层顺随模具表面布置在模具中。特别地，模具基部与侧壁之间的模具角落中的材料存在形成褶皱的趋势。铺叠体中的任何褶皱或者其他差错都能够造成模制的板64中的薄弱点，这会致使此部分不可用。
[0011] 用于形成抗剪腹板14的C形模具也相当昂贵。因此，从成本角度来讲，禁止抗剪腹板14的设计为了适应叶片设计的变更而因叶片而异，例如为了适应高风级与低风级叶片设计中采用的不同的壳厚度。因此，抗剪腹板14必须适应各种壳厚度，并因此设定尺寸成适应最厚的壳，较薄的壳设计的结合层27a、27b中采用额外的粘合剂26。然而，粘合剂昂贵并且明显增加叶片的重量，并因此当前的解决方案不一定是最佳的。
[0012] 用于形成C形板64的模制过程产生粗糙的边缘，随后必须修剪这些粗糙边缘以使得能够安全搬运板64。此过程是费时的并且增加制造过程的成本。将L形折转凸缘66a、66b粘合至C形板64的操作也是费时的并且进一步增加所述过程的成本以及复杂性。
[0013] 以此为背景，本发明的目的是提供一种改进的诸如抗剪腹板之类的加强结构，并且提供一种相关的制造此加强结构的改进方法，改进的加强结构及改进的方法解决了以上一个或者多个缺点。
发明内容
[0014] 根据第一方面，本发明提供一种制作用于风轮机叶片的细长加强结构的方法。所述加强结构包括纵向延伸的腹板以及纵向延伸的凸缘。所述凸缘沿所述腹板的纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置，并且所述方法包括：
[0015] 设置纵向延伸的模具，所述模具具有由所述模具的第一纵向边缘界定的模具表面，所述模具表面成形成限定所述加强结构的所述腹板；
[0016] 设置凸缘结构，所述凸缘结构包括凸缘部分以及伸出部分，所述伸出部分沿所述凸缘部分的长度延伸并且从所述凸缘部分的表面横向伸出；
[0017] 将所述腹板的一个或者多个第一层积层支撑在所述模具表面上；
[0018] 使所述凸缘结构邻近所述模具的所述第一纵向边缘定位，使得所述凸缘结构的所述伸出部分覆在所述一个或者多个第一层积层的第一纵向边缘区域上并且使得所述凸缘部分横向于所述模具表面；
[0019] 在所述一个或者多个第一层积层的顶部上布置一个或者多个第二层积层，使得所述一个或者多个第二层积层至少局部覆盖所述凸缘结构的所述伸出部分；以及[0020] 借助基质材料整合所述模中的所述一个或者多个第一层积层、所述一个或者多个第二层积层以及所述凸缘结构的所述伸出部分，并借此将所述伸出部分结合在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间。
[0021] 如以下论述的，本发明相对于作为背景论述的现有技术具有许多优势。
[0022] 使用预成形凸缘结构来形成凸缘使得能够使用相对简单并且便宜的模具，因为此模具不需要具有形成加强结构的凸缘的复杂形状。例如，并且与现有技术相比，此模具表面不需要具有侧壁而是模具可具有基本平坦的模具表面。这提供特别便宜的模具加工方案并且便利了铺叠过程，因为相对容易地将层积层定位在模具表面上。本发明还提供更一致的结果以及较少的零件消耗，因为本发明避免了与具有陡峭的倾斜侧壁的模具表面相关的复杂性。
[0023] 本发明的特别优势在于：与现有技术相比，本发明需要明显更少的工艺步骤。特别地，一旦从模具移除加强结构，就基本完成了所述工艺并且不需要其他的工艺步骤。这与现有技术形成鲜明对比，现有技术需要粘合折转凸缘并且修剪模制的部件的边缘的额外工艺步骤以允许安全搬运。在本发明中，加强结构的边缘可由凸缘结构的边缘限定，凸缘结构的边缘一般已经可便于安全搬运。本发明还减少了制造过程的工厂占地面积，因为不需要用于例如结合与修剪的额外的处理站。
[0024] 在本发明的优选实施方式中，所述凸缘结构沿其长度具有基本恒定的截面。这有助于铺叠过程以及坯料控制，因为可以沿加强结构的整个长度使用凸缘结构的单个设计。
[0025] 在特别优选的实施方式中，所述凸缘结构是拉挤成型部件。这是有利的，因为拉挤成型部件是相当便宜的。拉挤成型部件也具有平滑的边缘并因此确保在从模具移除时就能立即安全搬运加强结构的边缘。拉挤成型部件也能够容易被制造成所需长度或者被切割成所需长度。用于形成凸缘结构的拉挤成型过程可涉及牵拉成束的散纤维以及/或者带形式的纤维通过拉挤成型模。
[0026] 所述凸缘结构的截面优选大体是T形的。此形状容易通过拉挤形成。另选地，所述凸缘结构可具有任一合适的形状。例如，所述凸缘结构的截面可以是L形的。所述凸缘结构可以是基本沿加强结构的整个长度延伸的单体元件，或者另选地，多个凸缘结构可以沿加强结构的长度连续布置。
[0027] 在某些实施方式中，所述凸缘部分可以呈大体扁平条带的形式。在稍后详细描述的一些实施方式中，所述凸缘部分是楔形的。所述凸缘部分可以具有V形的或者弯曲的外表面。所述伸出部分与所述凸缘部分的内表面可以形成大约90度的角(例如，90度+/-几度)。所述凸缘部分可以有益地具有大体平坦的内表面，所述伸出部分从该内表面伸出。
[0028] 本发明使得能够通过对模制设备进行简单的调节就形成不同高度的加强结构。
[0029] 重构模具的一种方式涉及：在所述模具与所述凸缘结构的所述凸缘部分之间邻近所述模具的所述第一纵向边缘布置填塞元件。所述填塞元件具有限定所述模具表面的延长部的上表面。所述一个或者多个第一层积层、所述凸缘结构的所述伸出部分以及所述一个或者多个第二层积层被布置成使得它们至少局部覆在所述填塞元件的所述上表面上。根据所述加强结构的在横向于所述加强结构的纵向延伸方向的方向上的所需高度选择所述填塞元件的尺寸。
[0030] 重构模具的另一方式是借助深度止挡。因此，所述模具可以包括设置在所述模具的所述第一纵向边缘处的一个或者多个深度止挡。所述或者每个深度止挡可以布置成延伸超出所述模具表面并且抵接所述凸缘结构的所述凸缘部分，以设定所述凸缘结构的所述伸出部分在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间延伸的程度。因此这便利地用以设定所述加强结构的高度。优选地，所述或每个深度止挡是可调节的并且所述方法包括变更所述深度止挡延伸超出所述模具的程度，借此选择所述加强结构的所需高度。
[0031] 可重构的工具允许形成不同尺寸的加强结构，使得这些结构能够被订制以用于特定叶片。例如，在本发明的优选实施方式中，加强结构是抗剪腹板，并且本发明允许形成更高的抗剪腹板以适应相当薄的壳(例如，用在为低风级设计的叶片中的那些壳)或者形成更低的抗剪腹板以适应相当厚的壳(例如，用在为高风级设计的叶片中的那些壳)。尽管现有技术依赖于变更粘合剂的量以适应壳厚度方面的这些变化，但是本发明的灵活的模具使得能够针对任一给定的叶片形成最优的结合层，因为现在在不必更换模具或者对模具作出昂贵变型的情况下存在形成任一特定高度的抗剪腹板的选择。
[0032] 在某些实施方式中，所述模具表面的至少一部分包括弯折。此弯折造成在所述加强结构的所述腹板部分中具有弯折。在一些情况下期望弯折的加强结构例如以确保抗剪腹板的凸缘平贴在叶片壳的弯曲部分中所结合至的翼梁帽。根据本发明的具体实施方式，可以利用弯折的模具表面形成弯折，或者通过在大体平坦的模具表面上定位合适成形的元件形成弯折。
[0033] 所述一个或者多个第一层积层以及/或者所述一个或者多个第二层积层优选包括诸如碳或者玻璃纤维织物之类的纤维材料。在本发明的优选实施方式中，纤维织物预浸渍有诸如环氧树脂之类的基质材料，这样的材料通常被称作“预浸料”。预浸料具有粘性表面，在本发明中，此粘性表面便利地用以当凸缘结构定位在预浸料层的顶部上时将凸缘结构保持在正确的位置。在其他实施例中，诸如干玻璃纤维织物之类的干纤维织物可用于形成层积层。
[0034] 所述方法可包括在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间布置芯材。所述芯材可以是任一合适的材料，例如泡沫、聚苯乙烯或者轻木。
[0035] 所述方法可进一步包括：利用真空过程将加强结构的各个部件整合在一起。例如，所述方法可以包括：在所述模具上布置真空膜以形成封装所述层积层以及所述凸缘结构的所述伸出部分的密封区域。然后抽空所述密封区域，这使得真空膜向铺叠体施加压力。如果使用预浸料，则这用以固结所述层。如果使用干材料，则可借助灌注过程允许合适的基质材料额外地进入到密封区域中。基质材料优选是诸如环氧树脂之类的热固性树脂。对于本领域中的普通技术人员而言，其他合适的树脂将是显而易见的。在这两种情况下，可施加热以固化树脂。
[0036] 所述方法可包括在所述加强凸缘结构的所述凸缘部分上布置所述真空膜，使得基本上整个凸缘结构都被封装在所述密封区域内。另选地，所述真空膜可仅覆盖凸缘部分的一部分或者可未达到凸缘部分。例如，在稍后描述的具体实施方式中，真空袋未达到凸缘部分并且密封凸缘结构的伸出部分。
[0037] 所述加强结构优选包括沿其两个纵向边缘的凸缘。为此目的，所述方法可以包括设置另一凸缘结构，所述另一凸缘结构包括凸缘部分以及伸出部分，此伸出部分沿所述凸缘部分的长度延伸并从所述凸缘部分的表面横向伸出；使所述另一凸缘结构邻近所述模具的第二纵向边缘定位，使得所述另一凸缘结构的所述伸出部分覆在所述一个或者多个层积层的第二纵向边缘区域上并且使得所述凸缘部分横向于所述模具表面；在所述一个或者多个第一层积层的顶部上布置所述一个或者多个第二层积层，使得所述一个或者多个第二层积层另外至少局部覆盖所述另一凸缘结构的所述伸出部分；以及将所述另一凸缘结构的所述伸出部分结合在所述一个或者多个第一层积层与所述一个或者多个第二层积层之间。
[0038] 各个凸缘结构优选基本相同。在优选的实施方式中，两个凸缘结构都是T形拉挤成型件，并且可利用同一拉挤成型模形成这些拉挤成型件。
[0039] 本发明还提供一种用于风轮机叶片的细长加强结构，所述加强结构包括：复合构造并且由多个层积层形成的纵向延伸的腹板；以及沿所述腹板的第一纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置的纵向延伸的第一凸缘，其中，所述第一凸缘包括伸出部分，此伸出部分横向于所述凸缘伸出并且所述伸出部分被整合在所述腹板部分的层积层之间。
[0040] 所述细长加强结构优选包括沿所述腹板的第二纵向边缘延伸并且横向于所述腹板布置的纵向延伸的第二凸缘。所述第二凸缘可以包括伸出部分，此伸出部分横向于所述第二凸缘伸出并且所述伸出部分被整合在所述腹板部分的层积层之间。
[0042] 上文已经以本发明的背景的方式描述了图1与图2。为了能更容易理解本发明，现在将参照附图以实施例的方式描述本发明，在附图中：
[0043] 图3是穿过风轮机叶片的圆形根端的示意性截面，示出了根据本发明的一对抗剪腹板；
[0044] 图4a至图4d示出了制造根据本发明的第一实施例的抗剪腹板的方法；
[0045] 图4e与图4f示出了用于制作不同高度的抗剪腹板的不同尺寸的填塞元件的使用；
[0046] 图5a至图5d示出了制造根据本发明的第二实施例的抗剪腹板及其制造方法；
[0047] 图6a与图6b示出了制造根据本发明的第三实施例的抗剪腹板及其制造方法；
[0048] 图7a是示出了具有粘合至风轮机叶片壳的平坦部分的T形凸缘结构的抗剪腹板的示意性截面视图；
[0049] 图7b示出了具有粘合至风轮机叶片壳的倾斜部分的T形凸缘结构的抗剪腹板；
[0050] 图8a示出了具有V形凸缘的凸缘结构；
[0051] 图8b示出了具有弯曲凸缘的凸缘结构；
[0052] 图9a示出了图8a的结合至风轮机叶片壳的平坦部分的凸缘结构；
[0053] 图9b示出了图8a的结合至风轮机叶片壳的倾斜部分的凸缘结构；
[0054] 图10a示出了图8b的布置在模具中以形成抗剪腹板的凸缘结构；
[0055] 图10b示出了图7a与图7b的布置在模具中以形成抗剪腹板的凸缘结构；
[0056] 图11a示出了具有金字塔形凸缘的凸缘结构；
[0057] 图11b示出了具有穹顶形凸缘的凸缘结构；
[0058] 图12a与图12b示出了布置在模具中以形成抗剪腹板的具有楔形凸缘的凸缘结构；以及
[0059] 图12c示出了图12a与图12b中所示的凸缘结构的变型。
具体实施方式
[0060] 参照图3，此图示出了穿过风轮机叶片10的圆形根端的示意性截面。叶片包括外壳102，此外壳限定基本中空的内部104。根据本发明的一对抗剪腹板106在叶片100内纵向(垂直于页面)延伸，并且连接在叶片壳102的迎风侧108与背风侧109之间。
[0061] 抗剪腹板106包括腹板部110，此腹板部在每一端处具有凸缘112。腹板部110弯折以适应叶片100的根端处的高弯曲程度。这允许抗剪腹板106的凸缘112与叶片壳102的内表面114平齐布置，同时腹板部110的中部沿图3中所示的叶片100的取向基本垂直延伸。
[0062] 如对于本领域中普通技术人员而言将容易明白的，风轮机叶片100的轮廓沿其长度变更。从叶片100的根端朝叶片100的梢端，轮廓过渡成翼型轮廓，趋向于朝梢端逐渐变平。在叶片100的这些较平坦的区域中，抗剪腹板106不必包括弯折，并且可能更接近图1中所示的抗剪腹板。
[0063] 图4a至图4d示出了根据本发明的第一实施方式的抗剪腹板106的制造中涉及的一系列步骤。抗剪腹板106是具有层积结构的复合部件并且利用相对低成本的模具形成。
[0064] 首先参照图4a，此图示出了预浸渍有树脂(所谓“预浸料”)的玻璃纤维织物的多个第一层116，这些第一层布置在模具120的表面118上。预浸料由于预浸渍树脂处于未固化或者部分固化的状态而具有粘性表面。模具120包括限定模具表面118的钢板。与作为背景提及的现有技术的C形模具相比，本发明的模具120不包括任何侧壁，并因此简化了铺层过程并且此铺层过程不具有与作为背景论述的现有技术相关的劣势。
[0065] 图4a至图4d中的截面中示出了模具120，并且实际上模具120主要沿基本垂直于页面的纵向方向延伸。因此，模具表面118也沿纵向方向延伸。模具表面118在宽度方向124上受模具120的第一纵向边缘与第二纵向边缘122约束，宽度方向124大体垂直于纵向方向。图4a至图4d中仅示出了模具120的第一纵向边缘122。
[0066] 抗剪腹板106的形状取决于待附接此抗剪腹板的叶片100的局部轮廓，模具表面118的形状可根据所需抗剪腹板106的形状沿其长度变更。模具120的被示出在图4a至图4d中的部分包括大体水平的第一部分126以及相对于所述水平而倾斜的第二部分128。换言之，模具表面118包括弯折119。弯折的模具表面118产生具有弯折的抗剪腹板106以适应例如位于叶片的根端的弯曲的壳轮廓(如以上参照图3论述的)。模具表面118的第一部分126与第二部分128的相对角度可取决于抗剪腹板106所需的局部形状沿工具120的长度变更，并且模具表面118的节段可在抗剪腹板106不需要弯折的某些区域中完全水平。
[0067] 模具120包括邻近第一纵向边缘122的肩130。模具120还可以可选地包括邻近其第二纵向边缘的另一肩(未示出)。
[0068] 现在参照图4b，芯层132定位在玻璃纤维的顶部上。在此实施例中，芯层132由聚氨酯泡沫形成。芯层132的截面是楔形的并且覆在预浸料层116的位于模具表面118的水平部分126上的部分上面。芯材132的确切的大小、形状以及位置取决于抗剪腹板106的设计以及结构需求。芯材132定位在需要抗剪腹板106具有增大刚度的部位，并使得这些区域具有夹层板结构。
[0069] 仍参照图4b，此图示出了邻近模具120的第一纵向边缘122定位的凸缘结构134。凸缘结构134包括呈大体平坦条带形式的凸缘部分112，该凸缘部分沿垂直于页面的纵向方向延伸。凸缘结构134还包括伸出部分138(也称作“竖立部”)，此伸出部分沿凸缘部分112的长度延伸并且从凸缘部分112的表面139垂直伸出。因此，凸缘结构134的截面大体为T形。
[0070] 凸缘结构134是复合构造，并且包括多根嵌入固化的树脂基质中的单向玻璃加强纤维。凸缘结构134通过拉挤成型而形成，这涉及在牵拉通过T形拉挤模之前为单向纤维覆上树脂。因此，凸缘结构134的截面形状沿其长度基本不变。
[0071] 凸缘结构134定位成使得伸出部分138覆在一个或者多个预浸料层积层116的第一纵向边缘区域140(图4a中所示)上。预浸料的粘性用以将凸缘结构112保持在正确的位置中。在伸出部分138覆在预浸料层116上的情况下，凸缘部分112横向于模具表面118，并且在此实施例中大体垂直于模具表面118的第二部分128。凸缘112抵接模具120的肩部130并且与模具120的肩部130平齐。
[0072] 现在参照图4c，将预浸料玻璃纤维织物的多个第二层142布置在一个或者多个第一层116的顶部上使得一个或者多个第二层142至少局部覆盖芯层132以及凸缘结构134的伸出部分138。这完成了抗剪腹板106的层积铺叠体。
[0073] 现在参照图4d，然后利用真空膜144覆盖铺叠体并且利用密封胶带146密封模具120以限定封装铺叠体的密封区域148。利用真空泵(未示出)从密封区域148移除空气。这使得真空膜144靠在铺叠体上从而固结各个层。而且，将热施加至铺叠体，使得预浸料层积层中的树脂在固化(即，硬化)之前在各个层与部件之间渗透，并因此将各个层积层整合在一起而形成抗剪腹板。虽然附图中未示出，但是可以在铺叠体与真空膜144之间设置一层或者多层转印网以增强树脂渗透。如对于本领域中的技术人员而言将容易明白的，诸如脱模层之类的其他消耗材料也可应用在模具中。
[0074] 一旦树脂固化，就移除真空膜144并且可从模具120移除完成的抗剪腹板106。在完成的抗剪腹板106中，凸缘结构134的伸出部分138被结合在第一层积层116与第二层积层142之间，并因此凸缘112在模制过程中与腹板110整合。
[0075] 虽然附图中未示出，但是抗剪腹板106优选包括沿抗剪腹板的第二纵向边缘延伸的第二凸缘(未示出)。此凸缘优选在模制过程中也与腹板整合。因此，基本与以上描述的拉挤成型的凸缘结构134相同的第二凸缘结构沿模具120的第二边缘布置，此第二凸缘结构的伸出部分在铺层过程中以与以上描述相同的方式夹入第一层积层116与第二层积层142之间。模具表面118可包括朝向第二纵向边缘的另一弯折以形成位于抗剪腹板106中的接近第二凸缘的另一弯折。
[0076] 再参照图3，模制的抗剪腹板106包括如以上提及的由模具表面118中的弯折119(图4b中所示)引起的弯折150。要理解，叶片壳102的供结合抗剪腹板106的凸缘112的内表面114是弯曲的。抗剪腹板106中的弯折150使得抗剪腹板106能够适应此曲率(如上所述)。
[0077] 现在将参照图4e以及图4f描述制造过程中的可选步骤，这两个图示出了作为模具120的延长部的填塞元件152a、152b的使用以设定待制造的抗剪腹板106的高度。
[0078] 参照图4e，此图示出了邻近模具120的肩130定位的填塞元件152a。填塞元件152a的上表面154基本平坦并且形成模具表面118在模具120的第一纵向边缘122旁的延续。填塞元件152a是细长的并且具有大体矩形的截面。在此实施例中，填塞元件152a大体沿模具表面118的整个长度延伸。在其他实施方式中，可以使用一系列填塞元件。
[0079] 如图4e中所示，在填塞元件152a位于适当位置的情况下，将材料116、132、134、142布置在模具120中使得第一层积层116、凸缘结构134的伸出部分138以及第二层积层142覆在填塞元件152a的上表面154上。凸缘结构134的凸缘112抵接填塞元件152a，使得填塞元件152a位于模具120的肩130与凸缘112之间。然后，以与先前参照图4a至图4d描述的相同方式，用真空膜覆盖铺叠体并且使铺叠体经受真空固结以及固化过程而形成抗剪腹板106。然后，从模具120移除完成的抗剪腹板106并且可在随后的模制操作中再使用填塞元件152a以形成其他抗剪腹板106。
[0080] 现在参照图4f，此图示出了较宽的填塞元件152b的使用。较宽的填塞元件152b具有较宽的上表面154并因此进一步延长位于模具120的第一纵向边缘122旁的模具表面118。虽然附图中未示出，但是如果需要可邻近模具的第二纵向边缘(未示出)使用相似的填塞元件。
[0081] 根据抗剪腹板106的所需高度选择填塞元件152a、152b的尺寸。这使得模具120能够容易调节以适应设计变更。例如，能够利用同一模具简单地通过变更填塞元件的厚度而制作较高或者较低的抗剪腹板。因此，模具可容易调节成制作相对较高的抗剪腹板例如以适应用于较低风级叶片的较薄的壳，或者调节成制作相对较低的抗剪腹板例如以适应用在较高风级叶片中的较厚的壳。因此，这使得能够独立于抗剪腹板的高度选择结合层的厚度，这提供整个叶片制造过程的更强的控制与优化。这也避免在生产较薄的壳时对另外的粘合剂的需求，产生更轻并且更便宜的叶片。
[0082] 现在将参照图5a至图5d描述制造抗剪腹板106的另选方法。
[0083] 参照图5a，此图示出了具有平坦表面162的模具160。与先前的实施方式一样，模具160不具有侧壁。模具160由钢制成，并且不具有侧壁的平坦表面162意味着模具160是非常便宜模具加工方案。为了形成弯折的抗剪腹板，楔164设置在平坦模具表面162的一部分的顶部上。楔164是实心块，此楔可由任一合适的材料(例如木材、金属、塑料或者复合材料)制成。楔164具有关于水平模具表面162倾斜的上表面166，并且此上表面166形成布置部分抗剪腹板铺叠体的有效模具表面。
[0084] 楔164优选例如利用适当的固定装置附接至模具表面162，或者更优选其借助粘合剂结合至模具表面162。取决于待形成的抗剪腹板的所需形成，楔164可以沿模具表面162的整个长度延伸或者沿模具表面162的一部分延伸。还能使用一系列楔164。楔164的使用提供利用弯折模具的另选方案并且有利地允许使用平坦模具，从而形成成本格外低的模制方案。楔164的侧面168也便利地形成肩170，此肩在功能上与图4a至图4f中所示的模具120的肩130(如以上论述的)等同。
[0085] 现在参照图5b，将预浸料玻璃纤维织物的多个第一层116布置在模具表面162上。层116在楔164的上表面166上延伸。在此实施例中，层116也披盖在楔164的肩170上。这提供额外加强凸缘112的优势。然而，在其他实施方式中，类似于图4a至图4f中所示的先前实施方式，层172可铺叠至楔164的边缘174。同样地，图4a至图4f中所示的实施方式的变更可包括披盖在肩130/填塞元件152a、152b上的层116。
[0086] 仍参照图5b，一旦已经布置了预浸料层116，芯材132就在需要的地方布置在这些层116的顶部上，并且与关于先前的实施方式描述的凸缘结构相同的凸缘结构134布置成其伸出部分138覆在预浸料层116的支撑在楔164上的纵向边缘区域140上。凸缘结构134的凸缘112与楔164的肩170基本平齐，预浸料层116的披盖部位于两者之间。
[0087] 现在参照图5c，然后将预浸料玻璃纤维织物的多个第二层142布置在第一层116的顶部上使得它们覆盖芯材132以及凸缘结构134的伸出部分138。在此实施例中，第二层142在第一纵向边缘区域140中向上翻使得第二层覆在凸缘112上。如以上就第一层116的披盖部分描述的，这有利地用以加强凸缘112。在其他实施方式中，类似于先前图4a至图4f中所示的实施方式，第二层142可铺叠至凸缘112。同样地，图4a至图4f中所示的实施方式的变型可包括向上翻以便覆在凸缘112上的第二层142。
[0088] 仍参照图5c，此图包括一对箭头176，这一对箭头示出了能选择楔164相对于模具表面118的位置以设定抗剪腹板106的所需高度。如先前描述的，这使得能够容易地重构模具布置以制造不同高度的抗剪腹板106从而适应叶片壳的不同厚度并且/或者控制抗剪腹板与叶片壳之间的结合层厚度。实际上，在顶部上布置材料之前设定楔164的位置。沿箭头方向移动楔164自然会改变弯折119的位置。另选地，如果弯折119的位置需要保持相同，则可使用具有沿这些箭头176的方向上的较小或者较大尺寸的楔164。
[0089] 现在参照图5d，一旦装配起铺叠体，就用真空膜144覆盖铺叠体并且使其经历如以上参照第一实施方式描述的基本相同的过程以便固结铺叠体并固化树脂。
[0090] 现在将参照图6a与图6b描述另一实施方式，这些图示出了支撑在钢制模具180上的抗剪腹板铺叠体，此模具具有用于设定抗剪腹板106的高度的可调深度止挡。在图6a与图6b中，在模具180的两个边缘处示出了凸缘结构134。
[0091] 参照图6a，模具180垂直于页面纵向延伸。图6a中所示的模具180的节段包括不具有侧壁的平坦、水平的模具表面184。然而，如果需要，则模具180的其他节段可具有类似于第一实施方式的弯折表面，或者楔可设置在模具表面184上以形成类似于第二实施方式的弯折表面。
[0092] 利用图6a中所示的模具180制作抗剪腹板106的方法与先前描述的方法类似之处在于：其涉及在模具表面184上布置多个第一预浸料层116；然后将芯材132以及凸缘结构134的伸出部分138布置在顶部上并且由多个第二纤维层142覆盖。然后，如先前描述的，铺叠体由真空膜144覆盖并且经历真空固结以及固化过程以将层整合在一起。
[0093] 如以上提及的，使用深度止挡182设定抗剪腹板106的高度。深度止挡182均包括螺纹轴186，此螺纹轴可在安装在模具表面182的纵向边缘190的附近的螺母188内转动。轴186向外伸出超过模具表面184的纵向边缘190。凸缘结构134布置在模具表面184的纵向边缘190旁，使得凸缘部分112抵接深度止挡182的螺纹轴186。深度止挡182控制凸缘112与模具表面184的纵向边缘190之间的间隔，并因此控制凸缘结构134的伸出部分138在第一层积层
116与第二层积层142之间延伸的程度。
116与第二层积层142之间延伸的程度。
[0094] 现在参照图6b，此图示出了深度止挡182的螺纹轴186，此螺纹轴186比图6a中的轴186延伸地更远使得凸缘结构134的伸出部分138在第一层积层116与第二层积层142之间延伸的程度小于图6a中所示的程度。因此，与在图6a中相比，在图6b中，凸缘112更远离层积层
116、142的纵向边缘190布置。因此，图6b中的模具180布置成与图6a中的模具180相比形成高度更高的抗剪腹板106。
116、142的纵向边缘190布置。因此，图6b中的模具180布置成与图6a中的模具180相比形成高度更高的抗剪腹板106。
[0095] 在此实施例中，为了形成用于真空固结过程的密封区域148，第一密封件192设置在凸缘结构134的伸出部分138与模具表面184之间，并且第二密封件194设置在凸缘结构134的伸出部分138与真空膜144之间。对于本领域中的普通技术人员而言，真空膜144以及密封件192、194的其他合适布置将显而易见。例如，真空膜144可完全覆盖凸缘结构134(例如在先前的实施方式中)，并且可对合适的表面密封(例如对模具的延长部)。
[0096] 虽然以上描述的一些实施方式使用弯折腹板106以适应叶片壳102的弯曲或倾斜部，但是在一些情况下期望具有不带弯折的平直的腹板。然而，如现在将参照图7a与图7b解释的，如先前的实施方式中所示的具有凸缘结构134的平直腹板的使用可能存在一定困难。
[0097] 参照图7a，此图示出了与以上描述的凸缘结构134相同的T形凸缘结构134，在此凸缘结构中，伸出部分138(“竖立部”)从凸缘112垂直伸出。能够在图7a中看到凸缘112良好配合风轮机叶片的平坦壳部102a并且壳102a与凸缘112之间的结合层27a中的粘合剂26得以具有均匀并且最佳的厚度。然而，参照图7b，在壳的倾斜部102b的情况下，凸缘112与壳102b之间至少沿凸缘112的一个边缘存在增大的间隙200。这使得结合层27a中需要过多的粘合剂26以填充此间隙200，过多的粘合剂可使叶片增加相当大的重量以及成本。
[0098] 为了解决此问题，研发了如图8a以及图8b中所示的变型的凸缘结构134a、134b，这些变型的凸缘结构仍是大体T形，但是在这些变型的凸缘结构中凸缘112a、112b是横向的但不垂直于竖立部138。例如，参照图8a，凸缘结构134a具有V形凸缘112a，而在图8b中凸缘112b是弯曲的。
[0099] 图9a与图9b分别示出了图8a的凸缘结构134a良好配合平坦的壳部分102a与成角度的壳部分102b两者而不需要结合层27a中的过多的粘合剂26，即便在如图9b中所示的成角度的壳部分102b的情况下也是如此。虽然未示出，但是图8b中所示的具有弯曲的凸缘112b的凸缘结构134b达到相同的效果。
[0100] 虽然图8a与图8b中所示的变型的凸缘结构134a、134b适应壳的平坦的壳部分102a与成角度的壳部分102b两者而不需要结合层27a中的过多的粘合剂26，但是如以下参照图10a以及图10b论述的，在腹板制造过程中变型的凸缘结构134a、134b可能存在一定困难。
[0101] 参照图10a，此图示出了图8a的凸缘结构134a与各个层116、132、142(如先前描述的)在具有平坦的模具表面204的模具202上铺叠而形成抗剪腹板。当凸缘112a是V形的并因此不垂直于竖立部138时，能够看到凸缘112a不平贴模具202的肩206。因此，造成模具202与凸缘112a之间的间隙208。在随后的真空装袋与模制步骤(如先前描述的)中，会用树脂填充此间隙208，这是不合意的。此布置可与图10b中所示的情形对比，在图10b中，凸缘结构134的凸缘112垂直于竖立部138。这使得凸缘112平贴模具202并且避免不合意的富含树脂的间隙的可能性，但是如先前参照图7b论述的，图10b中所示的凸缘结构134不最优配合倾斜的壳表面102b。
[0102] 为了解决这些制造困难，研发了如图11a以及图11b中所示的进一步变型的凸缘结构134c、134d。图11a中所示的凸缘结构134c具有金字塔形凸缘112c，在此凸缘中，凸缘112c的外表面210是V形的，而凸缘112c的内表面212是平坦的。图11b中所示的凸缘结构134d具有穹顶形凸缘112d，在此凸缘中，凸缘的外表面210是弯曲的，而内表面212是平坦的。本文中使用术语“内”与“外”是因为如将理解的当抗剪腹板安装在风轮机叶片内部时，凸缘112c、112d的“外”表面210面向叶片壳并且与粘合剂接触，而凸缘112c、112d的“内”表面212面朝叶片的内部。
[0103] 在图11a与图11b中所示的两个实施例中，凸缘结构134c、134d的竖立部138垂直于凸缘112c、112d的平坦的内表面212。因此，竖立部138与凸缘112c、112d之间形成大约90度角。这允许在抗剪腹板的制造过程中凸缘112c、112d的平坦上表面212平贴模具202的肩206(与以上图10b中所示的情形相似)，并因此避免了凸缘112c、112d与模具202之间的富含树脂的间隙208(参见图10a)的风险。图11a与图11b中所示的凸缘112c、112d的外表面210对应图8a与图8b中所示的凸缘112a、112b并因此有利地能够以如先前描述的相同的方式适应平坦的壳表面与倾斜的壳表面两者。
[0104] 在进一步的实施方式中，如以下参照图12a至图12c论述的，凸缘结构可设计成通过结合楔形凸缘而适应壳的不同曲率或者倾斜度。
[0105] 参照图12a，此图示出了具有楔形凸缘112e的凸缘结构134e与各个层116、132、142(如先前描述的)一起铺叠在模具214上而形成抗剪腹板的腹板。模具214具有平坦表面216，并因此在此实施例中构造成形成基本平直的腹板。楔形凸缘112e具有平坦的内表面212，竖立部138从此内表面基本垂直伸出，从而在竖立部138与凸缘112e的平坦的内表面212之间形成大约90度的角。因此，凸缘134e的内表面212有利地基本平贴模具214的肩206。
[0106] 凸缘112e具有位于凸缘112e的第一纵向边缘220与第二纵向边缘222之间的主要的中央部分218。主要的中央部分218的厚度大体随着沿从第一边缘220朝第二边缘222的方向横向移动而增加，使得主要的中央部分218的截面是楔形的。楔形凸缘112e具有相对于竖立部138倾斜的外表面210，使得外表面210能良好配合叶片壳的倾斜表面。
[0107] 现在参照图12b，此图示出了与以上参照图12a描述的凸缘结构134e相似的凸缘结构134f，但是在此凸缘结构134f中，凸缘112f的主要的中央部分218的厚度随着沿从凸缘112f的第一纵向边缘220朝第二纵向边缘222的方向横向移动而减小。此形状允许凸缘112f良好配合叶片壳的倾斜表面，此倾斜表面与图12a中所示的凸缘112e设计成要配合的表面的倾斜方向相反。
[0108] 图12c示出了另一凸缘结构134g，此凸缘结构设计成配合风轮机叶片的平坦的(即，非倾斜的)壳部分。在此实施例中，凸缘112g的主要的中央部分218在横向方向上的厚度基本一致。当壳的几何形状沿风轮机叶片的长度变更时，抗剪腹板可具有沿腹板的一些部分的诸如图12c中所示的凸缘结构134g之类的凸缘结构，以及沿腹板的其他部分的诸如图12a以及/或者图12b中所示的凸缘结构134e与134f之类的凸缘结构。
[0109] 在图12a至图12c中所示的实施方式中，凸缘结构134e、134f、134g的凸缘112e、112f、112g沿其相应的纵向边缘220、222包括所谓的“胶水捕集器”部224。这些胶水捕集器部224呈“翼”的形式，这些翼由厚度相比主要的中央部分218的厚度减小的凸缘的边缘区域限定。设置这些“翼”或者“胶水捕集器”224以捕集抗剪腹板粘合至叶片壳时被挤出的任何过多的粘合剂。没有这些特征就会存在所述过多粘合会脱离叶片壳并导致叶片壳内部脏污的风险。虽然仅联系此实施方式示出了胶水捕集器224，但是要理解胶水捕集器可包括在本文中描述的任一凸缘结构中。
[0110] 在以上描述的各个实施例中，凸缘结构通过拉挤成型而形成。如以上已经提及的，拉挤成型过程可涉及牵拉单向纤维穿过形状与凸缘结构的截面形状(例如，大体的T形)对应的拉挤模。在其他实施方式中，拉挤成型过程可涉及牵拉纤维带穿过拉挤模以形成凸缘结构。纤维带可包括任一取向的纤维(例如玻璃纤维)。在优选实施方式中，使用双轴带，在此双轴带中，纤维主要沿相对于拉挤成型方向分别是+/-45度的两个方向布置。在一些实施方式中，单向纤维以及/或者单向带的组合可与双轴带或者具有相对于拉挤成型部件的纵向方向横向取向的纤维这样的其他带组合被牵拉穿过模。
[0111] 可在不脱离如所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下对以上实施例做出一些变型。特别地，相对于具体实施方式描述的特征可容易地应用至其他实施方式。虽然已经关于以上实施方式描述了预浸材料，但是在其他实施例中可以替代或者另外使用干纤维织物。在这些情况下，可在诸如VARTM之类的灌注过程中允许树脂进入到由真空袋限定的密封区域中。
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