使用預成形腹板腳凸緣制造剪切腹板的方法
【專利摘要】描述了一種制造剪切腹板的形式的風力渦輪機葉片部件的方法。該方法包括下述步驟：a）提供具有第一側和第二側以及第一端和第二端的預制剪切腹板本體（250）；b）提供包括纖維加強材料的第一預成形腹板腳凸緣（270）；c）將第一纖維層（281）從第一預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹板本體的第一側的一部分；d）將第二纖維層（282）從第一預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹板本體的第二側的一部分；e）與步驟c）和步驟d）同時地，或者在步驟c）和步驟d）之后，向所述第一纖維層和所述第二纖維層供給樹脂；以及f）使樹脂固化以形成剪切腹板。
【專利說明】
使用預成形腹板腳凸緣制造剪切腹板的方法
技術領域
[0001] 本發明涉及制造剪切腹板本體形式的風力渦輪機葉片部件的方法以及根據該方 法制造的剪切腹板本體。
【背景技術】
[0002] 風力渦輪機葉片通常根據兩種構造設計中的一種來制造，即薄的空氣動力學殼體 被膠結或以其他方式結合到翼梁上的設計，或者翼梁蓋(也稱為主層壓體)被集成在空氣動 力學殼體中的設計。
[0003] 在第一種設計中，翼梁構成葉片的承載結構。翼梁以及空氣動力學殼體或殼體部 分被單獨地制造。空氣動力學殼體通常制造成兩個殼部部分，一般為壓力側殼體部分和吸 入側殼體部分。這兩個殼體部分被膠結或以其他方式連接至翼梁并且沿著殼體部分的前緣 和后緣進一步彼此膠結。這種設計具有如下優點，即：關鍵的承載結構可以單獨地制造，并 且因此較容易控制。另外，這種設計允許使用各種不同的制造方法(例如模制和絲卷繞制工 藝)來制造梁。
[0004] 在第二種設計中，翼梁蓋或主層壓體被集成到殼體中并且與空氣動力學殼體模制 在一起。主層壓體與葉片的剩余部分相比一般包括較高數量的纖維層，并且可以形成風力 渦輪機殼體的局部加厚一一至少關于纖維層的數量而言。因此，主層壓體可以形成葉片中 的纖維嵌件。在這種設計中，主層壓體構成承載結構。葉片殼體一般設計成具有集成在壓力 側殼體部分中的第一主層壓體和集成在吸入側殼體部分中的第二主層壓體。第一主層壓體 和第二主層壓體一般通過一個或多個剪切腹板連接，所述剪切腹板可以例如是C形或I形。 對于非常長的葉片，葉片殼體可以沿著縱向延伸部的至少一部分進一步包括位于壓力側殼 體中的附加的第一主層壓體和位于吸入側殼體中的附加的第二主層壓體。這些附加的主層 壓體也可以通過一個或多個剪切腹板連接。這種設計具有如下優點：更容易通過葉片殼體 部分的模制來控制葉片的空氣動力學形狀。
[0005] 剪切腹板用來加強葉片結構，并且防止過度的彎曲或變形。一些葉片設計使用由 具有I形或C形橫截面的梁構件形成的剪切腹板，其中所述構件具有主體，該主體具有在主 體的相反端從主體延伸的承載凸緣。
[0006] -種制造這種I形或C形腹板的方法是通過設置夾心面板本體，其中纖維材料層以 期望的凸緣形狀在相反端被施用至該夾心面板本體，所述纖維材料被灌注樹脂并且隨后發 生固化以形成剛性凸緣。
[0007]公知的是在適當成形的模具結構中制造這種剪切腹板，其中可以使用相對簡單的 U形模具來制造 C形腹板，其中夾心面板本體在該模具結構的相反的壁之間延伸，其中所述 凸緣通過纖維材料在所述壁上的層積而形成。
[0008]類似地，可以使用具有中央支撐件的模具來制造 I形腹板，其中該中央支撐件由任 一側上的柔性支撐構件來限界，從而限定柔性支撐構件與相反的模具壁之間的可調節通 道。在這種情形下，夾心面板本體布置在中央支撐件上，而可調節通道布置成容納纖維層， 從而形成面板本體的第一側上的凸緣，其中面板本體的第二側上的凸緣通過纖維材料在相 反的模具壁上的層積而形成。
[0009]這種制造系統的示例能夠在公開號為WO 2013/037466 Al的國際專利申請中看 到。
[0010]然而，這種系統需要為這種剪切腹板的形成設置專門的模制臺，這些剪切腹板通 常是超過30至40米長的連續結構，占據葉片工廠中的大量空間。另外，施用、灌注和隨后固 化纖維層以形成剪切腹板的凸緣需要相對精確的對準和加工，因而導致了顯著的時間和操 作成本。
[0011] 另外，在I形腹板制造的情況下，對于葉片和所需的相關I形腹板的不同設計，所使 用的特定柔性輪廓是唯一的。因此，當需要制造用于在不同的風力渦輪機葉片中使用的I形 腹板時，這會導致額外的制造和安裝成本。
[0012] 除了以上所述之外，具有這種基于灌注了樹脂的纖維的凸緣的剪切腹板由于通過 所述凸緣傳遞的相對較大的力而對于防止結構缺陷和破裂是關注的區域。
[0013] 本發明的目的是提供一種用于剪切腹板的形式的風力渦輪機葉片部件的制造的 替代性系統和方法，其提供了制造容易性的提高與結構故障風險的減小的組合。

【發明內容】

[0014] 因此，提供了一種制造剪切腹板的形式的風力渦輪機葉片部件的方法，該方法包 括下述步驟： a) 提供具有第一側和第二側以及第一端和第二端的預制剪切腹板本體； b) 提供包括纖維加強材料如玻璃纖維的第一預成形腹板腳凸緣(web foot flange); c) 將第一纖維層從第一預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹板本體的第一側的一部分； d) 將第二纖維層從第一預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹板本體的第二側的一部分； e) 與步驟c)和步驟d)同時地，或者在步驟c)和步驟d)之后，向所述第一纖維層和所述 第二纖維層供給樹脂；以及 f) 使樹脂固化以形成剪切腹板。
[0015]因此，能夠看到，第一預成形腹板腳凸緣通過下述過程而附接至剪切腹板本體:從 腹板腳凸緣到剪切腹板的側部鋪設纖維層;通過注射供給樹脂或者供給作為預浸漬材料的 樹脂；以及然后使樹脂固化以提供腹板腳凸緣與剪切腹板之間的永久連接。這提供了分別 制造剪切腹板本體和第一腹板腳凸緣的機會，這繼而允許更一般且更模塊化的設計，其中 兩個部分能夠成形為期望的風力渦輪機殼體形狀而不必具有用于每個風力渦輪機葉片類 型的較大的定制腹板模具。因此，剪切腹板本體可以例如使用多個簡單的工作臺支架或簡 單的夾具而簡單地在車間中支撐。
[0016]總的來說，能夠看到，一個或多個腹板腳凸緣可以通過將其層壓在剪切腹板本體 的側部(例如通過包覆層壓)而結合至預制剪切腹板本體。這種層壓取代了結構粘結劑一一 其可以用于提供腹板腳凸緣與剪切腹板本體之間的承載接頭一一的使用。
[0017]所述方法還可以有利地涉及根據相同的順序將第二預成形腹板腳凸緣附接至腹 板本體的第二端的步驟，即：c2)將第一附加纖維層從第二預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹 板本體的第一側;d2)將第二附加纖維層從第一預成形腹板腳凸緣布置到剪切腹板本體的 第二側；e2)與步驟c2)和步驟d2)同時地，或者在步驟c2)和步驟d2)之后，向所述第一附加 纖維層和所述第二附加纖維層供給樹脂；以及f2)使樹脂固化。
[0018] 在下文中，可能關于第一腹板腳凸緣(有時也將僅稱為"腹板腳凸緣"）討論各種實 施方式。然而，顯然這些實施方式也可以適用于附接至剪切腹板本體的第二端的第二腹板 腳凸緣。
[0019] 根據一個有利的實施方式，增粘劑或SAERfix ?織物被供給至第一纖維層和第二 纖維層以維持步驟e)中向所述第一纖維層和所述第二纖維層供給樹脂之前的形狀。因此， 確保了第一纖維層和第二纖維層維持其形狀以分別沿著剪切腹板本體的第一側和第二側 延伸。如果第一纖維層和第二纖維層構成第一預成形腹板腳凸緣的一部分，那么增粘劑將 確保或者至少部分地確保預成形腹板腳凸緣本身維持其層壓在剪切腹板本體上之前的形 狀。
[0020] 根據另一個有利的實施方式，預制剪切腹板本體是夾心面板或夾心結構復合構 件，例如具有施用至相對較厚的輕量芯材料(如輕木或發泡聚合物）的加強材料(如纖維加 強復合材料)的表層。芯材料可以是低強度材料，但是其較大的厚度提供了具有較高的抗彎 強度和整體低密度的夾心復合結構。
[0021] 根據又一個有利的實施方式，所述方法包括下述步驟:提供與剪切腹板本體的至 少第一端相鄰的成形工具以形成模具腔，該模具腔覆蓋第一預成形腹板腳凸緣、第一纖維 層、第二纖維層以及剪切腹板本體的位于剪切腹板本體的第一端附近的部分。因此，成形工 具形成剪切腹板本體的第一端附近的相對較小的模具腔。因此，僅僅需要相對較小的成形 工具來代替用于制造一體成形的剪切腹板本體和腹板腳凸緣所需的體積較大的設備。
[0022] 模具腔優選地是沿著一部分剪切腹板本體或整個剪切腹板本體延伸的長形或長 橢圓形腔。模具腔可以是大致腹板腳凸緣形。
[0023] 有利地，成形工具包括第一真空袋并且可能還包括第二真空袋。如果僅使用第一 真空袋，則其可以覆蓋第一腹板腳凸緣并且對剪切腹板本體的第一側和第二側密封。還可 以使用兩個真空袋，即用于密封第一纖維層的第一真空袋和用于密封第二纖維層的第二真 空袋。真空袋可以進一步對預成形腹板腳凸緣密封或者對支撐預成形腹板腳凸緣的基部的 成形工具板構件密封。
[0024] 可替代地，模具腔可以利用包括例如由金屬或非柔性塑料制成的基本剛性的部分 的專用工具而形成。優選地，這種剛性部分根據腹板腳凸緣或腹板腳凸緣連接件的期望外 形而成形。
[0025] 優選地，所述方法包括在所述成形工具與所述腹板構件的所述第一端之間施用密 封劑的步驟。密封劑可以包括施用在成形工具的邊緣與腹板構件的表面之間的簡單的材料 條如硅凝膠，并且可能具有粘結屬性。
[0026] 在一個特別有利的方法中，步驟e)中的樹脂被注射到模具腔中。有利地，樹脂從模 具腔的第一縱向端注入。該方法可以包括以超壓或以環境壓力以上的壓力水平注射所述樹 月旨。優選地，所述注射步驟包括向模具腔施加真空。因此，樹脂優選地通過真空灌注而供給。 真空可以有利地從模具腔的相反的第二縱向端施加。
[0027] 在一個實施方式中，步驟a)中的預制剪切腹板本體布置在大致豎直的位置，并且 其中第一預成形腹板腳凸緣布置在第一端且位于剪切腹板本體的下方。因此，可以在腹板 腳凸緣和剪切腹板本體布置在大致豎直的構型的同時供給樹脂，并且其中第一纖維層和第 二纖維層分別沿著剪切腹板本體的第一側和第二側大致豎直地延伸。這可以補償層壓體中 的氣穴的逐漸形成以及由于重力而導致的纖維層的蠕變。
[0028] 第二預成形腹板腳凸緣可以布置在第二端并且位于剪切腹板本體的上方，且以類 似的方式被灌注。可替代地，剪切腹板本體可以轉過180度，并且第二預成形腹板腳凸緣可 以在后續的灌注步驟中附接至剪切腹板本體，在該步驟中第二預成形腹板腳凸緣布置在剪 切腹板本體的下方。
[0029] 在另一個特別有利的實施方式中，第一腹板腳凸緣包括具有第一側和第二側的基 部、從基部的第一側突出的第一突出部以及從基部的第二側突出的第二突出部，使得在第 一突出部與第二突出部之間形成凹部。因此，剪切腹板本體的第一端可以布置在形成于這 兩個突出部之間的凹部中。剪切腹板本體的第一端可以被倒角或斜切。該凹部可以具有互 補的形狀。可以在預成形腹板腳凸緣與剪切腹板本體之間的凹部中布置纖維層。互補的形 狀可以成形為使得腹板腳凸緣與剪切腹板本體之間的角度被預先限定。剪切腹板本體的端 部和/或腹板腳凸緣的腔可以例如通過銑削加工或類似的加工來成形。
[0030] 纖維層可以繞剪切腹板本體的第一端纏繞。因此，第一纖維層和第二纖維層可以 通過繞端部以及在兩個本體之間纏繞的單個纖維層而形成。
[0031] 第一突出部和第二突出部都包括第一側部分和第二側部分。第一側部分可以是內 凹的，并且第二側也可以是內凹的。因此，突出部提供了向剪切腹板本體的平滑過度。突出 部的側部也可以限定為內側部分(面向剪切腹板本體的側部)和外側部分(背向剪切腹板本 體的側部）。
[0032]在一個實施方式中，所形成的凹部具有帶第一半徑或曲率的局部圓形橫截面。在 第二實施方式中，剪切腹板本體的第一端被倒圓為具有第二曲率半徑。第二半徑可以基本 上等于或略小于第一半徑。因此，這兩個部分可以用球接頭狀連接來連接，并且剪切腹板本 體的第一端可以被任意地傾斜但仍與凹部配合。因此，剪切腹板本體與腹板腳凸緣之間的 角度可以更容易地變化以配合風力渦輪機葉片的空氣動力學殼體部分。
[0033] 在一個實施方式中，凹部具有90至180度或120至160度(例如大約140度）的弧度測 量。如果僅僅需要腹板腳凸緣與剪切腹板本體之間的小的可變角，則弧度測量可以相對較 尚。
[0034] 第一半徑可以有利地為IOmm至IOOmm或者IOmm至50mm，例如大約20mm。剪切腹板本 體可以有利地具有大約20mm至200mm或者20mm至IOOmm例如大約30mm或40mm的厚度。第一半 徑和剪切腹板本體厚度也可以在縱向方向上變化。剪切腹板本體可以例如在葉片根部附近 比在尖端附近厚，并且第一半徑可以相應地變化。
[0035]第一纖維層和第二纖維層可以有利地包括多軸纖維層，例如雙軸、三軸或四軸纖 維層。因此，纖維層可以包括多軸向布置的纖維，由此負載能夠在若干方向上傳遞并且因而 吸收縱向力和橫向力兩者。還可以使用具有任意定向的加強纖維的纖維層。
[0036] 樹脂可以有利地是聚酯、乙烯酯或環氧樹脂。聚酯可以有利地與預制剪切腹板本 體的樹脂基質化學地相容。
[0037] 第一纖維層和第二纖維層有利地由玻璃纖維制成。然而，加強纖維也可以是碳纖 維、植物纖維、尼龍、酰胺或其它合適的加強纖維。
[0038]第一纖維層和第二纖維層也可以是預浸漬材料，例如UV固化預浸漬材料。
[0039] 一旦預成形腹板腳凸緣已經附接至剪切腹板本體，預成形腹板腳凸緣便可以有利 地與剪切腹板本體形成I形腳。腹板腳凸緣可以有利地具有大致平的基部。
[0040] 第一纖維層和第二纖維層可以有利地分別沿著剪切腹板本體的第一側和第二側 的5cm至20cm延伸。
[0041] 在一個特別有利的實施方式中，第一預成形腹板腳凸緣是預固化復合本體。因此， 預固化復合本體可以是預制本體，例如在附接至剪切腹板本體的第一端之前在單獨的模具 中形成。預固化本體仍可以具有一定程度的柔性，使得腹板腳凸緣與剪切腹板之間的角度 可以在縱向方向上變化或扭轉以適應空氣動力學殼體的形狀。
[0042] 通過施用包覆預固化復合本體和剪切腹板本體的第一纖維層和第二纖維層、供給 樹脂以及最后使樹脂固化或硬化而將預固化復合本體附接至剪切腹板本體。因此，能夠看 到，與結構粘結劑或膠結接頭不同，這兩個部分通過包覆層壓而彼此附接。
[0043] 另外，預固化本體可以用作使模具腔成形的成形工具的一部分。
[0044] 在一個實施方式中，預固化復合結構是拉擠成型體或擠壓成型體。因此，腹板腳凸 緣可以根據已知的拉擠或擠壓工藝被預制為具有統一的橫截面形狀，并且被切割至期望的 長度。預制的腹板腳凸緣然后可以相對于剪切腹板本體被彎曲至期望的角度以適應空氣動 力學殼體的形狀。
[0045] 通過在突出部的內側部分之間使用纖維層并且使用布置成覆蓋基部的一部分、突 出部的外側部分以及剪切腹板本體的側部的纖維層，可以將預固化腹板腳凸緣附接至剪切 腹板本體。
[0046] 在第二個特別有利的實施方式中，第一預成形腹板腳凸緣是縫合或編織的纖維本 體。因此，縫合或編織的纖維本體可以被預成形為近似期望的形狀。第一纖維層和第二纖維 層可以與腹板腳凸緣一體地形成。纖維本體可以制造成連續的本體，然后被切割至期望的 長度。因此，該實施方式還提供了一種制造風力渦輪機葉片剪切腹板的靈活的方法。
[0047] 如果預成形腹板腳凸緣通過使用縫合的纖維本體而形成，則可能必須提供具有主 基板構件的成形工具，其中該主基板構件限定完成的腹板腳凸緣的主表面或基部，并且因 此限定了將在后來附接至空氣動力學葉片殼體的內側的側部。基板構件可能需要根據腹板 腳凸緣與剪切腹板本體之間的期望角度被傾斜。然而，成形工具仍然比制造一體成形的剪 切腹板所需的模具小得多，因而與制造剪切腹板的已有方法相比，該制造靈活得多。
[0048] 縫合的纖維本體可以有利地包括干加強纖維，即，還沒有被樹脂灌注的加強纖維。 因此，模具腔可以通過圍繞預成形本體的成形工具形成，并且對剪切腹板本體的側部密封， 在這之后樹脂被注射到腔中并且最終固化以形成剪切腹板。縫合的纖維本體可以替代性地 包括預浸漬材料;可選地，該材料是UV固化預浸漬材料。在該實施方式中，形成的模具腔為 大致凸緣形。
[0049] 在一個實施方式中，剪切腹板本體具有至少30m的長度。因此，能夠看到，本發明針 對的是例如用于具有至少40m的葉片長度的風力渦輪機葉片的非常大的剪切腹板的制造。 剪切腹板本體也可以分段，例如通過連接具有8m至12m的長度的預制面板來分段。腹板本體 可以通過接縫處的包覆層壓而彼此連接。這可以與腹板腳凸緣附接至面板同時地進行。
[0050] 腹板腳凸緣有利地具有與剪切腹板本體基本相同的長度。然而，腹板腳凸緣也可 以分段或模塊化。各個腹板腳凸緣可以例如具有Im至IOm的長度。
[0051] 由于風力渦輪機葉片的輪廓具有特定的曲率，所以剪切腹板的凸緣的基部或主表 面可能需要相對于腹板本體以特定的角度布置。該角度可以根據葉片的縱向輪廓而沿著部 件的長度變化。因此，成形工具可以由相對柔性的材料制成，以允許沿著腹板構件的長度的 工具傾角變化，和/或可以使用沿著腹板構件的長度相對于腹板構件以不同角度布置的多 個成形工具。
[0052] 優選地，所述傾斜步驟包括以相對于所述腹板構件的第一端在-20°至+20°之間的 角度布置腹板腳凸緣。因此，用于形成模具腔的主板構件可以類似地以相對于所述腹板構 件的第一端在-20°至+20°之間的角度傾斜。還可以在-30°至+30°之間改變所述角度。
[0053] 腹板腳凸緣可以有利地形成有用于附接至葉片殼體部分的成形表面，例如波紋狀 的表面輪廓、陰影狀的表面輪廓或有刻紋的表面輪廓。該成形表面可以是預固化的腹板腳 凸緣的一部分，或者成形工具的主板構件可以構造成提供成形表面。部件的端部處的成形 表面或經過處理的表面的設置可以提供如下表面:該表面提供了部件之間的改善的粘結結 合。
[0054]本發明還提供了一種根據上述方法制造的剪切腹板。因此，本發明提供了剪切腹 板形式的風力渦輪機部件，其包括： -具有第一端和第二端以及第一側和第二側的預制剪切腹板本體;以及至少 -第一預成形腹板腳凸緣，其中 -第一預成形腹板腳凸緣通過下述方式附接至剪切腹板本體： -從第一預成形腹板腳凸緣延伸到剪切腹板本體的第一側的一部分的第一纖維層，以 及 -從第一預成形腹板腳凸緣延伸到剪切腹板本體的第二側的一部分的第二纖維層，其 中 -第一纖維層和第二纖維層嵌入在固化的樹脂基質中。
[0055] 總的來說，能夠看到，一個或多個腹板腳凸緣可以通過將其層壓在剪切腹板本體 上(例如通過包覆層壓)而結合至預制剪切腹板本體。這種層壓取代了結構粘結劑一一其可 以用于提供腹板腳凸緣與剪切腹板本體之間的承載接頭一一的使用。
[0056] 優選地，第一預成形腹板腳凸緣通過包括第一纖維層和第二纖維層的一個或多個 包覆層壓而附接至預制剪切腹板，由此可以避免結構粘結劑的使用。
[0057] 本發明還提供了包括上述實施方式中的任一個的剪切腹板的風力渦輪機葉片，其 中該剪切腹板連接在風力渦輪機葉片的壓力側與吸入側之間。
[0058]風力渦輪機葉片可以包括第一翼梁蓋和第二翼梁蓋，第一翼梁蓋附接至壓力側殼 體部分或者與壓力側殼體部分一體地形成，第二翼梁蓋附接至吸入側殼體部分或者與吸入 側殼體部分一體地形成。剪切腹板可以例如通過附接至第一翼梁蓋的第一腹板腳凸緣和附 接至第二翼梁蓋的第二腹板腳凸緣連接在兩個翼梁蓋之間。
[0059]本發明還提供了包括至少一個、有利地為兩個或三個這種風力渦輪機葉片的風力 渦輪機。
【附圖說明】
[0060] 下面將參照附圖所示的實施方式來詳細地論述本發明，在附圖中： 圖1示出了風力渦輪機； 圖2示出了風力渦輪機葉片的示意圖； 圖3示出了風力渦輪機葉片的橫截面的示意圖； 圖4示出了根據本發明的預固化腹板腳凸緣的第一實施方式； 圖5示出了根據本發明的預固化腹板腳凸緣的第二實施方式； 圖6示出了根據本發明的用于制造剪切腹板的制造方法的第一實施方式;以及 圖7示出了根據本發明的用于制造剪切腹板的制造方法的第二實施方式。
【具體實施方式】
[0061] 圖1示出了根據所謂的"丹麥概念"的常規的現代迎風式風力渦輪機，其具有塔部 4、機身6和具有大致水平的轉子軸的轉子。轉子包括轂部8和從轂部8徑向延伸的三個葉片 10,每個葉片10具有最靠近轂部的葉片根部16和最遠離轂部8的葉片尖端14。轉子具有用R 表示的半徑。
[0062]圖2示出了風力渦輪機葉片10的示意圖。風力渦輪機葉片10具有傳統的風力渦輪 機葉片的形狀，并且包括:最靠近轂部的根部區域30;最遠離轂部的型面或翼面區域34;以 及位于根部區域30與翼面區域34之間的過渡區域32。葉片10包括前緣18和后緣20,當葉片 安裝在轂部上時，前緣18面向葉片10的旋轉方向，并且后緣20面向前緣18的相反方向。 [0063]翼面區域34(也稱為型面區域）具有關于升力的產生方面的理想或近乎理想的葉 片形狀，而根部區域30由于結構方面的考慮則具有大致圓形或橢圓形橫截面，例如使得能 夠將葉片10更容易且安全地安裝至轂部。根部區域30的直徑(或弦)可以是沿著整個根部區 域30恒定的。過渡區域32具有從根部區域30的圓形或橢圓形形狀向翼面區域34的翼面輪廓 逐漸變化的過渡輪廓。過渡區域32的弦長一般隨著距轂部的距離r增加而大致線性地增加。 翼面區域34具有翼面輪廓，該翼面輪廓具有在葉片10的前緣18與后緣20之間延伸的弦。弦 的寬度隨著距轂部的距離r增加而減小。
[0064]葉片10的肩部40限定為如下位置：葉片10在該位置處具有其最大弦長。肩部40- 般設置在過渡區域32與翼面區域34之間的邊界處。
[0065]應當注意，葉片的不同區段的弦通常不位于共同的平面內，因為葉片可能扭轉和/ 或彎曲（即，預彎），從而提供具有相應地扭轉和/或彎曲的線路的弦平面，這最常見的是為 了補償葉片的局部速度取決于距轂部的半徑的情況。
[0066]葉片一般由壓力側殼體部分36和吸入側殼體部分38構成，壓力側殼體部分36和吸 入側殼體部分38沿著葉片20的前緣18和后緣20處的結合線彼此膠結。
[0067]圖3示出了沿著圖2所示的I-I線的葉片的截面的示意圖。如前面提到的，葉片10包 括壓力側殼體部分36和吸入側殼體部分38。壓力側殼體部分36包括翼梁蓋41，也稱為主層 壓體，翼梁蓋41或主層壓體構成壓力側殼體部分36的承載部分。翼梁蓋41包括多個纖維層 42,所述多個纖維層42主要包括沿著葉片的縱向方向排列的單向纖維以向葉片提供剛度。 吸入側殼體部分38也包括翼梁蓋45,翼梁蓋45包括多個纖維層46。壓力側殼體部分38還可 以包括夾心芯材料43,夾心芯材料43-般由輕木或發泡聚合物制成并且夾在多個纖維加強 表皮層之間。夾心芯材料43用來向殼體提供剛度，以確保在葉片旋轉期間殼體基本上維持 其空氣動力學特性。類似地，吸入側殼體部分38也可以包括夾心芯材料47。
[0068] 壓力側殼體部分36的翼梁蓋41和吸入側殼體部分38的翼梁蓋45通過第一剪切腹 板50和第二剪切腹板55連接。剪切腹板50、55在所示的實施方式中成形為I形腹板。然而，其 他的構型例如C形腹板也可以使用。第一剪切腹板50包括剪切腹板本體和兩個腹板腳凸緣。 剪切腹板本體包括被多個表皮層52覆蓋的夾心芯材料51，例如輕木或發泡聚合物。第二剪 切腹板55具有類似的設計，即具有剪切腹板本體和兩個腹板腳凸緣，剪切腹板本體包括被 多個表皮層57覆蓋的夾心芯材料56。兩個剪切腹板50、55的夾心芯材料51、56在凸緣附近被 倒角，以將載荷從腹板50、55傳遞至主層壓體41、45而不存在發生故障以及剪切腹板本體與 腹板腳凸緣之間的接頭發生破裂的風險。然而，這種設計通常將導致腿部與凸緣之間的接 頭區域中富含樹脂的區域。另外，這種富含樹脂的區域可能包含由于樹脂的固化過程中放 熱高峰而灼燒的樹脂，這繼而可能導致機械脆弱點。
[0069]為了對此進行補償，通常在這些接頭區域布置包括玻璃纖維的多個填充線繩60。 另外，這種線繩60也將有助于從腿部的表皮層到凸緣的載荷傳遞。然而，根據本發明，腹板 腳凸緣和剪切腹板本體是單獨地制造的，并且腹板腳凸緣然后被層壓到剪切腹板本體的端 部上。
[0070] 葉片殼體36、38可以包括位于前緣和后緣的另外的纖維加強物。一般地，殼體部分 36、38通過膠結凸緣彼此結合，其中在膠結凸緣中可以使用另外的填充線繩（未示出）。另 外，非常長的葉片可以包括具有另外的翼梁蓋的部段，這些部段通過一個或多個另外的剪 切腹板連接。
[0071] 圖4示出了根據本發明的預固化腹板腳凸緣70的第一實施方式。腹板腳凸緣70包 括具有第一側和相反的第二側的基部，第一側用于安裝至風力渦輪機葉片殼體的內側，第 一突出部73和第二突出部76延伸至第二側。兩個突出部73、76形成能夠接收剪切腹板本體 的端部的凹部。
[0072] 預固化腹板腳凸緣可以通過多個外部纖維層71和多個內部纖維層72形成。由纖維 加強材料制成的填充材料60 '布置成提供突出部73、76。填充材料60 '可以例如是包括加強 纖維如玻璃纖維的線繩。在所示的實施方式中，填充材料60'示出為如看到的那樣。然而，填 充材料60'也可以根據期望的腹板腳凸緣形狀來成形，從而特別使兩個突出部73、76成形。 第一突出部包括面向凹部的內側74和背向凹部的外側75。類似地，第二突出部76也包括面 向凹部的內側77和背向凹部的外側78。突出部的內側74、77可以被倒圓并且具有第一曲率 半徑7?1。整個凹部可以有利地例如沿著大約140度的弧度測量遵循圓形。外側75、78也可以 倒圓為具有外部曲率半徑辦，這將提供平滑的過渡并且因而還提供凸緣與剪切腹板本體之 間的逐漸載荷轉變。
[0073] 預固化腹板腳凸緣70可以在單獨的模具中模制。可替代地，預固化腹板腳凸緣可 以通過已知的拉擠或擠壓技術來形成。
[0074] 圖5示出了根據本發明的預固化腹板腳凸緣170的第二實施方式。在該實施方式 中，突出部由預成形的填充材料160形成。預成形的填充材料160可以例如是拉擠或擠壓成 型體。在該實施方式中，填充材料160成形為三角形。然而，預成形的填充材料160的側部也 可以微微地倒圓以向腹板腳凸緣的凹部提供圓化的形狀。類似于第一實施方式，填充材料 170被多個外部纖維層171和多個內部纖維層172覆蓋。與第一實施方式相同，預固化腹板腳 凸緣170可以用拉擠或擠壓成型的填充材料170在單獨的模具中模制。可替代地，整個本體 可以通過拉擠或擠壓成型來形成。
[0075]圖6示出了根據本發明的用于制造剪切腹板的制造方法的第一實施方式。在所示 的實施方式中，第一預固化腹板腳凸緣270被層壓到剪切腹板本體250的第一端253上。預固 化腹板腳凸緣270可以例如像圖4和圖5所示的兩個實施方式那樣地形成。
[0076]剪切腹板本體250被預制并且包括被多個纖維表皮層252覆蓋的夾心芯材料251如 輕木或發泡聚合物。剪切腹板本體250是細長體，其在安裝于風力渦輪機葉片殼體中時沿風 力渦輪機葉片的縱向方向延伸，并且可以具有30m或更長的長度。剪切腹板本體包括第一側 254和第二側258以及第一端253和(未示出的)第二端。
[0077]剪切腹板本體的第一端253可以被倒圓或倒角，例如具有第二半徑辦。第二半徑Tfe 可以基本上匹配凹部的第一曲率半徑見或者小于第一曲率半徑Λ，使得腹板腳凸緣270的凹 部可以接收剪切腹板本體250的第一端253并且使得腹板腳凸緣270可以相對于剪切腹板本 體傾斜。還可以使用例如具有半圓形輪廓的附加件，以形成倒圓部或倒角部。該附加件可以 例如由發泡聚合物或輕木制成。
[0078] 在一個示例中，剪切腹板本體具有32mm的厚度，由此第二半徑Tfe可以為16mm。另 外，第一曲率半徑是17mm。
[0079] 在腹板腳凸緣270的凹部與剪切腹板本體250的第一端253之間布置有纖維層280。 纖維層280繞剪切腹板本體250的第一端253纏繞并且沿著剪切腹板本體的第一側254的一 部分且沿著剪切腹板本體的第二側258的一部分延伸。另外，多個第一纖維層281沿著腹板 腳凸緣270的表面、沿著第一突出部273的外側、并且進一步沿著剪切腹板本體250的第一側 254布置。類似地，多個第二纖維層282沿著腹板腳凸緣270的表面、沿著第二突出部276的外 側、并且進一步沿著剪切腹板本體250的第二側258布置。
[0080] 第一纖維層281被第一真空袋290覆蓋，并且通過第一密封劑291密封至腹板腳凸 緣270且通過第二密封劑292密封至剪切腹板本體250的第一側254。類似地，第二纖維層280 被第二真空袋295覆蓋，并且通過第一密封劑296密封至腹板腳凸緣270且通過第二密封劑 297密封至剪切腹板本體250的第二側258。密封劑291、292、296、297可以例如是粘膠帶或硅 酮。因此，在第一真空袋290、第二真空袋295、腹板腳凸緣270以及剪切腹板本體250之間形 成了縱向延伸的模具腔。該模具腔的一端連接至真空栗，而另一端連接至樹脂源。一旦真空 栗已經排空了模具腔，則打開通向樹脂源的閥，并且將樹脂注射到模具腔中。最后，樹脂固 化，從而在腹板腳凸緣270與剪切腹板本體250的第一端253之間形成層壓結合。
[0081] 在一個替代實施方式中，僅僅使用繞腹板腳凸緣270的底部纏繞的單個真空袋，因 此可以省略第一密封劑291和296。
[0082]纖維層280、281、282也可以包括預浸漬材料。然而，有利地，附加的樹脂可以如前 所述地灌注到模具腔中。
[0083]預固化腹板腳凸緣270是相對柔性的。因此，其能夠在縱向方向上變化或扭轉，使 得相對于剪切腹板本體的角度可以變化，以補償風力渦輪機葉片殼體的形狀。可替代地，腹 板腳凸緣可以分段并且設置為沿著剪切腹板本體250的單獨的部分延伸的各個部分。附接 方法可以通過相對簡單的夾具裝置來執行，該夾具裝置保持住預制剪切腹板本體250和第 一腹板腳凸緣270。在所示的實施方式中，剪切腹板本體250和腹板腳凸緣在剪切腹板本體 布置在大致豎直的方位的布置狀態下彼此附接。因此，樹脂可以從下部注入并且向上流動， 這可以補償氣穴的形成和由于重力而導致的纖維層的蠕變。纖維層280、281、282可以有利 地設置有增粘劑或SAERf ix ?織物以使纖維層在層積過程中保持其形狀。還能夠想到的是， 預固化腹板腳凸緣可以首先層壓到葉片殼體上，然后層壓到剪切腹板本體上。
[0084]纖維層280、281、282沿著剪切腹板本體的第一側254和第二側258沿著長度c/M伸。 該長度可以例如是IOcm-15cm〇
[0085] 第二腹板腳凸緣可以通過類似的附接方法附接至剪切腹板本體的第二端。剪切腹 板本體可以有利地轉過180度，并且第二腹板腳凸緣可以在第二腹板腳凸緣布置在剪切腹 板本體250的下方的布置狀態下附接至剪切腹板本體的第二端。可替代地，第二腹板腳凸緣 可以布置在剪切腹板本體的上方而不需要轉動剪切腹板本體250。
[0086] 盡管已經在剪切腹板本體布置在豎直方位的布置狀態下描述了附接方法，但將認 識到的是，腹板腳凸緣也可以在剪切腹板本體布置在水平方位的布置狀態下例如通過將剪 切腹板本體布置在簡易的工作臺上而附接至剪切腹板本體。
[0087] 圖7示出了根據本發明的用于制造剪切腹板的制造方法的第二實施方式，其中相 似的附圖標記指代與圖6所示的第一實施方式相似的部分。因此，僅僅描述這兩個實施方式 之間的不同之處。
[0088] 第二實施方式不同于第一實施方式之處在于，腹板腳凸緣370不是預固化的。相 反，腹板腳凸緣被預成形為縫合或編織的纖維體，有利地包括干加強纖維。在該實施方式 中，層壓在剪切腹板本體350的第一側354和第二側358上的纖維層被一體地形成為腹板腳 凸緣370的兩個突出部373、376的一部分。
[0089] 由于預成形的腹板腳凸緣370僅僅維持用于最終的凸緣的大致形狀，所以必須使 用成形工具以限定腹板腳凸緣370的基部相對于剪切腹板本體350的角度。因此，使用主基 板398來限定腹板腳凸緣370的基部相對于剪切腹板本體398的角度。第一真空袋390通過第 一密封劑密封于基板398,并且通過第二密封劑392密封于剪切腹板本體350的第一側354。 類似地，第二真空袋395通過第一密封劑396密封于基板398,并且密封于剪切腹板本體350 的第二側358。預成形的腹板腳凸緣370的纖維材料可以設置有增粘劑或SAERfix ?織物以 使纖維層在層積過程中保持其形狀。可替代地，包括例如有增粘劑或SAERfix ?織物的附加 的纖維層可以布置成覆蓋突出部373、376以保持其形狀。
[0090] 形成在真空袋390和395、剪切腹板本體350以及基板398之間的模具腔可以類似于 第一實施方式那樣連接至真空栗和樹脂源，以將樹脂注射到模具腔中并且灌注預成形的腹 板腳凸緣370的纖維材料。最后，樹脂固化，從而在腹板腳凸緣370與剪切腹板本體350的第 一端353之間形成層壓結合。
[0091] 在根據第一實施方式和第二實施方式的腹板腳凸緣中使用的加強纖維有利地是 玻璃纖維。這適用于用來將腹板腳凸緣層壓到剪切腹板本體上所用的附加的纖維層。然而， 也可以使用其他適用的加強纖維類型。
[0092] 在所示的實施方式中，剪切腹板本體的端部描述為被倒圓。然而，也可以使用其他 形狀如倒角或斜切的端部。然而，有利的是在剪切腹板本體的端部與腹板腳凸緣的凹部之 間形成較大的層壓結合表面以提供更強的機械附接。
[0093]附圖標記列表

【主權項】
1. 一種制造剪切腹板的形式的風力渦輪機葉片部件的方法，所述方法包括下述步驟： a) 提供具有第一側和第二側以及第一端和第二端的預制剪切腹板本體； b) 提供包括纖維加強材料的第一預成形腹板腳凸緣； c) 將第一纖維層從所述第一預成形腹板腳凸緣布置到所述剪切腹板本體的第一側的 一部分； d) 將第二纖維層從所述第一預成形腹板腳凸緣布置到所述剪切腹板本體的第二側的 一部分； e) 與步驟c)和步驟d)同時地，或者在步驟c)和步驟d)之后，向所述第一纖維層和所述 第二纖維層供給樹脂；以及 f) 使樹脂固化以形成所述剪切腹板。2. 根據權利要求1所述的方法，其中，增粘劑被供給至所述第一纖維層和所述第二纖維 層以維持步驟e)中向所述第一纖維層和所述第二纖維層供給樹脂之前的形狀。3. 根據權利要求1或2所述的方法，其中，所述預制剪切腹板本體是夾心面板或夾心結 構復合構件。4. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述方法包括下述步驟:提供與所述 剪切腹板本體的至少第一端相鄰的成形工具以形成模具腔，所述模具腔覆蓋所述第一預成 形腹板腳凸緣、所述第一纖維層、所述第二纖維層以及所述剪切腹板本體的位于所述剪切 腹板本體的第一端附近的部分，所述成形工具可選地包括第一真空袋并且可能還包括第二 真空袋。5. 根據權利要求4所述的方法，其中，步驟e)中的樹脂被注射到所述模具腔中。6. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，步驟a)中的所述預制剪切腹板本體 布置在大致豎直的位置，并且其中所述第一預成形腹板腳凸緣布置在第一端且位于所述剪 切腹板本體的下方。7. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述第一腹板腳凸緣包括具有第一 側和第二側的基部、從所述基部的第一側突出的第一突出部以及從所述基部的第二側突出 的第二突出部，使得在所述第一突出部與所述第二突出部之間形成凹部。8. 根據權利要求7所述的方法，其中，所形成的所述凹部具有帶第一半徑的圓形橫截 面，并且其中所述剪切腹板本體的第一端被倒圓為具有第二半徑，所述第二半徑基本上等 于或略小于第一半徑;例如，其中所述凹部具有90至180度或120至160度例如大約140度的 弧度測量。9. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述第一纖維層和所述第二纖維層 包括多軸纖維層，例如雙軸、三軸或四軸纖維層。10. 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其中，所述第一預成形腹板腳凸緣是預固 化復合本體，例如拉擠成型體或擠壓成型體。11. 根據權利要求1至9中任一項所述的方法，其中，所述第一預成形腹板腳凸緣是縫合 或編織的纖維本體。12. 根據權利要求11所述的方法，其中，所述縫合的纖維本體包括干加強纖維。13. -種剪切腹板形式的風力渦輪機部件，包括： -具有第一端和第二端以及第一側和第二側的預制剪切腹板本體；以及至少 -第一預成形腹板腳凸緣，其中 -所述第一預成形腹板腳凸緣通過下述方式附接至所述剪切腹板本體： -從所述第一預成形腹板腳凸緣延伸到所述剪切腹板本體的第一側的一部分的第一 纖維層，以及 -從所述第一預成形腹板腳凸緣延伸到所述剪切腹板本體的第二側的一部分的第二 纖維層，其中 -所述第一纖維層和所述第二纖維層嵌入在固化的樹脂基質中。14. 根據權利要求13所述的風力渦輪機部件，其中，所述第一預成形腹板腳凸緣通過包 括所述第一纖維層和所述第二層的一個或多個包覆層壓而附接至所述預制剪切腹板而基 本上無需使用結構粘結劑。15. -種風力渦輪機葉片，包括根據權利要求13或14所述的剪切腹板，其中所述剪切腹 板連接在所述風力渦輪機葉片的壓力側與吸入側之間。
【文檔編號】B29L31/08GK105934328SQ201480074790
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年12月1日
【發明人】T.M.漢森, K.A.拉斯穆斯森, C.倫德斯加亞爾德拉森, S.H.佩德森
【申請人】Lm Wp 專利控股有限公司