包括带有凹部和预制梁帽的空气动力学叶片壳体的风力涡轮机叶片制造技术

一种风力涡轮机叶片（10），其包括承载结构和空气动力学壳体（36，38，136），承载结构包括梁帽（160）。承载结构连接到空气动力学壳体。空气动力学壳体包括位于叶片壳体内表面处并介于两个增厚部（172，174）之间的凹部（176）。凹部朝向上述凹部的第一侧部成锥形，并朝向上述凹部的第二侧部成锥形，梁帽设置在空气动力学壳体的凹部内。梁帽朝向上述梁帽的第一侧部处成锥形，且还朝向上述梁帽的第二侧部成锥形，使得梁帽的第一侧部大体抵接或邻近凹部的第一侧部，且梁帽的第二侧部大体抵接或邻近凹部的第二侧部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括带有凹部和预制梁帽的空气动力学叶片壳体的风力涡轮机叶片
本专利技术涉及制造风力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片的中间产品的方法。本专利技术还涉及风力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片的中间产品。
技术介绍
风力涡轮机叶片常根据两种结构设计中的一种来制造，即将薄型空气动力学壳体胶粘到主梁上的设计，或者将梁帽（sparcap）也称作主层压件（mainlaminates）与空气动力学壳体一体成型的设计。在上述第一种设计中，主梁构成叶片的承载结构。主梁与空气动力学壳体或壳体部件分开制造。空气动力学壳体常制造为两个壳体部件，典型地为压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。两个壳体部件胶粘或以另外方式连接到主梁，并且还沿着壳体部件的前缘和后缘彼此胶粘到一起。这种设计的优点是关键的承载结构可单独制造，并因此较容易控制。进一步地，这种设计容许多种不同制造方法来生产梁，例如模制和纤维缠绕成型。在上述第二种设计中，梁帽或主层压件与壳体一体成型，并与空气动力学壳体一起模制。主层压件典型地包括与叶片其余部分相比而言较高数量的纤维层，并且可形成风力涡轮机壳体的局部增厚部分，至少就上述数量的纤维层而言。因此，主层压件可形成叶片内的纤维插入部分。在这种设计中，主层压件构成承载结构。叶片壳体典型地设计为具有与压力侧壳体部件一体成型的第一主层压件和与吸力侧壳体部件一体成型的第二主层压件。第一主层压件和第二主层压件典型地借助于一个或多个抗剪腹板连接，上述抗剪腹板例如可为C形或I形的。对于很长叶片而言，叶片壳体还沿着纵向长度范围的至少一部分包括位于压力侧壳体内的附加的第一主层压件和位于吸力侧壳体内的附加的第二主层压件。这些附加的主层压件也可借助于一个或多个抗剪腹板连接。这种设计的优点是借助于模制叶片壳体部件而较容易控制叶片的空气动力学形状。真空灌注或VARTM（真空辅助树脂传递模塑成型）是一个方法，其典型地用来制造复合结构，例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片。在填充模具的工艺过程中，真空——在此方面，所述真空理当理解为欠压或负压——借助于模腔内的真空出口而产生，由此液体聚合物经由入口通道被汲入模腔内，以填充所述模腔。当流动前沿朝真空通道移动时，由于负压，上述聚合物从入口通道向模腔内的所有方向分散。因此，重要的是最佳地定位入口通道和真空通道，以实现对模腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模腔内完全分布，常常是困难的，因此这经常导致所谓的干斑，即具有未充分浸渍树脂的纤维材料的区域。因此，干斑是纤维材料未被浸渍的区域，并且是可存在气穴的区域，这些区域难于或不可能通过控制真空压力和入口侧处的可能超压而去除。在采用刚性模具部件和呈真空袋形式的弹性模具部件的真空灌注技术中，可在填充模具工艺之后，通过在相应位置刺穿袋和通过例如借助于注射针来抽出空气，对干斑进行修补。液体聚合物可任选地注射进相应位置，这可例如也借助于注射针来完成。这是个耗时麻烦的过程。在大模具部件的情况下，工作人员必需站在真空袋上。这是不希望的，尤其在聚合物尚未硬化时是不希望的，这是因为它可导致已插入的纤维材料变形以及因此导致结构局部弱化，从而可例如引发屈曲效应。在大多数情况下，所施加的聚合物或树脂是聚酯、乙烯基酯、或环氧树脂，但也可为PUR（聚氨酯）或pDCPD（聚双环戊二烯），纤维增强物最经常的是基于玻璃纤维或碳纤维的。环氧树脂在多个性能方面具有优点，例如固化期间的收缩性（转而潜在地导致层压件中的较少褶皱）、电性能、以及机械强度和疲劳强度。聚酯和乙烯基酯具备的优点是它们提供较好的对凝胶漆（gelcoat）的粘结性能。因此，在制造壳体过程中，通过在将纤维增强材料设置在模具内之前将凝胶漆施加到模具，可将凝胶漆施加到壳体的外表面。因此，可避免多种模制后的操作，例如喷涂叶片。进一步地，聚酯和乙烯基酯比环氧树脂便宜。因此，制造工艺可简化，成本可降低。复合结构常包括覆盖有纤维增强材料的芯部材料，纤维增强材料例如为一个或多个纤维增强聚合物层。芯部材料可用作这些层之间的间隔物以形成夹层结构，并典型地由刚性轻质材料制成，以减小复合结构的重量。为了确保在浸渍工艺中高效分布液体树脂，芯部材料可设置有树脂分布网，例如通过在芯部材料表面内提供通道或沟槽来设置。例如用于风力涡轮机的叶片随着时间推移已变得越来越大，并且现今可为超过60米长的，因为更多纤维材料必需浸渍聚合物，因此与制造这些叶片相关的浸渍时间增加了。此外，灌注工艺已变得更加复杂，这是因为对诸如叶片的大壳体构件的灌注，需要对流动前沿进行控制以避免干斑，所述控制可例如包括与时间相关的对入口通道和真空通道的控制。这增加了用于汲入或注射聚合物所需的时间。结果，聚合物必需保持液体状态较长时间，通常也造成固化时间增加。树脂传递模塑成型（RTM）是与VARTM相似的制造方法。在RTM中，液体树脂不由于模腔内产生的真空而被汲入模腔内。替代地，液体树脂借助于入口侧处的超压而被迫进入模腔。预浸料模塑成型是用预催化树脂来预浸渍增强纤维的方法。该树脂典型地在室温下为固态或近固态。将预浸料用手或机器设置到模具表面上，真空袋装，然后加热到容许树脂回流并最终固化的温度。这种方法具有的主要优点是纤维材料内的树脂内含物被预先精确设定。用预浸料工作是容易和清洁的，并且预浸料使自动化和节省劳动力变得可行。伴随着预浸料的缺点是材料成本比用于非浸渍纤维的高。进一步地，芯部材料需要由能够承受为了使树脂回流所需的工艺温度的材料制成。预浸料模塑成型可与RTM和VARTM工艺关联使用。进一步地，可以通过使用外部模具部件和模具芯部制造一件式的中空模制件。这种方法可例如在EP1310351中描述过，可易于与RTM、VARTM和预浸料模塑成型相结合。
技术实现思路
本专利技术的目的是部分地获得一种新叶片设计、该设计的中间产品以及一种用于制造这种风力涡轮机叶片和中间产品的新方法，其克服或缓解了现有技术缺点中的至少一个或者提供一种有用替代。根据第一方面，本专利技术提供一种风力涡轮机叶片，其包括：承载结构，所述承载结构至少包括第一梁帽；以及空气动力学壳体，所述空气动力学壳体具有内表面和外表面，所述外表面形成所述风力涡轮机叶片的外表面的至少部分，其中所述承载结构连接到所述空气动力学壳体，其中所述空气动力学壳体包括位于叶片壳体的内表面处的第一凹部，且所述第一梁帽设置在所述空气动力学壳体的第一凹部内并且连接所述空气动力学壳体的第一凹部。所述空气动力学壳体包括位于所述第一凹部的第一侧部处的第一增厚部和位于所述第一凹部的第二侧部处的第二增厚部。所述第一凹部朝向所述凹部的第一侧部成锥形，并朝向所述凹部的第二侧部成锥形。所述第一梁帽朝向所述梁帽的第一侧部成锥形，并朝向所述梁帽的第二侧部成锥形。所述梁帽的第一侧部大体抵接或邻接所述凹部的第一侧部，且所述梁帽的第二侧部大体抵接或邻接所述凹部的第二侧部。因此，由此看到，第一增厚部可朝向凹部（其第一侧部）成锥形，第二增厚部可朝向凹部（其第二侧部）成锥形，梁帽的侧部对应地成锥形，使得梁帽设置在凹部内时抵接凹部的侧部。由此，位于梁帽和凹部处的壳体结构之间的逐渐过渡部可获得低硬度过渡部分，由此降低最终风力涡轮机叶片内的应力集中。凹部的侧部的锥形角可例如介于10和80度之间。相似地，梁帽的侧部的锥形角可介于1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风力涡轮机叶片，包括：承载结构，所述承载结构至少包括第一梁帽，以及空气动力学壳体，所述空气动力学壳体具有内表面和外表面，所述外表面形成所述风力涡轮机叶片的外表面的至少部分，其中所述承载结构连接到所述空气动力学壳体，其中所述空气动力学壳体包括位于叶片壳体的内表面处的第一凹部，    其中，所述空气动力学壳体包括位于所述第一凹部的第一侧部处的第一增厚部和位于所述第一凹部的第二侧部处的第二增厚部，以及    其中，所述第一凹部朝向所述凹部的第一侧部成锥形，并朝向所述凹部的第二侧部成锥形，以及所述第一梁帽设置在所述空气动力学壳体的第一凹部内，    其中，所述第一梁帽朝向所述梁帽的第一侧部成锥形，并且还朝向所述梁帽的第二侧部成锥形，以及    其中，所述梁帽的第一侧部大体抵接或邻接所述凹部的第一侧部，且所述梁帽的第二侧部大体抵接或邻接所述凹部的第二侧部。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.18 EP 12197879.51.一种风力涡轮机叶片，包括：承载结构，所述承载结构至少包括第一梁帽，以及空气动力学壳体，所述空气动力学壳体具有内表面和外表面，所述外表面形成所述风力涡轮机叶片的外表面的至少部分，其中所述承载结构连接到所述空气动力学壳体，其中所述空气动力学壳体包括位于叶片壳体的内表面处的第一凹部，其中，所述空气动力学壳体包括位于所述第一凹部的第一侧部处的第一增厚部和位于所述第一凹部的第二侧部处的第二增厚部，以及其中，所述第一凹部朝向所述凹部的第一侧部成锥形，并朝向所述凹部的第二侧部成锥形，以及所述第一梁帽设置在所述空气动力学壳体的第一凹部内，其中，所述第一梁帽朝向所述梁帽的第一侧部成锥形，并且还朝向所述梁帽的第二侧部成锥形，以及其中，所述梁帽的第一侧部大体抵接或邻接所述凹部的第一侧部，且所述梁帽的第二侧部大体抵接或邻接所述凹部的第二侧部，其中，所述空气动力学壳体和所述第一梁帽单独制造和预固化，以及其中，在所述凹部的内表面和所述梁帽的第一表面之间形成有腔室，其中所述梁帽借助于填充所述腔室的粘着剂连接到所述壳体的凹部。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述承载结构还包括第二梁帽，以及所述空气动力学壳体还包括位于所述叶片壳体的内表面处的第二凹部，例如形成于所述空气动力学壳体的压力侧壳体部件内，且其中所述第二梁帽设置在所述空气动力学壳体的第二凹部内，例如形成于所述空气动力学壳体的吸力侧壳体部件内。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中所述第一凹部形成于所述空气动力学壳体的压力侧壳体部件内，且所述第二凹部形成于所述空气动力学壳体的吸力侧壳体部件内。4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一增厚部和/或所述第二增厚部形成为夹层结构，所述夹层结构包括一定数目的外表皮层、一定数目的内表皮层以及中间夹层芯部材料。5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片，其中，所述中间夹层芯部材料是软木。6.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一梁帽包括沿着所述第一梁帽的第一侧部设置的第一唇部、以及沿着所述第一梁帽的第二侧部设置的第二唇部，例如，其中第一纤维唇部附接到所述空气动力学壳体的第一增厚部的内表面，且第二纤维唇部附接到所述空气动力学壳体的第二增厚部的内表面。7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述梁帽包括主层压件，所述主层压件包括位于第一表面和第二表面之间并且嵌入聚合物基体内的一定数目的纤维增强层，且其中，所述梁帽还包括第一夹层芯部材料，所述第一夹层芯部材料位于所述梁帽的第一侧部处并邻近所述主层压件，所述第一夹层芯部材料沿朝向所述主层压件的方向成锥形，以提供所述第一夹层芯部材料和所述主层压件之间的逐渐过渡部。8.根据权利要求1-3中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一梁帽预制造为包括第一纤维增强材料和第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：M达尔，L尼伊森，
申请(专利权)人：LMWP专利控股有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK