专利名称：风轮机叶片的制造方法和风轮机叶片的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风轮机叶片的制造方法。在另一方面，本发明涉及通过采用某种生产方法生产出的风轮机叶片。
背景技术：
由于风轮机发展的趋势是向着大尺寸的风轮机发展，因此风轮机叶片的尺寸也已经大幅增加，特别是对近海风轮机的叶片而言。作为这种发展的结果，制造风轮机叶片成为极其困难的任务，其重要性近年来已经显著增加。由于风轮机叶片尺寸巨大，因此风轮机叶片不能制造为一体件。通常，单独地制造出两个叶片半壳，随后将它们连结起来。用多个生产步骤由多个叶片半壳部件制造每一叶片半壳也是常见的。这些部件在连结模具中结合以形成整个叶片半壳。通常采用诸如粘合膏的粘合剂将叶片半壳的不同部件结合起来。涂覆粘合剂的缺点在于粘合剂的分布和结合强度几乎不可控制，从而导致连接质量不同。US2009/0155084A1公开了一种风轮机叶片的制造方法，该方法试图解决上面提及的问题。所述方法包括沿着叶片的纵向方向组装多个风轮机叶片区段。通过提供增强粘合剂分布的结合格子，来完成利用粘合剂将风轮机叶片的不同区段结合起来。该技术方案的缺点在于叶片布置成纵向方向上的多个区段，因为这限制了使用沿叶片的纵向方向延伸的加强元件，例如梁帽。另一个缺点在于上述方法非常麻烦，因此没有减少有关用粘合剂结合叶片区段的工作。另一个主要的缺点在于进入连结模具受到限制，这也增加了制造风轮机叶片的工作，因此导致难以将待结合的叶片部件或叶片构筑材料放置在连结模具中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风轮机叶片的改进的制造方法。本发明的另一目的在于提供一种通过该改进的制造方法生产的风轮机叶片。根据本发明，制造风轮机叶片的方法包括在模具中预先制造第一叶片构件的步骤。预先制造的第一叶片构件置于连结模具(joining mold)中，并利用真空辅助灌注工艺(vacuum assisted infusion process)结合到第二叶片构件，从而形成一体的叶片部件。连结模具可以是预先制造第一叶片构件的同一模具或者可以是不同的模具。预先制造的第一叶片构件优选包括梁帽(spar cap)。梁帽是叶片的主要结构件，其承载叶片重量和作用于叶片上的载荷。梁帽包括复合材料，复合材料的纤维在叶片的纵向方向上延伸，梁帽沿着叶片的基本上整个长度延伸。在本发明的另一实施例中，预先制造的第一叶片构件包括两个梁帽，这两个梁帽通过坚固的壳结构连接。壳结构也可以包括复合材料，优选是整体式结构或夹入型(sandwich type)结构。预先制造第一叶片构件可以利 用灌注工艺以一个步骤完成，或者以多个步骤完成，所述多个步骤包括通过灌注预先制造梁帽以及通过直接纱(directroving)连接梁帽和壳结构。利用真空辅助灌注工艺来进行第一和第二叶片构件之间的结合。术语“灌注工艺(infusion process) ”涉及包括灌注用于结合的结合手段的步骤的任何结合工艺。术语“真空辅助(vacuum assisted) ”指的是向灌注有结合手段的区域施加真空。优选地,真空这样来施加:使用箔作为真空袋，其覆盖待灌注的区域以允许产生真空。一旦建立了真空，就确保了结合手段的均匀且可控的流动。结果，可以获得良好的结合质量。在本发明的进一步实施例中，该方法包括如下步骤:使预先制造的第一叶片构件固化、使预先制造的第一叶片构件脱模、以及将预先制造的第一叶片构件运送至连结模具，在该连结模具中预先制造的第一叶片构件结合到第二叶片构件以形成叶片构件的一体部件。优选地，一体的叶片部件经过固化并再次利用真空辅助灌注工艺结合到其它的叶片构件。这些步骤重复进行，直到完成叶片半壳或整个叶片。在本文中，固化(curing)可以指预固化(pre-curing)或后固化(post-curing),其中在预固化之后已经获得一定程度的刚性但还没有建立完全强度，在后固化之后已经显现构件的完全强度。在本发明的进一步实施例中，预先制造的第一叶片构件包括至少一个梁帽。优选地，预先制造的第一叶片构件定位于连结模具的工人通常很难接近的中央。进一步优选地，预先制造的第一叶片构件沿着待制造的叶片的基本上整个长度延伸。将已经预先制造出来的叶片构件定位在连结模具的中央区域，消除了工人在模具内走动或者使用起重机来接近该中央区域的需要。由于克服了通常接近连结模具的中央区域极为受限的问题，因此这极大地简化了叶片构造。此外，定位于连结模具的中央并沿着其纵向方向延伸的预先制造的第一叶片构件足够坚固，以用于运送第二叶片构件并将第二叶片构件置于连结模具中。预先制造的第一叶片构件，尤其是梁帽，适于允许建造叶片的工人在其上走动，以便于将第二叶片构件定位在连结模具中。优选地，预先制造的第一叶片构件包括用于连接到其它叶片构件的一体的结合凸缘。在一可选择实施例 中，第二叶片构件包括用于连接到预先制造的第一叶片构件的至少一个结合凸缘。特别地，第一叶片构件可包括分别位于其纵向两侧、后缘侧和前缘侧中的每一个上的一个结合凸缘。优选地，结合凸缘沿着第一叶片构件的前缘侧和后缘侧的整个长度延伸。在另一优选实施例中，预先制造的第一叶片构件的端面也包括结合凸缘。在一个特别优选的实施例中，结合凸缘包括作为薄保护层的剥离层，该剥离层在灌注工艺之前被去除以确保用于连接到另一叶片构件的良好表面质量。在本发明的进一步实施例中，第二叶片构件包括定位于连结模具中以与第一叶片构件、特别是其结合凸缘重叠的叶片构筑材料。向被结合手段灌注的叶片构筑材料施加真空，由此使叶片构筑材料渗透有结合手段。因此，第二叶片构件在结合工艺期间结合到第一叶片构件。优选地，结合手段包括环氧树脂。叶片构筑材料可以是任何“干(dry)”材料，是指之前未渗透有结合手段的材料。叶片构筑材料可以例如包括纤维、轻木(balsa)、机织或缝编织物、或者夹入式芯材。在进一步实施例中，对一体部件进行加热，以使结合手段固化。这可以通过使用一体式加热系统来实现。在一优选实施例中，通过分别对位于预先制造的第一叶片构件的后缘侧和前缘侧上的每一结合凸缘应用上述方法，制造出完整的叶片半壳。这通过这样来进行:沿着连结模具的横向方向填充连结模具，并将叶片材料结合到预先制造的第一叶片构件，直到制造出整个叶片半壳。在一可选择实施例中，第二叶片构件也是预先制造的。预先制造的第二叶片构件定位成邻近预先制造的第一叶片构件，使得在这两个叶片构件之间存在空隙，即结合间隙。第二叶片构件可以在待制造的叶片的横向或纵向方向上邻近预先制造的第一叶片构件。第二叶片构件也可以定位在预先制造的第一叶片构件的顶部。向结合间隙施加真空，优选利用真空袋，例如塑料箔，其允许气密密封使得可以施加真空。随后，用结合手段灌注结合间隙，结合手段优选是环氧树脂，在固化之后将建立连接。与使用粘合膏(gluing paste)相t匕，使用环氧树脂结合真空辅助灌注工艺是有利的，因为其允许更好地控制结合间隙厚度和结合质量。优选地，流动介质被引入结合间隙中，以允许更好地改善结合手段的流动。流动介质可以是分配手段，并被优选地构造，例如是垫子(mat)，它为结合手段提供连续且可控流动的通道。在另一优选实施例中，结合间隙填充有某些合适种类的“干”材料，特别是包括织物或纺织材料，其将用作用于结合手段的流动介质。在进一步实施例中，优选借助一体化加热系统，对一体部件进行加热以固化结合手段。在一优选实施例中，重复进行上述过程直到制造出叶片半壳或整个叶片。优选地，上述方法包括如下步骤:使预先制造的第二叶片构件固化、使其脱模、以及将其运送至连结模具。这些步骤可以重复进行，直到完成全部再制造(remanufactured)的叶片构件。在另一优选实施例中，叶片包括中部、顶端部和根部。采用真空辅助灌注工艺将预先制造的第一叶片构件与至少一个其它的叶片构件结合起来，从而分别形成叶片的中部、顶端部和根部的一体部件。优选通过真空辅助灌注工艺，连续地结合叶片的中部、顶端部和根部的一体部件，以形成整个叶片或整个叶片半壳。在本发明的另一方面中，叶片在横向方向上包括吸入侧和压力侧。制造风轮机叶片的方法包括优选在多个预制造模具中预先制造至少一个梁帽、至少一个抗剪腹板、至少一个后缘部件和至少一个前缘部件。采用真空辅助灌注工艺将这些预先制造的部件结合起来，从而分别形成吸入侧和压 力侧的整个叶片半壳或整个叶片。该结合过程还可以包括其它叶片部件。尤其是，梁帽可以经由坚固的壳结构结合到另一梁帽，而该其它叶片部件可以包括结合凸缘。可选择地，连续地结合对应的叶片半壳以形成整个叶片。在一优选实施例中，生产出两个梁帽和两个抗剪腹板，以及一个前缘部件和一个后缘部件。预先制造的部件置于连结模具中，并借助于真空辅助灌注工艺结合起来，以形成整个叶片半壳。在本发明的一替代实施例中，前缘部件和后缘部件都适于具有形成叶片的吸入侧的一部分的一个节段和形成叶片的压力侧的一部分的另一节段。因此，在前缘部件和后缘部件与至少两个预先制造的梁帽、且优选是两个预先制造的抗剪腹板结合起来之后，生产出整个叶片。在进一步优选的实施例中，位于待制造的叶片的纵向方向上的多个前缘部件和多个后缘部件被预先制造。这些多个前缘部件和多个后缘部件借助真空辅助灌注工艺彼此结合或者结合到其它的预先制造的部件，从而形成整个叶片半壳或整个叶片。在本发明的另一优选实施例中，一个或多个预先制造的部件利用真空辅助灌注工艺在连结模具中与根部加强部件结合，从而形成叶片的根部或叶片半壳的根部。根部指的是叶片或叶片半壳的位于其根端的部分。
在一优选实施例中，外侧根部层置于制造出来的整个叶片的根部的表面上，并利用真空辅助灌注工艺结合到根部，从而形成外侧根部加强部件。可替代地，可以利用织物卷绕，使外侧根部层围绕叶片的根部卷绕，从而构建外侧根部加强部件。在本发明的另一方面中，提供了一种风轮机叶片，该风轮机叶片使用包括以下步骤的方法制造:首先，在模具中预先制造出第一叶片构件，并将其定位在连结模具中。该连结模具可以是预先制造第一叶片构件的同一模具或是不同的模具。优选地，预先制造的第一叶片构件定位在连结模具的中央。随后，利用真空辅助灌注工艺使所述第一叶片构件与第二叶片构件结合，以形成叶片的一体部件，再次采用真空辅助灌注工艺使该叶片的一体部件又与其它叶片构件结合。该过程重复进行直到分别完成吸入侧和压力侧的整个叶片半壳或整个叶片。可选择地，连续地结合所述叶片半壳以形成整个叶片。
下面参照示意性表示的附图对本发明进行描述。图1是预先制造的第一叶片构件在连结模具中的横截面
图2是图1的预先制造的第一叶片构件和叶片构筑材料的横截面图；图3是连结模具中的预先制造的第一叶片构件和第二叶片构件在叶片中部区域的横截面图；图4是图3的预先制造的第一叶片构件和在叶片根部区域中的内侧根部加强部件的横截面图；图5是两个对应的叶片半壳在叶片中部区域中的横截面图；图6是图5的两个对应的叶片半壳在叶片根部区域中的横截面图；和图7是图6的叶片的根部具有外侧根部加强部件的横截面图。
具体实施例方式图1示出预先制造的第一叶片构件11、以及连结模具12的一部分的横截面图。连结模具12包括一成形的空腔，利用该空腔为待制造的叶片半壳或叶片构件赋予既定的形式。预先制造的第一叶片构件11包括两个梁帽13、14，这两个梁帽13、14经由夹入结构15彼此连接，该夹入结构15由被纤维增强材料围绕的轻质芯构成。此外，预先制造的第一叶片构件11包括两个结合凸缘，即，位于预先制造的第一叶片构件11的后缘侧的一个结合凸缘16和位于预先制造的第一叶片构件11的前缘侧的一个结合凸缘17。结合凸缘16、17沿着预先制造的第一叶片构件11的纵向方向连续延伸。结合凸缘16、17包括第一部分16a、17a，该第一部分16a、17a布置成使连结模具12分别与一个梁帽13、14邻接。此外，结合凸缘16、17包括与第一部分16a、17a—体形成的第二部分16b、17b。第二部分16b、17b形成为与连结模具12邻接的平的延伸部。在横向上，结合凸缘16、17—起占预先制造的第一叶片构件11的宽度的大约30至50%。在定位预先制造的第一叶片构件之后，利用真空辅助灌注工艺使其与形成第二叶片构件的两个抗剪腹板18、19结合，从而形成一体的叶片部件
20。为此，在预先制造的第一叶片构件11的一个梁帽13、14的内侧分别定位有一个抗剪腹板 18、19。在图2中示出了图1的预先制造的第一叶片构件11在连结模具12中的横截面图，其中叶片构筑材料21a、21b邻近预先制造的第一叶片构件11分别位于其纵向两侧的每一侦1K叶片构筑材料21a、21b沿着预先制造的第一叶片构件11的纵向侧定位，使得其与预先制造的第一叶片构件11的结合凸缘16、17的第二部分16b、17b重叠。利用真空辅助灌注工艺，通过向叶片构筑材料21a、21b施加真空并用结合手段对其进行灌注，使预先制造的第一叶片构件11和叶片构筑材料21a、21b分别结合。结果，在两个结合工艺期间，形成两个其它的叶片构件。借助于结合工艺，生产出整个叶片半壳22。图3示出了连结模具12中的包括两个梁帽13、14的预先制造的第一叶片构件11在待制造的叶片半壳的中部区域中的横截面图。预先制造的第一叶片构件11包括位于后缘侧的结合凸缘16和位于其前缘侧的结合凸缘17。预先制造的后缘部件23邻近位于后缘侧的结合凸缘16定位，该后缘部件23包括与预先制造的第一叶片构件11的结合凸缘16对应的配合凸缘23a。预先制造的后缘部件23利用真空辅助灌注工艺结合到预先制造的第一叶片构件
11。预先制造的前缘部件24定位在位于预先制造的第一叶片构件11的前缘侧的结合凸缘17处，该前缘部件24也包括与预先制造的第一叶片构件11的结合凸缘17对应的配合凸缘24a。预先制造的前缘部件24利用真空辅助灌注工艺结合到预先制造的第一叶片构件11。在结合工艺之后，生产出整个叶片半壳22。图4示出了在连结模具12中、图3的预先制造的第一叶片构件11在待制造的叶片半壳的根部区域中的横截面图。另一叶片构件，即内侧根部加强件26位于预先制造的第一叶片构件11的顶部。该内侧根部加强件26利用真空辅助灌注工艺结合到预先制造的第一叶片构件11，从而形成整个叶片半壳22的根部。在图5中示出了两个对应的叶片半壳的横截面图，即，叶片的压力侧的一个叶片半壳22a和叶片的吸入侧的一个叶片半壳22b。这些叶片半壳22a、22b分别位于连结模具12a、12b中，所述模具1 2a、12b为了结合工艺而连结。半壳22a、22b借助于结合膏(bondingpaste)而结合，从而生产出位于中部区域的整个叶片27。图6示出了图5的两个对应的叶片半壳22a、22b在叶片27的根部区域中的横截面图。叶片半壳22a、22b也借助结合膏结合，从而制造出位于根部区域中的整个叶片27。在图7中，示出了图6的整个叶片27在其根部区域中。外侧根部层28位于制造出来的整个叶片27的根部的外表面上，并利用真空辅助灌注工艺结合到根部，从而形成外侧根部加强部件。
权利要求
1.一种用于制造风轮机叶片的方法，包括以下步骤: 预先制造第一叶片构件， 将所述预先制造的第一叶片构件定位在连结模具中，和 利用真空辅助灌注工艺使所述第一叶片构件与第二叶片构件结合，从而形成一体的叶片部件。
2.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤: 使预先制造的第一叶片构件固化， 使预先制造的第一叶片构件脱模，和 将预先制造的第一叶片构件运送至连结模具。
3.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤: 使一体的叶片部件固化， 利用真空辅助灌注工艺使一体的叶片部件与其它叶片构件或其它的一体叶片部件结合，和 重复上面的步骤直到完成整个叶片或整个叶片半壳。
4.如权利要求1所述的方法， 其中，第一叶片构件包括梁帽，并且 其中，第一叶片构件定位在连结模具的中央。
5.如权利要求1所述的方法， 其中，第一叶片构件包括用于使所述第一叶片构件结合到第二叶片构件的结合凸缘。
6.如权利要求5所述的方法， 其中，第二叶片构件由叶片构筑材料制成，包括以下步骤: 将所述叶片构筑材料定位在连结模具中，其中，叶片构筑材料的至少一部分与第一叶片构件重叠， 向叶片构筑材料施加真空，和 用结合手段灌注叶片构筑材料。
7.如权利要求6所述的方法， 其中，对一体的叶片构件进行加热以固化结合手段。
8.如权利要求1所述的方法， 其中，第二叶片构件被预先制造，包括以下步骤: 使所述预先制造的第二叶片构件邻近第一叶片构件定位在连结模具中，使得在它们之间存在空隙， 向第一叶片构件与第二叶片构件之间的所述空隙施加真空，和 将结合手段灌注到空隙中。
9.如权利要求8所述的方法，包括以下步骤: 使预先制造的第二叶片构件固化， 使预先制造的第二叶片构件脱模，和 将预先制造的第二叶片构件运送至连结模具。
10.如权利要求8所述的方法， 其中，将用于结合手段的流动介质置于第一叶片构件与第二叶片构件之间的空隙中。
11.如权利要求8所述的方法， 其中，对一体的叶片构件进行加热以固化结合手段。
12.如权利要求1所述的方法， 其中，叶片包括中部、顶端部和根部，包括以下步骤: 利用真空辅助灌注工艺使预先制造的第一叶片构件与至少一个其它的叶片构件结合，从而分别形成叶片的中部、顶端部和根部的一体部件，和 使中部的一体部件、顶端部的一体部件和根部的一体部件结合起来，以形成整个叶片或整个叶片半壳。
13.一种用于制造风轮机叶片的方法， 其中，叶片具有吸入侧和压力侧，包括以下步骤: 预先制造至少一个梁帽、至少一个抗剪腹板、至少一个后缘部件和至少一个前缘部件，利用真空辅助灌注工艺使所述预先制造的部件在连结模具中结合起来，从而分别形成吸入侧和压力侧的整个叶片半壳或整个叶片，以及可选择地， 使吸入侧的叶片半壳和压力侧的叶片半壳结合，以形成整个叶片。
14.如权利要求13所述的方法， 其中，预先制造纵向方向上的多个后缘部件和纵向方向上的多个前缘部件，并利用真空辅助灌注工艺使它们分别彼此结合或结合到其它的预先制造的部件。
15.如权利要求13所 述的方法， 其中，利用真空辅助灌注工艺，使一个或多个预先制造的部件在连结模具中与根部加强部件结合，从而形成整个叶片或整个叶片半壳的根部。
16.如权利要求15所述的方法， 其中，外侧根部层置于整个叶片或整个叶片半壳的根部的表面上，并且 其中，利用真空辅助灌注工艺使根部和外侧根部层结合。
17.一种风轮机叶片，该风轮机叶片通过一种方法制造，该方法包括以下步骤: 预先制造第一叶片构件， 将所述预先制造的第一叶片构件定位在连结模具中， 利用真空辅助灌注工艺使所述第一叶片构件与第二叶片构件结合，从而形成叶片的一体部件， 利用真空辅助灌注工艺使该一体部件与其它的叶片构件或一体的叶片部件结合， 重复上面的步骤直到完成整个叶片或整个叶片半壳，以及可选择地， 使两个对应的叶片半壳结合，以形成整个叶片。
18.如权利要求17所述的风轮机叶片， 其中，预先制造的第一叶片构件置于连结模具的中央。
全文摘要
本发明涉及一种用于制造风轮机叶片的方法，包括以下步骤预先制造第一叶片构件，将所述预先制造的第一叶片构件定位在连结模具中，以及利用真空辅助灌注工艺使所述第一叶片构件与第二叶片构件结合，从而形成一体的叶片部件。
文档编号B29L31/08GK103249543SQ201180035129
公开日2013年8月14日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者D.詹泽夫斯基, A.克里默 申请人:三菱重工业株式会社, 欧洲风力发电设备开发有限公司