风轮机叶片及其制造方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及一种用于风轮机的转子叶片，以及涉及制造风轮机叶片的方法。更具体来说，本发明涉及这样的风轮机叶片:其包括由集成在壳结构内的承载加强条构成的堆叠，并且涉及制造这种叶片的方法。
【背景技术】
[0002]图1是风轮机转子叶片10的截面图。叶片10具有外壳12，其由两个半壳制成:背风壳14和迎风壳16。壳14、16由玻璃纤维增强塑料(GRP)模制而成。外壳12的部分具有夹层面板构造并且包括轻质泡沫(例如聚氨酯)构成的芯材18，其夹在内GRP层20和外GRP层22或者说“蒙皮”之间。
[0003]叶片10包括布置于外壳12的夹层面板区域之间的第一对翼梁帽24、26和第二对翼梁帽28、30。每对中的一个翼梁帽24、28与迎风壳16集成，每对中的另一翼梁帽26、30与背风壳14集成。各对的翼梁帽24、26、28、30相互对置并且沿着叶片10的长度纵向延伸。第一纵向延伸抗剪腹板32横跨第一对翼梁帽24、26，第二纵向延伸抗剪腹板34横跨第二对翼梁帽28、30。抗剪腹板32、34与翼梁帽24、26、28、30组合形成一对工形梁结构，所述工形梁结构有效地将负荷从旋转叶片10传递至风轮机的轮毂(未示出)。翼梁帽24、26、28、30尤其传递拉伸以及压缩弯折负荷，同时抗剪腹板32、34在叶片10中传递剪切应力。
[0004]每个翼梁帽24、26、28、30具有大致矩形截面并且由预制加固条36的堆叠组成。条36由碳纤维增强塑料(CFRP)拉挤成型，大致扁平并且具有矩形截面。在堆叠中条36的数量取决于条36的厚度和壳12所要求的厚度，但是典型地在堆叠中数量在四个和十二个条36之间。条36具有高拉伸强度，因此具有高承载能力。
[0005]条36通过拉挤成型，其是类似于挤出的连续处理，其中纤维被拉拔通过液体树脂的供给并且通过成型条36的模具。然后树脂被固化，例如通过在开放腔室加热，或者通过采用加热模具在条36被拉挤成型时固化树脂。
[0006]所谓的“结构壳设计”示出于图1，其中翼梁帽24、26、28、30集成在外壳12的结构内避免需要单独的翼梁帽(诸如加固梁)，单独的翼梁帽在许多常规风轮机叶片中典型地粘合至壳的内表面。具有结构壳设计的其他转子叶片的例子在EP1520983、W02006/082479以及UK专利申请号1121649.6描述。
[0007]示出于图1的风轮机叶片是使用树脂熔渗(RI)工艺制成，由此壳12的各种层压层铺叠在模具腔室中，向腔室施加真空。然后将树脂引入至模具，真空压力引起树脂在层压层上并且围绕层压层流动并渗入层之间的间隙空间。为了完成处理，树脂熔渗铺叠体被固化以使树脂硬化并且将各种层压层粘合于一起而形成叶片。
[0008]上述拉挤成型的加固条趋于具有相对平滑且扁平的外表面，这是拉挤成型处理的特征。结果，在模具中当条上下堆叠时，在条之间的界面上存在非常小的空间。空间的这种缺乏使得树脂很难渗入条之间，并且能够导致条之间形成差的粘合。如果条不适当地粘合于一起，则叶片结构中存在发生分层的风险，分层会导致正在使用的叶片失效。该问题并不仅限于拉挤成型条，当其他类型具有平滑的外表面的加固条堆叠时也存在该问题。
[0009]获得更适用于粘合的表面的一个公知方法是如图2a所示的在拉挤成型的加固条上提供“剥离片层”38，其能够被移除以形成粗糙表面40，如图2b所示。这种剥离片层38典型地由织物(诸如聚酰胺)制成。在拉挤处理期间，剥离片层38与纤维和树脂一起被牵拉通过模具。随着树脂被固化，剥离片层38固化至加固条36的表面。当剥离片层38被移除时，其从条36的表面移除一层固化树脂，从而提供无污染的粗糙表面40。粗糙表面40在堆叠条36之间的界面提供了空间，从而例如通过毛细管作用允许树脂渗入条36之间。
[0010]但是，实践中，在拉挤处理期间剥离片层38不能够施加至条36的整个表面。尤其，剥离片层38不能够延伸至表面的最外边缘，因为剥离片层38将会卡在拉挤处理所使用的机器中。因此条36的外围区域42必须保持不被剥离片层38覆盖，正如示出于图2a的。该外围区域42齐平于剥离片层表面46，使得当剥离片层38被移除时外围区域42处于粗糙表面40上方，如图2b所示。
[0011]当条36堆叠时，相邻条36的外围区域42彼此接触。外围区域42的平滑表面意味着在条36的外围区域42留有很小空间，树脂不能够渗入此接触区域之间的表面。因而，外围区域42之间的接触区域充当栅栏，该栅栏防止树脂渗入堆叠中相邻条36的对置粗糙表面40之间。因此在条36之间未散布有足量树脂，这降低了条36之间的界面粘合强度，并且会导致分层。
[0012]本发明的目的是减轻或者克服该问题。
【发明内容】
[0013]在该背景下，本发明提供了一种制造用于风轮机叶片的翼梁帽的方法，该方法包括:
[0014](a)提供多个细长的拉挤成型的纤维复合材料条，每个条具有由相互对置且纵向延伸的第一侧面和第二侧面并由第一纵向边缘和第二纵向边缘限定的大致恒定的横截面，所述第一侧面和所述第二侧面分别包括大致平面的第一抵接表面和第二抵接表面，所述第一侧面和所述第二侧面之间的分离限定了所述条的厚度，在所述第一抵接表面和所述第二抵接表面之间所述条具有大致均一的厚度，所述条的第一边缘区域包括所述条的具有相对减小厚度的第一边缘，所述条的所述第一侧面包括在所述条的第一边缘区域中与所述第一抵接表面相邻的边缘表面，所述条具有第一剥离片层，所述第一剥离片层至少局部覆盖所述第一抵接表面并且至少局部覆盖所述边缘表面；
[0015](b)从相应的所述条移除所述第一剥离片层；
[0016](c)在模具中堆叠所述条，使得每个条的所述第一抵接表面面向堆叠中的相邻条的抵接表面以限定所述条之间的界面区域，并且使得在每个条的所述第一边缘区域和所述堆叠中的相邻条的边缘区域之间限定间隙区域；
[0017](d)供给树脂至相应的间隙区域并致使所述树脂渗入至相邻条之间的所述界面区域；以及
[0018](e)固化所述树脂以将这些条粘合在一起。
[0019]至少一个条包括具有减小厚度的边缘区域以在相邻条的边缘区域之间提供间隙区域，在使用该至少一个条的过程中，本发明允许树脂有效渗入至相邻条之间的界面区域，从而增加相邻条之间的粘合强度。该有效渗入提供了堆叠中相邻条之间的强粘合，减少了组装的翼梁帽中的条分层问题。
[0020]每个条的所述第一抵接表面可以抵接所述堆叠中相邻条的抵接表面以限定所述条之间的所述界面区域。在另一实施方式中，夹层布置在每个条的所述第一抵接表面和所述堆叠中的相邻条的所述抵接表面之间的所述界面区域。所述夹层可以是玻璃纤维层，例如其设置成辅助所述条之间的树脂熔渗并且在树脂熔渗处理期间协助从条之间移除空气。
[0021]在第一边缘区域中相应的条可以具有渐小的厚度，使得当条在步骤(C)堆叠时，间隙区域从第一边缘朝向界面区域逐渐变窄。这可以例如通过布置边缘表面使得其相对于第一抵接表面倾斜来实现。以该方式，间隙区域限定了漏斗，该漏斗促进树脂从间隙区域移动至相邻条之间的间隙空间。
[0022]在一个实施实施方式中，所述第一边缘是条的纵向边缘，使得树脂仅需要渗入短距离来覆盖相邻条之间的界面区域。在另选实施方式中，第一边缘是条的横向边缘。
[0023]每个条还可以具有厚度相对减小的第二边缘区域，第二边缘区域包括条的第二边缘，所述方法的步骤(C)可以包括在模具中堆叠条，使得在每个条的第二边缘区域和所述堆叠中的相邻条的边缘区域之间限定间隙区域。提供具有相对减小厚度的第二边缘区域是有利的，因为其允许树脂从两个间隙区域渗入条之间。
[0024]在本发明的实施方式中，每个条的所述第一侧面包括所述第二边缘和所述第一抵接表面之间的边缘表面，所述边缘表面相对于所述第一抵接表面倾斜，所述第一剥离片层至少局部覆盖所述边缘表面，所述方法的步骤(b)包括从所述边缘表面移除所述第一剥离片层。以该方式在边缘表面上面提供剥离片层允许当剥离片层被移除时在边缘表面和抵接表面上创建粗糙表面，进一步有利于树脂渗入界面区域。
[0025]在另一实施方式中，每个条的所述第二抵接表面至少局部被第二剥离片层覆盖，所述方法的步骤(b)包括从相应的条移除所述第二剥离片层以暴露相应的第二抵接表面上的纤维；所述方法的步骤(C)包括在模具中堆叠所述条，使得每个条的所述第二抵接表面面向堆叠中相邻条的抵接表面，以限定所述条之间的界面区域。用剥离片层局部覆盖每个条的所述第二抵接表面并且以该方式移除剥离片层，这在第二抵接表面上提供了粗糙表面，有利于树脂渗入界面区域。
[0026]优选地，步骤(a)包括通过拉挤处理形成所述条，所述拉挤处理包括牵拉覆有树脂的纤维束和所述第一剥离片层通过拉挤模具，所述拉挤模具的横截面对应于上述步骤(a)中限定的所述条的所述横截面。在拉挤处理期间纤维束可以由第一纵向边缘和第二纵向边缘支撑。通过拉挤处理形成所述条允许有效以及连续地生产条。
[0027]优选地，步骤(C)包括在风轮机叶片模具中堆叠条。以该方式，能在制造时将翼梁帽集成至风轮机叶片，从而允许更加有效的制造过程。
[0028]本发明延伸至根据上述方法制造的具有翼梁帽的风轮机叶片。本发明还延伸至包括所述风轮机叶片的风轮机，并且进一步延伸至包括多个这种风轮机的风电厂。
[0029]所述翼梁帽包括多个如上所述拉挤成型的纤维复合材料条，其中相应的条的所述剥离片层被移除。这些条布置在堆叠中，使得间隙区域限定在每个条的所述第一边缘区域和堆叠中相邻条的边缘区域之间。相邻条通过在所述条之间的界面区域的树脂层粘合在一起。树脂层还至少局部填充条之间限定的间隙区域。
[0030]本发明提供了翼梁帽，其中树脂经由间隙区域有效渗入条之间的界面区域。因此