用于风轮机叶片的增强板条的制作方法
【专利摘要】一种用于风轮机叶片的纵向增强结构的纤维增强聚合材料板条，所述板条具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一横向边缘和第二横向边缘之间沿纵向延伸，其中所述板条的端部区域的厚度朝向所述第一横向边缘渐缩，并且其中一个或多个槽缝被限定在渐缩端部区域中，所述或每个槽缝从所述板条的所述第一横向边缘沿纵向延伸到所述渐缩端部区域中。
【专利说明】
用于风轮机叶片的増强板条
技术领域
[0001]本发明涉及包括承重结构元件的堆叠的风轮机部件，并且涉及制出这样的部件的方法以及供在这样的部件中使用的结构元件。在本发明的特定实施方式中，所述部件是包括整合在风轮机叶片的外壳内的增强板条的堆叠的翼梁帽。
【背景技术】
[0002]图1图示了风轮机转子叶片10的横截面。叶片10具有由两个半壳制成的外壳11:迎风外壳Ila和背风外壳lib。外壳11a、Ilb由玻璃纤维增强塑料(GRP)模制。外壳11的一部分是夹芯板构造，并且包括由夹在GRP内层和外层或“蒙皮”13、14之间的轻质泡沫(例如聚氨酯)制成的芯部12。
[0003]叶片10包括第一对翼梁帽15a、15b和第二对翼梁帽16a、16b。相应各对翼梁帽15a、15b和16a、16b被布置在外壳10的夹芯板区域12之间。每对中的一个翼梁帽15a、16a与迎风外壳I Ia整合，并且每对中的另一个翼梁帽15b、16b与背风外壳I Ib整合。相应各对的翼梁帽相互对置并且沿着叶片10的长度纵向延伸。
[0004]第一纵向延伸的剪切腹板17a桥接第一对翼梁帽15a、15b，并且第二纵向延伸的剪切腹板17b桥接第二对翼梁帽16a、16b。剪切腹板17a和17b与翼梁帽15a、15b、16a、16b组合而形成一对工字梁结构，将负载从旋转的叶片10有效地传递到风轮机的轮毂。特别是，翼梁帽15a、15b、16a、16b传递拉伸和压缩弯曲负载，而剪切腹板17a和17b传递叶片10中的剪切应力。
[0005]图示了常规翼梁帽15a的立体图。翼梁帽15a具有大致矩形横截面并且由预制的增强板条18的堆叠构成。板条18是由碳纤维增强塑料(CFRP)制成的拉挤成型板条，并且基本平坦并具有矩形横截面。板条I8通过拉挤(为类似于挤出的连续工艺)形成，其中纤维被拉动通过液态树脂供给装置并且通过使板条18成形的模具。然后通过以下手段使树脂固化:例如通过在敞开的腔室中加热，或者通过采用在拉挤成型板条18时使树脂固化的加热模具。板条18具有尚拉伸强度，因而具有尚承载能力。
[0006]堆叠中的板条18的数目取决于板条18的厚度和外壳11的需要厚度，但通常板条18各具有几毫米厚度并且可能在堆叠中通常存在四个到十二个之间的板条。从最下面的板条18到最上面的板条18的板条长度减小，并且板条18的端部19沿着翼梁帽15a的长度交错。每个端部19是渐缩的，以便于堆叠中的板条18之间的应力传递。
[0007]为了整合风轮机叶片10的部件，使用树脂灌注(RI)工艺。将包括待形成翼梁帽15a、15b、16a、16b的板条18的堆叠的结构部件铺放在模腔中。所述部件被密封，将真空施加到密封区域，并且引入树脂。真空压力导致树脂在部件层上方并围绕部件层流动，并且流入堆叠的板条18之间的空间。为了完成该过程，树脂灌注的铺叠件被固化，以使树脂硬化并将各种层压层结合在一起而形成叶片10。
[0008]由于拉挤工艺，上述被拉挤的增强板条18趋于具有相对光滑平坦的外表面20。当板条18上下堆叠在模具中时，因此在相邻的板条18之间存在非常小的空间。这种空间的缺少难以在施加真空时将空气移出堆叠，并且空气可能困在板条18之间并且形成气泡。当树脂被灌注到板条18之间时，树脂灌注在这些气泡周围，并且空间的缺少使得难以让树脂把气泡推出堆叠。气泡因此保留在板条之间，在成品部件中造成无树脂区。特别成问题的是，无树脂区形成在板条18的端部19处或附近。无树脂区充当可以在应力下传播的裂纹，导致板条18脱层，并且在极端的情况下，造成叶片10发生故障。
[0009]本发明的目的是减轻或克服这种问题。
【发明内容】
[0010]在该【背景技术】下，并且根据第一方面，本发明涉及一种用于风轮机叶片的纵向增强结构的纤维增强聚合材料板条，所述板条具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一横向边缘和第二横向边缘之间沿纵向延伸，其中所述板条的端部区域的厚度朝向所述第一横向边缘渐缩，并且其中一个或多个槽缝被限定在渐缩端部区域中，所述或每个槽缝从所述板条的所述第一横向边缘沿纵向延伸到所述渐缩端部区域中。
[0011]本发明因此提供了一种具有渐缩端部区域的板条，在所述渐缩端部区域中设置了槽缝。当所述板条整合到纵向增强结构中，并且多个这样的板上下堆叠且灌注树脂时，树脂灌注到所述槽缝中并且被固化，以在每个槽缝中形成已固化树脂区域。这些已固化树脂区域充当裂纹停止器:困在板条之间以及板条的所述渐缩端部区域下方的气泡可以充当传播而使所述板条脱层的裂纹，裂纹将无法传播通过所述槽缝中的已固化树脂区域。由此，困在相邻的板条之间的任何气泡将仅导致所述板条的局部区域脱层，而所述板条的剩余部分将通过所述槽缝屏蔽掉气泡。
[0012]以这种方式，由于所述板条脱层而使所述纵向增强结构失效的可能性借助所述槽缝而降低。由此，整合根据本发明的板条的纵向增强结构以及因此整合这样的纵向增强结构的风轮机叶片在应力下不太可能失效。
[0013]所述板条的所述第一横向边缘可由被所述或每个槽缝相互间隔开的多个指部限定。以这种方式，由气泡导致的任何脱层都可以局部化至气泡源自的那一指部。
[0014]所述板条可包括沿着所述第一横向边缘相互间隔开的多个槽缝。所述多个槽缝中的每个均充当裂纹停止器，将脱层局部化到所述槽缝之间的所述板条的甚至更小的区域。
[0015]所述板条可进一步包括限定在所述板条的上表面和/或下表面中的一个或多个纵向延伸的沟槽。所述板条的上表面或下表面中的沟槽是特别有利的，因为所述沟槽提供了在树脂灌注过程中空气可容易逸出的通道。这减少了空气被困在所述堆叠中的所述板条之间的机会。
[0016]所述或每个槽缝可限定在相应沟槽的端部处。以这种方式，每个沟槽均可通向槽缝中，使得在树脂灌注过程中经由沟槽逸出的任何空气都可以通过所述槽缝从所述板条之间容易地释放。
[0017]所述板条的与所述第一横向边缘相邻的厚度可小于所述或每个沟槽的深度，使得所述或每个沟槽限定相应的槽缝。这是特别有利的，因为在所述板条中形成所述或每个沟槽将在所述板条的端部区域中形成相应一个或多个槽缝而无需任何额外制造步骤。
[0018]所述或每个沟槽可基本上沿着所述板条的整个长度延伸。以这种方式，所述通道可沿着所述板条的整个长度设置，以允许空气在灌注过程中特别有效地逸出。
[0019]所述或每个沟槽可以是模制的沟槽。以这种方式，所述或每个沟槽可在制成所述板条时进行模制。例如，所述或每个沟槽可在拉挤工艺中模制到所述板条中。
[0020]另选地，所述或每个沟槽可通过从所述板条去除材料而形成。以这种方式，可在已形成所述板条之后形成所述或每个沟槽。例如，可在制造周期的其它工艺阶段期间从所述板条去除材料。
[0021]所述或每个沟槽可限定在所述板条的下表面中。另选地，所述或每个沟槽可限定在所述板条的上表面中。
[0022]所述板条的所述渐缩端部区域可由所述上表面的渐缩端部限定。所述上表面的所述渐缩端部是弯曲的。这在所述板条在成品纵向增强结构中布置在堆叠中时是特别有利的，曲面在所述堆叠的板条之间提供特别好的应力传递。
[0023]所述上表面的所述渐缩端部可通过从所述板条去除材料而形成。
[0024]在包括一个或多个纵向沟槽且包括所述板条的所述上表面的渐缩端部的实施方式中，所述或每个沟槽可限定在所述上表面的所述渐缩端部中。以这种方式，所述沟槽可以在形成所述渐缩端部时设置在所述上表面的所述渐缩端部中。
[0025]所述或每个槽缝可延伸到所述板条的所述渐缩端部区域中的路程的大约5%到大约40%之间。
[0026]所述板条的第二端部区域可朝向所述第二横向边缘渐缩，并且一个或多个槽缝可限定在所述第二端部区域中。上文相对于所述第一端部区域描述的优选和/或可选特征可单独应用或者也以适当的组合应用到第二区域。所述第一端部区域和所述第二端部区域可基本相同，或者在一些实施方式中，所述第一端部区域和所述第二端部区域的特征可不同。
[0027]本发明还涉及一种包括上述板条的用于风轮机叶片的细长增强结构。在这样的细长增强结构中，所述或每个槽缝可至少部分地填充有聚合材料。
[0028]所述细长增强结构可包括如上所述上下堆叠的多个板条。
[0029]所述细长增强结构可以是风轮机叶片的翼梁帽。
[0030]本发明还涉及一种包括上述细长增强结构的风轮机叶片，涉及一种包括这样的风轮机叶片的风轮机，并且涉及一种包括这样的风轮机的风电场。
[0031]根据另一方面，本发明涉及一种制造用于风轮机叶片的细长增强结构的方法，所述方法包括:a)提供如上所述的多个板条;b)堆叠所述板条，使得每个板条的上表面或下表面抵接堆叠中的相邻的板条的下表面或上表面，以在相邻的板条之间限定界面区；c)为堆叠后的板条供应树脂并且致使树脂渗透到相邻的板条之间的所述界面区中并渗透到所述或每个槽缝中；以及d)使树脂固化以将所述板条结合到一起。
[0032]根据本发明的方法因此生产一种包括板条的堆叠的细长增强结构，所述板条包括至少一个槽缝，并且所述槽缝至少部分地填充有已固化树脂。如上所述，所述已固化树脂充当裂纹停止器。以这种方式，根据本发明的所述纵向增强结构并因此整合这样的纵向增强结构的风轮机叶片不太可能在应力下失效。
[0033]步骤(b)可包括:在模制工具中堆叠多个板条。所述模制工具可以是叶片模具，或者所述模制工具可以是配置成模制分离的细长增强结构的分离式模制工具。
[0034]所述方法可包括:视觉检验所述板条的所述或每个槽缝的长度，并且如果所述槽缝的长度低于阈值长度，则用不同的板条更换所述板条，或者机加工所述板条的渐缩端部。这是本发明的特别优点:所述槽缝允许容易地视觉检验所述板条的所述渐缩端部的质量。与常规板条对比，常规板条检查所述渐缩端部的质量涉及进行多种测量并且是相对耗时的
[0035]本发明还涉及一种用于根据上述方法制造的风轮机叶片的细长增强结构。
[0036]根据另一方面，本发明涉及一种制造用于风轮机叶片的细长增强结构的板条的方法，所述方法包括:a)提供由纤维增强聚合材料制成的细长板条，所述板条具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一横向边缘和第二横向边缘之间沿纵向延伸;b)成形所述板条的端部区域以形成所述板条的朝向所述板条的横向边缘厚度渐缩的渐缩端部区域；以及c)在所述板条中形成从所述板条的所述横向边缘沿纵向延伸到所述渐缩端部区域中的至少一个槽缝。
[0037]步骤(b)和(C)可同时发生，使得所述渐缩端部区域和所述或每个槽缝可同时形成。这减少了制造步骤的数量，因而减少了制造过程所需要的时间和成本。
[0038]步骤(a)可包括:通过拉挤工艺形成所述板条，其中增强纤维被拉动通过拉挤模具。
[0039]所述方法可包括:在所述板条的上表面和/或下表面中形成一个或多个纵向延伸的沟槽，所述沟槽沿着所述板条的所述渐缩端部区域的至少一部分延伸。在通过拉挤工艺形成所述板条的实施方式中，所述拉挤模具可包括布置成作为所述拉挤工艺的一部分在所述板条中形成所述沟槽的特征。以这种方式，在拉挤所述板条时，所述沟槽可以设置在所述板条上，从而不需要分离的沟槽形成步骤。
[0040]步骤(C)可包括:通过成形所述板条的所述端部区域而形成所述至少一个槽缝，使得所述板条在所述横向边缘处的厚度小于所述沟槽的深度。
[0041]所述方法可包括:通过从所述板条去除材料形成所述沟槽。步骤(b)可包括:从所述板条去除材料以形成所述渐缩端部区域。在这种情况下，所述方法可包括:在形成所述渐缩端部区域的同时形成所述沟槽，使得从所述板条去除材料而同时形成所述渐缩端部区域和所述沟槽两者。为了实现这一点，所述方法可包括:使用研磨滚筒使所述板条的所述端部区域渐缩，在所述滚筒的外表面上限定有沟槽形成特征。
[0042]本发明进一步涉及一种制造风轮机叶片的方法，所述方法包括:a)提供如上所述的多个板条或者通过上述方法制成的多个板条;b)在叶片模具中将所述板条与其它叶片部件堆叠，使得每个板条的上表面或下表面抵接堆叠中的相邻的板条的下表面或上表面，以在相邻的板条之间限定界面区；以及c)通过以下手段将堆叠后的板条与其它叶片部件整合以形成叶片:i)为堆叠后的板条和其它叶片部件供应树脂；ii)致使树脂渗透到相邻的板条之间的所述界面区及其它叶片部件中；以及iii)使树脂固化以将所述板条结合到一起。
【附图说明】
[0043]图1和图2分别是常规风轮机转子叶片的截面图和形成常规风轮机转子叶片的一部分的翼梁帽的立体图，已经在上文通过本发明【背景技术】的方式描述。为了可能更容易地理解本发明，现在将参照其余附图描述本发明的【具体实施方式】，其中:
[0044]图3是用于根据本发明的一个实施方式的风轮机叶片的细长增强结构的立体图；
[0045]图4是图3的沿着线A-A截取的细长增强结构的截面图；
[0046]图5是形成图3的细长增强结构的一部分的由纤维增强的聚合材料制成的板条的部分立体图；
[0047]图6是图5的板条的部分侧视图；
[0048]图7是从图5的板条下面观察的部分立体图；
[0049]图8a是图5的沿着图5中的线B-B截取的板条的截面图，并且图Sb是图8a的一部分的放大视图；
[0050]图9a和图9b是图3的细长增强结构的部分立体图，图示了细长增强结构中存在气泡的效果，并且图9c和图9d是图9a和图9b的横截面视图；
[0051]图10是用于形成图3至图9的板条的拉挤设备的立体图；
[0052]图11是形成图10设备的一部分的模具的截面图；
[0053]图12是使用图10和图11的设备制成的拉挤成型板条的立体图；
[0054]图13是用于风轮机叶片的另一细长增强结构的立体图；
[0055]图14是沿着图13的线C-C截取的图13的细长增强结构的截面图；
[0056]图15是根据本发明的第二实施方式的板条的部分立体图；
[0057]图16是图15的板条的部分侧视图；
[0058]图17a是图15的沿着线D-D截取的板条的截面图，并且图17b是图17a的一部分的放大视图；
[0059]图18是图15的沿着图15中的线E-E截取的板条的截面图；
[0060]图19是形成用于制成图15至图18的板条的设备的一部分的滚筒的横截面视图；
[0061]图20是根据本发明的另一实施方式的两个板条的两个部分截面图；以及
[0062]图21是根据本发明的另一实施方式的板条的部分侧视图。
【具体实施方式】
[0063]图3和图4图示了采取纵向延伸的翼梁帽形式的用于风轮机叶片的增强结构30。
[0064]翼梁帽30是细长的以限定纵向轴线L，并且包括采取上下堆叠的纤维增强聚合材料细长板条32形式的多个结构元件。每个板条32均包括下主表面34和上主表面36。当布置在堆叠中时，一个板条32的下表面34抵接堆叠中的相邻的板条32的上表面36，并且图4中最佳观看的界面区38被限定在相邻的板条32之间。
[0065]术语“上”和“下”出于方便并协助描述的可读性而在本文中使用。然而，这些术语不应该被视为不适当地限制本发明的范围。应该了解的是，在一些情况下，板条32的下表面34可在上表面36上方。这将发生在板条32上下翻转的时候，例如板条32被整合在风轮机叶片中的时候，于是板条32的取向将取决于叶片的取向。不过，当孤立地考虑板条32时，术语“上，，和“下，，是方便的。
[0066]如图4中示出的，板条32的下表面34和上表面36之间的垂直距离限定板条的厚度t。在图示的实施方式中，表面34、36的大部分是平坦的，使得板条32的大部分的厚度是恒定的并且大约为5mm。
[0067]再次参照图3，每个板条32均包括布置在板条32的相对两端41、43处的两个端部区域40、42;第一端部区域40位于板条32的第一端部41处，并且第二端部区域42位于板条32的第二端部43处。端部区域40、42是彼此镜像的。为便于参考，将参照图5至图7描述板条32的第一端部区域40，但是将了解的是，第二端部区域42的对应特征基本上与第一端部区域40的特征相同。
[0068]图5示出了单个板条32的第一端部区域40。在第一端部区域40中，上表面36的端部向下倾斜(即朝向下表面34)，以限定形成上表面36的一部分的渐缩端部表面44。换句话说，板条32的端部区域40的厚度朝向板条32的横向边缘46渐缩。
[0069]在端部区域40的一个端部处，上表面36的渐缩端部表面44汇合下表面34，以限定横向边缘46。在端部区域40的另一个端部处，渐缩端部表面44汇合上表面36的基本平坦中央部45，以限定板条32的脊部48。在示出的实施方式中，渐缩端部表面44限定大致抛物线并且延伸到板条32中的距离大约为500mm，该距离由图5中的双头箭头X表示。
[0070]仍参照图5，朝向板条32的第一端部41，渐缩端部区域40包括一系列相互相邻的纵向槽缝50，槽缝50从板条32的横向边缘46沿纵向延伸到第一端部区域40中。槽缝50被相互间隔开，使得指部52被限定在槽缝50之间。槽缝50和指部52并非从横向边缘46—直延伸到脊部48，而是仅部分地延伸到渐缩端部表面44中，停在脊部48的较浅处。在示出的实施方式中，槽缝50延伸到渐缩端部表面44中的大约1 %的路程(由图5中的尺寸L指出)，具有大约50mm的长度。在其它实施方式中，槽缝可介于大约20mm到大约150mm之间。
[0071]图7示出了板条32的下侧，并且揭示渐缩端部区域40中的槽缝50由板条32的下表面34中的沟槽54限定。沟槽54是在板条32的相应横向边缘46之间沿纵向连续延伸的平行通道。由于板条32的渐缩端部区域40，位于横向边缘46附近的板条32的厚度小于沟槽54的深度，使得在板条32的每个端部41、43处，沟槽54出现在渐缩端部表面44中以限定槽缝50。
[0072]现在参照图8a和图Sb的横向截面图，在此可以看出，沟槽54为大致矩形的横截面。每个沟槽54的宽度(由图8b的尺寸w指出)大约为2mm，并且可能介于2mm之间；并且每个沟槽54的深度(由图8b的尺寸d指出)大约为0.7mm。因为板条3 2的大部分的厚度大约为2mm，所以除了渐缩端部区域40、42，每个沟槽54均延伸穿过板条32的厚度的大约35%。在该实例中，沟槽54相互间隔开大约33mm的间距距离(由图8a的尺寸s指出)。间距距离s是相邻沟槽54的对应点之间的距离，例如位于如图8a中示出的相应沟槽54的中点之间。
[0073]为了制出图3中图示类型的翼梁帽30，与叶片的其它结构元件一起，多个板条32上下堆叠在模腔(未示出)中。板条32被堆叠成使得一个板条32的下表面34抵接堆叠中的相邻的板条32的上表面36，并且使得板条32的端部41、43交错。叶片的部件被密封，并且真空被施加到密封区域。当真空被施加到堆叠时，空气被推出相邻的板条32之间的界面区38。然后，树脂被引入到密封区域中并且围绕板条32灌注到界面区38中。树脂还灌注到每个板条32的槽缝50和沟槽54中，并且沟槽54充当树脂的流动路径，促使树脂进入板条32之间的界面区38(参见图4)。最后，树脂被固化。
[0074]如作为本发明背景已经描述的，在该过程中，气泡可以形成在相邻的板条32之间的界面区38中。然而，当使用根据本发明的一个实施方式的板条时，在下表面34中存在沟槽54以及在板条32的端部区域40中存在槽缝50减轻了这些气泡的影响，如现在将描述的。
[0075]首先，在制造过程中，当真空被施加到板条32的堆叠时，下表面34中的沟槽54提供横跨板条32的长度延伸的相对容易的空气流动路径。为了从界面区38去除空气，空气不需要一直被推到板条32的边缘，而仅需要推至最近的沟槽54，以便经由沟槽54所提供的容易空气流动路径逸出界面区38。由此，当施加真空时，空气更容易从界面区38去除，不太可能形成气泡。
[0076]其次，如果尽管存在沟槽54气泡还是形成在板条32的端部区域40、42中，气泡56在翼梁帽30处于其最终固化状态下时对翼梁帽30的不利影响因板条32的端部区域40中存在槽缝50和指部52而得以减少，如现在将参照图9a至图9d描述的。
[0077]如已经作为背景描述的，一旦树脂已被固化并且翼梁帽30处于其成品状态下，形成在板条32的指部52a的界面区38中的气泡56将充当裂纹。如图9a和图9c示出的，在施加应力时，裂纹56在界面区38中在板条32和树脂之间传播，会行进穿过指部52a的界面区38。
[0078]裂纹56传播通过界面区38，随着裂纹56的行进使指部52a脱层。当裂纹56到达槽缝50时，界面区38被中断，并且裂纹56遇到已固化的树脂58的壁。树脂58的韧性高，于是裂纹56不能轻易地穿透槽缝50中的树脂58。裂纹56因此停止，不能传播到槽缝50中。
[0079]以这种方式，气泡56将导致仅其源自的指部52a脱层，而其余指部52b将通过槽缝50屏蔽掉气泡56。气泡56的不利影响从而限于板条32的单个指部52a。
[0080]由此，即使气泡56确实形成，气泡56也将导致仅板条32的一个指部52a脱层，而非整个板条32脱层。裂纹56的传播因此被槽缝50阻碍，并且整合根据本发明的板条32的翼梁帽30以及因此整合这样的翼梁帽的风轮机叶片不太可能在应力下失效。
[0081]上述板条32使用现在将参照图10至图12描述的两阶段制造工艺制成。
[0082]在第一阶段中，如图10中图示的，由纤维材料制成的板条132通过拉挤工艺形成。为了形成板条132，将碳纤维60浸泡在树脂中并拉动穿过模具62。
[0083]模具62的横截面控制通过拉挤工艺形成的板条132的横截面。如图11中可以看到的，模具62包括模制板条132的相应下表面134和上表面136的下模制表面64和上模制表面66 ο下模制表面64设置有沟槽形成特征，该沟槽形成特征采取从下模制表面64向内突出的突起68的形式。当碳纤维60被拉过模具62时，突起68形成位于主板条132的下表面134中的沟槽154。沟槽154的形状由突起68的形状决定;在这种情况下，突起68并因此沟槽154为矩形的横截面。将碳纤维60连续拉挤穿过模具62以形成板条132，这在图12中孤立地示出。
[0084]在制造工艺的第二阶段中，渐缩端部表面44形成在板条132的端部区域40、42处，以形成翼梁帽30的结构元件32。
[0085]为了使渐缩端部表面44成形，在板条的每个端部处将研磨滚筒施加到板条132的上表面136 ο使滚筒旋转以从板条132去除材料。随着滚筒的旋转，它将横跨板条132的端部区域40来回移动。可以控制滚筒的移动，以根据需要使渐缩端部表面44成形，在这种情况下形成抛物线。
[0086]当从板条32的端部区域40去除材料时，下表面34中的沟槽54被暴露在上表面36的渐缩端部表面44中。以这种方式暴露沟槽54会在渐缩端部区域40中形成沟槽开口或槽缝50 ο
[0087]将了解的是，槽缝50的长度L(参见图5)取决于上表面36的渐缩端部表面44的形状和沟槽54的深度d(参见图8b)。槽缝50的长度可以因此通过改变拉挤模具62的沟槽形成特征68(参见图11)的大小来控制，或者通过改变渐缩端部表面44的形状来控制。例如，更深的沟槽54和/或渐缩端部表面44的更浅弯曲将造成槽缝50更长。
[0088]一旦渐缩端部表面44已经形成在第一端部区域40中，使用相同的研磨方法从板条的第二端部区域42去除材料，以在第二端部区域42中形成渐缩端部表面44，从而暴露沟槽54并且在板条32的第二端部43处形成槽缝50。
[0089]然后，板条32准备好使用已经描述的方法整合到翼梁帽30中，形成风轮机叶片的一部分。
[0090]槽缝50还提供了板条32的渐缩端部区域40、42的方便的质量视觉指示。因为渐缩端部表面44的形状支配槽缝50的长度，所以槽缝50的长度可以很快用肉眼检查完，或者根据需要准确地测量，以确认渐缩端部表面44的形状是正确的。如果槽缝50太短，则表明渐缩端部表面44渐缩得太陡，或者板条32的端部已折断，并且板条32可以丢弃并更换新的板条32，或者进行机加工以获得期望的形状。这是本发明的特定优点，因为以另外的方式检查渐缩端部40、42的质量涉及进行许多测量并且是相对耗时的。
[0091]现在将参照图13至图18描述根据本发明的第二实施方式的板条232，其中沟槽254设置在板条232的上表面236中，而非板条232的下主表面234。
[0092]图13和图14图示了整合根据本发明的第二实施方式的多个板条的翼梁帽230。翼梁帽230具有与图3的翼梁帽30基本相同的形式，由多个堆叠的板条232构成，于是将不作进一步详细的描述以避免重复。
[0093]每个板条232具有与图5中图示的板条32大致相同的形式。特别是，上表面234和下表面236、上表面234的渐缩端部244以及横向边缘246的配置基本上相同，并且将不再次详细地描述以避免重复。
[0094]如图15中示出的，根据第二实施方式的板条232包括位于上表面236的渐缩端部表面244中的多个相互相邻的纵向沟槽254。沟槽254沿着渐缩端部表面244从脊部248延伸到横向边缘246。鉴于朝向板条232的横向边缘246的渐缩厚度，沟槽254在横向边缘246处变为大致V形槽缝250 ο沟槽254并因此槽缝250被相互间隔开，使得指部252被限定在槽缝250之间。沟槽254还设置在渐缩端部表面244的外边缘处，以在端部区域240中限定位于板条232的边缘上的斜面253。
[0095]现在参照图17a和图17b，垂直于纵向轴线L的每个沟槽254的横截面基本上成形为梯形。沟槽254具有平坦基表面255和两个侧壁257。侧壁257均向内倾斜，从沟槽254的嘴部移向沟槽254的基表面255。在沟槽254的嘴部处，每个沟槽254的宽度(由图17b尺寸w’指出)在该实例中大约为2mm。在沟槽254的基部255处，每个沟槽254的宽度(由图17b的尺寸w”指出)在该实例中大约为0.2mm。每个沟槽254的深度(通过嘴部和基表面255之间的垂直距离测量并且由图17b的尺寸d ’指出)在该实例中大约为0.7mm。沟槽254相互间隔开间距距离s’，间距距离s’在该实例中大约为33mm。如图17a中示出的，间距距离s是相邻沟槽254的对应点之间的距离，例如相应沟槽254的中点之间的距离。
[0096]如关于第一实施方式提到的，沟槽254的形状控制对应槽缝250的形状。当板条232的厚度变得小于沟槽254的深度时，槽缝250出现在下表面234中。现在参照图18，由于沟槽254的渐缩壁257，槽缝250的宽度改变。在板条232的边缘246处，槽缝250最宽，并且宽度等于沟槽254的嘴部的宽度W’。槽缝250的宽度随着槽缝50延伸到渐缩端部表面244中而减小，直到槽缝的宽度等于沟槽254的基部255的宽度w”时终止。以这种方式，槽缝250—般为V形。
[0097]板条232使用已经在上文参照第一实施方式描述的树脂灌注工艺整合到翼梁帽230中，于是将不在此描述以避免重复。
[0098]当根据第二实施方式的板条232整合到翼梁帽230中时，槽缝250以与第一实施方式的板条30的槽缝50相同的方式充当裂纹停止器。沟槽254和斜面253还在树脂灌注工艺期间充当树脂的流动路径，促使树脂进入板条232之间的界面区238(参见图14)。
[0099]现在将参照图19描述使用两阶段制造工艺制成的第二实施方式的板条232。
[0100]在第一阶段中，包括由纤维材料制成的连续细长板条的板条332通过拉挤工艺形成。板条332通过标准拉挤工艺制成，并且如此并不包括位于其任一表面334、336上的沟槽。
[0101]在制造工艺的第二阶段中，使用已经描述的研磨方法在板条232的端部区域240、242处形成渐缩端部表面244。然而，在该实施方式中，图19中图示的研磨滚筒60被配置为在形成渐缩端部表面244时形成板条232中的沟槽254。
[0102]如图19中看到的，滚筒60具有承载沟槽形成特征(采取圆周脊部64的形式)的外表面62。在图19中，出于说明目的，脊部64的大小已被夸大。脊部64从滚筒的表面62突出。脊部64的横截面对应于沟槽54的横截面。每个脊部64均因此包括基壁65和两个倾斜侧壁67，基壁65的宽度w”等于沟槽254的基表面255的宽度W”。在侧壁67汇合外表面62的地方，脊部64具有宽度w’，宽度w’等于图17b中示出的沟槽254的嘴部的宽度w’。脊部64的高度等于沟槽254的深度d。
[0103]随着滚筒60旋转，脊部64磨出板条232的上表面236的渐缩端部244中的沟槽54。在板条32的边缘246附近，例如图18中图示的，板条232的厚度小于脊部64的高度。沟槽形成特征64因此研磨穿过板条232的厚度以形成槽缝250。远离板条232的边缘246，例如图17a中图示的，板条232的厚度大于脊部64的高度。脊部64因此不会研磨穿过该区域中的板条232的整个厚度，在渐缩端部表面244的该区域不存在槽缝250。
[0104]以这种方式，在形成板条的渐缩端部表面244的同时，滚筒60的沟槽形成特征64形成板条232中的沟槽254和槽缝250。
[0105]将了解的是，第一实施方式和第二实施方式可以组合，使得沟槽54、254设置在下表面34和上表面236的渐缩端部表面244两者之中。实现这个的一种方式是采用研磨滚筒60，其具有相对于第二实施方式描述的圆周脊部64，以使相对于第一实施方式描述的拉挤成型板条32的端部渐缩，S卩:使沟槽54形成在板条32的下侧。
[0106]虽然在描述的实施方式中沟槽为大致矩形或梯形横截面，但是将了解的是，沟槽可具有任何其它合适形状的横截面。例如，如图20中图示的，沟槽454的角部70可圆角化，或者沟槽554可具有限定曲率的横截面。这使沟槽454、554的角部70变钝，防止角部70充当裂纹引发器。
[0107]沟槽可具有任何合适的尺寸，特别是可介于大约2mm到1mm宽之间并且介于大约
0.3mm到1.5mm深之间。可设置任何合适数目的沟槽，并且沟槽之间的间距可以是任何合适的间距。例如，可设置两个到十个之间的沟槽，并且沟槽之间的间距可介于大约20mm到50mm之间。将了解的是，板条的端部可具有对应数目的指部。
[0108]渐缩端部表面不需要被弯曲，但可具有任何其它合适的形状，只要该形状被配置成便于相邻的板条之间的应力传递。例如，如图21中示出，渐缩端部表面644可以是平坦的，以在板条632的边缘646和脊部648之间线性延伸。
[0109]通过拉挤工艺形成板条的制造工艺的第一阶段以及形成渐缩端部表面的制造工艺的第二阶段可在分离的制造设施中发生，并且拉挤成型板条可在用于不同制造阶段的设施之间进行传送。另选地，各制造阶段可发生在同一设施中。
[0110]虽然制出上述翼梁帽的方法涉及在风轮机叶片模具中堆叠板条，但是将了解的是，堆叠可另选地在整合到风轮机叶片铺叠件中之前与风轮机叶片的其余部分分开形成(例如，在分离的模具中)。
[0111]本发明因此不限于上述的示例性实施方式，并且许多其它变型或修改将对技术人员是明显的，而不脱离由随附权利要求书限定的本发明的范围。
【主权项】
1.一种用于风轮机叶片的纵向增强结构的纤维增强聚合材料板条，所述板条具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一横向边缘和第二横向边缘之间沿纵向延伸，其中所述板条的端部区域的厚度朝向所述第一横向边缘渐缩，并且其中一个或多个槽缝被限定在渐缩端部区域中，所述或每个槽缝从所述板条的所述第一横向边缘沿纵向延伸到所述渐缩端部区域中。2.根据权利要求1所述的板条，其中，所述板条的所述第一横向边缘由被所述或每个槽缝相互间隔开的多个指部限定。3.根据权利要求1或2所述的板条，其中，所述板条包括沿着所述第一横向边缘相互间隔开的多个槽缝。4.根据前述权利要求中的任一项所述的板条，所述板条进一步包括限定在所述板条的上表面和/或下表面中的一个或多个纵向延伸的沟槽。5.根据权利要求4所述的板条，其中，所述或每个槽缝被限定在相应沟槽的端部处。6.根据权利要求4或5所述的板条，其中，所述板条的与所述第一横向边缘相邻的厚度小于所述或每个沟槽的深度，使得所述或每个沟槽限定相应的槽缝。7.根据权利要求4至6中的任一项所述的板条，其中，所述或每个沟槽基本上沿着所述板条的整个长度延伸。8.根据权利要求4至7中的任一项所述的板条，其中，所述或每个沟槽是模制的沟槽。9.根据权利要求4至7中的任一项所述的板条，其中，所述或每个沟槽通过从所述板条去除材料而形成。10.根据权利要求4至9中的任一项所述的板条，其中，所述或每个沟槽被限定在所述板条的下表面中。11.根据前述权利要求中的任一项所述的板条，其中，所述板条的所述渐缩端部区域由所述上表面的渐缩端部限定。12.根据权利要求11所述的板条，其中，所述上表面的所述渐缩端部是弯曲的。13.根据权利要求11或12所述的板条，其中，所述上表面的所述渐缩端部通过从所述板条去除材料而形成。14.根据当从属于权利要求4至1中的任一项时的权利要求11至13中的任一项所述的板条，其中，所述或每个沟槽被限定在所述上表面的所述渐缩端部中。15.根据前述权利要求中的任一项所述的板条，其中，所述或每个槽缝延伸到所述板条的所述渐缩端部区域中的路程的大约5%到大约40%之间。16.根据前述权利要求中的任一项所述的板条，其中，所述板条的第二端部区域朝向所述第二横向边缘渐缩，并且其中一个或多个槽缝被限定在所述第二端部区域中。17.—种包括根据前述权利要求中的任一项的板条的用于风轮机叶片的细长增强结构。18.根据权利要求17所述的细长增强结构，其中，所述或每个槽缝至少部分地填充有聚合材料。19.根据权利要求17或18所述的细长增强结构，所述细长增强结构包括上下堆叠的多个根据权利要求1至16中的任一项的板条。20.根据权利要求17至19中的任一项所述的细长增强结构，其中，所述细长增强结构是风轮机叶片的翼梁帽。21.一种包括权利要求17至20中的任一项的细长增强结构的风轮机叶片。22.—种包括权利要求21的风轮机叶片的风轮机。23.—种包括根据权利要求22的风轮机的风电场。24.—种制造用于风轮机叶片的细长增强结构的方法，所述方法包括: (a)提供多个根据权利要求1至16中的任一项的板条； (b)堆叠所述板条，使得每个板条的上表面或下表面抵接堆叠中的相邻的板条的下表面或上表面，以在相邻的板条之间限定界面区； (c)为堆叠后的板条供应树脂并且致使树脂渗透到相邻的板条之间的所述界面区中并渗透到所述或每个槽缝中；以及 (d)使树脂固化以将所述板条结合到一起。25.根据权利要求24所述的方法，其中，步骤(b)包括:在模制工具中堆叠多个板条。26.根据权利要求24或25所述的方法，所述方法包括:视觉检验所述板条的所述或每个槽缝的长度，并且如果所述槽缝的长度低于阈值长度，则用不同的板条更换所述板条，或者机加工所述板条的渐缩端部。27.—种根据权利要求24至26中的任一项的方法制出的用于风轮机叶片的细长增强结构。28.—种制造用于风轮机叶片的细长增强结构的板条的方法，所述方法包括: (a)提供纤维增强聚合材料的细长板条，所述板条具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一横向边缘和第二横向边缘之间沿纵向延伸； (b)成形所述板条的端部区域以形成所述板条的朝向所述板条的横向边缘厚度渐缩的渐缩端部区域;以及 (c)在所述板条中形成从所述板条的所述横向边缘沿纵向延伸到所述渐缩端部区域中的至少一个槽缝。29.根据权利要求28所述的方法，其中，步骤(b)和(c)同时发生。30.根据权利要求28或29所述的方法，其中，步骤(a)包括:通过拉挤工艺形成所述板条，其中增强纤维被拉动通过拉挤模具。31.根据权利要求28至30中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括:在所述板条的上表面和/或下表面中形成一个或多个纵向延伸的沟槽，所述沟槽沿着所述板条的所述渐缩端部区域的至少一部分延伸。32.根据从属于权利要求30时的权利要求31所述的方法，其中，所述拉挤模具包括布置成作为所述拉挤工艺的一部分在所述板条中形成所述沟槽的特征。33.根据权利要求31或32所述的方法，其中，步骤(c)包括:通过成形所述板条的所述端部区域而形成所述至少一个槽缝，使得所述板条在所述横向边缘处的厚度小于所述沟槽的深度。34.根据权利要求31至33中的任一项所述的方法，所述方法包括:通过从所述板条去除材料而形成所述沟槽。35.根据权利要求28至34中的任一项所述的方法，其中，步骤(b)包括:从所述板条去除材料以形成所述渐缩端部区域。36.根据权利要求35所述的方法，所述方法进一步包括:在形成所述渐缩端部区域的同时形成所述沟槽。37.根据权利要求36所述的方法，所述方法包括:使用研磨滚筒使所述板条的所述端部区域渐缩，在所述滚筒的外表面上限定有沟槽形成特征。38.一种制造风轮机叶片的方法，所述方法包括: (a)提供多个根据权利要求1至16中的任一项的板条或者通过根据权利要求28至37中的任一项的方法制成的板条； (b)在叶片模具中将所述板条与其它叶片部件堆叠，使得每个板条的上表面或下表面抵接堆叠中的相邻的板条的下表面或上表面，以在相邻的板条之间限定界面区；以及 (c)通过以下手段将堆叠后的板条与其它叶片部件整合以形成叶片: i)为堆叠后的板条和其它叶片部件供应树脂； ii)致使树脂渗透到相邻的板条之间的所述界面区及其它叶片部件中；以及 i i i)使树脂固化以将所述板条结合到一起。
【文档编号】F03D1/06GK105899803SQ201480073086
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年11月14日
【发明人】J·史密斯, A·吉尔, M·汉考克
【申请人】维斯塔斯风力系统有限公司