1.本公开涉及一种风力涡轮机叶片以及用于制造这种风力涡轮机叶片的方法。
背景技术：
2.风力被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且在这点上，风力涡轮机已赢得越来越多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和转子，该转子具有带有一个或多个风力涡轮机叶片的可旋转毂。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理来捕获风的动能。风力涡轮机叶片以旋转能量的形式传递动能，以便转动轴，该轴将风力涡轮机叶片耦接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则将风力涡轮机叶片直接耦接到发电机。然后，发电机将机械能转换为可以部署到公用电网的电能。
3.风力涡轮机叶片沿翼展方向的轴线从叶片根部穿过根部区域和翼型区域延伸到具有叶片末梢的末梢区域，并且一般包括通常使用模制工艺（诸如真空辅助的树脂传递模制）形成的吸力侧壳体和压力侧壳体，它们沿叶片的前缘和后缘在接合线处接合在一起。此外，压力壳体和吸力壳体相对轻量并且具有不构造成承受在操作期间施加在风力涡轮机叶片上的弯矩和其他载荷的结构特性（例如刚度、抗弯阻力和强度）。因此，为了增加风力涡轮机叶片的刚度、抗弯阻力和强度，通常使用衔接壳体半部的内部压力侧表面和吸力侧表面的一个或多个结构部件（例如，在其间构造有抗剪腹板的相对的翼梁帽）来增强本体壳体。常规的翼梁帽和/或抗剪腹板已经由玻璃纤维层压体复合材料和/或碳纤维层压体复合材料构造。
4.近来，翼梁帽或主层压体已经由拉挤成型的复合材料构造，该拉挤成型的复合材料比传统复合材料更坚固、具有更可靠的机械特性和/或更便宜。如本文中所用，术语“拉挤成型的复合材料”、“拉挤成型件”或类似术语通常定义为利用树脂灌注或浸渍并通过加热的固定冲模（stationary die）拉出以便使树脂固化或经历聚合的增强材料（例如纤维或织物的或编织的绳股）。这样，拉挤成型工艺的特征通常在于复合材料的连续工艺，该连续工艺生产具有恒定横截面的复合部件。通常，期望翼梁帽沿翼展方向的轴线的可变横截面在不同翼展方向的位置处适应不同的载荷环境。因此，可以将多个拉挤成型件一起灌注在模具中以形成主层压体。
5.然而，拉挤成型的复合材料的端可能创建局部应力集中的区域，由此使得部件分层。此外，未被更改的端可能导致真空袋桥接问题，其可能导致产生零件中的缺陷。因此，通常使拉挤成型件的端成锥形（taper），以便提供具有终止于锥形末梢中的锥形端面的拉挤成型件端，该锥形末梢具有的厚度显著小于主体成形（bulk formed）的厚度。单独拉挤成型件的这种厚度锥形也称为“拉挤成型件倒角”。
6.每个拉挤成型件的锥形末梢非常易碎且脆弱。这使拉挤成型件的处理复杂。如果拉挤成型件的锥形末梢在处理期间碰撞一些外物，则锥形末梢可能折断。这是非常关键的，因为需要锥形末梢的特定（并且非常低）的端台阶厚度（end step thickness）来确保良好的载荷传递，并且如果不是不可能的话，也难以修复断裂的锥形末梢。
技术实现要素：
7.在此背景下，可以将提供一种风力涡轮机叶片以及用于制造这种风力涡轮机叶片的方法视为本公开的目的，该风力涡轮机叶片具有在处理期间在拉挤成型件和叶片的其余部件之间改进的载荷传递和/或断裂拉挤成型件的锥形末梢的降低的风险。
8.如下面所描述的，通过本公开的方面可以满足这些目的中的一个或多个。
9.本公开的第一方面涉及一种用于制造风力涡轮机叶片的方法，所述风力涡轮机叶片沿翼展方向的轴线从叶片根部穿过根部区域和翼型区域延伸到具有叶片末梢的末梢区域，所述风力涡轮机叶片包括压力侧、吸力侧和在前缘和后缘之间延伸的翼弦线，所述风力涡轮机叶片包括提供所述风力涡轮机叶片的空气动力学形状的壳体和形成所述风力涡轮机叶片的承载结构的主层压体，所述方法包括以下步骤：-提供一个或多个单独的拉挤成型件，所述拉挤成型件包括第一锥形端，所述第一锥形端具有终止于锥形末梢中的锥形端面，所述锥形末梢可选地具有0.0mm至0.5mm范围内的端台阶厚度，以及-在第一组装站处将一个或多个拉挤成型件布置在第一组装表面上的至少包括底层的一层或多个堆叠层中，以提供在拉挤成型件根部端与拉挤成型件末梢端之间在纵向方向上延伸的拉挤成型件布置（pultrusion arrangement），其中一个或多个拉挤成型件的第一锥形端形成拉挤成型件布置的拉挤成型件根部端或拉挤成型件末梢端。
10.一个或多个单独的拉挤成型件可以各自由一个或多个纤维或纤维束（优选地碳纤维）在拉挤成型工艺中经由第一树脂材料在拉挤成型件模具中固化在一起而制成。
11.一个或多个单独的拉挤成型件可各自在长度方向、宽度方向和厚度方向上延伸。一个或多个单独的拉挤成型件可以是一个或多个单独的拉挤成型的板（planks）。
12.附加地或替代地，可以提供多个单独的拉挤成型件，并且至少两个底部拉挤成型件可以在第一组装表面上在纵向方向上单向且并排地布置在底层中。
13.附加地或可替代地，可以提供多个单独的拉挤成型件并将其布置在多个层中，所述多个层包括底层、顶层以及可选地布置在顶层和底层之间的一个或多个中间层。
14.附加地或可替代地，该方法可以包括以下步骤：-利用可选地由泡沫材料制成的端帽覆盖每个拉挤成型件的第一锥形端。
15.这样的端帽可以保护拉挤成型件的易碎的锥形末梢。
16.附加地或可替代地，端帽可以包括：底部件，其保护第一锥形端的底侧；以及顶部件，其保护第一锥形端的锥形端面。
17.附加地或可替代地，该方法可以包括以下步骤：-当一个或多个拉挤成型件在第一组装表面上时，从一个或多个拉挤成型件的第一锥形端移除端帽。
18.附加地或可替代地，第一组装表面可以形成托盘的部分，并且在第一组装站处将一个或多个拉挤成型件布置在第一组装表面上的至少包括底层的一个或多个堆叠层中的步骤可以包括：-在第一组装站处将在至少包括底层的一层或多个堆叠层中的一个或多个拉挤成型件布置到托盘上，以提供在拉挤成型件根部端与拉挤成型件末梢端之间在纵向方向上延伸的拉挤成型件布置，其中一个或多个拉挤成型件的锥形端由托盘的第一组装表面支撑在
与托盘的端相距一定距离处。
19.通过将一个或多个拉挤成型件布置在托盘上，可以保护（一个或多个）易碎的锥形末梢，因为托盘可用于在组装站之间转移一个或多个拉挤成型件。
20.附加地或可替代地，托盘可包括两个壁，该两个壁沿一个或多个拉挤成型件的长度在拉挤成型件布置的每侧上从第一组装表面突出，以便将拉挤成型件布置保持在托盘上。
21.托盘壁可以防止拉挤成型件从托盘滑落，并且因此防止冒损坏易碎的锥形末梢的风险。
22.附加地或可替代地，该方法可以进一步包括以下步骤：-在第二组装站处将拉挤成型件布置（可选地包括碳纤维）放置到主层压体模具的主层压体模具表面上，-在主层压体模具中利用第二树脂材料灌注拉挤成型件布置，该第二树脂材料可选地为乙烯基酯树脂、环氧树脂、聚氨酯树脂和/或甲基丙烯酸甲酯树脂，以及-经由第二树脂材料将拉挤成型件布置固化在一起以提供主层压体。
23.第二组装站可以位于与第一组装站分开的位置处，可选地在同一工厂内。该方法可以包括将拉挤成型件布置从第一组装站转移到第二组装站。
24.附加地或可替代地，该方法可以包括以下步骤：-利用一个或多个保护纤维层的第一部分至少覆盖底层中的一个或多个拉挤成型件的第一锥形端的锥形端面的一部分和锥形末梢，使得一个或多个保护纤维形成拉挤成型件布置的部分。
25.附加地，一个或多个保护纤维层的第一部分可以覆盖底层中一个或多个拉挤成型件的第一锥形端的整个锥形端面。
26.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层可以覆盖拉挤成型件布置的整个拉挤成型件根部端和/或拉挤成型件布置的整个拉挤成型件末梢端。
27.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层的第一部分可以完全包围拉挤成型件布置。第一部分可以覆盖拉挤成型件布置的顶侧、底侧以及第一端和第二端。可替代地，一个或多个保护纤维层可以不覆盖拉挤成型件布置的顶侧。
28.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层的第二部分可以从底层中的一个或多个拉挤成型件的第一锥形端的锥形末梢延伸远离底层中的一个或多个拉挤成型件的第一锥形端。
29.附加地，拉挤成型件布置和一个或多个保护纤维层的至少第一部分可以在主层压体模具中利用第二树脂材料灌注，并且拉挤成型件布置和一个或多个保护纤维层可以经由第二树脂材料固化在一起以提供与一个或多个保护纤维层集成的主层压体。
30.附加地或可替代地，利用一个或多个保护纤维层的第一部分至少覆盖一个或多个拉挤成型件的第一锥形端的锥形端面的一部分和末梢的步骤可以包括：-将树脂阻挡件定位在一个或多个保护纤维层的第一部分与一个或多个保护纤维层的第二部分之间，并且其中树脂阻挡件在利用第二树脂材料灌注期间防止第二树脂到达一个或多个保护纤维层的第二部分。
31.一个或多个保护纤维层的这种干燥部分可以提供柔性的优点，并且因此在与外物
接触时不易损坏。干燥部分还可以提供以下优点：在随后将主层压体包括到风力涡轮机叶片中时，由于该干燥部分可以连同风力涡轮机叶片的壳体被灌注和固化，因此能够实现牢固的接头。
32.附加地或可替代地，该方法可以进一步包括以下步骤：-在经由第二树脂将拉挤成型件布置固化在一起之后，可选地在第三组装站处切割一个或多个保护纤维层的第二部分的端，该端位于与第一锥形端的锥形末梢相距一定距离处。
33.切割保护纤维层的端可以允许丢弃保护纤维层的损坏端，同时仍然提供良好的接头和/或在期望的位置处锋利的切割线的提供可以确保在处理中的一些余地。
34.附加地或可替代地，该方法可以包括以下步骤：在固化或潜在地切割之后，将拉挤成型件布置的第一锥形端的锥形末梢研磨至0.0mm至0.5mm范围内的端台阶厚度。
35.附加地或可替代地，该方法可以进一步包括以下步骤：-在第三组装站处将拉挤成型件布置或主层压体放置到定位在叶片壳体模具的模具表面上的一个或多个壳体纤维层上，-利用第三树脂材料灌注拉挤成型件布置或主层压体以及一个或多个壳体纤维层，-经由第三树脂材料将拉挤成型件布置或主层压体以及一个或多个壳体纤维层固化在一起以提供风力涡轮机壳体部件，其中固化的拉挤成型件布置或主层压体形成风力涡轮机叶片部件的承载结构以及固化的壳体纤维层提供了风力涡轮机叶片部件的空气动力学形状。
36.附加地或替代地，固化的拉挤成型件布置或主层压体可以形成风力涡轮机壳体部件的翼梁帽。
37.附加地或可替代地，该方法可以进一步包括以下步骤：-在一个或多个壳体纤维层和拉挤成型件布置或主层压体上放置一个或多个内部纤维层，以在拉挤成型件布置的拉挤成型件根部端或主层压体处和/或在拉挤成型件布置的拉挤成型件末梢端处提供嵌接接头（scarf joint），其中利用第三树脂材料将一个或多个内部纤维层灌注并固化在一起以形成风力涡轮机壳体部件。
38.附加地，可以在一个或多个保护纤维层与一个或多个内部纤维层之间提供嵌接接头。
39.本公开的第二方面涉及一种风力涡轮机叶片，其沿翼展方向的轴线从叶片根部穿过根部区域和翼型区域延伸到具有叶片末梢的末梢区域，所述风力涡轮机叶片包括压力侧、吸力侧和在前缘和后缘之间延伸的翼弦线，所述风力涡轮机叶片包括形成所述风力涡轮机叶片的承载结构并在拉挤成型件根部端和末梢拉挤成型件端之间在纵向方向上延伸的主层压体，所述主层压体包括布置在一层或多个堆叠层中并且经由第二树脂材料固化在一起的一个或多个拉挤成型件，所述堆叠层包括至少底层，其中一个或多个拉挤成型件包括第一锥形端，所述第一锥形端具有终止于形成主层压体的拉挤成型件根部端的锥形末梢中的锥形端面，和/或一个或多个拉挤成型件包括第二锥形端，所述第二锥形端具有终止于形成主层压体的拉挤成型件末梢端的锥形末梢中的锥形端面，
其中至少锥形末梢和第一锥形端的锥形端面的一部分由一个或多个保护纤维层覆盖，所述一个或多个保护纤维层经由第二树脂材料与一个或多个拉挤成型件固化在一起。
40.附加地，风力涡轮机叶片可包括壳体，所述壳体提供风力涡轮机叶片的空气动力学形状并且包括一个或多个固化的壳体纤维层。
41.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层和一个或多个拉挤成型件可在拉挤成型件根部端处和/或在拉挤成型件末梢端处形成嵌接接头。
42.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层可以包括双轴纤维，优选地相对于纵向方向+/-45度布置。
43.可替代地，一个或多个保护纤维层的纤维可以是随机取向的。
44.附加地或可替代地，一个或多个保护纤维层可以包括玻璃纤维。
45.本公开的第三方面涉及一种通过根据第一方面的方法可获得的风力涡轮机叶片。
46.本领域技术人员将理解，本公开的以上方面中的任何一个或多个及其实施例可以与本公开的其他方面中的任何一个或多个及其实施例组合。
附图说明
47.下面将参照附图更详细地描述本发明的实施例。贯穿全文，相同的参考标号指代相同的元件。因此，可能不会相对于每个附图的描述来详细描述相同的元件。附图示出了实施本发明的一种方式，并且不应被解释为限制落入所附权利要求集合范围内的其他可能的实施例。另外，图示的实施例不必具有所示的所有方面或优点。结合特定实施例描述的方面或优点不必限于该实施例，并且即使未如此图示或未如此明确地描述，也可以在任何其他实施例中实践。
48.图1是图示示例性风力涡轮机的透视图的示意图，图2是图示示例性风力涡轮机叶片的透视图的示意图，图3是图示具有端帽的示例性拉挤成型件的透视图的示意图，图4是图示布置在托盘上的示例性拉挤成型件布置的透视图的示意图，图5是图示在主层压体模具中的示例性拉挤成型件布置的横截面视图的示意图，图6是图示具有保护纤维层的图5的示例性拉挤成型件布置的横截面视图的示意图，图7是图示叶片壳体模具中的示例性主层压体的透视图的示意图，以及图8是图示图7的示例性主层压体的横截面视图的示意图，并且在叶片壳体模具中具有保护纤维层。
具体实施方式
49.在下面的附图描述中，相同的参考标号指代相同的元件，并且因此可能不会相对于所有附图进行描述。
50.图1图示了根据所谓“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机2，带有塔架4、机舱6和带有基本水平的转子轴的转子，该转子轴可以包括几度（a few degrees）的倾斜角。转子包括毂8和从毂8径向地延伸的三个叶片10，三个叶片10各自具有最接近毂的叶片根部16和
最远离毂8的叶片末梢14。
51.图2示出了示例性风力涡轮机叶片10的示意性视图。风力涡轮机叶片10具有带有根部端17和末梢端15的常规风力涡轮机叶片的形状，且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成轮廓或翼型区域34、以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括在叶片安装到毂8上时面对叶片10的旋转的方向的前缘18，以及面对前缘18的相对方向的后缘20。
52.翼型区域34(也称为成轮廓区域)具有关于产生升力的理想或几乎理想的叶片形状，而由于结构考虑，根部区域30具有基本圆形或椭圆形的横截面，其比如使得更容易且更安全地将叶片10安装到毂。根部区域30的直径(或翼弦)可为沿整个根部区域30恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓，其从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐地变为翼型区域34的翼型轮廓。过渡区域32的翼弦长度通常随离毂的增大的距离r而增大。翼型区域34具有翼型轮廓，其具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的翼弦。翼弦的宽度随离毂的增大的距离r而减小。
53.叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大翼弦长度的位置。肩部40通常设在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
54.应当注意的是，叶片的不同区段的翼弦一般并不位于共同的平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯)，因此向翼弦平面提供了对应地扭曲和/或弯曲的路线，这在为了补偿取决于离毂的半径的叶片的局部速度中是最常见的情况。
55.风力涡轮机叶片10包括叶片壳体，该叶片壳体包括两个叶片壳体部件或半壳体，第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件26，通常由纤维增强的聚合物制成。风力涡轮机叶片10可包括附加的壳体部件，诸如第三壳体部件和/或第四壳体部件。第一叶片壳体部件24通常是压力侧或逆风叶片壳体部件。第二叶片壳体部件26通常是吸力侧或顺风叶片壳体部件。第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件26利用诸如胶之类的粘合剂沿沿叶片10的后缘20和前缘18延伸的接合线或胶接头固定在一起。通常，叶片壳体部件24、26的拉挤成型件根部端具有半圆形或半椭圆形的外部横截面形状。叶片壳体部件24、26限定了风力涡轮机叶片的空气动力学形状，但是需要主层压体具有承载结构以支撑风力涡轮机叶片的重量。
56.在下文中描述了用于制造这种风力涡轮机叶片的方法。首先，提供以拉挤成型板的形式的多个单独的拉挤成型件60。每个拉挤成型件60包括在第一锥形端61和第二锥形端62之间延伸的顶面65和底面66。第一锥形端61具有终止于锥形末梢64中的锥形端面63，以及第二锥形端62具有类似于第一锥形端61的终止于锥形末梢64中的锥形端面63。拉挤成型件的端61、62在图5中以横截面最佳地看到。如图3中所示，每个拉挤成型件60的第一锥形端61设有弹性泡沫材料的v形端帽68，该端帽68覆盖锥形端面63和锥形末梢64。端帽68的顶部69a形成v形的一侧并且沿顶面65的一定距离延伸，并且端帽68的底部69b形成v形的另一侧并且沿底面66延伸一定距离。端帽68因此保护了易碎的锥形末梢64。
57.拉挤成型件60被转移到第一组装站70，第一组装站70包括托盘72，该托盘72包括矩形基部，该矩形基部具有矩形的第一组装表面71，该矩形的第一组装表面71由两个平行的开口托盘端和从该第一组装表面71的侧面突出的两个平行的托盘壁74限定边界。如图4中看到，拉挤成型件60并排布置在托盘72的第一组装表面71上的底层54中。然后，如图5中
最佳看到，由夹层67分开的拉挤成型件60的若干中间层55堆叠在底层54的顶部上，并且在厚度方向t上最后是顶层56，因此提供了在拉挤成型件根部端52和拉挤成型件末梢端53之间在纵向方向l上延伸的拉挤成型件布置51。拉挤成型件60由若干固定设备75固定，所述固定设备75包括放置在拉挤成型件60上的弹性块78、在托盘周围延伸并沿块78向下捆绑的带76、以及允许带76牢固收紧的收紧机构77。在将拉挤成型件60定位在第一组装表面71上的同时，将端帽68从第一锥形端61移除，使得每个拉挤成型件60的第一锥形端61由第一组装表面71支撑在与托盘72的端73相距一定距离处并在托盘壁74之间以到达图4中所示的布置。这允许拉挤成型件布置51牢固地固定在托盘上，因此保护每个拉挤成型件60的易碎的锥形末梢64，同时允许拉挤成型件布置51的处理。期望达到在0.0mm至0.5mm的范围内的锥形末梢64的非常薄的端台阶厚度。这可以通过为每个拉挤成型件提供这样的锥形末梢64或通过为它们提供较厚的末梢（然后将其研磨成期望的端台阶厚度）来实现。
58.然后将包括拉挤成型件布置51的托盘72提升到包括具有模具表面82的主层压体模具81的第二组装站80。然后，将拉挤成型件布置51转移到模具表面82上。然后，在主层压体模具81中利用包括乙烯基酯的第二树脂材料灌注拉挤成型件布置51，并且随后经由第二树脂材料固化在一起，以经由真空辅助的树脂传递模塑工艺提供主层压体。然后将主层压体50转移到第三组装站，如结合图7-8所述。
59.可替代地，在第二组装站80处并且如图6中最佳看到，将拉挤成型件布置51转移到模具表面82上的一个或多个保护碳纤维层57的第一部分58上，并且施加一个或多个保护碳纤维层57的第一部分58以覆盖包括两个锥形端61、62的锥形端面63和锥形末梢64的整个拉挤成型件根部端52和拉挤成型件末梢端53。一个或多个保护纤维层57包括相对于拉挤成型件布置51的纵向方向l+/-45度布置的双轴碳纤维。树脂阻挡件83（例如，通过在第二部分59中省略树脂分布层而提供的）被放置成使第一部分58与一个或多个保护纤维层57的第二部分59分开。第二部分59在与锥形末梢64相距一定的距离处延伸远离底层54中的拉挤成型件60的第一锥形端。然后经由真空辅助的树脂传递模塑工艺在主层压体模具81中利用包括乙烯基酯的第二树脂材料灌注拉挤成型件布置51和保护纤维层57，并且随后经由第二树脂材料固化在一起以提供与一个或多个保护纤维层57集成的主层压体。第二部分59可以切割成期望的长度。然后将主层压体50转移到第三组装站90，如结合图7-8所述。
60.如图7-8中最佳看到，具有用于模制风力涡轮机叶片壳体半部的模具表面92的叶片壳体模具91位于第三组装站90处。具有或不具有集成保护纤维层57的主层压体50被降低到定位在模具表面92上的一个或多个壳体玻璃纤维层95上。然后将一个或多个内部玻璃纤维层96放置在一个或多个壳体玻璃纤维层95和主层压体50上，以分别在拉挤成型件根部端52和拉挤成型件末梢端53处构造末梢嵌接接头97和根部嵌接接头98。然后经由真空辅助的树脂传递模塑工艺在叶片壳体模具91中利用包括聚酯的第三树脂材料灌注一个或多个玻璃壳体纤维层95和一个或多个内部玻璃纤维层96，并且随后经由第三树脂材料固化在一起以提供具有集成的翼梁帽的风力涡轮机叶片壳体半部，该翼梁帽包括主层压体50，以用于与另一半部结合以提供风力涡轮机叶片。
61.参考列表2风力涡轮机4塔架
6机舱8毂10叶片11根部叶片分段11a接头端12末梢叶片分段12a接头端13壳体14叶片末梢15末梢端16叶片根部17根部端18前缘20后缘24压力侧26吸力侧30根部区域32过渡区域34翼型区域40肩部50主层压体51拉挤成型件布置52拉挤成型件根部端53拉挤成型件末梢端54底层55中间层56顶层57保护纤维层58第一部分59第二部分60拉挤成型件61第一锥形端62第二锥形端63锥形端面64锥形末梢65顶面66底面67夹层68端帽
69a顶部69b底部70第一组装站71第一组装表面72托盘73托盘端74托盘壁75固定设备76带77带收紧机构78块80第二组装站81主层压体模具82模具表面83树脂阻挡件90第三组装站91叶片壳体模具92模具表面93根部端94末梢端95壳体纤维层96内部纤维层97末梢嵌接接头98根部嵌接接头s翼展方向的轴线c翼弦向方向l纵向方向t厚度方向