制造风力涡轮机叶片的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于制造风力涡轮机叶片的方法，特别地涉及一种用于确保风力涡轮机叶片的构件之间具有充分粘合剂粘结的制造方法。
【背景技术】
[0002]现代实用等级的风力涡轮机使用具有相对大尺寸的风力涡轮机叶片，经常是长度超过40米的风力涡轮机叶片。这些叶片大多利用纤维复合材料制造，上述纤维复合材料包括保持在固化树脂内的纤维，例如玻璃纤维、碳纤维。在构造这些叶片时，一个常用的制造方法是在多个单独的模具中模制风力涡轮机叶片的多个单独部分或壳体，之后将不同部分或壳体组装在一起以形成完整的风力涡轮机叶片。
[0003]经常将这些叶片部分组装成具有延伸于相对叶片部分之间的内部梁(spar)元件，例如梁箱或抗剪腹板，梁元件为风力涡轮机叶片结构提供剪切强度和加强。
[0004]参见图1，提供了叶片壳体或部分110的一部分与内部梁元件之间的接合的横截面图，在此情况下下为I型抗剪腹板112。I型腹板112包括接合表面114，接合表面114设置为粘结到在叶片壳体110上设置的对应结合表面116。在接合表面114上提供树脂或粘合剂118的一部分，抵靠着叶片壳体110的表面116施加I型腹板112，以使粘合剂118在两个表面114、116之间扩展，以将抗剪腹板112粘结到叶片壳体110。
[0005]然而，这种方法可经常在叶片操作过程中出现后续问题。参见图2，示出在粘合剂118固化成I型腹板112和叶片壳体110之间的粘合剂粘结层120之后、图1的系统的一示例。在第一方面，粘结层120是后续叶片失效最可能发生的位置之一，这是由于以122标出的在粘合剂粘结层120与叶片壳体之间的界面处裂纹形成的可能性逐渐增加。
[0006]在图1中所用方法的另一缺点是难于保证粘合剂118会在接合表面114、116之间均匀扩展。这可能是初始将粘合剂不均匀地施加于第一接合表面114和/或以一倾角朝第二接合表面116压紧第一接合表面所造成压紧压力的不均匀分布。
[0007]在图2所示的示例中，粘合剂118未在接合表面114、116之间完全扩展开，导致形成了未延伸至位于接合表面114、116之间的空间的全部范围的粘合剂粘结层120，这由在接合表面114、116之间限定的空置空间124标示。结果，接合表面114、116之间粘合剂粘结的强度降低，这可引起叶片部件110、112的粘结失效。
[0008]为了避免这种失效，叶片设计者经常采用下述方法中的至少一种。首先，可施加大大超过充满接合表面114、116之间的空间所需的量的粘合剂118，以希望这种过量会确保接合表面114、116之间的区域充满粘合剂。然而，这种方法导致在叶片制造过程中粘合剂的浪费使用。另外，在接合表面114、116之间区域的外面固化的任何过量粘合剂经常在固化之后的一段时间脱离，从而导致松散的碎肩留在风力涡轮机叶片的内部内。最后，这种过量粘合剂的使用也不能完全保证接合表面114、116之间的区域将会充满粘合剂，因为例如当接合到叶片壳体110时施加于I型腹板112的压力方向等另外的因素可仍然造成粘合剂在接合表面114、116之间的不均匀施加。
[0009]第二种方法是将叶片部件一一特别是诸如I型腹板112的梁元件一一设计为尺寸过大的，使得在粘合剂层120未延伸至接合表面114、116之间区域的整个范围的情况下，也不显著损害风力涡轮机叶片的结构完整性。然而，这种尺寸过大的方法会造成对资源的低效使用、以及风力涡轮机叶片的成本和重量增加。
[0010]最后，风力涡轮机叶片的制造厂商可决定在粘合剂118固化之后对接合表面114、116之间的粘合剂层120进行检测，以确保部件110、112之间充分粘结。在不完全粘结的情况下，可通过将另外的粘合剂施加于受影响区域来执行后续的修补操作。然而，这种方法可相对成本较高且花费时间，特别是它必需在封闭的风力涡轮机结构上实施时，其中必须从叶片外部实施检测和后续的修补操作，例如利用超声波检测来识别粘合剂粘结层120的尺寸，以及从叶片的外部向内部泵送另外的树脂或粘合剂以提供充分的粘结。
[0011]美国专利申请公布文献N0.US 2012/0114497揭示了利用施加于风力涡轮机叶片的构件之间的接合表面的树脂阻隔层，以限定叶片构件之间的腔室。然后，可将树脂泵送进所述腔室内，以确保粘合剂完全充满限定于这些构件之间的腔室。然而，这种方法在叶片制造过程中，在精确放置树脂阻隔装置(barrier)以及后续将粘合剂泵送到限定的腔室内的方面，需要相当多的另外的准备工作，由此增加了制造过程的复杂性并且延长了制造时间。此外，这种系统并不解决叶片构件之间的粘合剂接合部界面处的粘结失效问题。
[0012]因此，本发明的目的是提供一种制造风力涡轮机叶片的方法，特别是一种接合两个风力涡轮机叶片部件的方法，与现有技术系统相比，其提供部件之间的提高的可靠性粘结，以及相对简单的实现方法。
【发明内容】
[0013]因此，提供一种制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括如下步骤:
提供具有第一接合表面的第一构件；
提供具有第二接合表面的第二构件；
在所述第一构件的所述第一接合表面的第一侧处提供至少一个粘合剂阻隔器轨道； 在所述第一接合表面和所述第二接合表面之间提供一定量的可流动粘合剂；
将所述第一构件和所述第二构件压紧到一起，以使所述一定量的可流动粘合剂扩展从而形成所述第一接合表面和所述第二接合表面之间的粘合剂层；以及固化所述粘合剂层以将所述第一构件粘结到所述第二构件，
其中，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道由相对柔性的材料形成，使得在所述压紧的步骤过程中，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道设置为偏斜以允许过量的可流动粘合剂被挤压通过所述至少一个粘合剂阻隔器轨道。
[0014]优选地，执行所述压紧的步骤，直到一些过量的可流动粘合剂被挤压通过所述至少一个粘合剂阻隔器轨道为止，以指示所述可流动粘合剂大致充满在所述第一侧处的所述第一接合表面和所述第二接合表面之间的空间。
[0015]在部件被压紧到一起时，当过量粘合剂被挤压到粘合剂阻隔器轨道之外时，操作者可推知这些部件之间的粘结区域充满了粘合剂，至少对于过量粘合剂已挤压超出轨道之外的邻近部分而言如此。因此，这提供了清楚指示，即足量粘合剂已被施加到这些部件之间的接合区域，使得一直到轨道的区域充满了粘合剂。可以理解，可选择轨道的硬度或弹性，使得轨道阻止过量粘合剂通过到达轨道之外、直到轨道后面的区域已经充满粘合剂为止，由此消除了上述表面之间的粘合剂层内的间隙或气穴。
[0016]优选地，所述方法包括如下步骤:
在所述第一接合表面的第一侧处提供第一粘合剂阻隔器轨道；以及在所述第一接合表面的对置的第二侧处提供第二粘合剂阻隔器轨道，
使得在所述压紧的步骤之后，由所述第一接合表面和所述第二接合表面与所述第一粘合剂阻隔器轨道和所述第二粘合剂阻隔器轨道限定粘合剂通道。
[0017]具有限定通道的第一轨道和第二轨道，表示可容易地限定这些构件之间的整个粘结区域。可以理解，所述第一轨道或第二轨道中的一个可由比所述第一轨道或第二轨道中的另一个更具弹性或更硬的材料形成，使得过量粘合剂(至少在初始时)仅被挤压到所述轨道中的一个的外面。
[0018]优选地，所述第二粘合剂阻隔器轨道由相对柔性的材料形成，以及其中，执行所述压紧的步骤，直到一些过量的可流动粘合剂被挤压通过所述第一粘合剂阻隔器轨道和所述第二粘合剂阻隔器轨道为止，从而指示所述可流动粘合剂大致充满所述第一构件和所述第二构件之间的所述粘合剂通道。
[0019]优选地，所述的提供一定量的粘合剂的步骤包括:选择待施加的一定量的粘合剂，使得在所述压紧的步骤之后，所述粘合剂层将大致充满所述粘合剂通道。
[0020]优选地，所述选择的步骤包括:选择与由所述粘合剂通道包围的体积每单位长度相比具有更大的体积每单位长度的一定量的粘合剂，使得在所述压紧的步骤之后，所述粘合剂通道由粘合剂充满。
[0021]优选地，所述选择的步骤包括:选择为所述粘合剂通道的体积每单位长度的至少105%的一定量的粘合剂，进一步优选地为所述粘合剂通道的体积每单位长度的至少110%的一定量的粘合剂。这种值确保了粘合剂通道将充满有粘合剂，且使得被挤压到粘合剂轨道外的过量粘合剂的浪费最少。
[0022]优选地，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道设置为与所述第二构件的第二接合表面成非正交的角，使得所述粘合剂层包括位于所述第一接合表面的所述第一侧处的大致锥形(tapering)轮廓。
[0023]优选地，所述方法包括如下步骤:为所述至少一个粘合剂阻隔器轨道提供设置在所述至少一个粘合剂阻隔器轨道的第二自由端处的保持凸缘，所述保持凸缘设置为保持被挤压通过所述至少一个粘合剂阻隔器轨道的所述第二自由端的任何过量粘合剂。
[0024]保持凸缘可具有弯曲轮廓，或可包括平坦的凸缘突出部。
[0025]优选地，所述第一构件设置为风力涡轮机叶片的梁元件的至少一部分，优选地为I型腹板，可选地为C型腹板、梁元件。
[0026]一方面，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道附接到风力涡轮机叶片的梁元件的所述至少一部分。轨道可利用粘合剂或机械附接方式附接，机械附接方式譬如为卡合配合、螺栓连接、铆接等。
[0027]在另一方面，在所述固化的步骤之后，移除所述至少一个粘合剂阻隔器轨道。这可容许在制造过程中重新利用上述轨道。可以理解，为了该目的，轨道可设置有释放(release)衬层或合适的释放底层涂料。
[0028]可选地，可以理解，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道可留在原位。
[0029]在一替代的方面，所述至少一个粘合剂阻隔器轨道与