用于风力涡轮机叶片壳体的接合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于接合风力涡轮机叶片的部段、特别是用于接合风力涡轮机叶片壳体以形成风力涡轮机叶片的系统和方法。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机叶片一般由复合材料、特别是用树脂浸渍并固化以形成固体结构的玻璃和/或碳纤维材料制成。
[0003]风力涡轮机叶片制造的已知方法是形成分离的叶片壳体部段。通过将纤维材料层布置在适当成形的模具内，这些纤维材料层用后续固化的树脂浸渍，而形成这些壳体。然后，固体叶片壳体可粘合在一起以形成较大的风力涡轮机叶片结构。这些壳体传统上形成为风力涡轮机叶片的半部，例如对应于风力涡轮机叶片的迎风侧或压力侧的第一壳体以及对应于风力涡轮机叶片的背风侧或吸力侧的第二壳体。
[0004]壳体由通常沿着壳体的边缘施加于壳体之间的界面处的粘合剂接合，然后使其彼此接触并容许固化。在图5中示出了现有技术的叶片壳体之间结合的示例，其中粘合剂100沿着叶片的前边缘106位于上叶片壳体和下叶片壳体102、104的边缘之间。
[0005]为了改善壳体之间沿着这些粘合剂线的结合，可提供另外的粘合剂凸缘108作为壳体的部件，以将粘合剂保持在叶片壳体之间的结合区内。粘合剂凸缘108通常位于叶片内部上，可以作为叶片壳体102、104之一的部件，使得当这些壳体被置于一起时，粘合剂凸缘108位于壳体102、104的边缘之间的结合线的内侧上，以捕捉和收集可能在壳体边缘之间被挤压进叶片内部的任何过量的粘合剂110。
[000?] —旦这些壳体沿着结合区彼此粘接后，可需要另外的完成工序(finishingoperat1n)以提供叶片壳体之间的结合线区域内的光滑外表面。这些完成工序可包括结合线的外表面和/或结合线的覆层(0￥61']^111；[1^1:；[011)112的研磨或抛光，以提供适合空气动力学的外表面。
[0007]这些结合区内使用的粘合剂对最终叶片结构增加了相当大重量和成本。另外，由于基于纤维复合材料的叶片壳体与结合线内使用的粘合剂之间的材料成分以及相关硬度的不同，这些粘合剂的使用可导致在成品叶片内形成结构裂纹或缺陷。
[0008]本发明的目的是提供用于接合风力涡轮机叶片部段的系统和方法，其解决了上述问题，具体是在改善风力涡轮机叶片内的结合区的性能的同时，减少了风力涡轮机叶片的重量和对粘合剂的使用。
【发明内容】
[0009]因此，本发明提供了一种制造风力涡轮机叶片的至少部分的方法，其中，所述方法包括步骤:
提供具有第一边缘的第一叶片壳体，
提供具有第二边缘的第二叶片壳体，以及通过提供在所述第一边缘和所述第二边缘之间延伸的覆层，沿着所述第一边缘和所述第二边缘的至少部分将所述第一叶片壳体接合到所述第二叶片壳体。
[0010]所述覆层代替了在叶片壳体之间的边缘处的结构粘合剂的使用。结构粘合剂理解为可用于产生承载接合部的粘合剂。
[0011]优选地，所述覆层施加到所述第一边缘和所述第二边缘的外表面。使覆层位于叶片外表面上容许易于施加覆层以将叶片壳体紧固到一起。另外，在施加后所述覆层可被容易地检查到以确保已充分地施加覆层，并起到将叶片壳体接合到一起的作用。
[0012]所述覆层可以理解为纤维材料的基体和树脂。优选地，所述覆层由与叶片壳体的相同的材料形成。
[0013]可以理解，所述第一边缘和所述第二边缘的所述部分之间的接合基本上在无结构粘合剂的情况下形成。而且，所述接合通过利用树脂形成以将覆层紧固到叶片壳体。由于在所述第一边缘和所述第二边缘的所述部分之间基本上没有使用结构粘合剂，因此叶片壳体利用所述覆层接合。
[0014]优选地，沿着所述第一边缘和所述第二边缘的所述部分，叶片壳体是仅利用覆层接合的，其中沿着所述第一边缘和所述第二边缘的所述部分没有使用另外的粘合剂或胶粘剂。
[0015]因此，由于减少了对结构粘合剂接合部的需要，故风力涡轮机叶片的重量和成本可最小化。另外，所述覆层可选择成使得覆层材料具有与叶片壳体基本相似的材料和硬度性能，因而降低了由于不同材料或硬度性能而导致结构缺陷或裂纹的可能性。
[0016]优选地，所述第一和第二叶片壳体设置成其中在所述第一边缘和所述第二边缘之间的界面处限定有凹部，且其中，所述覆层至少部分地容纳在所述凹部内。
[0017]通过在叶片壳体内的凹部内提供覆层，由于覆层和相关的凹部的尺寸可设计为符合期望的翼型轮廓，因此可保持成品风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓。
[0018]本发明进一步提供了一种制造风力涡轮机叶片的至少部分的方法，其中所述方法包括步骤:
提供第一叶片壳体，所述第一叶片壳体具有沿着所述第一壳体的边缘的至少部分的第一锥形部段；
提供第二叶片壳体，所述第二叶片壳体具有沿着所述第二壳体的边缘的至少部分的第二锥形部段；
将所述第一和第二叶片壳体置于一起，使得所述第一锥形部段抵接所述第二锥形部段，以形成沿着所述第一和第二叶片壳体的边缘之间的边界定位的凹通道；以及将层压结构(laminate)施加到所述凹通道内以接合所述第一和第二叶片壳体。
[0019]由于所述凹部可由叶片壳体的锥形边缘形成，因此可在制造叶片壳体本身过程中，例如通过选择适当轮廓化的叶片模具，形成这种锥形。另外地或替代地，可通过切割或研磨叶片壳体的边缘提供这种锥形。通过锥形部段，可以理解，这种锥形可包括平滑式锥形(even tapering)或阶梯式锥形，且这种锥形可延伸穿过叶片壳体的整个厚度，或可穿过叶片壳体壁延伸至一定深度。
[0020]优选地，所述层压结构设置为基本上充满所述凹通道。
[0021]在一方面中，所述层压结构的最大厚度基本上等于所述第一和第二叶片壳体的邻近所述边缘处的厚度。
[0022]通过使层压结构具有与壳体厚度相同的深度，借助于在壳体之间界面处使用层压结构，保持了所设计叶片的翼型轮廓的空气动力学轮廓。
[0023]优选地，叶片壳体由多个纤维材料层的铺设层形成，纤维材料例如为玻璃纤维、碳纤维等，其中所述锥形部段包括穿过叶片壳体本体直至纤维材料单层或单片的锥形。
[0024]优选地，所述层压结构被施加成使得所述层压结构的暴露表面与所述第一和第二叶片壳体的邻近所述凹通道的暴露表面基本齐平。
[0025]以这种方式设置层压结构在覆层区域内为叶片外表面提供了光滑的空气动力学轮廓。
[0026]在一优选方面中，所述第一和第二锥形部段沿着相应的所述第一和第二叶片壳体的前边缘定位。
[0027]优选地，施加层压结构的所述步骤包括将所述层压结构设置在所述凹通道内以沿着所述第一和第二叶片壳体部分之间的前边缘边界完成空气动力学轮廓。
[0028]在另外的或替代的方面中，所述第一和第二锥形部段沿着所述第一和第二叶片壳体的相应后边缘、优选为邻近所述第一和第二叶片壳体的根部端部的所述后边缘定位。
[0029]优选地，所述方法包括提供由与所述第一和第二叶片壳体基本相同的材料形成的层压结构或覆层的步骤。
[0030]通过提供由与叶片壳体相同的材料形成的层压结构，因此在叶片壳体与层压结构之间不存在硬度性能的差异。这种材料选择显著地降低了因沿着壳体之间结合线的硬度变化所导致的结构裂纹形成的可能性。
[0031]在一方面中，叶片壳体至少部分地由纤维复合层压结构材料的基体和固化树脂形成。
[0032]优选地，施加层压结构或提供覆层的所述步骤包括:
优选在所述凹通道内，沿着所述叶片壳体的所述第一边缘和所述第二边缘的至少部分定位至少一个纤维材料层；
用树脂浸渍所述至少一个纤维材料层;以及固化所述树脂以结合所述第一和第二叶片壳体。
[0033]所述浸渍的步骤可包括将树脂施加到纤维材料的表面，例如辊子设备、真空浸渍等。替代地，施加层压结构的步骤可包括将预铸层压结构件定位到所述凹通道内，并将所述层压结构件附接到所述凹通道内。可以理解，上述树脂可包括适用于复合结构中的任何树月旨，优选为下列中至少一种或其组合:聚酯、乙烯基酯、聚亚安酯、环氧树脂。
[0034]在一方面中，所述方法还包括处理层压结构的外表面步骤，使得层压结构与第一和第二叶片壳体的邻接外表面齐平。所述处理步骤可包括适于产生基本上无缺陷的空气动力学光滑表面的任何表面处理，例如抛光操作。
[0035]在一方面中，提供第一和第二叶片壳体的所述步骤可包括在叶片壳体模具内形成所述第一和第二叶片壳体中的至少一个，其中在所述模具内限定所述第一和/或第二锥形部段。
[0036]在一方面中，提供叶片壳体模具，在所述