CN105358300A

CN105358300A - 用于制造风力涡轮机叶片的方法和工具以及制造的叶片

Info

Publication number: CN105358300A
Application number: CN201480039735.3A
Authority: CN
Inventors: P.奎林格; M.舍弗
Original assignee: LM WP Patent Holdings AS
Current assignee: LM WP Patent Holdings AS
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2016-02-24
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: EP3019316A1; US20160312762A1; WO2015004257A1; DK3019316T3; US11092132B2; TR201809364T4; CN105358300B; PL3019316T3; ES2683273T3; EP3019316B1

Abstract

本发明描述了一种用于制造风力涡轮机叶片（10，110，310）的至少一个根部部段（30）的方法和模具系统。上述方法和系统利用设置在模具部件的模具表面（42，142）的顶部上的模具嵌入部（50，150，350）从而通过模具部件和模具嵌入部改变模具部件的曲率半径，并且因此也改变所制造的根部部段的直径。

Description

用于制造风力涡轮机叶片的方法和工具以及制造的叶片

技术领域

本发明涉及一种通过利用模具嵌入部来制造风力涡轮机叶片的至少根部部段的方法。本发明还涉及一种用于制造风力涡轮机叶片的至少根部部段并适于通过模具嵌入部使用的模具部件。本发明附加地涉及一种包括用于制造风力涡轮机叶片的至少根部部段的模具部件和适于插入模具内的模具嵌入部的部件套件。最后，本发明还涉及通过模具和模具嵌入部制造的风力涡轮机叶片以及包括在具有模具嵌入部的情况下制造的叶片和在没有模具嵌入部的情况下制造的叶片的叶片系列。

背景技术

多年来，用于风力涡轮机的叶片构造朝着如下形状发展，其中叶片（当安装在风力涡轮机上时）包括最接近风力涡轮机的毂部的根部区域、最远离毂部的轮廓区域或翼型区域以及位于根部区域和翼型/轮廓区域之间的过渡区域。翼型区域具有理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域具有大致圆形横截面，这减小阵阵来风的载荷并使将叶片安装到毂部更容易和更安全。根部区域的直径常沿着整个根部区域大致恒定。顾名思义，过渡区域具有从根部区域的圆形形状渐变到翼型区域的翼型轮廓的形状。通常，过渡区域的宽度随着与毂部间距的增加而增加。

取决于期望的用途和期望的操作场合，风力涡轮机客户对风力涡轮机的尺寸和功能具有不同要求。因此，对风力涡轮机叶片的诸如长度和体积（solidity）等尺寸的要求以及诸如升力系数和阻力系数等功能的要求也大为不同。因而，风力涡轮机叶片的制造厂商需要具备用于生产风力涡轮机叶片的大量不同模具，上述大量不同模具通常制造为由纤维增强聚合物形成的壳体构件。尽管如此，一个空气动力学设计可用于多个不同风力涡轮机类型。然而，不同风力涡轮机制造厂商可仍旧对将风力涡轮机叶片安装到风力涡轮机毂部具有不同要求，包括对叶片直径和叶片适配器的要求。因此，包括叶片根部的各叶片需要为特定风力涡轮机制造厂商定制。

真空灌注或VARTM（真空辅助树脂传递模塑成型）是一个方法，其通常用来制造复合结构，例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片。在制造工艺过程中，将液体聚合物（也称作树脂）填充入模腔内，在上述模腔内预先插入了纤维材料并且在上述模腔内发生真空，借此吸入聚合物。聚合物可为热固性塑料或热塑性塑料。通常，将均匀分布的纤维敷设在第一刚性模具部件内，纤维是粗纱，即成束的纤维条带、粗纱条带或垫，上述纤维是由单独纤维制成的毛毡垫或由纤维粗纱制成的织造垫。第二模具部件常由弹性真空袋制成，之后将第二模具部件放置在纤维材料的顶部上，并密封于第一模具部件以产生模腔。通过在位于第一模具部件和真空袋之间的模腔内发生真空（通常为完全真空的80至95%），可将液体聚合物吸入并填充内部包含有纤维材料的模腔。在真空袋和纤维材料之间使用所谓的分布层或分布管（也称作入口通道）以尽可能地获得对聚合物充分高效的分布。在大多数情况下，所施加的聚合物是聚酯或环氧树脂，纤维增强最常基于玻璃纤维或碳纤维进行。

在填充模具的工艺过程中，真空（就此而论，所述真空理当理解为欠压或负压）借助于模腔内的真空出口而产生，由此液体聚合物经由入口通道被吸入模腔内，以填充所述模腔。当流动前沿朝真空通道移动时，由于负压，上述聚合物从入口通道在模腔内沿所有方向分散。因此，重要的是最佳地定位入口通道和真空通道，以实现对模腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模腔内完全分布，常常是困难的，因此这经常导致所谓的干斑（dryspot），即具有未充分浸渍树脂的纤维材料的区域。因此，干斑是纤维材料未被浸渍的区域，并且是可存在气穴的区域，这些气穴难于或不可能通过控制真空压力和入口侧处的可能超压而去除。在采用刚性模具部件和呈真空袋形式的弹性模具部件的真空灌注技术中能够在填充模具工艺之后通过在相应位置刺穿袋和通过例如借助于注射针来抽出空气对干斑进行修复。液体聚合物可任选地注射进相应位置，这也能够例如借助于注射针来完成。这是个耗时麻烦的过程。在大模具部件的情况下，工作人员必需站在真空袋上。这是不希望的，尤其在聚合物尚未硬化时，这是因为它可导致已插入的纤维材料变形以及因此导致结构局部弱化，从而可例如引发屈曲效应（bucklingeffect）。

复合结构常包括覆盖有纤维增强材料的芯部材料，纤维增强材料例如为一个或多个纤维增强聚合物层。芯部材料可用作这些层之间的间隔物以形成夹层结构，并通常由刚性轻质材料制成，以减小复合结构的重量。为了确保在浸渍工艺中高效分布液体树脂，芯部材料可设置有树脂分布网，例如通过在芯部材料表面内提供通道或沟槽来设置。

树脂传递模塑成型（RTM）是与VARTM相似的制造方法。在RTM中，液体树脂不因模腔内发生的真空而被吸入模腔内。替代地，液体树脂借助于入口侧处的超压而被迫进入模腔。

预浸料模塑成型（Prepregmoulding）是用预催化树脂来预浸渍增强纤维的方法。该树脂通常在室温下为固态或近固态。将预浸料用手或机器设置到模具表面上，真空袋装，然后加热到容许树脂回流并最终固化的温度。这种方法具有的主要优点是纤维材料内的树脂内含物被预先精确设定。用预浸料工作是容易和清洁的，并且预浸料使自动化和节省劳动力变得可行。预浸料的缺点是材料成本比用于非浸渍纤维的高。进一步地，芯部材料需要由能够承受为了使树脂回流所需的工艺温度的材料制成。预浸料模塑成型可与RTM和VARTM工艺关联使用。

由于随着时间推移例如用于风力涡轮机的叶片变得越来越大并且现在可超过70米长，因为更多纤维材料必需用聚合物浸渍，因此与制造这些叶片相关的浸渍时间增加了。此外，因为诸如叶片的大壳体构件的浸渍需要对流动前沿控制以避免干斑，所述控制可例如包括对入口通道和真空通道的时间相关控制，因而灌注工艺变得更复杂。这就增加了吸入或注入聚合物所需的时间。结果，聚合物必需维持液态更长时间，通常也导致固化时间增加。另外，在过去几十年中，风力涡轮机产业以近指数速率增长，因此增加了对制造风力涡轮机叶片生产量的需求。单独通过兴建新工厂不能满足这增加的需求，还需要最优化制造方法。

通常，风力涡轮机叶片通过使用两个分开制造的壳体部件来制造，例如风力涡轮机叶片的压力面和吸力面，上述压力面和吸力面譬如借由利用胶粘凸缘而后续胶粘到一起。然而，这种工艺使得必需对叶片外表面进行后处理。例如，可能必需绕两个壳体部件之间的结合线对风力涡轮机叶片进行处理，譬如通过在风力涡轮机叶片的前缘和/或后缘附近研磨、抛光和清洁叶片进行处理。甚至可必需为风力涡轮机叶片提供附加的纤维材料和树脂。

也可以借助于封闭的中空模具整体式制造壳体部件。这些制造系统例如在EP1310351和EP1880833中有描述。通过使用这种制造方法，可能可以减少风力涡轮机叶片的必需后处理步骤。

EP2316629公开一种用于制造风力涡轮机叶片的壳体部件的模块化模具系统。上述模块化模具系统可包括可更换根部部段模具，使得叶片的根部部段可根据风力涡轮机制造厂商的需要进行定制。

EP2153964公开一种用于借助于封闭的中空模制系统整体式制造风力涡轮机叶片壳体的模具系统。

WO97/31771公开一种用于制造模制部件的方法，其中可互换模具部件设置在共用框架内。模具部件的各种组合形式可组装以在共用模具框架内生产多种不同部件。在这种系统中，为模制不同部件，需要调换整个模具部件。

WP2008/020158公开一种模制工具，其具有形成在模具的表面内用于插入心轴的心轴凹部。通过选择不同心轴，可以形成不同类型部件。在这种系统中，为形成不同部件，需要调换整个心轴。

FR2953754公开一种用于以复合材料制造面板的工具设备。上述工具设备包括阳型模具部件，其包括固定部件和多个可移除模块。上述工具用于覆盖复合材料的外表层。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造风力涡轮机叶片的至少根部部段的新方法，其克服或改善了现有技术中的至少一个缺点或者提供了一种有用替代方案。

上述目的根据本发明第一方面由一种制造风力涡轮机叶片的至少根部部段的方法来实现，所述根部部段包括具有纤维增强聚合物材料的复合结构，所述纤维增强聚合物材料包括聚合物基体和纤维增强材料。所述方法包括如下步骤：a）提供用于制造所述根部部段的至少第一根部部段部分的至少第一模具部件，所述第一模具部件具有纵向方向并包括第一模具表面，所述第一模具表面限定在所述第一模具部件内制造的所述第一根部部段部分的外表面的至少部分，所述第一模具表面具有具备第一曲率半径的端部部分，b）将具有外表面和内表面的模具嵌入部设置在所述第一模具表面的顶部上，且所述外表面面对所述第一模具表面，使得所述模具嵌入部沿着所述第一模具表面的纵向部段至少从所述端部部分延伸，所述模具嵌入部具有至少在所述端部部分处具有与第一曲率半径对应的曲率半径的外表面和具有小于所述第一曲率半径的第二曲率半径的内表面，且其中所述模具嵌入部包括近侧端部和远侧端部，所述模具嵌入部设置为使得所述近侧端部设置成最接近所述端部部分且所述远侧端部设置成最远离所述端部部分，且其中所述模具嵌入部的所述远侧端部成锥形，c）将纤维增强材料和用于将所述根部部段紧固到风力涡轮机的毂部的紧固装置设置到所述模具嵌入部和所述第一模具表面以及可选的还有夹层芯部材料的顶部上，d）将树脂提供到所述纤维增强材料，以及e）固化所述树脂以形成所述复合结构。

因此，可以看出，上述方法涉及模具嵌入部的用途，以改变模制根部部段的连接部分的直径。这就意味着相同模具可用于制造具有不同根部直径的叶片。因此，可以对具体的风力涡轮机制造厂商的需要针对期望螺栓圆直径或类似条件定制叶片。直径可改变，而无需改变叶片壳体厚度。由于使用锥形部段，因此借助于上述方法制造的叶片的外径和/或叶片根部的壁厚也可根据锥形角逐渐改变。

清楚的是，模具嵌入部不会成为最终复合结构或叶片的部分。模具嵌入部可以多个部段或模块的方式设置。因此，模具嵌入部可分成沿横向方向和/或纵向方向的多个模具嵌入部部分。锥形部段可例如设置为单一零部件，而模具嵌入部的非锥形部段可由单一或多个纵向零部件提供。因此，模具嵌入部的总长度可按照需要定制。

清楚的是，第一模具部件是阴型模具部件，第一模具表面限定第一根部部段部分的外表面的至少部分。

根部部段部分（或第一根部部段部分）可例如为压力面根部部段部分。在这种情况下，对应的第二根部部段部分可例如借助于第二模具部件而制造，以提供吸力面根部部段部分。以后，例如借助于粘合剂结合，将上述两个部件连接以形成风力涡轮机叶片的根部部段。

通常，第一根部部段部分与其余叶片壳体部件一起制造。然而，也可以分段制造叶片，使得以后将根部部段部分或根部部段连接到其余叶片壳体。

如果利用浸渍，则（在步骤d中）提供的树脂可与纤维增强材料同时提供（在步骤c中）。替代地或另外地，可将树脂注射进模具以润湿纤维增强材料。复合结构可例如通过真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺而制造。真空袋优选地设置在纤维增强材料的顶部上并密封于第一模具部件以形成包括纤维增强材料和紧固构件的模腔。真空源和树脂源优选地连接到模腔，首先使用真空源以抽空模腔，之后借助于树脂源供应树脂并将树脂吸入模腔。

壳体部件通常由纤维增强聚合物材料制成。纤维增强材料可例如为玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维、譬如钢纤维的金属纤维或植物纤维，而聚合物可例如为环氧树脂、聚酯或乙烯基酯。

在一个有利实施方式中，步骤c）包括如下步骤：c1）提供多个外纤维增强层以形成外表层，c2）将多个紧固构件设置到所述外纤维增强层以及可选的多个中间插件的顶部上，以及c3）提供多个内纤维增强层以形成内表层。因此，可以看出，紧固装置（例如呈套筒形式的紧固装置）绕圆形横截面设置，可选地与中间嵌入部一起设置。这些嵌入部可形成为将紧固装置保持在正确位置的保持楔（wedge）。

模具嵌入部的锥形部分的锥形角有利地介于1和20度之间，或者1和10度之间。

根据另一有利实施方式，所述模具嵌入部具有50-200厘米、或60-175厘米、或70-150厘米的长度。在一个有利实施方式中，模具嵌入部具有约100-110厘米的长度。锥形部分有利地具有20-40厘米的长度。当然，锥形部分的实际长度将取决于模具嵌入部的厚度（或者根部直径应该改变多少）以及锥形角而定。

依据根据本发明方法的又另一变型，根据前述实施方式之一制造第一风力涡轮机叶片，在不利用模具嵌入部的情况下制造第二风力涡轮机叶片。换言之，略过前述步骤b）来制造第二风力涡轮机叶片或至少根部部段部分。因此，第二风力涡轮机叶片将具有根部部段，所述根部部段具有比第一风力涡轮机叶片的外径大的外径。因此，制造出两个具有不同根部部段直径的叶片。

因此，根据下述步骤制造第二风力涡轮机叶片（或者第二根部部段的至少第二根部部段部分）：f）提供至少所述第一模具部件，g）将纤维增强材料和用于将所述根部部段紧固到风力涡轮机的毂部的紧固装置仅设置到所述第一模具表面（40，140）的顶部上，以及可选的还设置在夹层芯部材料的顶部上，h）将树脂提供到所述纤维增强材料，以及固化所述树脂以形成所述复合结构。因此，可以看出，第一模具部件的整个第一模具表面限定了在第一模具部件内制造的第二根部部段部分的外表面。

根据第二方面，本发明还提供一种用于制造至少根部部段部分的模具部件。所述模具部件具有纵向方向并包括第一模具表面，所述第一模具表面限定所述根部部段部分的外表面的至少部分。所述模具部件包括凹部，所述凹部形成于所述第一模具表面的端部部分处的第一模具表面内并且具有第一曲率半径。换言之，所述模具部件包括凹部，其中该曲率半径大于正好位于所述凹部外侧的模制表面的曲率半径。这种模具部件特别地适于改变在模具内制造的根部部段部分的叶片根部直径。所述凹部适于接收模具嵌入部，所述模具嵌入部将模具部件的模具表面从第一曲率半径改变到第二曲率半径，例如正好位于所述凹部外侧的模制表面的曲率半径。如果在不利用模具嵌入部的情况下借助于模具部件制造风力涡轮机叶片，则叶片将具有近侧根部端部部段，其具有比远侧根部部分大的根部直径。

所述凹部包括最远离所述端部部分的远侧端部和最接近所述端部部分的近侧端部，且其中，所述凹部包括位于远侧端部处的锥形部分，其中所述曲率半径从第一曲率半径逐渐变化到第二曲率半径，所述第二曲率半径小于所述第一曲率半径。锥形部分的端部部段可具有尖锐过渡部分，或者它们可为略微圆形化。

与前述模具嵌入部相似，所述凹部可沿着所述模具部件的纵向范围延伸，所述纵向范围具有50-200厘米、或60-175厘米、或70-150厘米的长度。

根据第三方面，本发明还提供一种模具部件和模具嵌入部组合。所述组合包括用于制造至少根部部段部分的模具部件，所述模具部件具有纵向方向并包括第一模具表面，所述第一模具表面限定所述根部部段部分的外表面的至少部分，所述模具部件包括端部部分，所述端部部分具有具备第一曲率半径的模具表面。所述组合还包括模具嵌入部，所述模具嵌入部包括外表面和内表面，所述模具嵌入部适于设置在位于所述模具部件的端部部分处的模具表面的顶部上以改变所述模具表面的曲率半径，所述外表面具有与所述第一曲率半径对应的曲率半径，且所述内表面具有第二曲率半径，所述第二曲率半径小于所述第一曲率半径，且其中，所述模具嵌入部包括近侧端部和远侧端部，所述模具嵌入部适于设置为使得所述近侧端部设置成最接近所述端部部分且所述远侧端部设置成最远离所述端部部分，且其中，所述模具嵌入部的所述远侧端部成锥形。

所述组合的模具部件原理上可为与根据本发明的模具嵌入部组合的传统模具。在这种情况下，模具部件和模具嵌入部组合一起用于制造叶片，其中根部部段和根部端部具有比风力涡轮机叶片的远侧根部部分小的直径。然而，模具部件优选地为在模具表面内形成有凹部的模具部件，如根据本发明的前述模具部件。

所述模具嵌入部是大致半圆形的，使得模具嵌入部特别适于设置在用于制造叶片壳体半部的模具部件上，上述叶片壳体半部例如为叶片的吸力面或压力面。如果模具嵌入部用于封闭的模制装置，例如使用外模具部件和内模具芯部以将壳体模制为一体部件，则模具嵌入部也可为圆形或管形。

所述模具嵌入部可例如由泡沫聚合物或纤维增强聚合物制成，但嵌入部原理上可由任何合适材料制成，例如金属。在一个实施方式中，模具嵌入部覆盖有脱模蜡，使得已模制物体可从模具部件脱模。

在一个实施方式中，第一模具部件用于制造根部部段的压力面。因此，对应的模具嵌入部可为压力面模具嵌入部。第二模具部件可用于制造根部部段的吸力面。相似地，对应的模具嵌入部因此可为吸力面模具嵌入部。

根据第四方面，本发明还提供一种风力涡轮机叶片，其包括位于所述叶片的根部端部处并具有外表面的根部部段，所述根部部段包括接近所述叶片的根部端部的根部端部部分和远离所述叶片的根部端部的远侧部分，所述根部端部部分具有第一外径，所述远侧部分具有第二外径，所述第二外径小于所述第一外径。这种叶片可例如通过使用前述的在模具的根部端部部分处具有凹部的模具部件来制造，其中，所述风力涡轮机叶片还包括锥形部分或过渡部分，其中所述外径从所述第一外径逐渐变化到所述第二外径。

叶片的长度优选地为至少30米，或至少35、40、45或50米。由于如前述的近侧根部端部部分具有约1米的长度，因此可以看出近侧根部端部部分沿着小于总叶片长度的5%延伸。

根据第一有利实施方式，所述叶片具有包括尖部端部和根部端部的纵向方向以及横向方向，所述叶片还包括：轮廓化外形，所述轮廓化外形包括压力面和吸力面、以及前缘和后缘与具有在所述前缘和所述后缘之间延伸的弦长的弦，所述轮廓化外形在受到流入气流冲击时产生升力，其中所述轮廓化外形分成：所述根部部段，所述根部部段在最接近所述根部端部处具有大致圆形或椭圆形轮廓；翼型部段，所述翼型部段在最远离所述根部端部处具有升力发生轮廓；以及可选的位于所述根部部段和所述翼型部段之间的过渡部段，所述过渡部段具有从所述根部部段的圆形或椭圆形轮廓沿径向逐渐变化到所述翼型部段的升力发生轮廓的轮廓。因此，所述根部部段包括具有第一外径的根部端部部分以及具有第二外径的第二根部部段部分。通常，所述叶片还包括台肩，所述台肩具有台肩宽度并定位在过渡部段和翼型部段之间的边界处。

根据第五方面，本发明还提供一种包括至少第一叶片和第二叶片的叶片系列。所述第一叶片包括：第一根部端部部段，所述第一根部端部部段具有具备第一外径的第一根部端部部分；以及第一外侧叶片部分。所述第二叶片包括：第二根部端部部段，所述第二根部端部部段具有具备第二外径的第二根部端部部分；以及第二外侧叶片部分。所述第一外侧叶片部分与所述第二外侧叶片部分相同，所述第二外径小于所述第一外径。换言之，所述叶片系列包括不同类型的叶片，所述不同类型的叶片具有相同外侧部件，但根部端部部分具有不同外径以及因此还有沿着不同直径设置的紧固构件。第一叶片与在没有模具嵌入部情况下在模具内制造的叶片对应，第二叶片与在具有模具嵌入部情况下在模具内制造的叶片对应。

根据一有利实施方式，第一叶片具有第一长度，第二叶片具有第二长度，第一长度大致等于第二叶片长度。优选地，第一和第二叶片具有相同的翼型部段。如果叶片设置有位于根部部段和翼型部段之间的过渡部段，则过渡部段优选地也相同。

根据另一有利实施方式，所述第一外侧部分和所述第二外侧部分分别沿着所述第一叶片的第一叶片长度和所述第二叶片长度的第二叶片长度的至少80%延伸。所述外侧部分也可分别沿着第一叶片长度和第二叶片长度的至少85%或至少90%延伸。

附图说明

以下参照附图所示实施方式详细解释本发明，其中

图1示出风力涡轮机，

图2示出风力涡轮机叶片的示意图，

图3示出用于本发明中的模具部件的立体图，

图4示出根据本发明的模具部件的立体图，

图5示出根据本发明的模具部件内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件的模具表面上的模具嵌入部的第一实施方式，

图6示出根据本发明的模具部件内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件的模具表面上的模具嵌入部的第二实施方式，

图7示出根据本发明的模具部件内的敷设层的侧视图，其不具有设置在模具部件的模具表面上的模具嵌入部，

图8示出本身已知的模具部件内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件的模具表面上的模具嵌入部，

图9示出根据图5的敷设层制造的根部部段的俯视图，

图10示出根据图6或7的敷设层制造的根部部段的俯视图，

图11示出根据图8的敷设层制造的根部部段的俯视图，以及

图12示出根据本发明制造的根部部段部分的端视图。

具体实施方式

图1图示根据所谓的“丹麦概念”的传统的现代迎风风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6以及具有大致水平转子轴的转子。转子包括毂部8和自毂部8沿径向延伸的三个叶片10，各叶片均具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖部14。

图2示出风力涡轮机叶片10的第一实施方式的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统风力涡轮机叶片的形状，并包括最接近毂部的根部部段30、最远离毂部的轮廓部段或翼型部段34以及位于根部部段30和翼型部段34之间的过渡部段32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的转动方向，后缘20面向前缘18的反向。

翼型部段34（也称作轮廓部段）具有对于产生升力而言理想的或几乎理想的叶片形状，然而根部部段30由于结构考量而具有大致圆形或椭圆形横截面，这例如使得将叶片10安装到毂部较容易和较安全。根部部段30的直径（或弦）可沿着整个根部区域30恒定。过渡部段32具有从根部部段30的圆形或椭圆形形状渐变为翼型部段34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡部段32的弦长通常随着与毂部相距的距离r的增加而增加。翼型部段34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前缘18和后缘20之间延伸的弦。该弦的宽度随着与毂部相距的距离r的增加而减小。

叶片10的台肩40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。台肩40通常设置在过渡部段32和翼型部段34之间的边界处。

应注意，叶片的不同部段的弦通常不位于一个共用平面内，这是由于叶片可扭转和/或弯曲（即预弯曲），因此使弦平面具有对应扭转和/或弯曲的路线，这是最经常的情况，以为了补偿依赖于从毂部开始的半径的叶片的局部速度。

叶片10包括限定叶片10的空气动力学结构的壳体结构。上述空气动力学壳体可一体形成，但经常空气动力学壳体的压力面和吸力面分开制造，然后后续沿着壳体部件的前缘和后缘彼此粘接。因此，根部部段30也可通过首先制造第一根部部段部分31和第二根部部段部分而制成。根部部段或根部部段部分可分开制造，但通常根部部段或根部部段部分将与叶片壳体或叶片壳体部分的其余部分一体地制造。

图3示出根据本发明用于制造至少第一根部部段部分31的第一模具部件40的立体图。第一模具部件40设计为本身已知的传统模具部件，并包括模具表面42，模具表面42限定根部部段部分31的外表面。模具表面42（以及因此还有根部部段部分31的外表面）在第一模具部件40的端部部分44处具有第一曲率半径R ₁。第一模具部件40是刚性的，根部部段部分利用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺、通过在刚性第一模具部件40和挠性真空袋（未示出）之间所形成的模腔内设置纤维材料和紧固元件而制造，其中上述挠性真空袋密封于第一刚性模具部件，之后将树脂吸入模腔内。最后，树脂固化，以形成包括第一根部部段部分31的复合结构。

图4示出根据本发明用于制造至少根部部段部分的根据本发明的第一模具部件140的立体图。第一模具部件140包括第一模具表面142，第一模具表面142限定根部部段部分的外表面。第一模具部件140包括凹部143，凹部143形成在第一模具表面142端部部分144处的第一模具表面142内。模具表面142形成为使得它在最接近第一模具表面142的端部部分144的部分处具有第一曲率半径R ₁ ^’。模具表面142在用于制造根部部段部分的远侧部分处的远侧部分处具有第二曲率半径R ₂ ^’，第二曲率半径R ₂ ^’小于第一曲率半径R ₁ ^’。凹部143包括远离第一模具表面的端部部分144的锥形部分，其中曲率半径从第一曲率半径R ₁ ^’逐渐变化到第二曲率半径R ₂ ^’。第一模具部件140是刚性的，根部部段部分利用真空辅助树脂传递模塑成型（VARTM）工艺、通过在刚性第一模具部件140和挠性真空袋（未示出）之间所形成的模腔内设置纤维材料和诸如套筒的紧固元件以及可能的芯部材料和插件而制造，其中上述挠性真空袋密封于第一刚性模具部件，之后将树脂吸入模腔内。最后，树脂固化，以形成包括第一根部部段部分的复合结构。如果纤维材料直接设置在成型表面上，则借助于第一模具部件140制造的叶片根部部段将具有直径比根部部段的远侧部分的直径大的近侧部分。

图5示出根据本发明的模具部件140内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件140的模具表面142上的模具嵌入部50的第一实施方式。可以看出，模具嵌入部50设置在模具表面142的凹部143内。上述模具嵌入部具有面对模具部件140的模具表面142的外表面52和背离模具部件140的模具表面142的内表面54。在所示实施方式中，模具嵌入部50的外表面52具有与模具表面142的凹部143内的曲率半径对应的曲率半径R ₁。模具嵌入部50的内表面54具有与用于制造根部部段部分的远侧部分处的曲率半径R ₂ ^’对应的第二曲率半径R ₂。模具嵌入部50包括位于模具嵌入部50远侧部分处的锥形的楔部58，上述锥形的楔部58依循着模具表面142的凹部143的锥形部分。因此，模具嵌入部50设置在模具表面142顶部上时的曲率半径沿着用于制造根部部段部分的整个部分大致恒定。模具嵌入部50可例如为半圆形，以依循整个模具表面。然而，也可以使用多个单一模具嵌入部。

包括多个纤维层的外纤维表层60设置在模具嵌入部50和模具表面142的顶部上。用于将叶片紧固到风力涡轮机的毂部的呈套筒形式的紧固构件64以及可能的中间插件66设置在外纤维表层60的顶部上。进一步地，楔65可设置在上述紧固构件的纵向延伸部内。替代地，所述楔可与紧固构件一体形成。最后，包括多个纤维层的内纤维表层62设置在套筒64以及可能的中间插件66的顶部上。

在敷设层已设置在模具嵌入部50和模具表面142的顶部上后，将挠性真空袋（未示出）密封于模具部件142，之后树脂被吸入在模具部件142和真空袋之间所形成的模腔内。最后，树脂固化，以形成包括第一根部部段部分的复合结构。

图6示出根据本发明的模具部件140内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件的模具表面上的模具嵌入部150的第二实施方式，其中相似部件用与图5所示实施方式的相似的标号标识。因此，仅描述两种实施方式之间的差别。这种实施方式不同于图5所示实施方式之处在于，模具嵌入部150较窄并具有较大的第二曲率半径，使得模具嵌入部150未填满模具表面142的整个凹部143。因此，借助于模具部件和模具嵌入部组合而制造的根部部段部分将具有直径比远侧根部部段部分的直径大的近侧根部部段部分。然而，与借助于直接设置在模具表面142上的敷设层而制造的根部部段部分相比，改变了根部端部部分以及因此也改变了设置紧固构件所沿的圆形的直径。

图7示出根据本发明的模具部件140内的敷设层的侧视图，其不具有设置在模具部件140的模具表面142上的模具嵌入部，其中相似部件用与图5所示实施方式的相似的标号标识。这种实施方式不同于图5所示的之处在于外纤维表层260、紧固构件264以及内纤维表层262直接设置在模具表面142的顶部上。

图8示出本身已知的模具部件40内的敷设层的侧视图，其具有设置在模具部件40的模具表面42上的模具嵌入部350。模具部件40和模具嵌入部350一起形成根据本发明的模具部件和模具嵌入部组合。模具嵌入部350设置为使得模具嵌入部350的外表面352面对模具部件30的模具表面42，且模具嵌入部350的内表面354背离模具部件42的模具表面42。模具嵌入部350的外表面352具有对应于模具表面142的曲率半径的第一曲率半径R ₁。模具嵌入部50的内表面54具有比第一曲率半径R ₁小的第二曲率半径R ₂。与其它实施方式一样，模具嵌入部350包括位于模具嵌入部350远侧端部处的锥形的楔部。

包括多个纤维层的外纤维表层360设置在模具嵌入部350和模具表面42的顶部上。用于将叶片紧固到风力涡轮机的毂部的呈套筒形式的紧固构件364以及可能的中间插件设置在外纤维表层360的顶部上。最后，包括多个纤维层的内纤维表层364设置在套筒364以及可能的中间插件的顶部上。

在敷设层已设置在模具嵌入部350和模具表面42的顶部上后，将挠性真空袋（未示出）密封于模具部件42，之后树脂被吸入在模具部件42和真空袋之间所形成的模腔内。最后，树脂固化，以形成包括第一根部部段部分的复合结构。

通过利用图8所示的模具部件和模具嵌入部组合而制造的叶片根部部段包括直径比远侧根部部段部分的直径大的近侧根部部段部分。

图5至8所示的模具嵌入部和凹部有利地具有50-200厘米、或60-175厘米、或70-150厘米的长度。在一个优选实施方式中，模具嵌入部具有约100-110厘米的长度。

图9示出具有根据图5的敷设层制造的根部部段的叶片10的俯视图。可以看出，这种叶片具有传统形状，并与将由模具表面内无凹部的模具部件所制造的叶片对应，例如借助于图3所示的模具部件。

图10示出根据图6或7的敷设层制造的根部部段的俯视图。在这种实施方式中，叶片包括根部部段，其具有具备第一直径D ₁的近侧部分和具备第二直径D ₂的远侧部分，其中第一直径D ₁大于第二直径D ₂。

图11示出根据图8的敷设层制造的根部部段的俯视图。在这种实施方式中，叶片包括根部部段，其具有具备第一直径D ₁的近侧部分和具备第二直径D ₂的远侧部分，其中第一直径D ₁小于第二直径D ₂。

因此，本发明也提供根据图9至11的一系列风力涡轮机叶片，其具有相同的外侧部分，但在接近根部端部的部分处具有不同的直径。近侧部分优选地沿着小于总叶片长度的5%延伸。换言之，该系列中叶片的叶片长度的至少95%是相同的。

尽管图10和11所示叶片可能在美观上不令人悦目，但当叶片安装在风力涡轮机上时将不必然观察到根部直径的过渡部分，这是由于叶片的内部部分可位于风力涡轮机的毂部或毂盖的外壳体内部。

图12示出根据本发明制造的根部部段部分的端视图。可以看出，根部部段部分包括多个紧固构件64以及多个夹在外纤维表层60和内纤维表层62之间的中间插件66。紧固构件64优选地为套筒，并可从叶片的根部端部触及，使得例如通过使用支撑螺栓可将叶片安装到风力涡轮机的毂部。

中间插件66可由纤维增强复合物制成，例如呈纤维拉挤成型形式的纤维增强复合物。设置于套筒64的纵向延伸部内的楔65可由木材或泡沫聚合物制成。

参考符号列表

2风力涡轮机

4塔架

6机舱

8毂部

10，110，310叶片

14叶片尖部

16叶片根部

18前缘

20后缘

22俯仰轴

30根部部段

32过渡部段

34翼型部段

40，140第一模具部件

42，142第一模具表面

143凹部

44，144端部部分

50，150，250模具嵌入部

52，152，252模具嵌入部的外表面

54，154，254模具嵌入部的内表面

56，156，256模具嵌入部的近侧端部

58，158，258模具嵌入部的远侧端部

60，160，260，360外纤维表层

62，162，262，362内纤维表层

64，164，264，364紧固构件/套筒

65，165，265，365楔

66中间插件

r局部半径，与叶片根部相距的径向距离

L叶片长度

L _i模具插件的长度

R ₁第一曲率半径

R ₂第二曲率半径

Claims

1.一种制造风力涡轮机叶片（10，110，310）的至少根部部段（30）的方法，所述根部部段（30）包括具有纤维增强聚合物材料的复合结构，所述纤维增强聚合物材料包括聚合物基体和纤维增强材料，所述方法包括如下步骤：

a）提供用于制造所述根部部段的至少第一根部部段部分（31）的至少第一模具部件（40，140），所述第一模具部件（40，140）具有纵向方向并包括第一模具表面（42，142），所述第一模具表面（42，142）限定在所述第一模具部件（42，142）内制造的所述第一根部部段部分（31）的外表面的至少部分，所述第一模具表面（42，142）具有具备第一曲率半径（R ₁）的端部部分（44，144），

b）将具有外表面（52，152，252）和内表面（54，154，254）的模具嵌入部（50，150，250）设置在所述第一模具表面（42，142）的顶部上，且所述外表面（52，152，252）面对所述第一模具表面（42，142），使得所述模具嵌入部（50，150，250）沿着所述第一模具表面（42，142）的纵向部分至少从所述端部部分（44，144）延伸，所述模具嵌入部（50，150，250）具有至少在所述端部部分（44，144）处具有与第一曲率半径（R ₁）对应的曲率半径的外表面（52，152，154）和具有小于所述第一曲率半径（R ₁）的第二曲率半径（R ₂）的内表面（54，154，254），且其中所述模具嵌入部包括近侧端部和远侧端部，所述模具嵌入部设置为使得所述近侧端部设置成最接近所述端部部分且所述远侧端部设置成最远离所述端部部分，且其中所述模具嵌入部的所述远侧端部成锥形，

c）将纤维增强材料（60，62；160，162；360，362）和用于将所述根部部段（30）紧固到风力涡轮机（2）的毂部的紧固装置（64，164，264，364）设置到所述模具嵌入部（50，150，250）和所述第一模具表面（40，140）以及还有可选的夹层芯部材料的顶部上，

d）将树脂提供到所述纤维增强材料（60，62；160，162；360，362），以及

e）固化所述树脂以形成所述复合结构。

2.如权利要求1所述的方法，其中步骤c）包括如下步骤：

c1）提供多个外纤维增强层以形成外表层，

c2）将多个紧固构件设置到所述外纤维增强层以及可选的多个中间插件的顶部上，以及

c3）提供多个内纤维增强层以形成内表层。

3.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模具嵌入部具有50-200厘米、或60-175厘米、或70-150厘米的长度。

4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述锥形的远侧端部具有20-40厘米的长度。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中，根据前述权利要求之一制造第一风力涡轮机叶片，且其中，根据下述步骤制造第二风力涡轮机叶片：

f）提供至少所述第一模具部件（40，140），

g）将纤维增强材料（60，62；160，162；360，362）和用于将所述根部部段（30）紧固到风力涡轮机（2）的毂部的紧固装置（64，164，264，364）仅设置到所述第一模具表面（40，140）的顶部上，以及可选的还设置在夹层芯部材料的顶部上，

h）将树脂提供到所述纤维增强材料（60，62；160，162；360，362），以及

e）固化所述树脂以形成所述复合结构。

6.一种用于制造至少根部部段部分的模具部件（140），所述模具部件（140）具有纵向方向并包括第一模具表面（142），所述第一模具表面（142）限定所述根部部段部分的外表面的至少部分，所述模具部件（140）包括凹部（143），所述凹部（143）形成于所述第一模具表面（142）的端部部分（144）处的第一模具表面（142）内并且具有第一曲率半径（R ₁ ^’），其中，所述凹部包括最远离所述端部部分的远侧端部和最接近所述端部部分的近侧端部，且其中，所述凹部包括所述远侧端部处的锥形部分，所述曲率半径从第一曲率半径逐渐变化到小于所述第一曲率半径的第二曲率半径。

7.如权利要求6所述的模具部件，其中，所述凹部沿着所述模具部件的纵向范围延伸，所述纵向范围具有50-200厘米、或60-175厘米、或70-150厘米的长度。

8.如权利要求6或7所述的模具部件，其中，所述锥形部分具有20-40厘米的长度。

9.一种模具部件和模具嵌入部组合，其包括

-用于制造至少根部部段部分的模具部件（40，140），所述模具部件（40，140）具有纵向方向并包括第一模具表面（42，142），所述第一模具表面（42，142）限定所述根部部段部分的外表面的至少部分，所述模具部件（40，140）包括端部部分（44，144），所述端部部分（44，144）具有具备第一曲率半径（R ₁，R ₁ ^’）的模具表面（42，142），以及

-模具嵌入部（50，150，250，350），所述模具嵌入部（50，150，250，350）包括外表面（52，152，252，352）和内表面（54，154，254，354），所述模具嵌入部（50，150，250，350）适用于设置在位于所述模具部件（40，140）的端部部分（44，144）处的模具表面（42，142）的顶部上，以改变所述模具表面（42，142）的曲率半径，所述外表面（52，152，252，352）具有与所述第一曲率半径（R ₁，R ₁ ^’）对应的曲率半径，且所述内表面（54，154，254，354）具有第二曲率半径（R ₂，R ₂ ^’），所述第二曲率半径（R ₂，R ₂ ^’）小于所述第一曲率半径（R ₁，R ₁ ^’），且其中，所述模具嵌入部包括近侧端部和远侧端部，所述模具嵌入部适用于设置为使得所述近侧端部设置成最接近所述端部部分且所述远侧端部设置成最远离所述端部部分，且其中，所述模具嵌入部的所述远侧端部成锥形。

10.如权利要求9所述的模具部件和模具嵌入部组合，其中，所述模具嵌入部是大致半圆形的。

11.如权利要求9或10所述的模具部件和模具嵌入部组合，其中，所述模具嵌入部由泡沫聚合物或纤维增强聚合物制成。

12.一种风力涡轮机叶片，包括位于所述叶片的根部端部处并具有外表面的根部部段，所述根部部段包括接近所述叶片的根部端部的根部端部部分和远离所述叶片的根部端部的远侧部分，所述根部端部部分具有第一外径（D ₁），所述远侧部分具有第二外径（D ₂），所述第二外径（D ₂）小于所述第一外径（D ₁），其中，所述风力涡轮机叶片还包括锥形部分，其中所述外径从所述第一外径（D ₁）逐渐变化到所述第二外径（D ₂）。

13.如权利要求12所述的风力涡轮机叶片，其中，所述叶片具有包括尖部端部（16）和根部端部（14）的纵向方向（r）以及横向方向，所述叶片还包括：

-轮廓化外形，所述轮廓化外形包括压力面和吸力面、以及前缘（18）和后缘（20）以及具有在所述前缘（18）和所述后缘（20）之间延伸的弦长的弦，所述轮廓化外形在受到流入气流冲击时产生升力，其中所述轮廓化外形分成：

-所述根部部段（30），所述根部部段（30）在最接近所述根部端部处具有大致圆形或椭圆形轮廓，

-翼型部段（34），所述翼型部段（34）在最远离所述根部端部处具有升力发生轮廓，以及

-可选的位于所述根部部段（30）和所述翼型部段（34）之间的过渡部段（32），所述过渡部段（32）具有从所述根部部段的圆形或椭圆形轮廓沿径向逐渐变化到所述翼型部段的升力发生轮廓的轮廓。

14.一种包括至少第一叶片和第二叶片的叶片系列，其中

-所述第一叶片包括

-第一根部端部部段，所述第一根部端部部段具有具备第一外径的第一根部端部部分，以及

-第一外侧叶片部分，以及

-所述第二叶片包括

-第二根部端部部段，所述第二根部端部部段具有具备第二外径的第二根部端部部分，以及

-第二外侧叶片部分，其中

-所述第一外侧叶片部分与所述第二外侧叶片部分相同，以及

-所述第二外径小于所述第一外径。

15.如权利要求14所述的叶片系列，其中，所述第一外侧部分和所述第二外侧部分分别沿着所述第一叶片的第一叶片长度和所述第二叶片长度的第二叶片长度的至少80%延伸。