CN110869198B - 风力涡轮机叶片和制造风力涡轮机叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片（5）的方法及其风力涡轮机叶片。中心芯元件（23c）和多个侧芯元件（23a，23b）夹在第一纤维材料的第一层（20）和第二层（25）之间。中心芯元件与侧芯元件间隔开，以形成第一凹部和第二凹部（24a，24b）。然后在第一步骤中将该夹层结构以第一树脂浸渍并固化。第一和第二主层压件的第二纤维材料的层被铺叠在第一和第二凹部中。然后在第二步骤中将第一和第二主层压件以第二树脂浸渍并固化。

Description

风力涡轮机叶片和制造风力涡轮机叶片的方法
技术领域
本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：在模具中铺叠（lay up）第一纤维材料的层，在所述层的顶部上布置芯元件，在芯元件的顶部上进一步铺叠第一纤维材料的层，用第一树脂灌注所述第一纤维材料和芯元件，并且固化所述第一树脂以形成风力涡轮机叶片的夹层结构，其中主层压件部件被布置在由附接至夹层结构的芯元件形成的凹部中，以形成叶片壳体部分。
本发明还涉及这种风力涡轮机叶片。
背景技术
众所周知的是，用于现代风力涡轮机的风力涡轮机叶片已经变得较大和较重，以便努力为了增加来自风力涡轮机的能量生产。这通过增加风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓并且因此增加叶片长度来实现。增加风力涡轮机叶片的尺寸也增加了风力涡轮机叶片上的空气动力学和静态负载，这转而又需求较大和较重的毂和机舱主框架，以便将这些负载传递到风力涡轮机塔架。
对于较大的风力涡轮机叶片，需要较大的叶片模具以便制造这些大的风力涡轮机叶片的叶片壳体部分。这转而增加了制造叶片壳体和布置在叶片壳体内的负载承载结构所需要的材料的量，由此进一步增加了总的制造成本和时间。
风力涡轮机叶片可通过在叶片模具中铺叠纤维材料的层压件的层而制造，可选地，在已经将凝胶涂层施加到模制表面之后。可选地，芯材料可以布置在第一组纤维材料的层和第二组纤维材料的层之间以形成夹层结构。树脂然后被引入到纤维材料和可选的芯材料中，并且最后被固化以形成具有期望的空气动力学轮廓的第一叶片壳体部分。然后针对第二叶片壳体部分重复该过程。然后可经由粘合剂将两个固化的叶片壳体部分接合在一起。叶片壳体的外表面（可选地仅胶线）可以被加工成它们的完成形状，以及然后被涂覆以形成完成的风力涡轮机叶片。
EP 2934857 A2公开了一种两步骤制造过程，其中纤维材料的层最初被铺叠在模制表面上，在此之后铺叠芯元件、后边缘加强件和前边缘加强件。然后，纤维材料的另外的层被铺叠在芯元件和后边缘加强件和前边缘加强件上方。然后引入并固化树脂。之后，风力涡轮机叶片的连续主层压件布置在由芯元件形成的连续凹部中。主层压件然后例如通过引入然后被固化的树脂而被附接到预固化的叶片部分。
EP 3086924 A1公开了单步骤制造过程，其中纤维材料的第一层以及然后芯元件最初被铺叠在模制表面上。在此之后，第一和第二主层压件的层被布置在由芯元件形成的第一凹部和第二凹部中。纤维材料的第二层最终铺叠在芯元件上方，并且进一步在第一和第二主层压件上方。然后引入并固化树脂。在每个主层压件的两侧上进一步布置有可渗透织物，以便促进树脂流动到每个主层压件中。
EP 2788176 A1公开了一种替代的制造过程，其中多个叶片壳体部分是使用制造模具分离地预制造的，以及然后在接合模具中接合在一起。预固化的中心部分包括中心芯元件、主层压件以及此外位于中心芯元件的每个侧上的第一侧芯元件最初放置在接合模具中。随后将包括第二侧芯元件的其它预固化部分放置在接合模具中，以及然后使用真空灌注接合到每个第一芯元件。可替代地，第二侧芯元件可以直接铺叠在接合模具中，以及然后被灌注和固化。
EP 3099471 A1公开了两步骤制造过程，其中将第一纤维材料的层铺叠在模具中，用第一树脂灌注且然后固化。随后，将第二纤维材料的层铺叠在固化结构上并灌注以第二树脂。灌注的第二纤维材料最终被固化以形成集成的风力涡轮机叶片。
EP 1162058 A1公开了一种复合结构的制造过程，该复合结构具有夹在纤维加强材料的层之间的中空芯材料，其中树脂能够由于芯材料的形状而被均匀且快速地灌注。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种解决上述问题的方法和风力涡轮机叶片。
本发明的另一个目的是提供一种减少总制造时间的方法和风力涡轮机叶片。
本发明的又一个目的是提供一种方法和风力涡轮机叶片，其提供了主层压件的改进的铺叠。
发明的详细描述
本发明的目的通过一种制造风力涡轮机叶片的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-在模具中铺叠一定数量的第一纤维材料的第一层，第一层限定风力涡轮机叶片的外侧表面，
-将芯材料的一定数量的芯元件布置在所述第一数量的层的顶部上，
-在至少所述数量的芯元件的顶部上进一步铺叠一定数量的第一纤维材料的第二层，第二层限定风力涡轮机叶片的内侧表面，
-用第一树脂灌注所述第一纤维材料的层和所述芯元件，
-基本上固化所述第一树脂以形成风力涡轮机叶片的夹层结构，
-在由所述数量的芯元件形成的对应数量的凹部中布置一定数量的主层压件部件，
-将所述主层压件部件附接至夹层结构以形成风力涡轮机叶片的叶片壳体部分，其特征在于，
-中心芯元件布置在至少两个侧芯元件之间，其中所述至少两个侧芯元件在弦向方向上与中心芯元件间隔开以形成用于接收第一主层压件部件的第一凹部和用于接收第二主层压件部件的第二凹部。
这提供了一种制造具有分开的主层压件或翼梁帽的大的风力涡轮机叶片的改进方法。这允许叶片壳体部分使用两步骤过程被制造，其中负载承载结构和叶片壳体部分的其余部分在分离的步骤中制造。这转而允许负载承载结构的改进的铺叠过程，并且因此允许总制造时间上的减少。这还可允许优化的负载承载结构的放置和/或优化的抗剪腹板负载的传递。
本方法可有利地用于在第一步骤中制造叶片壳体的空气动力学部分，以及然后在第二步骤中至少制造主层压件。可选地，邻近的抗剪腹板或箱梁可与相应的主层压件一起制造，由此形成集成结构。抗剪腹板或箱梁可由接合在一起的一个或多个子元件形成。
最初，提供具有模制表面的叶片模具，该模制表面成形为形成所制造的风力涡轮机叶片的压力侧或吸力侧。模制表面在纵向方向上从第一端部（例如叶片根部）延伸到第二端部（例如尖端端部）。模制表面进一步在弦向方向上从第一边缘（例如前边缘）延伸到第二边缘（例如后边缘）。
一定数量的第一纤维材料的第一层在纵向和/或弦向方向上铺叠在模制表面上。这里，通用术语“第一纤维材料”是指用于形成夹层结构的任何类型的纤维材料。例如，一个、两个、三个或更多个第一层可以以堆叠配置布置在模制表面上。这些第一层形成叶片壳体部分的外蒙皮。可选地，可以在第一层的铺叠之前将涂层（例如凝胶涂层）施加到模制表面。这减少了需求的模制后的量，并且因此减少了完成时间。
然后将一个或多个中心芯元件在纵向方向上定位在以上第一层上。中心芯元件可以布置在从前边缘或后边缘测量的预定弦长度处。在固化第一树脂之后，中心芯元件可用于将负载承载结构（如果预制造或预堆叠）引导到其正确位置中或在铺叠期间用作侧屏障，如稍后描述的那样。
一个或多个侧芯元件进一步定位在中心芯元件的两侧上的以上第一层上。一定数量的第一侧芯元件与中心芯元件朝向前边缘间隔开，以形成在纵向方向上延伸的第一凹部。一定数量的第二侧芯元件与中心芯元件朝向后边缘间隔开，以形成在纵向方向上延伸的第二凹部。这允许负载和应力被分布在叶片壳体部分中。
一定数量的第一纤维材料的第二层随后在纵向和/或弦向方向上铺叠在以上中心和侧芯元件上。第二层进一步在第一和第二凹部中沿着以上第一层延伸。例如，可以以堆叠配置布置一个、两个、三个或更多个第二层。这些第二层形成叶片壳体部分的内蒙皮，由此封闭相应的芯元件。
在铺叠之后，第二层覆盖有袋材料，并且使用VARTM（真空辅助树脂传递模制）或RTM（树脂传递模制）过程将第一树脂引入到纤维材料中。然后在第一步骤中固化第一树脂以形成叶片壳体部分的夹层结构。在相应的凹部中，第一层和第二层形成具有增加的厚度的组合层压件。如稍后描述的那样，第一和第二主层压件被制造，以及然后附接到叶片支承支架中或叶片模具中的以上夹层结构。这允许将分开的主层压件准确地定位和附接到叶片壳体部分，因为中心芯元件可以用于对准每个主层压件。
根据一个实施例，所述第一和第二主层压件部件中的至少一个包括以堆叠配置布置的多个第二纤维材料的层，其中所述第一和第二主层压件部件中的至少一个通过用第二树脂灌注所述第二纤维材料的层并且然后固化所述第二树脂来附接。
第一和/或第二主层压件可以通过以堆叠配置布置多个第二纤维材料的层而制造。这里，通用术语“第二纤维材料”是指用于形成主层压件的任何类型的纤维材料。这些层的铺叠可以在主层压件模具中执行或与叶片模具分离。在铺叠期间或之后，可以使用另外的纤维或以其它方式保持在适当位置来将单独的层缝合或包裹在一起。这提供了干燥堆叠的主层压件部件，其然后可以被定位在以上夹层结构中的相应凹部中。
单独的层可以替代地与布置在单独的层之间的热塑性粘结剂或粘合剂或树脂接合在一起。可替代地，可以用所述热塑性粘结剂或粘合剂覆盖单独的层（例如织造的织物或其单独的粗纱），使得层彼此处于直接接触。因此，堆叠的层可以形成预形成的或预制备的主层压件部件。这些预形成或预制备的主层压件部件然后可以被定位在以上夹层结构中的相应凹部中。
一旦定位，可以用袋材料覆盖主层压件部件，并且使用VARTM或RTM过程将第二树脂引入到第二纤维材料中。然后将第二树脂固化以将主层压件部件集成到叶片壳体部分中。
根据特别的实施例，所述第二纤维材料的层被直接铺叠在第一或第二凹部中。
第一和/或第二主层压件的层的铺叠过程可以替代地直接在相应的凹部中执行。因此，中心芯元件和侧芯元件可在该铺叠过程期间用作侧屏障，由此允许单独的层的较准确的铺叠。这也形成干燥堆叠的主层压件部件。
可选地，第二纤维材料的至少一个层可以被铺叠以在中心芯元件上方延伸并且进一步部分或全部地在第一和第二主层压件上方延伸。这在第一和第二主层压件之间形成中间蒙皮或蒙皮部分，如稍后描述的那样。
根据另一特别的实施例，所述第一和第二主层压件部件中的至少一个使用主层压件模具与风力涡轮机叶片分离地制造，并且然后使用粘合剂附接到夹层结构。
可替代地，可在主层压件模具中的铺叠之后将第二树脂引入到第一和/或第二主层压件的层中以形成预浸处理的结构。这种预浸处理的主层压件部件然后可以被定位在夹层结构中的相应凹部中并且最终被固化。主层压件模具可以具有与在夹层结构中形成的相应凹部的形状基本上对应的模制表面。这允许主层压件（例如在受控条件下）与叶片壳体部分分离地制造。
当第一和/或第二主层压件仍在主层压件模具中时，第二树脂可以可替代地被固化以形成预制造结构。该预制造的主层压件部件然后可以被定位在夹层结构中的相应的凹部中，并且借助于布置在主层压件和凹部之间的粘合剂附接。在预制造的主层压件部件的放置之前或之后，粘合剂可以例如被施加到凹部的表面和/或施加到主层压件的对应表面。例如，粘合剂可以是流体粘合剂或粘合带或膜。
中间蒙皮或蒙皮部分然后可以用第二树脂浸渍，并且可选地，在主层压件部件定位在凹部中之前在主层压件模具中被固化。
根据一个实施例，第一树脂经由位于所述第一和第二凹部之间的中心入口通道被引入到至少第一纤维材料的层。
在引入第一树脂之前，一定数量的入口和出口可以布置在以上第二层的内表面上。单独的入口和出口可以各自包括开口（例如，欧米加（Ω）形通道），其被配置为分别将第一树脂引导进第一纤维材料中或引导出第一纤维材料。至少一个中心入口通道可布置在中心芯元件上，并且至少一个侧入口通道可布置在侧芯元件上。至少一个出口通道可布置在中心芯元件上和/或侧芯元件上。这允许用第一树脂有效地浸渍第一纤维材料。
类似地，在引入第二树脂之前，一定数量的入口和出口可以分布在第一和第二主层压件中的每个的内表面上方。可替换地或附加地，（多个）入口可以布置在中间蒙皮或蒙皮部分上，所述中间蒙皮或蒙皮部分在第一和第二主层压件之间延伸，如稍后描述的那样。这允许用第二树脂有效地浸渍第二纤维材料。
可替代地，（多个）入口可布置在第一和第二主层压件之间，并且（多个）出口可布置在第一和第二主层压件的相对侧上，或反之亦然。由此，在第一和第二主层压件的内表面上没有布置入口或出口。这也允许用第二树脂有效地浸渍第二纤维材料。
单独的入口和出口可各自包括开口（例如，欧米加（Ω）形通道），其被配置成分别将第二树脂引导进第二纤维材料中或引导出第二纤维材料。（多个）入口可朝向第一或第二主层压件的中心线布置，而（多个）出口可朝向第一或第二主层压件的相对面向的边缘布置，或反之亦然。这允许用第二树脂有效地浸渍第二纤维材料。
第一和第二主层压件可以同时在一个或多个组合步骤中浸渍和/或固化。可替代地，第一主层压件可以在第一子步骤中被浸渍和固化，并且第二主层压件可以在第二子步骤中被浸渍和固化，或反之亦然。
根据另一特别的实施例，所述第一树脂经由集成到所述中心芯元件中的第二流动通道被引入到第一纤维材料中。
侧芯元件可以包括集成树脂流动网络，该集成树脂流动网络被配置成将第一树脂分布在表面区域上方并且允许第一树脂流动到第一和第二层两者中的纤维材料中。例如，流动网络可以形成在侧芯元件的顶部侧中和/或底部侧中。单独的凹槽可以互连并且在纵向方向上和/或在弦向方向上延伸。这促进第一树脂在纤维材料中的流动，并降低了干燥斑点形成的风险。
类似地，中心芯元件可包括集成树脂流动网络。例如，树脂流动网络可以形成在中心芯元件的顶部侧中和/或底部侧中。至少一个中心凹槽可以在纵向方向上延伸并且可以用作中心入口以用于将树脂导向树脂流动网络中。多个侧凹槽可以在弦向方向上延伸并且与中心凹槽互连。例如，中心凹槽可以有大于侧凹槽的横截面轮廓的横截面轮廓。这进一步促进第一树脂通过纤维材料的流动，并降低了干燥斑点形成的风险。
根据特别的实施例，第二树脂经由位于所述第一和第二主层压件部件之间的中心入口通道被引入到至少第二纤维材料的层中。
在该可替代配置中，中心芯元件可以与第一和第二主层压件一起部分地或完全地用第二树脂浸渍。例如，中心芯元件可以用第一树脂和第二树脂的混合物浸渍。例如，邻接中心芯元件的第一纤维材料的第一层部分以及可选地中心芯元件的底部侧可以用第一树脂浸渍，以及然后在第一固化步骤中被固化。例如，邻接中心芯元件的第一纤维材料的第二层部分以及可选地中心芯元件的顶部侧可以用第二树脂浸渍，以及然后在第二固化步骤中被固化。这允许两个主层压件同时使用以上中心入口通道以第二树脂浸渍。
根据另一特别的实施例，所述第二树脂经由集成到中心芯元件中的第一流动通道被引入到第二纤维材料中。
中心芯元件中的树脂流动网络可以替代地用于还经由相对面向的侧边缘将第二树脂引导到第一和第二主层压件中，如稍后描述的那样。这允许树脂更均匀地引入到第一和第二主层压件中。
本发明的目的还通过如以上所描述来制造的风力涡轮机叶片来实现，风力涡轮机叶片在纵向方向上从叶片根部延伸到尖端端部，并且进一步在弦向方向上从前边缘延伸到后边缘，风力涡轮机叶片包括具有外侧表面和内侧表面的至少一个叶片壳体部分，至少一个叶片壳体部分包括夹层结构，所述夹层结构具有第一数量的第一纤维材料的层、中心芯元件、至少两个侧芯元件和第二数量的第一纤维材料的层，其中中心芯元件与所述至少两个侧芯元件间隔开以形成第一凹部和第二凹部，其中第一主层压件被布置在第一凹部内部，并且第二主层压件被布置在第二凹部内部，其特征在于，所述第二数量的第一纤维材料的层沿着中心芯元件、至少两个侧芯元件延伸，并且进一步沿着第一和第二凹部内的第一数量的层延伸。
本方法可适当地用于制造具有等于或大于35米，优选地等于或大于50米的叶片长度的风力涡轮机叶片。本方法可适当地用于制造具有分开的主层压件的风力涡轮机叶片。在铺叠过程期间，中心芯元件被适当地用于正确地对准主层压件的单独的层。这降低了在主层压件中形成褶皱的风险。
风力涡轮机叶片可以是全跨度叶片或模块化叶片，其包括配置成接合在一起的至少叶片区段。风力涡轮机叶片可包括至少两个叶片壳体部分，其一起形成风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓或主体。每个叶片壳体部分包括夹层结构，其中第一和第二主层压件被集成到叶片壳体中。中心芯元件和侧芯元件形成第一和第二主层压件定位在其中的第一凹部和第二凹部。第一和第二主层压件形成负载承载结构的部分。
夹层结构的内蒙皮和外蒙皮在单独芯的元件上方延伸并且进一步在第一凹部和第二凹部中沿着彼此延伸。内蒙皮和外蒙皮由此在所述第一和第二凹部中形成组合的蒙皮或层压件。第一和第二主层压件附接到至少第一凹部和第二凹部的相对侧表面和底部侧。这允许主层压件和叶片壳体部分的其余部分之间的牢固附接。
可选地，第一和/或第二主层压件的内蒙皮可以部分地在夹层结构的内蒙皮上方延伸。如以下描述的那样，内蒙皮可以由第二纤维材料的一个或多个层形成。内蒙皮可以由单个连续元件或沿着相应主层压件的长度延伸的多个元件形成。内蒙皮可适当地用于将主层压件附接到夹层结构的内表面。可替代地，内蒙皮可以在附接期间用作胶屏障。
根据一个实施例，第一和第二主层压件中的至少一个包括用第二树脂灌注的多个第二纤维材料的层。
第一和第二主层压件中的一个或两个可以包括以堆叠配置布置的多个第二纤维材料的层。因此，层可以形成第二纤维材料的层压件。层还可以可选地形成中间蒙皮或安装凸缘，如稍后提到的那样。如之前描述的那样，层可以用第二树脂浸渍，且然后被固化。
根据一个实施例，所述第一和第二主层压件通过在中心芯元件的顶部侧上方延伸的至少一个中间蒙皮或安装凸缘互连。
以上层压件的一个或多个最上层可以形成内蒙皮。例如，一个、两个、三个或更多个层可以形成内蒙皮。内蒙皮可以在主层压件的宽度上方并且进一步部分地在夹层结构的内表面上方延伸。内蒙皮可形成面朝向中心芯元件的一定数量的第一安装凸缘和面朝向侧芯元件的一定数量的第二安装凸缘。第一和第二主层压件的单独的第一安装凸缘可以在纵向方向上对准或偏移。第一主层压件的第一安装凸缘可以与第二主层压件的第一安装凸缘邻接或相交，由此部分地或完全地覆盖中心芯元件上方的内蒙皮。这增加了总的附接区域。单独的第一和第二安装凸缘还可在附接期间用作胶屏障。
第一和第二安装凸缘可以互连以形成在整个中心芯元件上方延伸的多个中间蒙皮部分或中间蒙皮。中间蒙皮或蒙皮部分可包括至少一个第二纤维材料的层。该配置可适用于非常窄的中心芯元件。这允许第二树脂从中心入口流动到两个主要的层压件或从两个主要的层压件流动到中心出口。
第一和第二主层压件可各自具有底部侧、顶部侧和相对面向的边缘表面。例如，顶部侧表面可以基本上与夹层结构的相邻内表面齐平。可替代地，顶部侧可形成从夹层结构的相邻内表面延伸的突出部分。第二层的邻近部分可具有渐尖轮廓，该渐尖轮廓从主层压件朝向前边缘或后边缘渐尖。这可以通过在内蒙皮中附加一个或多个附加层来实现。可替代地，邻近的侧芯元件可具有渐尖轮廓，该渐尖轮廓从主层压件朝向前边缘或后边缘渐尖。由此，在主层压件和夹层结构之间提供平滑过渡。
边缘表面可以分别面向中心芯元件和侧芯元件。例如，第一主层压件的第一边缘表面可以面向第二主层压件的第二边缘表面。每个主层压件的所述第一和第二边缘表面可以成形为形成渐尖或倾斜的边缘轮廓。这允许增加的刚度和从主层压件到叶片壳体部分的其余部分的最佳应力传递。
根据一个实施例，所述第一树脂等于所述第二树脂，和/或所述第一纤维材料等于所述第二纤维材料。
第一树脂可以例如等于第二树脂，使得可以使用相同的树脂浸渍在夹层结构和主层压件二者中的纤维材料。这允许第一和第二树脂分别具有用于粘附到第一和第二纤维材料的相同的粘合性质。
第一树脂可以例如不同于第二树脂，因此可以使用两种类型的树脂来制造夹层结构和主层压件。例如，第一树脂可以是通过催化化学反应固化的树脂。第一树脂可以是基于聚酯或基于乙烯基酯的树脂。例如，第二树脂可以是通过施加热固化的树脂，诸如基于环氧的树脂。可以使用其它类型的热固化或热活化树脂。
第一纤维材料可以例如等于第二纤维材料，使得可以在夹层结构和主层压件两者中使用相同的纤维材料。这允许第一和第二纤维材料具有相同的结构性质。第一纤维材料可以例如不同于第二纤维材料，因此可以使用两种类型的纤维材料来制造夹层结构和主层压件。这允许增加的结构强度。
例如，第一和/或第二纤维材料可以包括由玻璃、碳或芳香聚酰胺制成的纤维。可替代地，第一和/或第二纤维材料可以包括纤维的混合物，诸如玻璃和碳的混合物。例如，第一和/或第二纤维材料可以包括单向纤维、多轴向纤维、三轴向纤维、双轴向纤维或其它纤维定向或它们的组合。
根据一个实施例，中心芯元件具有顶部侧、底部侧和两个相对的边缘表面，其中中心芯元件包括集成的树脂流动网络，其被配置为将未固化树脂从中心入口并且沿着中心芯元件引导，可选地，进一步引导到第一和第二主层压件中。
中心芯元件在纵向方向上从第一局部端部延伸到第二局部端部。例如，第一本地端部可以位于第一端部处或者放置在离第一端部预定距离处。例如，第二局部端部可位于第二端部处或放置在离第二端部预定距离处。中心芯元件还具有第一边缘表面和第二边缘表面，其中一个或两个边缘表面可以成形为形成渐尖或倾斜边缘轮廓。例如，中心芯元件可具有基本上梯形的横截面轮廓。这允许叶片壳体部分的较容易的制造。
中心芯元件可各自包括在相对的边缘表面和/或中心芯元件的相对端部之间延伸的至少一个集成树脂流动网络。例如，第一树脂流动网络可以布置在顶部侧中，并且第二树脂流动网络可以布置在底部侧中，如之前描述的那样。树脂流动网络可以被配置为将未固化树脂（例如，第一树脂或第二树脂）沿着中心芯元件分布并且进一步分布到第一纤维材料中并且例如也分布到第二纤维材料中。树脂可供给通过位于中心芯元件上方的中心入口并从例如位于侧芯元件上方的出口离开。这允许树脂在中心元件上方的均匀分布。这降低了中心夹层结构或其中心芯元件分层的风险。
第一侧芯元件在纵向方向上从第一局部端部延伸到第二局部端部，并且进一步在弦向方向上从面向中心芯元件的第一局部边缘延伸到面向前边缘的第二局部边缘。第二侧芯元件在纵向方向上从第一局部端部延伸到第二局部端部，并且进一步在弦向方向上从面向中心芯元件的第一局部边缘延伸到面向后边缘的第二局部边缘。每个侧芯元件还具有第一和第二边缘表面。面向第一侧芯元件和第二侧芯元件的中心元件的一个或两个边缘表面可被成形为形成渐尖或倾斜边缘轮廓。这进一步允许叶片壳体部分的较容易的制造。
类似地，侧芯元件可各自包括在相对边缘表面和/或中心芯元件的相对端部之间延伸的至少一个集成树脂流动网络。该树脂流动网络可以被配置为将未固化的第一树脂沿着侧芯元件分布并且进一步地分布到第一纤维材料中。第一树脂可供给通过位于侧芯元件上方的一个或多个入口并从位于侧芯元件上方的一个或多个出口离开。这允许树脂在中心元件上方的均匀分布。这降低了侧夹层结构或其侧芯元件的分层的风险。
中心芯元件和/或侧芯元件可由轻木木材、泡沫材料或另一合适的轻质材料制成。例如，泡沫材料可以是聚苯乙烯、聚氨酯、聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯（PVC）、醋酸纤维素或尼龙。
根据特别的实施例，树脂流动网络包括形成在顶部侧、底部侧和两个相对边缘表面中的至少一个中的一定数量的凹槽。
以上提到的树脂流动网络可以通过相应的芯元件的CNC机加工来制造。树脂流动网络可以形成为具有恒定或可变深度的凹槽。这允许树脂网络的简单且容易的制造。
例如，面向中心芯元件的侧芯元件可包括布置在顶部侧、底部侧和一个或两个边缘表面中的凹槽。类似地，中心芯元件可包括布置在顶部侧、底部侧中和边缘表面中的凹槽。可替代地，中心芯元件可包括布置在顶部侧和边缘表面的部分中的第一凹槽以及布置在底部侧和边缘表面的部分中的第二凹槽。第一凹槽和第二凹槽可以彼此分离以使独立的树脂流动成为可能。
可替代地，树脂流动网络可以是嵌入管或内部形成的通道，其连接到布置在芯元件的外部表面中的多个入口开口和出口开口。可以使用树脂流动网络的其它配置。
根据另一特别的实施例，树脂可渗透元件被布置在所述数量的凹槽中的至少一个的内部。
第一树脂和/或第二树脂的流动可以借助于布置在以上树脂流动网络（例如凹槽）中的可渗透元件进一步增强。可渗透元件可形成为可渗透材料的条带、织物或网。可渗透材料可由聚酯、聚苯乙烯、尼龙、聚醚、聚乙酸乙烯酯（PVA）或另一个合适的可渗透或多孔材料制成。这进一步促进树脂的分布，因为其允许树脂在期望的纵向和/或弦向方向上被引导。
可选地，一个或多个流动介质或流动分布层可以布置在第一纤维材料的第一层和/或第二层上，以促进第一树脂的灌注过程。可替代地或附加地，一个或多个流动介质或流动分布层可以布置在第二纤维材料的层上，以用于促进第二树脂的灌注过程。例如，流动介质或流动分布层可以在每个主层压件部件的内表面上方延伸。例如，流动介质或流动分布层可以在第一和第二主层压件部件的内表面上方延伸，并且进一步在芯元件的内表面上方延伸。
附图说明
下面参考附图中示出的实施例详细解释本发明，在附图中：
图1示出了风力涡轮机，
图2示出了风力涡轮机叶片的示例性实施例，
图3示出了在第一次固化之后叶片壳体部分的空气动力学部分的示例性实施例，
图4示出了第二次固化之后的叶片壳体部分，其具有负载承载结构的第一实施例，
图5示出了第二次固化之后的叶片壳体部分，其具有负载承载结构的第二实施例，
图6示出了主层压件模具的示例性实施例，
图7示出了第一和第二主层压件的第一实施例，
图8示出了第一和第二主层压件的第二实施例，
图9示出了叶片壳体部分的第一制造步骤，
图10示出了叶片壳体部分的第二制造步骤的第一实施例，
图11示出了第二制造步骤的第二实施例，
图12示出了第二制造步骤的第三实施例，
图13示出了具有树脂可渗透元件的中心芯元件的第一实施例的横截面，
图14示出了具有集成树脂流动网络的中心芯元件的第二实施例的横截面，以及
图15示出了具有第一和第二树脂流动网络的中心芯元件的第三实施例的横截面。
参考列表
1. 风力涡轮机
2. 风力涡轮机塔架
3. 机舱
4. 毂
5. 风力涡轮机叶片
6. 变桨轴承（pitch bearing）
7. 叶片根部
8. 尖端端部
9. 前边缘
10. 后边缘
11. 叶片壳体
12. 压力侧
13. 吸力侧
14. 叶片根部部分
15. 空气动力学叶片部分
16. 过渡部分
17. 风力涡轮机叶片的长度
18. 风力涡轮机叶片的弦长度
19. 叶片壳体部分
20. 第一数量的第一纤维材料的层
21. 叶片模具
22. 模制表面
23a-b. 侧芯元件
23c 中心芯元件
24a-b. 凹部
25. 第二数量的第一纤维材料的层
26. 后边缘加强件
27. 叶片支承支架
28a-b. 主层压件
29. 间隙
30a-b. 抗剪腹板
31. 主层压件模具
32. 模制表面
33. 第二纤维材料的层
34. 主层压件的底部侧
35. 主层压件的顶部侧
36. 边缘表面
37a-b. 安装凸缘
38. 入口
39. 出口
40. 真空袋
41. 树脂可渗透元件
42. 中心凹槽
43. 横向凹槽。
为了图示的目的，在上述附图中示出了列出的参考标号，其中不是所有的参考标号都在相同的附图上示出。在附图中看到的相同的部分或位置将在不同的附图中用相同的参考标号来编号。
具体实施方式
图1示出了现代风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2、布置在风力涡轮机塔架2的顶部上的机舱3、以及限定转子平面的转子。机舱3例如经由偏航轴承单元连接到风力涡轮机塔架2。转子包括毂4和一定数量的多个风力涡轮机叶片5。这里示出了三个风力涡轮机叶片，但是转子可包括较多或较少的风力涡轮机叶片5。毂4经由旋转轴连接到位于风力涡轮机1中的驱动链，例如发电机。
毂4包括用于每个风力涡轮机叶片5的安装接口。变桨轴承单元6可选地连接到该安装接口并且进一步连接到风力涡轮机叶片5的叶片根部。
图2示出了风力涡轮机叶片5的示意性视图，该风力涡轮机叶片5在纵向方向上从叶片根部7延伸到尖端端部8。风力涡轮机叶片5进一步在弦向方向上从前边缘9延伸到后边缘10。风力涡轮机叶片5包括叶片壳体11，所述叶片壳体11具有分别限定压力侧12和吸力侧13的两个相对面向的侧表面。叶片壳体11还限定叶片根部部分14、空气动力学叶片部分15和在叶片根部部分14与空气动力学叶片部分15之间的过渡部分16。
叶片根部部分14具有基本上圆形或椭圆形的横截面（由虚线指示）。叶片根部部分14与负载承载结构（例如，与抗剪腹板或箱梁组合的主层压件）一起被配置为向风力涡轮机叶片5附加结构强度并且将动态负载传递到毂4。负载承载结构在压力侧12和吸入侧13之间延伸并且进一步在纵向方向上延伸。
叶片空气动力学叶片部分15具有设计成生成升力的空气动力学形状的横截面（由虚线指示）。叶片壳体11的横截面轮廓从圆形或椭圆形轮廓逐渐地变换成过渡部分16中的空气动力学轮廓。
风力涡轮机叶片5具有至少35米，优选地至少50米的纵向长度17。风力涡轮机叶片5还具有作为长度17的函数的弦长度18，其中最大弦长度被发现在叶片空气动力学叶片部分15和过渡部分16之间。风力涡轮机叶片5还具有作为弦长度18的函数的叶片厚度19，其中叶片厚度19在压力侧12和吸力侧13之间被测量。
图3示出了在第一次固化之后布置在叶片模具21中的叶片壳体部分19的空气动力学部分的示例性实施例。叶片壳体部分19包括沿着安装表面22延伸的纤维材料的一定数量的第一层20。一定数量的第一和第二侧芯元件23a、23b相对于叶片壳体部分的后边缘和前边缘9、10被布置在层20上。
一定数量的中心芯元件23c进一步布置在第一和第二侧芯元件23a、23b之间的层20上。中心芯元件23c与第一和第二侧芯元件23a、23b间隔开，以形成第一凹部24a和第二凹部24b，以用于接收（图4-5中所示出的）负载承载结构的主层压件。
一定数量的第二层25沿着相应的芯元件23a-c延伸并且进一步沿着相应的间隙24a-b中的第一层20延伸，如图3中所指示。
可选地，后边缘加强件26进一步布置在第一和第二层20、25之间，以用于向后边缘10附加强度。前边缘加强件（未示出）也可以布置在第一层和第二层20、25之间，以用于向前边缘9附加强度。
图4示出了在第二次固化之后的叶片壳体部分19，其具有布置在第一和第二间隙24a-b中的负载承载结构的第一实施例。这里，叶片壳体部分19被布置在叶片支承支架27中。
负载承载结构包括布置在第一凹部24a中的第一主层压件28a和布置在第二凹部24b中的第二主层压件28b。在第二层25的内表面与第一和第二主层压件28a-b的相应底部表面之间形成间隙29。第一和第二主层压件28a-b经由布置在间隙29中的粘合剂附接至叶片壳体部分19的其余部分。
图5示出了在第二次固化之后的叶片壳体部分19，其具有负载承载结构的第二实施例。这里，叶片壳体部分19被布置在叶片支承支架27中。
负载承载结构的第一抗剪腹板30a与第一主层压件28a集成地形成。类似地，负载承载结构的第二抗剪腹板30b与第二主层压件28b集成地形成。另一第一和第二主层压件28a-b在另一端部处进一步与第一和第二抗剪腹板30a-b集成地形成，由此形成集成的负载承载结构。
图6示出了用于与叶片模具21分离地制造第一和第二主层压件28a-b的主层压件模具31的示例性实施例。主层压件模具31具有限定第一和第二主层压件28a-b的底部表面的模制表面32。
图7示出了第一和第二主层压件28a-b的第一实施例，其中第一和第二主层压件28a-b被单独制造为分离的部件。
第一和第二主层压件28a-b各自包括以堆叠配置布置的多个第二纤维材料的层33。堆叠的最下层限定了底部侧34，并且堆叠的最上层限定了顶部侧35。堆叠还具有面向第一或第二侧芯元件23a、23b的第一边缘表面36a和面向中心芯元件23c的第二边缘表面36b。
第一和第二边缘表面36a-b在这里相对于顶部或底部表面34、35是渐尖的，使得它们形成渐尖边缘轮廓。这允许在第一和第二凹部中的最佳的负载传递和较容易的定位。
相应的主层压件28a-b的最上层突出超过边缘表面36a-b以形成两个安装凸缘或树脂止挡件。第一安装凸缘37a从第一边缘表面36a突出以接触侧芯元件23a、23b，并且第二安装凸缘37b从第二边缘表面36b突出。
图8示出了第一和第二主层压件28a-b的第二实施例，其中第一和第二主层压件28a-b的相对面向的第二安装凸缘37b形成组合的安装凸缘37b’。该组合安装凸缘37b’在中心芯元件23c的宽度上方延伸。这允许两个主层压件的更容易的处理。
可替代地，安装凸缘37a、37b、37b’能够省略，并且主层压件的顶部侧35基本上与侧和中心元件23a-c的内表面齐平，如图10-11中所指示。
图9示出了制造叶片壳体部分19的第一步骤，其中第一纤维材料的第一层20最初铺叠在模制表面22上。侧芯元件23a-b和中心芯元件23c然后布置在层20的顶部上。之后，将第一纤维材料的第二层25铺叠在相应的侧和中心芯元件23a-c上方，并且进一步沿着第一和第二凹部24a-b中的第一层20铺叠，以形成夹层结构。
一定数量的入口38和一定数量的出口39定位在夹层结构上，并且整个结构以真空袋40覆盖。然后使用真空灌注系统将第一树脂引入到第一纤维材料和芯材料中。过量的第一树脂经由出口39被引导出结构。最终在第一固化步骤中固化第一树脂以形成叶片壳体部分19的空气动力学部分。
一旦固化，叶片壳体部分19的空气动力学部分就可传递到叶片支承支架27或保持在叶片模具21中。
图10示出了叶片壳体部分19的第二制造步骤的第一实施例。这里，第一和第二主层压件28a-b被铺叠并直接固化在第一和第二凹部24a-b中。
使用凹部的边缘表面将第一主层压件28a的层33铺叠在第一凹部24a中，以准确地对准单独的层来形成堆叠。
然后以另一真空袋40覆盖第二纤维材料的堆叠，并且使用另一真空灌注系统将第二树脂引入到第二纤维材料中。过量的第二树脂经由出口39被引导出结构。然后在第二步骤中固化第二树脂以将第一主层压件28a附接到叶片壳体部分19的其余部分。
重复该过程以制造第二主层压件28b。
图11示出第二制造步骤的第二实施例，其中第一和第二主层压件28a-b经由中心入口38’和入口38同时用第二树脂灌注。中心入口38’布置在中心芯元件23c上方，并且第二树脂经由它们的相对面向的边缘表面而被导向第一和第二主层压件28a-b中。
在该配置中，布置在第一和第二主层压件28a-b上方的入口38可以被省略。可替代地或附加地，布置在第一和第二主层压件28a-b上方并且最接近中心入口38’的最内出口39可以被省略。
图12示出了第二制造步骤的第三实施例，其中没有入口或出口布置在第一和第二主层压件28a-b的内表面上。
在该配置中，第一和第二主层压件28a-b经由中心入口38b’同时用第二树脂灌注。中心入口38’布置在中心芯元件23c上方，并且第二树脂经由它们的相对面向的边缘表面而被导向第一和第二主层压件28a-b中。
过量的第二树脂经由出口39被引导出结构。出口39布置在与第一和第二主层压件28a-b相邻的侧芯元件23a-b之上。
图13示出了中心芯元件23c的第一实施例的横截面，其中树脂可渗透元件41布置在中心凹槽42中。中心凹槽42连接到形成在中心芯元件23c的顶部侧中的入口开口。中心凹槽42还互连到延伸弦向或横向方向的多个凹槽43。单独的凹槽43最终连接到形成在中心芯元件23c的边缘表面44中的出口开口。
中心芯元件23c在此具有梯形轮廓，其中边缘表面44成形为从底部侧朝向顶部侧渐尖的渐尖边缘表面。
树脂，例如第二树脂，经由顶部侧被引入到中心芯元件23c中，如由箭头所指示。树脂然后被引导通过凹槽42、43并且被引导出边缘表面44，如由箭头进一步指示。这允许将树脂均匀地引入到第一和第二主层压件28a-b中。
树脂可渗透元件41配置成促进树脂在相应凹槽42、43内部的流动。在此，树脂可渗透元件41被成形为网。
图14示出了具有集成的树脂流动网络45的中心芯元件23c的第二实施例的横截面。布置在顶部侧46中的凹槽43形成树脂流动网络45的第一部分。
第二组凹槽47布置在中心芯元件23c的底部侧48上。这些凹槽47互连到中心凹槽42并且进一步连接到布置在边缘表面44中的另一组出口开口。这些凹槽47形成树脂流动网络45的第二部分。树脂流动网络45的第一和第二部分经由中心芯元件42互连。
图15示出了具有第一树脂流动网络45’和第二树脂流动网络49的中心芯元件23c的第三实施例的横截面。第一树脂流动网络45’布置在顶部侧46中，而第二流动网络49布置在底部侧48中。
两个树脂流动网络45’、49中的每个包括分别连接到凹槽43、47的一定数量的中心凹槽42’、42’’。这里，第一和第二流动网络45’、49被布置为用于独立的树脂流动的分离的网络。
在一种配置中，在第一制造步骤期间将第一树脂引入到树脂流动网络45’、49两者中。中心芯元件23c通过第一树脂完全饱和，以及然后至少基本上固化。之后在第二制造步骤期间第二树脂经由入口38被直接引入到两个主层压件28a-b中，并最终被固化。
在替代配置中，在第一制造步骤期间将第一树脂仅引入到第二树脂流动网络49中。因此，中心芯元件23c通过至少基本上固化的第一树脂部分饱和。之后，在第二制造步骤期间，将第二树脂经由中心入口38’引入到第一树脂流动网络45’中，并且进一步引入到两个主层压件28a-b中。最终固化第二树脂。由此，中心芯元件23c通过第一和第二树脂的混合物饱和。
上述实施例可以在不脱离本发明的情况下以任何组合来组合。

Claims (16)

1.一种制造风力涡轮机叶片（5）的方法，所述方法包括以下步骤：
-在模具（21）中铺叠第一纤维材料的一定数量的第一层（20），所述第一层（20）限定所述风力涡轮机叶片（5）的外侧表面，
-将芯材料的一定数量的芯元件布置在所述第一纤维材料的所述一定数量的第一层（20）的顶部上，
-在至少所述一定数量的芯元件的顶部上进一步铺叠所述第一纤维材料的一定数量的第二层（25），所述第二层（25）限定所述风力涡轮机叶片（5）的内侧表面，
-用第一树脂灌注所述第一纤维材料和所述芯元件，
-基本上固化所述第一树脂，以形成所述风力涡轮机叶片（5）的夹层结构，
-在由所述一定数量的芯元件形成的对应数量的凹部中布置一定数量的主层压件部件，
-将所述主层压件部件附接至所述夹层结构，以形成所述风力涡轮机叶片（5）的叶片壳体部分（19），其特征在于，
-中心芯元件（23c）布置在至少两个侧芯元件（23a，23b）之间，其中所述至少两个侧芯元件（23a，23b）在弦向方向上与所述中心芯元件（23c）间隔开，以形成用于接收第一主层压件（28a）部件的第一凹部（24a）和用于接收第二主层压件（28b）部件的第二凹部（24b）。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二主层压件（28a，28b）部件中的至少一个包括以堆叠配置布置的第二纤维材料的多个层（33），其中所述第一和第二主层压件（28a，28b）部件中的所述至少一个通过用第二树脂灌注所述第二纤维材料并且然后固化所述第二树脂而被附接。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二纤维材料的所述多个层（33）直接铺叠在所述第一或第二凹部（24a，24b）中。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一和第二主层压件（28a，28b）部件中的至少一个使用主层压件模具（31）与所述风力涡轮机叶片（5）分离地制造，并且然后使用粘合剂附接到所述夹层结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一树脂经由位于所述第一和第二凹部（24a，24b）之间的中心入口（38’）通道被引入到至少所述中心芯元件中。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一树脂经由集成到所述中心芯元件（23c）中的第二流动通道被引入到所述第一纤维材料中。
7.根据权利要求2至3中任一项所述的方法，其特征在于，所述第二树脂经由位于所述第一和第二主层压件（28a，28b）部件之间的中心入口（38’）通道被引入到至少所述第二纤维材料中。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二树脂经由集成到所述中心芯元件（23c）中的第一流动通道被引入到所述第二纤维材料中。
9.一种风力涡轮机叶片（5），其根据权利要求1至8中任一项制造，所述风力涡轮机叶片（5）在纵向方向上从叶片根部（7）延伸到尖端端部（8），并且进一步在弦向方向上从前边缘（9）延伸到后边缘（10），所述风力涡轮机叶片（5）包括具有外侧表面和内侧表面的至少一个叶片壳体部分（19），所述至少一个叶片壳体部分（19）包括夹层结构，所述夹层结构具有：第一纤维材料的一定数量的第一层（20）、中心芯元件（23c）、至少两个侧芯元件（23a，23b）和所述第一纤维材料的一定数量的第二层（25），其中所述中心芯元件（23c）与所述至少两个侧芯元件（23a，23b）间隔开以形成第一凹部（24a）和第二凹部（24b），其中第一主层压件（28a）布置在所述第一凹部（24a）内部，并且第二主层压件（28b）布置在所述第二凹部（24b）内部，其中，所述第一纤维材料的所述一定数量的第二层（25）沿着所述中心芯元件（23c）、所述至少两个侧芯元件（23a，23b）延伸，并且进一步沿着所述第一和第二凹部（24a，24b）内的所述第一纤维材料的所述一定数量的第一层（20）延伸。
10.根据权利要求9所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一和第二主层压件（28a，28b）中的至少一个包括用第二树脂灌注的第二纤维材料的多个层（33）。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一树脂等于所述第二树脂，和/或所述第一纤维材料等于所述第二纤维材料。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述第一和第二主层压件（28a，28b）通过在所述中心芯元件（23c）的顶部侧（46）上方延伸的至少一个中间蒙皮或安装凸缘（37b’）互连。
13.根据权利要求9至11中任一项所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述中心芯元件（23c）具有顶部侧（46）、底部侧（48）和两个相对的边缘表面（44），其中所述中心芯元件（23c）包括集成的树脂流动网络（45），所述树脂流动网络（45）被配置为从中心入口（38’）并且沿着所述中心芯元件（23c）引导未固化树脂。
14.根据权利要求13所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述树脂流动网络（45）被配置为进一步引导未固化树脂到所述第一和第二主层压件（28a，28b）中。
15.根据权利要求13所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述树脂流动网络（45）包括形成在所述顶部侧（46）、所述底部侧（48）和所述两个相对边缘表面（44）中的至少一个中的一定数量的凹槽（42，43）。
16.根据权利要求15所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，树脂可渗透元件（41）布置在所述一定数量的凹槽（42，43）中的至少一个内部。
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