CN110914047B - 一种装置和使用这种装置对齐芯元件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造风力涡轮机叶片构件的套件、制造这种风力涡轮机叶片构件的方法及其风力涡轮机叶片构件。单个面板部分（20）通过布置在相邻的面板部分（20）之间的互锁装置（22,37,39）进行互锁。互锁装置（22,37,39）包括至少一个端部轮廓，其配置成插入到面板部分（20）中的至少一个匹配的凹槽（23a）中。在互锁装置（22,37,39）与面板部分（20）之间形成间隙（34），以使得套件能够适应于风力涡轮机叶片的外形。

Description

一种装置和使用这种装置对齐芯元件的方法

技术领域

本发明涉及用于制造风力涡轮机叶片构件的套件，包括第一和第二面板部分，每个面板部分具有布置在周边边缘中的凹槽，其配置成接收互锁装置的一个端部。

本发明进一步涉及制造风力涡轮机叶片的方法，包括以下步骤：铺设多层纤维材料，然后将如上所述的面板部分的套件布置在这些层的顶部上，并最后铺设进一步的多层纤维材料，其中，随后将树脂引入到纤维材料和芯材料中并且然后固化。

本发明还涉及用如上所述的面板部分的套件制造的风力涡轮机叶片。

背景技术

众所周知，用于现代风力涡轮机的风力涡轮机叶片已变得更大且更重，以增加来自风力涡轮机的能量生产。这是通过增加风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓，并因此增加叶片长度来实现的。增加风力涡轮机叶片的尺寸还增加了风力涡轮机叶片上的空气动力学载荷和静载荷。

风力涡轮机叶片可以通过将多层叠层(laminate)的纤维材料铺设在叶片模具中（可选地，在已将凝胶涂层施加到模制表面之后）来制造。由芯材料构成的面板可以布置在第一组多层纤维材料与第二组多层纤维材料之间以形成夹层结构。然后将树脂引入到纤维材料和芯材料中，并最后固化以形成具有所期望的空气动力学轮廓的第一叶片壳体部件。然后对第二叶片壳体部件重复该过程。通过粘合剂将两个固化的叶片壳体部件连接在一起。叶片壳体的外表面或仅暴露的胶线可以加工成它们的成品形状，并且然后被涂覆以形成成品风力涡轮机叶片。

芯面板由多个相对于彼此对齐的单个面板部分组成。每个面板部分包括附接到柔性织物或片材的多个单个芯块，诸如在US 8470425 B2中公开的。已知的问题是面板部分的错位导致了形成在面板部分之间的大的间隙或形成在夹层结构中的褶皱。这可以导致主叠层的不正确位置，其进而影响风力涡轮机叶片的整体性能和结构特性。这可以通过施加由金属或塑料制成的U形钉(staple)来互锁相邻的面板部分进行解决。在相邻的面板部分之间厚度中的任何台阶必须磨成平滑过渡。

DE 102009054690 A1公开了使用互锁装置来锁定单个面板部分的另一种方式。每个面板部分包括布置在周边边缘中的单独的凹槽，用于接收互锁装置的一个端部。互锁装置被迫使进入到凹槽中并填满整个凹槽，由此防止面板部分相对于彼此弯曲。该凹槽与相邻的面板部分中的相对面向的凹槽对齐，并且将互锁装置插入到对齐的凹槽中。互锁装置的相对面向的端部被成形为燕尾榫，所述燕尾榫具有半圆形的端部轮廓和沿侧表面的清晰的限定分明的边缘。

DE 102009054690 A1的锁定装置具有比面板部分的局部厚度大的局部厚度，因此相对面向的侧表面各自从相邻的面板部分的对应的侧表面突出。锁定装置的突出部件被设计为阻止任何横向的树脂流动，并沿锁定装置的长度引导树脂流动。

US 2015/0151509 A1公开了一种替代的芯面板，其中，一层纤维材料被编织在单个芯杆或条之间中，所述单个芯杆或条在纵向方向上延伸。该层沿一个杆的上表面延伸，穿过相邻的杆之间所形成的间隙，并进一步沿相邻的杆的下表面延伸。该层纤维材料用于在树脂注入或注射过程中促进在上皮肤和下皮肤之间的树脂流动。芯面板包括不同厚度的面板部分和具有从一个端部到另一个端部成锥形的厚度的中间面板部分。

GB 2153408 A公开了一种具有连续的突出互锁元件的阵列的面板部分，其中，该阵列与另一个面板部分上的互锁元件的匹配的阵列接合。突出元件形成了紧密配合，并因此没有间隙形成在突出元件与凹槽之间。因此，面板部分借助于防止在面板部分之间任何相对移动的压缩来互锁。

发明目的

本发明的目的是提供解决上述问题的套件、方法和风力涡轮机叶片。

本发明的另一个目的是提供允许简单且容易对齐单个面板部分的套件、方法和风力涡轮机叶片。

本发明的又另一个目的是提供降低树脂积聚在面板部分之间的大的间隙中风险的套件、方法和风力涡轮机叶片。

发明详细说明

本发明的一个目的是通过用于制造风力涡轮机叶片构件的套件来实现，该套件包括：

- 第一面板部分，其包括由芯材料构成的至少一个芯元件，第一面板部分具有第一侧表面、相对的第二侧表面、第一边缘表面和相对的第二边缘表面，

- 至少第二面板部分，其包括由芯材料构成的至少一个芯元件，第二面板部分进一步具有第一侧表面、相对的第二侧表面、第一边缘表面和相对的第二边缘表面，

- 至少一个互锁装置，其配置成使第一和第二面板部分相对于彼此互锁，至少一个互锁装置具有第一端部、相对的第二端部、第三侧表面和相对的第四侧表面，

- 其中，至少第一面板部分具有布置在其第一或第二边缘表面中的至少一个第一凹槽，至少一个第一凹槽被成形为接收至少一个互锁装置的所述第一端部，其特征在于，至少一个互锁装置和至少第一面板部分具有相同的厚度，使得当互锁时，所述第三和第四侧表面与所述第一和第二侧表面基本上齐平，并且在至少一个第一凹槽的内边缘表面与至少一个互锁装置的第一端部的外边缘表面之间形成第一间隙，其中，所述第一间隙具有预定的最大宽度。

这提供了用于制造风力涡轮机叶片的改进的面板部分套件，其中，单个面板部分可以以更稳定且可靠的方式进行互锁。本解决方案提供了一种在铺设过程中对齐各自的面板部分的简单且容易的方式。由此，防止了在面板部分之间形成树脂可以积聚在其中的任何大的不可控制的间隙。

传统的U形钉具有移动出接合的倾向，甚至在互锁的面板部分的微小相对移动过程中。然后，面板部分必须重新对齐，并且必须将额外的U形钉插入。这进而增加了形成大的间隙以及载荷承载结构的主叠层的错位的风险。在固化之后，部分地移动出接合的U形钉可以进一步导致形成在夹层结构中的褶皱或台阶。

第一和第二面板部分可以相对于彼此布置，使得它们彼此邻接或在第一和第二面板部分之间形成小的间隙。一旦对齐，第一和第二面板部分使用布置在相邻的面板部分之间的若干互锁装置连接。例如，单独的互锁装置可以用于连接相邻的面板部分。替代地，多个互锁装置可以用于连接相邻的面板部分。这允许在铺设过程中使单个面板部分互锁。

面板部分和互锁装置各自具有两个相对面向的侧表面，用于分别接触第一若干层和第二若干层纤维材料。每个面板部分进一步具有位于沿面板部分的轮廓延伸的各自的侧表面之间的周边边缘。例如，每个面板部分可以包括在相反的纵向方向上面向的两个第一边缘表面，并且进一步包括在相反的面向的横向方向上面向的两个第二边缘表面。

互锁装置和单个面板部分各自具有在各自的侧面之间测量的局部厚度。互锁装置的局部厚度可以基本上等于第一和/或第二面板部分的局部厚度，由此形成基本上齐平的连续的侧表面。优选地，互锁装置和第一和/或第二面板部分形成连续的上侧表面和连续的下侧表面。这在相邻的面板部分之间形成隐蔽的接头，不同于DE 102009054690 A1的互锁装置。通过提供基本上齐平的连续的侧表面，相邻的上层和/或下层纤维材料中的树脂能够沿这个连续的侧表面自由地流动。这进一步降低了在纤维材料中形成台阶或褶皱的风险。

凹槽的内尺寸可以略大于互锁装置的外尺寸，以形成间隙，由此形成相对松动的接头。由此，第一间隙可以形成在凹槽的内边缘表面与互锁装置的外边缘表面之间。这允许互锁装置和面板部分在铺设过程中更好地适应于风力涡轮机叶片的轮廓，例如第一层纤维材料。

突出互锁装置可以具有从面板部分的周边边缘到第一端部的尖端部测量的长度。互锁装置的长度可以略大于第一或第二面板部分中的匹配的凹槽的深度，以形成间隙。替代地，互锁装置可以具有在第一和第二端部的相对的尖端部之间测量的长度。互锁装置的长度可以略大于第一和第二面板部分中的两个对齐的凹槽的组合深度，以形成间隙。由此，第二间隙可以形成在第一面板部分的第一或第二边缘表面与第二面板部分的相对面向的第一或第二边缘表面之间。这进一步允许面板部分在铺设过程中适应于风力涡轮机叶片的轮廓，例如第一层纤维材料。

根据一个实施例，在平行于配置成降低应力集中的第三或第四侧表面的平面中，至少第一端部具有固化的端部轮廓，例如基本上圆形的端部轮廓。

本互锁装置具有沿互锁装置的轮廓延伸的周边边缘和布置在侧表面之间的外边缘表面。互锁装置具有至少一个端部，例如第一端部和相对的第二端部，具有在平行于侧表面的平面中见到的预定的端部轮廓。所述端部配置成定位在第一和/或第二面板部分中的匹配的凹槽中。凹槽布置在各自的面板部分的周边边缘中。第一和/或第二面板部分中的凹槽被成形为基本上遵从互锁装置的轮廓（例如端部轮廓）。

可以优化互锁装置的上述（多个）端部轮廓，以将应力集中降低至最小。还可以优化各自的（多个）面板部分中的匹配的一个凹槽或多个凹槽的凹槽轮廓，以将应力集中降低至最小。例如，互锁装置可以具有弯曲的端部轮廓，例如圆形或椭圆形的端部轮廓，由此提供平滑的端部轮廓。凹槽可以具有类似的弯曲的轮廓，例如圆形或椭圆形的轮廓。

诸如DE 102009054690 A1的传统的互锁装置的燕尾榫端部具有由布置在两个直的端部表面之间的弯曲或直的端部表面所形成的整体三角形的端部轮廓。这种燕尾榫端部设计关于在锁定元件中和在面板部分中的匹配的凹槽中所产生的应力集中不是最优的。众所周知，应力消除底切(undercut)可以被机加工成在面板部分的凹槽之内形成的角。进一步地，燕尾榫端部的锐角可以被机加工以形成圆角。然而，树脂池可以形成在底切之内，其进而可以导致裂纹。

根据一个实施例，所述间隙具有10毫米的最大宽度，优选地5毫米的最大宽度。

第一间隙和/或第二间隙可以具有在各自的边缘表面之间测量的预定的最大宽度。在示例中，最大宽度可以是10毫米，优选地5毫米，或优选地3毫米。替代地，取决于用于浸渍纤维材料的树脂的类型，第一间隙和/或第二间隙可以具有大于10毫米的最大宽度，例如15毫米。与传统的燕尾榫或对接接头不同，这允许互锁装置与面板部分之间的微小的相对移动，不同于传统的燕尾榫或对接接头。传统的燕尾榫或对接接头用于通过压缩迫使相邻的面板部分在一起。因此，燕尾榫或对接接头被放置成与相邻的面板部分紧密接合，其防止了在面板部分之间的任何相对移动。因此，由于这种紧密接合，燕尾榫或对接接头在具有高叶片表面曲率的风力涡轮机叶片的铺设过程中更容易发生故障或裂纹。

本发明提供一种可控制的间隙尺寸，其进而控制接头的疲劳强度。进一步地，这种松动的接头使得能够实现在单个面板部分之间受到控制的相对移动，因此允许它们更好地适应叶片表面的曲率。

根据一个实施例，第二面板部分具有布置在其第一或第二边缘表面中的至少一个第二凹槽，至少一个第二凹槽被成形为接收至少一个互锁装置的所述第二端部。

互锁装置可以在示例中被成形为可插入元件，其配置成被定位在相邻的面板部分的匹配的凹槽之内。例如，互锁装置的第一端部可以定位在第一面板部分中的第一凹槽中，并且互锁装置的第二端部可以定位在第二面板部分中的第二凹槽中，或者反之亦然。在铺设过程中，第一凹槽可以与第二凹槽对齐，以使得互锁装置能够插入。这提供了将面板部分进行对齐和互锁的简单且容易的方式。

例如使用不同的制造技术，可以将互锁装置与面板部分分开制造。例如，面板部分和/或互锁装置可以使用CNC系统进行冲压、切割或铣削。其他的制造技术可以用于制造面板部分和/或互锁装置。

根据特定实施例，至少一个互锁装置的所述第一端部和所述第二端部形成对称或不对称的端部轮廓。

互锁装置可以配置成具有对称的端部轮廓，并且因此对齐的凹槽也可以具有对称的凹槽轮廓。这允许互锁装置独立于其定向而被插入。这也可以简化面板部分和互锁装置的制造。

例如，互锁装置可以具有布置在第一和第二端部之间的中间部分。中间部分与第一和第二端部之间的过渡区域还可以具有平滑的弯曲的轮廓，用于进一步降低应力集中。第一和第二端部可以具有圆形或椭圆形的端部轮廓。圆形或椭圆形的端部可以通过杆状件互连。替代地，互锁装置可以具有无穷(infinity)成形的轮廓。

互锁装置还可以配置成具有不对称的端部轮廓，并且因此对齐的凹槽也可以具有不对称的凹槽轮廓。当正确定向时，然后可以将互锁装置插入。这允许每个面板部分可以制造为具有特定的凹槽轮廓或不同的凹槽轮廓。

例如，第一边缘表面可以包括具有一个唯一凹槽轮廓的凹槽，并且第二边缘表面可以包括具有另一个唯一凹槽轮廓的凹槽。替代地，第一和/或第二边缘表面可以包括凹槽轮廓的替代图案。

套件可以包括两组或更多组面板部分和对应的互锁装置，其中，每组面板部分和互锁装置可以具有不同的厚度。例如，一组面板部分和互锁装置可以具有第一厚度；另一个组面板部分和互锁装置可以具有第二厚度；等等。例如，一组互锁装置可以具有一个外尺寸，例如第一半径；另一个组互锁装置可以具有另一个外尺寸，例如第二半径；等等。替代地或附加地，每组的锁定元件可以具有不同的端部轮廓，并且因此每组的面板部分可以进一步具有不同的凹槽轮廓。例如，一组互锁装置可以具有一个端部轮廓，另一个组互锁装置可以具有另一个端部轮廓，等等。这降低了用于不同面板厚度的互锁装置混合的风险，其否则可能导致在纤维材料中的台阶或褶皱。

根据一个实施例，至少一个互锁装置形成第一或第二面板部分的集成部件(integral part)，其中，所述第一端部从该面板部分的第一或第二边缘表面向外突出。

互锁装置可以形成第一和/或第二面板部分的集成部件。因此，第一和第二端部可以从周边边缘，例如第一或第二边缘表面突出。在这个配置中，第二端部可以被成形为连接到各自的面板部分的杆状件。这允许面板部分被直接互锁，由此提供了将单个面板部分进行对齐的简单且容易的方式。

一个或多个面板部分可以装配有集成的互锁装置，同时其他的面板部分装配有匹配的凹槽。替代地，所有的面板部分可以包括集成的互锁装置和匹配的凹槽。

具有集成的互锁装置的面板部分可以使用CNC系统进行冲压、切割或铣削。其他的制造技术可以用于制造具有互锁装置的面板部分。

根据一个实施例，至少一个互锁装置具有至少一个锥形部分，其中，所述至少一个锥形部分的厚度从一个端部朝向另一个端部成锥形。

套件可以包括一组或多组自适应面板部分，用于适应于具有不同厚度的面板部分。这个自适应面板部分的厚度可以在相对的第一和/或第二边缘表面之间连续地成锥形。替代地，自适应面板部分可以包括至少一个第一锥形部分，其中，这个第一锥形部分的厚度从一个端部到另一个端部成锥形。例如，第一锥形部分可以布置在周边边缘处，其中，凹槽部分地或全部地布置在这个锥形部分中。例如，这个第一锥形部分可以布置在相对面向的凹槽之间。这允许在不同厚度的面板部分之间的平滑的连续的过渡。

套件可以进一步包括一组或多组自适应互锁装置，用于适应于具有不同厚度的面板部分。这个自适应互锁装置的厚度可以在第一和第二端部的相对的尖端部之间连续地成锥形。替代地，自适应互锁装置可以包括至少一个锥形部分，其中，这个锥形部分的厚度从一个端部到另一个端部成锥形。例如，所述锥形部分可以部分地或全部地沿中间部分、第一端部或第二端部延伸。例如，所述锥形部分可以部分地沿第一或第二端部延伸，并进一步部分地沿中间部分延伸。

可选地，互锁装置的外边缘表面可以是从第三侧表面朝向第四侧表面成锥形的锥形边缘表面，或者反之亦然。在面板部分中的凹槽的内边缘表面可以是从第二侧表面朝向第一侧表面成锥形的锥形边缘表面，或者反之亦然。替代地或附加地，面板部分的第一或第二边缘表面可以是从第二侧表面朝向第一侧表面成锥形的锥形边缘表面，或者反之亦然。这允许面板部分和互锁装置进一步适应于风力涡轮机叶片的轮廓。这还允许第一和/或第二间隙在展向方向上具有更均匀的宽度。

根据一个实施例，至少一个互锁装置由所述芯材料制成。

互锁装置和面板部分有利地由相同的芯材料（诸如轻木、泡沫、增强泡沫、蜂巢(honey comb)或其他的合适的芯材料）制成。这允许套件在总的表面积上具有均匀的结构特性。

由于压缩力的作用，传统的花键或对接接头通常由比相邻的面板部分更硬且更强的材料制成。因此，传统的互锁装置由不同于面板部分的材料制成，从而使得套件在总的表面积上具有不同的结构特性。

根据一个实施例，第一和第二面板部分中的至少一个包括相对于彼此布置的多个芯元件，其中，所述多个芯元件附接到限定了第三或第四侧表面的连续的柔性层。

每个面板部分可以包括单独的连续的芯元件或相对于彼此布置的多个芯元件。单个芯元件可以被成形为细长的杆或矩形的块。单个芯元件可以附接到连续的柔性层或片材上，所述柔性层或片材配置成将芯元件相对于彼此保持在适当位置中。柔性层或片材可以由纤维材料、热塑性材料、单板材料或另一种合适的材料制成。例如，纤维材料可以包括由玻璃、碳、芳纶、玄武岩或另一种合适的材料制成的纤维。例如，热塑性塑料可以是聚酯或另一种合适的热塑性材料。例如，单板材料可以是木材，例如轻木。

如前所述，芯元件可以包括一个或多个集成的互锁装置和/或用于接收所述集成的或可插入的互锁装置的凹槽。替代地，芯元件可以包括集成的互锁装置以及用于接收其他的集成的互锁装置的凹槽。

本发明的目的还通过一种制造风力涡轮机叶片构件的方法来实现，该方法包括以下步骤：

- 将第一若干层纤维材料铺设在模具中，第一若干层限定了风力涡轮机叶片的外侧表面，

- 将如上所述的面板部分的套件布置在所述第一若干层的顶部上，

- 进一步将第二若干层纤维材料铺设在所述面板部分的顶部上，第二若干层限定了风力涡轮机叶片的内侧表面，

- 用第一树脂注入所述纤维材料和所述面板部分，

- 使所述第一树脂基本上固化以形成风力涡轮机叶片构件的夹层结构，其中

- 所述套件的面板部分相对于彼此布置，并且在铺设第二若干层之前单个地互锁。

这提供了一种在铺设过程中将面板部分进行对齐的简单且容易的方法，由此消除了对传统的U形钉或花键的需要。一旦对齐，就通过本互锁装置使面板部分互锁。这减少了总的铺设时间，并允许主叠层的准确放置。

风力涡轮机叶片可以包括两个壳体部件，每个壳体部件通过将第一若干层纤维材料铺设在叶片模具中（可选地，在已将凝胶涂层施加到模制表面之后）进行制造。然后，铺设上述面板部分的套件，并将其固定到第一若干层或叶片模具上。随后，将第二若干层纤维材料铺设在面板部分上，并进一步沿第一若干层的暴露部分进行铺设。然后将树脂引入到纤维材料和芯材料中，并且最后固化以形成具有所期望的空气动力学轮廓的叶片壳体部件或区段。可以以类似的方式制造附加的叶片部件或区段。叶片壳体部件或区段最后例如通过粘合剂接合在一起，并且然后加工成它们的成品形状。

由于前述松动的接头，本配置使得能够实现在锁定装置、匹配的凹槽和/或面板部分之间受到控制的相对移动。这个松动的接头的第一和/或第二间隙可以具有10毫米的最大宽度，优选地5毫米，或优选地3毫米。这降低了树脂不可控制地积聚在面板部分之间的风险，由此提供更均匀的树脂分布以及接头的改进的疲劳强度。

根据一个实施例，所述面板部分通过将从第一面板部分突出的至少一个互锁装置的第一端部插入到第二面板部分的至少一个第一凹槽中来互锁。

单个面板部分可以借助于一个面板部分中的集成的互锁装置和相邻的面板部分的匹配的凹槽在纵向方向上和/或在弦向方向上进行对齐。将集成的互锁装置插入到凹槽中，由此使两个面板部分互锁。这提供了一种在不使用单独元件的情况下，将单个面板部分进行直接互锁的简单且可靠的方法。

根据一个实施例，所述面板部分通过将至少一个互锁装置的第一端部插入到第一面板部分的第一凹槽中并进一步将所述至少一个互锁装置的第二端部插入到第二面板部分的第二凹槽中来互锁。

单个面板部分可以借助于在一个面板部分中的第一凹槽和在相邻的面板部分中的第二凹槽在纵向方向上和/或在弦向方向上进行对齐。将互锁装置插入到第一和第二凹槽中，由此使两个面板部分互锁。这提供了一种使用单独互锁装置将单个面板部分进行互锁的简单且可靠的方法。

根据一个实施例，第一和第二面板部分通过多个互锁装置进行互锁，所述多个互锁装置沿所述第一和第二面板部分的相对面向的第一或第二边缘表面分布。

单个面板部分可以通过布置在相邻的面板部分之间的单独互锁装置进行互锁。这降低了在铺设过程中所使用的互锁装置的总的数量。不同于GB 2153408 A，其教导了借助于压缩进行互锁的两个连续的突出元件的阵列。

单个面板部分也可以通过分布在相邻的面板部分之间的多个互锁装置来互锁。例如，可以沿面板部分的第一和/或第二边缘表面布置两个、三个、四个、五个或更多个互锁装置。这允许更稳定的互锁，其减少了在单个面板部分的平面中的相对的旋转移动。此外，这允许更小的互锁装置以及因此更小的凹槽。这允许面板部分的套件适应于具有更大的几何变化（特别是在互锁装置的位置处）的风力涡轮机叶片。

可以使用各种参考手段来防止互锁装置在铺设过程中的混合。例如，互锁装置可以装配有不对称的端部轮廓，用于在插入过程中使互锁装置正确定向。例如，每组互锁装置可以装配有唯一的对称的端部轮廓，其允许工人识别用于特定组的面板部分的正确互锁装置。例如，每组互锁装置可以具有唯一的厚度和/或外半径，其允许工人识别用于特定组的面板部分的正确互锁装置。其他的参考手段，诸如视觉上可识别的参考标记，可以用于正确地锁定互锁装置和/或在不同组的互锁装置之间进行区分。

本发明的目的是通过风力涡轮机叶片来进一步实现，所述风力涡轮机叶片从叶片根部到尖端部在纵向方向上延伸，并进一步从前边缘到后边缘在弦向方向上延伸，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件，至少一个叶片壳体部件包括具有第一若干层纤维材料、面板部分的套件和第二若干层纤维材料的夹层结构，其特征在于，面板部分的套件是如上所述进行配置的。

将本套件配置集成到风力涡轮机叶片的叶片壳体中，提供了具有芯面板的套件的夹层结构，所述芯面板具有基本上均匀的结构性能。本互锁装置允许在面板部分的套件的表面积上具有基本上均匀的树脂分布，由此降低了树脂积聚在发生于固化的夹层结构中的大的不可控制间隙和褶皱中的风险。进一步地，面板部分可以在不压缩的情况下进行互锁，并且因此在铺设过程中更好地适应于模制表面的曲率。

上述风力涡轮机叶片构件可以是第一和/或叶片壳体部件，或者是风力涡轮机叶片的另一个相关构件，例如抗剪腹板或隔板(bulkhead)。

附图说明

下面参考在附图中所示的实施例对本发明进行详细解释，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示出了风力涡轮机叶片的面板部分的套件的示例性实施例，

图4示出了互锁装置的第一实施例，

图5示出了互锁装置的第二实施例，

图6示出了自适应面板部分的第一实施例，

图7示出了自适应面板部分的第二实施例，

图8示出了自适应面板部分的第三实施例，

图9示出了自适应互锁装置的第一实施例，

图10示出了自适应互锁装置的第二实施例，

图11示出了自适应互锁装置的第三实施例，

图12示出了具有不对称的端部轮廓的互锁装置，

图13示出了具有弯曲的端部轮廓的互锁装置，以及

图14示出了具有布置在柔性层上的多个芯元件的面板部分的示例性实施例。

参考标号列表

1. 风力涡轮机

2. 风力涡轮机塔架

3. 机舱

4. 毂部

5. 风力涡轮机叶片

6. 变桨轴承

7. 叶片根部

8. 尖端部

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. 套件

20. 面板部分

20a. 第一面板部分

20b. 第二面板部分

21. 第一若干层

22. 互锁装置

23. 凹槽

23a. 第一凹槽

23b. 第二凹槽

24. 第二若干层

25. 树脂流动网络

26. 第二侧表面

27. 第一边缘表面

28. 第二边缘表面

29. 第三侧表面

30. 外边缘表面

31. 第一端部

32. 第二端部

33. 中间部分

34. 第一间隙

35. 内边缘表面

36. 第二间隙

37. 自适应面板部分

38. 第一侧表面

39. 自适应互锁装置

40. 第三侧表面

41. 芯元件

42. 柔性层

在上述附图中示出了所列的参考标号，其中为了阐释的目的，在相同的图上未示出所有的参考标号。在附图中见到的相同的部件或位置在不同的图中将以相同的参考标号进行标号。

附图详细说明

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以及限定了转子平面的转子。机舱3例如通过偏航轴承单元连接到风力涡轮机塔架2。转子包括毂部4和若干风力涡轮机叶片5。在此示出了三个风力涡轮机叶片，但转子可以包括更多或更少的风力涡轮机叶片5。毂部4通过旋转轴连接到位于风力涡轮机1中的传动系统，例如发电机。

毂部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可选地连接到这个安装接口，并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的示意视图，该风力涡轮机叶片5从叶片根部7到尖端部8在纵向方向上延伸。风力涡轮机叶片5进一步从前边缘9到后边缘10在弦向方向上延伸。风力涡轮机叶片5包括叶片壳体11，其具有分别限定了压力侧12和吸力侧13的两个相对面向的侧表面。叶片壳体11进一步限定了叶片根部部分14、空气动力学叶片部分15以及在叶片根部部分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（由虚线标示）。叶片根部部分14与载荷承载结构（例如与抗剪腹板或箱形梁组合的主叠层）一起配置成为风力涡轮机叶片5增加结构强度，并将动态载荷转移到毂部4。载荷承载结构在压力侧12与吸力侧13之间延伸，并进一步在纵向方向上延伸。

叶片空气动力学叶片部分15具有设计为产生升力的空气动力学成形的横截面（由虚线标示）。叶片壳体11的横截面轮廓在过渡部分16中从圆形或椭圆形的轮廓逐渐转变成空气动力学轮廓。

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进一步具有作为长度17的函数的弦长度18，其中，最大弦长度创立在叶片空气动力学叶片部分15与过渡部分16之间。风力涡轮机叶片5进一步具有作为弦长度18的函数的叶片厚度19，其中，叶片厚度19是在压力侧12与吸力侧13之间进行测量。

图3示出了由芯材料（例如泡沫或轻木）制成的单个面板部分20的套件19的示例性实施例。在风力涡轮机叶片5的制造过程中，将第一若干层21的纤维材料布置在叶片模具的模制表面上。然后，将面板部分20的套件19布置在层21的顶部上，并使用若干互锁装置22进行固定。

在此，面板部分20包括若干凹槽23，其配置成接收各自的互锁装置22的一个端部。相邻的面板部分20通过将第一面板部分20a的第一凹槽23a与第二面板部分20b的第二凹槽23b对齐来进行对齐。随后将互锁装置22插入到对齐的第一凹槽23a和第二凹槽23b中，由此使第一面板部分20a和第二面板部分20b相对于彼此固定。

在完成了面板部分20的套件19的铺设之后，将第二若干层24的纤维材料布置在面板部分20的顶部上。然后将树脂引入到纤维材料的层21、24和面板部分20的芯材料中。面板部分20包括可选的树脂流动网络25，其采用在纵向方向上和/或在弦向方向上延伸的沟槽布置的形式，如图3中所标示。

每个面板部分20具有面向层21的第一侧表面（图6-8中所示）和面向层24的第二侧表面26。每个面板部分20进一步具有周边边缘，其限定了在弦向方向上面向的第一边缘表面27和在纵向方向上面向的第二边缘表面28。多个凹槽23沿第一边缘表面27和/或第二边缘表面28分布，由此允许在第一面板部分20a与第二面板部分20b之间布置多个互锁装置22，如图3中所标示。在此，从面向风力涡轮机叶片5的主叠层（未示出）的第一边缘表面27'省略了凹槽23，由此形成了连续的边缘表面。

图4示出了用在图1中所示的套件中的互锁装置22的第一实施例。互锁装置22具有面向层21的第三侧表面（图9-11中所示）和面向层24的第四侧表面29。互锁装置22进一步具有限定了外边缘表面30的周边边缘。互锁装置22的轮廓限定了第一端部31、第二端部32和中间部分33。

互锁装置22的厚度等于面板部分20的厚度，使得第一侧表面和第三侧表面以及第二侧表面26和第四侧表面29被齐平，以形成两个连续的侧表面。

图5示出了互锁装置22'的第二实施例，其中，互锁装置22'形成了面板部分20'的集成部件。在这个配置中，互锁装置22'从第一边缘表面27或第二边缘表面28突出，并且具有一个自由端部，如图5中所标示。

第一间隙34形成在凹槽23、23'的内边缘表面35与互锁装置22、22'的外边缘表面30之间。第二间隙36形成在第一面板部分20a和第二面板部分20b的相对面向的第一边缘表面27或第二边缘表面28之间。第一间隙34和可选地(optionally)第二间隙36具有5毫米的最大宽度，优选地3毫米的最大宽度。

图6-8示出了用于布置在不同厚度的面板部分20之间的自适应面板部分37的不同实施例。可选地，两个自适应面板部分37可以布置在第一面板部分20a与第二面板部分20b之间。

自适应面板部分37可以具有在相对的第一边缘表面27或第二边缘表面28之间延伸的单独的连续的锥形部分37a，如图6中所标示。替代地，自适应面板部分37'可以具有锥形部分37'a和非锥形部分37'b，如图7中所标示。凹槽23如图7中所标示可以在这个锥形部分37'a中完全延伸，或者如图1中所标示在非锥形部分37'b中完全延伸。替代地，凹槽23可以进一步部分地延伸到非锥形部分37''b中，如图8中所标示。

锥形部分37a、37'a、37''a具有在第一侧表面26与第二侧表面38之间测量的厚度，其从一个端部朝向另一个端部成锥形，如图6-8中所标示。因此，可以将不同厚度的面板部分20放置为与这个自适应面板部分37的相对的端部相邻。

图9-11示出了用于布置在预定厚度的面板部分20与自适应面板部分37之间的自适应互锁装置39的不同实施例。可选地，自适应互锁装置39可以布置在两个自适应面板部分37之间。

自适应互锁装置39可以具有在相对的第一端部31的尖端部与第二端部32的尖端部之间延伸的单独的连续的锥形部分39a，如图9中所标示。替代地，自适应互锁装置39'可以具有锥形部分39'a和非锥形部分39'b，如图10中所标示。锥形部分39'a可以等于第一端部31或第二端部32或中间部分33。替代地，锥形部分39''a可以进一步部分地延伸到中间部分33中，如图11中所标示。

锥形部分39a、39'a、39''a具有在第一侧表面29与第二侧表面40之间测量的厚度，其从一个端部朝向另一个端部成锥形，如图9-11中所标示。优选地，锥形部分39a、39'a、39''a的厚度等于自适应面板部分37、37'、37''的锥形部分37a、37'a、37''a的厚度。进一步优选地，非锥形部分39'b、39''b的厚度等于面板部分20或自适应面板部分37'、37''的非锥形部分37'b、37''b的厚度。

图12示出了具有不对称的端部轮廓的互锁装置22''，其中，第一端部31'的端部轮廓与第二端部32'的端部轮廓不同。第一端部31' 通过仅具有更大的外部尺寸，可以与第二端部32'不同，如图12中所标示。替代地，第一端部31' 和第二端部32'可以具有不同的端部轮廓。

图13示出了具有弯曲的端部轮廓的互锁装置22'''，该弯曲的端部轮廓被成形为使互锁装置22'''中的应力集中减到最小。互锁装置22'''可以具有无穷成形的轮廓，如图13中所标示，或者具有圆形成形的端部轮廓，如图2和图12中所标示。

图14示出了包括多个芯元件41的面板部分20'的示例性实施例，所述多个芯元件41附接到限定了第一侧表面38的柔性层42。单个芯元件相对于彼此进行布置以形成面板部分20'。在此，芯元件41被成形为芯块，然而，芯元件也可以被成形为细长的杆状元件。

柔性层42配置成将芯元件41保持在适当位置中，并允许芯元件在铺设过程中适应于风力涡轮机叶片5的外形。凹槽23至少布置在限定了面板部分20'的周边边缘的芯元件41的最外排中，如图1和图14中所标示。

在不脱离本发明的情况下，上述实施例可以被组合成任何组合。

Claims (16)

1.一种用于制造风力涡轮机叶片构件的套件，包括：

- 第一面板部分（20a），其包括由芯材料构成的至少一个芯元件（41），所述第一面板部分（20a）具有第一侧表面（38）、相对的第二侧表面（26）、第一边缘表面（27）和相对的第二边缘表面（28），

- 至少第二面板部分（20b），其包括由芯材料构成的至少一个芯元件（41），所述第二面板部分（20b）进一步具有第一侧表面（38）、相对的第二侧表面（26）、第一边缘表面（27）和相对的第二边缘表面（28），

- 至少一个互锁装置（22, 37, 39），其配置成使所述第一和第二面板部分（20a, 20b）相对于彼此互锁，所述至少互锁装置（22）具有第一端部（31）、相对的第二端部（32）、第三侧表面（40）和相对的第四侧表面（29），

- 其中，至少所述第一面板部分（20a）具有布置在至少其第一或第二边缘表面（27,28）中的至少一个第一凹槽（23a），所述至少一个第一凹槽（23a）被成形为接收所述至少一个互锁装置（22）的所述第一端部（31），其特征在于，所述至少一个互锁装置（22）和至少所述第一面板部分（20a）具有相同的厚度，使得当互锁时，所述第三和第四侧表面（29, 40）与所述第一和第二侧表面（26, 38）齐平，并且在所述至少一个第一凹槽（23a）的内边缘表面（35）与所述至少一个互锁装置（22）的所述第一端部（31）的外边缘表面（30）之间形成第一间隙（34），其中，所述第一间隙（34）具有预定的最大宽度。

2.根据权利要求1所述的套件，其特征在于，在平行于配置成降低应力集中的所述第三或第四侧表面（29, 40）的平面中，至少所述第一端部（31）具有固化的端部轮廓。

3.根据权利要求2所述的套件，其特征在于，所述端部轮廓是圆形的端部轮廓。

4.根据权利要求1、2或3所述的套件，其特征在于，所述第一间隙（34）具有10毫米的最大宽度。

5.根据权利要求1、2或3所述的套件，其特征在于，所述第一间隙（34）具有5毫米的最大宽度。

6. 根据权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述第二面板部分（20b）具有布置在其第一或第二边缘表面（27, 28）中的至少一个第二凹槽（23b），所述至少一个第二凹槽（23b）被成形为接收所述至少一个互锁装置（22）的所述第二端部（32）。

7.根据权利要求6所述的套件，其特征在于，所述至少一个互锁装置（22）的所述第一端部（31）和所述第二端部（32）形成对称或不对称的端部轮廓。

8.根据权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述至少一个互锁装置（22'）形成所述第一或第二面板部分（20a, 20b）的集成部件，其中，所述第一端部（31'）从该面板部分的所述第一或第二边缘表面（27, 28）向外突出。

9.根据权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述至少一个互锁装置（37,39）具有至少一个锥形部分（37a, 39a），其中，所述至少一个锥形部分（37a, 39a）的厚度从一个端部朝向另一个端部成锥形。

10.根据权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述至少一个互锁装置（22,37, 39）由所述芯材料制成。

11.根据权利要求1至3中任一项所述的套件，其特征在于，所述第一和第二面板部分（20a, 20b）中的至少一个包括相对于彼此布置的多个芯元件（41），其中，所述多个芯元件（41）附接到限定了所述第三或第四侧表面（29, 40）的连续的柔性层（42）。

12.一种制造风力涡轮机叶片构件的方法，所述方法包括以下步骤：

- 将第一若干层（21）纤维材料铺设在模具中，所述第一若干层（21）限定了所述风力涡轮机叶片（5）的外侧表面，

- 将根据权利要求1至11中任一项所述的面板部分（20）的套件（19）布置在所述第一若干层（21）的顶部上，

- 进一步将第二若干层（24）纤维材料铺设在所述面板部分（20）的顶部上，所述第二若干层（24）限定了所述风力涡轮机叶片（5）的内侧表面，

- 用第一树脂注入所述纤维材料和所述面板部分（20），

- 使所述第一树脂固化以形成所述风力涡轮机叶片构件的夹层结构，其中

- 所述套件（19）的所述面板部分（20）相对于彼此布置，并且在铺设所述第二若干层（24）之前单个地互锁。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述面板部分（20）通过将从第一面板部分（20a）突出的至少一个互锁装置（22）的第一端部（31）插入到第二面板部分（20b）的至少一个第一凹槽（23a）中来互锁。

14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述面板部分（20）通过将至少一个互锁装置（22）的第一端部（31）插入到第一面板部分（20a）的第一凹槽（23a）中并进一步将所述至少一个互锁装置（22）的第二端部（32）插入到所述第二面板部分（20b）的第二凹槽（23b）中来互锁。

15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述第一和第二面板部分（20a,20b）通过多个互锁装置（22）来互锁，所述多个互锁装置（22）沿所述第一和第二面板部分（20a, 20b）的相对面向的第一或第二边缘表面（27, 28）分布。

16.一种风力涡轮机叶片（5），其从叶片根部（7）到尖端部（8）在纵向方向上延伸，并进一步从前边缘（9）到后边缘（10）在弦向方向上延伸，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（11）部件，所述至少一个叶片壳体（11）部件包括夹层结构，其具有第一若干层（21）纤维材料、面板部分（20）的套件（19）和第二若干层（24）纤维材料，其特征在于，面板部分（20）的所述套件（19）是根据权利要求1至11中任一项进行配置的。

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