CN111433012A - 制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种方法和模具系统（66），用于制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件。预制件包括第一形状的至少一个预制件和第二形状的至少一个预制件。预制件模具结构（68）具有可变形状的模制表面（70），使得模制表面（70）的形状可以通过使用致动器来至少在第一构造与第二构造之间变化。

Description

制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件的方法
技术领域
本发明涉及一种制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件（preform）的方法，涉及一种模具系统，并且涉及一种制造风力涡轮机叶片的方法。
背景技术
现代风力涡轮机的转子叶片通过使用产生来使效率最大化的复杂的叶片设计来捕获动的风能。对在长度上可能超过80米并且在宽度上可能超过4米的大型风力叶片的需求日益增加。典型地，叶片由纤维增强聚合物材料制成，并且包括压力侧壳体半部（half）和吸力侧壳体半部。典型叶片的横截面轮廓包括翼型，用于产生造成两侧之间压力差的空气流。所导致的升力产生用于发电的扭矩。
风力涡轮机叶片的壳体半部通常是使用叶片模具制造的。首先，将叶片凝胶涂层或底漆施加到模具。随后，将纤维增强物和/或织物放置到模具中，然后注入树脂。典型地使用真空来将环氧树脂材料拉入模具中。备选地，可以使用预浸渍（prepreg）技术，其中以树脂来预浸渍的纤维或织物形成可以引入到模具中的同质材料。已知用于制造风力涡轮机叶片的若干其他模制技术，包括压缩模制和树脂传递模制。壳体半部通过大致沿叶片的弦平面胶合或螺栓结合在一起而组装。
在上述制造过程中，可以使用预制件。预制件是纤维的成形布置，例如多层纤维的成形布置，其已被捆绑和/或加固，用于以后作为在叶片模具中的纤维铺设的一部分来使用。使用用于叶片制造的预制件的基本原理是减少叶片模具中的循环时间。此外，由于预制件的预加固结构，使用预制件可以减少所需的修理次数。
在制造典型风力涡轮机叶片中，需要诸多不同形状和尺寸的预制件。这增加了预制件的制造的复杂性和成本。此外，预制件的制造通常需要许多地板空间。
本发明的第一目的是提供一种简单且有成本效益的制造预制件的方法。
本发明的另一个目的是提供一种制造预制件的方法，所述方法是多用途的，允许灵活的制造解决方案。
发明内容
本发明人已发现的是，所述目的中的一个或多个可以通过一种制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件的方法来实现，所述预制件包括具有第一形状的至少一个预制件和具有第二形状的至少一个预制件，所述第二形状与所述第一形状是不同的，所述方法包括以下步骤：
- 提供预制件模具结构，其具有可变形状的模制表面，使得模制表面的形状可以至少在第一构造与第二构造之间变化，
- 提供至少一个致动器，用于使模制表面的形状在第一构造与第二构造之间改变，
- 在具有第一构造的模制表面上模制具有第一形状的至少一个预制件，并且
- 在具有第二构造的模制表面上模制具有第二形状的至少一个预制件。
本发明人已发现的是此发明性方法是特别灵活和有效率的，允许使用相同的模具结构和相同的模制表面来制造各种形状的预制件。所发现的是，这导致预制件模制的成本和空间要求的降低。特别地，本发明的方法使得有可能使用相同的模具结构和相同的模制表面来制造用于风力涡轮机叶片的不同部件和不同半部的预制件。
预制件模具结构可以包括至少一个板，例如钢板，或可以由至少一个板，例如钢板构成。在其他实施例中，模具结构可以包括复合板或塑料板，或一个或多个复合板或木板，或可以由复合板或塑料板，或一个或多个复合板或木板构成。优选地，板是可弯曲板，例如可弯曲钢板。在其他实施例中，预制件模具结构可以包括多个板，例如刚性板或可弯曲板，这些板相互连接，例如铰接地相互连接。典型地，每个板将包括底部表面和相对的上部表面，所述上部表面构成模制表面的至少一部分。模制表面也可以设置在（一个或多个）板的上部表面的顶部上的箔或层上。底部表面可以有利地由至少一个致动器接合，至少一个致动器用于改变板的形状或相互连接的板的形状。在一个实施例中，预制件模具结构包括优选地由钢制成的平面的、可弯曲的板。
优选地，预制件的第一形状和第二形状在预制件的曲率方面不同。同样，优选地，模制表面的第一构造和第二构造在模制表面的曲率方面不同。优选的是，在模制表面的形状和/或曲率方面，模制表面的第一构造和第二构造在模制表面的长度的至少80%上不同，优选地在长度的至少90%上不同，或在大致模制表面的整个长度上不同。因此，优选地，模制表面在大致其整个长度上是灵活的。
在一些实施例中，第一构造和第二构造在模制表面的至少80%范围内变化，例如在模制表面的至少90%范围内变化，或大致在整个模制表面范围内变化。
致动器可以是气动致动器、液压致动器、电气致动器、高输出力机械致动器或热化学致动器。致动器将典型地包括固定部件，例如空心的缸（cylinder），和可移动元件，例如活塞或杆，其相对于固定部件可移动。可移动元件可以是可滑动地接收在固定部件中的活塞、轴或杆。有利地，致动器还将包括可膨胀介质，以驱动可移动元件。在优选实施例中，致动器是线性致动器，例如气动线性致动器或液压线性致动器，优选地是液压线性致动器。
优选的是，致动器包括可移动的活塞或杆，可移动的活塞或杆接合预制件模具结构的板的底部表面。如上所述，板或其一部分，例如其上部表面或固定到板上的一部分，构成模制表面的至少一部分。可移动的活塞或杆可以直接地或通过连接元件（例如楔形部件）接合此类板的底部表面。可移动的活塞或杆的端部可以例如通过连接元件来固定到底部表面上，以能够向上弯曲或推动板，或向下弯曲或推动板。因此，根据优选实施例，通过使固定到模具结构的底部表面（例如板的底部表面，例如可弯曲板）上的可移动致动器部件延伸和/或缩回，来实现模制表面在第一构造与第二构造之间的变化。
在优选实施例中，预制件模具结构具有可变形状的模制表面，使得模制表面的形状可以在整个长度的至少80%之上变化，优选地至少90%，最优选的是模制表面的整个长度。为此，优选的是至少一个致动器设置在预制件模具结构的前端处，并且至少一个致动器设置在模具结构的后端处。优选地，在前端致动器与后端致动器之间沿模具结构设置一个或多个附加致动器。因此，前端致动器优选地设置在距模具结构的前端不超过1米的距离之内，并且后端致动器优选地设置在距模具结构的后端不超过1米的距离之内。当在模具结构的纵向方向上观察时，模具结构的前端和后端优选地应用于模具结构的端部。
相应的模制步骤将典型地涉及纤维材料（例如玻璃纤维）与用于将纤维材料粘合以形成预制件的粘合剂一起的铺设。在其他实施例中，纤维材料可以包括碳纤维和/或混合纤维。纤维铺设将典型地使用一个或多个纤维铺设装置来完成。随后，纤维材料和粘合剂将典型地被加热，以粘合并加固纤维材料。这将通常使用一个或多个加热装置（例如烤箱）来完成。
优选地，在加热步骤之前将粘合剂添加至纤维。相对于纤维材料的重量，此类粘合剂优选地以0.1-15 wt%的量存在。粘合剂也可以以每平方米玻璃表面5-40克，优选地10-20克的量存在。
典型地，纤维材料依次放置到预制件模具结构的模制表面上。纤维材料可以包括玻璃纤维、碳纤维或它们的组合。根据所述方法的优选实施例，玻璃纤维材料放置到预制件模具结构中，例如多层玻璃纤维材料。纤维材料可以有利地在纤维铺设之前或期间与粘合剂接触。
纤维铺设过程可以涉及大致单向地对齐多个纤维或纤维层。在一个实施例中，纤维材料可以包括纤维粗纱（roving），例如玻璃纤维粗纱。铺设过程可以包括将多个单粗纱束放置到模具中，粗纱束优选地单向对齐。
粘合剂可以与纤维同时添加或在纤维铺设之后添加。相对于纤维材料的重量，粘合剂优选地以0.1-15 wt%的量存在。粘合剂也可以以每平方米玻璃表面5-40克，例如10-20克的量存在。在优选实施例中，相对于纤维材料的重量，粘合剂以0.5-5 wt%，优选地0.5-2.5 wt%的量存在。有利地，粘合剂是热塑性粘合剂。粘合剂可以包括聚酯，优选地双酚聚酯。粘合剂还可以包括乙烯基酯。
在优选实施例中，预制件模制步骤涉及将纤维材料和粘合剂加热到40与160℃之间，优选地90与160℃之间的温度。
适合的粘合剂的实例是以NEOXIL 940的名称销售的聚酯。实例包括NEOXIL 940PMX、NEOXIL 940 KS 1和NEOXIL 940 HF 2B，均由DSM复合树脂股份公司（DSM CompositeResins AG）制造。另一个实例是以C.O.I.M. FILCO® 661 FPG 005的名称销售的聚酯树脂，其是粉末形式的双酚不饱和聚酯树脂。优选地，粘合剂是聚酯，优选双酚聚酯。在其他实施例中，粘合剂是热熔黏合剂或基于预浸渍树脂。
在优选实施例中，根据上述方法制造的预制件用作风力涡轮机叶片的载荷承载主层压结构（laminate）区域的一部分。主层压结构区域典型地形成为纤维插入件，其包括多个纤维增强物层，例如在20与50层之间。然而，预制件也可以用于风力涡轮机叶片的其他部分和区域，例如叶片的前缘和/或后缘的增强部分。
根据另一个实施例，粘合剂是热塑性粘合剂。典型地，纤维粗纱借助于粘合剂通过热粘合至少部分地结合在一起。在优选实施例中，粘合剂是粘合粉末，例如热塑性粘合粉末。
在一个实施例中，本发明的预制件基本上由纤维材料和粘合剂构成。这意味着，相对于预制件的总重量，预制件含有不超过10 wt%，优选地不超过5 wt%或不超过1 wt%的纤维材料和粘合剂以外的材料。根据另一个实施例，预制件由纤维材料和粘合剂构成。
在另一个实施例中，用于本发明的预制件的纤维材料基本上由玻璃纤维构成。这意味着，相对于纤维材料的总重量，纤维材料含有不超过10 wt%，优选地不超过5 wt%或不超过1 wt%的玻璃纤维以外的材料。根据另一个实施例，纤维材料由玻璃纤维构成。
在一个实施例中，相对于纤维材料的重量，粘合剂以1-6 wt%的量存在。根据另一个实施例，粘合剂的熔点在40与220℃之间，优选地在40与160℃之间。根据另一个实施例，粘合剂包括聚酯，优选地双酚聚酯。
在本发明的一个实施例中，每个预制件基本上由纤维材料和粘合剂构成。根据另一个实施例，纤维材料包括纤维粗纱，优选地玻璃纤维粗纱。根据另一个实施例，纤维材料包括纤维织物，例如纤维毡。在另一个实施例中，预制件可以进一步包括至少一个纤维织物，例如纤维毡。纤维粗纱可以布置在此类织物的顶部上和/或下方。
优选地，产生的预制件包括材料的加固布置，材料的加固布置包括纤维（例如玻璃纤维）和粘合剂。预制件可以用来优选地在单独的模制过程中制造风力涡轮机叶片。预制件可以在叶片模制过程中用作在叶片模具（例如叶片半部模具）中的纤维铺设的一部分。在优选实施例中，根据本发明制造的预制件放置在叶片模具的主层压结构区域之内，因此构成主层压结构的一部分。然而，预制件也可以用于风力涡轮机叶片的其他部分和区域。预制件可以是复合材料预制件。
在预制件模具结构包括一个或多个板，例如一个或多个可弯曲板的情况下，此类板优选地是长形板，意味着它们的长度延伸是它们的宽度延伸的至少两倍。优选的是，每个板大致在模制表面的整个长度之上延伸。还优选的是，每个板并非由铰链或板之内的其他分隔线分隔开。
在本发明的一个实施例中，预制件模具结构具有在15与30米之间的长度。在发明性系统或方法的一些实施例中，预制件具有至少5、7、10、15、20或25米的长度。预制件模具结构和/或预制件还可以延伸至以后的叶片的整个长度，以后的叶片的整个长度可以延伸高达100米、高达150米或高达200米。
优选的是，第一预制件形状和第二预制件形状在预制件的曲率方面不同，特别是在纵向方向上的曲率。因此，在优选实施例中，第一构造和第二构造在模制表面的曲率方面不同。根据另一个实施例，第一构造和第二构造在模制表面的纵向方向上在模制表面的曲率方面不同。这允许使用单个预制件模具结构来为不同的模具半部（即，为逆风模具半部和顺风模具半部二者）模制预制件。
在一个实施例中，第一构造和第二构造在模制表面的横向方向上在模制表面的曲率方面并非不同。这可以通过使用单个可弯曲板作为模具结构来实现，其中，板的曲率仅在纵向方向上改变。
根据另一个实施例，预制件用于在风力涡轮机叶片的主层压结构部分中使用。主层压结构部分是在叶片之内支撑一个或多个抗剪腹板的部分。
在优选实施例中，模制表面可以在凹形形状与凸形形状之间变化。凸形形状朝外或通常在表面的水平面以上突出或凸起，而凹形形状通常朝内弯曲或凸起。因此，所产生的预制件可以具有凹形形状或凸形形状。
根据另一个实施例，所述方法包括使用相同的预制件模具结构来制造用于逆风叶片半部和用于顺风叶片半部的预制件。通过灵活的模具结构和用于改变模制表面的形状的致动器的发明性组合，使得这是有可能的。
在优选实施例中，模制步骤包括将纤维材料和粘合剂铺设到模制表面上。根据另一个实施例，模制表面设置在一个或多个可弯曲板上，例如一个或多个可弯曲钢板。因此，预制件模具结构可以包括一个或多个可弯曲板，例如一个或多个可弯曲钢板，例如至少两个、三个或四个可弯曲板。
在优选实施例中，模制表面设置在单个可弯曲板上。优选地，一个致动器设置在板的前端处，并且一个致动器设置在板的后端处。优选地，在前端致动器与后端致动器之间沿着板设置一个或多个附加致动器。
根据另一个实施例，模制表面设置在两个或更多个可弯曲板上，其中，相邻的板沿着它们的纵向边缘相互连接，优选地铰接地相互连接。此实施例允许在纵向方向和在横向方向二者上改变模制表面的形状和曲率。在优选实施例中，一个致动器设置在每个板的前端处，并且一个致动器设置在每个板的后端处。优选地，在每个板的前端致动器与后端致动器之间沿着每个板设置一个或多个附加致动器。优选地，致动器的可移动部件（例如可移动的杆或活塞）或者直接地或者通过连接元件固定到板的底部表面上。
在优选实施例中，板由设置在相邻板之间的一个或多个弹性条来铰接地相互连接。弹性条可以包括橡胶或其他弹性材料。
根据另一个实施例，所述方法包括提供至少三个致动器，例如至少四个、五个或六个致动器，用于使模制表面的形状在第一构造与第二构造之间改变。在其他实施例中，用于预制件模具结构的致动器的数量可以是至少十个、至少25个、至少50个或至少100个。
在一些实施例中，所述方法包括提供每个可弯曲板至少两个致动器，例如至少三个致动器，其中，优选地，在每个可弯曲板之内并不提供铰链或其他分隔件。
在另一个方面中，本发明涉及一种用于制造用于模制风力涡轮机叶片的预制件的模具系统，所述系统包括：
- 预制件模具结构，其具有可变形状的模制表面，使得模制表面的形状可以至少在第一构造与第二构造之间变化，
- 至少一个致动器，用于使模制表面的形状在第一构造与第二构造之间变化。
预制件模具结构可以包括至少一个板，例如可弯曲板，例如可弯曲钢板，或可以由至少一个板，例如可弯曲板，例如可弯曲钢板构成。在其他实施例中，预制件模具结构可以包括多个刚性或可弯曲板，这些板相互连接，例如铰接地相互连接。典型地，板将包括底部表面和相对的上部表面，所述上部表面或者直接或者通过一个或多个覆盖层或箔来构成模制表面的至少一部分。底部表面可以有利地由至少一个致动器接合，至少一个致动器用于改变板的形状或相互连接的板的形状。
优选地，致动器支撑预制件模具结构，其中，优选地，每个致动器的固定部件支撑在地面表面上或在地板上，并且其中，预制件模具结构（例如可弯曲板）或者直接或者通过连接元件来由每个致动器的相应的可移动部件支撑。
在一些实施例中，模具系统包括至少两个致动器，例如至少三个、四个、五个或六个致动器。在其他实施例中，预制件模具结构包括至少两个相互连接的板，例如至少三个、四个、五个或六个相互连接的板。每个板可以优选地在每个板的底部表面处由一个或多个致动器接合，例如由至少两个、三个、四个、五个或六个致动器接合。
特别优选的是，模制表面的形状在整个模制表面上是大致可变的。这可以通过以下来实现：向模制表面提供一个或多个板，优选地柔性板，例如可弯曲板，以及合适数量和位置的致动器，以能够使模制表面的形状在模具系统的大致整个模制表面上变化。
在另一个方面中，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：
- 根据上述方法制造用于模制逆风叶片半部和顺风叶片半部的预制件，其中，相同的预制件模具分别用于：用于逆风叶片半部的至少一个预制件和用于顺风叶片半部的至少一个预制件，
- 将预制件布置在相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，可选地与附加材料一起布置在相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，
- 将树脂注入到包含预制件的相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，
- 固化或硬化树脂，以便形成逆风叶片半部和顺风叶片半部，并且
- 使逆风叶片半部和顺风叶片半部结合，以形成风力涡轮机叶片。
将理解的是，上述特征中的任何一个可以被组合在发明性方法或模具系统的任何实施例中。特别地，关于模具系统描述的特征和实施例也可以应用于制造预制件的方法，并且反之亦然。
在另一个方面中，本发明涉及可通过上述方法获得的多个预制件。
在另一个方面中，本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片部件的方法，所述方法包括：
- 根据上述制造多个预制件的方法来制造多个预制件，
- 将多个预制件布置在叶片模具腔中，可选地与附加材料一起布置在叶片模具腔中，
- 将树脂注入至叶片模具腔，
- 固化或硬化树脂，以便形成叶片半部。
典型地，树脂注入步骤包括真空辅助树脂转移模制。在优选实施例中，树脂溶解了预制件的粘合剂。
在制造风力涡轮机叶片部件或半部期间用于注射预制件的树脂可以是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或另一合适的热塑性或硬质塑料（duroplastic）材料。在其他实施例中，树脂可以是热固性树脂，例如环氧树脂、乙烯基酯或聚酯，或者热塑性树脂，例如尼龙、PVC、ABS、聚丙烯或聚乙烯。
本发明还涉及一种可由上述制造风力涡轮机叶片的方法获得的叶片。
在另一个方面中，本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预制件的模制系统，所述模制系统包括：
- 模具结构，所述模具结构包括至少部分地穿孔的板，所述板包括模制表面，
- 空气流生成器件，所述空气流生成器件用于引导空气流通过穿孔的板朝向模制表面。
已由本发明人发现的是，通过向分层的纤维布置提供空气流，纤维层可以做到浮在从下面提供的空气的层上。因此，当模制和加固用于风力涡轮机叶片的预制件时，此类模制系统允许多个纤维层和粘合剂的有效率的加热过程。特别地，所发现的是，当提供上述空气流时，纤维层更快地加热，因此节省了时间和成本。
典型地，至少部分地穿孔的板具有上部表面和相对的底部表面。上部表面提供模制表面的至少一部分。空气流被有利地引导从穿孔的板下面穿过，即，从面向其底部表面的侧，朝上通过穿孔的板朝向另一侧，即，面向上部表面的侧。因此，优选的是空气流产生了放置到模制表面上的任何纤维材料的提升。
典型地，纤维材料，例如玻璃纤维，和粘合剂将被布置在模制表面上。随后，空气流可以产生，并通过穿孔的板，朝向含有纤维材料和粘合剂的模制表面。优选地，空气流是具有在40与200℃之间，例如在80与180℃之间的温度的空气流。在优选实施例中，板包括钢，或由钢制成。它可以或者在其整个模制表面上是完全穿孔的，或者仅模制表面的一部分可以是穿孔的。例如，模制表面的10%或更多，例如25%或更多可以是穿孔的。
随后，可以将真空袋或箔放置在纤维材料和粘合剂上，并且可以对纤维材料施加负压以加固纤维材料，可选地同时施加热。
空气流生成器件可以包括风扇或空气泵。根据优选实施例，模制系统进一步包括用于加热模具结构的加热器件。加热器件可以包括烤箱或模制系统中的内置加热系统，优选地包括用于封闭模制结构的盖。
在另一个实施例中，模制系统进一步包括气密盖，用于将模制表面对周围环境封闭。这有利于对模具结构施加热和/或负压。
还优选的是，模制系统进一步包括真空生成器件。典型地，真空袋或箔将施加于布置在模制表面上的纤维材料和粘合剂周围。在优选实施例中，气密盖包括空气出口，用于允许通过真空生成器件从模具结构抽出空气。因此，空气流可以同时产生并通过穿孔的板，或者以与真空施加交替的模式产生并通过穿孔的板。因此，系统可以被微调，以允许在层的有效率的加热与充分量的加固之间的合适的折衷。
在优选实施例中，模制系统进一步包括用于接收和固定模具结构的台，其中，台包括至少一个空气进口，用于允许由空气流产生器件产生的空气流通过台朝向模具结构。台有利地提供用于接收模具结构的腔。模具结构可以包括至少部分穿孔的板，至少部分穿孔的板接收在适配于台的腔之内的框架或盒中。腔和框架/盒优选地是矩形的。
优选地，模制表面是弯曲表面。模制表面可以是凹形表面或凸形表面。因此，模制表面可以包括弯曲表面、凹形表面或凸形表面。
在优选实施例中，模制系统进一步包括真空箔，所述真空箔包括一个或多个通道，用于使流动通过模制系统的空气进行循环。
在另一个方面中，本发明涉及一种制造用于风力涡轮机叶片的预制件的方法，所述方法包括以下步骤：
- 提供模具结构，所述模具结构具有模制表面，模制表面包括至少部分地穿孔的板，
- 将纤维材料和粘合剂布置在模制表面上，
- 生成具有40与200℃之间的温度的空气流，并使所述空气流通过穿孔的板，朝向含有纤维材料和粘合剂的模制表面。
在优选实施例中，在空气流通过穿孔的板期间，加热模具结构。通常，将真空袋或箔随后放置在纤维材料和粘合剂上，并且可以对纤维材料和粘合剂施加负压，以加固纤维材料和粘合剂。优选地，空气流具有60与200℃之间的温度，例如80与150℃之间的温度。粘合剂可以有利地与上文关于本发明的其他方面描述的相同。这同样适用于纤维材料。
在优选实施例中，在将纤维材料和粘合剂布置在模制表面上之后，优选地使用气密盖来使模制表面对周围环境封闭。
有利地，所述方法进一步包括以下步骤：对纤维材料和粘合剂施加负压，用于加固预制件。
在另一个实施例中，所述方法进一步包括使流动穿过模制系统的空气循环的步骤。这可以通过提供具有一个或多个通道的箔（例如硅酮箔）来实现，其中，这些通道还可以用来对纤维材料和粘合剂施加负压。
孔或穿孔可以是任何形状的，例如圆的、矩形的、三角形的、圆形的或它们的组合。穿孔面积与实心面积之间的表面面积的比应当是使得总表面面积的至少5%，例如至少10%、至少25%或至少50%是穿孔面积。
当在本文中使用时，术语“纵向”是指大致与模制表面的最大线性尺寸相平行地延伸的轴。
当在本文中使用时，术语“横向”是指大致与模制表面的最大线性尺寸相垂直地、并且优选地大致与地面表面相平行地延伸的轴。通常，横向方向将大致与模具结构的宽度延伸相平行。
当在本文中使用时，术语“大致”通常是指明确规定的内容，但可以偏离明确规定的量15%或更少、10%或更少、或5%或更少。
当在本文中使用时，术语“wt%”是指重量百分比。术语“相对于纤维材料的重量”是指通过将剂（例如粘合剂）的重量除以纤维材料的重量而计算出的百分比。作为实例，相对于纤维材料的重量的1 wt%的值对应于每公斤纤维材料10 g粘合剂。
当在本文中使用时，术语“穿孔的”涉及具有多个孔或通道的表面，这些孔或通道规则地或不规则地分布在表面上，这些孔或通道延伸通过表面。穿孔或孔设计为允许空气流通过穿孔的板。
附图说明
下面参考附图中所示的实施例来详细解释本发明，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意性视图，
图3示出了穿过图4的截面I-I的翼型轮廓的示意性视图，
图4示出了从上面和从侧面所见的风力涡轮机叶片的示意性视图，
图5是本发明的预制件模具结构的示意性侧视图，预制件模具结构具有在第一构造中的模制表面，
图6是本发明的预制件模具结构的示意性侧视图，预制件模具结构具有在第二构造中的模制表面，
图7是根据本发明的预制件模具结构的一个实施例的透视视图，
图8是根据本发明的预制件模具结构的另一个实施例的透视视图，
图9是根据本发明的用于制造预制件的模制系统的透视视图，
图10是根据本发明的另一个实施例的模制系统的透视视图，并且
图11是模制系统的侧视图，模制系统用于制造根据本发明的预制件。
具体实施方式
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代迎风风力涡轮机，具有塔架4、机舱6以及具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向地延伸的三个叶片10，每个叶片具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片末梢14。
图2示出了根据发明的风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意性视图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最靠近毂部的根部区域30、最远离毂部的成型或翼型区域34、以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域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的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34（也称为成型区域）具有关于产生升力方面的理想的或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有大致圆形或椭圆形的横截面，其例如使得更容易且更安全地将叶片10安装到毂部上。根部区域30的直径（或弦）可以沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓逐渐改变的过渡轮廓。过渡区域32的弦长典型地随着距毂部的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，所述翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r的增加而减小。
叶片10的肩部40被限定为其中叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40典型地设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
应注意的是，叶片的不同区段的弦通常并不位于共同的平面中，因为叶片可能扭转和/或弯曲（即，预弯曲），因此提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这是为了补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度的最常见的情况。
图3和图4描绘了参数，这些参数用来解释根据发明的风力涡轮机叶片的几何形状。图3示出了描绘有各种参数的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意性视图，这些参数典型地用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，在使用期间，即在转子的旋转期间，压力侧和吸力侧通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼型50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长c。翼型50具有厚度t，其限定为在压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿弦60变化。从对称轮廓的偏离由弧线（camber line）62表示，弧线62是穿过翼型轮廓50的中线。该中线可以通过从前缘56到后缘58绘制内接圆而得到。该中线遵循这些内接圆的中心，并且距弦60的偏离或距离被称为弯度（camber）f。也可以通过使用称为上弯度（或吸力侧弯度）和下弯度（或压力侧弯度）的参数来限定不对称性，其中上弯度和下弯度分别限定为从弦60到吸力侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓常通过下列参数来特征化：弦长c、最大弯度f、最大弯度f的位置d f 、最大翼型厚度t（其为沿中弧线62的内接圆的最大直径）、最大厚度t的位置d t 、以及鼻部半径（未示出）。这些参数典型地限定为与弦长c之比。因此，局部相对叶片厚度t/c给定为局部最大厚度t与局部弦长c之间的比。另外，最大压力侧弯度的位置d p 可以用作设计参数，并且最大吸力侧弯度的位置当然也可以用作设计参数。
图4示出了叶片的其他几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图3中所示，根部端位于位置r = 0处，并且末梢端位于r = L处。叶片的肩部40位于位置r = L w 处，并且具有肩宽W，肩宽W等于肩部40处的弦长。根部的直径限定为D。过渡区域中的叶片的后缘的曲率可以由两个参数限定，即：最小外曲率半径r o 和最小内曲率半径r i ，它们分别限定为从外部（或在后缘的后面）所见的后缘的最小曲率半径，以及从内部（或在后缘的前面）所见的最小曲率半径。另外，叶片设置有预弯曲，预弯曲限定为Δy，其对应于从叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
图5图示了根据本发明的模具系统66的侧视图，模具系统66用于制造用于模制风力涡轮机叶片的预制件。系统66包括预制件模具结构68，所述预制件模具结构包括可弯曲板，所述可弯曲板具有与模制表面70的第一构造相对应的大致凸形形状的弯曲模制表面70。模制表面70可以设置为可弯曲板（例如可弯曲钢板）的一部分，或者其可以固定到可弯曲板（例如可弯曲钢板）上。预制件模具结构68还具有相对的底部表面71。在图5中所示的实施例中，模具结构由若干致动器72a-f支撑。每个致动器包括固定的空心缸74和连接到模具结构68上的可移动的杆76，可移动的杆76相对于固定部件74是可移动的。致动器可以直接地支撑在地面表面78上或经由合适的地板来支撑。
如图6中所示，模制表面70可以改变为与模制表面70的第二结构相对应的大致凹形形状。这是借助于致动器72a-f实现的，所述致动器72a-f可以经由它们相应的可移动的杆76来改变模具结构68的形状，所述可移动的杆76可以根据需要延伸或收缩。如由图7中的虚线所指示，第一构造和第二构造在模制表面70的纵向方向L上在模制表面70的曲率方面不同。因此，使用本发明的模具系统制造的预制件可以使用相同的预制件模具用于逆风叶片半部和用于顺风叶片半部二者。
图7是根据本发明的模具系统66的透视图。所述系统具有模具结构68，所述模具结构具有模制表面70，所述模制表面以大致平面构造示出。此处采用可弯曲板68的形式的模具结构68由诸多致动器72a-d支撑。每个致动器包括固定的空心缸74和可移动的杆76，可移动的杆76相对于固定部件74是可移动的，可移动的杆76优选地通过连接元件80连接到模具结构68上，在图示的实施例中，所述连接元件是楔形形状的。图7还示出了模制表面70的纵向方向L和横向方向T以及板68的纵向边缘84。
图8示出了本发明的模具系统66的另一个实施例的透视视图。这里，模制表面70a-c设置在三个可弯曲板68a-c上，其中，相邻的板通过相应的弹性条82a、82b沿它们的纵向边缘铰链地相互连接。在每个板的前端86处设置一个致动器72a、72a'、72a''，并且在每个板的后端88处设置一个致动器72g（仅对于板68c示出），其中多个致动器72b-f安装在它们之间。因此，模制表面的曲率可以在模制表面的纵向方向L和横向方向T二者上变化。
图9是分解透视视图，图示了模制系统100的一个实施例，模制系统100用于制造根据本发明的另一个方面的用于风力涡轮机叶片的预制件。模制系统100包括具有框架或盒的形式的模具结构102，其包括至少部分地穿孔的板104，所述板包括用于模制预制件的模制表面106。在图示的实施例中，穿孔或孔被示出为大致圆形的。模具结构102接收在用于接收和固定模具结构的台110中。台包括空气入口112。
在图9中所示的实施例中，板仅仅是部分地穿孔的，即，在中心区段105中部分地穿孔。相比之下，图10（组装视图）中所示实施例的板104和模制表面106是完全穿孔的。在图9中所示的实施例中，模制表面106是凸形表面。相比之下，在图10中所示的实施例中，模制表面106是凹形表面。
如在图11的侧视图中所见，图9-11的模制系统100还包括空气流生成器件108，其可以采取风扇或空气泵的形式，用于引导空气流通过穿孔的板104，朝向模制表面106。空气，优选地热空气，可以通过导管114并通过台110的空气入口112输送到模制表面106。当制造预制件时，纤维材料和粘合剂布置在模制表面106上。随后，具有40与200℃之间的温度的空气流通过穿孔的板104，朝向含有纤维材料和粘合剂的模制表面106。
本发明不限于本文中描述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下修改或调整。
参考符号列表
2 风力涡轮机
4 塔架
6 机舱
8 毂部
10 叶片
14 叶片末梢
16 叶片根部
18 前缘
20 后缘
22 俯仰轴线
30 根部区域
32 过渡区域
34 翼型区域
40 肩部/最大弦的位置
50 翼型轮廓
52 压力侧
54 吸力侧
56 前缘
58 后缘
60 弦
62 弧线/中线
66 模具系统
68 预制件模具结构
70 模制表面
71 板的底部表面
72 致动器
74 空心缸
76 可移动的杆
78 地面表面
80 连接元件
82 弹性条
84 板的纵向边缘
86 板的前端
88 板的后端
100 模制系统
102 模具结构
104 （部分地）穿孔的板
105 穿孔的中心区段
106 模制表面
108 空气流生成器件
110 台
112 空气入口
C 弦长
d t 最大厚度的位置
d f 最大弯度的位置
d p 最大压力侧弯度的位置
f 弯度
L 叶片长度
r 局部半径，距叶片根部的径向距离
t 厚度
Δy 预弯曲

Claims (17)

1.一种制造用于模制风力涡轮机叶片的至少两个预制件的方法，所述预制件包括具有第一形状的至少一个预制件和具有第二形状的至少一个预制件，所述第二形状与所述第一形状是不同的，所述方法包括以下步骤：
- 提供预制件模具结构（68），其具有可变形状的模制表面（70），使得所述模制表面（70）的形状可以至少在第一构造与第二构造之间变化，
- 提供至少一个致动器（72），用于使所述模制表面（70）的形状在所述第一构造与第二构造之间改变，
- 在具有所述第一构造的所述模制表面（70）上模制具有所述第一形状的至少一个预制件，并且
- 在具有所述第二构造的所述模制表面（70）上模制具有所述第二形状的至少一个预制件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模制表面的形状可以在所述整个模制表面的范围内变化。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述第一构造和所述第二构造在所述模制表面（70）的曲率方面不同。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一构造和所述第二构造在所述模制表面（70）的纵向方向上在所述模制表面（70）的曲率方面不同。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一构造和所述第二构造在所述模制表面（70）的横向方向上在所述模制表面（70）的曲率方面并非不同。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述预制件用于在所述风力涡轮机叶片的主层压结构部分中使用。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模制表面（70）能在凹形形状与凸形形状之间变化。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：使用相同的预制件模具结构，制造用于逆风叶片半部的预制件和用于相同叶片的顺风叶片半部的预制件。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，模制步骤包括：将纤维材料和粘合剂铺到所述模制表面（70）上。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模制表面（70）设置在一个或多个可弯曲板（68）上，例如在一个或多个可弯曲钢板上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模制表面（70）设置在单个可弯曲板上，并且其中，一个致动器设置在所述板的前端处，并且一个致动器设置在所述板的后端处。
12.根据权利要求1至10所述的方法，其中，所述模制表面（70）设置在两个或更多个可弯曲板（68a，68b，68c）上，其中，相邻的板沿它们的纵向边缘（84）铰接地相互连接，并且其中，一个致动器（72）设置在每个板的前端处，并且一个致动器（72）设置在每个板的后端处。
13.根据权利要求12所述的方法，所述板由设置在相邻的板之间的一个或多个弹性条来铰接地相互连接。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括提供至少三个致动器（72），用于使所述模制表面的形状在所述第一构造与所述第二构造之间改变。
15.一种用于制造用于模制风力涡轮机叶片的预制件的模具系统（66），所述系统包括：
- 预制件模具结构（68），其具有可变形状的模制表面（70），使得所述模制表面的形状可以至少在第一构造与第二构造之间变化，
- 至少一个致动器（72），用于使所述模制表面的形状在所述第一构造与所述第二构造之间变化。
16.根据权利要求15所述的模具系统，其中，所述模制表面的形状可在整个模制表面上变化。
17.一种制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：
- 根据权利要求1至14中任一项所述的方法来制造用于模制逆风叶片半部和顺风叶片半部的预制件，其中，相同的预制件模具分别用于：用于所述逆风叶片半部的至少一个预制件和用于所述顺风叶片半部的至少一个预制件，
- 将所述预制件布置在相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，可选地与附加材料一起布置在相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，
- 将树脂注入到包含所述预制件的所述相应的逆风叶片模具和顺风叶片模具中，
- 固化或硬化所述树脂，以便形成逆风叶片半部和顺风叶片半部，并且
- 使所述逆风叶片半部和所述顺风叶片半部结合，以形成风力涡轮机叶片。
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