CN111465486A - 用于制造用于风力涡轮机转子叶片的预制件的系统和方法 - Google Patents

用于制造用于风力涡轮机转子叶片的预制件的系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种制造系统并且涉及一种方法，制造系统和方法用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件。所述系统包括：两个或更多个预制件模具（70）、用于将纤维材料放置到预制件模具（70）中的纤维铺设站（88）和用于加热纤维材料以形成预制件的加热站（90）。预制件模具（70）中的至少两个具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H。

Description

用于制造用于风力涡轮机转子叶片的预制件的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件（preform）的制造系统和方法。
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，也称为叶片半部。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。
典型地，多个预制件将在制造风力涡轮机叶片中使用。这通常需要用于制造和用于储存预制件的大的空间。此外，制造不同形状和大小的预制件可能是耗时且昂贵的。
本发明的第一目的是提供一种制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件的有经济效率的方式。
本发明的另一个目的是提供一种制造此类预制件的灵活且有时间效率的模式。
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用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件的制造系统来实现，所述系统包括：
- 两个或更多个预制件模具，每个预制件模具具有宽度W，高度H和长度L，
- 纤维铺设站，用于将纤维材料放置到预制件模具中，以及
- 加热站，用于加热纤维材料，以形成预制件，
其中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H。
优选地，产生的预制件是包括纤维（例如玻璃纤维）和粘合剂的材料的加固布置。典型地，风力涡轮机叶片部件将是叶片半部。风力涡轮机叶片部件可以使用预制件来制造。预制件可以在随后的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被放置在叶片模具的根部区域之内，因此构成根部层压结构（laminate）的一部分。根部区域可以对应于具有大致圆形或椭圆形横截面的叶片的区域。然而，它们也可以用于风力涡轮机叶片的其他部件和区域，例如后缘或前缘增强物或粘合凸缘。
通过向预制件模具中的至少两个，例如预制件模具中的至少三个、四个、五个、六个、七个或八个，或高达20个提大致相同的宽度W和大相同的高度H，可以创建预制件模具的模块化和统一的系统，这极大地方便了在预制件模制之前和之后的预制件模具的处理、运输和储存。主要的优点在于以下事实：此类预制件模具可以被堆叠在彼此的顶部上，不像占用大的工作空间的空间容量的现有技术的不同形状和大小的预制件模具。在一些实施例中，预制件模具中的两个或更多个在长度上不同。所发现的是上述优点也适用于此类实施例。
纤维铺设站将典型地包括一个或多个纤维铺设装置。加热站将典型地包括一个或多个加热装置，例如烤箱。本发明的优点在于：在纤维铺设站中和在加热站中可以更容易地处理类似或统一大小的预制件模具。例如，单个中央烤箱可用来进行加热，适合于预制件模具的标准化大小，而不是在每个预制件模具中提供昂贵的内置加热。因此，本发明能够实现更有空间效率和成本更低的加热制度（regime）。
在优选实施例中，加热站构造为用于同时容纳预制件模具。特别优选的是加热站包括烤箱，烤箱用于同时容纳和加热多个预制件模具，例如同时容纳和加热至少两个、至少三个、至少四个或至少五个预制件模具。
类似地，纤维铺设站可以中心地设计，因此有效率地容纳统一的预制件模具大小。此外，本发明人已经发现的是，本发明的特征允许用于风力涡轮机叶片的预制件的制造过程的高度自动化。
优选地对于每种叶片类型，制造系统可以包括高达20个预制件模具，例如高达15个或高达10个预制件模具。用于制造预制件模具的材料可以包括钢或复合材料，或者钢和复合材料的混合物。在优选实施例中，一个纤维铺设站和一个加热站（例如烤箱）可以用来在同一制造位置处或当从一个叶片类型转换到另一个叶片类型时生产用于多于一个叶片类型的预制件。这已被发现导致成本显著下降。
在一个实施例中，纤维铺设站和加热站是分开的空间位置。在另一个实施例中，纤维铺设站和加热站位于相同的位置中，或至少彼此靠近，使得在纤维铺设的步骤与加热的步骤之间，预制件并非必须被转移。在一些实施例中，用于使用预制件来模制叶片部件（例如叶片半部）的叶片模具安装在分开的位置处。
优选地，在加热步骤之前向纤维添加粘合剂。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10-20克的量存在。
优选的是，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。在其他实施例中，预制件模具中的至少三个（例如至少四个、五个、六个、七个或八个）具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。
通常，每个预制件模具将包括模制表面，模制表面用于铺设纤维材料，以形成以后的预制件。优选地，对于制造系统的每个预制件模具，模制表面是不同的。优选的是，预制件模具的相应模制表面构造为使得：当在叶片模具中以相邻或重叠的构造来布置时，产生的预制件一起形成叶片半部的根部区域，其中，每个预制件从叶片模具的根部端朝向末梢端延伸。特别优选的是，所有预制件模具具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H，并且可选地具有大致相同的长度L。
在另一个优选实施例中，所有预制件模具具有大致相同的宽度W，其中，在两个或更多个预制件模具的第一子组中，所有预制件模具具有大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具的第二子组中，所有预制件模具具有大致相同的高度H2，其中，高度H2超过高度H1，并且其中，可选地，所有预制件模具具有大致相同的长度L。例如，宽度W可以在1.8与2.2米之间，例如2米。例如，高度H1可以在0.5与0.7米之间，例如0.6米。例如，高度H2可以在0.8与1.0米之间，例如0.9米。因此，所有预制件模具可以具有在1.8与2.2米之间，例如2米的大致相同的宽度W，其中，在两个或更多个预制件模具的第一子组中，所有预制件模具具有在0.5与0.7米之间，例如0.6米的大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具的第二子组中，所有预制件模具具有在0.8与1.0米之间，例如0.9米的大致相同的高度H2。
根据优选实施例，每个预制件模具具有在1与3米之间的宽度W和在0.5与2米之间的高度H。与现有技术系统相比，这导致更细长的预制件模具，并且极大地促进了本发明导致的空间和时间节省效应以及希望的自动化。
在本发明的优选实施例中，每个预制件模具具有在1与3米之间，优选地在1.8与2.2米之间的宽度W，以及1米或以下，优选地在0.6与1米之间的高度H。
在本发明的另一个实施例中，每个预制件模具具有在15与30米之间的长度L。
在一些实施例中，每个预制件模具具有至少5:1的长宽比。在其他实施例中，每个预制件模具具有至少5:1，例如至少10:1的长宽比。在优选实施例中，每个预制件模具具有至少15:1的长宽比。
在一些实施例中，每个预制件模具包括具有模制表面的结构，例如具有模制表面的复合材料结构或金属结构，所述结构安装在支撑结构（例如框架，优选地金属框架）上或在支撑结构（例如框架，优选地金属框架）之间。例如，具有模制表面的结构可以安装在两个横向延伸的框架之间，以形成预制件模具。因此，框架可以限定预制件模具的高度、长度和/或宽度。
根据本发明的一个实施例，每个预制件模具具有底部表面、模制表面以及与模制表面相邻的上部边缘，其中，预制件模具是可堆叠的，使得下面的预制件模具的上部边缘支撑上面的预制件模具的底部表面。所发现的是在叶片制造期间，此类堆叠布置有助于预制件模具的储存和处理。其也可以有利地用于运输目的。例如，四个、六个或八个的量的预制件模具可以在适合的手推车上储存和/或运输。典型地，每个预制件模具将包括与模制表面相邻的两个相对的上部边缘，其中，预制件是可堆叠的，使得下面的预制件模具的两个相对的上部边缘支撑上面的预制件模具的底部表面。
在优选实施例中，在根据本发明的预制件模具堆叠中，预制件模具通过相应的容器适配件或容器铸件相互连接，其中，所述容器适配件或容器铸件优选地布置于堆叠在彼此的顶部上的两个或更多个预制件模具的拐角处。
在本发明的另一个实施例中，预制件模具包括紧固器件，以在预制件模具堆叠时将预制件模具紧固到彼此上，使得下面的预制件模具的上部边缘支撑上面的预制件模具的底部表面。例如，此类紧固器件可以包括设置在预制件模具的上部边缘上的销和设置在预制件模具的底部表面中的对应孔，或反之亦然。
特别优选的是，每个预制件模具构造为用于模制预制件，所述预制件将布置为与一个或多个其他预制件相邻，使得相邻的预制件定向在风力涡轮机叶片的纵向或展向方向上。优选的是，预制件模具和生产的预制件的纵向或通常纵长方向通常与将通过使用本发明的预制件制造的风力涡轮机叶片的纵向或展向方向一致。
因此，本发明的预制件模具对于从沿纵向或展向平面装配的多个预制件生产风力涡轮机叶片半部是特别有用的。因此，优选的是，本发明的制造系统构造为用于生产多个预制件，这些预制件将沿纵向或展向平面装配，用于获得风力涡轮机叶片半部或其一部分，例如根部区域。
优选地，本发明的预制件模具将具有仅与以后的叶片半部的外周的一部分相对应的宽度，如在其横截面中所见，例如以后的叶片半部的外周的大约三分之一。因此，例如，用本发明的制造系统生产的三个预制件在彼此相邻地布置在叶片模具中时可以一起说明叶片半部的外周。
特别地，当制造大的叶片半部时，在根部端处进行纤维铺设可能是挑战性的。由于根部端处的几乎半圆形的横截面或外周，纤维材料可能沿几乎垂直的叶片模具壁向下滑动。纤维材料在制造期间的滑动可以导致在壳体结构中形成不希望的皱纹，这可能在叶片内出现结构薄弱的区。本发明的制造系统用一组预制件（例如三个预制件）来解决此挑战，所述一组预制件一起覆盖叶片半部的整个外周，如在其横截面上可见，用于叶片模具处的改进的且更安全的铺设过程。
根据本发明的一个实施例，纤维铺设站布置为将纤维材料同时放置到两个或更多个预制件模具中。优选地，纤维铺设站布置为将纤维材料同时放置到三个或更多个预制件模具中。这可以通过同时为两个或更多个预制件模具服务的纤维铺设装置来实现。在其他实施例中，纤维铺设站可以包括两个或更多个纤维铺设装置。
在本发明的另一个实施例中，所述系统包括四个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括五个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括六个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括七个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括八个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括九个或更多个预制件模具。在另一个实施例中，所述系统包括十个或更多个预制件模具。
在优选实施例中，通过本发明的制造系统可获得的预制件中的每个构造为形成从叶片的根部端开始的叶片区段。换句话说，优选地，通过本发明的制造系统可获得的预制件中的每个构造为布置在叶片模具的根部端处。
根据本发明的一个实施例，风力涡轮机叶片部件是根部层压结构或其一部分。
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部件的多个预制件的方法，所述方法包括：
- 提供两个或更多个预制件模具，每个预制件模具具有宽度W，高度H和长度L，
- 将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具中，并且
- 将纤维材料和粘合剂加热到在40与200℃之间的温度，以形成多个预制件，
其中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H。
在优选实施例中，所述方法包括提供三个或更多个，例如四个或更多个、五个或更多个、六个或更多个、七个或更多个、或八个或更多个预制件模具。优选的是，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。在其他实施例中，预制件模具中的至少三个，例如至少四个、五个、六个、七个或八个具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。
典型地，纤维材料依次放置到每个预制件模具的模制表面上。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，玻璃纤维材料被放置到每个预制件模具中，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。
在另一个实施例中，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。在优选实施例中，将多层纤维粗纱或粗纱束依次放置到每个预制件模具中，其中，纤维粗纱固定在预制件模具的一端处，例如根部端。由于预制件模具的统一/标准化设计，可以根据所述预制件模具的特定尺寸来定制设计纤维铺设装置，做出对统一大小预制件模具的高产量来说值得的更复杂的纤维铺设，如所描述的纤维铺设。在一个实施例中，纤维铺设装置包括将纤维粗纱固定在预制件模具的一端处的固定器件。
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，优选地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。
在优选实施例中，纤维材料和粘合剂的加热在40与160℃之间，优选地在90与160℃之间的温度下发生。
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，优选地双酚聚酯。在其他实施例中，粘合剂是热熔黏合剂或基于预浸渍树脂。
通常，每个预制件模具将包括模制表面，用于铺设纤维材料以形成预制件。在本发明的一些实施例中，模制表面的形状可以在预制件模具之间不同。因此，虽然两个或更多个预制件模具可以具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和可选地大致相同的长度L，但模制表面的形状和曲率在预制件模具之间可以不同。
特别优选的是，所有预制件模具具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H以及可选地大致相同的长度L。
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根部区域的一部分，例如根部层压结构。根部区域可以从叶片的根部端延伸高达40米，例如高达25米，如在其纵向方向上所见。在其他实施例中，根部区域可以延伸至叶片的肩部+/-5米。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。
在一个实施例中，对于两个或更多个，例如三个或更多个，或四个或更多个预制件模具，同时执行将纤维材料和可选地粘合剂放置到每个预制件模具中的步骤。在其他实施例中，对于两个或更多个，例如三个或更多个，或四个或更多个预制件模具，同时执行加热纤维材料和粘合剂的步骤。已由本发明人发现的是，本发明的预制件模具的统一/标准化尺寸允许分别对纤维铺设站和加热站进行专用设计。这允许同时对多个预制件模具进行纤维铺设和/或加热，并且允许对这些站的定制布局，鉴于标准化/统一模具尺寸的高产量，这在经济上是可行的。这已经被发现导致了循环时间和成本的显著下降。
在其他实施例中，一次对一个预制件模具执行将纤维材料和可选地粘合剂放置到每个预制件模具中的步骤。在其他实施例中，一次对一个预制件模具执行加热纤维材料和粘合剂的步骤。
在所述方法的优选实施例中，所有预制件模具具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H以及可选地大致相同的长度L。如参考本发明的系统所描述的那样，根据本发明的方法的优选实施例，每个预制件模具具有在1与3米之间的宽度W以及在0.5与2米之间的高度H。在另一个优选实施例中，每个预制件模具具有在1与3米之间，优选地在1.8与2.2米之间的宽度W，以及1米或以下，优选地在0.6与1米之间的高度H。在另一个实施例中，每个预制件模具具有在15与30米之间的长度L。
在所述方法的另一个优选实施例中，所有预制件模具具有大致相同的宽度W，并且其中，在两个或更多个预制件模具的第一子组中，所有预制件模具具有大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具的第二子组中，所有预制件模具具有大致相同的高度H2，其中，高度H2超过高度H1。例如，宽度W可以在1.8与2.2米之间，例如2米。例如，高度H1可以在0.5与0.7米之间，例如0.6米。例如，高度H2可以在0.8与1.0米之间，例如0.9米。因此，所有预制件模具可以具有在1.8与2.2米之间，例如2米的大致相同的宽度W，其中，在两个或更多个预制件模具的第一子组中，所有预制件模具具有在0.5与0.7米之间，例如0.6米的大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具的第二子组中，所有预制件模具具有在0.8与1.0米之间，例如0.9米的大致相同的高度H2。
根据本发明的另一个实施例，每个预制件模具具有底部表面、模制表面和与模制表面相邻的上部边缘，其中，在加热步骤期间堆叠至少两个预制件，使得下面的预制件模具的上部边缘支撑上面的预制件模具的底部表面。典型地，每个预制件模具将包括与模制表面相邻的两个相对的上部边缘，其中，预制件是可堆叠的，使得下面的预制件模具的两个相对的上部边缘支撑上面的预制件模具的底部表面。
优选地，风力涡轮机叶片部件是叶片半部、根部层压结构或其一部分。优选地，风力涡轮机叶片部件是叶片半部。在发明性系统或方法的一些实施例中，每个预制件具有至少5、7、10、15、20或25米的长度。
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。
将理解的是，上述特征中的任何一个特征可以被组合在发明性方法或系统的任何实施例中。特别地，关于用于制造预制件的系统描述的特征和实施例也可以应用于制造多个预制件的方法，并且反之亦然。同样，本文中关于本发明的一个方面描述的特征和实施例也可以应用于本发明的其他方面中的每一个并与本发明的其他方面中的每一个组合。
在另一个方面中，本发明涉及通过上述方法可获得的多个预制件。
在又一个方面中，本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件的制造系统，所述系统包括：
- 两个或更多个，优选地三个或更多个预制件模具，每个预制件模具具有宽度W，高度H和长度L，每个预制件模具包括模制表面，所述模制表面构造为用于制造风力涡轮机叶片的相应子区段，每个子区段从风力涡轮机叶片的根部端延伸，
- 纤维铺设站，用于将纤维材料放置到预制件模具中，以及
- 加热站，用于加热纤维材料，以形成预制件，
其中，预制件模具中的至少两个，优选地预制件模具中的全部具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H以及优选地大致相同的长度。
优选地，所述系统的每个预制件模具包括模制表面，所述模制表面构造为用于制造风力涡轮机叶片的不同子区段，每个子区段从风力涡轮机叶片的根部端延伸。
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：
- 根据制造多个预制件的上述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，
- 将树脂注入叶片模具腔，
- 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，树脂使预制件的粘合剂溶解。
用于在制造风力涡轮机叶片部件（例如根部层压结构）期间注射预制件的树脂可以是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或其他合适的热塑性材料或硬质塑料（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。
本发明还涉及一种能够通过制造风力涡轮机叶片半部的方法获得的叶片半部。
在又一个方面中，本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件的制造系统，所述系统包括：
- 两个或更多个预制件模具，
- 用于接收两个或更多个预制件模具的支架，
- 纤维铺设站，用于将纤维材料放置到预制件模具中，以及
- 加热站，用于加热纤维材料，以形成预制件。
优选的是，支架包括两个或更多个隔室或架子，用于将预制件模具中的每个接收在相应的隔室或架子中。在一个实施例中，隔室或架子垂直地布置，使得预制件模具可以接收在支架之内的不同高度处。优选地，预制件模具垂直地布置在支架中。因此，预制件模具可以有利地在纤维铺设站和加热站处经受不同操作之前、之后或之间存储和/或运输。由本发明人发现的是，这显著地节省了工作空间，并且因此节省了操作成本。
在本发明的此方面中，可以如上所述地设计预制件模具和/或站来用于发明的其他方面。
在相关方面中，本发明涉及一种制造用于风力涡轮机叶片部件的多个预制件的方法，所述方法包括：
- 提供两个或更多个预制件模具，
- 提供用于接收两个或更多个预制件模具的至少一个支架，
- 将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具中，并且
- 将纤维材料和粘合剂加热到40与200℃之间的温度，以形成多个预制件，
其中，在将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具中的步骤之前和/或之后，或在将纤维材料和粘合剂加热到40与200℃的之间的温度以形成多个预制件的步骤之前和/或之后，在支架中储存和/或运输预制件模具。
在本发明的此方面中，可以如上所述地设计支架和/或其他方法特征来用于发明的其他方面。
在一个实施例中，在将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具中的步骤之前，在支架中储存和/或运输预制件模具。在另一个实施例中，在将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具中的步骤之后，在支架中储存和/或运输预制件模具。在另一个实施例中，在将纤维材料和粘合剂加热到40与200℃之间的温度以形成多个预制件的步骤之前，在支架中储存和/或运输预制件模具。在另一个实施例中，在将纤维材料和粘合剂加热到40与200℃之间的温度以形成多个预制件的步骤之后，在支架中储存和/或运输预制件模具。
在另一个方面中，本发明涉及两个或更多个预制件模具的堆叠，例如三个或更多个预制件模具的堆叠，或四个或更多个预制件模具的堆叠，或五个或更多个预制件模具的堆叠，所述预制件模具适于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件。在所述堆叠中，预制件模具优选地通过容器适配件或容器铸件相互连接，所述容器适配件或容器铸件优选地布置在预制件模具的拐角处。所述堆叠的每个预制件模具具有宽度W，高度H和长度L。在所述堆叠的一个实施例中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W。在另一个实施例中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的高度H。在另一个实施例中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的长度L。在优选实施例中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。
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“大致相同的”表示与彼此之间的差异不超过5%，优选地不超过4%，例如不超过3%或不超过2%的长度、宽度或高度中的分别两个或更多个尺寸，该百分比是分别基于长度尺寸中最长的、宽度尺寸中最长的和/或高度尺寸中的最长的来计算的。
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是根据本发明的预制件模具的透视图，
图6是根据本发明的包含预制件的叶片模具的透视图，
图7是图示了本发明的制造系统的不同部件的透视图，
图8是根据本发明的另一个实施例的预制件模具堆叠的透视视图，并且
图9是示意性视图，图示了根据本发明的制造风力涡轮机叶片半部的方法的不同步骤。
具体实施方式
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代迎风式风力涡轮机，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10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，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的翼型轮廓逐渐变化的过渡轮廓。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，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52和吸力侧54通常分别面朝迎风（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，其限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿着弦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。该中线跟随这些内接圆的中心，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，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是根据本发明的预制件模具70的透视视图。预制件模具70包括用于模制预制件的模制表面72和两个相邻边缘74a、74b。如图5中所图示，预制件模具70具有宽度W，高度H和长度L。例如，宽度W可以是2m，高度H可以是1米，并且长度L可以是20m。在本发明的制造系统的实例中，预制件模具中的至少两个具有大致相同的宽度W、高度H和长度L。
如图6中所图示，所制造的预制件80a、80b、80c可以铺设在叶片模具76中，以形成风力涡轮机叶片的一部分，例如根部层压结构。特别优选的是，根据本发明制造的预制件用于从叶片的根部端16开始的叶片区段，例如根部区域。如上文所解释，预制件80a、80b、80c通常与附加材料一起布置在叶片模具中，在此之后注入树脂，树脂随后固化或硬化，以便形成叶片部件，例如叶片半部。
图7a、b和c图示了本发明的预制件制造系统的不同方面。图7a示出了四个预制件模具70a-d的堆叠布置78，所有预制件模具70a-d具有大致相同的宽度W、大致相同的高度H和大致相同的长度L。它们堆叠为使得下面的预制件模具的上部边缘74a、74b支撑上面的预制件模具的底部表面82。这是用于储存和/或运输预制件模具的有效率的布置。
在图7b中示出了用于将纤维材料84放置到预制件模具中的示意性纤维铺设站88。其包括纤维铺设装置86，用于将纤维且可选地将粘合剂铺到预制件模具70的模制表面72上。与图7b中所示的实施例不同，纤维铺设站88和纤维铺设装置86也可以布置为同时在多个预制件模具中铺设纤维，例如在两个或三个预制件模具中铺设纤维。本发明的预制件模具的模块化/标准化尺寸极大地有助于这一点。
最后，在加热站90处加热铺设的纤维材料和粘合剂（图7c）。在图7c中所示的实施例中，在堆叠布置中的多个预制件模具70a-d在烤箱92中同时加热，以制造多个预制件80a-d。再次地，本发明的预制件模具的模块化/标准化尺寸有助于这一点。
图8示出了根据本发明的预制件模具70a、70b、70c的另一个实施例。每个预制件模具70a包括具有模制表面72a的结构94a，结构94a安装在两个横向延伸框架96、98之间。因此，预制件模具70a、70b、70c可以方便地堆叠在彼此上。
图9图示了根据本发明的制造风力涡轮机叶片半部的方法的不同步骤。首先，根据上述方法制造多个预制件，包括将纤维材料84和粘合剂布置到每个预制件模具70中；见图9a。然后堆叠预制件模具，使得下面的预制件模具70c的上部边缘支撑上面的预制件模具70b的底部表面；见图9b。随后，例如在烤箱92中加热堆叠的预制件模具，以形成多个预制件；见图9c。预制件可以例如以预制件模具70a、b、c的堆叠的形式转移到叶片模具76，即，用于叶片半部的模具；见图9d。接下来，将预制件80a、b、c布置在叶片模具76中，可选地与附加材料一起，优选地布置在叶片模具76的根部端处，如图9e中所图示；接着注入树脂并固化或硬化，以便形成叶片半部或其一部分。
本发明不限于本文中所描述的实施例，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
70 预制件模具
72 预制件模具的模制表面
74 预制件模具的边缘
76 叶片模具
78 预制件模具的堆叠
80 预制件
82 预制件模具的底部表面
84 纤维材料
86 纤维铺设装置
88 纤维铺设站
90 加热站
92 烤箱
94 结构
96 第一横向延伸框架
98 第二横向延伸框架
H 预制件模具的高度
L 预制件模具的长度
W 预制件模具的宽度
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)

1.一种制造系统，用于制造用于风力涡轮机叶片部件的预制件（80），所述系统包括：
- 两个或更多个预制件模具（70），每个预制件模具（70）具有宽度W，高度H和长度L，
- 纤维铺设站（88），用于将纤维材料放置到所述预制件模具（70）中，以及
- 加热站（90），用于加热所述纤维材料，以形成所述预制件，
其中，所述预制件模具（70）中的至少两个具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H。
2.根据权利要求1所述的制造系统，其中，所有预制件模具（70）具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H以及可选地大致相同的长度L。
3.根据权利要求1所述的制造系统，其中，所有预制件模具（70）具有大致相同的宽度W，并且其中，在两个或更多个预制件模具（70）的第一子组中，所有预制件模具（70）具有大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具（70）的第二子组中，所有预制件模具（70）具有大致相同的高度H2，其中，高度H2超过高度H1。
4.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，每个预制件模具（70）具有在1与3米之间的宽度W和在0.5与2米之间的高度H。
5.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，每个预制件模具（70）具有在1与3米之间的宽度W和1米或以下的高度H。
6.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，每个预制件模具（70）具有在15与30米之间的长度L。
7.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，每个预制件模具（70）具有底部表面（82）、模制表面（72）和与所述模制表面相邻的上部边缘（74），其中，所述预制件是可堆叠的，使得下面的预制件模具（70）的上部边缘（74）支撑上面的预制件模具（70）的底部表面（82）。
8.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，所述纤维铺设站（88）布置为将纤维材料同时放置到两个或更多个预制件模具（70）中。
9.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，所述系统包括四个或更多个预制件模具（70）。
10.根据前述权利要求中任一项所述的制造系统，其中，所述风力涡轮机叶片部件是叶片半部、根部层压结构或其一部分。
11.一种制造用于风力涡轮机叶片部件的多个预制件的方法，所述方法包括：
- 提供两个或更多个预制件模具（70），每个预制件模具（70）具有宽度W，高度H和长度L，
- 将纤维材料和粘合剂放置到每个预制件模具（70）中，并且
- 将所述纤维材料和所述粘合剂加热到40与200℃之间的温度，以形成多个预制件，
其中，所述预制件模具（70）中的至少两个具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所有预制件模具（70）具有大致相同的宽度W和大致相同的高度H以及可选地大致相同的长度L。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所有预制件模具（70）具有大致相同的宽度W，并且其中，在两个或更多个预制件模具（70）的第一子组中，所有预制件模具（70）具有大致相同的高度H1，并且在两个或更多个预制件模具（70）的第二子组中，所有预制件模具（70）具有大致相同的高度H2，其中，所述高度H2超过所述高度H1。
14.根据权利要求11至13中任一项所述的方法，其中，每个预制件模具（70）具有底部表面（82）、模制表面（72）和与所述模制表面（72）相邻的上部边缘（74），其中，在加热步骤期间，至少两个预制件堆叠，使得下面的预制件模具（70）的上部边缘（74）支撑上面的预制件模具（70）的底部表面（82）。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其中，所述风力涡轮机叶片部件是叶片半部、根部层压结构或其一部分。
16.一种制造风力涡轮机叶片部件的方法，风力涡轮机叶片部件例如为叶片半部，所述方法包括：
- 根据权利要求11至15中任一项所述的方法来制造多个预制件（80），
- 将所述多个预制件（80）布置在叶片模具（76）中，可选地与附加材料一起布置在叶片模具（76）中，
- 将树脂注入所述叶片模具（76），
- 固化或硬化所述树脂，以便形成所述叶片部件。
17.根据权利要求16所述的制造风力涡轮机叶片部件的方法，其中，所述多个预制件（80）中的每一个布置在所述叶片模具（76）的根部端处。
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