CN111712628B - 使用节段式叶片组件的风轮机叶片及制造系统和方法 - Google Patents

Abstract

本文描述了一种用于在风轮机(10)的最终安装场所附近制造风轮机叶片(22)的系统(24)和方法。系统(24)包括供给器(74)的纱架(72)，该纱架构造成将加强元件(62)施加到联接在一起并被供给穿过纱架(72)的多个壳芯区段(26)上。所述多个壳芯区段(26)包括外部表面(56)，多个外部凹槽(58)凹入到所述外部表面(56)中，使得所述加强元件(62)铺设在所述外部凹槽(58)中。所述系统(24)还包括沉积站(78)，其构造成以流体形式施加外表面材料层(82)以覆盖所述外部表面(56)和所述多个加强元件(62)。固化站(86)将所述壳芯区段(26)、所述加强元件(62)和所述外表面材料层(82)一起加热并固结为最终的固结部件，其中所述外表面材料层(82)限定固化后的所述叶片(22)的外部轮廓。

Description

使用节段式叶片组件的风轮机叶片及制造系统和方法

技术领域

本发明总体上涉及风轮机，更具体地，涉及风轮机叶片及其制造和组装。

背景技术

风轮机用于利用风流的可再生资源而不燃烧化石燃料来生产电能。通常，风轮机将动能转换成机械能，然后将机械能转换成电能。水平轴风轮机包括塔架、位于塔架顶点的机舱以及支撑在机舱中的转子。转子直接或间接地与容纳在机舱内部的发电机联接。转子包括中央轮毂和多个叶片，叶片安置在中央轮毂上并从其径向延伸。

通常，来自风轮机的电能生产随风轮机的尺寸而增加。因此，现代的几兆瓦级风轮机是庞大结构，并且向更大型结构发展的趋势仍在继续。这些庞大的结构是由构成部件组装而成的。这样，许多风轮机将其各个构成部件以单独件运送到风轮机安装场所。例如，可以将可以由多个塔架节段形成的风轮机塔架运送到安装场所。可以将机舱运送到安装场所并在组装塔架后将其安置在塔架上。最后，本身尺寸非常大的叶片按常规已单独运输到了安装场所。将每个风轮机叶片升高并经由变桨轴承将其固定至转子轮毂，从而来自风轮机叶片的载荷传递至转子轮毂。

庞大的风轮机叶片本身就是复杂的结构。它们通常由壳、翼梁帽以及一个或多个抗剪腹板构成。壳通常是分层的复合件，并形成叶片的外部表面，该外部表面具有空气动力学箔片形状，并封装提供叶片结构方面的抗剪腹板和翼梁帽。抗剪腹板和翼梁帽可以采取内部翼梁的形式，该内部翼梁使壳能够在叶片使用期间抵抗摆动载荷和边沿载荷。

常规的风轮机叶片通常由在集中场所进行的人工密集生产过程来生产。另外，大型风轮机叶片的生产需要大型设备和模具制造设备的形式的大量资金。在一个这样的过程中，必须首先生产两个大型模具。模具限定风轮机叶片的形状。每个模具大致形成风轮机叶片的壳的一个半体。

一旦模具被制造，通过将纤维-树脂复合材料放置在模具中，从每个模具生产出形成风轮机叶片的壳的层压结构。可以包括真空灌注的工艺可以用于在模具中向诸如玻璃或碳纤维织物之类的织物灌注树脂。机器人和其他自动化技术可用于协助此过程，并减少原本铺设模具的人工密集的过程。然后将树脂固化。固化的纤维-树脂复合结构顺应模具表面，从而形成风轮机叶片壳的一个半体。借助于起重机，将两个壳半体从各自的模具中取出并结合在一起。另选地，两个壳半体可以在位于各自的模具中的情况下结合在一起。一旦结合，就完成了叶片。还已知使用各种形式的增材制造(3D打印)来制造风轮机叶片的另选方法，但是因为风轮机叶片的规模非常大，所以如同模具那样，用于制造叶片的设备也位于集中场所。

然后，将这些大的风轮机叶片从制造设施运输到可能数百至数千公里远的安装场所。由于完工叶片的大尺寸以及为了在集中制造场所与风轮机的最终安装位置之间移动叶片所必须经过的地形，运输过程成本高，有时甚至几乎不可能运输。而且，叶片在火车、轮船、车辆等上的运输过程中可能遭受振动、冲击和其他损坏，并且修复这种来自运输的损坏显著增加安装风轮机的成本。随着风轮机安装位置越来越远并且无法从主要交通路线到达，这些问题变得更加严重。因此，期望设计一种能够以小规模实施的风轮机叶片制造过程。这可以允许建立小型或临时的生产场所，优选在风轮机安装场所附近。继而，这可以允许限制由最终的、组装起的风轮机叶片导致的需要完成的运输量。

如上总体所述，常规的制造技术需要大量的资金投入、大型的工厂以及长的交货时间。此外，一些常规叶片组装过程需要大量的体力劳动，这增加了叶片和风轮机的成本。总体而言，集中式模具制造工艺、叶片的生产成本以及运输成本可能会限制对风轮机技术的采用。

已经开始开发用于解决运输成本和物流问题的几种系统和方法，但是仍然可以进行进一步的改进。在这方面，本申请的原始申请人的关于维斯塔斯风力系统的国际专利申请公开第WO 2017/092766号中描述了叶片制造方法的一个实施例。在该公开的申请中，描述了一种用于由一系列3D打印区段组装风轮机的方法。如该公开申请的图4中所示，这些区段形成有内孔，这些内孔共同限定导管，导管用于加强在叶片组装期间要穿过内孔而插入的元件或杆。根据第[0054]段，在抵接的端部处使用如图6A中所示的细长接头52来连接区段，并且在接头处也可选地进行粘合剂连结接合或熔化。这种风轮机叶片组装方法基本上需要使用3D打印技术，因为更常规的模制设备通常无法可靠地形成该叶片的复杂内部结构(包括形成用于加强元件的导管的孔)，并且这种技术可能并不总是具有成本效益或并不总是容易获得。此外，由于叶片的外部翼型轮廓由单独的、分别连接的区段限定，因此有时需要叶片的外部表面的组装后处理。因此，仍然可能进一步改进叶片和制造方法。

DEC东方涡轮机公司的中国专利申请公开第CN102200100号中(将风轮机叶片的局部部分拼接在一起)、通用电气公司的欧洲专利第2 246 558号(分开的前缘节段连结至叶片的其余部分)、通用电气公司的美国专利第7,393,184号(通过将张力缆线延伸穿过翼型体的区段而构造的模块化风轮机叶片)、通用电气公司的美国专利第7,854,594号(具有借助内部翼梁连接的节段的节段式风轮机叶片)、Airbus公司的国际专利申请公开第WO2005/064156号(具有铰接区段的节段式风轮机叶片)示出了风轮机叶片制造系统和方法的其他常规实施例。这些申请和专利描述了构建和使用节段式风轮机叶片的各种方法，但是制造成本仍然很高，并且在其中一些设计中，组装过程可能非常复杂。因此，期望风轮机叶片构造的另选方法。

因此，需要改进的风轮机叶片和用于制造风轮机叶片的方法，其减少所需的资金投入并消除高昂的劳动力成本以及与许多常规设计相关的任何运输问题。

发明内容

本文中描述了用于制造风轮机叶片的系统和方法。该系统和方法使许多构造和组装步骤自动化，从而在叶片生产中也将劳动力成本最小化。因此，本发明解决了上面讨论的关于常规风轮机叶片制造和运输实践的许多缺点。此外，可以在将要使用叶片的风轮机的最终安装场所附近实施本文中描述的风轮机叶片制造系统和方法。因此，叶片可以不需要以最终组装的形式长距离运输到最终安装场所，这显着降低了成本，当安装场所偏远时尤为如此，而安装场所偏远在风能的足迹不断扩展中变得越来越典型。

在一个实施方式中，由本发明的系统和方法制成的风轮机叶片包括多个壳芯区段、多个加强元件和外表面材料层。所述壳芯区段端对端联接在一起以共同限定叶片的在根端与末端之间的翼展长度。每个所述壳芯区段限定侧壁，所述侧壁形成管状结构并限定外部表面。所述侧壁包括凹入到所述外部表面中的多个外部凹槽。加强元件定位成在所述多个外部凹槽内沿着所述翼展长度延伸，使得这种加强元件构造成在使用所述风轮机期间在承载载荷下增强所述叶片。外表面材料层覆盖所述外部表面和所述多个加强元件，从而所述外表面材料层限定所述叶片的外部轮廓。所述多个加强元件和所述外表面材料层通过所述外表面材料层的固化而固结在一起。优选地，所述壳芯区段、所述加强元件和所述外表面材料层由接近将要使用风轮机叶片的风轮机的安装场所定位的制造系统集中组装并固化成最终的固结部件。

一方面，通过增材制造(例如3D打印)来形成风轮机叶片中的每个壳芯区段。另选地，每个壳芯区段通过模制形成。不管选择哪种用于形成壳芯区段的方法，这些区段都可以在远离或接近风轮机的安装场所的场所处由原材料制造。它们可以被以壳芯区段的形式运输，因为这些单独形成的壳芯区段相对于最终叶片而言要小。在一些实施方式中，每个所述壳芯区段均包括具有互锁结构的相对的两个端部，所述互锁结构在相邻的壳芯区段上彼此接合，以使相邻的壳芯区段维持端对端抵接。

另一方面，所述叶片中的所述加强元件由碳纤维粗纱限定，所述碳纤维粗纱构造成在所述多个壳芯区段中的多个壳芯区段上传递载荷。因此，外部凹槽中的加强元件限定了载荷路径或“高速公路”，以承载由于风和阵风而施加到使用中的风轮机叶片的变化的载荷。在一些实施方式中，外部凹槽的尺寸和加强元件的对应尺寸在整个外部表面上可以是大体均匀的，但是另选地，外部凹槽的尺寸和加强元件的单位面积密度可以在壳芯区段的外部表面的不同部分上变化。例如，叶片通常包括腹板，腹板在壳芯区段的管状结构内延伸以增强叶片，并且腹板在翼梁帽区域处联接至侧壁。在本实施方式中，与叶片的其他区域相比，在翼梁帽区域附近，外部凹槽和加强元件的单位面积密度更大。一方面，该系统可以构造成用于外表面材料层的增材制造。该系统可以构造成用于将未固化的材料沉积在壳芯区段和加强元件上。沉积的、未固化的材料可以因此包封加强元件。该系统还可以构造成通过固化外表面材料层而将多个加强元件和外表面材料层固结在一起。在与本发明一致的其他实施方式中，加强元件密度的其他构造是可能的。

在另一方面，风轮机叶片包括：腹板，腹板在壳芯区段的管状结构内沿着翼展长度延伸以增强叶片；以及至少一个腹板凸缘，其在管状结构内延伸并位于腹板和壳芯区段之间。腹板凸缘在腹板和壳芯区段的接头处增强叶片。腹板和腹板凸缘中的至少一者(如果不是两者)由与壳芯区段不同的材料形成。当这些不同的材料用于形成壳芯区段时，可以通过增材制造和模制工艺提供这些不同的材料，或者可以在这些区段连接之后将这些元件添加至多个壳芯区段。在这样的实施方式中，壳芯区段可以限定构造成接收腹板的细长凹部或凹槽。由本文中所述的系统和方法制造的风轮机叶片可以与各种尺寸和构造的风轮机一起使用，其功能类似于常规设计或比其更好。

在本发明的另一个实施方式中，提供了一种用于组装风轮机叶片的制造系统。该系统可以位于风轮机的安装场所附近。该系统包括供给器的纱架，其构造成将加强元件施加到端对端联接在一起并穿过所述纱架供给的多个壳芯区段上。所述多个壳芯区段包括侧壁，该侧壁限定了外部表面，多个外部凹槽凹入到所述外部表面中，使得所述加强元件铺设在所述外部凹槽中。所述制造系统可以是本地制造系统。所述制造系统还包括沉积站，其定位成接收来自所述纱架的所述壳芯区段和所述加强元件。所述沉积站构造成施加流体形式的外表面材料层以覆盖所述外部表面和所述多个加强元件。固化站定位成接收所述壳芯区段、所述加强元件和来自所述沉积站的所述外表面材料层。所述固化站将所述壳芯区段、所述加强元件和所述外表面材料层加热并固结为最终的固结部件，其中所述外表面材料层限定固化后的所述叶片的外部轮廓。优选地，所述供给器的所述纱架、所述沉积站和所述固化站均可以位于所述风轮机的所述安装场所附近。然后，可以将所述叶片安装在所述风轮机上，该风轮机有利地靠近组装/制造的位置。

一方面中的制造系统包括张紧器，其构造成向施加至所述多个壳芯区段的所述加强元件施加张力。所述系统还可以包括壳区段供应站，其构造成将所述壳芯区段供应至所述叶片制造系统。所述壳区段供应站可以将所述壳芯区段运送至所述纱架，以进行随后的组装步骤。所述叶片制造系统可以可选地包括壳芯制造站，以由原材料生产所述壳芯区段。可选地，可以在壳芯区段制造场所的单独位置处预制造壳芯区段，并将其运输到风轮机叶片制造位置。壳区段制造站或场所可以包括至少一个模具，或构造成通过增材制造形成壳芯区段的3D打印机。在一些实施方式中，壳区段制造站还在壳芯区段内部形成增强腹板和/或腹板凸缘。

在本发明的另一实施方式中，提供一种用于制造风轮机叶片的方法。优选地可以在使用所述叶片的风轮机的安装场所附近进行该方法。所述方法包括将多个壳芯区段以端对端抵接的布置联接在一起。每个所述壳芯区段均构造成限定所述风轮机叶片的翼展长度的一部分，并且每个所述壳芯区段限定侧壁，所述侧壁具有外部表面以及凹入到所述外部表面中的多个外部凹槽。所述方法还包括将多个加强元件施加在所述多个外部凹槽内以使其沿着所述叶片的所述翼展长度延伸。外表面材料层以流体形式沉积以覆盖所述外部表面和所述多个加强元件。然后，所述方法包括固化所述壳芯区段、所述多个加强元件和所述外表面材料层以产生限定所述叶片的最终固结部件。

如以上关于本地制造系统所阐述的，该方法可以包括其他方面的附加特征和步骤。例如，该方法还可以包括通过沉积所述外表面材料层和固化的所述步骤，向所述多个加强元件施加张力，并维持所述张力。所述方法还可以包括在所述壳芯区段的所述外部表面的不同部分上，施加单位面积密度不同的所述加强元件，例如邻近所制造的叶片内的增强腹板的翼梁帽区域中的密度较高。所述方法可以优选地进一步包括通过增材制造形成所述外表面材料层。这可以包括将未固化的材料沉积在壳芯区段和加强元件上。沉积的、未固化的材料可以因此包封加强元件。该方法可以进一步包括通过固化外表面材料层而将多个加强元件和外表面材料层固结在一起。该方法优选地进一步包括在安装场所附近由原材料制造壳芯区段。一方面，这可以通过在至少一个模具中模制壳芯区段来完成，而另一方面，这可以通过增材制造来完成。本文中描述的本发明的方法使制作风轮机叶片所需的劳动力成本以及与将叶片移动到风轮机的最终安装场所相关的运输成本最小化。

附图说明

通过阅读以下结合附图对一个或多个说明性实施方式的详细描述，本发明的各种附加特征和优点对于本领域普通技术人员将变得更加显而易见。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本发明的一个或多个实施方式，并且附图与以上给出的一般描述和以下给出的详细描述一起用于解释本发明的一个或多个实施方式。

图1是包括多个根据本发明的一个实施方式的叶片的风轮机的立体图；

图2是可以与图1的风轮机一起使用的风轮机叶片的一个实施方式的俯视图，该视图中的处于初始组装步骤的风轮机叶片示出了接头以制成叶片的各个壳芯区段；

图3是图2的风轮机叶片的壳芯区段之一的俯视立体图；

图4是叶片制造系统的一部分的立体图，示出了将碳纤维粗纱形式的加强元件施加到叶片的壳芯区段上的步骤；

图5是图4的叶片制造系统的另一部分的立体图，示出了将流体形式的外表面材料层沉积到叶片的壳芯区段上的步骤；

图6是图4的叶片制造系统的另一部分的立体图，示出了固化叶片以固结并完成构成叶片的部件的组装的步骤；

图7是在叶片制造现场进行固化处理之后，沿图6中的线7-7剖切的图2和图6的风轮机叶片的前剖视图；以及

图8是根据本发明的风轮机叶片的另一个实施方式的前剖视图，该风轮机叶片包括这样的部分，该部分与叶片的其他部分相比接收单位面积密度更高的加强元件。

具体实施方式

参考图1至图7，根据本发明的原理，详细示出了具有多个叶片22的风轮机10的示例性实施方式以及用于组装叶片22的方法和制造系统。有利地，风轮机叶片22由多个壳芯区段26组装而成，壳芯区段26可以由接近或远离风轮机10的安装场所的设备来制造。与可以运输完全预组装的风轮机叶片或完工风轮机叶片相比，预制造的壳芯区段26可以更容易地运输到叶片制造场所。不管壳芯区段26是接近叶片制造场所制成还是被运输到该位置，叶片22的最终组装都可以可选地由接近最终安装场所定位的本地制造系统24提供。结果，根据本文中提供的描述的各方面，当在安装场所附近进行风轮机叶片22的最终组装时，可以避免将完工风轮机叶片长距离运输到要安装风轮机的偏远位置的各种问题。此外，在本发明中用于组装风轮机叶片22的方法和系统允许(优选基本上在需要叶片22的地方)构造大型叶片(通常与现代风轮机设计一起使用)以及具有变化的外部轮廓和构造的叶片，而无需大量的体力劳动。下文进一步详细描述由本发明实现的这些和其他技术效果。

参考图1，风轮机10包括：塔架12；机舱14，其布置在塔架12的顶点处；以及转子16，该转子16可操作地联接至容纳在机舱14内的发电机18。风轮机10的转子16包括中央轮毂20和多个风轮机叶片22，风轮机叶片22在绕轮毂20周向分布的多个位置处从中央轮毂20向外突出。如所示，转子16包括三个风轮机叶片22，但是一个风轮机的叶片数量可以不同于另一风轮机的叶片数量。风轮机叶片22构造成与气流相互作用以产生升力，该升力使转子16大体在由风轮机叶片22限定的平面内旋动。

根据本发明的实施方式，可以使用叶片制造系统24在风轮机10的安装场所附近组装图1所示的一个或多个风轮机叶片22。可以在下文进一步描述的叶片的预制造元件(例如，壳芯区段(26)和加强元件(62))的组装场所实施叶片制造系统。下文参考图4至图6进一步详细描述合适的制造系统。叶片制造系统24将壳芯区段26(图2中所示)与其他部件接头在一起，以形成最终的风轮机叶片22。当在本地制造系统24上进行时，可以避免例如使用公共道路或铁路基础设施将完工叶片长距离运输到可能安装风轮机10的偏远位置。

继续参考图1，除了发电机18之外，机舱14还容纳将风能转换成电能所需的多种部件以及操作、控制和优化风轮机10的性能所需的各种部件。塔架12支撑由机舱14、转子16和风轮机10的容纳在机舱14内部的其他部件所带来的载荷，并且还操作成将机舱14和转子16举升到地平面或海平面上方一定的高度(可能有这种情况)，在此高度常可以发现低湍流的较快移动的气流。表示为水平轴风轮机的风轮机10的转子16用作机电系统的原动机。超过最低水平的风将经由作用在叶片22上的风来激活转子16，从而引起沿与风向基本垂直的方向的旋转。该旋转激活发电机18，然后该发电机产生电能。

风轮机10可以包括在属于风场或风力发电场(未示出)的类似风轮机的集合中，该风场或风力发电场用作借助传输线与电网(例如三相交流电(AC)电网)连接的发电厂。电网通常由发电站、传输电路以及变电所借助输电线网联接成的网络构成，输电线将电力传输负载，负载呈终端用户以及电气设施的其他用户的形式。在正常情况下，如本领域中已知的，电能从发电机18供应至电网。

如上所述，局部风流导致叶片22激活转子16的旋转。为此，流过风轮机叶片22的空气在风轮机叶片22的吸力表面28和压力表面30之间产生升力，以使转子16旋转。如在流体动力学中理解的那样，流过风轮机叶片22的空气形成取决于空气速度、几何形状(例如攻角)或其他因素的边界层，该边界层可以在风轮机叶片22的前缘32和后缘34之间与风轮机叶片22的外部表面分开。前缘32和后缘34可以从风轮机叶片22的包括根端38的根部区域36延伸到风轮机叶片22的包括末端42的末端区域40，风轮机叶片22在根端38位置处固定至转子16。中间翼展区域44在根部区域36和末端区域40之间延伸。叶片22的这些各个区域在图2中被最清楚地示意性地示出，图2是在如下所述的附加组装步骤发生之前连接的壳芯区段26的视图，应当理解，各个表面28、30以及边缘32、34将由处于最终构造的叶片22的外层限定而不是由壳芯区段26限定。图2还示出了叶片22的纵向轴线46，其沿叶片的翼展长度延伸。

根据本发明的一个示例性实施方式，图3中示出了一个选定的壳芯区段26。该壳芯区段26可以是多个壳芯区段26中的任何一个，壳芯区段26连接以产生整个风轮机叶片22的内部框架(如图2中最清楚地所示)。在该实施方式中，每个壳芯区段26限定了叶片22的翼展长度的相对小的部分，并且这些壳芯区段26一起作为构建块来限定叶片22的总长度和轮廓。仅作为实施例，各个壳芯区段26的长度可以是大约1米至大约2米(图3中的“L”)，但是本发明的实施方式不限于任何特定的长度。因此，可以设计每个壳芯区段26的形状和轮廓以限定叶片22的对应的独特部分，该独特部分的宽度和高度沿长度变化，这在本领域中是众所周知的。此外，将理解，通过制造或供应具有重新设计的形状或外形轮廓的壳芯区段26，可以容易地适应叶片22的总体形状的重新设计。同样地，虽然组成图2中的叶片22的壳芯区段26沿着纵轴线46具有大致相等的长度，但是在本发明范围内的其他实施方式也是可能的，其中壳芯区段26具有变化的长度以及高度-宽度轮廓。壳芯区段26可以由原材料制成为叶片制造过程的初步的集成部分。另选地，壳芯区段可以例如在与叶片制造系统不同的场所由原材料预制造，并运输到用于叶片制造的场所。

继续参考图3，壳芯区段26包括侧壁50，该侧壁50具有大体泪滴状的轮廓，该侧壁50构造成在叶片22的前缘32附近变圆并且在叶片22的后缘34附近变窄成尖锐的端部。侧壁50大体是连续的，使得其限定了叶片22的管状结构，该管状结构具有被侧壁50包围的中空空间52。侧壁50包括面朝中空空间52的内部表面54以及面向外的外部表面56。一系列外部凹槽58设置成沿着侧壁50的外部凹入到外部表面56中，从而为壳芯区段26提供大体上带沟槽的外部。外部凹槽58沿着壳芯区段26的整个长度延伸，在组装多个壳芯区段26之后，外部凹槽58也沿着翼展长度或纵轴线46延伸。

如下面进一步详细地阐述的，外部凹槽58构造成与相似的多组外部凹槽58对准，使得在用于风轮机叶片22的下一组装步骤中，这些外部凹槽58可以容纳呈碳纤维粗纱等形式的细长加强元件62(直到图4和图7才示出)。这种加强元件62可以帮助在多个单独形成的壳芯区段26上传递并承载载荷。在符合本发明的叶片22的其他实施方式中，外部凹槽58的特定数量以及尺寸/形状可以不同于图中所示的大致均匀的布置。例如，尽管在该实施方式中每个外部凹槽58限定了大致矩形的横截面，但是在其他实施方式中可以改变外部凹槽58以及相应的加强元件的形状。

在该实施方式中，壳芯区段26包括在长度方向上由侧壁50限定的相对的两个端部64。由于壳芯区段26限定的管状结构，相对的两个端部64通常是敞开的，这允许完全组装的风轮机叶片22具有细长的内部空间，当壳芯区段26的相对的两个端部64与相邻的壳芯区段26端对端抵接放置时，该细长的内部空间由被对准的每个中空空间52限定。尽管图3的实施方式中示出的相对的两个端部64具有平滑的边缘，但是应当理解，风轮机叶片22的一些实施方式将包括位于相对的两个端部64上或邻近相对的两个端部64的互锁结构(例如钩形突起和相应的接纳部)。互锁结构可以接合抵接的壳芯区段26上的相同结构，以将相邻壳芯区段26以端对端抵接的方式维持在所期望的位置。

众所周知，大型风轮机叶片22通常需要内部增强以帮助外壳承受环境风施加的载荷。因此，图3的壳芯区段26还包括内部腹板66，该内部腹板跨过中空空间52延伸，以与壳芯区段26的相对两侧上的侧壁50连结。在一些实施方式中，内部腹板66可以直接联接至侧壁50，但是在所示的实施方式中，在内部腹板66与侧壁50的内部表面54之间于其连接处插入有单独的腹板凸缘68。腹板凸缘68帮助在腹板66和侧壁50之间传递载荷。在本文未示出的本发明的其他实施方式中，与侧壁50的相对的两个端部64一样，腹板66和腹板凸缘68也可以包括互锁结构。另选地，在其他实施方式中，腹板66和一个或多个腹板凸缘68可以作为细长件被分开地提供，该细长件构造成延伸穿过多个壳芯区段26，然后在多个壳芯区段26连接之后插入/添加至这些壳芯区段26。

如图3中可见的不同阴影线所示，在该实施方式中，侧壁50、腹板66和腹板凸缘68中的每一者均可以由不同的材料形成。不同材料的使用允许在风轮机叶片22的不同部分处提供不同的结构质量。例如，侧壁50可以由低密度、轻质并且可能发泡的刚性材料制造。还可以使用已知用于制作风轮机叶片壳的其他类型的材料，包括但不限于玻璃纤维复合材料和类似的拉挤成型件。腹板66可以由具有较高强度或密度的材料制造，但是该元件通常由比限定侧壁50的材料具有更高的刚度的纤维增强复合材料形成。设计中也可以包括金属梁或增强件，但是这些类型的材料未在示例性实施方式中示出。将理解的是，在其他实施方式中，侧壁50、腹板凸缘68和腹板66中的一些或全部可以以相同的材料提供。

不管为壳芯区段26和相关元件选择的一种或多种特定材料如何，这些壳芯区段26的尺寸都足够小，以便允许在需要时易于运输到叶片制造系统24的场所，叶片制造系统24可以接近用于风轮机10的安装场所定位。另选地，在一些实施方式中，壳芯区段26可以由包括在本地制造系统24中的壳区段制造站制成。相比将完全预组装或完工叶片运输到将要安装风轮机10的偏远位置，将较小的壳芯区段26或制作壳芯区段26所需的原材料运输到同一偏远位置的复杂程度和代价较低，因此本发明的各种实施方式提供了优于常规制造设计和工艺的优点。

可以以各种方法形成壳芯区段26，壳区段制造站可以使用所述的每种方法。可以在远离叶片制造系统24的场所建立壳制造站。可选地，叶片制造系统24中可以包括壳制造站。在一些实施方式中，每个壳芯区段26均可以通过增材制造(也称为3D打印)而形成。为此，增材制造可以包括分层处理(例如VAT光聚合)、立体光刻(SL)、数字光处理(DLP)、选择性激光烧结(SLS)、选择性激光熔化(SLM)、电子束熔化(EBM)、粘合剂喷射、材料喷射、直接金属层烧结(DMLS)或熔融沉积建模(FDM)。这些处理基于部件的计算机模型利用计算机控制的单个材料层的沉积。沉积层基于如通过将模型切成有限数量的单个模型层确定的模型的离散横截面。然后，通过从3D打印机沉积材料层来复制每个模型层。通过构造每一层(一层构造在前一层上)，部件的计算机模型用于制造真实部件，在这种情况下，该真实部件是组装风轮机叶片22所需的多个壳芯区段26。增材制造工艺可以使用如上所述的不同材料来产生侧壁50、腹板66和腹板凸缘68中的每一者。此外，当使用增材制造时，可以容易地实施对制成叶片22的所期望的轮廓或部件的任何设计更改，这是因为计算机模型可以更改，并且打印过程会自动遵循照做。因此，在这些实施方式中，壳区段制造站可以包括3D打印机，或者可以以这种方式对壳芯区段26进行3D打印，然后将其从集中制造场所运输至叶片组装场所处的叶片制造系统24，该叶片组装场所可以是本地的场所。

另选地，在本发明的其他实施方式中，壳芯区段26通过模制形成。在这方面，壳区段制造站可以包括至少一个构造成形成壳芯区段26的模具。叶片部件的模制过程在本领域中是众所周知的，并且至少包括原材料(例如，聚合物类型的材料、复合材料等)铺叠或沉积到由模具限定的成形表面中，然后固化和/或固结模具上的部件。在一个实施例中，使用两个模具来构造完工部件(在这种情况下，是壳芯区段26)，然后完工部件的两个半体借助粘合剂等联接在一起。然而，可以使用更多或更少的模具来产生每个壳芯区段26。模制过程可以利用如上所述的不同材料来产生侧壁50、腹板66和腹板凸缘68中的每一者。然后，通过模制形成的壳芯区段26可以直接供应给叶片制造系统24。因此，在各方面中，叶片制造系统24包括壳芯区段供应站。另选地，然后可以从集中制造现场运输通过模制形成的壳芯区段26以在本地制造系统24处进一步处理。可以经由壳芯区段供应站将壳芯区段引入叶片制造系统24处的叶片组装过程。

尽管在本文中描述了3D打印工艺和模制技术，但是可以使用其他制造技术(例如，手动构建等)来制造壳芯区段26。但是，上述实施方式有利地限制或消除了在用于例如在本地制造系统24处进行的下一组装步骤的制造和供应壳芯区段26时对大量体力劳动的需求。

图4至图6示出了叶片制造系统24和用于制作风轮机叶片22的相应方法的更多细节。从图4开始，叶片制造系统24包括纱架72，该纱架承载多个供给器74，该供给器74构造成将多个加强元件62施加到位于一系列壳芯区段26上的外部凹槽58中。更具体地，如图4中所示，壳芯区段26以端对端抵接的方式连接在一起(在存在互锁结构的情况下，可以包括接合的互锁结构)，然后经由壳芯区段供应站将连接的壳芯区段26供给而穿过纱架72的中心。壳芯区段26形成为使得外部凹槽58将与相邻的抵接壳芯区段26上的外部凹槽58对准。因此，可以从相应的供给器74为每个外部凹槽58供应连续的细长碳纤维粗纱或类似类型的加强元件62。尽管图4中示出了仅一个加强元件62铺设在外部凹槽58之一中，但是将理解的是，纱架72布置成使得所有供给器74同时将多个加强元件62施加到外部凹槽58中。此外，尽管在本实施方式中使用碳纤维粗纱作为加强元件62，但是可以使用其他类型的材料来增强叶片组件的该部分中的叶片22。

加强元件62设计成在多个壳芯区段26上传递载荷，例如当完工叶片22在风轮机10上使用时由风引起的弯曲载荷和拉伸载荷。因此，通常沿着叶片22的翼展长度的大部分(或全部)进行加强元件62的施加，并且加强元件62帮助将单独形成的壳芯区段26彼此联接。从而，加强元件62限定了用于使风轮机叶片22上的载荷传递并由整个叶片22承载的载荷路径或“高速公路”，而不是仅沿叶片22的局部部分引起疲劳和应力。

纱架72上的供给器74可以预装载单个细长的碳纤维粗纱，该粗纱限定的长度等于要施加加强元件62的外部凹槽58的总长度，如上所述，外部凹槽58的总长度可以基本是叶片22的整个翼展长度。供给器74还保持碳纤维粗纱，该粗纱的单丝细度或尺寸/数量对应于相关联的外部凹槽58的尺寸，从而基本填充从由余留的壳芯区段26限定的外部表面56凹入的外部凹槽58。在这方面，虽然每个供给器74均构造成当外部凹槽58的尺寸大体均匀时施加相同尺寸的加强元件62(图4至图7中所示)，但是在符合本发明范围的其他实施方式中，供给器74也可以装载有不同形状和尺寸(和/或变化量)的加强元件62。下文将参考图8描述一个这样的实施例。

为了在加强元件62施加到外部凹槽58中时帮助加强元件62维持在适当的位置，该实施方式的本地制造系统24还包括张紧器，该张紧器接近纱架72定位。张紧器向多个加强元件62施加张力，并借助下面将要描述的叶片组装的后续步骤通过至少一部分移动(表面材料层的沉积和固化)来维持该张力。例如，张紧器可以包括一个或多个惰轮或辊，当加强元件62朝着在相应的外部凹槽58中进行施加的方向移动时，惰轮或辊将加强元件62维持在拉紧状态。在其他实施方式中，也可以使用其他类型的已知的张力施加装置。

应当理解，纱架72和供给器74构造成在没有人工作用的情况下组装加强元件62和多个壳芯区段26。叶片组装过程的这种进一步的自动化减少了在这种制造中使用人力资源时可能会导致的成本和潜在的延迟。除了用预装载有另一组加强元件62的新的供给器74重新装载纱架72之外，在完成一个风轮机叶片22的组装并开始另一个风轮机叶片22的组装时，不需要维护。因此，本地制造系统24中使用纱架72提供了优于已知方法和设计的优点。

在将加强元件62施加在纱架72上的步骤之后，组件接下来移动到包括在叶片制造系统24中并在图5中示出的沉积站78。沉积站78包括多个喷嘴80，这些喷嘴连接至流体树脂(或类似材料)的供应源，该流体树脂构造成当施加到壳芯区段26的外部表面56和加强元件62上时形成外表面材料层82。在这方面，喷嘴80喷射或以其他方式沉积流体树脂以涂覆从纱架72移动的整个组件，从而产生呈流体形式的外表面材料层82。外表面材料层82设计成限定叶片22的外部轮廓，因此由沉积站78施加的流体树脂的量被调整成提供完工叶片22的期望的翼型形状和轮廓。将理解，在沉积站78的其他实施方式中，可以用3D打印沉积头或类似的分配装置代替沉积站78处的喷嘴80。

在在沉积站78施加外表面材料层82的步骤之后，组件接下来移动到包括在叶片制造系统24中并在图6中示出的固化站86。固化站86包括一个或多个加热器88，加热器88将热能施加至壳芯区段26、强元件62和外表面材料层82的组件，以将这些部件固结和/或固化成最终的固结部件，例如完全组装的风轮机叶片22。组件经过固化站86的移动速度构造成当组件经过一个或多个加热器88时允许组件充分固化。为此，当组件移动穿过固化站86时，叶片22沿翼展长度一部分接一部分地固化，这由在图6中的加热器88下游的具有完工(完全固结和固化)轮廓的叶片22示出。在叶片22固化之后，外表面材料层82变为固体并且限定叶片22的外部轮廓，该外部轮廓有时也称为其翼型形状。在另选实施方式中，固化站86可以包括加热器88和/或其他固化元件的不同布置。然而，以完全自动化的方式进行加强元件62和外表面材料层82的施加以及随后的叶片22的固化，从而减少了与叶片组装中的人工相关的任何成本。此外，有利地在叶片制造系统24处进行图4至图6所示的组装步骤，该叶片制造系统可以可选地在风轮机10的安装场所处或附近，因此可以减少或消除与将完全组装的叶片22运输至风轮机10相关的复杂物流工作和高成本。位于风轮机10的安装场所处或附近的叶片制造系统24可以因此被称为本地制造系统。

叶片制造系统24的各个部分(包括纱架72、沉积站78和固化站86)在图4至图6中示出为连续管状外壳或壳体结构的一部分，但是应当理解，就此而论可以应用不同的壳体结构。叶片制造系统24尤其还可以包括壳芯区段26供应站，用于在叶片制造系统24处向叶片组装过程供应预制造的壳芯区段26。在实施方式中，可以在壳区段制造站制造壳芯区段26，壳区段制造站也可以可选地是叶片制造系统24的一部分或可以远离叶片制造系统。此外，用于保持和移动壳芯区段26和叶片22经过本地制造系统24的搬运和移动致动系统(未示出)可以是用于移动叶片和类似的细长工件的任何已知设计。叶片制造系统24可以用于制造多个叶片(必要时叶片包括不同的设计)，并/或可以在新的位置拆卸和重新组装以在风轮机10的其他安装场所使用。只要本地制造系统24和组装过程保持在要使用正在制造的风轮机叶片22的风轮机10的安装场所附近，本发明范围内的其他变型就是可能的。

图7中示出了横向于纵轴46并穿过由本发明的叶片制造系统24形成的完工风轮机叶片22的一部分而剖切的横截面。该横截面例如大体沿着图6中的线7-7。在该视图中，用不同的阴影线示出了构成风轮机叶片22的各个部件，但是应当理解，这些元件的固化和固结可以在某种程度上使材料相互混合。在图7的实施方式中，壳芯区段26的侧壁50中的每个外部凹槽58和每个对应的加强元件62的尺寸基本均匀。除了这些元件之外，还示出了限定叶片的外部轮廓的外表面材料层82以及横跨叶片22的内部的中空空间52定位的腹板66和腹板凸缘68。因此，外表面材料层82限定了叶片22的吸力表面28、压力表面30、前缘32和后缘中的每一者。根据本实施例所示，叶片22的特定横截面形状将沿着该翼展长度变化，但是将始终存在加强元件62以帮助在风轮机叶片22的整个翼展长度上传递并承载载荷。因此，由本发明生产的风轮机叶片22的寿命和性能与已知的叶片设计一致或有改进。此外，由于本文所述的制造方法和系统，可以在不引起大量劳动成本的情况下实现本设计。此外，由于制造系统可选地接近风轮机10的最终安装场所，可以优选地在不引起大量运输成本的情况下实现本设计。

图8中示出了由叶片制造系统24制成的风轮机叶片22(图8中的附图标记122)的另选实施方式。在该实施方式中，在外部表面56的不同部分中，壳芯区段26上的外部凹槽58的尺寸变化。同样，加强元件62的尺寸或细度也变化，以与外部凹槽58的不同尺寸保持一致。在所示的实施例中，当存在腹板66以及腹板凸缘68时，风轮机叶片22(图8中的附图标记122)限定了邻近腹板66和壳芯区段26的接头处的翼梁帽区域100，翼梁帽区域100也邻近腹板凸缘68。在该实施方式中，加强元件62的尺寸变化，使得在叶片22(图8中的附图标记122)的翼梁帽区域100处设置有更大的加强元件62或单位面积密度更大的加强元件62。有利的是，这允许施加至叶片122的较大部分的载荷沿着腹板66增强叶片22以抵抗这些载荷的位置传递。如上所述，在这样的实施方式中，壳区段制造站将被修改成沿着翼梁帽区域100提供更大的外部凹槽58，并且与这些外部凹槽58相关联的纱架72上的供给器74将被预加载更大的碳纤维粗纱。将理解的是，在其他实施方式中，最终风轮机叶片22中的加强元件62的单位面积密度的不同布置在不脱离本发明的范围的情况下可以变型，以满足设计参数和终端用户的需求。

由本发明的自动制造系统24和方法组装的风轮机叶片22解决了当前用于风轮机构造的过程中的许多缺点。为此，叶片的制造几乎不需要人工干预和作用。这样，避免了与劳动力相关的高成本。本文中描述和定义的叶片制造过程和设备允许沿着预制造元件的组装过程的路线制造叶片。叶片的预制子元件可以容易运输至叶片组装场所进行最终制造。因此，叶片22可以被有利地制造和完工，而无需完工制品的长距离运输，在诸如铁路和公路之类的公共交通基础设施的背景下，这种完工制品通常认为是超大型的、运输困难且成本高的。本文中描述和定义的制造过程和系统可以允许叶片22在风轮机10的安装场所附近组装或完工，该风轮机的安装场所可能是偏远的并且难以通过正常的运输通道到达，在全球风能生产的足迹不断扩展的情况下尤为如此。此外，本地制造系统24和方法提高了风轮机构造的效率，同时保持适应于叶片设计的未来变化。如本文中提及的叶片制造系统24可以指定小规模的制造场所。如本文中提及的本地叶片制造系统24可以特别地指定小规模的制造场所。这样的本地制造系统24可以有利地、可选地位于风轮机构造场所附近。术语“接近(在……附近)”可以有利地指定不需要公共道路上的行程的这种距离。术语“接近”可以有利地指定不需要公共铁路网络、公共和/或私人和/或其他地方上的行程的这种距离。术语“接近”可以有利地指定不需要公共基础设施网络上的行程的距离。优选地，接近的位置可以有利地是包括仅短距离的运输，可选地在公共道路之外的短距离运输。举例来说，接近的位置可以有利地位于风轮机场所的100公里(62英里)内。举例来说，接近的位置可以有利地位于风轮机场所的70公里(43.5英里)内。举例来说，接近的位置可以有利地位于风轮机场所的50公里(31英里)内。

尽管借助本发明的各种实施方式的描述阐明了本发明，并且尽管相当详细地描述了这些实施方式，但是发明人不意图要将所附权利要求的范围限定至或者以任何方式限制至这些细节。因此，本文中讨论的各种特征可以单独使用或以任何组合使用，包括与任何类型的单转子或多转子风轮机一起使用。对于本领域中的技术人员而言，其他优势以及变型会是显而易见的。因此，本发明在其更广泛的方面不限于所示出和所描述的具体细节和说明性实施例。因此，在不脱离权利要求中所限定的本发明的范围的情况下，可以偏离这些细节。

Claims (32)

1.一种构造成安装至风轮机（10）的轮毂（20）的风轮机叶片（22），该风轮机叶片包括：

多个壳芯区段（26），所述多个壳芯区段端对端联接在一起以共同限定所述叶片（22）在根端（38）与末端（42）之间的翼展长度，其中每个所述壳芯区段（26）限定侧壁（50），所述侧壁（50）形成管状结构并限定外部表面（56），并且所述侧壁（50）包括凹入到所述外部表面（56）中的多个外部凹槽（58），其中所述外部凹槽（58）沿着所述壳芯区段（26）的整个长度延伸；

多个加强元件（62），所述多个加强元件定位成在所述多个外部凹槽（58）内并沿着所述翼展长度延伸，所述加强元件（62）构造成在使用所述风轮机（10）期间增强处于弯曲载荷下的所述叶片（22）；以及

外表面材料层（82），所述外表面材料层覆盖所述外部表面（56）和所述多个加强元件（62），所述外表面材料层（82）限定所述叶片（22）的外部轮廓，

其中所述多个加强元件（62）和所述外表面材料层（82）通过所述外表面材料层（82）的固化而固结在一起。

2.根据权利要求1所述的风轮机叶片（22），其中，所述外表面材料层（82）通过增材制造而形成。

3.根据权利要求1所述的风轮机叶片（22），其中，所述多个壳芯区段（26）中的每一者均通过增材制造而形成。

4.根据权利要求1所述的风轮机叶片（22），其中，所述多个壳芯区段（26）中的每一者均通过模制而形成。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的风轮机叶片（22），其中，每个所述壳芯区段（26）均包括具有互锁结构的相对端部，所述互锁结构构造成与相邻的壳芯区段（26）上的互锁结构接合，以便使相邻的壳芯区段（26）维持端对端抵接。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的风轮机叶片（22），其中，所述多个加强元件（62）由碳纤维粗纱限定，所述碳纤维粗纱构造成在所述多个壳芯区段（26）中的多个壳芯区段上传递载荷。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的风轮机叶片（22），其中，所述壳芯区段（26）上的所述外部凹槽（58）的尺寸和所述加强元件（62）的单位面积密度在所述壳芯区段（26）的所述外部表面的不同部分上变化。

8.根据权利要求7所述的风轮机叶片（22），其中，所述叶片包括腹板（66），所述腹板在所述壳芯区段（26）的所述管状结构内沿着所述翼展长度延伸以增强所述叶片（22），所述叶片（22）限定了在所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）的接头附近的翼梁帽区域（100），并且所述加强元件（62）的所述单位面积密度在所述翼梁帽区域（100）附近比在所述壳芯区段（26）的其他部分中大。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的风轮机叶片（22），该风轮机叶片还包括：

腹板（66），所述腹板在所述壳芯区段（26）的所述管状结构内沿所述翼展长度延伸，以增强所述叶片（22）；和

至少一个腹板凸缘（68），所述至少一个腹板凸缘在所述壳芯区段（26）的所述管状结构内延伸并位于所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）之间，以在所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）的接头处增强所述叶片（22），

其中，所述腹板（66）和所述至少一个腹板凸缘（68）这二者中的至少一者由与所述壳芯区段（26）不同的材料形成。

10.一种用于组装风轮机叶片（22）的制造系统（24），该制造系统（24）包括：

供给器（74）的纱架（72），所述纱架构造成将加强元件（62）施加到端对端联接在一起并被供给穿过所述纱架（72）的多个壳芯区段（26）上，所述多个壳芯区段（26）包括侧壁（50），该侧壁限定了外部表面（56），所述外部表面具有凹入到所述外部表面（56）中的多个外部凹槽（58），使得所述加强元件（62）铺设在所述外部凹槽（58）中；

沉积站（78），所述沉积站定位成接收来自所述供给器（74）的所述纱架（72）的所述壳芯区段（26）和所述加强元件（62），所述沉积站（78）构造成以流体形式施加外表面材料层（82）以覆盖所述外部表面（56）和所述多个加强元件（62）；以及

固化站（86），所述固化站定位成接收来自所述沉积站（78）的所述壳芯区段（26）、所述加强元件（62）和所述外表面材料层（82），所述固化站（86）构造成将所述壳芯区段（26）、所述加强元件（62）和所述外表面材料层（82）加热并固结为最终的固结部件，其中所述外表面材料层（82）限定了固化后的所述叶片（22）的外部轮廓。

11.根据权利要求10所述的制造系统（24），该制造系统还包括：

张紧器，所述张紧器构造成向施加至所述多个壳芯区段（26）的所述加强元件（62）施加张力，所述加强元件（62）借助穿过所述沉积站（78）和所述固化站（86）的至少一部分移动而保持张紧。

12.根据权利要求10或11所述的制造系统（24），其中，在所述壳芯区段（26）上的所述外部凹槽（58）的尺寸在所述壳芯区段（26）的所述外部表面的不同部分上变化，并且所述供给器（74）的所述纱架（72）装载有不同数量的所述加强元件（62），使得所述加强元件（62）的单位面积密度也在所述壳芯区段（26）的所述外部表面的不同部分上变化。

13.根据权利要求10或11所述的制造系统（24），该制造系统还包括：

壳区段供应站，所述壳区段供应站构造成将所述壳芯区段（26）运送至所述供给器（74）的所述纱架（72），以进一步组装到所述叶片（22）中。

14.根据权利要求13所述的制造系统（24），其中，所述壳区段供应站还包括壳区段制造站，其中，所述壳区段制造站还包括：

至少一个模具，所述至少一个模具构造成形成呈相应的风轮机叶片区段的形状的所述壳芯区段（26），并在所述壳芯区段的所述外部表面上具有所述多个外部凹槽（58）。

15.根据权利要求14所述的制造系统（24），其中，所述壳区段制造站还包括：

3D打印机，所述3D打印机构造成通过增材制造来形成呈所述相应的风轮机叶片区段的形状的所述壳芯区段（26），并且所述壳芯区段的所述外部表面上具有所述多个外部凹槽（58）。

16.根据权利要求14所述的制造系统（24），其中，所述壳区段制造站还构造成生产：

腹板（66），所述腹板在由每个所述壳芯区段（26）的所述侧壁限定的管状结构内延伸；以及

至少一个腹板凸缘（68），所述至少一个腹板凸缘在所述管状结构内延伸并位于所述腹板（66）和所述侧壁（50）之间，其中所述腹板（66）和所述至少一个腹板凸缘（68）这二者中的至少一者由与所述壳芯区段（26）不同的材料形成。

17.根据权利要求10或11所述的制造系统，所述系统（24）接近使用所述叶片（22）的风轮机（10）的安装场所，其中，所述供给器（74）的所述纱架（72）、所述沉积站（78）和所述固化站（86）均接近所述风轮机（10）的所述安装场所定位。

18.一种用于制造风轮机叶片（22）的方法，所述方法包括：

将多个壳芯区段（26）以端对端抵接的布置连接在一起，其中每个所述壳芯区段（26）均构造成限定所述风轮机叶片（22）的翼展长度的一部分，其中每个所述壳芯区段（26）限定侧壁（50），所述侧壁（50）具有外部表面（56）以及凹入到所述外部表面（56）中的多个外部凹槽（58）；

将多个加强元件（62）施加在所述多个外部凹槽（58）内并且所述加强元件（62）沿着所述叶片（22）的所述翼展长度延伸；

以流体形式沉积外表面材料层（82）以覆盖所述外部表面（56）和所述多个加强元件（62），使得所述外表面材料层（82）限定所述叶片（22）的外部轮廓；并且

固化所述壳芯区段（26）、所述多个加强元件（62）和所述外表面材料层（82）以产生限定所述叶片（22）的最终固结部件。

19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括：

通过沉积所述外表面材料层（82）并固化的步骤中的至少部分步骤，向位于所述外部凹槽（58）内的所述多个加强元件（62）施加张力，并维持所述张力。

20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，施加所述多个加强元件（62）的步骤还包括：

在所述壳芯区段（26）的所述外部表面的不同部分上，施加不同单位面积密度的所述加强元件（62）。

21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述叶片（22）包括腹板（66），所述腹板在由所述壳芯区段（26）的所述侧壁（50）限定的管状结构内延伸并且沿着所述翼展长度延伸以增强所述叶片（22），并且施加所述多个加强元件（62）的所述步骤还包括：

与在所述壳芯区段（26）的其他部分中相比，在位于所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）的接头附近的翼梁帽区域（100）中施加更大单位面积密度的所述加强元件（62 ）。

22.根据权利要求18或19所述的方法，该方法还包括：

在将所述多个壳芯区段（26）连接在一起之前，由原材料制造所述壳芯区段（26）。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，制造所述壳芯区段（26）还包括：

在呈相应的风轮机叶片区段的形状的至少一个模具中模制所述壳芯区段（26），并且使得所述壳芯区段（26）在其所述外部表面上包括所述多个外部凹槽（58）。

24.根据权利要求22所述的方法，其中，制造所述壳芯区段还包括：

通过增材制造将所述壳芯区段（26）形成为具有相应的风轮机叶片区段的形状，并且使得所述壳芯区段（26）在其所述外部表面上包括所述多个外部凹槽（58）。

25.根据权利要求18或19所述的方法，其中，将所述多个壳芯区段（26）连接在一起还包括：

联接位于所述壳芯区段（26）中的抵接的壳芯区段（26）的相对端部上的互锁结构，从而使相邻的壳芯区段（26）维持端对端抵接。

26.根据权利要求18或19所述的方法，该方法还包括：

将腹板（66）沿着所述翼展长度定位在由所述壳芯区段（26 ）的所述侧壁（50）限定的管状结构内，以增强所述叶片；和

将至少一个腹板凸缘（68）定位成在所述壳芯区段（26）的所述管状结构内延伸并位于所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）之间，以在所述腹板（66）和所述壳芯区段（26）的接头处增强所述叶片（22），

其中，所述腹板（66）和所述至少一个所述腹板凸缘（68）这二者中的至少一者由与所述壳芯区段（26）不同的材料形成。

27.根据权利要求18或19所述的方法，该方法还包括：

将壳芯区段供应到供给器（74）的纱架（72），所述纱架构造成将所述加强元件（62）施加到所述多个壳芯区段（26）上。

28.根据权利要求18或19所述的方法，该方法还包括通过增材制造形成所述外表面材料层（82）。

29.根据权利要求18或19所述的方法，该方法还包括通过固化所述外表面材料层（82）将所述多个加强元件（62）和所述外表面材料层（82）固结在一起。

30.根据权利要求18 或19所述的方法，在使用风轮机叶片（22）的风轮机（10）的安装场所附近制造所述叶片（22），其中将所述多个壳芯区段（26）连接在一起、施加所述多个加强元件（62）、沉积所述外表面材料层（82）并固化的步骤均在所述风轮机（10）的所述安装场所附近进行。

31.根据权利要求30所述的方法，该方法还包括：

在将所述多个壳芯区段（26）连接在一起之前，在所述风轮机的所述安装场所附近的制造站处制造所述壳芯区段（26）。

32.根据权利要求30所述的方法，该方法还包括：

在将所述多个壳芯区段（26）连接在一起之前，由原材料在单独的场所制造所述壳芯区段（26），并将所述壳芯区段（26）运输到所述风轮机的所述安装场所附近的所述场所。

Images