CN113453877A - 用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的柔性预成型件模具 - Google Patents

用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的柔性预成型件模具 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的预成型件模具（90）。预成型件模具（90）包括一个或多个支撑元件（70）和多个条带构件（88），所述条带构件包括顶部表面、凹槽（64）、舌部（66）以及优选地布置在凹槽（64）中的密封构件。条带构件（88）并列布置，使得条带构件（88）的舌部（66）能够释放地固定在相邻条带构件（88）的凹槽（64）之内。

Description

用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的柔性预成型件 模具
技术领域
本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的预成型件模具，涉及一种使用预成型件模具制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的方法，以及涉及一种使用一个或多个预成型件制造风力涡轮机叶片部分的方法。
背景技术
风是一种没有空气或水污染的越来越受欢迎的可再生能量的清洁来源。当风吹动时，风力涡轮机转子叶片顺时针旋转，通过连接到变速箱和发电机的主轴捕获能量以产生电。现代风力涡轮机的转子叶片被精心设计，以最大化效率。现代转子叶片可以在长度上超过80米并且在宽度上超过4米。
风力涡轮机转子叶片通常由纤维增强聚合物材料制成，包括压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部，也称为叶片半部。典型叶片的横截面轮廓包括翼型，所述翼型用于创建引起两侧之间的压力差的气流。所得到的升力生成用于产生电的扭矩。
转子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。真空通常被用来将环氧树脂材料吸入到模具中。替代地，能够使用预浸渍技术，其中用树脂预灌注的纤维或织物形成能够被引入到模具中的均匀材料。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转移模制。壳体半部通过基本上沿叶片的弦平面胶合或螺栓连接在一起而组装。
在这些叶片制造过程中，预成型件的使用变得越来越重要。预成型件是纤维（诸如多个层的纤维）的成形布置，其已被结合和/或固结，以用于后续用作在叶片模具中的纤维铺设的部分。使用预成型件用于叶片制造的基本原理是为了减少叶片模具中的循环时间。此外，由于预成型件的预固结结构，使用预成型件可以减少所需的修理的数量。随着叶片长度增加，使用预成型件用于叶片铺设增加了效率和精度。
通常，多个预成型件将用于制造风力涡轮机叶片。这通常需要大的空间用于制造以及用于储存预成型件。此外，不同形状和尺寸的预成型件的制造可能是耗时的且昂贵的。提供用于制造预成型件的模具可能是繁琐的并且成本高昂，如果需要各种形状和曲率的预成型件，则这一点更为适用。
US 2017/0210035 A1涉及一种用于模制风力涡轮机叶片或其长形结构部分的模具，所述模具包括多个纵向长形模具区段，这些纵向长形模具区段以端到端的关系装配在一起以形成整体模具。两个模具区段邻近于彼此布置，并且能够固化的树脂糊剂设置在两个邻接区段的凸缘之间的竖直间隙中。随后，用能够固化的树脂和纤维材料的第一层压体填充树脂糊剂上方的弯曲区域之间的凹部。
然而，这样的现有技术的模具系统组装起来可能是繁琐的，并且被发现对于不同形状、尺寸和/或曲率的预成型件的生产来说是不灵活的。
因此，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分的预成型件的成本有效的方式。
本发明的另一个目的是提供一种制造这样的预成型件的灵活且有效的模式。
本发明的另一个目的是提供一种组装用于生产这样的预成型件的模具的改进方法。
发明内容
本发明通过提供一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的预成型件模具来处理以上论述的目的中的一个或多个，该预成型件模具包括一个或多个支撑元件和布置在一个或多个支撑元件上的多个条带构件，其中，条带构件中的至少一个包括在第一侧向边缘与相对的第二侧向边缘之间延伸的顶部表面、沿第一侧向边缘延伸的凹槽以及沿第二侧向边缘延伸的舌部，其中，条带构件并列布置，并且其中，条带构件的舌部能够释放地固定在相邻条带构件的凹槽之内，条带构件的相应顶部表面形成用于模制预成型件的模制表面。在优选实施例中，条带构件还包括布置在凹槽中的密封构件。
特别优选的实施例提供了一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的预成型件模具，预成型件模具包括一个或多个支撑元件和布置在一个或多个支撑元件上的多个条带构件，其中，条带构件中的至少一个包括：
在第一侧向边缘与相对的第二侧向边缘之间延伸的顶部表面，
沿第一侧向边缘延伸的凹槽，
沿第二侧向边缘延伸的舌部，以及
布置在凹槽中的密封构件，
其中，条带构件并列布置，并且其中，条带构件的舌部固定、优选地能够释放地固定在相邻条带构件的凹槽之内，优选地使得舌部邻接密封构件，条带构件的相应顶部表面形成用于模制预成型件的模制表面。
本发明的布置提供了一种能够容易地组装和改变的柔性预成型件模具。此外，由于舌部和凹槽布置（优选地包括密封构件），用于模制预成型件的所得到的模制表面能够被提供为基本上气密的模制表面。如果预成型件在预成型件制造过程期间通过施加真空来固结，则这是有利的。
优选地，要通过本方法制造的预成型件是包括纤维（诸如玻璃纤维）和结合剂的材料的固结布置。预成型件将通常用于制造风力涡轮机叶片的叶片半部。预成型件能够在随后的叶片模制过程中用作在叶片模具（诸如叶片半部模具）中的纤维铺设的部分。根据本发明制造的预成型件能够放置在叶片模具的根部区域之内，因此构成根部层压体的部分。根部区域可以对应于具有基本上圆形或椭圆形横截面的叶片的区域。然而，预成型件还能够用于风力涡轮机叶片的其他部分和区域，诸如后缘或前缘增强物或黏合剂凸缘。替代地，预成型件能够用于整个叶片铺设，或作为主层压体的中央负荷承载层压体。
（一个或多个）支撑元件可以包括平面构件，其优选地从地表面竖直延伸，使得其前表面在基本上垂直于底板或工作空间表面的平面中延伸。优选的是支撑元件基本上竖直延伸。支撑元件的平面构件是基本上平面的，使得其在竖直平面中延伸。其可以有利地具有板的形状，优选地包括沿其上边缘的至少部分的切口的矩形板。切口可以是总体上弧形的、U形的或半圆形的。因此，支撑元件的顶部表面优选地包括弯曲的、弧形的、波状的或总体上U形的段。
支撑元件的平面构件的前表面和相对的后表面将通常在基本上平行的平面中，并且将通常构成具有最大表面积的平面构件的表面。相比之下，顶部表面和相对的底部表面将通常相对窄，因此具有较小的表面积，特别是当平面构件由薄板材制成时，例如具有在1与50 mm之间的厚度的钢板材。平面构件的两个相对侧向表面或侧表面将通常与顶部表面和底部表面刚好一样窄/宽。
在一些实施例中，支撑元件能够包括脚支撑，例如脚凸缘，以促进在地表面上的稳定布置。支撑元件也可以固定到地表面。例如，平面构件的底部表面可以接收在设置在地表面中或地板中的凹槽或凹部中。
本发明的预成型件模具可以包括至少三个支撑元件，诸如至少四个或至少五个支撑元件。在一个实施例中，支撑元件通过一个、两个或更多个侧向轨道互连，这些侧向轨道优选地固定到每个支撑元件的平面构件的侧向表面。
用于本发明的预成型件模具的条带构件将通常为复合条带构件和/或包括一种或多种聚合物材料。条带构件可以通过挤压和/或拉挤生产。条带构件的顶部表面优选地为具有长度L和宽度W的矩形顶部表面。顶部表面的长度L可以在15与50 m之间，诸如在20与30 m之间。顶部表面的宽度W可以在50与200 mm之间，优选地在80与150 mm之间。
界定条带构件顶部表面的第一和第二侧向边缘将通常沿或基本上平行于条带构件的纵向轴线/方向延伸，即沿其长度范围延伸。顶部表面将通常由横向边缘（即基本上横向于侧向边缘延伸的前边缘和后边缘）进一步界定。条带构件有利地并列布置，使得一个条带构件的顶部表面的第一侧向边缘与相邻条带构件的顶部表面的第二侧向边缘相邻并且基本上平行。
例如，由于邻近于顶部表面的侧向边缘设置的向上突出的臂，条带构件的总宽度Wt可以稍微高于顶部表面的宽度W。通常，条带构件的总宽度Wt将分别由舌部和向上突出的臂的最外的（即最侧向的）点限定。条带构件的总宽度Wt可以在50与200 mm之间，优选地在80与150 mm之间，最优选地在100与120 mm之间。
条带构件并列布置，即，以侧部靠侧部的方式布置。条带构件将通常以边缘到边缘的方式布置，即以侧向边缘到侧向边缘的方式布置。本发明人已经发现，使用多个相邻的条带构件以用于形成预成型件模具的模制表面，允许预成型件模具的容易且成本有效的制造，即使预成型件模具具有复杂几何形状。
优选的是，预成型件模具包括至少三个条带构件，诸如至少四个、至少五个、至少六个、至少七个或至少八个条带构件。在一些实施例中，预成型件模具包括至少25个条带构件，诸如至少30个条带构件。在优选实施例中，预成型件模具包括不多于15个条带构件。在另一个实施例中，预成型件模具包括不多于10个条带构件。有利地，预成型件模具包括3至15个条带构件。
在一些实施例中，预成型件模具具有在15与30米之间的长度。在其他实施例中，预成型件模具具有2至5米的宽度。在一些实施例中，预成型件模具具有在0.5与2米之间的高度。预成型件模具的模制表面可以具有在10与100平方米之间（诸如在30与80平方米之间，优选地在50与70平方米之间）的模制表面积。
在一些实施例中，预成型件模具可以包括多达60、70、80、90或100个条带构件。在一个实施例中，条带构件基本上平行于彼此布置。在另一个实施例中，条带构件基本上垂直于支撑元件的平面构件的取向的平面布置。
在一个实施例中，条带构件在预成型件模具的纵向方向上延伸，使得其纵向方向或长度范围与预成型件模具的纵向方向对准。在其他实施例中，条带构件在预成型件模具的横向方向上延伸，使得其纵向方向或长度范围与预成型件模具的纵向方向垂直。
在优选实施例中，条带构件中的每个包括在第一侧向边缘与相对的第二侧向边缘之间延伸的顶部表面、沿第一侧向边缘延伸的凹槽、沿第二侧向边缘延伸的舌部、以及可选地布置在凹槽中的密封构件。用其侧向边缘形成模制表面的外边缘的条带构件，如果在其凹槽中没有布置舌部，则不必需需要具有密封构件布置在其凹槽中。
一个条带构件的舌部可以用摩擦型连接和/或以正向机械接合或其组合固定在相邻条带构件的凹槽之内。特别优选的是，舌部固定在凹槽之内，使得舌部可以绕其纵向轴线旋转至少1度，优选地至少5度。这使得能够获得模制表面的不同配置，包括弯曲的模制表面。通常，凹槽将沿条带构件的整个长度基本上平行于条带构件的侧向边缘延伸。
优选的是，舌部邻接密封构件，然而，在一些实施例中，舌部不与密封构件直接接触。条带构件的顶部表面一起形成用于模制预成型件的模制表面或其部分。如本文所使用的，条带构件的顶部表面和底部表面是指具有最大表面积的条带构件的侧部，其中，顶部表面向上朝向预成型件，并且底部表面向下朝向底板和/或（一个或多个）支撑元件。术语向上是指基本上垂直于条带元件的顶部表面的方向。术语向下是指基本上垂直于条带元件的底部表面的方向，通常指向底板。顶部表面与底部表面之间的竖直距离可以是1-20 mm，诸如1-10 mm。
特别优选的是，舌部，特别是其远端，具有至少部分圆形的横截面。在一些实施例中，舌部，特别是其远端，是至少部分球形的。这允许舌部在凹槽之内的一些旋转移动，以能够适应两个或更多个相邻条带构件的相对旋转位置。因此，能够有效地获得弯曲的模制表面，例如凸表面或凹表面。
根据另一个实施例，凹槽向上开口，并且舌部向下突出。因此，能够通过从顶部插入舌部并将其降低到凹槽中（优选地以锁定布置）将舌部布置在向上开口的凹槽中。这也有利于将条带构件固定到彼此，并防止可能导致相邻条带构件之间的不希望的间隙的侧向移动。
有利地，凹槽可以包括相对的内侧壁，其中，在相对的内侧壁中的每个中提供凹部，以用于以锁定布置接收舌部。凹槽的相对内侧壁将通常基本上平行于条带构件的顶部表面的侧向边缘延伸，有利地沿条带构件的整个长度L延伸。凹部优选地是弯曲的或弓形凹部，以用于以锁定布置接收舌部的弯曲的或弓形配合表面。凹部可以基本上平行于条带构件的顶部表面的侧向边缘延伸，有利地沿条带构件的整个长度L延伸。有利地，凹部允许以锁定布置在凹部之内的舌部的至少部分旋转。换句话说，锁定布置有利地防止舌部在凹槽之内的线性（向上）移动，但实现在凹槽的凹部之内的舌部的至少部分旋转。
在优选实施例中，凹槽包括用于保持密封构件的相对肩部。有利地，肩部形成在具有第一凹槽宽度的上部凹槽区部与具有第二凹槽宽度的下部凹槽区部之间，其中，第二凹槽宽度低于第一凹槽宽度。第一凹槽宽度可以在3与7 mm之间，第二凹槽宽度可以在1与4mm之间。
根据另一个实施例，密封构件是衬垫，优选地包括硅酮材料。在优选实施例中，密封构件是中空衬垫，诸如中空硅酮衬垫。密封构件优选地能够弹性变形。在其他实施例中，密封构件可以包括填充有柔性泡沫材料的衬垫。因此，能够确保空气不能在衬垫的中空部分中行进，但衬垫仍然保持柔性。
在优选实施例中，模制表面基本上是气密的。这可以通过使用本发明的密封构件来实现。因此，模制表面可以用于向预成型件施加真空或负压，以用于固结预成型件。现有技术的预成型件模具经受的缺点是，由于预成型件模具表面太透气，因此这样的负压的施加是无效的。
在一些实施例中，条带构件包括靠近第一侧向边缘的第一向下突出的支柱和靠近第二侧向边缘的第二向下突出的支柱。因此，第一和第二向下突出的支柱可以位于条带构件宽度的相应外部15%之内，即，从其相应侧向边缘间隔不多于条带构件的总宽度的15%。支柱可以为预成型件模具增加结构稳定性，并且能够用于将条带构件的旋转移动限制在期望的限度之内。每个支柱可以具有如从条带构件的顶部表面测量的30-80 mm、诸如30-50 mm的长度（竖直范围）。
根据另一个实施例，凹槽形成在条带构件的向下突出的第一支柱与向上突出的臂之间。如从顶部表面测量的，凹槽优选地具有10-30 mm、优选地15-25 mm的深度。在一些实施例中，凹槽优选地具有至少15 mm的深度。优选的是，向上突出的臂从条带构件的向下突出的臂分支出来。向上突出的臂可以具有10-50 mm的长度（竖直范围）。
在优选实施例中，向上突出的臂能够弹性移位，以将相邻条带构件的舌部以锁定布置接收在凹槽中。因此，臂能够稍微侧向地移动，以促进将舌部插入到凹槽中。在插入舌部之后，臂能够被释放，以在舌部上施加压力，以用于将其以锁定布置保持。这可以通过由柔性、弹性材料（诸如纤维复合材料）制造臂来实现。
根据另一个实施例，条带构件包括玻璃纤维。优选的是，条带构件由纤维复合材料、诸如玻璃纤维复合材料制成。
在优选实施例中，相邻条带构件的侧向边缘之间的腔体至少沿相应侧向边缘的部分填充有填料，诸如硅酮填料。模制表面将通常在左边缘、右边缘、后边缘与前边缘之间延伸。条带构件的相应顶部表面的侧向边缘将基本上随着模具表面的后边缘和前边缘延伸。换句话说，条带构件将通常布置成使得其纵向轴线或长度范围基本上垂直于模制表面的左边缘和右边缘。因此，如在条带构件的纵向方向或长度范围上测量的，在距模制表面左边缘和右边缘中的每个1米或更少的距离之内，相邻条带构件的顶部表面的侧向边缘之间的一个或多个腔体能够沿顶部表面的相应侧向边缘的部分填充有填料，诸如硅酮填料。在一些实施例中，填料是环氧树脂胶。在优选实施例中，如在条带构件的纵向方向或长度范围上测量的，在距模制表面左边缘和右边缘中的每个50 mm或更少、诸如10-50 mm、或诸如30 mm或更少的距离之内，相邻条带构件的顶部表面的侧向边缘之间的一个或多个腔体能够沿顶部表面的相应侧向边缘的部分填充有填料。
在优选实施例中，支撑元件可以包括从平面构件的顶部表面基本上垂直延伸的一个或多个凸耳，以用于支撑条带构件。凸耳有效地增加了顶部表面的表面积，其中，凸耳能够视为所述顶部表面的部分。能够通过切割以平面构件和凸耳的形状的板（例如钢板），在平面构件的平面中形成凸耳。例如通过沿着折叠线的划痕或开槽操作的辅助，可以随后将凸耳折叠到基本上垂直于平面构件的取向的平面的位置中。在一些实施例中，支撑元件包括至少两个、诸如至少三个、四个或五个凸耳，这些凸耳从平面构件的顶部表面基本上垂直延伸，以用于支撑条带构件。
根据另一个实施例，支撑元件的平面构件的顶部表面是弯曲的。在另一个实施例中，当从支撑元件的前视图看时，支撑元件的顶部表面是弯曲的、弧形的、波状的或总体上U形的。在一个实施例中，平面构件的上边缘的两个角由至少部分地弯曲的、弧形的、波状的或总体上U形的路径连接。
在优选实施例中，支撑元件的平面构件的顶部表面的曲率对应于风力涡轮机叶片半部或其部分的横截面轮廓。根据另一个实施例，一个支撑元件的平面构件的顶部表面的曲率不同于另一个支撑元件的平面构件的顶部表面的曲率。这具有的优点是，预成型件的横截面轮廓的形状可以在其长度方向上变化。因此，使用本发明的方法和预成型件模具，即使复杂的预成型件模具几何形状也能够容易地获得。本发明使得可能的是，在不使用（制造塞子以及然后在此塞子的顶部上制造模具、或通过将模具铣磨成一大块的）标准方法的情况下，制造复杂的双弯曲和真空密封表面/模具。这种类型的模具表面能够通过仅锯子和橡胶锤的使用来安装。这使本发明是制造预成型件模具的非常成本有效的方式。
支撑元件通常可以从矩形板材开始，并且通过沿着其上边缘的至少部分切割弯曲路径来制造。在一些实施例中，切割路径可以提供从上边缘延伸的一个或多个能够折叠的凸耳。
在优选实施例中，多个支撑元件基本上平行于彼此布置。特别地，平面构件的相应前表面可以基本上平行于彼此布置。根据另一个实施例，条带构件通过一个或多个单面紧固件或点焊附接到支撑元件。在优选实施例中，支撑元件的平面构件具有小于3 cm、诸如小于2 cm或小于1 cm的厚度。
优选的是，预成型件模具的模制表面基本上是平坦的。在优选实施例中，模制表面在其最低点与其最高点之间的高度上的差小于3米、2米、更优选地小于1米、最优选地小于0.5米。在其他实施例中，模制表面在其最低点与其最高点之间的高度上的差小于要制造的风力涡轮机叶片的根部直径的50%、更优选地小于根部直径的25%、最优选地小于根部直径的10%。
当制造大的叶片时，在根部端处的叶片模具中的纤维铺设可能具有挑战性。由于根部端处的几乎半圆形的横截面或周缘，纤维材料可能沿几乎竖直的叶片模具壁下滑。在制造期间的纤维材料的滑动可以引起在壳体结构中的不希望的褶皱的形成，这可能在叶片之内呈现结构薄弱的区域以及因此昂贵的修理。因此，本发明的预成型件模具的相对平坦的模制表面提供了形成相对平坦的预成型件（所述预成型件一起覆盖叶片半部的整个周缘，如在其横截面中看到的）的选项，以用于在叶片模具处的改进的且更安全的铺设过程。在一些实施例中，通过本发明能够获得的预成型件能够在没有粘结线的情况下在一次性叶片制造过程中使用。
在一个实施例中，预成型件模具具有在15与30米之间的长度L。因此，每个条带构件的长度可以在15与30米之间。条带构件优选地是柔性的。在优选实施例中，条带构件相对薄，具有在1与10 mm之间的最大厚度。优选的是，条带构件是能够弯曲的。因此，能够有利地装配条带构件，以生产在预成型件的纵向方向上在曲率上变化的预成型件几何形状。
在一些实施例中，每个预成型件模具具有至少5:1的长宽比。在其他实施例中，每个预成型件模具具有至少5:1、诸如至少10:1的长宽比。在优选实施例中，每个预成型件模具具有至少15:1的长宽比。在一些实施例中，每个预成型件模具具有上达100:1的长宽比。
在优选实施例中，通过本发明的预成型件模具能够获得的预成型件中的每个配置成形成从风力涡轮机叶片的根部端开始的叶片区段。因此，优选地，通过本发明的预成型件模具能够获得的预成型件中的每个配置成布置在叶片模具的根部端处。最优选地，使用本发明的预成型件模具能够获得的预成型件配置成形成从叶片的根部端延伸的根部区段的子区段，以及从叶片的根部端相等地延伸的根部端区段的其他子区段。
在一些实施例中，本发明的预成型件模具包括模制表面，所述模制表面配置成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。在一些实施例中，预成型件模具具有凹的或向内弯曲的模制表面。
在另一个方面中，本发明涉及一种使用本发明的预成型件模具制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的方法，所述方法包括以下步骤
将纤维材料以及可选地结合剂铺设在模制表面的至少部分上，以及
向纤维材料和可选地结合剂施加负压，以用于固结预成型件。
纤维铺设步骤将通常包括一个或多个纤维铺设装置的使用。在优选实施例中，所述方法还包括加热纤维材料和结合剂以形成预成型件的步骤。优选地，使用一个或多个加热装置（诸如炉子）加热纤维材料和结合剂。优选地，在加热步骤之前将结合剂添加到纤维。这样的结合剂优选地以相对于纤维材料的重量的0.1-15 wt%的量存在。结合剂也可以以每平方米的玻璃表面10-20克的量存在。在其他实施例中，结合剂可以以每平方米的玻璃表面1-100克的量存在。
通常，纤维材料接连地放置到由条带构件提供的模制表面上。纤维材料可以包括玻璃纤维、碳纤维或其组合。根据所述方法的优选实施例，玻璃纤维材料被放置到条带构件上，诸如多个层的玻璃纤维材料。纤维材料可以有利地在纤维铺设之前或期间与结合剂进行接触。
在另一个实施例中，纤维材料可以包括纤维粗纱，诸如玻璃纤维粗纱。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准。在优选实施例中，将多个层的纤维粗纱或粗纱束接连地放置在每个预成型件模具上。
结合剂能够与纤维同时添加或随后于纤维铺设添加。结合剂优选地以相对于纤维材料的重量的0.1-15 wt%的量存在。结合剂也可以以每平方米的玻璃表面5-40克、优选地10-20克的量存在。在优选实施例中，结合剂以相对于纤维材料的重量的0.5-5 wt%、优选地0.5-2.5 wt%的量存在。有利地，结合剂是热塑性结合剂。结合剂可以包括聚酯，优选地双酚聚酯。
在优选实施例中，纤维材料和结合剂的加热发生在40与160°C之间、优选地90与160°C之间的温度处。
适合的结合剂的示例是以NEOXIL 940的名称销售的聚酯。示例包括NEOXIL 940PMX、NEOXIL 940 KS 1和NEOXIL 940 HF 2B，全部由DSM Composite Resins AG制造。另一个示例是以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，结合剂是聚酯，优选地双酚聚酯。在其他实施例中，结合剂是热熔性黏合剂或基于预浸渍树脂。在一些实施例中，预成型件包括环氧树脂材料。
根据另一个实施例，结合剂是热塑性结合剂。通常，纤维粗纱借助于结合剂通过热粘结至少部分地连接在一起。在优选实施例中，结合剂是结合粉末，诸如热塑性结合粉末。
在一个实施例中，本发明的预成型件基本上由纤维材料和结合剂构成。这意指，相对于预成型件的总重量，预成型件含有除纤维材料和结合剂以外的不多于10 wt%、优选地不多于5 wt%或不多于1 wt%的材料。根据另一个实施例，预成型件由纤维材料和结合剂构成。
在另一个实施例中，用于本发明的预成型件的纤维材料基本上由玻璃纤维构成。这意指，相对于纤维材料的总重量，纤维材料含有除玻璃纤维以外的不多于10 wt%、优选地不多于5 wt%或不多于1 wt%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，结合剂以1-6 wt%的量存在。根据另一个实施例，结合剂的熔点在40°与220°C之间，优选地在40与160°C之间。根据另一个实施例，结合剂包括聚酯，优选地双酚聚酯。
在本发明的一个实施例中，每个预成型件基本上由纤维材料和结合剂构成。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。在其他实施例中，纤维材料可以包括碳纤维或混合材料。根据另一个实施例，纤维材料包括纤维织物，诸如纤维垫。在另一个实施例中，预成型件还可以包括至少一个纤维织物，诸如纤维垫。纤维粗纱可以布置在这样的织物的顶部上和/或这样的织物之下。
在优选实施例中，根据上述方法制造的预成型件用作风力涡轮机叶片的根部区域的部分，诸如根部层压体。根部区域可以从叶片的根部端延伸长达40米，诸如长达25米，如在其纵向方向上看的。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，预成型件也能够用于风力涡轮机叶片的其他部分和区域。在其他实施例中，根据上述方法制造的预成型件在总叶片长度的10-35%的长度之上使用。在另一个实施例中，根据上述方法制造的预成型件用于在叶片的根部端与叶片的肩部之间延伸的叶片的区域中。
优选的是，所述方法还包括将纤维材料和结合剂加热至40与200℃之间的温度以形成预成型件的步骤。
在另一个方面中，本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片部分的方法，所述方法包括：
-根据本发明的方法制造一个或多个预成型件，
-将预成型件布置在叶片模具腔体中，可选地与附加材料一起布置，
-将树脂注入到叶片模具腔体，
-固化或硬化树脂，以形成叶片部分。
在一些实施例中，制造风力涡轮机叶片部分的方法可以涉及将预成型件布置在预制模具中，及随后的树脂的注入以及固化，以用于制造用于后续叶片组件的子部分。在一些实施例中，风力涡轮机叶片部分是根部层压体、主层压体或其部分。在另一个实施例中，叶片部分是叶片半部。
通常，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，树脂溶解预成型件的结合剂。其他实施例涉及化学结合，例如对于环氧树脂或热固性树脂。
用于在风力涡轮机叶片部分（诸如根部层压体）的制造期间注入预成型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材料。在其他实施例中，树脂可以是热固性树脂，诸如环氧树脂、乙烯基酯或聚酯，或者热塑性树脂，诸如尼龙、PVC、ABS、聚丙烯或聚乙烯。
将理解的是，以上描述的特征中的任何一个可以在制造预成型件的方法或预成型件模具的任何实施例中组合。特别地，关于预成型件模具描述的特征和实施例也可以应用于制造预成型件的方法，并且反之亦然。
在另一个方面中，本发明涉及通过以上描述的方法能够获得的多个预成型件。本发明还涉及一种通过制造风力涡轮机叶片部分的方法能够获得的叶片部分。
如本文所使用的，术语“平面构件”表示主要在两个维度上具有延伸的构件，即，在宽度和长度维度上具有主延伸且在深度延伸上具有显著较小延伸的构件。示例包括具有宽度和长度延伸是深度延伸的至少10倍高的平面构件。
如本文所使用的，术语“wt%”意指重量百分比。术语“相对于纤维材料的重量”意指通过将试剂（诸如结合剂）的重量除以纤维材料的重量而计算出的百分数。作为示例，相对于纤维材料的重量的1 wt%的值对应于每千克的纤维材料10 g的结合剂。
如本文所使用的，术语“纵向”意指基本上平行于所谈论的元件（例如条带构件或预成型件模具）的最大线性维度延展的轴线或方向。
附图说明
下面将参考附图中所示出的实施例详细解释本发明，其中
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图，
图3示出了通过图4的截面I-I的翼型轮廓的示意图，
图4示出了从上方和从侧部看的风力涡轮机叶片的示意图，
图5是根据本发明的预成型件模具的透视图，
图6是根据本发明的条带构件的侧视图，
图7是在第一布置中的多个条带构件的侧视图，
图8是在第二布置中的多个条带构件的侧视图，
图9是在第三布置中的多个条带构件的侧视图，
图10是图6的条带构件的部分的放大侧视图，
图11是根据本发明的用于预成型件模具的支撑元件的布置的透视图，
图12是根据本发明的用于预成型件的铺设的叶片模具的透视图，
图13是根据本发明的预成型件模具的另一个实施例的透视图，其未图示有条带构件，以及
图14是图示有条带构件的图13的预成型件模具的透视图。
具体实施方式
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6以及具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片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的叶片尖部14。
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规的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、最远离毂部的成轮廓或翼型区域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的旋转的方向，后缘20面向前缘18的相对方向。
翼型区域34（也称为成轮廓区域）具有关于生成升力的理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂部上更容易且更安全。根部区域30的直径（或弦）可以沿整个根部区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的弦长通常随着距毂部的增加的距离r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增加的距离r而减小。
叶片10的肩部40被限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
应注意到，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可以被扭转和/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（course）的弦平面，这是最常见的情况，以便补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度。
图3和图4描绘了用于解释根据本发明的风力涡轮机叶片的几何形状的参数。图3示出了用各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，这些参数通常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，其在使用期间——即在转子的旋转期间——通常分别面朝向迎风（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，其被限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿弦60变化。距对称轮廓的偏离由拱度线62表示，拱度线62是通过翼型轮廓50的中线。该中线能够通过从前缘56到后缘58绘制内切圆而得到。该中线遵循这些内切圆的中心，并且距弦60的偏离或距离被称为拱度f。还能够通过使用被称为上拱度（或吸力侧拱度）和下拱度（或压力侧拱度）的参数来限定不对称性，所述上拱度（或吸力侧拱度）和下拱度（或压力侧拱度）分别限定为距弦60以及吸力侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c、最大拱度f、最大拱度f的位置d f 、最大翼型厚度t（其为沿中拱度线62的内切圆的最大直径）、最大厚度t的位置d t 、以及鼻部半径（未示出）。这些参数通常限定为与弦长c的比。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，最大压力侧拱度的位置d p 可以用作设计参数，并且当然，最大吸力侧拱度的位置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中示出的，根部端位于位置r = 0处，并且尖部端位于r = L处。叶片的肩部40位于位置r = L w 处，并且具有肩部宽度W，其等于肩部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 ，其分别限定为从外部（或在后缘之后）看的后缘的最小曲率半径，以及从内部（或在后缘之前）看的最小曲率半径。另外，叶片设置有预弯曲，预弯曲限定为Δy，其对应于距叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
图5是根据本发明的预成型件模具90的示意性透视图。预成型件模具90包括支撑元件70和布置在支撑元件70上的九个条带构件88a-i。条带构件88a-i中的每个具有在第一侧向边缘91与相对的第二侧向边缘92之间延伸的顶部表面89。相应条带构件的顶部表面一起形成模制表面87来用于模制预成型件以用于转子叶片模制过程。模制表面87在左边缘102、右边缘104、后边缘106与前边缘108之间延伸。图5还图示了条带构件88a的顶部表面89的长度L和宽度W。
如在图6中最佳看到的，凹槽64沿第一侧向边缘91基本上平行于其延伸。凹槽64被提供以用于接收相邻条带构件88的舌部66。舌部66沿第二侧向边缘92基本上平行于其延伸。在图6中示出的实施例中，舌部66具有至少部分圆形的横截面。如在图6b中看到的，密封构件68（诸如硅酮衬垫）可以布置在凹槽64中。凹槽64朝向条带构件88的顶部开口，并且舌部66向下突出。
图6的条带构件还包括靠近第一侧向边缘91的第一向下突出的支柱93和靠近第二侧向边缘92的第二向下突出的支柱95。凹槽64优选地形成在条带构件88的向下突出的第一支柱93与向上突出的臂99之间，如在图10中最佳看到的。向上突出的臂99可以能够弹性移位，以将相邻条带构件88的舌部66以锁定布置接收在凹槽64中。
图7图示了并列布置的条带构件88a-c，其中，条带构件88b的舌部66b能够释放地固定在相邻条带构件88c的凹槽之内，使得舌部66b邻接密封构件68c。因此，条带构件88a-c的相应顶部表面89a-c形成用于模制预成型件的模制表面87。
虽然图7中图示的模制表面87是基本上平坦的，但本发明的条带构件也能够实现其他配置。如图8和图9中示出的，模制表面87可以布置成分别形成基本上凹的表面或基本上凸的表面。图9还图示了在相邻条带构件88a-c的侧向边缘之间形成的腔体100。在一些实施例中，此腔体100能够至少沿相应侧向边缘的部分（未示出）填充有填料，诸如硅酮填料。如果模具被覆盖有真空袋以便固结预成型件，则这可能是有用的。在这种情况下，可以使用密封剂胶带或粘性胶带。有利地，这样的胶带与密封构件68接触，以用于致使布置真空严密。硅酮或环氧树脂填料在添加胶带的区域中可以是有用的。
图10是图中被圈绕的条带构件的部分的放大侧视图。凹槽64包括相对的内侧壁65a、65b，其中，在相对的内侧壁中的每个中提供凹部67，以用于以锁定布置接收舌部。在图10中示出的实施例中，凹槽64还包括用于保持密封构件的相对肩部69。
图11是根据本发明的可以用于预成型件模具的支撑元件的布置的透视图。图11的布置包括四个支撑元件70a-d，每个支撑元件包括平面构件72，所述平面构件72具有前表面74和相对的后表面76、弯曲的顶部表面78和相对的底部表面80以及两个相对的侧向表面82、84（关于支撑元件70a示出）。每个支撑元件的顶部表面78是弯曲的，对应于风力涡轮机叶片半部或其部分的横截面轮廓。在图11中示出的实施例中，支撑元件70a-d基本上彼此平行布置，并通过两个侧向轨道86a、86b互连。
如图12中图示的，所制造的预成型件98a、98b、98c能够铺设在叶片模具96中，以形成风力涡轮机叶片的部分，诸如根部层压体。特别优选的是，根据本发明制造的预成型件用于从叶片的根部端开始的叶片区段，诸如根部区域。预成型件98a、98b、98c通常与附加纤维材料94一起布置在叶片模具腔体97中。然后，树脂被注入到叶片模具腔体97，树脂随后固化或硬化，以便形成叶片部分，诸如叶片半部。
图13和图14图示了本发明的预成型件模具的另一个实施例，其中，图13示出了不具有条带构件的预成型件模具。预成型件模具90包括具有多个平面构件72的支撑元件和布置在支撑构件上的多个条带构件88以形成模制表面87来用于模制预成型件以用于转子叶片模制过程。
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范围的情况下修改或改变。
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 叶片尖部
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 拱度线/中线
64 凹槽
65 凹槽的内侧壁
66 舌部
67 凹部
68 密封构件
69 肩部
70 支撑元件
72 平面构件
74 前表面
76 后表面
78 支撑元件的顶部表面
80 底部表面
82 侧向表面
84 侧向表面
86 轨道
87 预成型件模具的模制表面
88 条带构件
89 条带构件的顶部表面
90 预成型件模具
91 顶部表面的第一侧向边缘
92 顶部表面的第二侧向边缘
93 第一支柱
94 纤维材料
95 第二支柱
96 叶片模具
97 叶片模具腔体
98 预成型件
99 臂
100 腔体
102 预成型件模制表面的左边缘
104 预成型件模制表面的右边缘
106 预成型件模制表面的后边缘
108 预成型件模制表面的前边缘
c 弦长
d t 最大厚度的位置
d f 最大拱度的位置
d p 最大压力侧拱度的位置
f 拱度
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)

1.一种预成型件模具（90），其用于制造用于风力涡轮机叶片的预成型件，所述预成型件模具（90）包括一个或多个支撑元件（70）和布置在所述一个或多个支撑元件（70）上的多个条带构件（88），其中，所述条带构件（88）中的至少一个包括：
在第一侧向边缘（91）与相对的第二侧向边缘（92）之间延伸的顶部表面，
沿所述第一侧向边缘（91）延伸的凹槽（64），以及
沿所述第二侧向边缘（92）延伸的舌部（66），
其中，所述条带构件（88）并列布置，并且其中，条带构件（88）的所述舌部（66）能够释放地固定在相邻条带构件（88）的所述凹槽（64）之内，所述条带构件（88）的所述相应顶部表面（89）形成用于模制所述预成型件的模制表面（87）。
2.根据权利要求1所述的预成型件模具（90），其中，所述条带构件还包括布置在所述凹槽（64）中的密封构件（68）。
3.根据权利要求2所述的预成型件模具（90），其中，条带构件（88）的所述舌部（66）能够释放地固定在相邻条带构件（88）的所述凹槽（64）之内，使得所述舌部（66）邻接所述密封构件。
4.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述舌部（66）具有至少部分圆形的横截面。
5.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述凹槽（64）向上开口，并且所述舌部（66）向下突出。
6.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述凹槽（64）包括相对的内侧壁，其中，在所述相对的内侧壁中的每个中提供凹部（67），以用于以锁定布置接收所述舌部（66）。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述凹槽（64）包括用于保持所述密封构件的相对肩部。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述密封构件是衬垫，优选地包括硅酮材料。
9.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述模制表面（87）是基本上气密的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述条带构件（88）包括靠近所述第一侧向边缘（91）的第一向下突出的支柱和靠近所述第二侧向边缘（92）的第二向下突出的支柱。
11.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述凹槽（64）形成在所述条带构件（88）的向下突出的第一支柱与向上突出的臂之间。
12.根据权利要求11所述的预成型件模具（90），其中，所述向上突出的臂能够弹性移位，以将相邻条带构件（88）的所述舌部（66）以锁定布置接收在所述凹槽（64）中。
13.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，所述条带构件（88）包括玻璃纤维。
14.根据前述权利要求中任一项所述的预成型件模具（90），其中，相邻条带构件（88）的所述侧向边缘之间的腔体至少沿所述相应侧向边缘的部分填充有填料，诸如硅酮填料。
15.一种使用根据权利要求1至14中任一项所述的预成型件模具（90）制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的方法，所述方法包括以下步骤
将纤维材料以及可选地结合剂铺设在所述模制表面（87）的至少部分上，以及
向所述纤维材料和可选地结合剂施加负压，以用于固结所述预成型件。
16.根据权利要求15所述的制造用于风力涡轮机叶片的预成型件的方法，其中，所述方法还包括将所述纤维材料和所述结合剂加热至40与200°C之间、诸如100-130°C的温度以形成所述预成型件的步骤。
17.一种制造风力涡轮机叶片部分的方法，所述方法包括：
-根据权利要求15或16所述的方法制造一个或多个预成型件，
-将所述预成型件布置在叶片模具腔体中，可选地与附加材料一起布置，
-将树脂注入到所述叶片模具腔体，
-固化或硬化所述树脂，以便形成所述叶片部分。
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