CN117255894A - 具有整流件的风力涡轮机叶片 - Google Patents

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H·贝默尔
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Abstract

一种用于风力涡轮机叶片的预制整流件，整流件沿着整流件轮廓延伸，整流件轮廓在整流件唇部处终止并且包括外整流件表面和内整流件表面和多个层，多个层包括纤维增强层和形成外整流件表面的部分并且配置成用于限定风力涡轮机叶片的前边缘的外抗侵蚀弹性体层，整流件进一步包括将抗侵蚀弹性体层和一个或多个纤维增强层结合在一起的固化的第一树脂。

Description

具有整流件的风力涡轮机叶片
技术领域
本公开涉及一种用于风力涡轮机叶片的预制整流件，一种组装具有这种整流件的风力涡轮机叶片的方法，一种制造这种整流件的方法，以及用于组装风力涡轮机叶片的部件的套组。
背景技术
风力是一种没有空气污染或水污染的越来越流行的清洁的可再生能量源。当风吹动时，风力涡轮机叶片顺时针转动，从而通过连接到齿轮箱和发电机的主轴捕获能量以用于产生电。现代风力涡轮机的叶片被仔细设计以最大化效率。现代风力涡轮机叶片在长度方面可以超过80米并且在宽度方面可以超过4米。
风力涡轮机叶片典型地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。典型的风力涡轮机叶片的横截面轮廓包括用于形成导致两侧之间的压力差的气流的翼型。得到的升力生成用于产生电的扭矩。
随着风力涡轮机在尺寸方面增加，风力涡轮机叶片长度也增加，从而导致对于三叶片式风力涡轮机典型地在75至100米每秒的范围中的较快的末梢速度。对于一些两叶片式涡轮机，叶片可以以如130米每秒那么高的末梢速度旋转。这在叶片的末梢以及沿着前边缘的外部三分之一处引起非常严重的侵蚀状况，由于来自风、雨、冰雹、沙子和/或空气中的颗粒的持续的冲击在这些区域中导致叶片损害。这种侵蚀过程可能限制叶片的最大旋转速度，因此潜在地减少风力涡轮机的功率输出。这些后果由风力涡轮机越来越经受苛刻的环境状况(诸如远程离岸地点，山区或具有挑战性的气候)的事实而加剧。
虽然风力涡轮机叶片典型地预期持续达20年，但这通常不是这种情况，由于由前边缘的侵蚀引起的损害使叶片修理成为必要。因此，在风力涡轮机的寿命期间，在持续的维护操作上花费可观的资源以确保最佳的涡轮机性能。然而，前边缘的修理是不容易的，因为其典型地在叶片仍然安装在涡轮机上的情况下进行。这还具有显著的花费和安全隐患，特别是如果风力涡轮机离岸定位。前边缘侵蚀可因此导致减少的年度能量产生和对于维护和修理的增加的需要。
现今，大多数风力涡轮机叶片在制造期间在前边缘处具有结合的接头，前边缘是最空气动力学敏感的区域，尤其是风力涡轮机叶片的外部三分之一。这种接头引入形状不规则性(其降低性能)和材料边界(其减少抗侵蚀性)。
为了减少由侵蚀引起的损害，在风力涡轮机叶片的前边缘处提供诸如侵蚀护罩的前边缘保护是已知的。存在由不同材料制成的多个不同类型的护罩。
一些现有技术解决方案试图使用沿着叶片的长度施加的覆盖前边缘的抗侵蚀材料的层(例如涂料或涂层)来保护风力涡轮机叶片的前边缘。这种涂层可以在模具中或模具后施加。虽然抗侵蚀性在层所施加到的区域中增加，但由专业人员涂覆涂层提供的保护将随着时间减弱并且在没有维护的情况下将不能持续达预期的20年的风力涡轮机叶片设计寿命。此外，涂覆在前边缘上并在原位聚合的这种解决方案在厚度方面变化。因此，空气动力学轮廓精确性和性能减小。另外，聚合物膜可能难以施加和/或结合到叶片表面并且因此需要专业人员。
在具有压敏粘合剂的层的风力涡轮机叶片的前边缘之上施加热塑性膜的保护层作为薄的带子也是已知的。这种膜给出好的抗侵蚀性但是难以施加。另外，在热塑性膜和前边缘之间的结合的质量不是最佳的。
解决这些挑战的另一已知的方式是典型地具有金属前边缘的前边缘保护帽的实现方式。然而，这些安装方式中的一些在叶片末梢的质量(mass)方面引起不期望的增加，因此提高在叶片的其余部分和涡轮机上的负载。此外，随着叶片的尺寸增加，保护装置的尺寸必须也增加。这种大且厚的装置在风力涡轮机的操作期间趋于特别易于受由于机械冲击和振动导致的裂纹的影响。因此，现存的保护解决方案易受缺陷和不良粘附的影响，基本上潜在地提高操作和维护成本。
此外，这种前边缘保护帽的安装典型地需要由技术工人人工替换，因为略微的安装不对准风险引起减少的年度能量产生和较短的寿命跨度。然而，随着风力涡轮机叶片的长度增加，变得越来越笨重的前边缘保护帽的长度也增加。
发明内容
在此背景下，提供一种组装包括具有增加的精确度和对于人工劳动的减少的需要的结构叶片本体和整流件的风力涡轮机叶片部件的套组的方法可以看作是本公开的目的。
本公开的另一目的是提供一种较容易精确地安装并且具有对人工劳动的减少的需要的用于风力涡轮机叶片的整流件。
这些目的中的一个或多个可以通过如下文中描述的本公开的方面来满足。
本公开的第一方面涉及一种组装沿着纵向轴线从根部延伸到末梢的风力涡轮机叶片的方法，风力涡轮机叶片包括根部区域和具有末梢的翼型区域，风力涡轮机叶片包括在前边缘和后边缘之间延伸的弦线，风力涡轮机叶片包括空气动力学外叶片表面，空气动力学外叶片表面包括压力侧和吸力侧，方法包括以下步骤：
-提供预制结构叶片本体，其包括：
o限定压力侧的部分的第一外本体表面，
o限定吸力侧的部分的第二外本体表面，
o邻近于第一外本体表面定位的第一附接表面，以及
o邻近于第二外本体表面定位的第二附接表面；
-分开地提供沿着纵向轴线延伸的预制整流件，整流件沿着整流件轮廓延伸，整流件轮廓在整流件的第一整流件唇部处和整流件的第二整流件唇部处终止，整流件包括：
o相对于整流件轮廓定位在外部的外整流件表面，
o相对于整流件轮廓定位在内部的内整流件表面，以及
o从第一整流件唇部到第二整流件唇部并且沿着纵向轴线延伸的一个或多个纤维增强层，-其中整流件具有第一整流件状态和第二整流件状态，其中整流件唇部在第二整流件状态中相对于第一整流件状态被迫使朝向彼此；
-在整流件在第一整流件状态中时，布置整流件使得内整流件表面面向叶片本体的附接表面并且间隙分别呈现在叶片本体的第一附接表面和整流件的第一整流件唇部之间以及在叶片本体的第二附接表面和整流件的第二整流件唇部之间；
-将压缩力施加到整流件唇部上，例如在整流件唇部处施加到外整流件表面上，以使整流件的一个或多个纤维增强层从第一整流件状态变形到第二整流件状态，使得第一整流件唇部和第一附接表面被带到与第一粘合剂进行接触，以及使得第二整流件唇部和第二附接表面被带到与第二粘合剂进行接触；
-在维持压缩力时，固化第一粘合剂和第二粘合剂以将整流件在其第二整流件状态中固定到叶片本体，使得外整流件表面限定布置成与第一外本体表面和第二外本体表面齐平的外叶片表面的部分，并且使得外整流件表面限定风力涡轮机叶片的前边缘或风力涡轮机叶片的后边缘；以及
-可选地释放外整流件表面上的压缩力。
通过在整流件在第一整流件状态中时将整流件布置在叶片本体上，可以在整流件唇部邻近于附接表面放置时避免粘合剂被刮擦掉，因为整流件唇部之间的距离大于叶片本体的附接表面之间的距离。因此，可以实现改进的粘附。
此外，这种方法允许当整流件在第一整流件状态中时整流件相对于叶片本体的调节，因为当整流件在第二整流件状态中时整流件唇部仅被带到与粘合剂接触。
在本公开中，术语“整流件”可以理解为增加到暴露于气流的风力涡轮机叶片的结构叶片本体并且具有改变围绕风力涡轮机叶片的气流的目的的外部结构。
整流件可以形成空气动力学整流件的部分、呈护罩形式的预制造装置、保护器和/或帽。
优选地，整流件是用于限定风力涡轮机叶片的前边缘的前边缘保护整流件。
在本公开中，术语“结构叶片本体”可以理解为风力涡轮机叶片的主要负载承载结构，其还包括外部空气动力学叶片表面的大部分并且与整流件一起限定风力涡轮机叶片。
整流件轮廓可以沿着纵向轴线限定整流件的每个横截面的中心线，例如内整流件表面和外整流件表面可以布置成距整流件轮廓是等距的。
结构叶片本体可以包括在与第一外本体表面和第二外本体表面相对的附接表面之间延伸的第三外本体表面。整流件可以以间隔布置在内整流件表面和结构叶片本体的第三外本体表面的至少部分或大部分或全部之间。
另外地，或可替代地，外整流件表面是单曲或双曲板状的。
另外地，或可替代地，布置整流件的步骤可包括布置叶片本体和整流件两者，使得弦竖直地布置并继而减少叶片本体和整流件之间的距离直到叶片本体的附接表面被内整流件表面覆盖和/或面向内整流件表面。
在本公开的上下文中，如果从外整流件表面到外本体表面中的任何一个的步降不超过0.5mm并且如果从外整流件表面到外本体表面中的任何一个的步升不超过0.2mm，则外整流件表面和外本体表面布置成基本上齐平。从外整流件表面到外本体表面中的任何一个的步升或步降对风力涡轮机叶片的年度能量产生具有直接和主要的影响并且因此被认为是非常关键的。
另外地，或可替代地，整流件可以进一步具有松弛的整流件状态，在该松弛的整流件状态中整流件是松弛的并且其中整流件唇部在第一整流件状态和第二整流件状态中相对于松弛的整流件状态远离彼此扩展。
通过确保整流件在第一整流件状态和第二整流件状态两者中都受压，可以实现通过整流件的回弹力以确保一旦扩展力被释放则整流件朝向粘合剂偏置。有利地，实现好的粘合接触。
可替代地，整流件在第二整流件状态中可以是松弛的。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括以下步骤：
-提供沿着纵向轴线和沿着夹具轮廓延伸的夹具，夹具轮廓在夹具的第一夹具唇部处和夹具的第二夹具唇部处终止并且在形状方面对应于整流件轮廓，夹具进一步包括相对于夹具轮廓定位在内部并且匹配整流件的外整流件表面的内夹具表面，其中夹具具有第一夹具状态和第二夹具状态，其中第一夹具状态中的夹具轮廓匹配第一整流件状态中的整流件轮廓并且第二夹具状态中的夹具轮廓匹配第二整流件状态中的整流件轮廓；以及
-在布置整流件的步骤之前，执行以下子步骤：
·在夹具唇部上施加扩展力以扩展夹具的夹具唇部；
·将整流件(优选地在松弛的整流件状态中)定位在夹具中使得外整流件表面接触内夹具表面；以及
·释放扩展力直到夹具和整流件分别变形到第一夹具状态和第一整流件状态；
其中压缩力在整流件唇部处施加到外整流件表面上，使得夹具和整流件分别变形到第二夹具状态和第二整流件状态。
处理夹具而不是整流件可以减少对整流件的损害的风险并且可以确保整流件(其在附接到叶片本体之前可能是在尺寸方面相对不稳定的部件)保持在稳定状态中。
有利地，通过相对于松弛的夹具状态将整流件轮廓在第一整流件状态中布置成压缩的以及相对于松弛的夹具状态将夹具轮廓在第二夹具状态中布置成扩展的，在第一状态和第二状态两者中均实现内夹具表面和内整流件表面之间好的接触，因为整流件将试图重回到其松弛的整流件状态，同时夹具将试图沿相反方向重回到其松弛的夹具状态。这允许夹具在两个状态中保持(例如摩擦地)整流件。
优选地，整流件可以由弹性材料(优选地纤维增强材料)制成，弹性材料优选地比叶片本体的材料较不刚性。
另外地，或可替代地，夹具可以具有松弛的夹具状态并且其中夹具唇部在第一夹具状态和第二夹具状态中可以相对于松弛的夹具状态扩展，其中施加压缩力的步骤可以至少部分地、优选地全部地在释放夹具唇部上的扩展力时由夹具的回弹力实现。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括以下步骤：
-提供一个或多个夹持工具组，其中每个夹持工具组包括：
·第一夹持工具，其具有第一夹持头部并且邻近于附接表面中的一个固连到叶片本体，以及
·优选地第二夹持工具，其具有第二夹持头部并且邻近于附接表面中的另一个固连到叶片本体，
其中施加压缩力的步骤至少部分地、优选地全部地通过致动每个夹持工具组中的夹持工具实现，以促使夹持头部经由外夹具表面将压缩力施加到整流件上。
另外地，或可替代地，夹持工具可以气动地致动、液压地致动、杠杆致动、电动致动和/或弹簧致动。
另外地，或可替代地，压缩力可以通过夹具的回弹和一个或多个夹持工具组两者施加。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括以下步骤：
-在每个夹持头部和相应的整流件唇部之间布置力分布元件，负载分布元件沿着纵向轴线延伸并且配置成将由相应的夹持头部施加的夹持力分布在外夹具表面上。
另外地，或可替代地，多个夹持工具组可以沿着纵向轴线分布，优选地间隔开1-3米，更优选地间隔开2米。
使用其他装置以将力施加到整流件也是可能的，诸如使用压力软管或其他分布式压力装置。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括以下步骤：
-提供一个或多个对准工具组，其中每个对准工具组包括：
·第一工具对，其包括固连到整流件唇部或夹具唇部中的一个的第一夹具工具部件，和固连到叶片本体或邻近于对应的附接表面的固定件唇部的第一叶片工具部件，以及
·优选地第二工具对，其包括分别固连到另一整流件唇部或夹具唇部的第二夹具工具部件，和固连到叶片本体或邻近于对应的其他附接表面的其他固定件唇部的第二叶片工具部件，
其中每个工具对的工具部件中的一个包括销并且每个工具对的工具部件中的另一个包括引导件，引导件配置成用于保持相应的销同时允许销沿着预限定的引导路线从销入口位置移动到销终止位置，并且其中布置整流件的步骤包括将相应的引导件中的每个销插入到销入口位置以将整流件带到第一整流件状态，每个销保持在相应的引导件中，并且其中施加压缩力的步骤引起每个销从相应的引导件的销入口位置移动到销终止位置。
另外地，或可替代地，扩展力可以通过将每个对准工具组中的夹具工具部件拉动开来施加。
另外地，或可替代地，包括引导件的工具部件可以进一步包括保持栓锁，其具有开放位置和关闭位置，其中保持栓锁当在开放位置中时允许销接收在引导件中，并且当在关闭位置中时防止销从引导件移除。保持栓锁可以枢转地附接到相关工具部件并且可以配置成在开放和关闭位置之间枢转。
另外地，或可替代地，其中每个工具对的引导件可以在销入口位置和第一销位置之间包括倾斜区段，其中将每个销插入相应的引导件中的步骤可以包括将每个销沿着相应的引导件的倾斜区段从销入口位置滑动到第一销位置以逐渐地增加夹具唇部上的扩展力。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括以下步骤：
-提供固定件，其包括在固定件的第一固定件唇部和固定件的第二固定件唇部处终止的固定件轮廓；以及
-将固定件固连在叶片本体的外叶片表面上，使得第一固定件唇部和第二固定件唇部分别邻近于第一附接表面和第二附接表面定位；
其中一个或多个对准工具组的叶片工具部件固定到固定件，由此将叶片工具部件固连到叶片本体，和/或其中第一夹持工具和/或第二夹持工具固定到固定件，由此将(一个或多个)夹持工具固连到叶片本体。
本公开的第二方面涉及一种用于附接到结构叶片本体以形成风力涡轮机叶片的预制整流件，风力涡轮机叶片沿着纵向轴线从根部延伸到末梢，风力涡轮机叶片包括根部区域和具有末梢的翼型区域，风力涡轮机叶片包括在其前边缘和后边缘之间延伸的弦线，风力涡轮机叶片包括空气动力学外叶片表面，空气动力学外叶片表面包括压力侧和吸力侧，整流件沿着纵向轴线并且沿着整流件轮廓延伸，整流件轮廓在整流件的第一整流件唇部处和整流件的第二整流件唇部处终止，整流件包括：
-相对于整流件轮廓定位在外部的外整流件表面，
-相对于整流件轮廓定位在内部的内整流件表面，以及
-从第一整流件唇部到第二整流件唇部并且沿着纵向轴线延伸的一个或多个纤维增强层。
可替代地，整流件可以是前边缘保护装置。
本文中公开的整流件不必须配置成沿着风力涡轮机叶片的整个长度延伸，而是可以仅配置成沿着它的部分延伸，诸如仅末梢区域和/或诸如风力涡轮机叶片的总长度的三分之一或三分之二。整流件轮廓典型地朝向风力涡轮机叶片的末梢端部变窄。
另外地，或可替代地，第一整流件唇部和第二整流件唇部可以倒角。在一些实施例中，第一整流件唇部和第二整流件唇部被修整。
另外地或可替代地，整流件轮廓可以是U形的。整流件轮廓的顶端配置成用于与风力涡轮机叶片的前边缘或后边缘一致并且整流件的侧部从该顶端延伸到整流件唇部。
另外地，或可替代地，整流件可以具有第一整流件状态并且具有第二整流件状态，在第一整流件状态中整流件适配成在被固定之前安装到叶片本体，在第二整流件状态中整流件适配成固定到叶片本体，第二整流件状态相对于第一整流件状态整流件的整流件唇部朝向彼此，
其中整流件的一个或多个纤维增强层配置成用于变形，使得在压缩力在整流件唇部处施加到外整流件表面上时，整流件从第一整流件状态被带到第二整流件状态，其中第一整流件唇部距离和第二整流件唇部距离之间的差异等于或大于5mm、10mm、15mm、20mm或优选地25mm，第一整流件唇部距离对应于当整流件在第一整流件状态中时在整流件唇部之间的距离，并且第二整流件唇部距离对应于当整流件在第二整流件状态中时在整流件唇部之间的距离，第一整流件唇部距离大于第二整流件唇部距离。
这提供的优点是，当将整流件安装在叶片本体上时呈现在整流件唇部上或附接表面上的任何未固化的粘合剂在安装过程期间不被刮擦掉。另外的优点是，对应的整流件唇部和附接表面沿垂直于粘合剂平面的方向接触未固化的粘合剂，这可以确保粘附表面的改进的浸润。
另外地，或可替代地，整流件可以具有在风力涡轮机叶片长度的1％-50％、5％-45％、10％-40％、20％-35％之间的长度。
另外地，或可替代地，整流件可以具有在1mm-5mm之间，或优选地在2mm-4mm之间的厚度。
另外地，或可替代地，整流件轮廓的周长可以为大约500mm并且整流件唇部从整流件的前边缘或后边缘两者的外周距离为大约250mm。
所有这些尺度要适配于具体风力涡轮机叶片面临的具体状况。
另外地，或可替代地，整流件可以进一步具有松弛的整流件状态，其中整流件轮廓采取卸载的形状，并且其中整流件唇部在第一整流件状态中相对于松弛的整流件状态可以朝向彼此。
另外地，或可替代地，一个或多个纤维增强层可以形成进一步包括外抗侵蚀层的多个层的部分，外抗侵蚀层形成外整流件表面的至少部分并且配置成用于限定风力涡轮机叶片的前边缘，其中外抗侵蚀层优选地由弹性体(诸如聚氨酯)制成。
在一些实施例中，纤维增强层可以覆盖抗侵蚀弹性体层的全部内表面。在其他实施例中，纤维增强层可以仅覆盖抗侵蚀片材的内表面的部分。例如，靠近整流件中的第一和/或第二的区域可以不由纤维增强层覆盖。在这种实施例中，抗侵蚀弹性体层的内表面可以配置成在这些区域中接触前边缘。
另外地，或可替代地，整流件可以进一步包括将抗侵蚀弹性体层和一个或多个纤维增强层结合在一起的固化的第一树脂。
本发明人已经发现在整流件被粘附到风力涡轮机叶片的结构叶片本体之前，用单一的固化的树脂将抗侵蚀弹性体层和一个或多个纤维增强层结合在一起导致具有优秀的抗侵蚀性的整流件。这归因于在树脂交联和固化时实现的树脂和整流件材料之间的增加的接口强度，从而形成共价结合。例如通过涂层、带子或壳体，整流件相比于常规侵蚀护罩还将具有增加的寿命。
在整流件附接到结构叶片本体之前，通过在分开的模具中制造整流件，可以控制整流件的外部表面和内表面的期望厚度和形状，同时确保抗侵蚀弹性体层与下面的纤维增强材料处于密切接触。除此之外，使用单一树脂的结合还确保不存在将弱化整流件到叶片的结合的缺少粘合剂的区域的腔体。因此，当整流件继而结合到风力涡轮机叶片的结构叶片本体时，整流件将不仅提供对侵蚀的长期的抵抗力，而且还提供不降低风力涡轮机叶片的性能的精确的空气动力学轮廓。
另外，整流件允许整流件和结构叶片本体之间的强劲的粘附，因为相比于通过将抗侵蚀弹性体层直接结合到现有技术风力涡轮机叶片的前边缘所能实现的，整流件的纤维增强层和结构叶片本体的纤维增强材料将具有更强劲的结合。
另外地，或可替代地，抗侵蚀弹性体层可以是抗侵蚀弹性体片材。
另外地，或可替代地，固化的第一树脂可以是环氧树脂、乙烯基酯树脂或聚酯树脂，优选地是环氧基酯树脂。
另外地，或可替代地，抗侵蚀弹性体片材可以优选地与第一树脂化学地相容。
另外地，或可替代地，外抗侵蚀弹性体层可以具有基本上恒定的厚度。
另外地，或可替代地，外抗侵蚀弹性体层可以具有在300微米和2mm之间、诸如在750微米或1.5mm之间的厚度。
另外地，或可替代地，外抗侵蚀弹性体层可以包括热塑性弹性体、优选地热塑性聚氨酯。
另外地，或可替代地，聚氨酯可以是脂肪族聚氨酯并且可以使用长的和短的链式聚醚、聚酯或己内酯二醇产生。聚醚类具有较好的水解稳定性和低温柔性，聚酯类具有较好的机械特性，并且己内酯给出在聚醚和聚酯类的特性之间的好的折中。优选热塑性聚氨酯，因为其具有低弹性模量并且容易适配于模制表面。然而，用于抗侵蚀弹性体层的其他材料也可以是合适的。包括这种材料的抗侵蚀弹性体层可能必须加热或由其他方式影响以使他们完全适配于模制表面。
另外地，或可替代地，一个或多个纤维增强层的层的数量在1-11之间，诸如在3-7之间，诸如5或6。
另外地，或可替代地，一个或多个纤维增强层可以包括玻璃纤维增强材料和/或碳纤维增强材料。
另外地，或可替代地，一个或多个纤维增强层可以包括单向、双轴和/或三轴纤维片材。
本公开的第三方面涉及制造用于风力涡轮机叶片的整流件的方法，整流件是根据第一方面的，方法包括以下步骤：
-提供抗侵蚀弹性体层；
-提供包括模制表面的整流件模具；
-将抗侵蚀弹性体层布置在模制表面上；
-将一个或多个纤维增强层布置在抗侵蚀弹性体层的顶部上；
-在整流件模具中提供第一树脂以便浸润透一个或多个纤维增强层以及以便接触抗侵蚀弹性体层；以及
-固化第一树脂以便经由第一树脂将抗侵蚀弹性体层和一个或多个纤维增强层作为一体的整流件形成和结合。
本发明人已经发现，在整流件粘附到结构叶片本体之前，浸润透一个或多个纤维增强层并且同时将抗侵蚀弹性体层与第一树脂接触并且然后固化树脂以提供一体的整流件，导致具有优秀的抗侵蚀性的整流件。这归因于在树脂交联和固化时实现的树脂和整流件材料之间的增加的接口强度。例如通过涂层、带子或壳体，整流件相比于常规侵蚀护罩还将具有增加的寿命。
在整流件附接到结构叶片本体之前，通过在分开的模具中制造整流件，可以控制整流件的外部表面和内表面的期望厚度和形状，同时确保抗侵蚀片材与下面的纤维增强材料处于密切接触。除此之外，使用单一的树脂结合还确保不存在将弱化整流件到叶片的结合的缺少粘合剂的区域的腔体。因此，当整流件继而结合到风力涡轮机叶片的结构叶片本体时，整流件将不仅提供对侵蚀的长期的抵抗力，而且还提供不降低风力涡轮机叶片的性能的精确的空气动力学轮廓。
另外，整流件允许整流件和结构叶片本体之间的强劲的粘附，因为相比于通过将抗侵蚀弹性体层直接结合到现有技术风力涡轮机叶片的前边缘所能实现的，整流件的纤维增强层和结构叶片本体的纤维增强材料将具有更强劲的结合。
本发明人进一步发现在提供第一树脂的过程之前和之后的温度对接口强度具有强劲的影响。发现在提供树脂之前整流件的材料的加热在整流件材料之间产生非常高的粘附。此外，在高温下持续短时间段的后固化过程或长的室温后固化对中间相强度和侵蚀性能具有强劲的影响。
另外地，或可替代地，第一树脂可以通过注射提供，例如经由真空灌注树脂转移过程，或通过提供一个或多个纤维增强层作为预浸料以及引起预浸料片材中的树脂回流和接触抗侵蚀弹性体层。
另外地，或可替代地，固化的步骤可以包括在第一树脂和抗侵蚀弹性体层之间形成交联。
另外地，或可替代地，方法进一步可以包括使抗侵蚀弹性体层符合模制表面的步骤。
另外地，使抗侵蚀弹性体层符合模制表面的步骤可以由下文中的至少一个执行：
-加热抗侵蚀弹性体层；和/或
-在覆盖物的顶部上施加力，其中可以通过在覆盖物的顶部上布置重量来施加力，重量可以优选地包括封闭在弹性体材料中的流体，然而也可以使用其他装置；和/或-在模制表面和抗侵蚀弹性体层之间施加胶粘剂。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括在一个或多个纤维增强层的顶部上布置覆盖物的步骤。
覆盖物在提供树脂和继而固化其的期间保护一个或多个纤维增强层。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括在模制表面和覆盖物之间施加一个或多个真空的步骤。
有利地，覆盖物被朝向模制表面拉动从而挤压在其之间的抗侵蚀弹性体层和一个或多个纤维增强层，以减少或甚至防止在树脂的固化期间气泡的形成。
另外地，或可替代地，方法可以进一步包括在抗侵蚀弹性体层的下表面和模制表面之间的第一接口处施加第一真空的步骤。
以此方式，第一真空将拉动抗侵蚀弹性体层朝向模制表面，以确保抗侵蚀弹性体层符合模制表面同时纤维增强层施加在顶部上。
另外地，或可替代地，一个或多个真空可以包括第二真空，第二真空施加在一个或多个纤维增强层的上表面和布置在一个或多个纤维增强层的顶部上的覆盖物的下表面之间的第二接口处。
以此方式，第二真空将被用来提供树脂，因此减少树脂进入整流件材料和模制表面之间的风险。这在与第一真空一起使用从而使抗侵蚀弹性体层符合模制表面时尤其是有利的。
另外地，或可替代地，在将一个或多个纤维增强层布置在抗侵蚀弹性体层的顶部上之前可以施加第一真空。
另外地，或可替代地，在将一个或多个纤维增强层布置在抗侵蚀弹性体层的顶部上之后，并且优选地与施加第二真空同时或在其之前，可以施加第一真空。
以此方式，第一真空还被用来提供树脂。然而，在此方法的情况下存在使树脂在整流件材料和模制表面之间的风险。这可以通过仔细地选择当在真空下时用于支撑其的整流件的边缘的不变形密封形状和材料来缓解，使得叶片轮廓不由变形被显著改变。
另外地，或可替代地，方法可以包括以下步骤，在提供第一树脂的步骤之前以及期间，将抗侵蚀弹性体层的温度调节到至少40℃、优选地到40-60℃之间、最优选地到50℃。
以此方式，实现出色的接口强度，从而导致改进的抗侵蚀性。这是因为整流件材料暴露于高能量状态中的未固化的树脂。这导致比如果整流件材料在具有低的表面能量的固化的状态中(从而导致较弱的分子键)而言较强的分子键。结果是以此方式制造的整流件具有减少的分层。
在实践中，抗侵蚀弹性体层的温度可以通过红外探测器(例如红外相机)，和/或通过嵌入在整流件材料中的温度传感器，和/或通过将温度计插入在覆盖物和模制表面之间测量。
另外地，或可替代地，通过将覆盖物之下的温度增加到至少40℃、优选地到40-60℃之间、最优选地到50℃和/或通过加热模具可以执行调节抗侵蚀弹性体层的温度的步骤。可以电学地(例如通过流动通过电阻器的电流)或化学地(例如通过诸如树脂的固化的放热反应)调节温度。
另外地，或可替代地，其中固化第一树脂的步骤可以包括在至少60℃、优选地至少70℃、更优选地在80℃的温度下固化第一树脂。
另外地，或可替代地，固化第一树脂的步骤可以包括在60-130℃之间、诸如在70-100℃之间、诸如在80-90℃之间的温度下固化第一树脂。
另外地，或可替代地，固化第一树脂的步骤可以包括固化第一树脂达至少6小时、诸如8小时、诸如12小时。例如，在80℃下固化达8小时将确保树脂完全反应并且对于进一步处理是安全的。
另外地，或可替代地，提供抗侵蚀弹性体层的步骤可以通过挤出抗侵蚀弹性体层来执行。
另外地，或可替代地，一个或多个纤维增强层可以预浸渍。
本公开的第四方面涉及整流件，该整流件能够通过依照根据本公开的第三方面的方法的方法获得。
本公开的第五方面涉及包括根据本公开的第二方面或第四方面的整流件的风力涡轮机叶片。
本公开的第六方面涉及一种制造具有整流件的风力涡轮机叶片的方法，方法包括以下步骤：
-根据本公开的第三方面的方法提供整流件；
-分开地提供结构叶片本体；以及
-通过将整流件结合到结构叶片本体来制造风力涡轮机叶片，使得整流件限定风力涡轮机叶片的前边缘或风力涡轮机叶片的后边缘。
另外地，整流件结合到风力涡轮机叶片的结构叶片本体可以包括使用粘合剂，诸如熔化式粘合剂或结构粘合剂等。
本公开的第七方面涉及用于组装成沿着纵向轴线从根部延伸到末梢的风力涡轮机叶片的部件的套组，风力涡轮机叶片包括根部区域和具有末梢的翼型区域，风力涡轮机叶片包括在前边缘和后边缘之间延伸的弦线，风力涡轮机叶片包括空气动力学外叶片表面，空气动力学外叶片表面包括压力侧和吸力侧，该部件的套组包括：
-预制结构叶片本体，包括：
·限定压力侧的部分的第一外本体表面，
·限定吸力侧的部分的第二外本体表面，
·邻近于第一外本体表面定位的第一附接表面，以及
·邻近于第二外本体表面定位的第二附接表面；
-优选地根据本公开的第二方面或优选地根据本公开的第三方面的方法制造的预制整流件，整流件配置成用于固定到叶片本体，使得外整流件表面限定连接第一外本体表面和第二外本体表面的外叶片表面的部分，以及使得外整流件表面限定风力涡轮机叶片的前边缘或风力涡轮机叶片的后边缘；以及
-沿着纵向轴线以及沿着夹具轮廓延伸的夹具，夹具轮廓在夹具的第一夹具唇部处和夹具的第二夹具唇部处终止，夹具包括：
·内夹具表面，其相对于夹具轮廓定位在内部并且配置成匹配和接收整流件的外整流件表面，
其中夹具具有第一夹具状态和第二夹具状态，其中第一夹具状态中的夹具轮廓匹配第一整流件状态中的整流件轮廓，并且第二夹具状态中的夹具轮廓匹配第二整流件状态中的整流件轮廓；
另外地，或可替代地，部件的套组可以进一步包括一个或多个夹持工具组，其中每个夹持工具组包括：
-第一夹持工具，其具有第一夹持头部并且配置成用于邻近于附接表面中的一个固连到叶片本体；以及
-优选地第二夹持工具，其具有第二夹持头部并且邻近于附接表面中的另一个固连到叶片本体；
其中每个夹持工具组配置成用于致动每个夹持工具组中的夹持工具以促使夹持头部将压缩力施加到外整流件表面上。
另外地，或可替代地，部件的套组可以进一步包括一个或多个对准工具组，其中每个对准工具组包括：
-第一工具对，其包括邻近于对应附接表面分别固连到整流件唇部中的一个以及到固连到叶片本体的第一夹具工具部件和第一叶片工具部件，以及
-优选地第二工具对，其包括邻近于对应的其他附接表面分别固连到另一整流件唇部和固连到叶片本体的第二夹具工具部件和第二叶片工具部件，
其中每个工具对的工具部件中的一个包括销并且每个工具对的工具部件中的另一个包括引导件，引导件配置成用于保持相应的销同时允许销沿着预限定的引导路线从销入口位置移动到销终止位置；
其中每个工具对配置成使得，当销定位在相应的引导件中的销入口位置中时，整流件在第一整流件状态中，并且使得，当销已经沿着预限定的引导路线从销入口位置移动到销终止位置，整流件在第二整流件状态中。
本公开的第八方面涉及使用本公开的第二或第四方面的整流件以作为用于风力涡轮机叶片的前边缘的侵蚀护罩。
本领域技术人员将领会到，本公开的以上方面中的任何一个或多个及其实施例可以与本公开的其他方面中的任何一个或多个及其实施例组合。
附图说明
在下文中将关于附图更详细描述本公开的实施例。附图示出实现本发明的一种方式并且不应解释为对落入所附权利要求组的范围内的其他可能的实施例的限制。
图1是风力涡轮机的示意透视图。
图2是具有用于如图1中示出的风力涡轮机的整流件的风力涡轮机叶片的示意透视图。
图3是附接到叶片本体以形成图2的风力涡轮机叶片的整流件的示意侧视图。
图4a是将整流件的整流件唇部在第一整流件状态中邻近于叶片本体的附接表面布置的步骤的示意侧视图。松弛的整流件状态的轮廓线和第二整流件状态用虚线示出。
图4b是继图4a后将整流件唇部带到与粘合剂接触以将整流件唇部附接到附接表面以便将整流件带到其第二整流件状态的步骤的示意侧视图。松弛的整流件状态的轮廓线和第一整流件状态用虚线示出。
图5是图2的风力涡轮机叶片的末梢区域的切片的示意透视图，其图示附接到叶片本体的整流件。
图6是用于在夹具和整流件的相应的第二夹具状态和第二整流件状态中将整流件附接到叶片本体的夹具和整流件布置方式的示意横截面视图。第一夹具的轮廓线和整流件状态和松弛的夹具和整流件状态同样用虚线示出。
图7是用于施加压缩力以将整流件的整流件唇部和叶片本体的附接表面带到与粘合剂接触的夹持工具组的示意横截面视图。
图8是用于将整流件附接到叶片本体的对准工具组的第一实施例的示意横截面视图。
图9a是用于将整流件附接到叶片本体的对准工具的第二实施例的示意横截面视图。
图9b-9d是使用图9a的对准工具组将整流件附接到叶片本体的步骤的示意侧视图。
图10a是具有带有抗侵蚀弹性体层的整流件的第一实施例的风力涡轮机叶片的示意横截面视图。
图10b是具有带有抗侵蚀弹性体层的整流件的第二实施例的风力涡轮机叶片的示意横截面视图。
图11是用于制造整流件的模具设置的示意横截面视图。
具体实施方式
图1图示根据所谓的“丹麦概念”的常规现代迎风风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6和具有基本上水平转子轴的转子，水平转子轴可以包括几度的倾斜角度。转子包括毂部8和从毂部8径向地延伸的三个叶片10，每个叶片具有最接近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片末梢14。
图2示出示例性风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有沿着纵向轴线L在根部端部17和末梢端部15之间延伸的常规风力涡轮机叶片10的形状，并且包括空气动力学外叶片表面22，该空气动力学外叶片表面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和翼型区域34之间的过渡区域32。翼型区域34包括具有末梢端部15的末梢区域36。叶片10包括当叶片安装在毂部8上时面向叶片10的旋转方向的前边缘18，和面向前边缘18的相反方向的后边缘20。
翼型区域34(也称为成型区域)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由于结构方面的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安装到毂部较容易和较安全。根部区域30的直径(或弦)沿着整个根部区域30可以是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐地变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长度典型地随着距毂部的径向距离的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，翼型轮廓具有在叶片10的前边缘18和后边缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的径向距离的增加而减小。
叶片10的肩部38限定为其中叶片10具有其最大弦长度的位置。肩部38典型地提供在过渡区域32和翼型区域34之间的边界处。
应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可以扭曲和/或弯曲(即预弯)，因此向弦平面提供对应地扭曲和/或弯曲的路线，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。
风力涡轮机叶片10包括叶片壳体，叶片壳体包括典型地由纤维增强聚合物制成的两个叶片壳体部件或半部壳体，第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件26。风力涡轮机叶片10可以包括附加的壳体部件，诸如第三壳体部件和/或第四壳体部件。第一叶片壳体部件24典型地是压力侧或迎风叶片壳体部件。第二叶片壳体部件26典型地是吸力侧或顺风叶片壳体部件。第一叶片壳体部件24和第二叶片壳体部件26沿着沿叶片10的后边缘20和前边缘18延伸的结合线或胶合接头用粘合剂(诸如胶)紧固在一起以形成叶片本体40。典型地，叶片壳体部件24、26的根部端部具有半圆形或半卵形的外部横截面形状。叶片壳体部件24、26限定风力涡轮机叶片的空气动力学形状并且包括沿着纵向轴线L延伸的多个翼梁构件(未示出)。翼梁构件提供叶片10的主要的弯曲刚度。叶片本体40包括定位在整流件50所附接到的末梢区域36中的区段。
整流件50限定前边缘18的部分并且已经与叶片本体40分开制造并且继而附接到叶片本体40，以便形成风力涡轮机叶片10。整流件50是增加到在风力涡轮机叶片10的操作期间暴露于气流的风力涡轮机叶片10的结构叶片本体的外部结构。相对于没有整流件50的叶片本体40，整流件50具有改变叶片本体40周围的气流的目的以更近地接近理想的翼型轮廓。叶片本体40和整流件50限定风力涡轮机叶片10。整流件50将典型地延伸到风力涡轮机叶片的末梢端部15，因为最高速度发生在末梢端部15处并且典型地不在根部区域30中，因为根部区域处的转子速度相对低。在示出的实施例中，整流件50定位在风力涡轮机叶片10的末梢区域36中并且从距叶片根部17叶片长度的大约三分之二延伸到风力涡轮机叶片10的末梢端部15。在其他实施例中，整流件50可以布置得不同，例如定位在翼型区域34中和/或不延伸到末梢端部15。
整流件50可以通过结合图3-9描述的方法附接到叶片本体。整流件可以属于结合图10a-10b描述的类型。整流件可以通过结合图11描述的方法来制造。
如图3和图5中看到的，叶片本体40是以常规方式制造的预制结构叶片本体。叶片本体40包括限定风力涡轮机叶片10的压力侧的部分的第一外本体表面41、限定风力涡轮机叶片10的吸力侧的部分的第二外本体表面44、邻近于第一外本体表面41定位的第一附接表面42、邻近于第二外本体表面定位的第二附接表面45和与第一和第二外本体表面41、44相对的在附接表面42、45之间延伸的第三外本体表面47。叶片本体40由在定位在第三外本体表面47的中点处的接头处接合的压力侧壳体部件24和吸力侧壳体部件26构成。第一未固化粘合剂43布置在第一附接表面42上，并且第二未固化粘合剂46布置在第二附接表面45上(可替代地，粘合剂43、46可以在对应整流件唇部52、53处布置在内整流件表面55上)。
如图3和图5中看到的，整流件50是与叶片本体40分开制造的双曲(图5中最佳看到的)、板状预制部件。整流件50沿着风力涡轮机叶片10的纵向轴线L(纵向轴线L垂直于图3的平面)并且沿着U形整流件轮廓51延伸，U形整流件轮廓51在整流件50的第一整流件唇部52处和整流件50的第二整流件唇部53处终止。整流件轮廓51沿着纵向轴线L限定整流件50的每个横截面的中心线，并且外整流件表面54和内整流件表面布置成距整流件轮廓51是等距的。整流件50进一步包括沿着整流件轮廓51从第一整流件唇部52到第二整流件唇部53并且沿着纵向轴线L延伸的相对于整流件轮廓51定位在外部的外整流件表面54、相对于整流件轮廓51定位在内部的内整流件表面55和一个或多个纤维增强层(在本实施例中，发现5-6层玻璃纤维层或碳纤维层是有利的)。
当参考整流件轮廓(并且继而夹具轮廓和固定件轮廓)但相关图中未示出时，轮廓被发现为在相关元件(例如整流件、夹具或固定件)的相关外表面和内表面之间的中心线。
在本公开中，参考标记下标0、1和2指示当在其相应的松弛的、第一和第二状态中时的相关的量或元件。例如在图3中，整流件502被示出在其第二整流件状态中。在该第二整流件状态中，整流件唇部52、53以整流件唇部距离D2从彼此间隔。该整流件唇部距离D2是当整流件50附接到叶片本体40时整流件唇部52、53之间的距离。图4a示出在第一整流件状态501中的整流件，其中整流件唇部52、53以整流件唇部距离D1从彼此间隔。
在将整流件50附接到叶片本体40之前，扩展力FE施加到整流件唇部52、53，从而促使它们远离彼此并且从而增加整流件唇部距离D直到整流件50被带到其具有整流件唇部距离D1的第一整流件状态501(图4a中最佳看到)。扩展力FE可以例如通过将整流件唇部52、53拉动开来施加或可以通过整流件本身施加，例如如果整流件在第二整流件状态中是松弛的，然后一旦应力释放则整流件将试图重回到该第二整流件状态。整流件501的整流件唇部52、53然后被移动(在图3上沿着整流件50和叶片本体40之间的箭头向上)，使得叶片本体40布置在整流件唇部52、53之间并且内整流件表面55面向叶片本体40的附接表面42、45。在此位置中，间隙分别呈现在叶片本体40的第一附接表面42和整流件502的第一整流件唇部52(未示出，但是对应于图4a的镜面图像)之间以及在叶片本体40的第二附接表面45和整流件502的第二整流件唇部53之间，以达到图4a中示出的布置方式。此外，整流件50以间隔布置在内整流件表面55和叶片本体40的全部第三外本体表面47之间，如在图5、图10a-10b和图9a上最佳看到的。在整流件唇部52、53朝向该位置的移动期间，避免将第一粘合剂45从第一附接表面42刮擦掉和避免将第二粘合剂46从第二附接表面45刮擦掉是有利的。这能够通过以具有第二整流件状态(其中整流件唇部距离D2比附接表面42、45之间的距离充分地更大)的这种方式提供整流件来实现。
一旦整流件在图4a中示出的位置中移动，则压缩力FC在整流件唇部52、53处施加到外整流件表面54上以使整流件50的纤维增强层从第一整流件状态501变形到第二整流件状态502，使得第一整流件唇部52和第一附接表面42被带到与第一粘合剂43接触(未示出但对应于图4b的镜像)并且使得第二整流件唇部53和第二附接表面45被带到与第二粘合剂46接触，如图4b中示出的。在本实施例中，压缩力FC通过整流件本身施加，因为松弛的整流件状态相比于在第二整流件状态中具有更小的整流件唇部距离，这在图4a-4b中被图示，勾勒出在松弛的整流件状态500中的整流件，其与叶片本体40重叠。因此，整流件将试图重回到此松弛的形状，从而施加压缩力FC。在其他实施例中，第二整流件状态502等于松弛的整流件状态500，并且因此压缩力FC通过其他方式施加，例如通过将整流件唇部52、53朝向彼此推动。
第一粘合剂43和第二粘合剂46然后固化，同时压缩力FC维持，以将在其第二整流件状态502中的整流件50固定到叶片本体40。因此，外整流件表面54限定风力涡轮机叶片10的外叶片表面22的部分并且布置成与第一外本体表面41和第二外本体表面44齐平(如图4b、图5和图10a-10b中示出的)。另外，外整流件表面54限定风力涡轮机叶片10的前边缘18。因此，整流件50优选地是前边缘保护整流件。在可替代的实施例中，可以施加对应的方法以将后边缘整流件附接到叶片本体，由此限定风力涡轮机叶片10的后边缘。
在第一粘合剂43和第二粘合剂46固化后，压缩力FC释放。延伸超过外叶片表面22的任何多余的粘合剂被移除，并且如图4b和图5中示出的在整流件唇部52、53和叶片本体40之间的外叶片表面22中的间隙G填充有填充物48、49，如图10a-10b中最佳看到的，其可以之后被抛光以确保光滑的外叶片表面22。
在另一实施例中，提供如图6和图9a中示出的夹具60。夹具60沿着纵向轴线L(图6的平面之外)以及沿着夹具轮廓61延伸，夹具轮廓61在夹具60的第一夹具唇部62处(如图8中最佳看到的)和夹具的第二夹具唇部63处终止。夹具由弹性材料、优选地纤维增强复合物制成。夹具优选地比叶片本体40较不刚性。夹具轮廓61在形状方面基本上对应于整流件轮廓51虽然略微地较大以便配置成用于布置在整流件的外部。夹具60进一步包括相对于夹具轮廓61定位在内部并且在形状方面匹配整流件50的外整流件表面54的内夹具表面65，和相对于夹具轮廓61定位在外部的外夹具表面64。夹具60具有松弛的夹具状态600、第一夹具状态601和第二夹具状态602。在第一夹具状态601中的夹具轮廓61匹配在第一整流件状态501中的整流件轮廓51。在第二夹具状态602中的夹具轮廓61匹配在第二整流件状态502中的整流件轮廓51，如图6中最佳看到的。如图6中看到的，在第二夹具状态602中的夹具轮廓61相对于在松弛的夹具状态600中的夹具轮廓61是扩展的。此外如还能在图6中看到的，在第一整流件状态501中的整流件轮廓51相对于松弛的整流件状态500是压缩的。
此实施例的夹具60在如图4a中示出的布置整流件的步骤之前通过执行以下的子步骤来使用。首先，扩展力施加在夹具唇部62、63上以扩展夹具的夹具唇部，使得夹具轮廓61匹配在松弛的整流件状态500中的整流件轮廓51。第二，整流件50定位在夹具60中使得外整流件表面54抵接或接触内夹具表面65，如图6和图9a中示出的。第三，扩展力然后释放使得夹具60和整流件50分别变形到第一夹具状态501和第一整流件状态601。有利地，通过以此方式布置松弛的夹具状态500，在第一状态501、601和第二状态502、602两者中实现内夹具表面65和外整流件表面54之间的好的接触，因为整流件50将试图重回到其松弛的整流件状态500，同时夹具60将试图沿相反方向重回到其松弛的夹具状态600。
通过处理夹具而不是整流件可以有利地执行如结合图4a描述的布置整流件的步骤，从而减少对整流件50的损害的风险并且确保整流件50(其在附接到叶片本体之前可能是在尺寸方面相对不稳定的部件)保持在稳定的状态中。此外，压缩力FC可以然后在整流件唇部62、63处施加到外整流件表面64上，使得夹具60和整流件50分别变形到第二夹具状态602和第二整流件状态502。有利地，当在松弛的夹具状态600中的夹具轮廓61以此方式布置时，通过试图重回到其松弛的夹具状态600的夹具60的回弹力可以部分地或全部地实现压缩力FC。然而，如果期望较简单的构造(未示出)，这可以通过布置等于第一夹具状态601的松弛的夹具状态600和/或等于第二整流件状态502的松弛的整流件状态500实现。
施加压缩力FC的一种方式是通过使用一个或多个夹持工具组。这种夹持工具组80在图7中示出并且包括具有夹持头部82的夹持工具81。夹持工具81邻近于附接表面42、45中的一个固连到叶片本体40。夹持工具81有利地通过固定件70固连。这种固定件70在夹持工具组80之后描述。
每个夹持工具组80能够通过致动夹持工具81施加压缩力FC并由此促使夹持头部82朝向外整流件表面54以优选地经由外夹具表面64施加压缩力FC。在此实施例中，通过操作夹持工具组80的杠杆臂84来杠杆致动夹持工具组。在其他实施例中夹持工具组80可以气动地致动、液压地致动、弹簧致动或电动致动。为了有效地分布由夹持头部施加的力，负载分布元件83，这里是沿着纵向轴线L延伸的杆件，可以有利地定位在夹持头部和外夹具表面64之间。有利地，多个夹持工具组沿着第一附接表面42和第二附接表面45两者沿着纵向轴线L分布开大约2米。这确保能够施加充分的压缩力FC。
如图9a中最佳看到的，固定件70沿着纵向轴线L并且沿着固定件轮廓71延伸，固定件轮廓71在固定件70的第一固定件唇部72处和固定件70的第二固定件唇部73处终止。固定件70固连在叶片本体40的外叶片表面22上，使得第一固定件唇部72和第二固定件唇部73分别邻近于第一附接表面42和第二附接表面45定位。有利地，每个夹持工具组80的夹持工具81可以然后固定到固定件70，由此将夹持工具81固连到叶片本体40。
为了协助相对于叶片本体40对准整流件50，可以提供一个或多个对准工具组90，如图8和图9a-9d中示出的。这种对准工具90的第一实施例在图8中示出。对准工具组90包括第一工具对和第二工具对。第一工具对包括固连到夹具唇部62、63中的一个的第一夹具工具部件91和邻近于对应附接表面42、45固连到对应的固定件唇部72、73的叶片工具部件93。第二工具对与第一工具对是相同的但是布置在叶片本体的相对侧上，即布置到另一夹具唇部和另一固定件唇部。每个夹具工具部件91包括销92，并且叶片工具部件93包括引导件94，引导件94配置成用于保持销92同时允许销92沿着预限定的引导路线95从销入口位置95E经由第二销位置95B移动到销终止位置95T。当初始化邻近于叶片本体40布置整流件50的步骤时，每个销92被带到销入口位置95E。在将每个销92移动到第二销位置95B时，夹具60的回弹力将每个销92卡扣到销终止位置95T，因此达到图8中示出的布置方式。因此，整流件50有利地相对于叶片本体40对准。
转到图9a-9d，对准工具组90的第二实施例被示出。在此实施例中，引导路线95包括第一销位置95A和在销入口位置95E和第一销位置95A之间延伸并逐渐地增加整流件唇部距离的倾斜区段95S。因此，当每个销92定位在销入口位置95E中时，整流件50和夹具60在它们的第二状态中，并且在将每个销92移动到第一销位置95A时，整流件50和夹具60被带到它们的第一状态，由此消除将第一粘合剂43和第二粘合剂46从叶片本体40的附接表面42、45刮擦掉的这种风险。另外地，夹具工具部件91经由夹具附接板97附接到外夹具表面64，并且叶片工具部件93经由固定件附接板98附接到固定件唇部72、73。这允许对准工具组90的进一步的可调节性。密封件66布置在内夹具表面65和外整流件表面54之间以通过夹具60增加整流件50的保持。保持栓锁(未示出)可以提供在每个叶片工具部件93上以确保每个销92不离开销终止位置95T。
装配到叶片本体40的整流件50的两个实施例在图10a和10b中示出。在两个实施例中，整流件50包括形成外整流件表面54的部分并且配置成与风力涡轮机叶片10的外部环境接触的聚氨酯的抗侵蚀弹性体层57。抗侵蚀弹性体层57优选地通过挤出过程形成。此外，整流件50包括数个纤维增强层56，其包括形成内整流件表面55的部分并且面向第三叶片本体表面47的第一纤维增强层和布置在第一纤维增强层和抗侵蚀弹性体层57之间的数个(例如4-5个)第二纤维增强层。固化的第一树脂(图上不可见)将抗侵蚀弹性体层57和一个或多个纤维增强层56结合在一起。该数个纤维增强层56优选地为双轴玻璃纤维片材。在图10b中示出的第二实施例中，抗侵蚀弹性体层57包括在风力涡轮机叶片10的前边缘18处的增强部分，以增加整流件50的抗侵蚀性。
上文结合图10a-10b描述的抗侵蚀整流件50可以在模具设置中制造，如在图11中和在以下方式中示出的：
-提供抗侵蚀弹性体层57；
-提供整流件模具100，其包括模制表面101；
-将抗侵蚀弹性体层57布置在模制表面101上并使其符合模制表面101；
-在抗侵蚀弹性体层57的下表面和模制表面之间的第一接口105处施加第一真空103；
-将纤维增强层56布置在抗侵蚀弹性体层57的顶部上；
-将覆盖物102布置在纤维增强层56的顶部上；
-在纤维增强层56的上表面和布置在纤维增强层56的顶部上的覆盖物102的下表面之间的第二接口106处施加第二真空104以便将覆盖物102朝向纤维增强层56拉动；
-将抗侵蚀弹性体层57的温度调节到50℃，并且然后立即经由树脂入口108在覆盖物102中注射第一树脂58，以便浸润透纤维增强层56以及以便接触整流件模具100中的抗侵蚀弹性体层57；以及
-在80℃的温度下固化第一树脂达8小时，以便经由第一树脂58将抗侵蚀弹性体层57和纤维增强层56作为一体的整流件50形成和结合，其中第一树脂的固化优选地在第一树脂58和抗侵蚀弹性体层57之间形成交联。
一旦整流件50固化，覆盖物层就被移除，并且任何多余的树脂可以被清理掉。整流件可以然后从整流件模具100移除并且沿着切割平面107切割成期望的形状。
参考标记列表
2风力涡轮机
4塔架
6机舱
8毂部
10叶片
13壳体
14叶片末梢
15末梢端部
16叶片根部
17根部端部
18前边缘
20后边缘
22外叶片表面
24压力侧壳体部件
26吸力侧壳体部件
30根部区域
32过渡区域
34翼型区域
36末梢区域
38肩部
40叶片本体
41第一外本体表面
42第一附接表面
43第一粘合剂
44第二外本体表面
45第二附接表面
46第二粘合剂
47第三外本体表面
48第一填充物
49第二填充物
50整流件
51整流件轮廓
52第一整流件唇部
53第二整流件唇部
54外整流件表面
55内整流件表面
56纤维增强层
57外抗侵蚀弹性体层
58第一树脂
60夹具
61夹具轮廓
62第一夹具唇部
63第二夹具唇部
64外夹具表面
65内夹具表面
66密封件
70固定件
71固定件轮廓
72第一固定件唇部
73第二固定件唇部
80夹持工具组
81夹持工具
82夹持头部
83负载分布元件
84杠杆臂
90对准工具组
91夹具工具部件
92销
93叶片工具部件
94引导件
95引导路线
95E 销入口位置
95A 第一销位置
95B 第二销位置
95T 销终止位置
95S 倾斜区段
97夹具附接板
98固定件附接板
100整流件模具
101模制表面
102覆盖物
103第一真空
104第二真空
105第一接口
106第二接口
107切割平面
108树脂入口
L纵向轴线
FC压缩力
FE扩展力
D整流件唇部距离
G间隙

Claims (15)

1.一种用于附接到结构叶片本体(40)以形成风力涡轮机叶片(10)的预制整流件(50)，所述风力涡轮机叶片(10)沿着纵向轴线(L)从根部(16)延伸到末梢(14)，所述风力涡轮机叶片(10)包括根部区域(30)和具有所述末梢(14)的翼型区域(34)，所述风力涡轮机叶片(10)包括在其前边缘(18)和后边缘(20)之间延伸的弦线，所述风力涡轮机叶片(10)包括空气动力学外叶片表面(22)，所述空气动力学外叶片表面(22)包括压力侧和吸力侧，所述整流件(50)沿着所述纵向轴线(L)并且沿着整流件轮廓(51)延伸，所述整流件轮廓(51)在所述整流件(50)的第一整流件唇部(52)处和所述整流件(50)的第二整流件唇部(53)处终止，所述整流件(50)包括：
-相对于所述整流件轮廓(51)定位在外部的外整流件表面(54)；
-相对于所述整流件轮廓(51)定位在内部的内整流件表面(55)；以及
从所述第一整流件唇部(52)到所述第二整流件唇部(53)并且沿着所述纵向轴线(L)延伸的一个或多个纤维增强层(56)，其中所述一个或多个纤维增强层(56)形成多个层的部分，所述多个层进一步包括形成所述外整流件表面(54)的至少部分并且配置成用于限定所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘(18)的外抗侵蚀弹性体层(57)，其中所述外抗侵蚀弹性体层(57)优选地由聚氨酯制成，
其中所述整流件(50)进一步包括将所述抗侵蚀弹性体层和所述一个或多个纤维增强层(56)结合在一起的固化的第一树脂(58)。
2.根据权利要求1中任一项所述的整流件(50)，其中所述固化的第一树脂(58)为环氧树脂、乙烯基酯树脂或聚酯树脂，优选地为环氧基酯树脂。
3.根据前述权利要求中任一项所述的整流件(50)，其中所述外抗侵蚀弹性体层(57)具有基本上恒定的厚度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的整流件(50)，其中所述外抗侵蚀弹性体层(57)具有在300微米和2mm之间、诸如在750微米或1.5mm之间的厚度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的整流件(50)，其中所述外抗侵蚀弹性体层(57)包括热塑性弹性体，优选地热塑性聚氨酯。
6.一种制造用于风力涡轮机叶片(10)的整流件(50)的方法，所述整流件(50)为根据前述权利要求中任一项所述的整流件，所述方法包括以下步骤：
-提供抗侵蚀弹性体层；
-提供包括模制表面(101)的整流件模具(100)；
-将所述抗侵蚀弹性体层布置在所述模制表面(101)上；
-将一个或多个纤维增强层(56)布置在所述抗侵蚀弹性体层的顶部上；
-在所述整流件模具(100)中提供第一树脂(58)以便浸润透所述一个或多个纤维增强层(56)以及以便接触所述抗侵蚀弹性体层；
-固化所述第一树脂(58)以便经由所述第一树脂(58)将所述抗侵蚀弹性体层和所述一个或多个纤维增强层(56)作为一体的整流件(50)形成和结合。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述固化的步骤包括在所述第一树脂(58)和所述抗侵蚀弹性体层之间形成交联。
8.根据权利要求6-7中任一项所述的方法，包括将覆盖物(102)布置在所述一个或多个纤维增强层(56)的顶部上的步骤，并且优选地进一步包括在所述模制表面(101)和所述覆盖物(102)之间施加一个或多个真空(103、104)的步骤。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的方法，进一步包括在所述抗侵蚀弹性体层的下表面和所述模制表面(101)之间的第一接口(105)处施加第一真空(103)的步骤。
10.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中所述一个或多个真空(103、104)包括第二真空(104)，所述第二真空(104)施加在所述一个或多个纤维增强层(56)的上表面和布置在所述一个或多个纤维增强层(56)的顶部上的所述覆盖物(102)的下表面之间的第二接口(106)处。
11.根据权利要求9-10所述的方法，其中在将所述一个或多个纤维增强层(56)布置在所述抗侵蚀弹性体层(57)的顶部上之前施加所述第一真空(103)。
12.根据权利要求9-10所述的方法，其中在将所述一个或多个纤维增强层(56)布置在所述抗侵蚀弹性体层的顶部上之后，并且优选地与施加所述第二真空(104)同时或在施加所述第二真空(104)之前，施加所述第一真空(103)。
13.根据权利要求6-12中任一项所述的方法，包括在提供所述第一树脂(58)的步骤之前以及在其期间，将所述抗侵蚀弹性体层(57)的温度调节到至少40℃、优选地到40-60℃之间、最优选地到50℃的步骤。
14.根据权利要求6-13中任一项所述的方法，其中固化所述第一树脂(58)的步骤包括在至少60℃、优选地至少70℃、更优选地在80℃的温度下固化所述第一树脂(58)。
15.一种制造具有整流件(50)的风力涡轮机叶片(10)的方法，所述方法包括以下步骤：
-依照根据权利要求6-14中任一项所述的方法提供整流件(50)；
-分开地提供结构叶片本体(40)；以及
-通过将所述整流件(50)结合到所述结构叶片本体(40)来制造所述风力涡轮机叶片(10)，使得所述整流件(50)限定所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘(18)或所述风力涡轮机叶片(10)的所述后边缘(20)。
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