CN117940277A - 制造风力叶片的方法以及用所述方法制造的风力叶片 - Google Patents
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Abstract
一种用于制造风力涡轮机的叶片的方法，其中叶片(1)沿着给定轴线(A)延伸并且由复合材料制成，该复合材料包括按照至少两个方向排列的单纤维，特别是纤维材料；该方法包括以下步骤：将多个纤维材料片(101)铺设在第一模具(100)上；将优选为刚性的第二模具(102)铺设在先前铺设的多个纤维材料片(101)上方；在第二模具(102)上铺设纤维材料片(101)；将第三模具(130)铺设在第一模具(100)上以在第一模具(100)和第三模具(130)之间形成至少一个封闭容积(200)，在该封闭容积(200)内部容纳有铺设的多个纤维片(101)和第二模具(102)；该方法包括注入包含树脂的流体材料(优选为液体)以浸渍多个纤维材料片(101)的步骤；将第一模具(100)和第三模具(130)从由此形成的叶片(1)的外部移除，并通过叶片(1)的空腔从叶片(1)的内部移除第二模具(102)。
Description
相关申请的交叉引用
本专利申请涉及2021年7月6日提交的申请号为102021000017771的意大利专利申请，该意大利专利申请的全部公开内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种制造风力叶片的方法以及用所述方法制造的风力叶片。
背景技术
风力涡轮机的叶片通常包括：根部，用于将叶片连接至轮毂；支撑框架，连接到根部；以及壳体，限定叶片的翼型并由支撑框架支撑。
风力涡轮机的叶片长度很大，在运行过程中会受到因风导致的很大应力。应力从壳体传递至被构造为抵抗应力的支撑框架。
如文献US2009/0136355 A1和US2010/0068065 A1中所示，支撑框架基本上包括横截面为矩形形状的管状翼梁。更详细地，管状翼梁包括彼此面对且设计成连接至壳体的两个平行板，以及彼此面对的两个平行腹板。在使用时，板直接与壳体接触，或者在某些情况下，板本身形成壳体和叶片轮廓的一部分，并承受弯曲力矩的应力，而腹板主要承受剪应力。
具体地，例如来自文献WO 2009/153341、WO 2009/153342和WO 2009/153343的已知生产技术涉及模制两个板和两个腹板，并且主要通过粘合将板和腹板连接在一起，以形成管状翼梁。
替代的生产方法涉及模制两个U形元件并通过粘合连接两个U形元件，如文献US2005/0214122中所示。
从现有技术中可以看出，叶片是使用多个步骤并通过多个组件制造的，其中一些组件粘合在一起，例如翼梁的板被粘合到壳体。这需要复杂的工艺、较长的生产时间，并且会引起损坏某些内部组件的危险，或者导致将各个组件粘合在一起的步骤的执行不顺利。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种制造风力涡轮机叶片的方法，其减少了现有技术的缺点。
本发明的另一目的是提供一种制造风力涡轮机叶片的方法，其通过简单且成本较低的工艺获得耐负载叶片。
根据本发明，提供了一种用于制造根据所附权利要求之一的风力涡轮机的叶片的方法。
由于本发明，叶片制造工艺减少了制造所述叶片的时间和成本，还减少了叶片的结构重量和/或提高了所述叶片的应力抵抗能力。
另外，与现有技术相比，减少了叶片制造过程中产生的废料。
附图说明
参照附图，根据下面本发明的非限制性实施例的描述，本发明的附加特征和优点将变得清楚，其中：
图1是根据本发明制造的叶片的侧视图；
图2是图1中的叶片的截面图，为了清楚起见，去除了一些部件；
图3是制造图1中叶片的方法的一个步骤的简化图；
图4是制造图1中叶片的方法的另一个步骤的简化图；
图5是制造图1中叶片的方法的另一个步骤的简化图；并且
图6是用于制造图1中的叶片的模具的俯视示意图。
具体实施方式
参照图1，附图标记1表示风力涡轮机的整个叶片。
叶片1沿着给定轴线A延伸并且由包括沿至少两个方向排列的单纤维(filament)的复合材料制成。
另外，叶片1从叶片的一个根部2延伸至叶片的尖端3；特别地，其沿着轴线A延伸。
在使用时，叶片1的根部2连接到风力设备的轮毂(未示出)，特别地，其连接到风力涡轮机的轮毂(未示出)。
参照图2，叶片1内部由包括两个腹板6的中空结构5组成。
在替代实施例中，中空结构5内没有腹板6，并且在本发明的整个论述中，腹板6被认为是可选的。
在一个替代实施例中，叶片1包括大于或等于1的任意数量的腹板，作为非限制性示例，其包括一个或三个或四个或五个或六个或七个或八个腹板。
参照图2，中空结构5包括三个空腔：一个面向叶片1的前缘90的空腔10、一个主空腔11以及一个面向叶片1的出口边缘91的空腔12，其中主空腔11布置在空腔10和空腔12之间。
另外，叶片1包括后部元件13，该后部元件13放置在叶片1的后部区域9中，邻近出口边缘91，并且内部包括低密度泡沫。特别地，低密度泡沫层包含密度为10kg/m3至100kg/m3，特别是密度为30kg/m3、40kg/m3、50kg/m3的聚氨酯材料。
另外，叶片1的结构具有复合材料层，特别是包含纤维和树脂的复合材料层，该复合材料层从叶片1的外表面20延伸至叶片1的内表面21。特别地，纤维包括沿至少两个入射方向、特别是彼此垂直的方向排列的单纤维。
更详细地，复合材料层是单一的并且是在单个步骤中制成的，从该意义上说，部件没有被粘合在一起而是被制成单一整体件。
在本发明的优选但非限制性实施例中，在叶片1的一些区域中，结构包括一个或多个芯元件15，其嵌入外表面20和内表面21之间的复合材料中并与复合材料结构形成单一整体。换言之，所述芯元件15嵌入并集成在复合材料结构内。
在优选但非限制性的实施例中，芯元件15的至少一部分分布并嵌入在叶片1的前部80中和/或叶片1的后部81中，前部80包括叶片1的前缘90并且优选地至少部分位于空腔10周围，后部81包括叶片91的出口边缘并且优选地至少部分位于另一空腔12周围。
通常，芯元件15包括PVC或PET或轻木材料或其他芯材，特别地，其密度范围为40kg/m3至300Kg/m3，特别是60kg/m3或80kg/m3。
在叶片1的布置在前部80和后部81之间的中部82中，在本发明的优选实施例中，叶片1的结构仅由复合材料组成，该复合材料包括纤维片和树脂，优选地不具有芯元件15。因此，叶片1的中部82的结构限定了材料的连续结构而没有中断，该材料优选地仅包括纤维片和树脂。换言之，在叶片1的一些区域中，特别是在叶片1的中部82中的一些区域中，叶片1的结构由包括从叶片1的外表面20延伸到内表面21的纤维片和树脂的单层组成，从而限定了叶片1的外表面20的一部分和叶片1的内表面21的一部分，特别是空腔5的一部分。
另外，在叶片1的一部分中，例如在前部80的至少一部分中和在后部81的至少一部分中，存在芯元件15，这些芯元件15被集成并且完全被复合材料包围。特别地，它们被整合在复合材料内部并被树脂和纤维包围，从而形成单一整体结构，特别是不使用胶水。
另外，在存在一个或多个腹板6的叶片1的实施例中，至少一个腹板6形成单一结构，特别是与叶片的中部82形成一体结构并集成在一起，特别是形成单一连续结构，特别是没有材料的中断或不连续。
换言之，一个或多个腹板6与叶片1的各部分，特别是与叶片1的中部82构成单一整体结构，并且由单件形成，优选地不进行粘合。
更详细地，至少一个腹板6包括纤维片和树脂，并且可以包括嵌入纤维片和树脂中的芯元件15，以便形成单一结构。
腹板6与叶片1的其余结构一起制造，特别是与叶片1的中部82一起制造。因此，它们构成单一整体结构，优选地不像现有技术中那样使用胶水并将部件粘合在一起。
具体地，叶片1的结构，特别是沿着内表面21的一部分和至少一个腹板6形成角50，其中材料连续。更详细地，在角50中，没有胶水将腹板6与叶片1的结构保持在一起，特别是沿着内表面21。
另外，后部元件13布置在叶片1的后部81之间，特别是沿着内表面21，并且后部元件13集成到叶片1的结构中。特别地，后部元件13布置并连接至叶片31的彼此面对的两个内表面21。后部元件13沿着叶片1的彼此面对的内表面21固定在叶片1的后部81处，特别是在叶片1的出口边缘91处。
另外，如下面将详细说明的，在使用注入的树脂进行注入的过程中，后部元件13沿着叶片1的彼此面对的内表面21固定，从而成为单一整体件。
换言之，元件13不是沿着叶片1的表面粘合的，而是在叶片1的注入过程中，特别是在包含树脂的材料的注入过程中与它们集成。这些使整个结构更加坚固。
在本发明的一个优选但非限制性的实施例中，叶片1包括与后部元件13接触的后壁40；换言之，在本实施例中，后部元件13布置在叶片1的后部81中，特别是沿着内表面21，并且后部元件13与后壁40接触并集成到叶片1的结构中。后壁40经由在注入过程中注入的树脂固定至元件13并且固定至叶片1的结构，特别是沿着内表面21的彼此面对的部分，优选地不使用胶水。
更详细地，叶片1的限定外表面20的结构是包括纤维材料片和树脂的整体结构并且通过树脂保持在一起，这限定了整体结构，优选地没有将部件粘合在一起。一般来说，这赋予叶片1更大的强度，并且使其更轻。另外，制造过程得到简化，产生的废料也更少。
更详细地，纤维片，芯元件15，后部元件13，优选地后壁40，优选地叶片1的部分80、81和82形成由树脂保持在一起的一体结构，这限定了整体结构，优选地没有将部件粘合在一起。一般来说，这赋予叶片1更大的强度，并且使其更轻。另外，制造过程得到简化，产生的废料也更少。具体地，叶片1的内部结构和后壁40或者后部元件13(如果没有后壁40的话)形成角50，其中材料连续。更详细地，在角50中，没有胶水将后壁40与叶片1的内部结构保持在一起。
更详细地，至少一个腹板6和/或后壁40不像现有技术中那样被粘合在叶片1的彼此面对的内表面21上，特别是沿着角50，而是与叶片1的各部分的复合材料层一起制成并且限定单一结构。换言之，至少一个腹板6和/或后壁40以及叶片1的各部分构成一体结构，优选地没有不连续和/或中断和/或将元件粘合在一起。换言之，至少一个腹板6和/或后壁40以及叶片1的各部分构成连续的一体结构，该结构不具有材料中断或不连续或者另一种类型的中断或不连续，并且因此，更坚固，因为它没有不连续点。腹板6和/或后壁40与叶片1的各部分之间的这种一体结构由于基于如下所示的制造方法而进行的树脂材料的单次注入而成为可能。特别地，叶片1沿着角50具有连续的结构，而没有材料的不连续。
在具有至少一个腹板6的实施例中，至少一个腹板6、芯元件15、后部元件13以及优选地叶片1的部分80、81和82中的一个或多个以及优选地后壁40形成由树脂保持在一起的一体结构，这限定了整体结构，而没有将部件粘合在一起。一般来说，这赋予叶片更大的强度，并且使其更轻。另外，制造过程得到简化，产生的废料也更少。
叶片1是通过将在下面描述的方法使用单次注入来制造的。
具体地，纤维片以及芯元件15(当存在时)、后部元件13和后壁40保持在一起并且经由单次注入用树脂浸渍，并且因此限定了叶片1的单一整体结构，其优选地具有承载特征。如上所述，叶片1的单一整体结构可以包括一个或多个腹板6。所描述的叶片1的部分80、81和82是叶片1的单一整体结构的一部分，并且实际上因此构成单一结构。换言之，术语“部分”并不表示分离的和/或断开的部分，而只是表示同一单一整体结构的不同区域。
叶片1使用下面将描述的叶片1的制造方法来制造。
该方法涉及使用两个外模具100和130，其中之一示意性地示于图6中。
可以重复使用两个外模具100和130以多次实施该方法。
具体地，可以重复使用两个外模具100和130来连续生产多个叶片，特别是通过多次实施如下所示的叶片的生产方法来连续生产多个叶片。
特别地，两个外模具100和130可以多次重复使用，并且特别地是一次性的。
具体地，两个外模具100和130中的每一个均包括中部100a/130a以及两个侧部100b/130b和100c/130c。另外，第一模具100或第三模具130中的至少一个，优选地模具100和130两者，包括沿着侧部100b和100c(130b和130c)中的至少一个，优选地沿着侧部100b和100c(130b和130c)两者形成的多个通道300。
在本实施例的优选版本中，沿着整个侧部100b和/或100c和/或130b和/或130c形成通道300。
在优选实施例中，通道300沿着模具100/130的侧部100b/100c/130b/130c中的至少一个布置成直线，优选地像梳子，并且彼此间隔开给定的间隔值。给定的间隔值范围在20毫米与500毫米之间。
具体地，沿着侧部100b/100c/130b/130c的表面沿着横向方向，优选地相对于轴线A的径向形成通道300。沿着模具100/130的相同的侧部100b/100c/130b/130c布置的通道300全部连接在一起。另外，它们又连接至导管400，导管400将通道300连接至模具100/130的外部并向通道300供料。具体地，通道300和导管400以数量比率k连接。具体地，通道300的数量与导管400的数量之间的比率k的范围在10和100之间，优选为20、30、40、50、60。
换言之，在模具100/130中，优选地，每20/30/40/50/60个通道300中有一个导管400。换言之，每个导管400向范围10至100个通道中包括的多个通道300，特别是20、30、40、50、60个通道300供料。
换言之，多个通道300被一起分组为多组通道300，每组通道300由导管400直接供料。每组通道300包括10至100个通道，优选20、30、40、50、60个通道。沿着模具100/130的相同侧部100b/100c/130b/130c形成的多组通道300彼此连通。因此，沿着模具的相同侧部形成的彼此连通的所有通道300，优选地，同一组通道300中的通道300被构造成通过优选路径从连接到该组通道300的相应导管400供料。更详细地，与多组通道300内的连接相比，使不同的两组通道300连通的连接具有更大的流体阻力，优选地具有压降。
另外，模具100、130中的至少一个包括出口孔500、出口导管501、过滤器502和泵503。
具体地，出口孔500形成在模具100、130的任意点处并且经由出口导管501连接至过滤器502。另外，在过滤器502的下游连接有泵503，该泵503被构造成在其连接到过滤器502的一侧进行抽吸。
换言之，出口孔500经由连接导管501连接至泵503，并且过滤器502沿连接导管501位于出口孔500与泵503之间。泵503连接到出口孔500以从出口孔500抽吸。
具体地，在本发明的一个非限制性实施例中，出口孔500只有一个。特别地，对于一个实施例，由于多个通道300连接在一起，因此，仅一个出口孔500用来抽吸空气就足够了。
过滤器502被构造成允许气态流体通过并阻止液态流体通过。这样，仅空气或其他气态流体被吸走，而树脂或其他液态流体不会被吸走。
如下文将说明的，模具100和130被气密地封闭并且沿着相应的侧部100b和130b以及100c和130c接触，以便在模具100和130的内部形成封闭容积200。如将详细示出的，通道300和导管400具有使包含树脂和硬化催化剂的流体材料(优选为液体)能够从模具100和130的外部进入封闭容积200内部的功能，流体材料浸渍材料片101以制成叶片1的复合材料。
具体地，密封元件140，优选地包括氯丁橡胶和/或丁基橡胶，放置在第一模具100和第三模具130之间，以在第一模具100和第三模具130之间产生所述封闭容积200。特别地，密封元件放置在第一模具100的侧部100a、100c与第三模具130的侧部130a、130c之间。特别地，其在一侧与第一模具100的侧部100a、100c接触，并在另一侧与第三模具130的侧部130a、130c接触。
侧部100b、130b、100c、130c以及放置在它们之间的密封元件140限定封闭，该封闭确保第一模具100和第三模具130之间的封闭容积200的气密密封，特别是处于高真空下。
另外，该方法使用一个或多个内模具102，其在使用时容纳在封闭容积200中。
与外模具100、130类似，内模具102可以多次重复使用。换言之，可以重复使用内模具102以连续生产多个叶片，优选地可以重复使用内模具102以多次实施下文所示的叶片制造方法。内模具102优选地不是一次性的。
在一个实施例中，沿着内模具102的外表面102a，多个附加通道(附图中未示出)被分组成多组附加通道，这些附加通道由多个附加导管供料，特别地，每组附加通道通过相应的附加导管直接供料。具体地，每组附加通道包括范围为10到100的多个附加通道，特别是20/30/40/50/60个附加通道。换言之，附加通道的数量与附加导管的数量之间的比率是范围10到100的值，特别是20/30/40/50/60。在同一内模具102上形成的所有附加通道优选地彼此连接。
在一个优选实施例中，附加通道以附加给定间隔值间隔布置。附加给定间隔值范围在20毫米与700毫米之间。
外模具100和130包括密封通道(附图中未示出)，内模具102的附加导管通过该密封通道从封闭容积200通向外模具100和130的外部。
如下文将说明的，附加通道和导管用于将流体材料(优选地包括树脂和固定剂)注入到封闭容积的内部，并且用于浸渍纤维材料片，以便形成叶片1的结构的复合材料。
参照图3、图4、图5，叶片1的制作方法包括以下步骤：
a)提供第一模具100，其优选地限定外部下方第一模具；具体地，第一模具包括中部100a以及两个侧部100b、100c。
b)将多个纤维材料片101(优选玻璃或碳)放置在第一模具(优选外模具100)上；特别地，沿着模具100的中部100a并且沿着侧部100b和100c放置多个纤维片101，以便放置纤维片的中部101a和纤维片的侧部101b和101c；特别地，将多个片101放置为一个在另一个上并且一个紧邻另一个；特别地，将第一层材料片放置在模具100上，其中每个材料片与另一材料片部分地重叠，随后铺设多层材料片，其中，优选地在放置期间，每片与下一片重叠其自身的一部分，优选地每个片与相邻片部分重叠；特别地，执行各层材料片的放置使得相邻片之间以及重叠片之间不存在明显的不连续；另外，如上所述，优选地将一些片的一部分放置在中部模具100a上并放置在侧部100b或100c上，以便放置纤维片的中部101a并放置纤维片的侧部101b和101c，使得这些片可以包裹在连续的模具上以至少部分地形成叶片1的侧部80和81；
b2)在本发明的一个可选实施例中：在步骤b)期间在材料纤维片101之间放置一个或多个预制元件和/或拉挤元件(优选地由用于增加叶片1的结构刚度的碳纤维和/或玻璃制成)和/或芯材，并且将其整合在纤维材料片之间；特别地，将预制元件和/或拉挤元件和/或芯材沿着多个片101的中部101a放置；在本发明的一个优选但非限制性的实施例中，将预制元件和/或拉挤元件和/或芯材仅沿着叶片1的部分80和81放置并用于形成腹板6；
b3)在本发明的一个可选实施例中：在步骤b)期间在纤维材料片之间放置一个或多个芯元件15，优选地包括PVC或PET或轻木材料或其他芯材，特别地，其密度范围为50kg/m3至300kg/m3，特别是60kg/m3或80kg/m3或100kg/m3或120kg/m3；特别地，将芯元件15沿着叶片1的侧部80和81放置；
c)将第二刚性模具102(图4)放置在先前在步骤b)期间铺设的多个纤维材料片101上方；具体地，将第二模具102放置在与模具100的中部100a相对应的多个片的中部101a上方。
c2)在本发明的一个可选实施例中：在步骤c)期间，将至少两个第二模具102定位成使得在所述至少两个第二模具102之间存在间隙120，并且随后将多个纤维材料片101放置在至少两个第二模具102之间的间隙120内以形成至少一个腹板6；特别地，将至少两个第二模具120定位成使得它们沿着彼此面对的表面102a相对于相应表面102a的至少一部分不彼此接触，从而在所述至少两个第二模具102之间沿着所述表面102a的至少一部分形成至少一个间隙120；在本实施例的另一优选形式中，将一个或多个芯元件15放置在间隙120中，芯元件15优选地包括PVC或PET或轻木材料或其他芯材，特别地，其密度范围为50kg/m3到300kg/m3，特别是60kg/m3或80kg/m3或100kg/m3或120kg/m3；
c3)在本发明的可选形式中，作为步骤c2)的替代，在步骤c)之前，在将至少两个第二模具102放置在模具100上方之前，通过多个纤维材料片101将至少两个第二模具102包裹；这样，第二模具102被定位成沿着彼此面对的相应表面102a相对于表面102a的至少一部分间隔开，特别是不直接接触，以便在所述至少两个第二模具102之间沿着所述表面102a的至少一部分形成至少一个间隙120；在本发明的优选但非限制性的实施例中，间隙120另外填充有纤维材料片101以形成至少一个腹板6；在该步骤c3)的优选但非限制性的实施例中，在本实施例的另一优选形式中并且再次在步骤c)之前，将一个或多个芯元件15放置在间隙120中，芯元件15优选地包括PVC或PET或轻木材料或其他芯材，特别地，其密度范围为50kg/m3至300kg/m3，特别是60kg/m3或80kg/m3或100kg/m3或120kg/m3；特别地，将芯元件15放置在间隙120中是在将材料片放置在间隙120中之前或者与此同时进行的；
c4)在本发明的一种可选形式中：在步骤c)期间，还将后部元件13铺设在先前在步骤b)期间铺设的多个纤维材料片101上方以及模具100上方；在本实施例中，将与后部元件13相邻的第二模具102放置为不与后部元件13接触，并且存在附加间隙，该间隙填充有纤维片并且优选地填充有芯元件以形成后壁40；
d)将先前放置在模具100的侧部100b和100c上的多个纤维片101的侧部101b和101c折叠，并将其放置在模具102上方；
d2)在本发明的一个可选实施例中：将附加的多个纤维材料片101(优选为玻璃或碳)放置在第二模具120上，并且优选地放置在于步骤d)期间铺设在模具102上的多个片的侧部101b和101c上；更具体地，将多个片101放置为一个在另一个上并且一个紧邻另一个；特别地，将一层材料片放置在第二模具120上，其中每个材料片与另一材料片部分地重叠，并且将侧部101b和101c铺设在第二模具120上；随后铺设多层材料片，其中，在放置过程中，每片与相邻片重叠其自身的一部分；更详细地，执行各层材料片101的放置使得相邻片101之间以及重叠片101之间不存在明显的不连续；另外，如上所述，将铺设在中心模具120上的一些片101的一部分放置在包裹在第二模具102上的纤维片的侧部101b或101c上，以至少部分地形成叶片1的侧部80和81，从而具有连续的强化结构；
d3)在本发明的一个可选实施例中：在步骤d)和/或d2)期间，在纤维材料片之间放置一个或多个芯元件15，芯元件15优选地包括PVC或PET或轻木材料或其他芯材，特别地，其密度范围为50kg/m3到300kg/m3，特别是60kg/m3或80kg/m3或100kg/m3或120kg/m3；特别地，将芯元件沿着叶片1的侧部80和81放置；
d4)在本发明的一个可选实施例中：在步骤d)和/或d2)和/或d3)期间，在纤维材料片之间放置一个或多个预制元件和/或拉挤元件(优选地由用于增加叶片1的结构刚度的碳纤维和/或玻璃制成)和/或芯材，并且将其整合在纤维材料片之间；特别地，将预制元件和/或拉挤元件和/或芯材沿着多个片101的中部101a放置；在本发明的一个优选但非限制性的实施例中，将预制元件和/或拉挤元件和/或芯材仅沿着叶片的部分80和81放置并用于形成腹板6；
e)将第三模具130(优选为外部模具)放置在第一模具100上，以在第一模具100和第三模具130之间形成至少一个封闭容积200，在该封闭容积200内容纳所铺设的多个材料片100和第二模具102，并且在可选实施例中，容纳芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6；特别地，第三模具130包括中部130a以及两侧部130b、130c；特别地，在步骤e)期间，将第三模具130与第一模具100重叠，使得第一模具100的侧部100b和100c与第三模具130的侧部130b和130c完全接触并且在第一模具100的中部100a和第三模具130的中部130a之间形成封闭容积200；特别地，一个模具100和另一模具130沿着各自的部分100b和130b以及100c和130c在它们之间气密地封闭。以这种方式，封闭容积200朝向模具100和130的外部气密地封闭，并且它们限定相对于外部封闭的模具组件；因此，封闭的模具组件在内部包围模具102和纤维101，并且在可选实施例中，包围芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6；
f)在可选实施例中：旋转封闭的模具组件，使叶片1的前缘的位置向下；特别地，旋转模具组件，使得部分100b和130b向下转动并且部分100c和130c面向上；
g)在可选实施例中：对封闭的模具组件施加真空；特别地，通过第一模具100和/或第三模具130的通道，优选地在不需要使用真空密封袋的情况下产生真空；
h)将包含树脂和硬化催化剂的流体材料(优选为液体)注入到模具组件内部，特别是第一模具100和第三模具130之间，优选地通过模具100和130中的至少一个(优选为两个)的通道300和导管400，并且在一个可选实施例中，通过至少一个内模具102(优选为所有内模具)的附加通道和附加导管来浸渍放置在第一模具100与第三模具130之间的多个纤维材料片101(优选为玻璃或碳)；在包括步骤f)的优选实施例中，将流体材料从模具组件的下部，特别是部分130b和100b处注入，特别地，在一个实施例中，流体材料是环氧树脂；
i)等待流体材料硬化以形成复合材料的单一结构，该复合材料包括包含树脂的流体材料和多个纤维材料片，并且在优选的可选实施例中，其包括芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6；这样，就形成了叶片；
i2)在本发明的一个可选实施例中，例如通过加热模具组件和/或内模具102或冷却模具组件和/或内模具102，热作用于先前注入到模具组件中的包含树脂的流体材料的温度；
l)移除模具100和130；
m)从叶片1内部，特别是从叶片1的根部移除模具102；更详细地，通过叶片的根部2从叶片1的空腔移除模具102，叶片根部2的开口具有给定直径和/或给定最小尺寸；更详细地，每个模具102具有横向于、特别是垂直于每个模具的长度的最大尺寸，该最大尺寸小于在叶片1的根部2中形成的开口的直径和/或最小尺寸；具体地，通过根部2的开口使叶片1的内部与叶片1的外部连通；在优选实施例中，模具102的个数为多个；换言之，叶片1包括空腔和在叶片1的根部2的开口，该开口具有横向于、特别是垂直于轴线A的给定直径或最小尺寸；根部2的开口的直径或最小尺寸大于每个内模具103的直径的最大尺寸和/或垂直于和/或横向于长度的尺寸和/或每个内模具103的最大截面的最大尺寸；则在该步骤中，在叶片1已经形成之后，通过叶片1的空腔2抽出内模具。
n)在本发明的可选形式中：沿位于叶片1空腔的开口处的叶片1根部2的圆周表面钻径向于轴线A的孔和平行于轴线A的孔；这些径向孔被构造成容纳叶片1的根部和风力涡轮机的轮毂之间的紧固件。
在本发明的可选形式中，生产方法包括加热模具100、102和/或130中的至少一个，特别是加热外模具100和/或130中的一个或多个的步骤。
特别地，叶片1在第一模具100和第三模具130之间的封闭容积200内被制成单件。
特别地，第二模具102是刚性的，特别地使得所述第二模具102的容积和/或形状，优选为外部，在受到施加的压力时不改变，特别是在所述第二模具102的外表面102上。
在本发明的优选但非限制性实施例中，第二模具102是刚性的，使得在向第二模具102的外表面施加压力时，第二模具102的横向部分具有最大移动，特别是在压力作用的方向上，优选地小于5mm，特别地小于2mm，优选地小于1mm，特别地小于0.5mm。优选地，所述施加的压力小于2巴(bar)，优选范围在1巴至2巴之间，特别地在1.01巴至2巴之间，特别地等于1.5巴、1.8巴或1.9巴。
特别地，第二模具102不可弹性变形和/或优选地不可膨胀。
由于第二刚性模具102，确保了其特别是在受到第一模具100和第三模具130施加的压力时容积和/或其形状的不变性。
技术效果在于，由于不会因模具变形而产生变化，因此可以更精确地设计叶片1和叶片1内部的厚度。换言之，叶片1将准确按照设计生产并且可以重复该过程。例如，由于刚性的第二模具102，叶片1的内角50可以做成尖锐的而不是圆形的，并且所生产的各种叶片1之间的变化小于现有技术，特别是与叶片被制成单件的其他工艺相比。因此，可以比现有技术更好地控制和重复生产过程和/或最终结果，并且生产的叶片1与现有技术相比更接近设计。
具体地，由于所描述的过程，通过使用刚性第二模具102，可以设计和生产叶片1的内部空间和/或内角50的精确形状，因为刚性第二模具102使得在生产过程中控制内部空间和重复性成为可能。这影响了所生产的叶片1的密封性和对力的抵抗能力；特别地，由于该工艺，内角50可以根据设计规范设计和生产为圆形和尖锐的。
具体地，叶片制造步骤包括将密封元件140(优选地包括氯丁橡胶和/或丁基橡胶)放置在第一模具100和第三模具130之间以在第一模具100和第三模具130之间形成所述封闭容积200的步骤；特别地，将密封元件放置为使得其布置在第一模具100的侧部100a、100c与第三模具130的侧部130a、130c之间；特别地，其在一侧与第一模具100的侧部100a、100c接触，并在另一侧与第三模具130的侧部130a、130c接触。
在本发明的一个可选实施例中，模具100、102和/或130中的至少一个，特别是模具100和/或130中的至少一个包括沿着模具100和/或130的内表面——即，沿着与纤维片接触的表面形成的多个通道。这样，从外部朝向至少一个模具100和/或130的内部注入的流体材料均匀地分布在封闭容积200内部。
其中，在步骤h)注入的流体材料包括树脂，例如但不限于环氧树脂和/或聚酯和/或乙烯基酯和/或热塑性塑料。
在步骤h)期间，在本发明的一个优选但非限制性实施例中，在室温下注入流体材料。
在步骤h)期间，在本发明的一个优选但非限制性实施例中，在注入之前加热或冷却所注入的流体材料。
在一个可选实施例中，该方法包括在步骤i)期间(优选在步骤h)即流体材料的注入步骤之前或在步骤h)之后)，将模具100、模具102和模具130中的至少一个(优选为模具100或模具130中的一个)加热到10至100摄氏度之间以固定包含树脂的材料的步骤。
具体地，其中模具100、模具102和模具130中的至少一个(优选为模具100或模具130)包括用于所述模具的加热系统，该加热系统优选地包括嵌入模具主体中并被配置为将模具加热至所需温度的加热元件；特别地，嵌入在主体中的加热元件选自导管或导电体，该导管被配置为由温度在10度和100度之间的流体横穿，该导电体被配置为由电流横穿并通过焦耳效应加热。
在本发明的一个优选实施例中，除了可以不执行的可选步骤之外，方法的步骤a)至n)按照字母顺序和示出的顺序执行。当执行可选步骤时，它们按字母顺序执行。
因此，经由包含树脂的流体材料的单次注入来制造叶片1。换言之，叶片1是通过单次注入生产的；特别地，叶片1仅经由包含树脂的流体并且仅由于所执行的单次注入而保持在一起。
特别地，叶片1及其生产在注入包括树脂的流体材料之后不涉及针对叶片的部件的任何粘合步骤。
特别地，其在包含树脂的流体材料的单次且唯一的注入步骤之后不涉及粘合叶片1的部件的任何步骤。另外，在优选实施例中，叶片及其制造在树脂注入之前与树脂注入之后都不涉及粘合叶片的部件的任何步骤；特别地，该过程涉及树脂的单次注入。
换言之，仅一个流体注入步骤确定了叶片1的各部件之间的粘附，特别是叶片1的所有部件，特别是多个纤维片101，并且在可选实施例中，特别是芯元件15、芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6；优选地，叶片1的所有部件的粘附仅在包含树脂的流体的注入步骤期间发生，其确定了各个部件的粘附。
整个过程是在完全封闭的、刚性的模具组件中执行的，并且可以重复用于制造多个叶片。这样，就不需要现有技术中那样的真空密封袋，并且在该过程中产生的废料更少，并且产生的废料和单次使用的元件也更少。
在一个优选但非限制性的实施例中，模具组件由复合材料制成，该复合材料包括树脂和例如玻璃和/或碳的纤维材料片；特别地，在一个实施例中，模具组件由玻璃纤维制成。
特别地，纤维片包含玻璃和/或碳纤维。
这些纤维片360°包裹叶片轮廓，以确保在与现有技术相比相同重量的情况下具有更高的力抵抗能力，或者在与现有技术相比具有更轻的重量的情况下有相同的力抵抗能力。换言之，在优选实施例中，纤维片是多层布置的，一层在另一层上面，一层紧邻另一层，注意一部分重叠，并且在那些彼此相邻放置的纤维片中具有一部分纤维片。这样，纤维片的端部与另一个纤维片的端部之间绝不会存在明显的不连续，并且纤维片的布置具有连续性并且结构本身具有较大的抵抗能力。
由于该方法，对于可插入并整合到叶片1内部的腹板的数量没有限制，这些腹板被整合到包括纤维片的复合材料中并且不像现有技术中那样在上方或下方粘合。
换言之，腹板被整合到复合材料内部的纤维片和树脂之间，并成为结构的整体部分，因此，腹板总是被至少一层纤维片和流体材料覆盖，所述流体材料包括腹板各个侧面的树脂。
以相同的方式，芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6集成在叶片1内部并且总是与叶片1本身成一体，并且被整合到包括纤维材料片和树脂的复合材料结构中，并且不像现有技术那样沿叶片的表面粘合，而是与叶片本身成一体并与叶片本身形成一个整体。
因此，芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或腹板6的所有侧面总是被至少一层玻璃纤维或碳和树脂的复合材料覆盖。
另外，如此生产的叶片在横截面视图中具有一个或多个由单一连续纤维材料制成的闭合部分；特别地，这种纤维连续，也没被切割。
在本发明的优选步骤中，使用电子计算器来定义至少一个或多个以下特征包括：片的尺寸，纤维片在模具100、102、130中的至少一个上的堆叠顺序，每个模具100、102、130的形状和尺寸和/或芯元件15和/或芯材和/或预制元件和/或拉挤元件和/或后部元件13和/或后壁40和/或待生产的腹板6的形状和尺寸。
另外，首先通过电子计算器进行模拟和检查整个叶片制造过程。
由于本发明，腹板被集成到复合材料的结构中，具体地，它们集成在玻璃纤维和/或碳的复合结构的内部部分和外部部分的内部。
最后，清楚的是，在不偏离所附权利要求的范围的情况下可以对所描述的方法及其产生的变型进行修改。
Claims (17)
1.一种用于生产风力涡轮机的风力叶片的方法，其中叶片(1)沿着给定轴线(A)从叶片(1)的根部(2)延伸至尖端(3)；所述叶片包括复合材料，所述复合材料包括按照至少两个方向排列的单纤维，特别地，所述复合材料包括材料纤维；所述方法包括以下步骤：
-在第一模具(100)上，优选地在外部铺设多个优选为玻璃和/或碳的纤维材料片(101)，特别地，所述第一模具(100)包括中部(100a)和两个侧部(100b、100c)，优选地所述步骤包括将多个片(101)的一部分铺设在所述第一模具(100)的中部(100a)上，并将所述多个片(101)的另一部分铺设在所述第一模具(100)的侧部(100b、100c)上，以便铺设纤维片(101)的中部(101a)和铺设纤维片(101)的侧部(101b、101c)；
-将第二刚性模具(102)铺设在先前铺设的多个纤维材料片(101)的一部分上，特别地，将第二模具(102)铺设在先前步骤中铺设的多个纤维片(101)的中部(101a)上，特别地，所述第二模具(102)的外表面(102a)是刚性的；
-在所述第二模具(102)上铺设优选为玻璃和/或碳的纤维材料片(101)，和/或特别地通过将铺设在所述第一模具(100)上并超过所述第一模具(100)的尺寸的纤维片(101)的侧部(101b、101c)折叠在所述第二模具(102)上，在所述第二模具(102)上铺设所述纤维片(101)的侧部(101b、101c)；
-在所述第一模具(100)上，优选地在外部铺设第三模具(130)，以在所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间形成至少一个封闭容积(200)，在所述封闭容积(200)内容纳铺设的多个纤维材料片(101)和所述第二模具(102)；其中所述第一模具(100)和所述第三模具(130)中的至少一个模具包括通道(300)，所述通道(300)将所述第一模具(100)和所述第三模具(130)中的至少一个模具的外部与所述封闭容积(200)连接使得包含树脂的流体材料能够被注入到所述封闭容积(200)中，所述流体材料优选为液体；特别地，所述第三模具(130)包括中部(100a)和两个侧部(100b、100c)，特别地，将所述第三模具(130)的侧部(100b、100c)铺设在所述第一模具(100)的侧部(100b、100c)上以在所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间至少形成所述封闭容积(200)；
所述方法包括以下步骤：注入包含树脂的流体材料，以浸渍容纳在所述第一模具(100)和第三模具(130)之间的封闭容积(200)内的多个纤维材料片(101)以制造所述叶片(1)，所述流体材料优选为液体，所述纤维材料片(101)优选为玻璃或碳；
优选地，使所注入的流体硬化；
将所述第一模具(100)和所述第三模具(130)从由此形成的叶片(1)的外部移除，并通过所述叶片(1)的空腔(5)从所述叶片(1)的内部移除所述第二模具(102)；
优选地，将所述叶片(1)在所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间的封闭容积200内制成单件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，流体注入步骤确定叶片部件(1)彼此之间的粘附，特别是所有叶片部件(1)之间的粘附，优选地，仅在确定各个部件的粘附的包含树脂的流体注入步骤期间发生所有叶片部件(1)彼此之间的粘附，优选地不发生叶片部件(1)彼此的其他结合步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，对于所生产的每个叶片(1)，注入步骤是单次的。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括加热所述模具中的至少一个，优选地加热所述第一模具(100)、所述第三模具(130)和所述第二模具(102)之中的一个或多个的步骤。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述流体材料在室温下注入和/或预热后注入。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一模具(100)、所述第二模具(102)和所述第三模具(130)中的至少一个包括用于所述模具的加热系统，所述加热系统优选地包括嵌入模具主体中并被配置为将所述模具加热至所需温度的加热元件；特别地，嵌入在所述模具主体中的加热元件选自被配置为由温度在10度和100度之间的流体横穿的导管以及被配置为由电流横穿并通过焦耳效应加热的导电体组成的一组。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在所述纤维材料片(101)之间铺设以下一种或多种的步骤：优选地包括PVC或PET或轻木材料的芯元件(15)，芯材，由用于增加叶片结构(1)的刚度的碳纤维制成的预制元件，拉挤元件；后部元件(13)；和/或后壁(40)；特别地，元件中的一个或多个在注入步骤期间嵌入所述复合材料中，并且特别地在所有侧面上被所述纤维材料片(101)和包含树脂的流体材料覆盖。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间的优选地气密密封的封闭容积(200)经由导管(400)和通道(300)与外部连通，包含树脂的流体材料通过所述导管(400)和所述通道(300)注入以浸渍纤维材料；所述第一模具(100)和所述第三模具(130)中的至少一个包括沿着侧部(100b、100c、130b、130c)中的至少一个形成的多个通道(300)；所述通道(300)与所述导管(400)连通并通过所述导管(400)供料；所述方法包括通过所述导管(400)和所述通道(300)用包含树脂的流体材料浸渍所述材料纤维的步骤；优选地所述通道(300)的数量与所述导管(400)的数量的比率等于10至100范围内的k值，优选为20、30、40、50、60；优选地，沿着内模具(102)的外表面(102a)形成由另外的导管供料的多个另外的通道；优选地，外模具(100、130)包括密封通道，所述内模具(102)的另外的导管经过所述密封通道从所述封闭容积(200)到达所述外模具(100、130)外部；优选地，所述方法包括以下步骤：通过另外的通道和另外的导管将液体材料注入到所述纤维材料片(101)中，优选地不使用真空密封袋。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：根据预定的堆叠顺序将所述多个纤维材料片(101)中的每个片铺设在所述第一模具(100)、所述第二模具(102)和所述第三模具(130)中的至少一个上；其中计算机处理器被配置为限定每个模具(100、102、130)的堆叠顺序和/或形状和尺寸和/或以下一项或多项的形状和尺寸：用于待生产的每个叶片的芯元件(15)、芯材、预制元件、拉挤元件、后部元件(13)和/或后壁(40)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述叶片(1)包括所述空腔(5)，并且其中所述根部(3)包括所述空腔(5)的开口；所述根部(3)中的开口具有一定的直径和/或一定的最小尺寸；每个第二模具(102)包括最大横向尺寸，特别是垂直于每个第二模具(102)长度的最大横向尺寸，所述最大横向尺寸小于在所述叶片(1)的根部(2)中形成的开口的直径和/或最小尺寸，特别地通过所述根部(2)的开口将所述叶片(1)的内部与所述叶片(1)的外部连接；所述方法包括在所述叶片(1)形成后通过所述叶片(1)的空腔将所述第二模具(102)抽出的步骤；优选地，所述第二模具(102)的数量大于1。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：沿位于所述叶片空腔(1)的开口处的叶片(1)的根部(2)的中空表面钻径向于轴线(A)的孔和平行于所述轴线(A)的孔，优选地径向孔被构造成容纳所述叶片(1)的根部(2)和风力涡轮机的轮毂之间的紧固件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括以下步骤：在所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间铺设密封元件，以在所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间形成所述封闭容积(200)，所述密封元件优选地包括氯丁橡胶和/或丁基橡胶；特别地，铺设所述密封元件使得其被放置在所述第一模具(100)的侧部(100a、100c)和所述第三模具(130)的侧部(130a、130c)之间，特别地，其在一侧与所述第一模具(100)的侧部(100a、100c)接触，并且在另一侧与所述第三模具(130)的侧部(130a、130c)接触；被插入密封元件的侧部(100b、130b、100c、130c)限定封闭，所述封闭确保所述第一模具(100)和所述第三模具(130)之间的封闭容积(200)中的气密密封。
13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在不使用真空密封袋的情况下在所述封闭容积(200)中产生真空的步骤。
14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第二模具(102)是刚性的，特别地使得所述第二模具(102)的容积和/或形状，优选为外部，在受到施加在所述第二模具(102)的外表面上的压力时不会变化；特别地，当压力，优选地小于2巴，特别地在1巴至2巴之间的范围，特别地从1.01巴至2巴，施加到所述第二模具(102)的外表面时，横向部分具有最大移动，特别是在所述压力作用的方向上，优选地小于5mm，特别地小于2mm，优选地小于1mm，特别地小于0.5mm；特别地，所述第二模具(102)无法弹性变形。
15.一种通过前述权利要求中任一项所述的方法制造的用于风力涡轮机的风力叶片。
16.一种用于风力涡轮机的风力叶片，包括尖端(3)和根部(2)并且沿着轴线(A)从所述根部(2)延伸至所述尖端(3)；叶片(1)包括由复合材料制成的单一结构，所述复合材料包括多个纤维材料(101)和包含树脂的硬化流体材料；所述硬化流体材料已经在单次注入步骤中被注入到多个材料纤维中，以便形成单一结构，从而限定单一整体。
17.根据权利要求16所述的风力叶片，包括一个或多个元件：一个或多个芯元件(15)；一个或多个芯材；一个或多个预制元件；拉挤元件；后部元件(13)；后壁(40)；以及一个或多个腹板(6)；其中所述一个或多个元件嵌入所述复合材料中，特别地，所述一个或多个元件在所有侧面上被至少一个纤维片和包含树脂的硬化流体材料包围；优选地，所述一个或多个元件由多孔材料制成并且用包含树脂的硬化流体材料浸渍。
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