[发明专利]风轮机叶片的制造方法和风轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及一种风轮机叶片的制造方法。在另一方面，本发明涉及通过采用某种生产方法生产出的风轮机叶片。

背景技术

由于风轮机发展的趋势是向着大尺寸的风轮机发展，因此风轮机叶片的尺寸也已经大幅增加，特别是对近海风轮机的叶片而言。作为这种发展的结果，制造风轮机叶片成为极其困难的任务，其重要性近年来已经显著增加。

由于风轮机叶片尺寸巨大，因此风轮机叶片不能制造为一体件。通常，单独地制造出两个叶片半壳，随后将它们连结起来。用多个生产步骤由多个叶片半壳部件制造每一叶片半壳也是常见的。这些部件在连结模具中结合以形成整个叶片半壳。通常采用诸如粘合膏的粘合剂将叶片半壳的不同部件结合起来。涂覆粘合剂的缺点在于粘合剂的分布和结合强度几乎不可控制，从而导致连接质量不同。

US2009/0155084A1公开了一种风轮机叶片的制造方法，该方法试图解决上面提及的问题。所述方法包括沿着叶片的纵向方向组装多个风轮机叶片区段。通过提供增强粘合剂分布的结合格子，来完成利用粘合剂将风轮机叶片的不同区段结合起来。该技术方案的缺点在于叶片布置成纵向方向上的多个区段，因为这限制了使用沿叶片的纵向方向延伸的加强元件，例如梁帽。另一个缺点在于上述方法非常麻烦，因此没有减少有关用粘合剂结合叶片区段的工作。

另一个主要的缺点在于进入连结模具受到限制，这也增加了制造风轮机叶片的工作，因此导致难以将待结合的叶片部件或叶片构筑材料放置在连结模具中。

发明内容

本发明的目的在于提供一种风轮机叶片的改进的制造方法。本发明的另一目的在于提供一种通过该改进的制造方法生产的风轮机叶片。

根据本发明，制造风轮机叶片的方法包括在模具中预先制造第一叶片构件的步骤。预先制造的第一叶片构件置于连结模具(joining mold)中，并利用真空辅助灌注工艺(vacuum assisted infusion process)结合到第二叶片构件，从而形成一体的叶片部件。连结模具可以是预先制造第一叶片构件的同一模具或者可以是不同的模具。

预先制造的第一叶片构件优选包括梁帽(spar cap)。梁帽是叶片的主要结构件，其承载叶片重量和作用于叶片上的载荷。梁帽包括复合材料，复合材料的纤维在叶片的纵向方向上延伸，梁帽沿着叶片的基本上整个长度延伸。在本发明的另一实施例中，预先制造的第一叶片构件包括两个梁帽，这两个梁帽通过坚固的壳结构连接。壳结构也可以包括复合材料，优选是整体式结构或夹入型(sandwich type)结构。

预先制造第一叶片构件可以利用灌注工艺以一个步骤完成，或者以多个步骤完成，所述多个步骤包括通过灌注预先制造梁帽以及通过直接纱(directroving)连接梁帽和壳结构。

利用真空辅助灌注工艺来进行第一和第二叶片构件之间的结合。术语“灌注工艺(infusion process)”涉及包括灌注用于结合的结合手段的步骤的任何结合工艺。术语“真空辅助(vacuum assisted)”指的是向灌注有结合手段的区域施加真空。优选地，真空这样来施加：使用箔作为真空袋，其覆盖待灌注的区域以允许产生真空。一旦建立了真空，就确保了结合手段的均匀且可控的流动。结果，可以获得良好的结合质量。

在本发明的进一步实施例中，该方法包括如下步骤：使预先制造的第一叶片构件固化、使预先制造的第一叶片构件脱模、以及将预先制造的第一叶片构件运送至连结模具，在该连结模具中预先制造的第一叶片构件结合到第二叶片构件以形成叶片构件的一体部件。优选地，一体的叶片部件经过固化并再次利用真空辅助灌注工艺结合到其它的叶片构件。这些步骤重复进行，直到完成叶片半壳或整个叶片。在本文中，固化(curing)可以指预固化(pre-curing)或后固化(post-curing)，其中在预固化之后已经获得一定程度的刚性但还没有建立完全强度，在后固化之后已经显现构件的完全强度。

在本发明的进一步实施例中，预先制造的第一叶片构件包括至少一个梁帽。优选地，预先制造的第一叶片构件定位于连结模具的工人通常很难接近的中央。进一步优选地，预先制造的第一叶片构件沿着待制造的叶片的基本上整个长度延伸。将已经预先制造出来的叶片构件定位在连结模具的中央区域，消除了工人在模具内走动或者使用起重机来接近该中央区域的需要。由于克服了通常接近连结模具的中央区域极为受限的问题，因此这极大地简化了叶片构造。