[发明专利]包括带有凹部和预制梁帽的空气动力学叶片壳体的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及制造风力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片的中间产品的方法。本发明还涉及风力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片的中间产品。

背景技术

风力涡轮机叶片常根据两种结构设计中的一种来制造，即将薄型空气动力学壳体胶粘到主梁上的设计，或者将梁帽（spar cap）也称作主层压件（main laminates）与空气动力学壳体一体成型的设计。

在上述第一种设计中，主梁构成叶片的承载结构。主梁与空气动力学壳体或壳体部件分开制造。空气动力学壳体常制造为两个壳体部件，典型地为压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。两个壳体部件胶粘或以另外方式连接到主梁，并且还沿着壳体部件的前缘和后缘彼此胶粘到一起。这种设计的优点是关键的承载结构可单独制造，并因此较容易控制。进一步地，这种设计容许多种不同制造方法来生产梁，例如模制和纤维缠绕成型。

在上述第二种设计中，梁帽或主层压件与壳体一体成型，并与空气动力学壳体一起模制。主层压件典型地包括与叶片其余部分相比而言较高数量的纤维层，并且可形成风力涡轮机壳体的局部增厚部分，至少就上述数量的纤维层而言。因此，主层压件可形成叶片内的纤维插入部分。在这种设计中，主层压件构成承载结构。叶片壳体典型地设计为具有与压力侧壳体部件一体成型的第一主层压件和与吸力侧壳体部件一体成型的第二主层压件。第一主层压件和第二主层压件典型地借助于一个或多个抗剪腹板连接，上述抗剪腹板例如可为C形或I形的。对于很长叶片而言，叶片壳体还沿着纵向长度范围的至少一部分包括位于压力侧壳体内的附加的第一主层压件和位于吸力侧壳体内的附加的第二主层压件。这些附加的主层压件也可借助于一个或多个抗剪腹板连接。这种设计的优点是借助于模制叶片壳体部件而较容易控制叶片的空气动力学形状。

真空灌注或VARTM（真空辅助树脂传递模塑成型）是一个方法，其典型地用来制造复合结构，例如包括纤维增强基体材料的风力涡轮机叶片。

在填充模具的工艺过程中，真空——在此方面，所述真空理当理解为欠压或负压——借助于模腔内的真空出口而产生，由此液体聚合物经由入口通道被汲入模腔内，以填充所述模腔。当流动前沿朝真空通道移动时，由于负压，上述聚合物从入口通道向模腔内的所有方向分散。因此，重要的是最佳地定位入口通道和真空通道，以实现对模腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模腔内完全分布，常常是困难的，因此这经常导致所谓的干斑，即具有未充分浸渍树脂的纤维材料的区域。因此，干斑是纤维材料未被浸渍的区域，并且是可存在气穴的区域，这些区域难于或不可能通过控制真空压力和入口侧处的可能超压而去除。在采用刚性模具部件和呈真空袋形式的弹性模具部件的真空灌注技术中，可在填充模具工艺之后，通过在相应位置刺穿袋和通过例如借助于注射针来抽出空气，对干斑进行修补。液体聚合物可任选地注射进相应位置，这可例如也借助于注射针来完成。这是个耗时麻烦的过程。在大模具部件的情况下，工作人员必需站在真空袋上。这是不希望的，尤其在聚合物尚未硬化时是不希望的，这是因为它可导致已插入的纤维材料变形以及因此导致结构局部弱化，从而可例如引发屈曲效应。

在大多数情况下，所施加的聚合物或树脂是聚酯、乙烯基酯、或环氧树脂，但也可为PUR（聚氨酯）或pDCPD（聚双环戊二烯），纤维增强物最经常的是基于玻璃纤维或碳纤维的。环氧树脂在多个性能方面具有优点，例如固化期间的收缩性（转而潜在地导致层压件中的较少褶皱）、电性能、以及机械强度和疲劳强度。聚酯和乙烯基酯具备的优点是它们提供较好的对凝胶漆（gelcoat）的粘结性能。因此，在制造壳体过程中，通过在将纤维增强材料设置在模具内之前将凝胶漆施加到模具，可将凝胶漆施加到壳体的外表面。因此，可避免多种模制后的操作，例如喷涂叶片。进一步地，聚酯和乙烯基酯比环氧树脂便宜。因此，制造工艺可简化，成本可降低。

复合结构常包括覆盖有纤维增强材料的芯部材料，纤维增强材料例如为一个或多个纤维增强聚合物层。芯部材料可用作这些层之间的间隔物以形成夹层结构，并典型地由刚性轻质材料制成，以减小复合结构的重量。为了确保在浸渍工艺中高效分布液体树脂，芯部材料可设置有树脂分布网，例如通过在芯部材料表面内提供通道或沟槽来设置。