[发明专利]风轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及制作风轮机叶片的改进方法，并且涉及根据此方法制作的风轮机叶片。

背景技术

图1是风轮机转子叶片10的剖面图。叶片具有外壳，该外壳由两个半壳(迎风壳11a与背风壳11b)制造成。壳11a与11b通常由玻璃纤维加强塑料(GRP)模制成。外壳11的一部分为夹层板构造，并且包括诸如轻质泡沫(例如聚氨酯)或者轻木之类的轻质材料的芯12，该芯夹在内GRP层或者“蒙皮”13与外GRP层或者“蒙皮”14之间。对于本领域中的技术人员而言，其他芯材将是显而易见的。

叶片10包括翼梁帽15a与15b的形式的第一对承重结构以及翼梁帽16a与16b的形式的第二对承重结构。各对翼梁帽15a与15b、16a与16b布置在壳11a与11b的夹层板区域之间。每对中的一个翼梁帽15a、16a与迎风壳11a整合在一起并且每对中的另一个翼梁帽15b、16b与背风壳11b整合在一起。各对中的翼梁帽相互对置并且沿叶片10的长度纵向延伸。

第一纵向延伸的抗剪腹板17a桥接第一对翼梁帽15a与15b，并且第二纵向延伸的抗剪腹板17b桥接第二对翼梁帽16a与16b。抗剪腹板17a和17b与翼梁帽15a和15b以及翼梁帽16a和16b相结合而形成一对I形梁结构，这对I形梁结构将负载从旋转的叶片10有效地传递至风轮机的轮毂。翼梁帽15a和15b以及16a和16b特别传递伸缩弯曲负载，而抗剪腹板17a和17b传递叶片10中的剪切应力。

每个翼梁帽15a和15b以及16a和16b均具有大体矩形截面，并且由一叠预制的加强板条18构成。板条18是碳纤维加强塑料(CFRP)的预固化拉挤成型板条，并且板条18基本是平坦的而且具有矩形截面。堆叠中的板条18的数量取决于板条18的厚度以及壳11a与11b的所需厚度，但是通常板条18均具有几毫米的厚度，并且通常在堆叠中会有三至十二个板条。板条18具有高拉伸强度，并因此具有高承载能力。

现在将借助实施例参照图2与图3描述利用树脂灌注工艺制作的叶片10。参照图2，此图以截面示出了用于风轮机叶片的半壳的模具20。玻璃纤维层22布置在模具20中以形成叶片10的外蒙皮14。三个细长的聚氨酯泡沫板24布置在玻璃纤维层22的顶部上以形成上文提到的夹层板芯12。泡沫板24相互间隔开以限定位于其间的一对通道26。如上文参照图1描述的，多个拉挤成型的CFRP板条18堆叠在相应的通道26中。此实施例的每个堆叠中示出有三个板条18，但是一个堆叠中可以有任一数量的板条18。

参照图3，一旦堆叠起板条18，就在拉挤成型的板条18的堆叠和泡沫板24的顶上布置第二玻璃纤维层28。第二玻璃纤维层28形成叶片10的内蒙皮13。接着，将真空装袋膜30放置在模具20上以覆盖堆叠体。利用密封胶带32将真空装袋膜30密封至模具20的凸缘34。利用真空泵36从模具20和真空装袋膜30之间的密封区提取出空气，并将树脂38供应至密封区。树脂38灌注在各个层压层之间并且填充层压堆叠体中的任一间隙。一旦充足的树脂38供应到模具20，就在维持真空的同时加热模具20以使树脂38固化并将各个层结合在一起，从而形成叶片的半壳。根据相同的工艺制作另一半壳。然后，沿壳的前缘与后缘施加粘合剂，并且将壳结合在一起而形成完整的叶片。

翼梁帽15a和15b以及16a和16b整合在外壳11a与11b的结构内会避免对诸如加强梁之类的单独的翼梁帽的需求，在一些传统风轮机叶片中通常将该加强梁结合至壳的内表面。EP 1 520 983、WO 2006/082479、以及UK专利申请GB 2497578中描述了具有与壳整合的翼梁帽的转子叶片的其他实施例。

当利用树脂灌注工艺制造风轮机叶片时，重要的是在灌注过程中控制树脂流体前沿以确保树脂均匀而完全地灌注整个层压堆叠体并且均匀而完全地在所有壳部件之间灌注。如果不仔细控制流动前沿，那么会在叶片结构中出现气穴(也称作“阻隔段(lock off)”或者空隙)。树脂在叶片的特定区域中的不完全灌注导致气穴，并且气穴会引起叶片结构中局部薄弱。

在此背景下研发出本发明，本发明提供一种制造风轮机叶片的改进方法。特别地，本发明增强对树脂灌注过程中树脂流动前沿的控制，并且消除或者至少明显减小气穴形成的可能性。本发明既涉及问题的辨识，又涉及对问题的解决。

现在将参照图4至图8详细描述发明人辨识的具体问题。