用于風(fēng)輪機葉片的增強板條的制作方法
【專利摘要】一種用于風(fēng)輪機葉片的縱向增強結(jié)構(gòu)的纖維增強聚合材料板條，所述板條具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一橫向邊緣和第二橫向邊緣之間沿縱向延伸，其中所述板條的端部區(qū)域的厚度朝向所述第一橫向邊緣漸縮，并且其中一個或多個槽縫被限定在漸縮端部區(qū)域中，所述或每個槽縫從所述板條的所述第一橫向邊緣沿縱向延伸到所述漸縮端部區(qū)域中。
【專利說明】
用于風(fēng)輪機葉片的増強板條
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及包括承重結(jié)構(gòu)元件的堆疊的風(fēng)輪機部件，并且涉及制出這樣的部件的方法以及供在這樣的部件中使用的結(jié)構(gòu)元件。在本發(fā)明的特定實施方式中，所述部件是包括整合在風(fēng)輪機葉片的外殼內(nèi)的增強板條的堆疊的翼梁帽。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1圖示了風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子葉片10的橫截面。葉片10具有由兩個半殼制成的外殼11:迎風(fēng)外殼Ila和背風(fēng)外殼lib。外殼11a、Ilb由玻璃纖維增強塑料(GRP)模制。外殼11的一部分是夾芯板構(gòu)造，并且包括由夾在GRP內(nèi)層和外層或“蒙皮”13、14之間的輕質(zhì)泡沫(例如聚氨酯)制成的芯部12。
[0003]葉片10包括第一對翼梁帽15a、15b和第二對翼梁帽16a、16b。相應(yīng)各對翼梁帽15a、15b和16a、16b被布置在外殼10的夾芯板區(qū)域12之間。每對中的一個翼梁帽15a、16a與迎風(fēng)外殼I Ia整合，并且每對中的另一個翼梁帽15b、16b與背風(fēng)外殼I Ib整合。相應(yīng)各對的翼梁帽相互對置并且沿著葉片10的長度縱向延伸。
[0004]第一縱向延伸的剪切腹板17a橋接第一對翼梁帽15a、15b，并且第二縱向延伸的剪切腹板17b橋接第二對翼梁帽16a、16b。剪切腹板17a和17b與翼梁帽15a、15b、16a、16b組合而形成一對工字梁結(jié)構(gòu)，將負(fù)載從旋轉(zhuǎn)的葉片10有效地傳遞到風(fēng)輪機的輪轂。特別是，翼梁帽15a、15b、16a、16b傳遞拉伸和壓縮彎曲負(fù)載，而剪切腹板17a和17b傳遞葉片10中的剪切應(yīng)力。
[0005]圖示了常規(guī)翼梁帽15a的立體圖。翼梁帽15a具有大致矩形橫截面并且由預(yù)制的增強板條18的堆疊構(gòu)成。板條18是由碳纖維增強塑料(CFRP)制成的拉擠成型板條，并且基本平坦并具有矩形橫截面。板條I8通過拉擠(為類似于擠出的連續(xù)工藝)形成，其中纖維被拉動通過液態(tài)樹脂供給裝置并且通過使板條18成形的模具。然后通過以下手段使樹脂固化:例如通過在敞開的腔室中加熱，或者通過采用在拉擠成型板條18時使樹脂固化的加熱模具。板條18具有尚拉伸強度，因而具有尚承載能力。
[0006]堆疊中的板條18的數(shù)目取決于板條18的厚度和外殼11的需要厚度，但通常板條18各具有幾毫米厚度并且可能在堆疊中通常存在四個到十二個之間的板條。從最下面的板條18到最上面的板條18的板條長度減小，并且板條18的端部19沿著翼梁帽15a的長度交錯。每個端部19是漸縮的，以便于堆疊中的板條18之間的應(yīng)力傳遞。
[0007]為了整合風(fēng)輪機葉片10的部件，使用樹脂灌注(RI)工藝。將包括待形成翼梁帽15a、15b、16a、16b的板條18的堆疊的結(jié)構(gòu)部件鋪放在模腔中。所述部件被密封，將真空施加到密封區(qū)域，并且引入樹脂。真空壓力導(dǎo)致樹脂在部件層上方并圍繞部件層流動，并且流入堆疊的板條18之間的空間。為了完成該過程，樹脂灌注的鋪疊件被固化，以使樹脂硬化并將各種層壓層結(jié)合在一起而形成葉片10。
[0008]由于拉擠工藝，上述被拉擠的增強板條18趨于具有相對光滑平坦的外表面20。當(dāng)板條18上下堆疊在模具中時，因此在相鄰的板條18之間存在非常小的空間。這種空間的缺少難以在施加真空時將空氣移出堆疊，并且空氣可能困在板條18之間并且形成氣泡。當(dāng)樹脂被灌注到板條18之間時，樹脂灌注在這些氣泡周圍，并且空間的缺少使得難以讓樹脂把氣泡推出堆疊。氣泡因此保留在板條之間，在成品部件中造成無樹脂區(qū)。特別成問題的是，無樹脂區(qū)形成在板條18的端部19處或附近。無樹脂區(qū)充當(dāng)可以在應(yīng)力下傳播的裂紋，導(dǎo)致板條18脫層，并且在極端的情況下，造成葉片10發(fā)生故障。
[0009]本發(fā)明的目的是減輕或克服這種問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]在該【背景技術(shù)】下，并且根據(jù)第一方面，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)輪機葉片的縱向增強結(jié)構(gòu)的纖維增強聚合材料板條，所述板條具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一橫向邊緣和第二橫向邊緣之間沿縱向延伸，其中所述板條的端部區(qū)域的厚度朝向所述第一橫向邊緣漸縮，并且其中一個或多個槽縫被限定在漸縮端部區(qū)域中，所述或每個槽縫從所述板條的所述第一橫向邊緣沿縱向延伸到所述漸縮端部區(qū)域中。
[0011]本發(fā)明因此提供了一種具有漸縮端部區(qū)域的板條，在所述漸縮端部區(qū)域中設(shè)置了槽縫。當(dāng)所述板條整合到縱向增強結(jié)構(gòu)中，并且多個這樣的板上下堆疊且灌注樹脂時，樹脂灌注到所述槽縫中并且被固化，以在每個槽縫中形成已固化樹脂區(qū)域。這些已固化樹脂區(qū)域充當(dāng)裂紋停止器:困在板條之間以及板條的所述漸縮端部區(qū)域下方的氣泡可以充當(dāng)傳播而使所述板條脫層的裂紋，裂紋將無法傳播通過所述槽縫中的已固化樹脂區(qū)域。由此，困在相鄰的板條之間的任何氣泡將僅導(dǎo)致所述板條的局部區(qū)域脫層，而所述板條的剩余部分將通過所述槽縫屏蔽掉氣泡。
[0012]以這種方式，由于所述板條脫層而使所述縱向增強結(jié)構(gòu)失效的可能性借助所述槽縫而降低。由此，整合根據(jù)本發(fā)明的板條的縱向增強結(jié)構(gòu)以及因此整合這樣的縱向增強結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機葉片在應(yīng)力下不太可能失效。
[0013]所述板條的所述第一橫向邊緣可由被所述或每個槽縫相互間隔開的多個指部限定。以這種方式，由氣泡導(dǎo)致的任何脫層都可以局部化至氣泡源自的那一指部。
[0014]所述板條可包括沿著所述第一橫向邊緣相互間隔開的多個槽縫。所述多個槽縫中的每個均充當(dāng)裂紋停止器，將脫層局部化到所述槽縫之間的所述板條的甚至更小的區(qū)域。
[0015]所述板條可進一步包括限定在所述板條的上表面和/或下表面中的一個或多個縱向延伸的溝槽。所述板條的上表面或下表面中的溝槽是特別有利的，因為所述溝槽提供了在樹脂灌注過程中空氣可容易逸出的通道。這減少了空氣被困在所述堆疊中的所述板條之間的機會。
[0016]所述或每個槽縫可限定在相應(yīng)溝槽的端部處。以這種方式，每個溝槽均可通向槽縫中，使得在樹脂灌注過程中經(jīng)由溝槽逸出的任何空氣都可以通過所述槽縫從所述板條之間容易地釋放。
[0017]所述板條的與所述第一橫向邊緣相鄰的厚度可小于所述或每個溝槽的深度，使得所述或每個溝槽限定相應(yīng)的槽縫。這是特別有利的，因為在所述板條中形成所述或每個溝槽將在所述板條的端部區(qū)域中形成相應(yīng)一個或多個槽縫而無需任何額外制造步驟。
[0018]所述或每個溝槽可基本上沿著所述板條的整個長度延伸。以這種方式，所述通道可沿著所述板條的整個長度設(shè)置，以允許空氣在灌注過程中特別有效地逸出。
[0019]所述或每個溝槽可以是模制的溝槽。以這種方式，所述或每個溝槽可在制成所述板條時進行模制。例如，所述或每個溝槽可在拉擠工藝中模制到所述板條中。
[0020]另選地，所述或每個溝槽可通過從所述板條去除材料而形成。以這種方式，可在已形成所述板條之后形成所述或每個溝槽。例如，可在制造周期的其它工藝階段期間從所述板條去除材料。
[0021]所述或每個溝槽可限定在所述板條的下表面中。另選地，所述或每個溝槽可限定在所述板條的上表面中。
[0022]所述板條的所述漸縮端部區(qū)域可由所述上表面的漸縮端部限定。所述上表面的所述漸縮端部是彎曲的。這在所述板條在成品縱向增強結(jié)構(gòu)中布置在堆疊中時是特別有利的，曲面在所述堆疊的板條之間提供特別好的應(yīng)力傳遞。
[0023]所述上表面的所述漸縮端部可通過從所述板條去除材料而形成。
[0024]在包括一個或多個縱向溝槽且包括所述板條的所述上表面的漸縮端部的實施方式中，所述或每個溝槽可限定在所述上表面的所述漸縮端部中。以這種方式，所述溝槽可以在形成所述漸縮端部時設(shè)置在所述上表面的所述漸縮端部中。
[0025]所述或每個槽縫可延伸到所述板條的所述漸縮端部區(qū)域中的路程的大約5%到大約40%之間。
[0026]所述板條的第二端部區(qū)域可朝向所述第二橫向邊緣漸縮，并且一個或多個槽縫可限定在所述第二端部區(qū)域中。上文相對于所述第一端部區(qū)域描述的優(yōu)選和/或可選特征可單獨應(yīng)用或者也以適當(dāng)?shù)慕M合應(yīng)用到第二區(qū)域。所述第一端部區(qū)域和所述第二端部區(qū)域可基本相同，或者在一些實施方式中，所述第一端部區(qū)域和所述第二端部區(qū)域的特征可不同。
[0027]本發(fā)明還涉及一種包括上述板條的用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)。在這樣的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)中，所述或每個槽縫可至少部分地填充有聚合材料。
[0028]所述細(xì)長增強結(jié)構(gòu)可包括如上所述上下堆疊的多個板條。
[0029]所述細(xì)長增強結(jié)構(gòu)可以是風(fēng)輪機葉片的翼梁帽。
[0030]本發(fā)明還涉及一種包括上述細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機葉片，涉及一種包括這樣的風(fēng)輪機葉片的風(fēng)輪機，并且涉及一種包括這樣的風(fēng)輪機的風(fēng)電場。
[0031]根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種制造用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括:a)提供如上所述的多個板條;b)堆疊所述板條，使得每個板條的上表面或下表面抵接堆疊中的相鄰的板條的下表面或上表面，以在相鄰的板條之間限定界面區(qū)；c)為堆疊后的板條供應(yīng)樹脂并且致使樹脂滲透到相鄰的板條之間的所述界面區(qū)中并滲透到所述或每個槽縫中；以及d)使樹脂固化以將所述板條結(jié)合到一起。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的方法因此生產(chǎn)一種包括板條的堆疊的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)，所述板條包括至少一個槽縫，并且所述槽縫至少部分地填充有已固化樹脂。如上所述，所述已固化樹脂充當(dāng)裂紋停止器。以這種方式，根據(jù)本發(fā)明的所述縱向增強結(jié)構(gòu)并因此整合這樣的縱向增強結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機葉片不太可能在應(yīng)力下失效。
[0033]步驟(b)可包括:在模制工具中堆疊多個板條。所述模制工具可以是葉片模具，或者所述模制工具可以是配置成模制分離的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的分離式模制工具。
[0034]所述方法可包括:視覺檢驗所述板條的所述或每個槽縫的長度，并且如果所述槽縫的長度低于閾值長度，則用不同的板條更換所述板條，或者機加工所述板條的漸縮端部。這是本發(fā)明的特別優(yōu)點:所述槽縫允許容易地視覺檢驗所述板條的所述漸縮端部的質(zhì)量。與常規(guī)板條對比，常規(guī)板條檢查所述漸縮端部的質(zhì)量涉及進行多種測量并且是相對耗時的
[0035]本發(fā)明還涉及一種用于根據(jù)上述方法制造的風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)。
[0036]根據(jù)另一方面，本發(fā)明涉及一種制造用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的板條的方法，所述方法包括:a)提供由纖維增強聚合材料制成的細(xì)長板條，所述板條具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一橫向邊緣和第二橫向邊緣之間沿縱向延伸;b)成形所述板條的端部區(qū)域以形成所述板條的朝向所述板條的橫向邊緣厚度漸縮的漸縮端部區(qū)域；以及c)在所述板條中形成從所述板條的所述橫向邊緣沿縱向延伸到所述漸縮端部區(qū)域中的至少一個槽縫。
[0037]步驟(b)和(C)可同時發(fā)生，使得所述漸縮端部區(qū)域和所述或每個槽縫可同時形成。這減少了制造步驟的數(shù)量，因而減少了制造過程所需要的時間和成本。
[0038]步驟(a)可包括:通過拉擠工藝形成所述板條，其中增強纖維被拉動通過拉擠模具。
[0039]所述方法可包括:在所述板條的上表面和/或下表面中形成一個或多個縱向延伸的溝槽，所述溝槽沿著所述板條的所述漸縮端部區(qū)域的至少一部分延伸。在通過拉擠工藝形成所述板條的實施方式中，所述拉擠模具可包括布置成作為所述拉擠工藝的一部分在所述板條中形成所述溝槽的特征。以這種方式，在拉擠所述板條時，所述溝槽可以設(shè)置在所述板條上，從而不需要分離的溝槽形成步驟。
[0040]步驟(C)可包括:通過成形所述板條的所述端部區(qū)域而形成所述至少一個槽縫，使得所述板條在所述橫向邊緣處的厚度小于所述溝槽的深度。
[0041]所述方法可包括:通過從所述板條去除材料形成所述溝槽。步驟(b)可包括:從所述板條去除材料以形成所述漸縮端部區(qū)域。在這種情況下，所述方法可包括:在形成所述漸縮端部區(qū)域的同時形成所述溝槽，使得從所述板條去除材料而同時形成所述漸縮端部區(qū)域和所述溝槽兩者。為了實現(xiàn)這一點，所述方法可包括:使用研磨滾筒使所述板條的所述端部區(qū)域漸縮，在所述滾筒的外表面上限定有溝槽形成特征。
[0042]本發(fā)明進一步涉及一種制造風(fēng)輪機葉片的方法，所述方法包括:a)提供如上所述的多個板條或者通過上述方法制成的多個板條;b)在葉片模具中將所述板條與其它葉片部件堆疊，使得每個板條的上表面或下表面抵接堆疊中的相鄰的板條的下表面或上表面，以在相鄰的板條之間限定界面區(qū)；以及c)通過以下手段將堆疊后的板條與其它葉片部件整合以形成葉片:i)為堆疊后的板條和其它葉片部件供應(yīng)樹脂；ii)致使樹脂滲透到相鄰的板條之間的所述界面區(qū)及其它葉片部件中；以及iii)使樹脂固化以將所述板條結(jié)合到一起。
【附圖說明】
[0043]圖1和圖2分別是常規(guī)風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子葉片的截面圖和形成常規(guī)風(fēng)輪機轉(zhuǎn)子葉片的一部分的翼梁帽的立體圖，已經(jīng)在上文通過本發(fā)明【背景技術(shù)】的方式描述。為了可能更容易地理解本發(fā)明，現(xiàn)在將參照其余附圖描述本發(fā)明的【具體實施方式】，其中:
[0044]圖3是用于根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0045]圖4是圖3的沿著線A-A截取的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0046]圖5是形成圖3的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的一部分的由纖維增強的聚合材料制成的板條的部分立體圖；
[0047]圖6是圖5的板條的部分側(cè)視圖；
[0048]圖7是從圖5的板條下面觀察的部分立體圖；
[0049]圖8a是圖5的沿著圖5中的線B-B截取的板條的截面圖，并且圖Sb是圖8a的一部分的放大視圖；
[0050]圖9a和圖9b是圖3的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的部分立體圖，圖示了細(xì)長增強結(jié)構(gòu)中存在氣泡的效果，并且圖9c和圖9d是圖9a和圖9b的橫截面視圖；
[0051]圖10是用于形成圖3至圖9的板條的拉擠設(shè)備的立體圖；
[0052]圖11是形成圖10設(shè)備的一部分的模具的截面圖；
[0053]圖12是使用圖10和圖11的設(shè)備制成的拉擠成型板條的立體圖；
[0054]圖13是用于風(fēng)輪機葉片的另一細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的立體圖；
[0055]圖14是沿著圖13的線C-C截取的圖13的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0056]圖15是根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的板條的部分立體圖；
[0057]圖16是圖15的板條的部分側(cè)視圖；
[0058]圖17a是圖15的沿著線D-D截取的板條的截面圖，并且圖17b是圖17a的一部分的放大視圖；
[0059]圖18是圖15的沿著圖15中的線E-E截取的板條的截面圖；
[0060]圖19是形成用于制成圖15至圖18的板條的設(shè)備的一部分的滾筒的橫截面視圖；
[0061]圖20是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的兩個板條的兩個部分截面圖；以及
[0062]圖21是根據(jù)本發(fā)明的另一實施方式的板條的部分側(cè)視圖。
【具體實施方式】
[0063]圖3和圖4圖示了采取縱向延伸的翼梁帽形式的用于風(fēng)輪機葉片的增強結(jié)構(gòu)30。
[0064]翼梁帽30是細(xì)長的以限定縱向軸線L，并且包括采取上下堆疊的纖維增強聚合材料細(xì)長板條32形式的多個結(jié)構(gòu)元件。每個板條32均包括下主表面34和上主表面36。當(dāng)布置在堆疊中時，一個板條32的下表面34抵接堆疊中的相鄰的板條32的上表面36，并且圖4中最佳觀看的界面區(qū)38被限定在相鄰的板條32之間。
[0065]術(shù)語“上”和“下”出于方便并協(xié)助描述的可讀性而在本文中使用。然而，這些術(shù)語不應(yīng)該被視為不適當(dāng)?shù)叵拗票景l(fā)明的范圍。應(yīng)該了解的是，在一些情況下，板條32的下表面34可在上表面36上方。這將發(fā)生在板條32上下翻轉(zhuǎn)的時候，例如板條32被整合在風(fēng)輪機葉片中的時候，于是板條32的取向?qū)⑷Q于葉片的取向。不過，當(dāng)孤立地考慮板條32時，術(shù)語“上，，和“下，，是方便的。
[0066]如圖4中示出的，板條32的下表面34和上表面36之間的垂直距離限定板條的厚度t。在圖示的實施方式中，表面34、36的大部分是平坦的，使得板條32的大部分的厚度是恒定的并且大約為5mm。
[0067]再次參照圖3，每個板條32均包括布置在板條32的相對兩端41、43處的兩個端部區(qū)域40、42;第一端部區(qū)域40位于板條32的第一端部41處，并且第二端部區(qū)域42位于板條32的第二端部43處。端部區(qū)域40、42是彼此鏡像的。為便于參考，將參照圖5至圖7描述板條32的第一端部區(qū)域40，但是將了解的是，第二端部區(qū)域42的對應(yīng)特征基本上與第一端部區(qū)域40的特征相同。
[0068]圖5示出了單個板條32的第一端部區(qū)域40。在第一端部區(qū)域40中，上表面36的端部向下傾斜(即朝向下表面34)，以限定形成上表面36的一部分的漸縮端部表面44。換句話說，板條32的端部區(qū)域40的厚度朝向板條32的橫向邊緣46漸縮。
[0069]在端部區(qū)域40的一個端部處，上表面36的漸縮端部表面44匯合下表面34，以限定橫向邊緣46。在端部區(qū)域40的另一個端部處，漸縮端部表面44匯合上表面36的基本平坦中央部45，以限定板條32的脊部48。在示出的實施方式中，漸縮端部表面44限定大致拋物線并且延伸到板條32中的距離大約為500mm，該距離由圖5中的雙頭箭頭X表示。
[0070]仍參照圖5，朝向板條32的第一端部41，漸縮端部區(qū)域40包括一系列相互相鄰的縱向槽縫50，槽縫50從板條32的橫向邊緣46沿縱向延伸到第一端部區(qū)域40中。槽縫50被相互間隔開，使得指部52被限定在槽縫50之間。槽縫50和指部52并非從橫向邊緣46—直延伸到脊部48，而是僅部分地延伸到漸縮端部表面44中，停在脊部48的較淺處。在示出的實施方式中，槽縫50延伸到漸縮端部表面44中的大約1 %的路程(由圖5中的尺寸L指出)，具有大約50mm的長度。在其它實施方式中，槽縫可介于大約20mm到大約150mm之間。
[0071]圖7示出了板條32的下側(cè)，并且揭示漸縮端部區(qū)域40中的槽縫50由板條32的下表面34中的溝槽54限定。溝槽54是在板條32的相應(yīng)橫向邊緣46之間沿縱向連續(xù)延伸的平行通道。由于板條32的漸縮端部區(qū)域40，位于橫向邊緣46附近的板條32的厚度小于溝槽54的深度，使得在板條32的每個端部41、43處，溝槽54出現(xiàn)在漸縮端部表面44中以限定槽縫50。
[0072]現(xiàn)在參照圖8a和圖Sb的橫向截面圖，在此可以看出，溝槽54為大致矩形的橫截面。每個溝槽54的寬度(由圖8b的尺寸w指出)大約為2mm，并且可能介于2mm之間；并且每個溝槽54的深度(由圖8b的尺寸d指出)大約為0.7mm。因為板條3 2的大部分的厚度大約為2mm，所以除了漸縮端部區(qū)域40、42，每個溝槽54均延伸穿過板條32的厚度的大約35%。在該實例中，溝槽54相互間隔開大約33mm的間距距離(由圖8a的尺寸s指出)。間距距離s是相鄰溝槽54的對應(yīng)點之間的距離，例如位于如圖8a中示出的相應(yīng)溝槽54的中點之間。
[0073]為了制出圖3中圖示類型的翼梁帽30，與葉片的其它結(jié)構(gòu)元件一起，多個板條32上下堆疊在模腔(未示出)中。板條32被堆疊成使得一個板條32的下表面34抵接堆疊中的相鄰的板條32的上表面36，并且使得板條32的端部41、43交錯。葉片的部件被密封，并且真空被施加到密封區(qū)域。當(dāng)真空被施加到堆疊時，空氣被推出相鄰的板條32之間的界面區(qū)38。然后，樹脂被引入到密封區(qū)域中并且圍繞板條32灌注到界面區(qū)38中。樹脂還灌注到每個板條32的槽縫50和溝槽54中，并且溝槽54充當(dāng)樹脂的流動路徑，促使樹脂進入板條32之間的界面區(qū)38(參見圖4)。最后，樹脂被固化。
[0074]如作為本發(fā)明背景已經(jīng)描述的，在該過程中，氣泡可以形成在相鄰的板條32之間的界面區(qū)38中。然而，當(dāng)使用根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的板條時，在下表面34中存在溝槽54以及在板條32的端部區(qū)域40中存在槽縫50減輕了這些氣泡的影響，如現(xiàn)在將描述的。
[0075]首先，在制造過程中，當(dāng)真空被施加到板條32的堆疊時，下表面34中的溝槽54提供橫跨板條32的長度延伸的相對容易的空氣流動路徑。為了從界面區(qū)38去除空氣，空氣不需要一直被推到板條32的邊緣，而僅需要推至最近的溝槽54，以便經(jīng)由溝槽54所提供的容易空氣流動路徑逸出界面區(qū)38。由此，當(dāng)施加真空時，空氣更容易從界面區(qū)38去除，不太可能形成氣泡。
[0076]其次，如果盡管存在溝槽54氣泡還是形成在板條32的端部區(qū)域40、42中，氣泡56在翼梁帽30處于其最終固化狀態(tài)下時對翼梁帽30的不利影響因板條32的端部區(qū)域40中存在槽縫50和指部52而得以減少，如現(xiàn)在將參照圖9a至圖9d描述的。
[0077]如已經(jīng)作為背景描述的，一旦樹脂已被固化并且翼梁帽30處于其成品狀態(tài)下，形成在板條32的指部52a的界面區(qū)38中的氣泡56將充當(dāng)裂紋。如圖9a和圖9c示出的，在施加應(yīng)力時，裂紋56在界面區(qū)38中在板條32和樹脂之間傳播，會行進穿過指部52a的界面區(qū)38。
[0078]裂紋56傳播通過界面區(qū)38，隨著裂紋56的行進使指部52a脫層。當(dāng)裂紋56到達(dá)槽縫50時，界面區(qū)38被中斷，并且裂紋56遇到已固化的樹脂58的壁。樹脂58的韌性高，于是裂紋56不能輕易地穿透槽縫50中的樹脂58。裂紋56因此停止，不能傳播到槽縫50中。
[0079]以這種方式，氣泡56將導(dǎo)致僅其源自的指部52a脫層，而其余指部52b將通過槽縫50屏蔽掉氣泡56。氣泡56的不利影響從而限于板條32的單個指部52a。
[0080]由此，即使氣泡56確實形成，氣泡56也將導(dǎo)致僅板條32的一個指部52a脫層，而非整個板條32脫層。裂紋56的傳播因此被槽縫50阻礙，并且整合根據(jù)本發(fā)明的板條32的翼梁帽30以及因此整合這樣的翼梁帽的風(fēng)輪機葉片不太可能在應(yīng)力下失效。
[0081]上述板條32使用現(xiàn)在將參照圖10至圖12描述的兩階段制造工藝制成。
[0082]在第一階段中，如圖10中圖示的，由纖維材料制成的板條132通過拉擠工藝形成。為了形成板條132，將碳纖維60浸泡在樹脂中并拉動穿過模具62。
[0083]模具62的橫截面控制通過拉擠工藝形成的板條132的橫截面。如圖11中可以看到的，模具62包括模制板條132的相應(yīng)下表面134和上表面136的下模制表面64和上模制表面66 ο下模制表面64設(shè)置有溝槽形成特征，該溝槽形成特征采取從下模制表面64向內(nèi)突出的突起68的形式。當(dāng)碳纖維60被拉過模具62時，突起68形成位于主板條132的下表面134中的溝槽154。溝槽154的形狀由突起68的形狀決定;在這種情況下，突起68并因此溝槽154為矩形的橫截面。將碳纖維60連續(xù)拉擠穿過模具62以形成板條132，這在圖12中孤立地示出。
[0084]在制造工藝的第二階段中，漸縮端部表面44形成在板條132的端部區(qū)域40、42處，以形成翼梁帽30的結(jié)構(gòu)元件32。
[0085]為了使?jié)u縮端部表面44成形，在板條的每個端部處將研磨滾筒施加到板條132的上表面136 ο使?jié)L筒旋轉(zhuǎn)以從板條132去除材料。隨著滾筒的旋轉(zhuǎn)，它將橫跨板條132的端部區(qū)域40來回移動?？梢钥刂茲L筒的移動，以根據(jù)需要使?jié)u縮端部表面44成形，在這種情況下形成拋物線。
[0086]當(dāng)從板條32的端部區(qū)域40去除材料時，下表面34中的溝槽54被暴露在上表面36的漸縮端部表面44中。以這種方式暴露溝槽54會在漸縮端部區(qū)域40中形成溝槽開口或槽縫50 ο
[0087]將了解的是，槽縫50的長度L(參見圖5)取決于上表面36的漸縮端部表面44的形狀和溝槽54的深度d(參見圖8b)。槽縫50的長度可以因此通過改變拉擠模具62的溝槽形成特征68(參見圖11)的大小來控制，或者通過改變漸縮端部表面44的形狀來控制。例如，更深的溝槽54和/或漸縮端部表面44的更淺彎曲將造成槽縫50更長。
[0088]一旦漸縮端部表面44已經(jīng)形成在第一端部區(qū)域40中，使用相同的研磨方法從板條的第二端部區(qū)域42去除材料，以在第二端部區(qū)域42中形成漸縮端部表面44，從而暴露溝槽54并且在板條32的第二端部43處形成槽縫50。
[0089]然后，板條32準(zhǔn)備好使用已經(jīng)描述的方法整合到翼梁帽30中，形成風(fēng)輪機葉片的一部分。
[0090]槽縫50還提供了板條32的漸縮端部區(qū)域40、42的方便的質(zhì)量視覺指示。因為漸縮端部表面44的形狀支配槽縫50的長度，所以槽縫50的長度可以很快用肉眼檢查完，或者根據(jù)需要準(zhǔn)確地測量，以確認(rèn)漸縮端部表面44的形狀是正確的。如果槽縫50太短，則表明漸縮端部表面44漸縮得太陡，或者板條32的端部已折斷，并且板條32可以丟棄并更換新的板條32，或者進行機加工以獲得期望的形狀。這是本發(fā)明的特定優(yōu)點，因為以另外的方式檢查漸縮端部40、42的質(zhì)量涉及進行許多測量并且是相對耗時的。
[0091]現(xiàn)在將參照圖13至圖18描述根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的板條232，其中溝槽254設(shè)置在板條232的上表面236中，而非板條232的下主表面234。
[0092]圖13和圖14圖示了整合根據(jù)本發(fā)明的第二實施方式的多個板條的翼梁帽230。翼梁帽230具有與圖3的翼梁帽30基本相同的形式，由多個堆疊的板條232構(gòu)成，于是將不作進一步詳細(xì)的描述以避免重復(fù)。
[0093]每個板條232具有與圖5中圖示的板條32大致相同的形式。特別是，上表面234和下表面236、上表面234的漸縮端部244以及橫向邊緣246的配置基本上相同，并且將不再次詳細(xì)地描述以避免重復(fù)。
[0094]如圖15中示出的，根據(jù)第二實施方式的板條232包括位于上表面236的漸縮端部表面244中的多個相互相鄰的縱向溝槽254。溝槽254沿著漸縮端部表面244從脊部248延伸到橫向邊緣246。鑒于朝向板條232的橫向邊緣246的漸縮厚度，溝槽254在橫向邊緣246處變?yōu)榇笾耉形槽縫250 ο溝槽254并因此槽縫250被相互間隔開，使得指部252被限定在槽縫250之間。溝槽254還設(shè)置在漸縮端部表面244的外邊緣處，以在端部區(qū)域240中限定位于板條232的邊緣上的斜面253。
[0095]現(xiàn)在參照圖17a和圖17b，垂直于縱向軸線L的每個溝槽254的橫截面基本上成形為梯形。溝槽254具有平坦基表面255和兩個側(cè)壁257。側(cè)壁257均向內(nèi)傾斜，從溝槽254的嘴部移向溝槽254的基表面255。在溝槽254的嘴部處，每個溝槽254的寬度(由圖17b尺寸w’指出)在該實例中大約為2mm。在溝槽254的基部255處，每個溝槽254的寬度(由圖17b的尺寸w”指出)在該實例中大約為0.2mm。每個溝槽254的深度(通過嘴部和基表面255之間的垂直距離測量并且由圖17b的尺寸d ’指出)在該實例中大約為0.7mm。溝槽254相互間隔開間距距離s’，間距距離s’在該實例中大約為33mm。如圖17a中示出的，間距距離s是相鄰溝槽254的對應(yīng)點之間的距離，例如相應(yīng)溝槽254的中點之間的距離。
[0096]如關(guān)于第一實施方式提到的，溝槽254的形狀控制對應(yīng)槽縫250的形狀。當(dāng)板條232的厚度變得小于溝槽254的深度時，槽縫250出現(xiàn)在下表面234中?，F(xiàn)在參照圖18，由于溝槽254的漸縮壁257，槽縫250的寬度改變。在板條232的邊緣246處，槽縫250最寬，并且寬度等于溝槽254的嘴部的寬度W’。槽縫250的寬度隨著槽縫50延伸到漸縮端部表面244中而減小，直到槽縫的寬度等于溝槽254的基部255的寬度w”時終止。以這種方式，槽縫250—般為V形。
[0097]板條232使用已經(jīng)在上文參照第一實施方式描述的樹脂灌注工藝整合到翼梁帽230中，于是將不在此描述以避免重復(fù)。
[0098]當(dāng)根據(jù)第二實施方式的板條232整合到翼梁帽230中時，槽縫250以與第一實施方式的板條30的槽縫50相同的方式充當(dāng)裂紋停止器。溝槽254和斜面253還在樹脂灌注工藝期間充當(dāng)樹脂的流動路徑，促使樹脂進入板條232之間的界面區(qū)238(參見圖14)。
[0099]現(xiàn)在將參照圖19描述使用兩階段制造工藝制成的第二實施方式的板條232。
[0100]在第一階段中，包括由纖維材料制成的連續(xù)細(xì)長板條的板條332通過拉擠工藝形成。板條332通過標(biāo)準(zhǔn)拉擠工藝制成，并且如此并不包括位于其任一表面334、336上的溝槽。
[0101]在制造工藝的第二階段中，使用已經(jīng)描述的研磨方法在板條232的端部區(qū)域240、242處形成漸縮端部表面244。然而，在該實施方式中，圖19中圖示的研磨滾筒60被配置為在形成漸縮端部表面244時形成板條232中的溝槽254。
[0102]如圖19中看到的，滾筒60具有承載溝槽形成特征(采取圓周脊部64的形式)的外表面62。在圖19中，出于說明目的，脊部64的大小已被夸大。脊部64從滾筒的表面62突出。脊部64的橫截面對應(yīng)于溝槽54的橫截面。每個脊部64均因此包括基壁65和兩個傾斜側(cè)壁67，基壁65的寬度w”等于溝槽254的基表面255的寬度W”。在側(cè)壁67匯合外表面62的地方，脊部64具有寬度w’，寬度w’等于圖17b中示出的溝槽254的嘴部的寬度w’。脊部64的高度等于溝槽254的深度d。
[0103]隨著滾筒60旋轉(zhuǎn)，脊部64磨出板條232的上表面236的漸縮端部244中的溝槽54。在板條32的邊緣246附近，例如圖18中圖示的，板條232的厚度小于脊部64的高度。溝槽形成特征64因此研磨穿過板條232的厚度以形成槽縫250。遠(yuǎn)離板條232的邊緣246，例如圖17a中圖示的，板條232的厚度大于脊部64的高度。脊部64因此不會研磨穿過該區(qū)域中的板條232的整個厚度，在漸縮端部表面244的該區(qū)域不存在槽縫250。
[0104]以這種方式，在形成板條的漸縮端部表面244的同時，滾筒60的溝槽形成特征64形成板條232中的溝槽254和槽縫250。
[0105]將了解的是，第一實施方式和第二實施方式可以組合，使得溝槽54、254設(shè)置在下表面34和上表面236的漸縮端部表面244兩者之中。實現(xiàn)這個的一種方式是采用研磨滾筒60，其具有相對于第二實施方式描述的圓周脊部64，以使相對于第一實施方式描述的拉擠成型板條32的端部漸縮，S卩:使溝槽54形成在板條32的下側(cè)。
[0106]雖然在描述的實施方式中溝槽為大致矩形或梯形橫截面，但是將了解的是，溝槽可具有任何其它合適形狀的橫截面。例如，如圖20中圖示的，溝槽454的角部70可圓角化，或者溝槽554可具有限定曲率的橫截面。這使溝槽454、554的角部70變鈍，防止角部70充當(dāng)裂紋引發(fā)器。
[0107]溝槽可具有任何合適的尺寸，特別是可介于大約2mm到1mm寬之間并且介于大約
0.3mm到1.5mm深之間?？稍O(shè)置任何合適數(shù)目的溝槽，并且溝槽之間的間距可以是任何合適的間距。例如，可設(shè)置兩個到十個之間的溝槽，并且溝槽之間的間距可介于大約20mm到50mm之間。將了解的是，板條的端部可具有對應(yīng)數(shù)目的指部。
[0108]漸縮端部表面不需要被彎曲，但可具有任何其它合適的形狀，只要該形狀被配置成便于相鄰的板條之間的應(yīng)力傳遞。例如，如圖21中示出，漸縮端部表面644可以是平坦的，以在板條632的邊緣646和脊部648之間線性延伸。
[0109]通過拉擠工藝形成板條的制造工藝的第一階段以及形成漸縮端部表面的制造工藝的第二階段可在分離的制造設(shè)施中發(fā)生，并且拉擠成型板條可在用于不同制造階段的設(shè)施之間進行傳送。另選地，各制造階段可發(fā)生在同一設(shè)施中。
[0110]雖然制出上述翼梁帽的方法涉及在風(fēng)輪機葉片模具中堆疊板條，但是將了解的是，堆疊可另選地在整合到風(fēng)輪機葉片鋪疊件中之前與風(fēng)輪機葉片的其余部分分開形成(例如，在分離的模具中)。
[0111]本發(fā)明因此不限于上述的示例性實施方式，并且許多其它變型或修改將對技術(shù)人員是明顯的，而不脫離由隨附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的范圍。
【主權(quán)項】
1.一種用于風(fēng)輪機葉片的縱向增強結(jié)構(gòu)的纖維增強聚合材料板條，所述板條具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一橫向邊緣和第二橫向邊緣之間沿縱向延伸，其中所述板條的端部區(qū)域的厚度朝向所述第一橫向邊緣漸縮，并且其中一個或多個槽縫被限定在漸縮端部區(qū)域中，所述或每個槽縫從所述板條的所述第一橫向邊緣沿縱向延伸到所述漸縮端部區(qū)域中。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板條，其中，所述板條的所述第一橫向邊緣由被所述或每個槽縫相互間隔開的多個指部限定。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的板條，其中，所述板條包括沿著所述第一橫向邊緣相互間隔開的多個槽縫。4.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的板條，所述板條進一步包括限定在所述板條的上表面和/或下表面中的一個或多個縱向延伸的溝槽。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的板條，其中，所述或每個槽縫被限定在相應(yīng)溝槽的端部處。6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的板條，其中，所述板條的與所述第一橫向邊緣相鄰的厚度小于所述或每個溝槽的深度，使得所述或每個溝槽限定相應(yīng)的槽縫。7.根據(jù)權(quán)利要求4至6中的任一項所述的板條，其中，所述或每個溝槽基本上沿著所述板條的整個長度延伸。8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任一項所述的板條，其中，所述或每個溝槽是模制的溝槽。9.根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任一項所述的板條，其中，所述或每個溝槽通過從所述板條去除材料而形成。10.根據(jù)權(quán)利要求4至9中的任一項所述的板條，其中，所述或每個溝槽被限定在所述板條的下表面中。11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的板條，其中，所述板條的所述漸縮端部區(qū)域由所述上表面的漸縮端部限定。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的板條，其中，所述上表面的所述漸縮端部是彎曲的。13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的板條，其中，所述上表面的所述漸縮端部通過從所述板條去除材料而形成。14.根據(jù)當(dāng)從屬于權(quán)利要求4至1中的任一項時的權(quán)利要求11至13中的任一項所述的板條，其中，所述或每個溝槽被限定在所述上表面的所述漸縮端部中。15.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的板條，其中，所述或每個槽縫延伸到所述板條的所述漸縮端部區(qū)域中的路程的大約5%到大約40%之間。16.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項所述的板條，其中，所述板條的第二端部區(qū)域朝向所述第二橫向邊緣漸縮，并且其中一個或多個槽縫被限定在所述第二端部區(qū)域中。17.—種包括根據(jù)前述權(quán)利要求中的任一項的板條的用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)，其中，所述或每個槽縫至少部分地填充有聚合材料。19.根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)，所述細(xì)長增強結(jié)構(gòu)包括上下堆疊的多個根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項的板條。20.根據(jù)權(quán)利要求17至19中的任一項所述的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)，其中，所述細(xì)長增強結(jié)構(gòu)是風(fēng)輪機葉片的翼梁帽。21.一種包括權(quán)利要求17至20中的任一項的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的風(fēng)輪機葉片。22.—種包括權(quán)利要求21的風(fēng)輪機葉片的風(fēng)輪機。23.—種包括根據(jù)權(quán)利要求22的風(fēng)輪機的風(fēng)電場。24.—種制造用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包括: (a)提供多個根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項的板條； (b)堆疊所述板條，使得每個板條的上表面或下表面抵接堆疊中的相鄰的板條的下表面或上表面，以在相鄰的板條之間限定界面區(qū)； (c)為堆疊后的板條供應(yīng)樹脂并且致使樹脂滲透到相鄰的板條之間的所述界面區(qū)中并滲透到所述或每個槽縫中；以及 (d)使樹脂固化以將所述板條結(jié)合到一起。25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中，步驟(b)包括:在模制工具中堆疊多個板條。26.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，所述方法包括:視覺檢驗所述板條的所述或每個槽縫的長度，并且如果所述槽縫的長度低于閾值長度，則用不同的板條更換所述板條，或者機加工所述板條的漸縮端部。27.—種根據(jù)權(quán)利要求24至26中的任一項的方法制出的用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)。28.—種制造用于風(fēng)輪機葉片的細(xì)長增強結(jié)構(gòu)的板條的方法，所述方法包括: (a)提供纖維增強聚合材料的細(xì)長板條，所述板條具有基本平坦的上表面和下表面并且在第一橫向邊緣和第二橫向邊緣之間沿縱向延伸； (b)成形所述板條的端部區(qū)域以形成所述板條的朝向所述板條的橫向邊緣厚度漸縮的漸縮端部區(qū)域;以及 (c)在所述板條中形成從所述板條的所述橫向邊緣沿縱向延伸到所述漸縮端部區(qū)域中的至少一個槽縫。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的方法，其中，步驟(b)和(c)同時發(fā)生。30.根據(jù)權(quán)利要求28或29所述的方法，其中，步驟(a)包括:通過拉擠工藝形成所述板條，其中增強纖維被拉動通過拉擠模具。31.根據(jù)權(quán)利要求28至30中的任一項所述的方法，所述方法進一步包括:在所述板條的上表面和/或下表面中形成一個或多個縱向延伸的溝槽，所述溝槽沿著所述板條的所述漸縮端部區(qū)域的至少一部分延伸。32.根據(jù)從屬于權(quán)利要求30時的權(quán)利要求31所述的方法，其中，所述拉擠模具包括布置成作為所述拉擠工藝的一部分在所述板條中形成所述溝槽的特征。33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的方法，其中，步驟(c)包括:通過成形所述板條的所述端部區(qū)域而形成所述至少一個槽縫，使得所述板條在所述橫向邊緣處的厚度小于所述溝槽的深度。34.根據(jù)權(quán)利要求31至33中的任一項所述的方法，所述方法包括:通過從所述板條去除材料而形成所述溝槽。35.根據(jù)權(quán)利要求28至34中的任一項所述的方法，其中，步驟(b)包括:從所述板條去除材料以形成所述漸縮端部區(qū)域。36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的方法，所述方法進一步包括:在形成所述漸縮端部區(qū)域的同時形成所述溝槽。37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，所述方法包括:使用研磨滾筒使所述板條的所述端部區(qū)域漸縮，在所述滾筒的外表面上限定有溝槽形成特征。38.一種制造風(fēng)輪機葉片的方法，所述方法包括: (a)提供多個根據(jù)權(quán)利要求1至16中的任一項的板條或者通過根據(jù)權(quán)利要求28至37中的任一項的方法制成的板條； (b)在葉片模具中將所述板條與其它葉片部件堆疊，使得每個板條的上表面或下表面抵接堆疊中的相鄰的板條的下表面或上表面，以在相鄰的板條之間限定界面區(qū)；以及 (c)通過以下手段將堆疊后的板條與其它葉片部件整合以形成葉片: i)為堆疊后的板條和其它葉片部件供應(yīng)樹脂； ii)致使樹脂滲透到相鄰的板條之間的所述界面區(qū)及其它葉片部件中；以及 i i i)使樹脂固化以將所述板條結(jié)合到一起。
【文檔編號】F03D1/06GK105899803SQ201480073086
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年11月14日
【發(fā)明人】J·史密斯, A·吉爾, M·漢考克
【申請人】維斯塔斯風(fēng)力系統(tǒng)有限公司