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1、(10)申请公布号 CN 104114856 A (43)申请公布日 2014.10.22 C N 1 0 4 1 1 4 8 5 6 A (21)申请号 201280069867.1 (22)申请日 2012.12.11 1121649.6 2011.12.16 GB 61/588,247 2012.01.19 US F03D 1/06(2006.01) (71)申请人维斯塔斯风力系统有限公司 地址丹麦奥尔胡斯 (72)发明人 M汉考克 FH哈恩 C佩恩 (74)专利代理机构北京三友知识产权代理有限 公司 11127 代理人王小东 (54) 发明名称 风轮机叶片 (57) 摘要 用于风轮机叶。
2、片的增强结构(9)呈支撑在U 型通道(28)内的由压制纤维复合带的层(31)形 成的叠层(27)的形式。每个层(31)的长度稍微不 同，从而在叠层的端部形成锥度，叠层(27)的中 央具有五个层(31)，并且各端具有单个层(31)。 每个层(31)的端部被斜切，并且所述叠层由沿叠 层(27)的全长延伸的薄的柔性压制纤维复合带 (33)覆盖。增强结构(9)沿叶片的外壳内的曲线 路径延伸。在模具(37)内配置叶片部件的过程 中，通过沿模具(37)内的细长楔(29)的表面沿 所述曲线路径滑动所述通道(28)而将所述增强 结构(9)引入到所述模具(37)中。所述楔(29) 沿其长度以取决于此位置处的路径。
3、曲率的角度取 向，从而将所述增强结构(9)引导到期望的位置。 所述增强结构(9)各侧上的叶片外壳区域被填充 有结构泡沫(17)，所述增强结构(9)与所述泡沫 (17)均被夹在内蒙皮(18)与外蒙皮(19)之间。 (30)优先权数据 (85)PCT国际申请进入国家阶段日 2014.08.15 (86)PCT国际申请的申请数据 PCT/DK2012/050458 2012.12.11 (87)PCT国际申请的公布数据 WO2013/087078 EN 2013.06.20 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书13页 附图13页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 。
4、权利要求书3页 说明书13页 附图13页 (10)申请公布号 CN 104114856 A CN 104114856 A 1/3页 2 1.一种风轮机叶片，该风轮机叶片具有大致中空的构造并且由对置的第一半壳及第二 半壳形成； 每个半壳包括内蒙皮与外蒙皮以及位于所述内蒙皮与所述外蒙皮之间的第一细长增 强结构及第二细长增强结构； 每个增强结构沿叶片的纵向方向延伸，并且包括多个层形成的叠层； 每个叠层具有沿基本垂直于叶片表面的方向延伸的厚度； 每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于叶片的纵向方向并且垂直于叠层的 厚度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带； 每个半壳还包括芯材，该芯材布。
5、置在所述内蒙皮与所述外蒙皮之间并按如下方式延 伸：(a)在所述第一细长增强结构与所述第二细长增强结构之间；(b)从所述第一细长增强 结构开始朝叶片的前缘；以及(c)从所述第二细长增强结构开始朝叶片的后缘； 所述风轮机叶片还包括细长腹板，该腹板在所述第一半壳中的至少一个增强结构与所 述第二半壳中的至少一个增强结构之间延伸。 2.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述细长增强结构及所述芯材限定大致 垂直于风轮机叶片表面的邻接边缘。 3.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片还包括位于每个半壳内 的预固化网状件，该预固化网状件位于所述外蒙皮与至少一个细长增强结构之间。 4.根据前述。
6、任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片还包括位于每个半壳内 的预固化网状件，该预固化网状件位于所述内蒙皮与至少一个细长增强结构之间。 5.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片还包括位于至少一个半 壳内的预固化网状件，该预固化网状件位于所述外蒙皮与其中一个细长增强结构和所述芯 材的邻接区域之间。 6.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片还包括位于至少一个半 壳内的预固化网状件，该预固化网状件位于所述内蒙皮与其中一个细长增强结构和所述芯 材的邻接区域之间。 7.根据权利要求3至6中任一项所述的风轮机叶片，其中，所述预固化网状件或每个预 固化网状件由玻璃织物及预。
7、固化树脂形成。 8.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，所述层具有不同的长度，使得所 述叠层的厚度朝至少一端逐渐减小。 9.根据权利要求8所述的风轮机叶片，其中，每个层的两端中的至少一端被斜切。 10.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，每个层包括横过该层的全宽延 伸的单个压制纤维复合带。 11.根据权利要求1至10中任一项所述的风轮机叶片，其中，每个层包括多个压制纤维 复合带。 12.根据权利要求11所述的风轮机叶片，其中，所述多个压制纤维复合带包括在所述 层内平行配置的带。 13.根据权利要求12所述的风轮机叶片，其中，所述叠层的每个层内的带的纵向边缘 与其它层中的带的。
8、边缘对齐。 14.根据权利要求12所述的风轮机叶片，其中，所述叠层的每个层内的带的纵向内边 权 利 要 求 书CN 104114856 A 2/3页 3 缘相对于相邻层内的带的纵向内边缘交错。 15.根据权利要求11至14中任一项所述的风轮机叶片，其中，所述多个压制纤维复合 带包括多个首尾相连地布置的带。 16.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，所述叠层还包括延伸所述叠层 的全长的覆盖层。 17.根据权利要求16所述的风轮机叶片，其中，所述覆盖层的厚度明显小于所述叠层 内的其它层的厚度。 18.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，所述压制纤维复合带由从下面 选择的纤维形成。
9、：碳纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维以及包括木质纤维及有机纤维的天然 纤维。 19.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片还包括用于支撑所述 叠层的细长支撑元件。 20.根据权利要求19所述的风轮机叶片，其中，所述支撑元件包括通道，该通道的截面 是大致U形的，并且其中所述叠层被支撑在所述通道内。 21.根据权利要求19或权利要求20所述的风轮机叶片，其中，所述支撑元件由玻璃增 强塑料(GRP)材料形成。 22.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，所述腹板由弹性材料形成。 23.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，该风轮机叶片包括至少一个细长通 道，该通道的截面是大致U。
10、形的，一细长增强结构能被支撑在该通道中。 24.根据前述任一项权利要求所述的风轮机叶片，其中，所述内蒙皮及所述外蒙皮基本 不间断地延伸过所述芯材及所述增强结构。 25.一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片具有大致中空的构造并且由对置的第 一半壳及第二半壳形成； 由内蒙皮与外蒙皮构建每个半壳； 将第一细长增强结构及第二细长增强结构定位在所述外蒙皮上，沿叶片的纵向方向延 伸； 每个增强结构包括多个层形成的叠层，每个叠层具有沿大致垂直于叶片表面的方向延 伸的厚度； 每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于叶片的纵向方向并垂直于叠层的厚 度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带； 在每个。
11、半壳内，将芯材布置在所述外蒙皮上，按如下方式延伸：(a)在所述第一细长增 强结构与所述第二细长增强结构之间；(b)从所述第一细长增强结构开始朝叶片的前缘； 以及(c)从所述第二细长增强结构开始朝叶片的后缘； 将所述内蒙皮布置在所述第一细长增强结构、所述第二细长增强结构以及所述芯材的 上表面上；以及 将细长腹板布置成在第一半壳中的至少一个增强结构与第二半壳中的至少一个增强 结构之间延伸。 26.一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片具有大致中空的构造并且由对置的第 一半壳及第二半壳形成； 权 利 要 求 书CN 104114856 A 3/3页 4 在每个第一细长半模具与第二细长半模具中布置用于。
12、相应外蒙皮的一个或多个纤维 布； 在每个第一细长半模具与第二细长半模具中，将第一细长增强结构与第二细长增强结 构定位在用于所述外蒙皮的所述纤维布上，使其沿相应半模具的纵向方向延伸； 每个增强结构包括多个层形成的叠层，每个叠层具有沿大致垂直于相应半模具表面的 方向延伸的厚度； 每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于相应半模具的纵向方向并垂直于叠 层的厚度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带； 在每个相应半模具内，将芯材布置在用于所述外蒙皮的所述纤维布上，按如下方式延 伸：(a)在所述第一细长增强结构与所述第二细长增强结构之间；(b)从所述第一细长增强 结构开始朝相应半模具的前缘；。
13、以及(c)从所述第二细长增强结构开始朝相应半模具的后 缘； 在每个第一细长半模具与第二细长半模具中，将用于相应内蒙皮的一个或多个纤维布 布置在所述第一细长增强结构、所述第二细长增强结构以及所述芯材的上表面上； 将树脂供应至所述第一半模具与所述第二半模具中；以及 随后使树脂固化从而形成所述第一半壳及所述第二半壳。 27.根据权利要求26所述的方法，该方法包括：随后将细长腹板放置在其中一个半模 具中；将所述第一半模具枢转到所述第二半模具上方的位置中，从而使得所述细长腹板在 所述第一半壳中的至少一个增强结构与所述第二半壳中的至少一个增强结构之间延伸。 28.根据权利要求26或27所述的方法，该方法还。
14、包括：在至少一个半模具内将预固化 网状件定位在所述外蒙皮与其中一个细长增强结构和所述芯材的邻接区域之间。 29.根据权利要求26至28中任一项所述的方法，该方法还包括：在至少一个半模具内 将预固化网状件定位在所述内蒙皮与其中一个细长增强结构和所述芯材的邻接区域之间。 权 利 要 求 书CN 104114856 A 1/13页 5 风轮机叶片 0001 本发明涉及用于风轮机的转子叶片，并且涉及制造风轮机叶片的方法。 0002 图1中示出了一种典型的风轮机。风轮机1包括塔架2、安装在塔架2的顶部的 机舱3以及转子4，该转子操作联接至机舱3内的发电机5。风轮机1将风的动能转化为电 能。除了发电机5外。
15、，机舱3容纳将风能转化为电能所需的多种部件，还有操作风轮机及优 化风轮机1的性能所需的多种部件。塔架2支撑由机舱3、转子4以及机舱3内的其它风轮 机部件引致的负载。 0003 转子4包括中央轮毂6与大致平面构形的三个细长转子叶片7a、7b、7c，这些转子 叶片从中央轮毂6径向向外延伸。在运行中，叶片7a、7b、7c构造成与经过的气流相互作用 而产生使中央轮毂6绕其纵轴线旋转的升力。超过最低水平的风速会启动转子4并使其能 够在大致与风向正交的平面内旋转。该旋转被发电机5转化成电能，并且通常被供应至公 用电网。 0004 常规的转子叶片由外壳与内部的中空细长翼梁组成，该翼梁的截面大致是矩形 的。翼。
16、梁用于将负载从旋转的叶片传递至风轮机的轮毂。这些负载包括由叶片的圆周运动 产生的沿叶片长度取向的拉伸与压缩负载以及由风产生的负载，由风产生的该负载沿叶片 的厚度(即，从叶片的迎风侧到背风侧)取向。 0005 公知一种另选类型的转子叶片，外壳内包含一个或多个沿叶片的纵长方向延伸 具有高拉伸强度的纤维增强结构而避免了该转子叶片对内部翼梁的需要。EP1520983与 WO2006/082479中描述了这种布置的实施例。US2012/0014804与WO2011/088372中也描述 了其它布置。 0006 在这些布置中，使用了制成压制纤维复合带的材料。压制是类似挤压的一种连续 过程，其中，拉动纤维通。
17、过液体树脂纤维供应源，然后在开放的室中加热该纤维，树脂在该 开放的室中固化。产生的固化纤维材料的截面是恒定的，但是因为该过程是连续的，所以该 材料形成后可被切割成任意长度。这种处理特别便宜，因此对于制造用于风轮机叶片的增 强结构是一种诱人的选择。 0007 固化压制带的使用克服了与常规布置关联的问题，在常规布置中未固化的纤维被 引入到模具中以形成风轮机叶片的部件，其中存在纤维的位置偏移的危险。 0008 而且，压制带具有吸收风轮机叶片旋转过程中产生的非常高的弯矩的性能。 0009 在以上两种公知的布置中，使用相当多的分离元件形成增强结构，并且每个元件 必须被单独定位在外壳的结构内。 0010 。
18、期望提供一种用于此另选类型的风轮机叶片的适当的增强结构，该另选类型的构 造较简单，因此制造起来较便宜。 0011 US2009/0269392描述了一种包括细长结构性构件的风轮机叶片，该细长结构性构 件由用树脂浸透的层压纤维布形成。 0012 然而，在此布置中，纤维布被就地固化，这需要在模制之前仔细定位纤维布并且使 其在外壳表面上准确取向。 0013 因此会期望提供一种这样的风轮机叶片，该风轮机叶片克服了或至少减轻了公知 说 明 书CN 104114856 A 2/13页 6 风轮机叶片以上的若干或全部劣势。 0014 因此，根据本发明的第一方面，提供一种风轮机叶片，该风轮机叶片具有大致中空 。
19、的构造并且由对置的第一半壳及第二半壳形成；每个半壳包括内蒙皮与外蒙皮以及位于所 述内蒙皮与所述外蒙皮之间的第一细长增强结构及第二细长增强结构；每个增强结构沿叶 片的纵向方向延伸，并且包括多个层形成的叠层；每个叠层具有沿基本垂直于叶片表面的 方向延伸的厚度；每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于叶片的纵向方向并且 垂直于叠层的厚度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带；每个半壳还包括 芯材，该芯材布置在所述内蒙皮与所述外蒙皮之间并按如下方式延伸：(a)在所述第一细 长增强结构与所述第二细长增强结构之间；(b)从所述第一细长增强结构开始朝所述叶片 的前缘；以及(c)从所述第二细长增强。
20、结构开始朝所述叶片的后缘；所述风轮机叶片还包 括细长腹板，该腹板在所述第一半壳中的至少一个增强结构与所述第二半壳中的至少一个 增强结构之间延伸。 0015 叠层在风轮机叶片内起翼梁帽的作用。优选的是，在使用中，每个叠层的宽度在叶 片内在基本平行于叶片表面的平面内沿大致翼弦方向延伸。优选的是，在横向于叶片的纵 向方向取向的截面中，每个叠层具有长方形形状，其中，叠层的厚度平行于矩形的短边，并 且叠层的宽度平行于矩形的长边。 0016 腹板沿叶片的纵向方向是细长的。腹板在第一半壳中的至少一个增强结构与第 二半壳中的至少一个增强结构之间沿横向延伸。如以下例示出的，叶片可具有两个I形或 C形腹板，均在第。
21、一半壳中的其中一个增强结构与第二半壳中的其中一个增强结构之间延 伸。在其它实施方式(以下描述了若干该实施方式)中，叶片具有腹板，该腹板具有X形截 面并且在第一半壳中的两个增强结构与第二半壳中的两个增强结构之间延伸。 0017 因风轮机叶片的曲率而提供在每个半壳内设置至少两个这种增强结构的主要技 术优势。为了获得期望的曲率，用于制造半壳的模具的内表面也是弯曲的，并且在模制过程 中这赋予内蒙皮与外蒙皮对应的曲率。因为叠层的上下表面基本是平坦的，所以这在叠层 的表面与弯曲的内外蒙皮之间产生了间隙，在模制过程中将用树脂填充该间隙。为了优化 生成的风轮机叶片的强度而期望减小间隙的尺寸。借助本发明，这是这。
22、样实现的：通过在每 个半壳内设置至少两个增强结构而减小了间隙的尺寸，这样每个结构的宽度可比仅提供单 个增强结构所需的宽度小。 0018 细长增强结构与芯材限定邻接边缘，该邻接边缘优选基本垂直于风轮机叶片的表 面。这种布置的优势在于：这种布置允许以低成本制造增强结构。而且，在模制操作期间， 能够在模具中先于增强结构放置芯材，并且能够利用芯材的边缘帮助增强结构在模具中定 位。如果增强结构的邻接边缘不垂直的话这就不一定始终可行。垂直方向也是风轮机叶片 的厚度方向。 0019 风轮机叶片优选进一步包括每个半壳内的预固化网状件，该预固化网状件位于外 蒙皮与至少一个细长增强结构之间。此外或另选的是，风轮机。
23、叶片还优选包括每个半壳内 的预固化网状件，该预固化网状件位于内蒙皮与至少一个细长增强结构之间。在每种情况 下，网状件可由玻璃织物及预固化树脂形成。在至少一个半壳内，叶片优选包括预固化网状 件，该预固化网状件位于外蒙皮与其中一个细长增强结构和芯材的邻接区域之间。在至少 一个半壳内，叶片优选包括预固化网状件，该预固化网状件位于内蒙皮与其中一个细长增 说 明 书CN 104114856 A 3/13页 7 强结构和芯材的邻接区域之间。 0020 这种网状件在增强结构与芯材之间的过渡区域处提供额外的刚度。此外，网状件 有效地防止风轮机叶片的内蒙皮与外蒙皮起皱，否则在下方的增强结构与芯材之间存在间 隙时。
24、或在增强结构的厚度不同于芯材的厚度时会发生起皱。 0021 叠层优选具有贯穿其长度的矩形截面及/或优选具有基本恒定的宽度。而且，压 制纤维复合带的截面优选是基本均匀的。 0022 通过由叠层形成增强结构，能够使整个增强结构形成为单独的部件，然后在单个 操作中整合该整个增强结构。 0023 而且，因为压制纤维复合带制造起来便宜，而且能够容易被切割成任一期望的长 度，所以能够以低成本方便地构建生成的增强结构。 0024 此布置的另一优势在于：仅仅通过在沿其长度的任一点处选择合并到叠层的层数 就能够调节该点处的叠层厚度，从而能够符合风轮机叶片外壳的期望厚度分布。因此能够 形成具有任一期望厚度分布的增。
25、强结构，该期望厚度分布匹配风轮机叶片的锥形形状。 0025 通常期望在风轮机叶片中的这样的位置提供更大程度的补强：在叶片的沿叶片纵 轴线的中部，即，在叶片的根端与叶稍之间的中途区域，因为这是叶片受到大部分拉伸应力 的位置。因此，尤为期望的厚度分布是这样一种厚度分布：增强结构的中部厚度最大，并且 一个端部或两个端部的厚度最小。 0026 因此优选的是，增强结构内的层的长度不同，从而叠层的厚度朝至少一端逐渐减 小。 0027 在最简单的布置中，其中叠层的各层具有方形切口，这会产生具有阶梯式锥度的 叠层，各个阶梯的高度是各层的厚度。为了减小层的端部处的应力集中，会期望叠层端部处 的厚度分布更平滑。因。
26、此优选的是，斜切各层的两端中的至少一端。以此方式可沿其全长 使叠层的上表面更平滑。 0028 即使如此，除非斜切部具有足够小的角度，不然仍然会沿锥形端部存在不连续的 梯度。 0029 为了进一步增大平滑度，优选的是，叠层还包括延伸叠层全长的覆盖层。这种覆盖 层的厚度可明显小于叠层内其它层的厚度，例如，覆盖层可以是其它层厚度的四分之一。这 使得覆盖层充分柔韧从而“下榻”在叠层的上表面上，并因此平滑下层表面的取向变化。 0030 例如，在优选实施方式中，每个叠层内存在五个层，并且每层的厚度约为4mm，即， 在3.5mm与4.5mm之间，而覆盖层的厚度仅约为1mm，即，在0.5mm与1.5mm之间。。
27、每层4mm 的厚度优势在于：可成卷供应压制带。 0031 每层的宽度优选约为150mm，即，140mm与160mm之间，因为这提供必要的翼展方向 刚度以防止翼展方向的明显振动。 0032 设想了其它实施方式，在这些实施方式中，可能在每个叠层内少到4层或多达12 层。 0033 除了覆盖层(在提供的情况下)外，叠层内的各层可包括横过层的全宽延伸的单 个压制纤维复合带。这种布置具有简单并因此制造成本低的优势。而且，叠层内的各层具 有相同的宽度，所以除了覆盖层(在提供的情况下)外，所有压制纤维复合带都可由相同的 压制设备制成，或实际上由相同的压制带切割成。 说 明 书CN 104114856 A 4。
28、/13页 8 0034 另选的是，每层可包括平行布置的多个压制纤维复合带。这会表现为第一种配置 形式，在该第一种配置中，叠层的各个层内的带的侧向或纵向边缘与其它层中的带的侧向 (纵向)边缘对齐，在此情况下，各带的宽度会比各层仅包括一条带的以上布置的宽度小。 然而，带仍可具有相同的宽度，并因此仍可由相同的压制设备形成或由相同的压制带切割。 在第二种配置中，叠层的各个层内的带的内侧(纵向)边缘相对于相邻层内的带的内侧边 缘交错。虽然这意味着不是所有的带都会具有相同的宽度，而且必定因此由不止一个压制 设备形成，但是这会产生更稳固的叠层。事实上，常会在砖墙中看到这种配置。 0035 在以上各个布置中，。
29、其中每层包括不止一个带，每层内的带能够可选地或另外地 首尾相连布置。例如在增强结构的长度相当长的情况下这会是有益的，在此情况下，可通过 由若干相对短的压制带形成增强结构而使制造简化。 0036 重要的是压制纤维复合带的拉伸强度足够大，但可由从下面选出的纤维形成：碳 纤维、玻璃纤维、芳族聚酰胺纤维以及包括木质纤维及有机纤维的天然纤维，包括任何这些 纤维类型的组合。在优选实施方式中，压制纤维复合带由嵌入热固性树脂基质中的碳纤维 形成。碳纤维因其与诸如玻璃纤维之类的其它纤维相比具有高强度重量比而尤其合意。 0037 在优选实施方式中，增强结构包括用于支撑叠层的细长支撑元件。这有助于整个 增强结构形成。
30、时在移动过程中被移动到风轮机叶片内的期望位置。支撑元件的优选构造是 具有大致U形截面的通道，并且其中，叠层被支撑在该通道内。因为叠层的截面基本是矩形 的，所以这尤其方便。特别优选的是：至少U形截面的宽度对应叠层的宽度，因为在此情况 下U形的侧臂会在运输过程中防止叠层内的层的任何不期望的横向移动。 0038 所述支撑元件可方便地由玻璃增强塑料(GRP)材料制成，并且也可包括或容纳避 雷针。 0039 如上所述，所述支撑元件优选由玻璃增强塑料(GRP)材料形成并且可包括避雷 针。 0040 蒙皮优选由GRP制成。 0041 借助此布置，可单独形成各个半壳，然后通过加热使形成整个壳之前被接合在一 起。
31、的两个半壳(增强结构位于适当的位置)固化。 0042 半壳的内蒙皮与外蒙皮可由玻璃纤维环氧树脂复合物制成。 0043 风轮机叶片优选还包括至少一个细长腹板，该腹板位于对置的半壳内的增强结构 之间以传递使用中作用在风轮机叶片上的剪切力。照此，腹板可因此被称作“抗剪腹板”。 两个这种增强结构与腹板的组合效仿I形梁并具有I形梁的结构优势。 0044 在一个实施方式中，每个壳包括两个增强结构，并且细长腹板的截面是X形的。在 此情况下，X形的两条对角线均优选在相应两个增强结构之间延伸。这种布置使得单个腹 板用于四个增强结构。 0045 X形腹板优选由两个连接在一起的V形腹板形成，因为V形腹板能够容易叠置。
32、或嵌 套，从而便于储存及运输。 0046 而且，腹板优选由弹性材料制成从而在制造风轮机叶片的过程中更容易符合模具 的形状。 0047 优选将X形弹性腹板制成稍大于这两个半壳之间的距离，这样腹板会在使半壳到 一起时挠曲一定程度。不仅允许腹板尺寸的较大公差，而且使得能够在腹板与半壳之间建 说 明 书CN 104114856 A 5/13页 9 立良好的粘结。一旦粘合剂固化，腹板就被锁定在期望的位置，并且腹板的高度匹配两个半 壳之间的间隔。 0048 在此情况下，腹板优选包括在X形截面的两条对角线的各端处的相应凸缘，从而 将剪切力从各个增强结构的全宽引向腹板。 0049 作为提供X形腹板的一个另选方。
33、案，可提供常规的C形腹板，其中，C形的两个臂 可构成用于使腹板附接在叶片的外半壳之间的凸缘。 0050 也可提供具有Z形截面的另外的腹板。在存在六个增强结构时尤其期望这种腹 板，因为提供X形腹板可用于吸收通常位于叶片前缘内的四个对置的增强结构之间的剪切 力，提供Z形腹板则可用于吸收通常位于叶片后缘部分内(即，位于X形腹板与叶片的后缘 之间)的其余两个对置的增强结构之间的剪切力。以下将更详细地描述术语“前缘”与“后 缘”。 0051 在优选实施方式中，四个增强结构在大致平行的方向上沿叶片的长度延伸，而其 余两个增强结构比在叶片的较宽部的其它增强结构短并远离其延伸，从而形成“后纵梁”。 叶片宽部处。
34、产生的增强结构间距致使翼展方向刚度提高。后纵梁的设置也减小了主结构与 后缘之间未被支撑的叶片壳体的长度，这则使叶片中的结构泡沫能够更薄。通过保持在叶 片根端处增强结构之间的分离，减小的应力集中可影响到结构的末端。 0052 Z形的上臂与下臂优选用作凸缘，该凸缘用于例如通过将一层粘合剂施加至臂的 裸露上表面而连接叶片的两个外半壳之间的腹板。因此，仅Z形腹板的中部延伸到相关联 的增强结构之间的空间中。 0053 在X形腹板的情况下，X形的对角线优选在交点处弯曲，这样两个相邻臂之间的角 度不同于另两个臂之间的角度。 0054 另选的是，腹板的截面可以是Y形。 0055 在每种情况下，腹板优选由弹性材。
35、料形成。这在以下情况时尤为有益：在腹板位 于半壳之间但是在物理上仅附接至下半壳的情况下，上半壳与下半壳连接在一起，因为在 将两个半壳连接在一起时，腹板的可施加有一层粘合剂的自由端会施加对抗上半壳的作用 力，该作用力足以使腹板的自由端附着至上半壳。 0056 在以上描述的所有实施方式中，内蒙皮与外蒙皮优选基本不间断地横过芯材及增 强结构延伸。 0057 根据本发明的另一方面，提供一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片具有大 致中空的构造并且由对置的第一半壳及第二半壳形成；由内蒙皮与外蒙皮构建每个半壳； 将第一细长增强结构及第二细长增强结构定位在所述外蒙皮上，沿叶片的纵向方向延伸； 每个增强结构包。
36、括多个层形成的叠层，每个叠层具有沿大致垂直于叶片表面的方向延伸的 厚度；每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于叶片的纵向方向并垂直于叠层的 厚度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带；在每个半壳内，将芯材布置在所 述外蒙皮上，按如下方式延伸：(a)在所述第一细长增强结构与所述第二细长增强结构之 间；(b)从所述第一细长增强结构开始朝叶片的前缘；以及(c)从所述第二细长增强结构开 始朝叶片的后缘；将所述内蒙皮布置在所述第一细长增强结构、所述第二细长增强结构以 及所述芯材的上表面上；以及将细长腹板布置成在第一半壳中的至少一个增强结构与第二 半壳中的至少一个增强结构之间延伸。 说 明 。
37、书CN 104114856 A 6/13页 10 0058 在优选的实施方式中，该方法包括制造以上类型的风轮机叶片，其中，一个或多个 增强结构根据由风轮机叶片的外轮廓限定的相应预定曲线沿风轮机叶片的长度至少延伸 到中途，该方法包括，对于所述增强结构或每个增强结构：在模具内设置充分刚硬的细长支 撑面，该支撑面沿预定曲线延伸并且在沿该预定曲线的各个位置处以取决于该位置处的曲 率的角度取向，因而便于准确定位增强结构；将支撑元件引入到模具中；以及沿支撑面定 位增强结构。 0059 可通过使支撑元件沿支撑面朝所述预定曲线滑动而完成增强结构的定位步骤。 0060 通过使支撑面以此方式适当取向，类似道路在弯。
38、曲处的侧倾，可通过使支撑元件 沿支撑面滑动而使支撑元件移动到模具内的期望的最终位置。这样，支撑面因此充当增强 结构的操控或引导面。 0061 优选的是，将叠层放置在支撑元件上作为第一步骤，而且使完整的增强结构以此 方式移动就位，不过当然也可以将仅将支撑元件移动到模具内的期望位置作为第一步骤， 然后例如通过使叠层沿支撑元件滑动而将叠层引入到模具中。另选的是，可将叠层的各个 层一次一个地引入到模具中。 0062 支撑面可方便的是布置在模具的表面上的细长楔的一个表面。在此情况下，楔可 由结构泡沫制成。 0063 在优选的实施方式中，风轮机叶片包括至少一个细长增强结构，该增强结构在风 轮机叶片的纵向方。
39、向上沿由风轮机叶片的外轮廓限定的相应预定曲线延伸，并且每个增强 结构包括支撑在截面大致是U形的通道内的增强元件，并且该方法包括将各个增强结构定 位在模具内。 0064 在此情况下，可首先将通道定位在模具内，然后将增强元件放置在通道中。另选 的是，可首先将增强元件定位在通道内，然后可将整个增强结构(即，容纳有增强元件的通 道)定位在模具内。 0065 相当刚硬的细长支撑面可被有利地设置在模具内，支撑面沿所述预定曲线延伸， 并且该支撑面在沿该预定曲线的各个位置处以取决于该位置处的曲率的角度取向，因而便 于准确定位增强结构，并且该方法优选包括：将增强结构引入到模具中；以及例如通过使 支撑元件沿支撑面。
40、朝所述预定曲线滑动而沿支撑面定位增强结构。 0066 能够以任一期望的顺序执行引入预固化叠层及其它结构元件的步骤。 0067 另选的是，该增强结构或每个增强结构可由U形通道及各个压制带在模具内就地 构建。 0068 尽管在优选实施方式中风轮机叶片内存在六个增强结构，但是无疑增强结构的数 量可以依据风轮机叶片的尺寸及/或形状以及所需的补强程度而少些或多些。 0069 本发明还提供一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片具有大致中空的构造并 且由对置的第一半壳及第二半壳形成； 0070 在每个第一细长半模具与第二细长半模具中为相应外蒙皮布置一个或多个纤维 布； 0071 在每个第一细长半模具与第二细。
41、长半模具中，将第一细长增强结构与第二细长增 强结构定位在用于所述外蒙皮的所述纤维布上，使其沿相应半模具的纵向方向延伸； 0072 每个增强结构包括由多个层形成的叠层，每个叠层具有沿大致垂直于相应半模具 说 明 书CN 104114856 A 10 7/13页 11 表面的方向延伸的厚度； 0073 每个层横过相应叠层的宽度延伸，所述宽度垂直于相应半模具的纵向方向并垂直 于叠层的厚度，并且每个层包括至少一个预固化的压制纤维复合带； 0074 在每个相应半模具内，将芯材布置在用于所述外蒙皮的所述纤维布上，按如下方 式延伸：(a)在所述第一细长增强结构与所述第二细长增强结构之间；(b)从所述第一细长。
42、 增强结构开始朝相应半模具的前缘；以及(c)从所述第二细长增强结构开始朝相应半模具 的后缘； 0075 在每个第一细长半模具与第二细长半模具中，将用于相应内蒙皮的一个或多个纤 维布布置在所述第一细长增强结构、所述第二细长增强结构以及所述芯材的上表面上； 0076 将树脂供应至所述第一半模具与所述第二半模具中；以及 0077 随后使树脂固化从而形成所述第一半壳及所述第二半壳。 0078 优选的是，该方法包括：随后将细长腹板放置在其中一个半模具中；将所述第一 半模具枢转到所述第二半模具上方的位置中，从而使得所述细长腹板在所述第一半壳中的 至少一个增强结构与所述第二半壳中的至少一个增强结构之间延伸。。
43、优选的是，该方法包 括：在至少一个半模具内将预固化网状件定位在外蒙皮与其中一个细长增强结构和芯材的 邻接区域之间。优选的是，该方法包括：在至少一个半模具内将预固化网状件定位在内蒙皮 与其中一个细长增强结构和芯材的邻接区域之间。 0079 如下是本发明的其它方面： 0080 (a)一种用于风轮机叶片的细长增强结构，该结构被布置成在使用中沿叶片的纵 向方向延伸，该结构包括多个层形成的叠层，该叠层具有在使用中沿大致平行于风轮机叶 片表面的方向延伸的宽度，各个层横过叠层的宽度延伸并且包括至少一个压制纤维复合 带。 0081 这种增强结构的构造比公知的结构简单，因此制造起来比较便宜。 0082 应理解，。
44、关于优选实施方式描述的上述用于增强结构的支撑元件提的优势不需要 限制于增强结构的个别类型。因此本发明扩展至： 0083 (b)一种风轮机叶片，其包括至少一个细长通道，该通道的截面大致是U形的，细 长增强结构可被支撑在该通道中。 0084 应理解，设置具有X形截面的腹板为具有不一定是上述类型的增强结构的风轮机 叶片提供了优势。因此，本发明扩展至： 0085 (c)一种大致中空构造的风轮机叶片，该叶片由两个对置的半壳形成，每个半壳包 括至少两个细长的增强结构，每个增强结构沿叶片的纵向方向延伸，每个半壳还包括位于 对置的半壳内的增强结构之间的腹板，从而在使用中传递作用在风轮机叶片上的剪切力， 该腹板。
45、具有X形截面。 0086 (d)一种大致中空构造的风轮机叶片，该叶片由对置的第一半壳与第二半壳形成， 第一半壳包括至少两个细长的增强结构，并且第二半壳包括至少一个细长的增强结构，各 个增强结构沿叶片的纵向方向延伸，并且第二半壳还包括位于对置的半壳内的增强结构之 间的腹板，该腹板具有Y形截面。 0087 (e)一种制造以上类型的风轮机叶片的方法，其中，一个或多个增强结构沿由风轮 机叶片的外轮廓限定的相应预定曲线沿风轮机叶片的长度至少延伸到中途，该方法包括， 说 明 书CN 104114856 A 11 8/13页 12 对于所述增强结构或每个增强结构：在模具内设置充分刚硬的细长支撑面，该支撑面沿。
46、预 定曲线延伸并且在沿该预定曲线的各个位置处以取决于该位置处的曲率的角度取向，因而 便于准确定位增强结构；将支撑元件引入到模具中；以及沿支撑面定位增强结构。 0088 (f)一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片包括至少一个细长增强结构，该增 强结构沿由风轮机叶片的外轮廓限定的相应预定曲线沿风轮机叶片的纵向方向延伸，并且 其中，该增强结构或每个增强结构包括被支撑在大致U形截面的通道内的增强元件，该方 法包括，对于所述增强结构或每个增强结构：将增强结构定位在模具内。 0089 (g)一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片包括至少一个细长增强结构，该增 强结构沿由风轮机叶片的外轮廓限定的相应预定曲。
47、线沿风轮机叶片的纵向方向延伸，该方 法包括，对于所述增强结构或每个增强结构：在模具内设置充分刚硬的细长支撑面，该支撑 面沿该预定曲线延伸并且在沿该预定曲线的各个位置处以取决于该位置处的曲率的角度 取向，因而便于准确定位增强结构；将支撑元件引入到模具中；以及沿支撑面定位增强结 构，例如通过沿支撑面朝所述预定曲线滑动该支撑元件。 0090 可在单独的模具中形成并预固化该增强结构或每个增强结构，然后将其与风轮机 叶片的其它部件一起引入到主模具中。借助这种布置，能够将预固化的增强结构引入到主 模具中而不使用以上所述的U形通道或楔形支撑件。 0091 而且，除了以上描述的那些优势，这种程序对于增强结构是。
48、有益的。例如，由纤维 布而不是压装带制成的增强结构能够以此方式被预固化，然后将其引入到用于形成风轮机 叶片的主模具中。在此情况下，每个纤维布能够被单独地引入到模具中，或者作为第一步骤 形成纤维布的整体叠层，然后将其放置到模具中。 0092 因此，根据本发明的再一方面，提供： 0093 (h)一种制造风轮机叶片的方法，该风轮机叶片包括至少一个增强结构，该方法包 括：形成纤维层的叠层；在第一模具中使纤维层的叠层预固化；将预固化了的叠层引入到 第二模具中；将风轮机的其它结构元件引入到第二模具中；以及在第二模具中将叠层与其 它结构元件整合到一起。 0094 为了能够更容易理解本发明，现将参照附图描述本。
49、发明的优选实施方式，在附图 中： 0095 图1示出了风轮机的主要结构部件； 0096 图2示意性示出了根据本发明的优选实施方式的包含增强结构的风轮机叶片的 外壳的一个半壳的内表面； 0097 图3A与图3B是风轮机叶片半壳内的增强结构的布置的剖面示意图； 0098 图4A至图4E是包含图2中所示的增强结构的风轮机叶片的示意性纵剖面图； 0099 图5示出了图2中所示的其中一个增强结构的一部分的侧向剖面图； 0100 图6A至图6C示出了根据本发明的增强结构的三个不同实施方式的纵截面； 0101 图7A与图7B是在沿风轮机叶片长度的不同位置处根据优选实施方式的X截面腹 板的两个示意图； 0102 图8是在制造根据优选实施方式的风轮机叶片的过程中安装在模具内的增强结 构的纵剖面图； 0103 图9A与图9B示出了制造根据本发明的优选实施方式的风轮机叶片的方法； 说 明 书。