用于風力渦輪機葉片殼體的接合方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及用于接合風力渦輪機葉片的部段、特別是用于接合風力渦輪機葉片殼體以形成風力渦輪機葉片的系統和方法。
【背景技術】
[0002]風力渦輪機葉片一般由復合材料、特別是用樹脂浸漬并固化以形成固體結構的玻璃和/或碳纖維材料制成。
[0003]風力渦輪機葉片制造的已知方法是形成分離的葉片殼體部段。通過將纖維材料層布置在適當成形的模具內，這些纖維材料層用后續固化的樹脂浸漬，而形成這些殼體。然后，固體葉片殼體可粘合在一起以形成較大的風力渦輪機葉片結構。這些殼體傳統上形成為風力渦輪機葉片的半部，例如對應于風力渦輪機葉片的迎風側或壓力側的第一殼體以及對應于風力渦輪機葉片的背風側或吸力側的第二殼體。
[0004]殼體由通常沿著殼體的邊緣施加于殼體之間的界面處的粘合劑接合，然后使其彼此接觸并容許固化。在圖5中示出了現有技術的葉片殼體之間結合的示例，其中粘合劑100沿著葉片的前邊緣106位于上葉片殼體和下葉片殼體102、104的邊緣之間。
[0005]為了改善殼體之間沿著這些粘合劑線的結合，可提供另外的粘合劑凸緣108作為殼體的部件，以將粘合劑保持在葉片殼體之間的結合區內。粘合劑凸緣108通常位于葉片內部上，可以作為葉片殼體102、104之一的部件，使得當這些殼體被置于一起時，粘合劑凸緣108位于殼體102、104的邊緣之間的結合線的內側上，以捕捉和收集可能在殼體邊緣之間被擠壓進葉片內部的任何過量的粘合劑110。
[000?] —旦這些殼體沿著結合區彼此粘接后，可需要另外的完成工序(finishingoperat1n)以提供葉片殼體之間的結合線區域內的光滑外表面。這些完成工序可包括結合線的外表面和/或結合線的覆層(0￥61']^111；[1^1:；[011)112的研磨或拋光，以提供適合空氣動力學的外表面。
[0007]這些結合區內使用的粘合劑對最終葉片結構增加了相當大重量和成本。另外，由于基于纖維復合材料的葉片殼體與結合線內使用的粘合劑之間的材料成分以及相關硬度的不同，這些粘合劑的使用可導致在成品葉片內形成結構裂紋或缺陷。
[0008]本發明的目的是提供用于接合風力渦輪機葉片部段的系統和方法，其解決了上述問題，具體是在改善風力渦輪機葉片內的結合區的性能的同時，減少了風力渦輪機葉片的重量和對粘合劑的使用。
【發明內容】
[0009]因此，本發明提供了一種制造風力渦輪機葉片的至少部分的方法，其中，所述方法包括步驟:
提供具有第一邊緣的第一葉片殼體，
提供具有第二邊緣的第二葉片殼體，以及通過提供在所述第一邊緣和所述第二邊緣之間延伸的覆層，沿著所述第一邊緣和所述第二邊緣的至少部分將所述第一葉片殼體接合到所述第二葉片殼體。
[0010]所述覆層代替了在葉片殼體之間的邊緣處的結構粘合劑的使用。結構粘合劑理解為可用于產生承載接合部的粘合劑。
[0011]優選地，所述覆層施加到所述第一邊緣和所述第二邊緣的外表面。使覆層位于葉片外表面上容許易于施加覆層以將葉片殼體緊固到一起。另外，在施加后所述覆層可被容易地檢查到以確保已充分地施加覆層，并起到將葉片殼體接合到一起的作用。
[0012]所述覆層可以理解為纖維材料的基體和樹脂。優選地，所述覆層由與葉片殼體的相同的材料形成。
[0013]可以理解，所述第一邊緣和所述第二邊緣的所述部分之間的接合基本上在無結構粘合劑的情況下形成。而且，所述接合通過利用樹脂形成以將覆層緊固到葉片殼體。由于在所述第一邊緣和所述第二邊緣的所述部分之間基本上沒有使用結構粘合劑，因此葉片殼體利用所述覆層接合。
[0014]優選地，沿著所述第一邊緣和所述第二邊緣的所述部分，葉片殼體是僅利用覆層接合的，其中沿著所述第一邊緣和所述第二邊緣的所述部分沒有使用另外的粘合劑或膠粘劑。
[0015]因此，由于減少了對結構粘合劑接合部的需要，故風力渦輪機葉片的重量和成本可最小化。另外，所述覆層可選擇成使得覆層材料具有與葉片殼體基本相似的材料和硬度性能，因而降低了由于不同材料或硬度性能而導致結構缺陷或裂紋的可能性。
[0016]優選地，所述第一和第二葉片殼體設置成其中在所述第一邊緣和所述第二邊緣之間的界面處限定有凹部，且其中，所述覆層至少部分地容納在所述凹部內。
[0017]通過在葉片殼體內的凹部內提供覆層，由于覆層和相關的凹部的尺寸可設計為符合期望的翼型輪廓，因此可保持成品風力渦輪機葉片的空氣動力學輪廓。
[0018]本發明進一步提供了一種制造風力渦輪機葉片的至少部分的方法，其中所述方法包括步驟:
提供第一葉片殼體，所述第一葉片殼體具有沿著所述第一殼體的邊緣的至少部分的第一錐形部段；
提供第二葉片殼體，所述第二葉片殼體具有沿著所述第二殼體的邊緣的至少部分的第二錐形部段；
將所述第一和第二葉片殼體置于一起，使得所述第一錐形部段抵接所述第二錐形部段，以形成沿著所述第一和第二葉片殼體的邊緣之間的邊界定位的凹通道；以及將層壓結構(laminate)施加到所述凹通道內以接合所述第一和第二葉片殼體。
[0019]由于所述凹部可由葉片殼體的錐形邊緣形成，因此可在制造葉片殼體本身過程中，例如通過選擇適當輪廓化的葉片模具，形成這種錐形。另外地或替代地，可通過切割或研磨葉片殼體的邊緣提供這種錐形。通過錐形部段，可以理解，這種錐形可包括平滑式錐形(even tapering)或階梯式錐形，且這種錐形可延伸穿過葉片殼體的整個厚度，或可穿過葉片殼體壁延伸至一定深度。
[0020]優選地，所述層壓結構設置為基本上充滿所述凹通道。
[0021]在一方面中，所述層壓結構的最大厚度基本上等于所述第一和第二葉片殼體的鄰近所述邊緣處的厚度。
[0022]通過使層壓結構具有與殼體厚度相同的深度，借助于在殼體之間界面處使用層壓結構，保持了所設計葉片的翼型輪廓的空氣動力學輪廓。
[0023]優選地，葉片殼體由多個纖維材料層的鋪設層形成，纖維材料例如為玻璃纖維、碳纖維等，其中所述錐形部段包括穿過葉片殼體本體直至纖維材料單層或單片的錐形。
[0024]優選地，所述層壓結構被施加成使得所述層壓結構的暴露表面與所述第一和第二葉片殼體的鄰近所述凹通道的暴露表面基本齊平。
[0025]以這種方式設置層壓結構在覆層區域內為葉片外表面提供了光滑的空氣動力學輪廓。
[0026]在一優選方面中，所述第一和第二錐形部段沿著相應的所述第一和第二葉片殼體的前邊緣定位。
[0027]優選地，施加層壓結構的所述步驟包括將所述層壓結構設置在所述凹通道內以沿著所述第一和第二葉片殼體部分之間的前邊緣邊界完成空氣動力學輪廓。
[0028]在另外的或替代的方面中，所述第一和第二錐形部段沿著所述第一和第二葉片殼體的相應后邊緣、優選為鄰近所述第一和第二葉片殼體的根部端部的所述后邊緣定位。
[0029]優選地，所述方法包括提供由與所述第一和第二葉片殼體基本相同的材料形成的層壓結構或覆層的步驟。
[0030]通過提供由與葉片殼體相同的材料形成的層壓結構，因此在葉片殼體與層壓結構之間不存在硬度性能的差異。這種材料選擇顯著地降低了因沿著殼體之間結合線的硬度變化所導致的結構裂紋形成的可能性。
[0031]在一方面中，葉片殼體至少部分地由纖維復合層壓結構材料的基體和固化樹脂形成。
[0032]優選地，施加層壓結構或提供覆層的所述步驟包括:
優選在所述凹通道內，沿著所述葉片殼體的所述第一邊緣和所述第二邊緣的至少部分定位至少一個纖維材料層；
用樹脂浸漬所述至少一個纖維材料層;以及固化所述樹脂以結合所述第一和第二葉片殼體。
[0033]所述浸漬的步驟可包括將樹脂施加到纖維材料的表面，例如輥子設備、真空浸漬等。替代地，施加層壓結構的步驟可包括將預鑄層壓結構件定位到所述凹通道內，并將所述層壓結構件附接到所述凹通道內。可以理解，上述樹脂可包括適用于復合結構中的任何樹月旨，優選為下列中至少一種或其組合:聚酯、乙烯基酯、聚亞安酯、環氧樹脂。
[0034]在一方面中，所述方法還包括處理層壓結構的外表面步驟，使得層壓結構與第一和第二葉片殼體的鄰接外表面齊平。所述處理步驟可包括適于產生基本上無缺陷的空氣動力學光滑表面的任何表面處理，例如拋光操作。
[0035]在一方面中，提供第一和第二葉片殼體的所述步驟可包括在葉片殼體模具內形成所述第一和第二葉片殼體中的至少一個，其中在所述模具內限定所述第一和/或第二錐形部段。
[0036]在一方面中，提供葉片殼體模具，在所述