CN109989877B - 风轮机叶片翼梁帽的波纹轮廓的拉挤纤维复合材料条带 - Google Patents

风轮机叶片翼梁帽的波纹轮廓的拉挤纤维复合材料条带 Download PDF

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Abstract

本发明涉及风轮机叶片翼梁帽的波纹轮廓的拉挤纤维复合材料条带。提出了一种拉挤纤维复合材料条带、由这种条带制成的翼梁帽、具有这样的翼梁帽的风力涡轮机转子叶片以及用于由这种条带制造翼梁帽的方法。该条带与类似条带堆叠以形成翼梁帽。该条带具有由相互对置和纵向延伸的第一侧面和第二侧面以及由第一纵向边缘和第二纵向边缘限定的基本上恒定的剖面。该第一侧面和第二侧面相应地包括第一邻接表面和第二邻接表面。该第一邻接表面和/或第二邻接表面具有波纹轮廓，使得多个纵向延伸的槽被限定在具有波纹轮廓的邻接表面上。当条带与类似条带堆叠并随后灌注树脂时，具有波纹轮廓的邻接表面上的槽有利于树脂传输和流动到堆叠的条带之间的空间中。

Description

风轮机叶片翼梁帽的波纹轮廓的拉挤纤维复合材料条带
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮机（也称为风轮机），并且具体而言，涉及风力涡轮机转子叶片的翼梁帽（spar cap）。更具体而言，本发明涉及：拉挤单向纤维复合材料条带；具有这样的拉挤单向纤维复合材料条带的堆叠的翼梁帽；以及用于制造具有这样的拉挤单向纤维复合材料条带的翼梁帽的方法。
背景技术
风力涡轮机和风力叶片的尺寸不断增加，并且因此，增加了在这样的风力涡轮机转子叶片的制造过程期间要克服的挑战。目前，用于制造风力涡轮机转子叶片（在下文中也称为叶片）的优选材料是通常称为“复合材料”的玻璃纤维和/或碳纤维增强塑料，该玻璃纤维和/或碳纤维增强塑料通常通过手糊成型（hand lay-up）和树脂注射模制工艺来处理。叶片的较大的剖面、较长的翼展（span）、较厚的结构部件使得树脂流动的设计和优化非常复杂，并且因此，造成了制造错误的风险增加，所述制造误差例如横向皱纹、树脂浸渍差、气穴、大面积干纤维等等。这些错误可能在很宽的区域上延伸，可能非常耗时并且维修成本非常高，并且可能极大地影响最终产品、即所制造的用于风力涡轮机的叶片的成本和可靠性。此外，复合材料结构的手糊成型变得非常耗时，特别是随着叶片的制造中所需的厚度和层数的增加。
风力涡轮机工业的近期发展已导致主要在翼梁帽构造中引入拉挤单向纤维复合材料条带，即具有单向纤维（UD）增强的复合材料的拉挤条带，该翼梁帽构造代表转子叶片的主要承载部件。
图3示出了常规已知的转子叶片210（在下文中也称为常规叶片210）的翼型部段的剖视图，该叶片210具有在常规叶片210的翼梁帽230中堆叠的拉挤条带235。图4中示意性地描绘了这些结构元件中的一个，即常规已知的拉挤条带235。常规已知的拉挤条带235（在下文中也称为常规条带235）由平面表面限定，并且大致类似于纵向、即沿常规条带235的纵向轴线299为长形的长方体，例如条或板，并且当垂直于纵向轴线299剖切时具有矩形的剖面。图4的这种常规条带235被堆叠在彼此顶上，以形成常规条带235的堆叠。然后，该堆叠被树脂灌注以形成常规的翼梁帽230。
如图3中所示，常规叶片210包括壳体21。壳体21通常由两个半壳体制成，即背风壳体21a和迎风壳体21b，它们二者通常由玻璃纤维增强塑料模制而成。这通常被称为“蝶形叶片”，这是因为它具有两个单独的半壳体21a、21b，该两个单独的半壳体21a、21b随后彼此组装以形成完整的壳体21，例如这两个半壳体21a、21b被胶合在一起以形成壳体21。替代性地，叶片210可包括一体形成的壳体21，即壳体21不具有两个半壳体21a、21b，而是如在西门子的公知的整体叶片构造中那样形成单件。部分的壳体21具有夹层板构造，并且包括夹在壳体21的内、外表面或面板24、26之间的轻质材料的芯22，所述轻质材料例如聚氨酯泡沫、PET泡沫、轻木等。在叶片210内的是叶片腔15。叶片210可包括一个或多个翼梁帽230，其通常成对，例如第一对翼梁帽230，即翼梁帽230a和230b，以及第二对翼梁帽230，即翼梁帽230c和230d。每对翼梁帽230、即翼梁帽230a、230b和翼梁帽230c和230d通过也称为腹板34的抗剪腹板34来支撑，该抗剪腹板34与翼梁帽230一起形成通常已知的工字梁形状。翼梁帽230a、230b、230c、230d通常部分或完全地嵌入壳体21中。每对中的一个翼梁帽230被嵌入背风壳体21a或与之整合，并且该对中的另一个翼梁帽230被嵌入迎风壳体21b或与之整合。
翼梁帽230具有例如条或板之类的大致长形的长方体形状，该长方体形状在叶片210的沿翼展方向上为长形，即换句话说，翼梁帽230当垂直于叶片210的翼展剖切时具有矩形剖面。常规已知的翼梁帽230由图4的预制的常规条带235的堆叠构成。常规条带235是碳纤维增强塑料的拉挤条带，并且是基本上平坦的并具有矩形剖面。
在涡轮叶片210的制造期间，使用树脂灌注工艺。壳体21的各种层压层通常通过手糊（hand-lay）来铺叠在模腔中，然后常规条带235被堆叠在要形成翼梁帽230的位置，即散置在背风壳体21a的部分和迎风壳体21b的部分之间，并且真空被施加于模腔。树脂同时从远侧或随后被引入到模具中。真空压力使树脂在层压层和堆叠的条带235之上和周围流动，并且灌注到铺叠层之间以及条带235之间的间隙空间中。最后，树脂灌注的叠层被固化，以硬化树脂，并且将各层压层和条带235结合在一起并结合到彼此，以形成叶片210。
上述条带235具有相对光滑和平坦的外表面，该外表面由条带235的制造中所使用的拉挤成型工艺产生。结果，当条带235在模具中堆叠在彼此顶上时，在条带235之间的界面处存在非常小的空间，以便允许足量的树脂流入其中。在条带235之间缺少树脂会导致条带235的结合不良，例如通过形成吻接（kissing bond）而结合不良。不适当地结合的条带235造成了叶片结构中发生分层的风险增加，并且这可能导致对涡轮叶片235的结构完整性的损伤和危害。上述问题是由于条带235的平滑外表面而引起的，无论是拉挤成型还是以其他方式制造，该条带235与其他类似条带235的平滑表面紧密组合，从而为树脂灌注期间的树脂流动留下很少的空间或没有留下空间。
为了解决平面的条带235之间的空间不足的上述问题，一些近期的技术使用条带235的平滑表面的粗糙化，例如通过使用如图4中所示的剥离层片（peel-ply）236，或者通过使用其他表面粗糙化技术，例如喷砂、砂磨、研磨、电晕处理、等离子体处理等。这些技术在叶片210的制造过程中需要额外的步骤，并且因此，使得制造过程更长且资源密集，例如需要磨砂设备和人力等。
因此，简而言之，常规条带235在翼梁帽230的制造期间的堆叠在条带235之间留下不足量的间隙空间，从而在树脂灌注到条带235之间的这些间隙空间中时造成问题。因此，需要一种技术，其确保了用于彼此堆叠以形成用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽的条带之间的足量的间隙空间，并且因此，至少部分地避免了进入到堆叠的条带之间的这些间隙空间中的树脂灌注不足和/或树脂过量的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种技术，其确保了彼此堆叠以形成用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽的条带之间的足量的间隙空间，并且因此，允许足够的树脂灌注到堆叠的条带之间的这些间隙空间中。
上述目的通过根据本技术的权利要求1的拉挤纤维复合材料条带，通过根据本技术的权利要求12的翼梁帽，通过根据本技术的权利要求13的风力涡轮机转子叶片，以及通过根据本技术的权利要求14的用于制造翼梁帽的方法来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。
在本技术的第一方面，提出了一种拉挤纤维复合材料条带。在下文中也称为条带的拉挤纤维复合材料条带用于与一个或多个类似的条带堆叠，以形成风力涡轮机转子叶片的翼梁帽，所述风力涡轮机转子叶片在下文中也称为叶片。该条带具有由相互对置和纵向延伸的第一侧面和第二侧面以及由第一纵向边缘和第二纵向边缘限定的基本上恒定的剖面。该第一侧面包括第一邻接表面，并且该第二侧面包括第二邻接表面。所述第一邻接表面和所述第二邻接表面中的至少一个具有波纹轮廓，使得多个纵向延伸的槽被限定在所述第一邻接表面和/或所述第二邻接表面上。当条带与类似的条带堆叠时，在准备树脂灌注和随后固化树脂以将条带与其他类似的条带结合以形成翼梁帽时，条带的第一邻接表面和/或第二邻接表面上的槽有利于树脂的流动，并且由此，与具有平坦或平面的邻接表面的常规已知的条带相比，实现了堆叠的条带之间的更好的树脂灌注。
所述拉挤纤维复合材料条带是具有单向纤维（UD）增强的复合材料的拉挤条带。该拉挤条带具有通常沿条带纵向延伸并且因此是单向的由玻璃、碳、芳族聚酰胺和/或玄武岩制成的结构纤维，而将纤维一起保持在条带中并保护它们免受外部物质影响的基质可以是但不限于环氧树脂、乙烯基酯、聚氨酯、聚酯等。
邻接表面的轮廓（profile）意指表面的外形、廓形、廓型（contour）、形状。当对表面进行整体观察时，邻接表面的轮廓由表面的曲率来表示。
在所述条带的一个实施例中，所述波纹轮廓在所述条带的横向方向上具有波型（wave shape）。所述条带的横向方向在所述条带的第一纵向边缘和第二纵向边缘之间延伸。所述条带的横向方向垂直于所述条带的纵向方向。所述波型确保了波纹分布在邻接表面上。
在所述条带的另一个实施例中，所述波型是对称波形，即所述波型类似于对称波形，诸如例如正弦波形的对称周期性波形等。因此，波纹均匀地分布在邻接表面上。
在所述条带的另一个实施例中，所述波型的波幅在100μm（微米）和1000μm之间。所述波型的波幅是沿条带的厚度测量、即沿垂直于条带的横向方向的方向测量的槽的最低点和脊的最高点之间的距离。因此，这些槽足够深以确保通过这些槽的适当的树脂流动，但不过深以将树脂限制在槽内，即换句话说，这些槽在树脂灌注期间促进树脂的流动，但随后被过度填充并允许树脂沿条带的横向方向流动到与槽相邻的邻接表面的区域。
在所述条带的另一个实施例中，所述波型的波长在2mm（毫米）和50mm之间。所述波型的波长是两个连续的槽之间或者与给定的槽邻接形成的两个连续的脊之间的距离。
在所述条带的另一个实施例中，第一邻接表面和第二邻接表面二者都具有波纹轮廓。第一邻接表面具有第一波型，并且第二邻接表面具有第二波型，该第一波型和第二波型二者都沿条带的横向方向延伸或定向，所述横向方向即所述条带的在所述条带的第一纵向边缘和第二纵向边缘之间延伸并且垂直于所述条带的纵向方向的方向。在所述条带的该实施例中，第一波型和第二波型是相同的。因此，条带的堆叠是紧凑的。
在所述条带的另一个实施例中，第一邻接表面和第二邻接表面二者都具有波纹轮廓。第一邻接表面具有第一波型，并且第二邻接表面具有第二波型，该第一波型和第二波型二者都沿条带的横向方向延伸或定向，所述横向方向即所述条带的在所述条带的第一纵向边缘和第二纵向边缘之间延伸并且垂直于所述条带的纵向方向的方向。在所述条带的该实施例中，第一波型和第二波型是不相同的，即第一波型和第二波型在波幅和/或波长上不同。因此，给定条带的邻接表面上的槽不会被堆叠中相邻的条带的邻接表面的脊完全封闭或填满。
如所示条带的另一个实施例中，来自第一邻接表面和第二邻接表面中的一个具有波纹轮廓，并且另一个具有平面表面。当堆叠时的条带可以按如下方式来堆叠，即：使得具有波纹轮廓的给定条带的邻接表面面向具有平面表面的相邻条带的邻接表面，并且反之亦然。因此，给定条带的邻接表面上的槽不会被堆叠中相邻条带的邻接表面封闭或填满。
在所述条带的另一个实施例中，具有波纹轮廓的第一邻接表面和/或第二邻接表面，即根据本技术的具有波纹轮廓的一个或多个邻接表面，包括或包含形成在其中并且在所述邻接表面上存在的所述多个纵向延伸的槽中的至少两个相邻的纵向延伸的槽之间延伸的一个或多个沟槽。该一个或多个沟槽被构造成流体连接该两个相邻的纵向延伸的槽，即该沟槽允许或促进树脂在该两个相邻的槽之间的流动。所述沟槽可以相对于所述槽具有不同的定向，例如所述沟槽可以相对于所述槽以90度、45度等来定向。
在所述条带的另一个实施例中，所述条带包括第一邻接表面上的第一剥离层片层和/或第二邻接表面上的第二剥离层片层。该剥离层片层至少部分地覆盖该剥离层片层存在于其上的邻接表面。该剥离层片层存在于具有波纹轮廓的邻接表面上。可以在堆叠条带之前以及在执行树脂灌注之前移除一个或多个剥离层片，并且该一个或多个剥离层片的移除在移除了剥离层片的邻接表面上提供了粗糙化的表面。
在本技术的第二方面，提出了一种用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽。该翼梁帽包括多个拉挤纤维复合材料条带，其与一个或多个类似的条带堆叠以形成条带的堆叠。这些条带中的每一个如上文针对本技术的第一方面所述。在所述堆叠中，条带被定向成使得所述堆叠的条带中的一个的邻接表面中的一个，即条带的第一邻接表面或第二邻接表面，面向相邻条带的邻接表面中的一个，即面向所述堆叠中的相邻条带的第一邻接表面或第二邻接表面。与没有具有波纹轮廓的条带的常规翼梁帽相比，具有这样的条带的翼梁帽具有更好的树脂结合。
在本技术的第三方面，提出了一种风力涡轮机转子叶片。在下文中也称为叶片的该风力涡轮机转子叶片具有沿叶片的翼展方向纵向延伸的至少一个翼梁帽。该翼梁帽包括多个拉挤纤维复合材料条带，其与一个或多个类似的条带堆叠。这些条带中的每一个都是根据如上文描述的本技术的第一方面的。这些条带中的每一个被定向成使得条带的第一侧面和第二侧面沿叶片的翼展方向纵向延伸并且在叶片的翼面向方向上隔开，并且条带的第一边缘和第二边缘沿叶片的翼展方向纵向延伸，并且在叶片的弦向方向上隔开。与没有具有波纹轮廓的条带的常规翼梁帽相比，具有根据本技术的翼梁帽的叶片在翼梁帽的构成条带之间具有更好的树脂结合。
在本技术的第四方面，提出了一种用于制造用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽的方法。在本技术的该方法中，提供多个拉挤纤维复合材料条带。这些条带中的每一个都是根据上文所述的本技术的第一方面。然后，这些条带被堆叠在模具中以形成条带的堆叠。这些条带被堆叠成使得在如此形成的堆叠中，所述堆叠的条带中的一个的邻接表面中的一个、即第一邻接表面或第二邻接表面面向所述堆叠的相邻条带的邻接表面中的一个、即第一邻接表面或第二邻接表面，以在其间限定纵向延伸的树脂流动通道。这些树脂流动通道中的每一个包括在所述堆叠中的面向彼此的邻接表面中的一个上限定的纵向延伸的槽中的至少一个。其后，在所述方法中，树脂被供应到所述堆叠。使树脂渗透到所述纵向延伸的树脂流动通道中。最后，在所述方法中，树脂被固化以将相邻的条带结合在一起。
在所述方法的一个实施例中，所述条带中的一个或多个包括至少部分地覆盖第一邻接表面的第一剥离层片层和/或至少部分地覆盖第二邻接表面的第二剥离层片层。所述剥离层片层存在于具有波纹轮廓的表面上。在所述方法中，在将条带堆叠在模具中以形成条带的堆叠之前，第一剥离层片和/或第二剥离层片从它们相应的邻接表面被移除。
附图说明
通过结合附图参考对本技术的实施例的以下描述，本技术的上述属性及其他特征和优点以及实现它们的方式将变得更加显而易见，并且将更好地理解本技术本身，附图中：
图1示意性地描绘了具有风力涡轮机转子叶片的风力涡轮机，在该风力涡轮机转子叶片中可以结合由本技术的拉挤纤维复合材料条带制成的翼梁帽；
图2示意性地描绘了风力涡轮机转子叶片，其中可以结合由本技术的拉挤纤维复合材料条带制成的翼梁帽；
图3描绘了常规已知的涡轮叶片的翼型件的剖视图，该翼型件具有由常规已知的拉挤条带制成的常规已知的翼梁帽；
图4描绘了用于制造常规已知的翼梁帽的常规已知的拉挤条带；
图5示意性地描绘了本技术的拉挤纤维复合材料条带的一个示例性实施例的透视图；
图6示意性地描绘了本技术的拉挤条带的另一示例性实施例的剖视图；
图7示意性地描绘了图5的拉挤条带的示例性实施例的剖视图，其描绘了本技术的条带的第一邻接表面和第二邻接表面的示例性波型；
图8示意性地描绘了图7的条带的剖视图，其描绘了所述波型的测量方案；
图9示意性地描绘了本技术的条带的另一示例性实施例的剖视图，其描绘了本技术的条带的第一邻接表面和第二邻接表面的示例性的不相同波型；
图10示意性地描绘了本技术的拉挤条带的又一示例性实施例的剖视图，其描绘了第一邻接表面的示例性波型并且描绘了作为本技术的条带的第二邻接表面的一部分的平面表面；
图11示意性地描绘了本技术的拉挤条带的另一示例性实施例的剖视图，其描绘了第一邻接表面的示例性波型并且描绘了本技术的条带的平面的第二邻接表面；
图12示意性地描绘了根据本技术的各方面的本技术的拉挤条带的示例性实施例的剖视图，其相应地描绘了第一邻接表面和第二邻接表面上的第一剥离层片层（peel-plylayer）和第二剥离层片层；
图13示意性地描绘了彼此堆叠以制造本技术的翼梁帽的本技术的两个拉挤纤维复合材料条带的一个示例性实施例；
图14示意性地描绘了彼此堆叠以制造本技术的翼梁帽的本技术的两个拉挤纤维复合材料条带的另一示例性实施例；
图15示意性地描绘了彼此堆叠以制造本技术的翼梁帽的本技术的两个拉挤纤维复合材料条带的又一示例性实施例；
图16示意性地描绘了彼此堆叠以制造本技术的翼梁帽的本技术的两个拉挤纤维复合材料条带的另一示例性实施例；
图17示意性地描绘了具有连接条带中的两个相邻的槽的沟槽的本技术的条带的示例性实施例的透视图；
图18描绘了具有由本技术的条带制成的翼梁帽的图2的风力涡轮机转子叶片的翼型件的示例性实施例的剖视图；以及
图19呈现了描绘根据本技术的各方面的用于制造用于风力涡轮机转子叶片的翼梁帽的方法的流程图。
具体实施方式
在下文中，详细地描述了本技术的上述和其他特征。参照附图描述了各种实施例，其中相同的附图标记始终用于表示相同的元件。在下面的描述中，出于解释的目的，阐述了许多具体细节以便提供对一个或多个实施例的透彻理解。可以注意到，所示实施例旨在解释而非限制本发明。可能显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践这些实施例。
可以注意到，在本公开中，术语“第一”、“第二”、“第三”等在本文中仅用于促进论述，并且除非另有指示，否则不具有特定的时间或按时间顺序的意义。
图1示出了本技术的风力涡轮机100的示例性实施例。风力涡轮机100包括塔架120，其被安装在基座（未示出）上。机舱122被安装在塔架120的顶部上，并且可借助于例如偏摆轴承和偏摆马达之类的偏摆角调整机构121相对于塔架120旋转。偏摆角调整机构121用于使机舱122围绕称为偏摆轴线的竖直轴线（未示出）旋转，该竖直轴线与塔架120的纵向延伸部对准。偏摆角调整机构121在风力涡轮机100的操作期间使机舱122旋转，以确保机舱122与风力涡轮机100所经受的当前风向适当地对准。
风力涡轮机100还包括转子110，其具有至少一个转子叶片10，并且通常具有三个转子叶片10，但是在图1的透视图中，仅两个转子叶片10可见。图2中示意性地描绘了转子叶片10中的一个。转子110可围绕旋转轴线110a旋转。转子叶片10通常被安装在驱动轴环112处，该驱动轴环112也称为轮毂112，该转子叶片10在下文中也称为叶片10，或者当提及叶片10中的一个时称为叶片10。轮毂112被安装成借助于主轴承（未示出）相对于机舱122可旋转。轮毂112可绕旋转轴线110a旋转。叶片10中的每一个相对于旋转轴线110a径向延伸并且具有翼型部段20。
在轮毂112和每个转子叶片10之间设置有叶片调整机构116，以便通过使相应的叶片10绕叶片10的纵向轴线（未示出）旋转来调整叶片10的叶片桨距角。每个叶片10的纵向轴线与相应的叶片10的纵向延伸部基本上平行地对准。叶片调整机构116用于调整相应的叶片10的叶片桨距角。
风力涡轮机100包括主轴125，其将转子110、特别是轮毂112可旋转地耦接到收容在机舱122内的发电机128。轮毂112被连接到发电机128的转子。在风力涡轮机100的示例性实施例（未示出）中，轮毂112被直接连接到发电机128的转子，因此风力涡轮机100被称为无齿轮的直接驱动风力涡轮机100。作为替代，如图1的示例性实施例中所示，风力涡轮机100包括设置在机舱122内的齿轮箱124，并且主轴125经由该齿轮箱124将轮毂112连接到发电机128，由此风力涡轮机100被称为齿轮传动风力涡轮机100。齿轮箱124被用于将转子110的转数转换成主轴125的较高转数，并且因此，转换成发电机128的转子的较高转数。此外，设置制动器126以便例如在非常强风的情况下和/或在突发事件的情况下停止风力涡轮机100的操作或降低转子110的旋转速度。
风力涡轮机100还包括控制***150，其用于以期望的操作参数来操作风力涡轮机100，例如以期望的偏摆角，以期望的叶片桨距，以转子110的期望的旋转速度等等。执行对操作参数的控制和/或调整以在现有条件下，例如在现有的风况和其他天气条件下，获得优化的发电。
风力涡轮机100还可包括不同的传感器，例如旋转速度传感器143、功率传感器144、角度传感器142等，这些不同的传感器向风力涡轮机100的控制机构150或其他部件提供输入，以优化风力涡轮机100的操作。
此外，如图2中所示，转子叶片10还包括具有根部11a的根部部段11和翼型部段20。通常，转子叶片10包括处于根部部段11和翼型部段20之间的过渡部段90。在下文中也称为翼型件20的翼型部段20包括具有末端12a的末端部段12。根部11a和末端12a被转子叶片10的翼展16分开，该翼展16沿循转子叶片10的形状。沿翼展16或平行于翼展16的方向被称为翼展方向16d。包括其中的末端12a的末端部段12当从末端12a测量时从末端121朝向根部11a延伸直到叶片10的总长度的大约33.3%（百分比）、即三分之一的翼展位置。末端12a在末端部段12内朝向根部11a延伸直到大约一米的翼展位置。转子叶片10包括具有前缘14a的前缘部段14和具有后缘13a的后缘部段13。后缘部段13围绕后缘13a。类似地，前缘部段14围绕前缘14a。
在垂直于翼展16的每个翼展位置处，可以限定连接前缘14a和后缘13a的弦线17。沿弦线17或平行于弦线17的方向被称为弦向方向17d。图3描绘了处于两个不同的翼展位置处的两个这样的弦线17。此外，与翼展方向16d和弦向方向17d相互垂直的方向被称为翼面向方向（flap-wise direction）9d。转子叶片10具有肩部18，其是转子叶片10的弦线17具有最大弦长的部段，即在图2的示例中处于朝向根部11a描绘的弦线17处。
在风力涡轮机100中，叶片10中的一个或多个包括根据本技术的图18中所示的一个或多个翼梁帽30。根据本技术，本技术的翼梁帽30包括这样的翼梁帽30的部件，即如图5至图18中所示的拉挤条带1。本技术还提出了如图19中所示的用于使用本技术的拉挤条带1来制造这样的翼梁帽30的方法500。在下文中，参照图5至图19结合图1和图2来进一步解释本技术。可以注意到，本技术的转子叶片10仅由于翼梁帽30和拉挤条带1而与如图3中所示的常规已知的转子叶片210不同，并且转子叶片10的其他部件与上文参照图3针对常规叶片210所述的相同，所述部件例如腹板34、背风壳体21a和迎风壳体21b等。本技术与常规已知的技术相比之间的区别在于区别于常规条带235的结构的拉挤条带1的几何结构，以及在于区别于由常规条带235形成的翼梁帽230的通过使用拉挤条带1而产生的翼梁帽30。
图5和图6示出了本技术的拉挤条带1的示例性实施例。如前所述，在下文中也称为条带1的拉挤条带1为拉挤单向纤维复合材料条带。图5至图18中所描绘的条带1是具有单向纤维（UD）增强的复合材料的拉挤条带，即条带1具有通常沿条带纵向延伸并且因此是单向的由玻璃、碳、芳族聚酰胺和/或玄武岩制成的结构纤维，而将纤维一起保持在条带1中并保护纤维免受外部物质影响的基质可以是但不限于环氧树脂、乙烯基酯、聚氨酯、聚酯等。每个条带1通过拉挤成型形成，该拉挤成型是类似于挤出的连续过程，其中例如玻璃纤维或碳纤维之类的纤维被拉动通过液体树脂的供应装置，即通过将纤维保持在一起的基质材料，以及通过将条带1成形为根据本技术的形状的模。然后，树脂、即基质材料被固化，例如通过在开放的腔室中加热，或者通过采用加热的模，该加热的模当条带1被拉挤时固化树脂。
条带1被用于形成图18的翼梁帽30，这是通过将条带1与一个或多个类似的条带1堆叠，以形成风力涡轮机100的转子叶片10的翼梁帽30。如图5中所示，条带1具有纵向轴线99，其大致沿条带1在制造时被拉挤的方向延伸，并且该方向也是条带1的纤维（未示出）延伸的方向。如图6中所示的条带1的剖面所描绘的，并且如从图5可以推断的，条带1具有第一侧面51和与第一侧面51相对的第二侧面52以及第一边缘61和与第一边缘61相对的第二边缘62。条带1具有基本上恒定的剖面，即条带1在沿纵向轴线99的位置处维持其剖面的形状和尺寸。条带1由第一和第二相互对置且纵向延伸的侧面51、52以及由第一纵向边缘和第二纵向边缘61、62限定，即侧面51、52以及边缘61、62大致平行于条带1的纵向轴线99延伸。
第一侧面51包括第一邻接表面51a。第一邻接表面51a可以是第一侧面51的整个表面，即覆盖第一边缘61和第二边缘62之间的整个宽度范围（expanse）。替代性地，第一邻接表面51a可以是第一侧面51的整个表面的主要部分，并且可以受第一侧面51的朝向第一边缘61和第二边缘62的边界或***区域或***表面区域限制，或者换句话说，第一侧面51的表面具有至少两种区域，即两个***区域51p和夹在该***区域51p之间的第一邻接表面51a。沿第一侧面51并垂直于纵向轴线99测量的每个***区域51p的宽度、即***区域51p的宽度范围可以在沿第一侧面51并垂直于纵向轴线99测量的第一边缘61和第二边缘62之间的距离的2%和10%之间。具有***区域51p的优点在于，***区域51p的存在允许在拉挤成型过程期间在第一侧面51的表面上结合剥离层片（在图5和图6中未示出）。当剥离层片在拉挤成型过程期间被结合在第一侧面51的表面上时，被该剥离层片覆盖的第一侧面51的表面的面积或区域是第一邻接表面51a，并且未被该剥离层片覆盖的第一侧面51的表面的面积或区域是第一***区域51p。当剥离层片被结合在第一侧面51的表面上时，该剥离层片的表面与第一***区域51p齐平。
类似地，第二侧面52包括第二邻接表面52a。第二邻接表面52a可以是第二侧面52的整个表面，即覆盖第一边缘61和第二边缘62之间的整个宽度范围。替代性地，第二邻接表面52a可以是第二侧面52的整个表面的主要部分，并且可以受第二侧面52的朝向第一边缘61和第二边缘62的边界或***区域或***表面区域限制，或者换句话说，第二侧面52的表面具有至少两种区域，即两个***区域52p和夹在该***区域52p之间的第二邻接表面52a。沿第二侧面52并垂直于纵向轴线99测量的每个***区域52p的宽度、即***区域52p的宽度范围可以在沿第二侧面52并垂直于纵向轴线99测量的第一边缘61和第二边缘62之间的距离的2%和10%之间。具有***区域52p的优点在于，***区域52p的存在允许在拉挤成型过程期间在第二侧面52的表面上结合剥离层片（在图5和图6中未示出）。当剥离层片在拉挤成型过程期间被结合在第二侧面52的表面上时，被该剥离层片覆盖的第二侧面52的表面的面积或区域是第二邻接表面52a，并且未被该剥离层片覆盖的第二侧面52的表面的面积或区域是第二***区域52p。当剥离层片被结合在第二侧面52的表面上时，该剥离层片的表面与第二***区域52p齐平。
根据本技术的各方面，第一邻接表面51a和第二邻接表面52a中的至少一个具有波纹轮廓，即成形为一系列平行的脊56和槽55。由于该波纹轮廓，多个纵向延伸的槽55被限定在第一邻接表面51a和/或第二邻接表面52a上，即限定在具有波纹轮廓的邻接表面上，该邻接表面可以是邻接表面51a和52a二者，或者该邻接表面中的一个，即51a或52a。脊56可以是如图5中所示的山形，或者可以如图6中所示是平坦的。槽55可以被理解为凹坑、沟槽、沟道、渠道或谷，其沿纵向轴线99并且在具有波纹轮廓的邻接表面51a、52a上延伸。当条带1与类似的条带1堆叠时，如后面的图13至图16中所描绘的，在准备树脂灌注和随后固化树脂以将条带1与其他类似的条带1结合以形成翼梁帽30时，条带1的第一邻接表面51a和/或第二邻接表面52a上的槽55有利于树脂的流动，并且由此，与常规已知的条带235相比，实现了堆叠的条带1之间的更好的树脂灌注，该常规已知的条带235相应地在于图4中所示的常规条带235的第一边缘261和第二边缘262之间延伸的第一侧面251和第二侧面252上具有平坦或平面的邻接表面251a、252a。
图5和图7示意性地描绘了条带1的一个实施例，其中所述波纹轮廓在条带1的横向方向96上具有波型。该条带的横向方向96在该条带的第一纵向边缘61和第二纵向边缘62之间延伸。条带1的横向方向96垂直于条带1的纵向方向或轴线99。图7示出了沿条带1的横向方向96延伸的两个轴线，即轴线96a和轴线96b。如在图7的描绘中可以看到的，第一邻接表面51a具有呈波型的形式的波纹轮廓，并且第二邻接表面52a也具有呈波型的形式的波纹轮廓。当沿纵向轴线的方向观察时，第一邻接表面51a描绘了波型。轴线96a仅被呈现用于描绘第一邻接表面51a的波型的目的。类似地，当沿纵向轴线的方向观察时，第二邻接表面52a描绘了波型。轴线96b仅被呈现用于描绘第二邻接表面52a的波型的目的。
在所述条带的另一个实施例中，也如图7中所描绘的，该波型是对称波形，即该波型类似于对称波形，诸如例如正弦波形的对称周期性波形等。因此，波纹均匀地分布在邻接表面51a、52a上。可以注意到，如图5至图18中所示的形成在邻接表面51a、52a上的槽55的数量是作为解释的方式而不是作为限制的方式提供的。还可以注意到，形成在具有波纹轮廓的邻接表面51a、52a上的槽55的数量多于两个，例如三个、四个、五个、六个等等。
图8提供了当呈波型的形式时并且特别是当呈正弦波形的形式时的针对波纹轮廓的测量方案。如图8中所示，所述波型对于第一邻接表面51a上的波形具有波幅A1和/或对于第二邻接表面52a上的波形具有波幅A2。类似地，所述波型对于第一邻接表面51a上的波形具有波长λ1和/或对于第二邻接表面52a上的波形具有波长λ2。通常，波幅A，即A1和/或A2，在100μm（微米）和1000μm之间。与上述波幅A的范围无关，通常波型的波长λ，即λ1和/或λ2，在2mm和50mm之间。波型的波长λ是两个连续的槽55之间或者与给定的槽55邻接形成的两个脊56之间的距离。波型的波幅A是沿条带1的厚度测量、即沿方向97测量的给定的槽55的最低点和邻接的脊56的最高点之间的距离，如图5中所示，该方向97垂直于条带1的横向方向96并且垂直于条带1的纵向轴线99。
如图7、图8和图9中所示，在条带1的实施例中，第一邻接表面51a和第二邻接表面52a二者均相应地具有呈第一波型和第二波型的形式的波纹轮廓。第一波型和第二波型二者都沿条带1的横向方向96延伸或定向，该横向方向96即该条带的在条带1的第一纵向边缘61和第二纵向边缘62之间延伸并垂直于条带1的纵向方向99的方向。在条带1的一个实施例中，如图7和图8中所示，第一波型和第二波型是相同的，即波幅A1和A2基本上相同，并且波长λ1和λ2基本上相同。在条带1的替代实施例中，如图9中所示，第一波型和第二波型是不相同的，即第一波型和第二波型在波长和/或波幅（图9中未示出）上彼此不同。
如图10中所示，在条带1的另一个实施例中，第一邻接表面51a和第二邻接表面52a具有波纹轮廓，然而，邻接表面51a、52a中的一者或两者在两个邻接的槽55之间包括平面表面P。如图11中所示，在条带1的另一个实施例中，来自第一邻接表面51a和第二邻接表面52a中的一个具有波纹轮廓，并且另一个具有平面表面P，并因此没有波纹轮廓。
如图17中所示，在条带1的一个实施例中，具有波纹轮廓的第一邻接表面51a和/或第二邻接表面52a还包括形成在其中的一个或多个沟槽58。尽管图17仅描绘了一个这样的沟槽58，但是在邻接表面51a、52a上形成多个这样的沟槽58完全在本技术的范围内。每个沟槽58在至少两个相邻的槽55之间延伸。沟槽58是在邻接表面51a、52a上形成的凹坑、渠道、沟道或谷，并且其在两个相邻的槽55之间引导或允许流体流动，特别是树脂流动，从而在相邻的槽55之间建立流体连通，即被流体连接，即沟槽58允许或促进树脂在两个相邻的槽55之间的流动。在一个未描绘的实施例中，沟槽58垂直于槽55延伸。
图12描绘了条带1的又一个实施例。在该实施例中，条带1包括第一邻接表面51a上的第一剥离层片层36和/或第二邻接表面52a上的第二剥离层片层38。剥离层片层36、38至少部分地覆盖剥离层片层36、38存在于其上的邻接表面51a、52a。剥离层片层36、38的表面37与条带1的侧面51、52的***区域51p、52p的表面齐平。
图13至图16示出了通过将条带1放置在另一条带1的顶部上而形成的堆叠32。可以注意到，在图13至图16中以及在参考所描述的附图的定向的本技术的其他附图中使用了诸如“顶”、“底”、“前”、“后”之类的方向术语。本发明的部件可以沿多种不同的定向来定位。因此，所述方向术语用于说明的目的而决不是限制性的。例如，条带1的堆叠可以是并排的而不是一个在另一个顶部上。还可以注意到，尽管图13至图16中仅在堆叠32中描绘了两个条带1，但是通常堆叠32中的条带1的数量更大，例如在4个和12个之间或更多。待堆叠在堆叠32中的条带1的数量取决于许多因素，例如，条带1的厚度、翼梁帽30的期望厚度等。图13的堆叠32示出了堆叠的两个相同的图6的条带1。图14的堆叠32示出了堆叠的两个相同的图5和图7的条带1。图15的堆叠32示出了堆叠的两个不相同的条带1。图16的堆叠示出了堆叠的两个相同的条带1，但是每个堆叠的条带在其相应的邻接表面51a、52a上具有不相同的波形。如图13至图16中所描绘的，由于存在于邻接表面51a、52a上的槽55，当条带1被堆叠时，树脂流动通道59被限定在相邻的条带1之间。树脂流动通道59包括相邻的条带1中的一者或两者的槽55中的一个或多个。树脂流动通道59也在相邻的条带1的表面之间纵向延伸并且有利于树脂流动。
与图3相比，图18描绘了具有本技术的翼梁帽30的转子叶片10。代替常规的翼梁帽230a、230b、230c、230d的是本技术的翼梁帽30a、30b、30c、30d。翼梁帽30包括与一个或多个类似的条带1堆叠的多个条带1。条带1中的每一个如上文关于图5至图12以及图17所述，并且例如如针对图13至图16所描述的那样被堆叠。条带1被定向成使得邻接表面51a、52a中的一个，即条带1的第一邻接表面51a或第二邻接表面52a，面向相邻的条带1的邻接表面51a、52a中的一个，即面向相邻的条带1的第一邻接表面51a或第二邻接表面52a。第一侧面51和第二侧面52在翼面向方向9d上隔开。第一边缘61和第二边缘62在弦向方向17d上隔开。条带1的第一侧面51和第二侧面52以及第一边缘61和第二边缘62沿翼展方向16d纵向延伸。
图19描绘了流程图，其示出了用于制造用于风力涡轮机转子叶片10的翼梁帽30、即翼梁帽30a、30b、30c、30d中的一个或多个的方法500。在方法500中，在步骤510中提供多个条带1。每个条带1如上文参照图5至图12所述。然后，条带1被堆叠在模具中以形成条带的堆叠。在方法500中，在步骤510之后的步骤530中，条带1如上文参照图13至图16所述的被堆叠，从而在堆叠的条带1之间限定了树脂流动通道59。在完成方法500的该阶段之后，模具具有条带1的堆叠32并且具有被放置成形成叶片10的壳体21的多个部分的部件。其后，在方法500中的步骤530之后，在步骤540中，树脂被供应到堆叠32。步骤540中的树脂流动可以通过真空辅助树脂传递模塑（VARTM）过程来实现。最后，在方法500中，在步骤550中树脂被固化以将相邻的条带1结合在一起。
当用于方法500的条带1包括如上文参照图17所述的第一剥离层片层36和/或第二剥离层片层38时，方法500的实施例在执行步骤530之前包括步骤520，在该步骤520中，第一剥离层片36和/或第二剥离层片38从它们相应的邻接表面51a、52a被移除。
可以注意到，本技术的条带1被用于如图18中所示的具有所谓的“结构壳体设计”的风力涡轮机叶片10，其中翼梁帽30a、30b、30c、30d被整合在外壳体21的结构内。此外，图18中所描绘的翼梁帽30a、30b、30c、30d的数量仅用于示例性目的，并且本领域技术人员可以理解的是，本技术的叶片10可以具有两个翼梁帽30，即仅一对翼梁帽30，或者可以具有多于四个翼梁帽30，例如形成三对不同的翼梁帽30的六个翼梁帽30。
还可以注意到，图3的描述及其与图18的比较呈现了“蝶形叶片”构造。然而，本技术也适用于西门子的公知的“整体叶片”构造，其中与蝶形叶片构造不同，背风壳体和迎风壳体不是分开制造的。在该整体叶片构造中，整个壳体被制造成作为整体壳体的单件，并且因此，不具有分开制造的背风和迎风侧。
虽然已参考某些实施例详细地描述了本技术，但是应当理解，本技术不限于那些具体的实施例。相反，鉴于描述用于实践本发明的示例性模式的本公开，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，许多修改和变型对于本领域技术人员来说将是显而易见的。因此，本发明的范围通过所附权利要求而不是通过前面的描述来表示。落入权利要求的等同物的含义和范围内的所有变化、修改和变型都应被认为是处于权利要求的范围内。

Claims (14)

1.一种拉挤纤维复合材料条带（1），其用于与一个或多个类似的条带（1）堆叠，以形成风力涡轮机转子叶片（10）的翼梁帽（30），所述条带（1）具有由相互对置和纵向延伸的第一侧面（51）和第二侧面（52）以及由第一纵向边缘（61）和第二纵向边缘（62）限定的基本上恒定的剖面，所述第一侧面（51）和所述第二侧面（52）相应地包括第一邻接表面（51a）和第二邻接表面（52a），
其特征在于，
所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）中的至少一个具有波纹轮廓，使得多个纵向延伸的槽（55）被限定在所述第一邻接表面（51a）和/或所述第二邻接表面（52a）上，其中，具有所述波纹轮廓的所述第一邻接表面（51a）和/或所述第二邻接表面（52a）包括形成在其中并且在所述多个纵向延伸的槽（55）中的至少两个相邻的纵向延伸的槽（55）之间延伸的一个或多个沟槽（58），其中，所述一个或多个沟槽（58）被构造成流体连接所述两个相邻的纵向延伸的槽（55）。
2.根据权利要求1所述的条带（1），其特征在于，所述波纹轮廓具有沿横向方向（96）在所述第一纵向边缘（61）和所述第二纵向边缘（62）之间延伸的波型，并且其中，所述条带（1）的所述横向方向（96）垂直于所述条带（1）的纵向方向（99）。
3.根据权利要求2所述的条带（1），其特征在于，所述波型是对称波形。
4.根据权利要求3所述的条带（1），其特征在于，所述对称波形是正弦波形。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述波型的波幅（A）在100μm和1000μm之间。
6.根据权利要求2至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述波型的波长（λ）在2mm和50mm之间。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）二者均具有波纹轮廓，所述波纹轮廓相应地具有沿横向方向（96）在所述第一纵向边缘（61）和所述第二纵向边缘（62）之间延伸的第一波型和第二波型，并且其中，所述条带（1）的所述横向方向（96）垂直于所述条带（1）的纵向方向（99），并且其中，所述第一波型和所述第二波型是相同的。
8.根据权利要求1至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）二者均具有波纹轮廓，所述波纹轮廓相应地具有沿横向方向（96）在所述第一纵向边缘（61）和所述第二纵向边缘（62）之间延伸的第一波型和第二波型，并且其中，所述条带（1）的所述横向方向（96）垂直于所述条带（1）的纵向方向（99），并且其中，所述第一波型和所述第二波型在波幅（A）和/或波长（λ）上不同。
9.根据权利要求1至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）中的一个具有所述波纹轮廓，并且所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）中的另一个具有平面表面。
10.根据权利要求1至4中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述条带（1）包括第一剥离层片层（36）和/或第二剥离层片层（38），所述第一剥离层片层（36）和/或所述第二剥离层片层（38）相应地至少部分地覆盖具有所述波纹轮廓的所述第一邻接表面（51a）和/或所述第二邻接表面（52a）。
11.一种用于风力涡轮机转子叶片（10）的翼梁帽（30），其中，所述翼梁帽（30）包括多个拉挤纤维复合材料条带（1），所述拉挤纤维复合材料条带（1）与一个或多个类似的条带（1）堆叠，以形成所述条带（1）的堆叠（32），其中，所述拉挤纤维复合材料条带（1）中的每一个是根据权利要求1至10中任一项所述的，并且其中，在所述堆叠（32）中，所述拉挤纤维复合材料条带（1）被定向成使得所述堆叠（32）的所述条带（1）中的一个的邻接表面（51a、52a）中的一个面向所述堆叠（32）中相邻的条带（1）的邻接表面（51a、52a）中的一个。
12.一种风力涡轮机转子叶片（10），其具有沿所述风力涡轮机转子叶片（10）的翼展方向（16d）纵向延伸的至少一个翼梁帽（30），所述翼梁帽（30）包括多个拉挤纤维复合材料条带（1），所述拉挤纤维复合材料条带（1）与一个或多个类似的条带（1）堆叠，其中，所述拉挤纤维复合材料条带（1）中的每一个是根据权利要求1至10中任一项所述的，并且其中，所述拉挤纤维复合材料条带（1）中的每一个被定向成使得：
- 所述条带（1）的第一侧面（51）和第二侧面（52）沿所述风力涡轮机转子叶片（10）的所述翼展方向（16d）纵向延伸，并且在所述风力涡轮机转子叶片（10）的翼面向方向（9d）上隔开，以及
- 所述条带（1）的第一边缘（61）和第二边缘（62）沿所述风力涡轮机转子叶片（10）的所述翼展方向（16d）纵向延伸，并且在所述风力涡轮机转子叶片（10）的弦向方向（17d）上隔开。
13.一种用于制造用于风力涡轮机转子叶片（10）的翼梁帽（30）的方法（500），所述方法（500）包括：
- 提供（510）多个拉挤纤维复合材料条带（1），其中，所述拉挤纤维复合材料条带（1）中的每一个是根据权利要求1至10中任一项所述的；
- 将所述条带（1）堆叠（530）在模具中以形成所述条带（1）的堆叠（32），使得在如此形成的所述堆叠（32）中，所述堆叠（32）的所述条带（1）中的一个的邻接表面（51a、52a）中的一个面向所述堆叠（32）中相邻的条带（1）的邻接表面（51a、52a）中的一个，以在其间限定纵向延伸的树脂流动通道（59），其中，所述树脂流动通道（59）中的每一个包括在所述堆叠（32）中的面向彼此的所述邻接表面（51a、52a）中的一个上限定的纵向延伸的槽（55）中的至少一个；
- 向所述堆叠（32）供应（540）树脂，并且使所述树脂渗透到所述纵向延伸的树脂流动通道（59）中；以及
- 固化（550）所述树脂，以将相邻的条带（1）结合在一起。
14.根据权利要求13所述的方法（500），其特征在于，所述拉挤纤维复合材料条带（1）中的一个或多个包括第一剥离层片层（36）和/或第二剥离层片层（38），所述第一剥离层片层（36）和/或所述第二剥离层片层（38）相应地至少部分地覆盖具有波纹轮廓的第一邻接表面（51a）和/或第二邻接表面（52a），其中，所述方法（500）还包括：
- 在将所述条带（1）堆叠在所述模具中以形成所述条带（1）的所述堆叠（32）之前，移除（520）第一剥离层片层 （36）和/或第二剥离层片层 （38）。
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