CN112166029A - 用于制造风力涡轮机叶片的***和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于制造风力涡轮机叶片的制造***（100）和方法，所述***包括具有下框架部分（92a）和上框架部分（92b）的框架体。所述上框架部分（92b）可分离地紧固在所述第一框架体（92）的所述下框架部分（92a）的至少部分的顶部上。具有主模具部分（96a）和可拆卸的尖端模具部分（96b）的模具体（96）由所述框架体支撑。转动装置被紧固到所述下框架部分（92a）以用于转动所述框架体。

Description

用于制造风力涡轮机叶片的***和方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造风力涡轮机叶片的制造***，涉及使用本发明的制造***制造风力涡轮机叶片的方法以及涉及根据所述方法制造的风力涡轮机叶片。

背景技术

风力涡轮机叶片通常使用第一和第二叶片壳体制造，所述第一和第二叶片壳体在一副相邻的叶片模具中模制。首先，通常将叶片凝胶涂层或底漆施用到叶片模具。继而，将纤维增强物和/或织物放置到模具中，随后进行树脂灌注。通常使用真空以将环氧树脂材料抽吸到模具中。可替代地，能够使用预浸技术，其中用树脂预浸渍的纤维或织物形成能够被引入到模具中的均质材料。

一旦叶片壳体已经充分固化，真空袋就被移除，并且在硬化的壳体上能够执行进一步操作。例如，叶片层压体和/或腹板能够被安装在叶片壳体中，可以在壳体上进行各种修复或修补操作，诸如壳体表面的打磨。

壳体半部通过基本上沿着叶片的弦平面胶接或螺接在一起而组装。为此，当壳体在模具中时，黏合胶被施用到壳体的边缘。叶片模具经由铰接的转动机构联接，并且（容纳第一叶片壳体的）第一叶片模具因此相对于第二模具和壳体转动，使得第一壳体被放置在第二壳体之上。这允许叶片壳体沿着壳体的边缘闭合在一起，以形成具有逆风侧和顺风侧的完整的风力涡轮机叶片。为了允许将壳体牢固结合在一起，由叶片模具沿着叶片壳体的外部表面保持合适的压力，通常大约3-4小时。

在叶片制造过程中，高质量的叶片模具是设备最昂贵的部件之一，其在使用之前需要大量的加工和制造以保证期望的叶片轮廓的精确重复生产，并且以允许模具的转动以将叶片壳体部分结合在一起。此外，甚至在叶片特征（诸如长度、拱度等）上的微小的不同，都将总体上需要全新的叶片模具以用于制造过程。

在制造中叶片模具可以花费大约1-3百万欧元并且，取决于模具在哪里制造，在新模具能够在制造工厂处使用之前大量的运输时间可能是一个因素。这在用于新风力涡轮机叶片的制造过程的实施中引入了可观的费用和订制-交付时间（lead time）。因此，对风力涡轮机技术的高效实施的限制之一是用于叶片制造***的初始建立所需要的时间。进一步的限制是在这样的***中用于制造单个叶片所耗费的时间。特别的挑战在于具有不同形状和尺寸的风力涡轮机叶片的成本划算且时间高效的制造。

DE19833869C1公开了一种模块化模具，其具有用于根部部分的不同的区段、主板区段（mainboard section）和尖端区段，其中根部区段可以具有不同的长度尺寸以用于适应到不同转子毂的连接。然而，此方法不能令人满意，因为改变不同模块和它们到其它部分（诸如转动机构或在地面上的安装）的关联连接是耗时、效率低且昂贵的。

因此，本发明的第一目的是提供用于制造风力涡轮机叶片的***和方法，所述***和方法克服这些限制。

特别地，本发明的一个目的是实现一种灵活且高效的制造操作，其节省时间和成本，并且其实现不同形状或尺寸的风力涡轮机叶片的生产。

发明内容

因此，在第一方面，本发明涉及用于制造风力涡轮机叶片的制造***，所述***包括：

包括下框架部分和上框架部分的第一框架体，上框架部分可分离地紧固在第一框架体的下框架部分的至少部分的顶部上，

由第一框架体支撑的第一模具体，所述第一模具体包括第一模制表面，所述第一模制表面限定第一风力涡轮机叶片壳体部分的外部，所述第一模具体包括主模具部分和可拆卸的尖端模具部分，其中可拆卸的尖端模具部分由第一框架体的上框架部分支撑，以及

用于转动第一框架体的一个或更多转动装置，其中所述一个或更多转动装置被紧固到第一框架体的下框架部分。

本发明者已经发现，这样的制造***允许不同尺寸的风力涡轮机叶片的高效生产，因为上框架部分和它的被支撑的尖端模具部分能够被用具有不同尺寸的上框架部分和尖端模具部分快速地更换。由于上框架部分可分离地紧固在下框架部分的至少部分的顶部上，所以在不同尺寸的叶片的整个制造过程期间，后者能够保持紧固到一个或更多转动装置。

优选的是，所述制造***进一步包括

包括下框架部分和上框架部分的第二框架体，所述上框架部分可分离地紧固在第二框架体的下框架部分的至少部分的顶部上，

由第二框架体支撑的第二模具体，所述第二模具体包括第二模制表面，所述第二模制表面限定第二风力涡轮机叶片壳体部分的外部，所述第二模具体包括主模具部分和可拆卸的尖端模具部分，其中可拆卸的尖端模具部分由第二框架体的上框架部分支撑，并且

其中一个或更多转动装置被布置以用于相对于第二框架体转动第一框架体。

由于第二框架体的上框架部分可分离地紧固在第二框架体的下框架部分的至少部分的顶部上，所以下框架部分可以保持永久固定到地面，而仍能够制造不同尺寸的叶片。

因此，本发明的制造***优选地适合于制造压力侧壳体部分和吸力侧壳体部分，所述压力侧壳体部分和吸力侧壳体部分能够结合到彼此以制成风力涡轮机叶片壳体。除以上描述的部分之外，制造***可以进一步包括至少一个、优选地两个附加模具体以用于纤维铺设、树脂灌注和固化，以及用于将固化的壳体部分或其预成型品转移到如上所述的第一和第二模具体的转移装置。为了那个目的，***可以进一步包括提升装置，所述提升装置是可操作的以从所述附加模具体脱模或移除固化的壳体部分。优选地，所述提升装置是进一步可操作的以将这样的壳体部分转移到第一和第二模具体以用于进一步加工。

***可以进一步有利地包括一个或更多纤维铺设装置以及用于将树脂灌注到铺设的纤维叠层（stack）的装置。因此，第一和第二模具体可以一起形成叶片模制站。优选地，所述第一和第二叶片模具被用在纤维复合材料的铺设过程中以生产第一和第二固化的叶片元件。优选地，制造***进一步包括灌注机构，所述灌注机构是可操作的以用树脂灌注所述纤维复合材料、以固化所述纤维复合材料来形成第一和第二固化的叶片部分。转动装置可以是可操作的以相对于第二框架体移动第一框架体，以闭合接收在模具体中的第一和第二叶片壳体部分来形成闭合的风力涡轮机叶片壳体。

在一些实施方式中，第一模具体被布置以接收风力涡轮机叶片的压力侧壳体的固化的叶片部分，而第二模具体被布置以接收风力涡轮机叶片的吸力侧壳体的固化的叶片部分。

框架体将通常包括若干支撑构件，诸如相互连接的棒或杆的框架。优选的是，框架体是基本上开放式框架结构。在一些实施方式中，支撑框架包括一个或更多固定的支撑构件和一个或更多可移动的支撑构件，所述一个或更多可移动的支撑构件被紧固和/或铰接到至少一个固定的支撑构件。

在优选的实施方式中，第一框架体铰接地耦联到第二框架体。这允许在固化和可选的后模制操作完成之后闭合叶片壳体，而不需要移动叶片壳体。在一些实施方式中，固化的叶片部分可以在模具体中制造，包括在模具中铺设纤维材料、用树脂灌注所述纤维材料以及在所述纤维材料中基本上固化所述树脂以形成固化的叶片部分的步骤。

优选的是，下框架部分至少在它的被支撑的模具体的整个长度上延伸。在一些实施方式中，下框架部分具有阶梯状的高度轮廓。因此，下框架部分可以沿着第一区段具有第一高度，并且沿着它的长度的第二区段具有第二、较低的高度，其中上框架部分可分离地紧固在下框架部分的所述第二区段的至少部分的顶部上。上框架部分也可以可分离地紧固到下框架部分的第一区段，然而，通常不是在下框架部分的顶部上，而是邻近于下框架部分。

在一些实施方式中，上框架部分的长度对应于下框架部分的第二区段的长度。在其它实施方式中，上框架部分的长度小于下框架部分的第二区段的长度。在其它实施方式中，上框架部分的长度大于下框架部分的第二区段的长度。下框架部分的第一区段的高度可以在1米和4米之间，诸如在1米和3米之间。下框架部分的第二区段的高度可以在0.5米和2.5米之间，诸如在1米和2米之间。下框架部分的第一区段的长度可以在30米和120米之间，诸如在30米和100米之间，或在40米和80米之间。下框架部分的第二区段的长度可以在2米和40米之间，诸如在2米和30米之间、在2米和20米之间或在5米和15米之间。因此，上框架部分优选地仅部分地位于下部分的顶部上，即在所述第二区段的顶部上。

上框架部分可分离地紧固在下框架部分的至少部分的顶部上，优选地通过使用一个或更多紧固装置紧固，优选地使用一个或更多螺钉和螺母紧固。在下框架部分上的一个或更多紧固装置的位置可以在下框架部分的长度方向上可变。类似地，在下框架部分上的一个或更多紧固装置的位置可以在下框架部分的宽度方向上可变。这允许不同形状和/或尺寸的上框架部分的定位和紧固。

上框架部分可以具有高度，该高度朝向框架体的尖端端部或上框架部分的尖端端部增加，优选为逐渐增加。因此，上框架部分的高度可以在它的长度上逐渐增加，使得在框架体的尖端端部或上框架部分的尖端端部处呈现最大高度。在优选的实施方式中，上框架部分在它的尖端端部处比在它的相对端部处至少更高5%，诸如至少更高10%或至少更高25%，所述相对端部更接近于框架体的根部端部。这已被发现对于曲形的和弯曲的风力涡轮机叶片是特别有利的，诸如预弯曲的叶片，其中叶片体被设计成（优选地在叶片的压力侧的方向上）具有弯部或曲形。增加上框架部分的高度允许使模具体适应这样的叶片，所述叶片向上朝向叶片尖端突出。在它的尖端端部处，上框架部分的高度可以在1米和4米之间，诸如在2米和4米之间，而在它更接近于框架体的根部端部的相对端部处，上框架部分的高度可以在0.5米和2.5米之间，诸如在1米和2米之间。

优选地，框架体被配置使得第一和第二框架体邻近彼此定位。模具体优选地由它相应的框架体使用用于接收模具体的框架体的一个或更多的铰接梁支撑。

每个模具体的模制表面将通常包括基本上对应于相应的风力涡轮机叶片的逆风（或压力侧）和顺风（或吸力侧）半部的空气动力学轮廓。优选的是，每个模具体的主模具部分被紧固（优选地永久紧固）到它相应的框架体，优选地紧固到相应的下框架部分。主模具部分将通常构成风力涡轮机叶片的总长度的至少50%，诸如至少60%或至少70%。在一个实施方式中，主模具部分包括壳体的根部部分以用于附接到风力涡轮机的转子毂。

尖端模具部分可以可分离地紧固到相应框架体的上框架部分。尖端模具部分也可以可分离地紧固到主模具部分。通常，尖端模具部分与主模具部分对齐以形成连续的模制表面。尖端模具部分将通常构成少于风力涡轮机叶片部分的总长度的40%，诸如少于30%或少于20%。在一个实施方式中，制造***包括至少两个可拆卸的具有不同长度的尖端模具部分，诸如至少三个或至少四个具有不同长度的尖端模具部分。在其它实施方式中，制造***包括至少两个可拆卸的具有不同形状的尖端模具部分，诸如至少三个或至少四个具有不同形状的尖端模具部分。

优选地，制造***包括两个或更多用于转动第一框架体的转动装置，优选地包括在2个和10个之间，更优选地包括在4个和8个之间的转动装置，所述转动装置紧固到第一框架体的下框架部分。有利地，每个转动装置被用相应转动装置的铰接臂紧固到第一框架体的下框架部分。

本发明的制造***将通常包括计算机控制***以用于控制叶片制造过程的一个或更多步骤，诸如转动或闭合操作。

优选的是，上框架部分比下框架部分更短。在一些实施方式中，上框架部分具有在相应框架体的下框架部分的长度的2-40%之间的长度，诸如在相应框架体的下框架部分的长度的2-30%、2-25%、5-25%或10-25%之间。上框架部分可以具有基本上矩形的横截面。同样，下框架部分也可以具有基本上矩形的横截面。

在优选的实施方式中，上框架部分具有在2-40米之间的长度，诸如在2米和30米之间，或在2米和15米之间，或在2米和10米之间。下框架部分可以具有40-120米的长度，诸如在40米和100米之间，或在50米和80米之间。

在优选的实施方式中，第一和/或第二框架体各自包括至少两个（诸如至少三个、至少四个或至少五个）可互换的具有不同长度的上框架部分。因此，制造***可以包括若干具有不同长度或形状的上框架部分和一个下框架部分的模块化组合，上框架部分可选地与相应的具有不同长度、尺寸和/或形状的尖端模具部分连接，以实现若干不同形状和/或尺寸的风力涡轮机叶片部分的制造。在其它实施方式中，第一和/或第二框架体各自包括至少两个（诸如至少三个、至少四个或至少五个）可互换的上框架部分，每个上框架部分支撑相应的尖端模具部分，其中尖端模具部分具有不同的长度、尺寸和/或形状。在其它实施方式中，制造***可以包括主模具部分和两个或更多不同长度、尺寸和/或形状的尖端模具部分。因此，制造***可以适合于制造风力涡轮机叶片部分，诸如具有至少两个不同长度的风力涡轮机叶片壳体。

在另一实施方式中，第一和/或第二模具体各自包括至少两个可互换的具有不同长度和或形状的尖端模具部分。在优选的实施方式中，每个下框架部分至少在它相应模具体的整个长度上延伸。

在另一实施方式中，第二框架体的下框架部分紧固到地面，诸如螺接到地面。本发明实现这种到地面的紧固（诸如永久紧固），因为当制造不同尺寸或形状的叶片壳体时，仅框架体的部分（即上框架部分）需要被更换。

在另一实施方式中，每个主模具部分由它相应的下框架部分支撑。主模具部分可以在具有第一高度h1的下框架部分的第一区段的部分或整个长度上延伸，其中下框架部分包括具有第二、较低的高度h2的第二区段以用于接收上框架部分。优选的是，每个框架体形成开放式框架结构，诸如开放式框架的格栅或桁架结构。

在另一实施方式中，每个框架体包括高度调节元件、长度调节元件和/或宽度调节元件，在框架体的相应下框架部分的至少部分的顶部上实现不同尺寸和/或形状的上框架部分的可分离的紧固。在优选的实施方式中，每个框架体包括紧固元件以用于将上框架部分可分离地紧固到相应的下框架部分。这样的紧固元件将通常包括螺钉和/或螺母。

在另一方面，本发明涉及使用本发明的制造***制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：

在第一和第二模制表面上布置一个或更多纤维材料层，

用可固化的树脂注入所述一个或更多纤维材料层，

固化待成形的树脂以形成相应的第一和第二叶片壳体部分，

使用用于相对于第二框架体转动第一框架体的一个或更多转动装置闭合第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，以及

结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成风力涡轮机叶片。

在第一和第二模制表面上布置一个或更多纤维材料层的步骤可以包括手工铺设操作或自动铺设操作，例如喷射（spray）铺设、带状铺设、纤维拉挤成型、片层（plies）的自动铺设或其组合。

关于结合的步骤，优选地，在将所述第一叶片壳体与所述第二叶片壳体部分结合以形成风力涡轮机叶片的步骤期间，所述方法进一步包括在所述第一和第二框架体中的至少一个中的至少一个所述叶片壳体部分上执行至少一个内部结合操作的步骤。优选地，所述至少一个内部结合操作从以下一个或更多中选择：叶片壳体修复操作、表面打磨操作、涂覆操作、叶片根部凸缘修整（finishing）操作。

关于固化的步骤，在固化所述叶片壳体部分的步骤期间，优选地所述方法进一步包括在至少一个所述模具体中的至少一个所述叶片壳体部分上执行至少一个内部固化操作的步骤。优选地，所述至少一个内部固化操作从以下一个或更多中选择：打磨操作、叶片壳体修复操作。

在另一方面，本发明涉及使用本发明的制造***制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：

形成固化的第一叶片壳体部分并将第一叶片壳体部分转移到第一模具体，

形成固化的第二叶片壳体部分并将第二叶片壳体部分转移到第二模具体，

在第一和/或第二叶片壳体部分上执行至少一个后模制操作，

使用用于相对于第二框架体转动第一框架体的一个或更多转动装置闭合第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体以及，

结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成风力涡轮机叶片。

这样的后模制操作可以包括叶片壳体修复操作、叶片壳体打磨操作、叶片根部凸缘耦联操作、叶片腹板安装操作、胶接操作、涂覆操作、用以组装风力涡轮机叶片壳体的至少两个分开的区段以形成单个风力涡轮机叶片壳体的组装操作、覆层（overlamination）操作、叶片传感器***的安装、叶片闪电保护***的安装、几何形状检查操作、用以将叶片壳体的区部推或拉到适当位置中的几何形状调节操作、在例如炉（oven）中的二级固化操作、外部部件（例如空气装置（aero devices）、风扇、扰流器、失速栅（stall fences））的附加，或任何其它合适的制造或组装操作，或任何合适的非破坏性的检测活动（例如皱褶测量、超声波厚度测量、胶接结合的相位阵列检测），或其组合。

在一些实施方式中，后模制操作包括在所述第一和第二叶片壳体部分中的至少一个的前边缘和后边缘处施用黏合剂，其中所述结合的步骤包括布置所述第一和第二叶片壳体部分，以将第一叶片壳体部分的前边缘粘附到第二叶片壳体部分的前边缘，并且以将第一叶片壳体部分的后边缘粘附到第二叶片壳体部分的后边缘。

将被理解的是，本发明不局限于壳体部分的相应的前边缘和后边缘的直接连接，例如在壳体部分的前边缘和/或后边缘之间可以放置尾部部件或***件。在本发明的方法中使用的纤维材料将通常包括玻璃纤维或碳纤维或其混合物。

在另一方面，本发明涉及使用本发明的制造***制造至少两个具有不同尺寸的风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤

制造第一风力涡轮机叶片，包括

提供相应的上框架部分和可拆卸的尖端模具部分，以用于形成相应的具有第一尺寸的第一和第二模制表面，

在相应的具有第一尺寸的第一和第二模制表面上形成相应的第一和第二叶片壳体部分，或将相应的第一和第二叶片壳体部分转移到相应的具有第一尺寸的第一和第二模制表面，

使用用于相对于第二框架体转动第一框架体的一个或更多转动装置闭合第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，并且结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成第一风力涡轮机叶片，

制造具有第二尺寸的第二风力涡轮机叶片，包括

提供相应的上框架部分和可拆卸的尖端模具部分以用于形成相应的具有第二尺寸的第一和第二模制表面，

在相应的具有第二尺寸的第一和第二模制表面上形成相应的第一和第二叶片壳体部分，或将相应的第一和第二叶片壳体部分转移到相应的具有第二尺寸的第一和第二模制表面，

使用用于相对于第二框架体转动第一框架体的一个或更多转动装置闭合第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，并且结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成第二风力涡轮机叶片。

通常，所述方法包括制造至少两个具有不同长度的风力涡轮机叶片，从而产生第一长度的叶片和第二、较短的长度的叶片。因此，当制造第一长度的风力涡轮机叶片时，第一和第二模制表面可以具有第一长度，并且当制造第二、较短的长度的风力涡轮机叶片时，第一和第二模制表面可以具有第二、较短的长度。这可以通过仅将上框架部分与它相应的尖端模具部分一起更换而高效地实现，而其它部分保持在它们以前的配置中。

在优选的实施方式中，在进行所述步骤时，第二框架体的下框架部分保持紧固到地面。通常，在进行所述步骤时，一个或更多转动装置将保持紧固到第一框架体的下框架部分。因此，仅需要对***做极小的变型，从而带来生产不同尺寸和形状的叶片的更快捷且更便宜的方式。

前述方法可以进一步包括将第一叶片壳体部分与第二叶片壳体部分对齐的步骤，使得在结合步骤期间，第一叶片壳体部分的前边缘和后边缘与第二叶片壳体部分的相应的前边缘和相应的后边缘对准。优选地，所述对齐的步骤包括平移地移动所述第一和第二框架体中的至少一个，优选地，相对于所述第一和第二框架体中的另一个移动，以对齐容纳在所述第一和第二框架体中的第一和第二叶片壳体部分。框架体优选地放置成使得最初所述第一叶片壳体部分的前边缘侧邻近所述第二叶片壳体部分的前边缘侧设置。移动（优选地转动（hinging））的步骤被执行，使得所述第一叶片壳体部分的后边缘侧被带到与所述第二叶片壳体部分的后边缘侧接触。

在另一方面，本发明涉及根据前述方法制造的风力涡轮机叶片。

以上关于所述方法所描述的特征同样可以应用到本发明的制造***，并且反之亦然。

附图说明

现在将仅通过示例的方式参考附图描述本发明的某些实施方式，其中：

图1示出风力涡轮机；

图2示出风力涡轮机叶片的示意图；

图3示出图2的叶片的翼型轮廓的示意图；

图4是根据本发明的制造***的透视图；

图5是沿着图4中的线A-A'的横截面示意图，

图6是根据本发明的框架体的局部顶部视图，

图7是根据本发明的框架体的局部侧视图，以及

图8是根据本发明的制造***的示意性透视图。

具体实施方式

图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机，其具有塔架4、机舱6和具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片尖端14。转子具有标记为R的半径。尽管在此呈现了三叶片的逆风风力涡轮机设计，将被理解的是，本发明可以同样施用于其它（例如两叶片的、顺风等）风力涡轮机设计的叶片。

图2示出根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施方式的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最接近于毂的根部区30、最远离于毂的轮廓或翼型区34以及在根部区30和翼型区34之间的过渡区32。叶片10包括当叶片安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前边缘18和面向前边缘18的相对方向的后边缘20。

翼型区34（也称为轮廓区）具有关于生成升力的理想的或几乎理想的叶片形状，而由于结构考虑，根部区30具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂更容易且更安全。根部区30的直径（或弦）可以沿着整个根部区域30是恒定的。过渡区32具有从根部区30的圆形或椭圆形形状逐渐改变到翼型区34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区32的弦长度通常随着距毂的增加的距离r而增加。翼型区34具有翼型轮廓，所述翼型轮廓具有在叶片10的前边缘18和后边缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的增加的距离r而减小。

叶片10的肩部40被定义为叶片10具有其最大弦长度的位置。肩部40通常设置在过渡区32和翼型区34之间的边界处。

应当注意的是，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可以被扭曲和/或弯曲（即预弯曲），因此提供具有对应地扭曲的和/或曲形的趋向（course）的弦平面，这是最常见的情况，以便补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度。

图3示出了用各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，所述参数通常用于定义翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，其在使用期间——即在转子的旋转期间——通常相应地面向迎风（或逆风）侧以及背风（或顺风）侧。翼型50具有弦60，所述弦60具有在叶片的前边缘56和后边缘58之间延伸的弦长度c。翼型50具有厚度t，其被定义为压力侧52和吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿着弦60变化。距对称轮廓的偏差由拱线62给出，所述拱线62是穿过翼型轮廓50的中线。能够通过从前边缘56到后边缘58画内切圆来找到所述中线。所述中线依循着这些内切圆的中心，并且距弦60的偏差或距离被称为拱度f。不对称度也能够通过使用被称为上拱度和下拱度的参数来定义，所述上拱度和下拱度定义为距弦60和相应地吸力侧54和压力侧52的距离。

翼型轮廓通常由以下参数表征：弦长度c、最大拱度f、最大拱度f的位置df、最大翼型厚度t（其为沿着中拱线62的内切圆的最大直径）、最大厚度t的位置dt和鼻部半径（未示出）。这些参数通常被定义为与弦长度c的比率。

风力涡轮机叶片可以进一步包括预弯曲的叶片，其中叶片体被设计成（优选地在叶片的压力侧的方向上）具有弯部或曲形。预弯曲的叶片被设计成在风力涡轮机的操作期间弯曲，使得叶片在风力涡轮机处的最佳风速的影响下变直。这样的预弯曲的叶片将在风力涡轮机操作期间提供提高的性能，从而产生许多利处，例如塔架间隙（towerclearance）、扫掠面积、叶片重量等。

构造风力涡轮机叶片10的一种方式包括将叶片10作为两个分开的壳体部件形成——基本上形成叶片10的压力或逆风侧52的第一部件，以及基本上形成叶片10的吸力或顺风侧54的第二部件。这样的壳体部件通常在符合相应侧的空气动力学形状的分开的开放式叶片模具中形成，并且继而通过闭合叶片模具而接合在一起以形成风力涡轮机叶片10。

根据本发明用于制造风力涡轮机叶片的制造***的实施方式在图4中图示。图示的***包括常规的模制站70和本发明的制造***90。叶片模制站70包括第一和第二叶片壳体模具72、74的组合。叶片模具72、74包括相应的第一和第二内部表面76、78，所述第一和第二内部表面76、78被布置以生产第一和第二固化的叶片壳体部分，所述第一和第二固化的叶片壳体部分具有基本上对应于相应的风力涡轮机叶片的逆风（或压力侧）和顺风（或吸力侧）半部的空气动力学轮廓。

在叶片模制站70处执行铺设操作，其中多个优选地纤维基复合材料层被施用到叶片模具72、74的内部表面76、78。纤维层被施用以符合模具形状，并且取决于要被制造的风力涡轮机叶片的结构需要，其可以被以各种厚度或密度布置。

在图5示出的实施方式中，叶片模制站70被提供有自动纤维铺设设备80，所述自动纤维铺设设备80允许在叶片模具72、74中进行纤维基材料层的机器控制的铺设。自动纤维铺设设备包括至少一个纤维施用器装置，所述至少一个纤维施用器装置悬置在设置在叶片模具72、74之上的可移动台架上，所述至少一个纤维施用器装置是可操作的以沿着叶片模具72、74的长度移动以将纤维层（例如纤维带）施用到叶片模具72、74的内部表面76、78。

然而，将被理解的是，本发明的制造***可以使用任何合适的铺设机制实施，例如手工铺设。此外，铺设操作可以包括在叶片模具中使用拉挤成型元件或复合材料的预浸物，作为对纤维基材料层的替代或附加于纤维基材料层。

一旦足够的纤维基材料层已被施用到模具72、74的表面，然后就执行固化操作以将纤维层固化到相对硬化的状态。在一个实施方式中，这可以包括在纤维层上施用罩或真空袋以形成容器，以及继而将真空压力施加到由真空袋和叶片模具72、74的表面限定的容器的内部。

然后固化树脂被灌注或注入到容器的内部中，树脂通过真空压力的作用遍及纤维层散布。然后树脂被允许将纤维基材料层固化并且因此硬化并且接合到固化的叶片元件中，所述固化的叶片元件优选地包括空腔以用于稍后增强区段（未示出）的整合；固化的叶片元件具有对应于叶片模具72、74的表面形状的结构轮廓。

术语“固化的叶片部分”在此被用来指示已通过固化操作基本上固化的叶片部分，优选地固化到叶片部分能够被处理而不用经历壳体结构的显著变形的程度。执行固化操作的持续时间将取决于在叶片壳体部分的制造中使用的固化树脂的类型，但是使用标准树脂的持续时间可能是2-3小时的量级。然而，将被理解的是，叶片部分它们自身在所提及的固化操作之后可以继续在叶片部分体内经历若干小时的固化过程。

因此，一旦叶片部分已经基本上固化，关联的罩或真空袋就可以被移除，并且固化的叶片部分能够从叶片模具72、74脱模。为了脱模叶片部分，可以被设置在叶片模具72、74之上的任何制造设备（例如自动纤维施用器装置80）都可以被移除，并且提升设备（未示出）可以被放置在容纳在叶片模具72、74中的叶片部分之上。提升设备是可操作的以将固化的叶片部分从叶片模具72、74提升出来，并且以将固化的叶片部分转移到制造***90，在制造***90处可以执行增强和可选地后模制操作。

将被理解的是，转移操作可以使用用于风力涡轮机叶片元件转移的任何合适的提升设备（例如真空提升装置、吊车、手工提升操作等）执行。

制造***90包括第一框架体92和第二框架体94，其各自包括由相应的支撑框架体支撑的模具体96、98。每个固化的叶片部分能够被布置在它的模具体中以用于在每个叶片壳体的固化的叶片部分上形成增强区段或以用于进行其它后模制操作。增强区段的形成将通常包括在固化的叶片元件上（优选地在准备在其内的空腔中）的附加纤维材料的铺设，随后进行真空辅助树脂灌注和固化。

第一和第二框架体92、94以纵向平行的关系布置，第一框架体92经由多个铰接机构95耦联到第二框架体94。第一框架体92被布置成相对于第二框架体94铰接，使得第一框架体92放置第二框架体94之上以形成闭合布置。当在闭合位置时，第一框架体92也可以是相对于第二框架体94平移地可移动的，以修正第一和第二框架体92、94之间的对齐。第一框架体92可以是沿着水平和/或竖直轴线关于第二框架体94可移动的。

能够在后模制站90处在叶片壳体上执行的后模制操作的示例可以包括，但不局限于：叶片壳体修复操作，包括在固化的叶片壳体中的任何小瑕疵的修复；叶片壳体切削或打磨操作，其中固化的叶片壳体表面的区部能够被切除或打磨以呈现相对光滑的轮廓；叶片根部凸缘耦联操作，其中提供在第一和第二叶片壳体上的一副叶片根部凸缘被耦联在一起以形成单个整合的叶片根部凸缘；胶接操作，其中黏合剂被施用到叶片壳体的表面以将部件或叶片壳体结合在一起；涂覆操作，其中叶片壳体的外部表面被用涂覆层（例如凝胶涂层或合适的抗腐蚀材料）涂覆；层压体安装操作，其中主层压体或风力涡轮机叶片内部的其它元件可以被固定到叶片壳体之一的内部表面以用于在风力涡轮机叶片的内部中的定位；覆层操作；内部叶片部件的安装，例如装载或偏移监控传感器、闪电保护***等；叶片壳体几何形状的勘测；在例如炉中的二级固化操作；或任何其它合适的制造或组装操作。

尽管在图4中示出的实施方式图示了具有分开的模制站和根据本发明的制造***的制造***，模制和后模制操作两者都能够在制造***90的模具体96、98中执行。可替代地，模制站70也可以包括如上所论述的第一和第二框架体以用于本发明的制造***。

图5示出根据本发明的制造***100的一个实施方式的横截面示意图。制造***100包括第一框架体92和第二框架体94。第一框架体92包括下框架部分92a和上框架部分92b，所述上框架部分92b可分离地紧固到下框架部分92a。同样，第二框架体94包括下框架部分94a和上框架部分94b，所述上框架部分94b可分离地紧固到下框架部分94a。上框架部分92b和94b各自相应地支撑第一模具体96和第二模具体98。每个模具体96、98包括模制表面97、99，所述模制表面97、99限定相应的风力涡轮机叶片壳体部分（即压力侧壳体和吸力侧壳体）的外部。

纤维增强材料以及可能的核心材料可以布置在模具体96、98的模制表面上，其后，可以将可固化的树脂灌注到由模具体96、98形成的模具空腔中，可固化的树脂继而被固化。可替代地，图5的模具体96、98可以接收已经固化的壳体部分以用于在制造***中进行的一个或更多后模制操作。

在下一步骤中，可以将固化的和可选地进一步处理的风力涡轮机叶片壳体部分粘附到彼此。这可以通过将胶接剂施用到前边缘和后边缘（并且沿着未示出的胶接凸缘）进行，其后，第一模具体96与第一风力涡轮机叶片壳体部分一同被翻转并与第二模具体98和第二风力涡轮机叶片壳体部分对齐，使得两个风力涡轮机叶片壳体部分沿着前边缘和后边缘粘附到彼此。

两个模具体96、98平行于彼此布置。为了翻转第一模具体98，沿着两个模具体96、98的纵向方向布置多个转动装置95。转动装置95各自包括固定的基部部分102和旋转部分104，所述旋转部分104相对于基部部分102关于旋转轴线16可旋转移动。基部部分102关于第二框架体94的下框架部分94a附接或至少固定布置。旋转部分104附接到第一框架体92的下框架部分92a，使得第一框架体92可以相对于第二框架体94转动。基部部分102和旋转部分104优选地相应地可分离地耦联到第二框架体94和第一框架体92。

在图6的局部顶部视图和图7的局部侧视图中图示了根据本发明的框架体的一个实施方式。如在图6中所看到的，框架体包括在尖端端部110和相对的根部端部（由于截断而未示出）之间纵向延伸的一组相对的侧轨112a、112b。具有不同空间定向的多个支撑元件114形成开放式框架结构，诸如开放式框架的格栅或桁架结构。

如在图7中所看到的，上框架部分92b可分离地紧固到下框架部分92a。框架体92还包括高度调节块122、长度调节元件120和宽度调节元件117，以用于适应上框架部分92b的不同尺寸。此外，框架体92包括第一紧固元件116和第二紧固元件118以用于相应地在长度和宽度方向上将上框架部分92b固定到下框架部分92a。图7中图示的下框架部分92a具有阶梯状的高度轮廓，所述高度轮廓具有沿着第一区段的第一高度h1和沿着它的长度的第二区段的第二、较低的高度h2。上框架部分92b可分离地紧固在下框架部分92a的所述第二区段的顶部上。下框架部分的长度Le和第一区段S1和第二区段S2的范围（extent）用图8B的虚线图示。

图8A、8B和8C的示意性透视图图示了根据本发明的制造***的不同部分，其用于制造两个可替代尺寸的叶片壳体部分。框架体92包括下框架部分92a和上框架部分92b，上框架部分92b可分离地紧固在下框架部分92a的部分的顶部上。相应的上框架部分92b在相应的图8A和8B中示出的两个实施方式中是不同的，而下框架部分92是相同的。如上所述，框架部分92a、92b将通常包括若干支撑元件，诸如具有不同空间定向的棒或杆（未示出）。

模具体96由第一框架体92支撑，模具体96包括模制表面97，所述模制表面97限定风力涡轮机叶片壳体部分（诸如顺风壳体半部或逆风壳体半部）的外部。模具体96包括主模具部分96a和可更换的尖端模具部分96b，其中可更换尖端模具部分96b由上框架部分92b支撑。如在图8B中所看到的，如果不同尺寸和/或形状的叶片壳体要被生产，则尖端模具部分96b'能够与它的支撑上框架部分92b'一起被以容易且快速的方式更换。

图8C图示了第三布置，其中更长的尖端模具部分96b''与它的支撑上框架部分92b''一起被提供，以用于提供更长的模制表面。因此，图8中的制造***的实施方式实现了三种不同尺寸的叶片壳体部分的高效制造。

本发明不局限于在此所描述的实施方式，并且在不脱离本发明范围情况下可以变型或修改。

Claims (15)

1.用于制造风力涡轮机叶片的制造***（100），所述***包括：

包括下框架部分（92a）和上框架部分（92b）的第一框架体（92），所述上框架部分（92b）可分离地紧固在所述第一框架体（92）的所述下框架部分（92a）的至少部分的顶部上，

由所述第一框架体（92）支撑的第一模具体（96），所述第一模具体包括第一模制表面（97），所述第一模制表面（97）限定第一风力涡轮机叶片壳体部分的外部，所述第一模具体包括主模具部分（96a）和可拆卸的尖端模具部分（96b），其中所述可拆卸的尖端模具部分由所述第一框架体（92）的所述上框架部分（92b）支撑，以及

用于转动所述第一框架体（92）的一个或更多转动装置（95），其中所述一个或更多转动装置被紧固到所述第一框架体（92）的所述下框架部分（92a）。

2.根据权利要求1所述的制造***（100），所述***进一步包括：

包括下框架部分（94a）和上框架部分（94b）的第二框架体（94），所述上框架部分（94b）可分离地紧固在所述第二框架体（94）的所述下框架部分（94a）的至少部分的顶部上，

由所述第二框架体（94）支撑的第二模具体（98），所述第二模具体包括第二模制表面（99），所述第二模制表面（99）限定第二风力涡轮机叶片壳体部分的外部，所述第二模具体包括主模具部分和可拆卸的尖端模具部分，其中所述可拆卸的尖端模具部分由所述第二框架体（94）的所述上框架部分（94b）支撑，并且

其中所述一个或更多转动装置被布置以用于相对于所述第二框架体（94）转动所述第一框架体（92）。

3.根据权利要求1或2所述的制造***（100），其中所述上框架部分（92b）具有在相应的框架体的所述下框架部分（92a）的长度的2-35%之间的长度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中所述上框架部分（92b）具有在2-40米之间的长度以及其中所述下框架部分（92a）具有40-120米的长度。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中所述第一和/或所述第二框架体（94）各自包括至少两个可互换的具有不同长度的上框架部分（92b，92b'）。

6.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中所述第一和/或所述第二模具体各自包括至少两个可互换的具有不同长度的尖端模具部分。

7.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中每个下框架部分（92a）在它相应的模具体的整个长度上延伸，和/或

其中所述第二框架体（94）的所述下框架部分（92a）被紧固到地面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中每个主模具部分由它相应的下框架部分（92a）支撑。

9.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中每个框架体形成开放式框架结构，诸如开放式框架的格栅或桁架结构。

10.根据前述权利要求中任一项所述的制造***（100），其中每个框架体包括紧固元件以用于将所述上框架部分（92b）可分离地紧固到相应的下框架部分（92a），例如

其中在所述下框架部分（92a）上的所述紧固元件的位置在所述下框架部分（92a）的长度方向和/或在宽度方向是可变的。

11.使用根据权利要求1-10所述的制造***（100）制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：

在所述第一和第二模制表面上布置一个或更多纤维材料层，

用可固化的树脂注入所述一个或更多纤维材料层，

固化所述待成形的树脂以形成相应的第一和第二叶片壳体部分，

使用用于相对于所述第二框架体（94）转动所述第一框架体（92）的所述一个或更多转动装置闭合所述第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，以及

结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成风力涡轮机叶片。

12.使用根据权利要求1-10所述的制造***（100）制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤：

形成固化的第一叶片壳体部分并将所述第一叶片壳体部分转移到所述第一模具体，

形成固化的第二叶片壳体部分并将所述第二叶片壳体部分转移到所述第二模具体，

在所述第一和/或第二叶片壳体部分上执行至少一个后模制操作，

使用用于相对于所述第二框架体（94）转动所述第一框架体（92）的所述一个或更多转动装置闭合所述第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体以及，

结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成风力涡轮机叶片。

13.使用根据权利要求1-10所述的制造***（100）制造至少两个具有不同尺寸的风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括以下步骤

制造第一风力涡轮机叶片，包括

提供相应的上框架部分（92b）和可拆卸的尖端模具部分（96b）以用于形成相应的具有第一尺寸的第一和第二模制表面，

在所述相应的具有所述第一尺寸的第一和第二模制表面上形成相应的第一和第二叶片壳体部分，或将相应的第一和第二叶片壳体部分转移到所述相应的具有所述第一尺寸的第一和第二模制表面，

使用用于相对于所述第二框架体（94）转动所述第一框架体（92）的所述一个或更多转动装置闭合所述第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，并且结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成所述第一风力涡轮机叶片，

制造具有第二尺寸的第二风力涡轮机叶片，包括

提供相应的上框架部分（92b'）和可拆卸的尖端模具部分（96b'）以用于形成相应的具有第二尺寸的第一和第二模制表面，

在所述相应的具有第二尺寸的第一和第二模制表面上形成相应的第一和第二叶片壳体部分，或将相应的第一和第二叶片壳体部分转移到所述相应的具有所述第二尺寸的第一和第二模制表面，

使用用于相对于所述第二框架体（94）转动所述第一框架体（92）的所述一个或更多转动装置闭合所述第一和第二叶片壳体部分以形成闭合的风力涡轮机叶片壳体，并且结合所述第一和第二叶片壳体部分以形成所述第二风力涡轮机叶片。

14.根据权利要求11-13中任一项所述的方法，其中在进行所述步骤时，所述第二框架体（94）的所述下框架部分（92a）保持紧固到地面。

15.根据权利要求11-14中任一项所述的方法制造的风力涡轮机叶片。

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