分段风力涡轮机叶片的制作方法

本公开总体上涉及一种分段风力涡轮机叶片，包括第一叶片节段和第二叶片节段。特别地，其中第一叶片节段包括凹形翼梁部分并且第二叶片节段包括接收在凹形翼梁部分的腔体中的凸形翼梁部分。更特别地，本公开涉及翼梁部分在它们相应叶片节段内的对接部和/或接合，更特别地凹形翼梁部分在第一叶片节段内的对接部和/或接合。

背景技术：

1、风力提供清洁且环境友好的能源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。现代风力涡轮机可以具有在长度上超过90米的转子叶片。

2、风力涡轮机叶片通常通过由织物或纤维的层和树脂形成两个壳体部分或壳体半部来制造。翼梁帽(也称为主层压体)被放置或集成在壳体半部中并且可以与抗剪腹板或翼梁桁杆组合以形成结构支撑构件。翼梁帽可以接合到叶片壳体的吸力侧和压力侧半部的内侧，或集成在叶片壳体的吸力侧和压力侧半部的内侧内。

3、随着风力涡轮机的尺寸增加，制造和运输风力涡轮机叶片变得更具挑战性且更昂贵。为了解决此问题，已知的是以两个或更多个节段提供风力涡轮机叶片。这可以导致较容易的制造过程并且可以降低风力涡轮机的运输和架设成本。叶片节段可以(例如各自)被运输到架设地点，在架设地点处它们能够被组装以形成风力涡轮机叶片。

4、然而，若干挑战与这种设计相关联，涉及制造和接合叶片节段，包括承载结构，诸如翼梁帽、抗剪腹板或其他内部构件。在获得叶片的翼型区域的期望的细长形状方面以及在例如第一叶片节段的凹形翼梁部分和第二叶片节段的凸形翼梁部分之间的连接区中的分段叶片的期望和必需的强度方面可能产生问题。

技术实现思路

1、本公开的目的是提供针对分段风力涡轮机叶片的解决方案，其消除、减少上述问题或至少提供对上述问题的可替代的解决方案。特别地，本公开的目的是提供分段风力涡轮机叶片，其中连接区的结构具有期望和必需的强度，而对叶片性能(诸如空气动力学特性)不具有影响或具有最小的影响。

2、因此，本公开涉及用于制造用于分段风力涡轮机叶片的叶片节段的方法，和得到的用于分段风力涡轮机叶片的节段以及分段风力涡轮机叶片。

3、因此，公开了用于制造第一叶片节段的方法，第一叶片节段具有用于接收第二叶片节段的凸形翼梁部分的突出区部的凹形翼梁部分，以用于在弦向接头处与第一叶片节段连接以形成具有成轮廓的廓形的分段风力涡轮机叶片，成轮廓的廓形包括压力侧和吸力侧，以及前边缘和后边缘，前边缘和后边缘具有在其之间延伸的、限定弦向方向的弦，分段风力涡轮机叶片沿纵向方向在根部端部和末梢端部之间延伸。

4、方法包括组装第一壳体区部(例如压力侧壳体区部)和第一翼梁帽的第一初级翼梁帽区部，以及用树脂灌注第一壳体区部和第一初级翼梁帽区部，从而将第一初级翼梁帽区部连接到第一壳体区部的内表面。方法进一步包括提供限定内腔体并具有纵向内端部和相对的纵向开口端部的凹形翼梁部分，以及将第一二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第一外表面。

5、方法进一步包括，在灌注第一壳体区部和第一初级翼梁帽区部之后，将胶合剂供应到第一壳体区部的内表面、到第一初级翼梁帽和/或到第一二级翼梁帽区部，以及，在供应胶合剂之后，将第一壳体区部和凹形翼梁部分与固连的第一二级翼梁帽区部进行布置。例如，带有固连的第一二级翼梁帽区部的凹形翼梁部分可以布置在第一壳体区部内侧。第一壳体区部和凹形翼梁部分布置成使得凹形翼梁部分的纵向开口端部朝向第一叶片节段的端部面布置，并且使得第一二级翼梁帽区部胶合(诸如通过胶合连接)到第一壳体区部的内表面和/或到第一初级翼梁帽，从而在第一二级翼梁帽区部和第一壳体区部的内表面和/或第一初级翼梁帽之间形成胶合对接部。

6、方法可以进一步包括组装第二壳体区部和第二翼梁帽的第二初级翼梁帽区部，以及用树脂灌注第二壳体区部和第二初级翼梁帽区部，从而将第二初级翼梁帽区部连接到第二壳体区部的内表面。可以将第一壳体区部与第一初级翼梁帽区部以及将第二壳体区部与第二初级翼梁帽区部布置和结合在一起，以便形成第一叶片节段。

7、另外，公开了用于分段风力涡轮机叶片的第一叶片节段。公开的第一叶片节段可以是从公开的方法得到的第一叶片节段。第一叶片节段用于分段风力涡轮机叶片。第一叶片节段具有成轮廓的廓形，成轮廓的廓形包括压力侧和吸力侧，以及前边缘和后边缘，前边缘和后边缘具有在其之间延伸的、限定弦向方向的弦。第一叶片节段沿纵向方向(例如与得到的分段风力涡轮机叶片的纵向方向一致)在第一端部和第二端部之间延伸。

8、第一叶片节段包括凹形翼梁部分，凹形翼梁部分限定内腔体并且具有纵向内端部和朝向第一叶片节段的端部面的相对的纵向开口端部。凹形翼梁部分适配成接收第二叶片节段的凸形翼梁部分的突出区部以用于在弦向接头处与第一叶片节段连接以形成分段风力涡轮机叶片。在一些示例中，第一叶片节段和第二叶片节段可以连接到一个或多个另外的叶片节段以形成分段风力涡轮机叶片。

9、第一叶片节段进一步包括第一翼梁帽，第一翼梁帽连接到第一叶片节段的第一壳体区部(例如压力侧壳体区部)的内表面并且在第一叶片节段的延伸范围的至少大部分上纵向延伸。第一翼梁帽包括第一初级翼梁帽区部。第一叶片节段可以进一步包括第二翼梁帽，第二翼梁帽连接到第一叶片节段的第二壳体区部(例如吸力侧壳体区部)的内表面并且在第一叶片节段的延伸范围的至少大部分上纵向延伸。第二翼梁帽包括第二初级翼梁帽区部。

10、第一叶片节段进一步包括第一二级翼梁帽区部。第一二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第一外表面。第一二级翼梁帽区部从第一端部纵向延伸到第一叶片节段的端部面的附近布置的相对的第二端部。第一二级翼梁帽区部胶合到第一壳体区部的内表面和/或到第一初级翼梁帽区部，从而在第一二级翼梁帽区部和第一壳体区部的内表面和/或第一初级翼梁帽区部之间形成胶合对接部。

11、还公开了分段风力涡轮机叶片。分段风力涡轮机叶片具有成轮廓的廓形，成轮廓的廓形包括压力侧和吸力侧，以及前边缘和后边缘，前边缘和后边缘具有在其之间延伸的、限定弦向方向的弦。分段风力涡轮机叶片沿纵向方向在根部端部和末梢端部之间延伸。

12、分段风力涡轮机叶片包括第一叶片节段。公开的分段风力涡轮机叶片的第一叶片节段可以是如以上分开地描述的第一叶片节段，例如分段风力涡轮机叶片的第一叶片节段可以是由公开的方法得到的第一叶片节段。第一叶片节段包括凹形翼梁部分，凹形翼梁部分限定内腔体并且具有纵向内端部和朝向第一叶片节段的端部面的相对的纵向开口端部。

13、分段风力涡轮机叶片可以包括第二叶片节段，第二叶片节段在弦向接头处连接到第一叶片节段并且包括凸形翼梁部分，凸形翼梁部分具有突出区部，突出区部在接头处从第二叶片节段的端部面突出并且延伸通过凹形翼梁部分的纵向开口端部并到凹形翼梁部分的腔体中。

14、分段风力涡轮机叶片可以包括将凹形翼梁部分和凸形翼梁部分相互锁定在一起并由此将第一叶片节段和第二叶片节段相互锁定在一起的锁定机构。锁定机构可以包括销接头，其中销延伸(例如沿垂直于纵向方向的方向)通过凹形和凸形翼梁部分中的开口。然而，可以等效地使用用于限制凹形和凸形翼梁部分之间的移动的本领域已知的其他方法。

15、第二二级翼梁帽区部，例如类似于或基本上类似于第一二级翼梁帽区部，可以固连到凹形翼梁部分的第二外表面。第二外表面可以与凹形翼梁部分的第一外表面相对。第二二级翼梁帽区部可以从第一端部纵向延伸到布置在第一叶片节段的端部面附近的相对的第二端部。

16、胶合剂可以被供应到第二壳体区部的内表面、到第二初级翼梁帽区部和/或到第二二级翼梁帽区部，例如在用树脂灌注第二壳体区部和第二初级翼梁帽区部之后。在供应胶合剂之后，可以将第二壳体区部与第二初级翼梁帽以及凹形翼梁部分与固连的第二二级翼梁帽区部布置成使得第二二级翼梁帽区部胶合到第二壳体区部的内表面和/或到第二初级翼梁帽，从而在第二二级翼梁帽区部和第二壳体区部的内表面和/或第二初级翼梁帽之间形成胶合对接部。因此，第二二级翼梁帽区部可以胶合到第二壳体区部的内表面和/或到第二初级翼梁帽区部，从而在第二二级翼梁帽区部和第二壳体区部的内表面和/或第二初级翼梁帽区部之间形成胶合对接部。将第二壳体区部与第二初级翼梁帽以及将凹形翼梁部分与固连的第二二级翼梁帽区部进行布置，可以包括将第二壳体区部翻转布置并布置到第一壳体区部上，以便形成第一叶片节段。

17、在本公开中，在将二级翼梁帽区部连接到叶片节段的其余部分之前，二级翼梁帽区部(即第一二级翼梁帽区部和/或第二二级翼梁帽区部)固连到凹形翼梁部分的相应外表面。由此，凹形翼梁部分和二级翼梁帽区部之间的固连能够更好地控制并更好地进行质量检查，由此提高总体质量并降低失效风险。

18、更进一步，由于凹形翼梁部分的最终放置是在模具的闭合期间(至少在一侧上)提供，在模具的闭合期间产生的连接对接部较不可控。根据本公开，与壳体区部的该较不可控的连接对接部，即在(一个或多个)内壳体表面和/或初级翼梁帽区部(即第一初级翼梁帽区部和/或第二初级翼梁帽区部)和二级翼梁帽区部之间的胶合对接部，更靠近叶片节段的表面提供，由此在需要维修的情况下允许更容易的接近，即需要移除较少量的材料以到达该较不可控的对接部，并且可能甚至更重要地，在材料的这种移除期间，对于承载结构(诸如翼梁帽或翼梁帽区部)的影响是有限的。

19、将第一二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第一外表面和/或将第二二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第二外表面可以通过灌注树脂提供，例如在真空辅助树脂转移模制过程(vartm)中。可替代地，可以通过使用粘合剂(诸如胶合剂)或通过本领域普遍已知的用于固连的其他合适的方法将第一二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第一外表面和/或将第二二级翼梁帽区部固连到凹形翼梁部分的第二外表面。

20、第一叶片节段可以包括分段风力涡轮机叶片的根部端部。第一叶片节段可以是分段风力涡轮机叶片的根部端部节段。第二叶片节段可以包括分段风力涡轮机叶片的末梢端部。第二叶片节段可以是分段风力涡轮机叶片的末梢端部节段。然而，在其他示例中，第一叶片节段可以是末梢端部节段和/或第二叶片节段可以是分段风力涡轮机叶片的根部端部节段。

21、初级翼梁帽区部中的每个从相应的第一端部纵向延伸到布置在凹形翼梁部分附近的相对的相应第二端部。因此，第一初级翼梁帽区部从第一端部纵向延伸到布置在凹形翼梁部分附近的相对的第二端部。第二初级翼梁帽区部从第一端部纵向延伸到布置在凹形翼梁部分附近的相对的第二端部。

22、第一初级翼梁帽区部例如在其第二端部处的弦向宽度可以小于第一二级翼梁帽区部例如在其第二端部处的弦向宽度。第二初级翼梁帽区部例如在其第二端部处的弦向宽度可以小于第二二级翼梁帽区部例如在其第二端部处的弦向宽度。通过使二级翼梁帽区部的弦向宽度宽于初级翼梁帽区部的宽度，二级翼梁帽区部可以提供必需的机械强度同时薄于初级翼梁帽区部。

23、初级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在过渡区中从相应初级翼梁帽区部的中间位置到第二端部减小。例如，第一初级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第一初级翼梁帽区部的过渡区中从第一初级翼梁帽区部的中间位置到第二端部减小。另外或可替代地，第二初级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第二初级翼梁帽区部的过渡区中从第二初级翼梁帽区部的中间位置到第二端部减小。第一初级翼梁帽区部例如在其中间位置处的厚度可以大于第一二级翼梁帽区部例如在其第一端部处和/或在其第二端部处的厚度。第二初级翼梁帽区部例如在其中间位置处的厚度可以大于第二二级翼梁帽区部例如在其第一端部处和/或在其第二端部处的厚度。

24、(一个或多个)二级翼梁帽区部(例如第一二级翼梁帽区部和/或第二二级翼梁帽区部)的厚度可以沿着纵向方向基本上均匀。然而，可替代地，(一个或多个)二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在相应二级翼梁帽区部的过渡区中(例如从相应二级翼梁帽区部的第一端部到中间位置)增加。可替代地或另外，(一个或多个)二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在相应二级翼梁帽区部的第二过渡区中(例如从相应二级翼梁帽区部的第二中间位置到第二端部)减小。因此，第一二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第一二级翼梁帽区部的过渡区中(例如从第一二级翼梁帽区部的第一端部到中间位置)增加。可替代地，或另外，第一二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第一二级翼梁帽区部的第二过渡区中(例如从第一二级翼梁帽区部的第二中间位置到第一端部)减小。第二二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第二二级翼梁帽区部的过渡区中从第二二级翼梁帽区部的第一端部到中间位置增加。可替代地或另外，第二二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向在第二二级翼梁帽区部的第二过渡区中(例如从第二二级翼梁帽区部的第二中间位置到第一端部)减小。(一个或多个)二级翼梁帽区部的厚度可以沿着纵向方向从中间位置到第二端部，和/或从中间位置到第二中间位置，和/或从第一端部到第二中间位置基本上均匀。

25、二级翼梁帽区部的过渡区和初级翼梁帽区部可以对齐，以便在其之间形成嵌接接头。第一二级翼梁帽区部的中间位置可以与第一初级翼梁帽区部的第二端部纵向对齐。第二二级翼梁帽区部的中间位置可以与第二初级翼梁帽区部的第二端部纵向对齐。在一些示例中，第一初级翼梁帽区部的中间位置可以与第一二级翼梁帽区部的第一端部纵向对齐，和/或第二初级翼梁帽区部的中间位置可以与第二二级翼梁帽区部的第一端部纵向对齐。

26、(一个或多个)二级翼梁帽区部可以沿着弦向方向，例如在某纵向位置处，具有变化的厚度。例如，在第一二级翼梁帽区部的纵向位置处(例如在第一端部处，在第二端部处和/或在第一端部和第二端部之间的中间位置处)的第一二级翼梁帽区部可以沿着弦向方向在第一边缘到第一中点之间以及沿着弦向方向在第二边缘和第二中点之间比在第一中点和第二中点之间更厚。在第二二级翼梁帽区部的纵向位置处(例如在第一端部处，在第二端部处和/或在第一端部和第二端部之间的中间位置处)的第二二级翼梁帽区部可以沿着弦向方向在第一边缘到第一中点之间以及沿着弦向方向在第二边缘与第二中点之间比在第一中点和第二中点之间更厚。

27、在第一壳体区部和第一初级翼梁帽区部的组装期间，还可以包括第一三级翼梁帽区部和/或第一四级翼梁帽区部。因此，方法可以包括组装第一壳体区部、第一初级翼梁帽区部、第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部。第一翼梁帽可以包括第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部。第一初级翼梁帽区部可以沿弦向方向布置在第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部之间。第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部中的每个可以从相应第一端部纵向延伸到布置在凹形翼梁部分附近的相对的第二端部。第一初级翼梁帽区部、第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部的第二端部可以纵向对齐。第一初级翼梁帽区部可以长于第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部中的每个。

28、用树脂灌注第一壳体区部和第一初级翼梁帽区部还可以包括用树脂灌注第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部，从而还将第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部连接到第一壳体区部的内表面。因此，方法可以包括用树脂灌注第一壳体区部、第一初级翼梁帽区部、第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部，从而将第一初级翼梁帽区部、第一三级翼梁帽区部和第一四级翼梁帽区部连接到第一壳体区部的内表面。

29、可以将第一壳体区部和凹形翼梁部分与固连的第一二级翼梁帽区部布置成使得第一二级翼梁帽区部胶合到第一三级翼梁帽区部和/或第一四级翼梁帽区部，从而在第一二级翼梁帽区部和第一三级翼梁帽区部和/或第一四级翼梁帽区部之间形成胶合对接部。第一二级翼梁帽区部和第一三级翼梁帽区部和/或第一四级翼梁帽区部之间的胶合对接部可以是附加的或形成与第一二级翼梁帽区部和第一壳体区部的内表面和/或第一初级翼梁帽之间的胶合对接部相同的胶合对接部的部分。

30、在第二壳体区部和第二初级翼梁帽区部的组装期间，还可以包括第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部。因此，方法可以包括组装第二壳体区部、第二初级翼梁帽区部、第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部。第二翼梁帽可以包括第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部。第二初级翼梁帽区部可以沿弦向方向布置在第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部之间。第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部中的每个可以从相应第一端部纵向延伸到布置在凹形翼梁部分附近的相对的第二端部。第二初级翼梁帽区部、第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部的第二端部可以纵向对齐。第二初级翼梁帽区部可以长于第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部中的每个。

31、用树脂灌注第二壳体区部和第二初级翼梁帽区部还可以包括用树脂灌注第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部，从而还将第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部连接到第二壳体区部的内表面。因此，方法可以包括用树脂灌注第二壳体区部、第二初级翼梁帽区部、第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部，从而将第二初级翼梁帽区部、第二三级翼梁帽区部和第二四级翼梁帽区部连接到第二壳体区部的内表面。

32、可以将第二壳体区部和凹形翼梁部分与固连的第二二级翼梁帽区部布置成使得第二二级翼梁帽区部胶合到第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部，从而在第二二级翼梁帽区部和第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部之间形成胶合对接部。第二二级翼梁帽区部和第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部之间的胶合对接部可以是附加的或形成与第二二级翼梁帽区部和第二壳体区部的内表面和/或第二初级翼梁帽之间的胶合对接部相同的胶合对接部的部分。

33、第一壳体区部和第一初级翼梁帽区部以及可选地第一三级翼梁帽区部和/或第一四级翼梁帽区部的组装，可以在第一叶片壳体模具中执行。方法可以包括提供第一叶片壳体模具。类似地，第二壳体区部和第二初级翼梁帽区部以及可选地第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部的组装，可以在第二叶片壳体模具中执行。方法可以包括提供第二叶片壳体模具。

34、第一初级翼梁帽区部和/或第二初级翼梁帽区部可以由多个拉挤成型元件(诸如拉挤成型碳纤维元件)制成。第一三级翼梁帽区部、第一四级翼梁帽区部、第二三级翼梁帽区部和/或第二四级翼梁帽区部可以由一个或多个(诸如多个)拉挤成型元件(诸如拉挤成型碳纤维元件)制成。拉挤成型元件可以是板件，其可以并排地布置和/或层置在彼此的顶部上。每个单独的拉挤成型元件可以沿弦向方向具有大约100mm的宽度。每个单独的拉挤成型元件可以具有大约5mm的厚度。(一个或多个)二级翼梁帽区部，诸如第一二级翼梁帽区部和/或第二二级翼梁帽区部，可以被制成包括多个纤维层。多个纤维层可以包括玻璃纤维、碳纤维或玻璃纤维和碳纤维的混合物。在一些示例中，(一个或多个)二级翼梁帽区部的纤维层可以基本上由玻璃纤维、碳纤维或玻璃纤维和碳纤维的混合物构成。例如，(一个或多个)二级翼梁帽区部的纤维层可以包括多于95％的玻璃纤维、碳纤维或玻璃纤维和碳纤维的混合物。二级翼梁帽区部中的每个可以包括5和15之间，诸如10和15之间的纤维层。

35、贯穿本公开，第一壳体区部可以是压力侧壳体区部，并且第二壳体区部可以是吸力侧壳体区部。可替代地，第一壳体区部可以是吸力侧壳体区部，并且第二壳体区部可以是压力侧壳体区部。类似地，第一翼梁帽可以是压力侧翼梁帽，并且第二翼梁帽可以是吸力侧翼梁帽。可替代地，第一翼梁帽可以是吸力侧翼梁帽，并且第二翼梁帽可以是压力侧翼梁帽。

36、贯穿本公开，当涉及树脂的灌注时，这种灌注可以通过真空辅助树脂转移模制(vartm)完成。

37、总体上，当没有任何其他限定时，长度是沿纵向方向，宽度是沿弦向方向，并且厚度是沿垂直于纵向和弦向方向的厚度方向。