[发明专利]风轮机叶片翼梁帽的波纹轮廓的拉挤纤维复合材料条带

说明书

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。

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。