CN111556804A

CN111556804A - 用于制造用于风力涡轮机转子叶片的预型件的方法和模具

Info

Publication number: CN111556804A
Application number: CN201980008241.1A
Authority: CN
Inventors: K·莱曼马德森
Original assignee: LM Wind Power International Technology II APS
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2018-01-24
Filing date: 2019-01-21
Publication date: 2020-08-18
Also published as: WO2019145240A1; EP3743268A1; US20210060878A1; EP3743268B1

Abstract

本发明涉及一种制造用于风力涡轮机叶片的预型件的方法以及涉及一种预型件模具。所述方法包含：提供多个支承元件（70），每个支承元件（70）包括平面构件（72）；在每个支承元件（70）的平面构件（72）的顶表面（78）上布置多个条带（88），其中条带（88）并列布置。随后，纤维材料和粘合剂可铺设在条带（88）的至少部分上以形成预型件。

Description

用于制造用于风力涡轮机转子叶片的预型件的方法和模具

技术领域

本发明涉及一种制造用于风力涡轮机叶片的预型件（preform）的方法、涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预型件的预型件模具以及涉及制造风力涡轮机叶片部分的方法。

背景技术

现代风力涡轮机的转子叶片通过使用被创建用于最大化效率的复杂叶片设计来捕获动力风能。对于在长度方面可超过80米以及在宽度方面可超过4米的大型风力叶片存在增加的需求。叶片通常由纤维增强的聚合物材料制成，并且包括压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部，也称为叶片半部。典型的叶片的横截面轮廓包括用于创建空气流的叶翼，该空气流导致两个侧之间的压力差。所得到的升力生成用于产生电力的扭矩。

风力涡轮机叶片的壳体半部通常使用叶片模具制造。首先，将叶片凝胶涂层或底漆施加到模具上。随后，将纤维增强物和/或织物放到模具中，接着进行树脂灌注。通常使用真空将环氧树脂材料抽吸到模具中。可替代地，可以使用预浸技术，其中利用树脂预浸渍的纤维或织物形成可以被引入到模具中的均质（homogeneous）材料。已知用于制造风力涡轮机叶片的若干其它模制技术，包括压缩模制和树脂传递模制（resin transfer moulding）。壳体半部通过基本上沿着叶片的弦平面被胶合或螺栓连接在一起而被组装。

在上述制造过程中，可以使用预型件。预型件是纤维的成形布置，诸如所述纤维的多个层，其已经粘合和/或固结以用于稍后用作叶片模具中的纤维铺设的部分。使用用于叶片制造的预型件的基本原理是要减少叶片模具中的循环时间。此外，使用预型件可以减少由于预型件的预固结结构而导致的需要修复的数量。

通常，多个预型件将被用于制造风力涡轮机叶片。这通常需要用于制造和用于存储预型件的大空间。另外，不同形状和尺寸的预型件的制造可能是耗时且昂贵的。特别地，用于预型件的模具的制造可能是冗繁且高价的，如果需要各种形状和曲率的预型件，则这更加适用。

本发明的第一目的是提供一种制造用于风力涡轮机叶片部分的预型件的成本高效的方式。

本发明的进一步的目的是提供制造这样的预型件的灵活且时间高效的模式。

本发明的另一个目的是提供一种制造用于生产这样的预型件的模具的改进的方法。

发明内容

本发明人已经发现，所述目标中的一个或更多可以通过一种制造用于风力涡轮机叶片的预型件的方法来实现，所述方法包括以下步骤

-提供多个支承元件，每个支承元件包括平面构件，所述平面构件具有前表面和相对的后表面、顶表面和相对的底表面以及两个相对的侧表面，

-在每个支承元件的平面构件的顶表面上布置多个条带，其中条带并列布置，

-在条带的至少部分上铺设纤维材料以及可选地铺设粘合剂以形成预型件。

本发明人已经发现，该方法允许风力涡轮机叶片预型件的特别灵活且成本高效的制造过程。通过提供与多个条带相组合的多个支承元件，能够以成本有效且灵活的方式生产各种形状和尺寸的预型件模具。

优选地，待被通过本方法制造的预型件是包括纤维（诸如玻璃纤维）和粘合剂的材料的固结布置。预型件将通常用于制造风力涡轮机叶片的叶片半部。预型件能够在后续的叶片模制过程中被用作叶片模具（诸如叶片半部模具）中的纤维铺设的一部分。根据本发明制造的预型件能够放置在叶片模具的根部区内，因此构成根部层压件的一部分。根部区可以对应于叶片的具有基本上圆形或椭圆形横截面的区。然而，预型件也能够用于风力涡轮机叶片的其它部分和区，诸如后边缘或前边缘加强件或黏合剂凸缘。可替代地，预型件能够用于全叶片成层（full blade layup）。

每个支承元件包括平面构件，该平面构件优选地从地面竖直地延伸，使得其前表面在基本上垂直于底板或工作空间表面的平面中延伸。优选的是，支承元件基本上竖直地延伸。支承元件的平面构件基本上是平面的，使得其在竖直平面中延伸。其可以有利地具有板的形状，优选地具有包括沿着其上边缘的至少部分的切除部的矩形板的形状。切除部可以是大致弓形的、U形的或半圆形的。因此，支承元件的顶表面优选地包括弯曲的、弓形的、起伏的或大致U形的段。

平面构件的前表面和相对的后表面将通常在基本上平行的平面中，并且将通常构成具有最大表面面积的平面构件的表面。相比之下，顶表面和相对的底表面将通常比较窄，因此具有较小的表面面积，特别是当平面构件由薄板材制成时，例如具有在1和50mm之间的厚度的钢板材。平面构件的两个相对的侧表面或侧向表面将通常恰好与顶表面和底表面一样窄/宽。

在一些实施例中，支承元件可以包括足部支承件，例如足部凸缘，以促进地面上的稳定布置。支承元件也可以固定到地面。例如，平面构件的底表面可以被接收在提供在地面中或在地板中的凹槽或凹部中。

优选的是，提供多个支承元件的步骤包括提供至少三个、诸如至少四个或至少五个支承元件。在一个实施例中，支承元件通过一个、两个或更多侧导轨互相连接，所述侧导轨优选地固定到每个支承元件的平面构件的侧表面。

布置在支承元件的顶表面上的条带将通常是钢条带或复合条带。条带可以采用板条（plank）的形式，诸如钢板条或复合板条的形式。条带有利地形成用于形成预型件的模制表面或其一部分。条带并列布置，即以并排方式布置。可以边缘到边缘地铺设条带，或者可以在相邻的条带之间中提供预定义间隙。本发明人已经发现，使用多个相邻的条带来形成用于预型件的模制表面允许即使具有复杂的几何形状的预型件模具的容易且成本高效的制造。

条带可以具有矩形或棱形（prismatic）的几何形状。在其它实施例中，它们能够是楔形形状的，例如用于适应几何形状/弦宽度的改变。在其它实施例中，它们能够在边缘处被切割以适应几何形状改变。

优选的是，布置多个条带的步骤包括在每个支承元件的平面构件的顶表面上布置至少三个、诸如至少四个、至少五个、至少六个、至少七个或至少八个条带。在优选实施例中，布置多个条带的步骤包括在每个支承元件的平面构件的顶表面上布置不多于15个条带。在另一实施例中，布置多个条带的步骤包括在每个支承元件的平面构件的顶表面上布置不多于10个条带。有利地，3-15个条带布置在每个支承元件的平面构件的顶表面上。

在其它实施例中，高达60、70、80、90或100个条带能够布置在每个支承元件的平面构件的顶表面上。在一个实施例中，条带基本上彼此平行地布置。在另一实施例中，条带基本上垂直于支承元件的平面构件的定位平面（plane of orientation）布置。

在优选实施例中，条带在预型件模具的纵向方向上延伸，使得它们的纵向方向与预型件模具的纵向方向对齐。有利地，多个条带中的每个将连接到支承元件中的每个。

纤维铺设步骤将通常包括一个或更多纤维铺设设备的使用。在优选的实施例中，该方法还包括加热纤维材料和粘合剂以形成预型件的步骤。优选地，使用一个或更多加热设备（诸如烘箱）加热纤维材料和粘合剂。优选地，在加热步骤之前将粘合剂添加到纤维。这样的粘合剂优选地以相对于纤维材料的重量的0.1-15wt%的量存在。粘合剂也可以以每平方米玻璃表面10-20克的量存在。

通常，纤维材料被连续地放置到由条带提供的模制表面上。纤维材料可以包括玻璃纤维、碳纤维或其组合。根据该方法的优选实施例，玻璃纤维材料（诸如玻璃纤维材料的多个层）被放置在条带上。在纤维铺设之前或期间，可以有利地使纤维材料与粘合剂接触。

在另一个实施例中，纤维材料可以包括纤维粗纱，诸如玻璃纤维粗纱。铺设过程可以包括将多个单个粗纱束放置到模具中，粗纱束优选单向对齐。在优选的实施例中，纤维粗纱或粗纱束的多个层被连续地放置到每个预型件模具中。

粘合剂能够与纤维同时或随后被添加到纤维铺设。粘合剂优选地以相对于纤维材料的重量的0.1-15wt%的量存在。粘合剂也可以以每平方米玻璃表面5-40、优选地以10-20克的量存在。在优选的实施例中，相对于纤维材料的重量，粘合剂以0.5-5wt%、优选地以0.5-2.5wt%的量存在。有利地，粘合剂是热塑性粘合剂。粘合剂可以包括聚酯，优选地包括双酚聚酯。

在一个优选的实施例中，纤维材料和粘合剂的加热发生在40和160℃之间（优选地在90和160℃之间）的温度。

合适的粘合剂的示例是以名称NEOXIL 940销售的聚酯。示例包括Neoxil 940PMX、Neoxil 940 KS 1和Neoxil 940 HF 2B，这些全部是由DSM Composite Resins AG（DSM复合树脂公司）制造的。另一个示例是以名称c.o.i.m. FilCO® 661 FPG 005销售的聚酯树脂，其为粉末形式的双酚不饱和聚酯树脂。优选地，粘合剂是聚酯，优选地是双酚聚酯。在其它实施例中，粘合剂是热熔黏合剂或基于预浸树脂。

根据另一个实施例，粘合剂是热塑性粘合剂。典型地，通过热接合，借助于粘合剂，纤维粗纱被至少部分地联结在一起。在优选的实施例中，粘合剂是粘合粉末，诸如热塑性粘合粉末。

在一个实施例中，本发明的预型件基本上由纤维材料和粘合剂构成。这意味着预型件包含相对于预型件的总重量不多于10wt%、优选地不多于5wt%或不多于1wt%的除了纤维材料和粘合剂之外的材料。根据另一个实施例，预型件由纤维材料和粘合剂构成。

在另一个实施例中，用于本发明的预型件的纤维材料基本上由玻璃纤维构成。这意味着纤维材料包含相对于纤维材料的总重量不多于10wt%、优选地不多于5wt%或不多于1wt%的除了玻璃纤维之外的材料。根据另一个实施例，纤维材料由玻璃纤维构成。

在一个实施例中，粘合剂以相对于纤维材料的重量的1-6wt%的量存在。根据另一个实施例，粘合剂的熔点在40°和220℃之间，优选地在40和160℃之间。根据另一个实施例，粘合剂包括聚酯，优选地包括双酚聚酯。

在本发明的一个实施例中，每个预型件基本上由纤维材料和粘合剂构成。根据另一个实施例，纤维材料包括纤维粗纱，优选地包括玻璃纤维粗纱。在其它实施例中，纤维材料可以包括碳纤维或混合材料。根据另一个实施例，纤维材料包括纤维织物，诸如纤维垫。在另一个实施例中，预型件可以进一步包括至少一种纤维织物，诸如纤维垫。纤维粗纱可以布置在这样的织物的顶部上和/或下方。

在优选实施例中，根据前述方法制造的预型件用作风力涡轮机叶片的根部区的一部分，诸如根部层压件。根部区可以从叶片的根部端部延伸高达40米，诸如高达25米，如在其纵向方向上看到的。在其它实施例中，根部区可以延伸到叶片的肩部+/-5米。然而，预型件也能够用于风力涡轮机叶片的其它部分和区。在其它实施例中，根据前述方法制造的预型件在总叶片长度的10-35%的长度上使用。在另一实施例中，根据前述方法制造的预型件用于在其根部端部和叶片的肩部之间延伸的叶片的区中。

在优选实施例中，支承元件包括从平面构件的顶表面基本上垂直延伸以用于支承条带的一个或更多垂片（tab）。垂片有效地增加顶表面的表面面积，其中垂片可被视为所述顶表面的一部分。通过以平面构件和垂片的形状切割板（例如钢板），能够在平面构件的平面中形成垂片。例如通过沿着折叠线的划线或开槽操作辅助，垂片随后可被折叠到基本上垂直于平面构件的定位平面的位置中。在一些实施例中，支承元件包括至少两个、诸如至少三个、四个或五个垂片，这些垂片从平面构件的顶表面基本上垂直地延伸以支承条带。

根据另一实施例，支承元件的平面构件的顶表面是弯曲的。在另一实施例中，当从支承元件的前视图看时，支承元件的顶表面是弯曲的、弓形的、起伏的或大致U形的。在一个实施例中，平面构件的上边缘的两个拐角通过至少部分地弯曲的、弓形的、起伏的或大致U形的路径连接。

在优选实施例中，支承元件的平面构件的顶表面的曲率对应于风力涡轮机叶片半部的横截面轮廓或其一部分。根据另一实施例，一个支承元件的平面构件的顶表面的曲率不同于另一支承元件的平面构件的顶表面的曲率。这具有如下优点，即预型件的横截面轮廓的形状可以在其长度方向上变化。因此，即使是复杂的预型件模具几何形状也能够使用本发明的方法和预型件模具容易地获得。

支承元件通常可以从矩形板材开始并且通过沿着其上边缘的至少部分切除弯曲路径来制造。在一些实施例中，切割路径可以提供从上边缘延伸的一个或更多可折叠垂片。

在优选实施例中，多个支承元件基本上彼此平行地布置。特别地，平面构件的相应前表面可以被布置成基本上彼此平行。

根据另一实施例，条带并列布置，并且在相邻条带之间具有预定义间隙。在优选实施例中，相邻条带之间的所述间隙在1和25mm宽之间。这允许在布置条带时的一定的灵活性和可变性。在一些实施例中，相邻条带沿着他们的纵向边缘互相连接，优选地铰接地互相连接。在优选实施例中，条带通过提供在相邻条带之间中的一个或更多弹性构件铰接地互相连接。弹性构件可包括橡胶或其它弹性材料。在其它实施例中，条带被并列布置，使得每个条带与相邻条带重叠。

根据另一个实施例，每个条带具有在0.04和5m之间的、优选地在0.1和1米之间的宽度W。在优选实施例中，每个条带具有在15和50m之间的长度L。

根据另一实施例，条带通过一个或更多盲紧固件或点焊接来附接到支承元件。在优选实施例中，支承元件的平面构件具有小于3cm的厚度，诸如小于2cm或小于1cm的厚度。

在优选的实施例中，该方法进一步包括加热纤维材料和粘合剂至40和200℃之间的温度以形成多个预型件的步骤。

在另一方面，本发明涉及一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预型件的预型件模具，该预型件模具包括

-多个支承元件，每个支承元件包括平面构件，所述平面构件具有前表面和相对的后表面、顶表面和相对的底表面以及两个相对的侧表面，

-多个条带，其被并列布置在每个支承元件的平面构件的顶表面上。

多个条带有利地形成模制表面或其一部分，以用于形成用于风力涡轮机叶片半部的预型件。优选的是，所述模制表面基本上是平坦的。在优选实施例中，模制表面在其最低点和其最高点之间的高度差小于3米、2米、更优选地小于1米、最优选地小于0.5米。在其它实施例中，模制表面在其最低点和其最高点之间的高度差小于待被制造的风力涡轮机叶片的根部直径的50%、更优选地小于根部直径的25%、最优选地小于根部直径的10%。

当制造大型叶片半部时，根部端部处的叶片模具中的纤维成层可能是具有挑战性的。由于根部端部处的几乎半圆形的横截面或圆周，纤维材料可沿着几乎竖直的叶片模具壁向下滑动。在制造期间纤维材料的滑动可导致在壳体结构中的不期望的褶皱的形成，这可在叶片内存在结构弱点的区域。因此，本发明的预型件模具的相对平坦的模制表面提供了形成相对平坦的预型件的选项，这些相对平坦的预型件一起覆盖叶片半部的整个圆周，如在其横截面中看到的，以用于在叶片模具处的改进的且更安全的成层过程。

在一个实施例中，预型件模具具有在15和30米之间的长度L。在本发明的预型件模具的优选实施例中，支承元件中的至少一个包括从平面构件的顶表面基本上垂直地延伸以用于支承条带的一个或更多垂片。根据另一实施例，支承元件的平面构件的顶表面是弯曲的。在另一实施例中，当从支承元件的前视图看时，支承元件的顶表面是弯曲的、弓形的、起伏的或大致U形的。在一个实施例中，平面构件的上边缘的两个拐角通过至少部分地弯曲的、弓形的、起伏的或大致U形的路径连接。在优选实施例中，支承元件的平面构件的顶表面的曲率对应于风力涡轮机叶片半部的横截面轮廓或其一部分。根据另一实施例，一个支承元件的平面构件的顶表面的曲率不同于另一支承元件的平面构件的顶表面的曲率。

本发明的预型件模具可以包括至少三个、优选地至少五个条带。在一些实施例中，预型件模具包括不多于15个条带。在另一实施例中，预型件模具包括不多于10个条带。有利地，本发明的预型件模具包括3-15之间的条带。

预型件模具的条带优选地为柔性条带。在优选实施例中，条带相对薄，其具有在1和10mm之间的最大厚度。优选的是，条带是可弯曲条带。因此，条带能够有利地配合以产生在预型件的纵向方向上在曲率方面变化的预型件几何形状。

在一些实施例中，每个预型件模具具有至少5:1的长宽比。在其它实施例中，每个预型件模具具有至少5:1、诸如至少10:1的长宽比。在优选实施例中，每个预型件模具具有至少15:1的长宽比。

在优选实施例中，由本发明的预型件模具可获得的每个预型件配置成形成从风力涡轮机叶片的根部端部开始的叶片区段。因此，优选地，由本发明的预型件模具可获得的每个预型件被配置成布置在叶片模具的根部端部处。最优选地，由本发明的预型件模具可获得的预型件被配置成形成从叶片的根部端部延伸的根部区段的子区段连同从叶片的根部端部均等地延伸的根部区段的其它子区段。

在一些实施例中，本发明的预型件模具包括模制表面，该模制表面配置成用于风力涡轮机叶片的相应子区段的制造，每个子区段从风力涡轮机叶片的根部端部延伸。

优选的是，预型件模具具有凹形或向内弯曲的模制表面。

在另一方面，本发明涉及一种制造预型件模具的方法，所述方法包括以下步骤：提供多个支承元件，每个支承元件包括平面构件，所述平面构件具有前表面和相对的后表面、顶表面和相对的底表面以及两个相对的侧表面，以及在每个支承元件的平面构件的顶表面上布置多个条带，其中条带被并列布置。

在另一方面，本发明涉及一种制造风力涡轮机叶片部分的方法，该方法包括：

-根据前述方法制造一个或更多预型件，

-将预型件可选地与附加材料一起布置在叶片模具腔中，

-将树脂灌注到叶片模具腔，

-固化或硬化树脂以形成叶片部分。

在一些实施例中，制造风力涡轮机叶片部分的方法可以包含将预型件布置在预制品模具中，随后灌注树脂并固化以用于制造用于稍后的叶片组件的子部分。

在一些实施例中，风力涡轮机叶片部分是根部层压件、主层压件或其一部分。在另一实施例中，叶片部分是叶片半部。

通常，树脂灌注步骤包括真空辅助的树脂传递模制。在优选的实施例中，树脂溶解预型件的粘合剂。其它实施例包含（例如用于环氧树脂或热固性树脂的）化学粘合。

用于在风力涡轮机叶片部分（诸如根部层压件）的制造期间注入预型件的树脂可以是环氧树脂、聚酯、乙烯基酯或另一合适的热塑性或硬质塑料材料。在其它实施例中，树脂可以是热固性树脂（诸如环氧树脂、乙烯基酯或聚酯）或热塑性树脂（诸如尼龙、PVC、ABS、聚丙烯或聚乙烯）。

将理解的是，任何上述特征均可以组合在制造预型件的方法或预型件模具的任何实施例中。特别地，关于预型件模具所描述的特征和实施例也可以应用于制造预型件的方法，反之亦然。

在另一方面，本发明涉及通过上述方法可获得的多个预型件。本发明还涉及通过制造风力涡轮机叶片部分的方法可获得的叶片部分。

如本文中所使用的，术语“平面构件”指示具有主要在二维中的延伸的构件，即具有在宽度和长度维度中的主要的延伸和在深度延伸中的显著较小的延伸的构件。示例包括具有至少10倍高于深度延伸的宽度和长度延伸的平面构件。

如本文中所使用的，术语“wt%”意指重量百分比。术语“相对于纤维材料的重量”意指通过用纤维材料的重量除诸如粘合剂等剂的重量所计算的百分比。作为示例，相对于纤维材料的重量的1wt%的值对应于每千克纤维材料10g的粘合剂。

如本文中所使用的，术语“纵向”意指基本上平行于所讨论的元件（例如条带或预型件模具）的最大线性维度延伸的轴线或方向。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例详细解释本发明，在所述附图中

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示出通过图4的截面I-I的叶翼轮廓的示意图，

图4示出从上方和从侧向看的风力涡轮机叶片的示意图，

图5是用于根据本发明的预型件模具的支承元件的布置的透视图，

图6是根据本发明的预型件模具的透视图，

图7是根据本发明的预型件模具的另一个实施例的透视图，

图8是图示根据本发明的另一实施例的用于预型件模具的支承元件的布置的透视图，

图9是根据本发明的实施例的支承元件的透视图，以及

图10是根据本发明的用于预型件的铺设的叶片模具的透视图。

具体实施方式

图1图示根据所谓的“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。

图2示出根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意图。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毂的根部区30、最远离毂的轮廓或叶翼区34以及根部区30与叶翼区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。

叶翼区34（也称为轮廓区）关于生成升力具有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叶翼区34的叶翼轮廓的过渡轮廓。过渡区32的弦长度通常随着距毂的增加的距离r而增加。叶翼区34具有叶翼轮廓，该叶翼轮廓具有在叶片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通常提供在过渡区32和叶翼区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，因为叶片可以是扭曲的和/或弯曲的（即预弯曲的），因此提供具有对应地扭曲和/或弯曲的趋向（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和图4描绘了用于解释根据本发明的风力涡轮机叶片的几何形状的参数。图3示出了利用各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的叶翼轮廓50的示意图，所述参数通常用于定义叶翼的几何形状。叶翼轮廓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——一般分别面朝向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。叶翼50具有弦60，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。叶翼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。叶翼的厚度t沿着弦60变化。从对称轮廓的偏差由拱线62给出，拱线62是穿过叶翼轮廓50的中线。能够通过从前边缘56到后边缘58画内切圆来找到该中线。该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分别被定义为距弦60和吸力侧54和压力侧52的距离的、被称为上拱度（或吸力侧拱度）和下拱度（或压力侧拱度）的参数的使用来定义。

叶翼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d_f、最大叶翼厚度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d_t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。因此，局部相对叶片厚度t/c被给出为局部最大厚度t和局部弦长度c之间的比率。此外，最大压力侧拱度的位置d_p可被用作设计参数，并且当然最大吸力侧拱度的位置同样可被用作设计参数。

图4示出了叶片的其它几何参数。叶片具有总叶片长度L。如在图3中示出的，根部端部位于位置r=0处，并且尖端端部位于r=L处。叶片的肩部40位于位置r=L_w处并且具有肩部宽度W，该肩部宽度W等于肩部40处的弦长度。根部的直径被定义为D。过渡区中的叶片的后边缘的曲率可由两个参数来定义，该两个参数也就是最小外曲率半径r_o和最小内曲率半径r_i，其分别被定义为从外侧（或后边缘后面）看的后边缘的最小曲率半径和从内侧（或后边缘前面）看的最小曲率半径。此外，叶片提供有预弯曲，该预弯曲被限定为Δy，其对应于从叶片的俯仰轴线22的平面外偏离。

图5是用于根据本发明的预型件模具的支承元件的布置的透视图，所述预型件模具用于制造风力涡轮机叶片。图5的布置包括四个支承元件70a-d，每个支承元件包括平面构件72，平面构件72具有前表面74和相对的后表面76、弯曲的顶表面78和相对的底表面80以及两个相对的侧表面82、84（针对支承元件70a示出）。每个支承元件的顶表面78是弯曲的，对应于风力涡轮机叶片半部的横截面轮廓或其一部分。在图5中所示的实施例中，支承元件70a-d被布置成基本上彼此平行并且通过两个横向导轨86a、86b互相连接。

如在图6中看到的，根据本发明的预型件模具90能够通过在支承元件70a-d的顶表面78上并列布置多个条带88a-e来获得。能够在条带的至少部分上铺设纤维材料和粘合剂以形成预型件，这通常在加热步骤之后。图6还指示条带88的长度L和宽度W。

在图6的实施例中，条带88a-e被并列布置，并且在相邻条带之间具有预定义间隙。相邻条带之间的距离可以是在1和25mm之间。相比之下，图7图示了一实施例，其中条带88a-f边缘到边缘地放置，并且在相邻条带之间基本上不具有间隙。

图8图示了用于根据本发明的预型件模具的支承元件的另一布置。这里，支承元件70a-d在它们相应的顶表面78a-d的曲率方面不同。这允许制造具有复杂几何形状的预型件。根据本发明的方法，具有不同形状和曲率的预型件模具可以被容易地制造并且适于特定要求。

图9是根据本发明的支承元件70的一个实施例的透视图。支承元件70包括平面构件72和从其顶表面78基本上垂直延伸以支承条带的若干垂片92a-f。垂片92a-f有效地增加顶表面78的表面面积，以为预型件模具提供进一步的支承和稳定性。

如在图10中图示的，制造的预型件98a、98b、98c可以铺设在叶片模具96中，以形成风力涡轮机叶片的一部分，诸如根部层压件。特别优选的是，根据本发明制造的预型件用于从叶片的根部端部开始的叶片区段，诸如根部区。预型件98a、98b、98c通常与附加的纤维材料94一起布置在叶片模具腔97中。然后，树脂被灌注到叶片模具腔97，其随后被固化或硬化，以便形成叶片部分，诸如叶片半部。

本发明不限于本文中所描述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下被修改或调适。

参考标号列表

2 风力涡轮机

4 塔架

6 机舱

8 毂

10 叶片

14 叶片尖端

16 叶片根部

18 前边缘

20 后边缘

22 俯仰轴线

30 根部区

32 过渡区

34 叶翼区

40 最大弦的肩部/位置

50 叶翼轮廓

52 压力侧

54 吸力侧

56 前边缘

58 后边缘

60 弦

62 拱线/中线

70 支承元件

72 平面构件

74 前表面

76 后表面

78 顶表面

80 底表面

82 侧表面

84 侧表面

86 导轨

88 条带

90 预型件模具

92 垂片

94 纤维材料

96 叶片模具

97 叶片模具腔

98 预型件

c弦长度

d_t最大厚度的位置

d_f最大拱度的位置

d_p最大压力侧拱度的位置

f拱度

L叶片长度

r局部半径、距叶片根部的径向距离

t厚度

Δy预弯曲

Claims

1.一种制造用于风力涡轮机叶片的预型件的方法，所述方法包括以下步骤

-提供多个支承元件（70），每个支承元件（70）包括平面构件（72），所述平面构件（72）具有前表面（74）和相对的后表面（76）、顶表面（78）和相对的底表面（80）以及两个相对的侧表面（82、84），

-在每个支承元件（70）的所述平面构件（72）的所述顶表面（78）上布置多个条带（88），其中所述条带（88）并列布置，

-在所述条带（88）的至少部分上铺设纤维材料以及可选地铺设粘合剂以形成所述预型件。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述支承元件（70）包括从所述平面构件（72）的所述顶表面（78）基本上垂直地延伸以支承所述条带（88）的一个或更多垂片（92）。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中所述平面构件（72）的所述顶表面（78）是弯曲的。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述平面构件（72）的所述顶表面（78）的所述曲率对应于风力涡轮机叶片半部的横截面轮廓或其一部分。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中一个支承元件（70）的所述平面构件（72）的所述顶表面（78）的曲率不同于另一支承元件（70）的所述平面构件（72）的所述顶表面（78）的曲率。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述多个支承元件（70）基本上彼此平行地布置。

7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述条带（88）并列布置，并且在相邻条带（88）之间具有预定义间隙。

8.根据权利要求7所述的方法，其中相邻条带（88）之间的所述间隙在1和25mm宽之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中每个条带（88）具有在0.04和5m之间的宽度W，并且其中每个条带具有在15和50m之间的长度L。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述条带（88）通过一个或更多盲紧固件或点焊接附接到所述支承元件（70）。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述支承元件（70）的所述平面构件（72）具有小于3cm的厚度。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中相邻条带（88）沿着它们的纵向边缘互相连接。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括加热所述纤维材料和所述粘合剂至40和200℃之间的温度以形成多个预型件的步骤。

14.一种用于制造用于风力涡轮机叶片的预型件的预型件模具，所述预型件模具包括

-多个支承元件（70），每个支承元件（70）包括平面构件（72），所述平面构件（72）具有前表面（74）和相对的后表面（76）、顶表面（78）和相对的底表面（80）以及两个相对的侧表面（82、84），

-多个条带（88），其被并列布置在每个支承元件（70）的所述平面构件（72）的所述顶表面（78）上。

15.一种制造风力涡轮机叶片部分的方法，所述方法包括：

-根据权利要求1-13的方法制造一个或更多预型件（98），

-将所述预型件（98）可选地与附加材料（94）一起布置在叶片模具腔（97）中，

-将树脂灌注到所述叶片模具腔（97），

-固化或硬化所述树脂以形成所述叶片部分。