专利名称：制造具有紧固件的风轮机叶片壳体部件和具有紧固件的风轮机叶片的方法
技术领域：
本发明涉及一种风轮机叶片。更具体地，本发明涉及一种制造具有紧 固件的风轮机叶片壳体部件一该紧固件用于将包括该风轮机叶片壳体部件 的风轮机叶片连接在风轮机轮毂上，和具有紧固件的风轮机叶片的方法。 本发明涉及一种具有嵌入式紧固件的风轮机叶片壳体部件和风轮机叶片。
背景技术：
风轮机用于将风力转化成能源通常是电能。近年来，更大风轮机的使 用增加了对风轮机叶片和风轮机轮毂的凸缘(法兰)之间的连接的要求。 关键特征是用于将叶片紧固在轮毂上的紧固件与叶片的其余部分之间的连 接，该紧固件设置在叶片的叶片根部，因为在操作期间此连接受到大的和 周期性负荷。
WO 03/008800内说明了通过使用真空辅助树脂注入结合预制棒状物 制造的耐用且经济上负担得起的风轮机叶片，
在US 4915590内说明了多种用于将风轮机叶片连接到轮毂的技术。具 体地，US 4915590的结合图3说明的现有技术与本发明相关.这里，通过 在完成的风轮机叶片的壁的端部内钻孔并使用粘合剂将钢连接螺柱杆固定 在该孔内，将钢连接螺柱杆嵌入风轮机# 部内。在层压合成结构内钻孔非 常费时，层压材料被浪费并且钻头的磨损也很严重.此外，除去孔中的碎 片以及防止粘合剂中存在空气由于孔的长宽比而比较复杂。因此需要连接 螺柱杆和孔壁之间有很大的空间，这会导致大量的粘合剂消耗，g弱的 连接和过大的叶片壁厚度。
已考虑到在叶片固化之前提供紧固件。WO 03/082551公开了其中插入 件插入未固化的层压结构的叶片连接。插入件设置有多个具有相同纵向尺 寸的凸起部和凹部，并且在凹部内设置较少铬平行层压层。必须在插入件 附近将层压层缝合在一起，以在较小平行层压层和较大外部层压层之间提 供足够的分层强度。层的缝合是非常费时且复杂的过程，并且在层压层的 搁置期间必须从孔的内侧或从外侧进行。缝合还可能影响纤维的对齐(度)， 导致大部分关键部位处即插入件附件的层压结构的强度降低。
因此，需要一种快速和可靠的在风轮机叶片内设置紧固件的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可将紧固件更有效地设置在风轮机叶片内的 方法。
本发明的另一个目的是提供一种风轮机叶片壳体部件和风轮机叶片， 其中具有改进的紧固件和该叶片之间的连接.
本发明的一个或多个上述目的针对使用根据权利要求1的方法制造的 包括预制棒状物的风轮机叶片壳体部件实现，和/或针对根据权利要求26 的风轮机叶片实现，该风轮机叶片包括具有预制棒状物的风轮机叶片壳体 部件。
该方法涉及制造风轮机叶片壳体部件，该紧固件设置在风轮机叶片壳 体部件的根部附近。当嵌入叶片时，紧固件适合于将包括风轮机叶片壳体 部件的风轮机叶片连接到风轮机轮毂。该方法包括提供刚性外部模具，将 一个或多个紧固件定位在刚性外部模具的与风轮机叶片的才艮部相对应的端 部附近，在刚性外部模具的与风轮机叶片的根部相对应的端部附近定位至 少两层但通常为更多层的预制棒状物。预制棒状物应被定位成当该紧固件 定位在风轮机叶片壳体部件时预制棒状物围绕紧固件的实质纵向部分。
此后，通常与完成的风轮机叶片的内表面相对应的内部模具设置成与 该刚性外部才莫具真空密封连通，外部和内部模具之间的体积被抽成真空。 注入可固化树脂以将紧固件固定在封闭预制棒状物上，并至少部分填充相
邻棒状物之间的真空区，使得树脂固化并使壳体部件脱模。任选地，风轮 机壳体部件在脱模之前或之后连接到一个或多个另外的壳体部件或其它部件。
只要粘性足够低，固化可在注入期间开始直到注入完成。模制方法还
已知为真空辅助的树脂传递模塑法，VARTM。由于风轮机叶片的大尺寸， 应用真空要远远优于传统树脂传递模塑法。但是，如果在其中树脂需要行 进很短的距离的应用中利用公开的嵌入紧固件的原理，则可使用其它模制 方法例如树脂传递才莫塑法。
通常，紧固件的至少70%被预制棒状物围绕，但是根据紧固件的实际 设计，被围绕的比例可改变。如果例如紧固件具有内螺紋孔，则紧固件的 基本100%将被预制棒状物围绕，另一方面，如果紧固件具有从紧固件延 伸出的用于连接到轮毂的长杆，则只有紧固件的50%被预制棒状物围绕。 此外，表面拓朴和/或表面化学可促进或抑制连接的强度以及需要嵌入的比 例。
风轮机叶片包括具有通过固化树脂连接的预制棒状物的风轮机叶片壳 体部件，以及在风轮机叶片的根部附近嵌入的多个紧固件.至少两个所述 紧固件对齐以有助于稍后连接到风轮机轮毂。紧固件对齐是指其中的螺紋 孔或从该紧固件延伸出的杆基本并行地对齐，使得它们适合于将风轮机叶 片连接到轮毂的凸缘(法兰)或另一个接纳元件。
本发明还涉及关于涉及闪电经由紧固件传递到轮毂的准备的方法和产 品的情况、紧固件的表面拓朴和形状、具有高含量的结构纤维的风轮机叶 片、用于紧固件对齐的导向装置的优选实施例，以及涉及风轮机辅助的树 脂传递模塑的方面。
下文将参照示例性实施例以及附图更详细地说明本发明，其中 图l示出模具内的风轮机叶片壳体部件的横截面视图； 图2示出紧固件的各种总体形状；
图3示出紧固件的优选横截面；
图4示出紧固件的优选表面构形；
图5示出连接到导向装置的多个紧固件；
图6示出通过环绕紧固件织造的纤维连接到导向装置的多个紧固件；
以及
图7示出在避雷装置和紧固件之间传导闪电的实施例。 所有附图都是高度示意性的而并非是按比例的，并且它们仅示出说明 本发明所必需的部件，其它部件被省略或仅是提及。
具体实施例方式
在图1内示出模具14、 16内的风轮机叶片壳体部件2的示例，安置多 层预制的棒状物8、 10以顺应紧固件4的形状，该紧固件有利地连接到导 向装置20以便对齐(见下文)。该连接优选地以真空密闭的方式实现以允 许真空辅助的树脂注入。这种真空密闭的连接例如可通过橡胶状元件38 实现。在图1内，预制棒状物8、 IO的层的数量是四层，但是层的数量可 根据壳体部件的大小和设计有很大的改变。预制棒状物的层数的典型值是 2、 3、 4、 5、 6、 8、 IO或更多层，此外，可设置多个任选层，例如外部和 /或内部纤维层18，凝胶涂层19和/或避雷装置等。最后，在树脂注入过程 之前设置内部模具16。
预制棒状物
在本发明的非常优选的实施例中，根据本发明的方法，风轮机叶片壳 体部件和风轮机叶片的关键元件是预制棒状物。预制棒状物的将与壳体部 件的长度对齐的尺寸要比其它尺寸长得多。棒状物可在端部附近被斜切， 以允许平稳过渡到延伸的棒状物或者允许如果棒状物没有延伸则叶片特性 没有突然变化。
在优选实施例中，至少一些预制棒状物选自纤维部件、木质材料和中 空部件。优选的纤维部件的示例是被拉挤或挤压的部件，优选包括碳纤维
和/或玻璃纤维和/或天然纤维。拉挤部件可以是未被固化、部分固化或完全 固化，但是完全固化的部件例如由于易于处理而是优选的。优选的木质部 件的示例是具有高的强度重量比的机械加工的木材例如轻质木材、桦木等。 木质部件还可以是优选包括具有相同特定的轻质木材、桦木或其它木质材 料的胶合板。中空部件包括中空的基于聚合物的部件例如吹塑棒、泡沫棒、 压延部件，其任选地包括纤维材料。
可选择棒状物的组合以在强度、重量和价格之间实现合适的折衷。
预制棒状物在紧固件附近的定位
在优选实施例中，待与紧固件相邻定位的预制棒状物被机械加工或成 形为当棒状物位于适当位置时棒状物顺应紧固件的形状。优选地，棒状物 将顺应紧固件，以便紧固件的实质部分被预制棒状物紧密封闭。紧固件的
实质部分是指紧固件的至少大约70。/"皮预制棒状物封闭或围绕，但是如文 中其它地方说明的，此数量可改变为低于50%或接近100%。紧固件的未 被封闭的部分可用未被封闭的一个或多个纵向部分或横向部分说明。
紧固件的封闭部分通常在大约0.4到2m的范围内，取决于叶片的长度 以及叶片壁的厚度。在优选实施例中，发现在大约0.5到0.75m的范围内 的紧固件可在叶片和紧固件之间的连接部的重量和强度之间实现合适的折 衷。
封闭部分的直径如文中其它部分所述地改变，在大多数情况下，与紧 固件的封闭部分的橫截面的最大面积相对应的直径在大约8到20cm的范 围内是合适的。但是，在优选实施例中，在大约10到15cm的范围内的与 紧固件的封闭部分的横截面的最大面积相对应的直径被发现可在紧固件的 重量和强度以及叶片和紧固件之间的连接部的强度之间实现合适的折衷，
在优选实施例中，棒状物的形状形成为使得它们根据文中别处说明的 宏观表面粗糙度将顺应紧固件。这允许树脂或粘合剂的非常少的使用，以 及允许在紧固件的特性和叶片的特性之间的可高度控制的过渡。
延伸到根部附近的纤维部件
对于非常大的风轮机叶片， 一些包括纤维材料优选包括碳纤维的预制 棒状物延伸到风轮机叶片壳体部件的根部附近是有利的。这可增加叶片的 根部的硬度，并且可实现改进的负荷向紧固件的传递。
在尤其优选的实施例中，包括纤维材料的至少一个预制棒状物沿紧固 件的实质纵向部分与该紧固件相邻(紧邻)定位。在此，相邻(紧邻)是 指包括纤维材料的棒状物是最接近紧固件的棒状物。在此，紧固件的实质
纵向部分是指紧固件的嵌入长度的至少50%。但是，优选地，棒状物沿紧 固件的大部分例如紧固件的嵌入长度的至少75%且更优选地至少90%定 位。纤维棒沿其定位的嵌入长度的部分在一定程度上取决于紧固件的形状， 因为如果纤维弯曲地设置则纤维材料的机械性能恶化。在非常优选的实施
例中，包括纤维材料的预制棒状物是包括碳纤维的被拉挤的纤维棒，因为 这种棒状物通常具有高纤维含量和高度对齐的纤维。
在优选实施例中，至少两个被拉挤的纤维部件紧邻紧固件并沿该紧固 件的实质纵向部分定位.具体地，优选地该被拉挤的纤维部件围绕紧固件 布置，使得所述布置关于一个或多个物理性能例如硬度、E-模数、对齐度 或最终强度基本对称，
对于具有延伸到根部附近的纤维部件的叶片，在树脂注入之前引入紧 固件是有利的，因为在包括这种纤维材料的叶片壳体部件内钻孔导致非常 高的钻孔道具损耗，此外这种钻孔比较费时。
紧固件的总体形状
紧固件的总体形状可根据叶片的实际材料和使用条件改变。通常，优 选地减小尖锐的或非常尖的边缘的存在，因为该边缘会成为破裂引发部。 此外，还可提供具有小孔径角(张角)的孔，因为注入树脂不能一直'渗入 到这种孔的顶端。
在图2中，示出例如可用于根据本发明的方法的紧一固件的多个优选总 体表面形状。通常，紧固件的横截面面积优选地随着远离叶片的稂部而逐
渐减小。在这种情况下，减小不需要是单调的或连续的，但是应具有总趋 势。这导致特性从比较刚性的紧固件到比较柔性的叶片逐渐改变。这种总
体形状的示例是图2A和2B内所示的基本圆锥形的紧固件，但是总体形状 也可以是例如图2C内所示的更凹入的特征。
如果例如叶片壁比较厚，则总体为哑铃(如图2D内所示)或者另一 种锚定形状也是合适的。紧固件的面向远离叶片根部的端部为大尺寸的另 一实施例U本为圆锥形的紧固件，较宽部分面向远离根部(未示出)。 这是有利的，因为与实心圆柱形紧固件相比它们可提供固体机械粘合并且 防护紧固件材料。
紧固件的横截面形状
图2E所示的紧固件具有这样的原理，即，即使旋转对称紧固件由于 比较容易处理而通常是优选的，但是紧固件也不必须是旋转对称的。非旋 转对称的紧固件对于紧固件的单位体积具有较大的表面积。因此，较大表 面与经由树脂或粘合剂从叶片到紧固件以及到轮毂上的负荷传递有关。在 图3内，示出紧固件的横截面形状的多个优选实施例。横截面例如对应于 沿图2A上的平面a-a的横截面，或者图2的其它紧固件的任何一个的类似 才黄截面。
图3A内的圆形横截面对应于旋转对称的紧固件。如果被定向为其长 轴基本平行于叶片壳体的外表面，则图3B内所示的椭圆形例如对于较薄 的叶片壳体是有利的。但是，如果需要大量密集的紧固件，则使用具有椭 圆形剖面的紧固件是有利的。在图3C到3F内，示出几何正则的横截面的 示例，但是本领域的技术人员应认识到，还可使用不规则或基本规则的横 截面。提供示例性形状以说明整体思想，但是例如边缘的锐度应根据负荷 曲线图和特定应用内使用的树脂被调节。图3G内示出具有倒圆的边缘的 横截面的示例。非旋转对称的紧固件在特定负荷模式下和/或对于偏心的紧 固件是有利的。
紧固件的表面
紧固件的表面优选地被修改或设计成加强树脂和紧固件之间的连接， 从而叶片和紧固件之间的连接的总体质量增加。该表面可准备用于增加机 械强度和/或化学强度。
机械强化的一个示例是联锁结构，其可用于许多尺寸级。在优选实施
例中，如图4A所示的，紧固件的表面粗糙度在微米级到亚毫米级上增加。 这可在紧固件的制造期间例如通过在模具内使用粗糙表面或者通过随后的 表面处理例如喷砂处理或研磨实现。可选择地或另外，例如如图4B所示 的通过在紧固件的纵向长度的横向上引入大约1到5毫米的波紋，表面粗 糙度可在亳米级上增加。此外，宏观表面粗糙度即大约数毫米到数厘米的 阶梯、尖端或波紋可与围绕紧固件的预制条带或树脂联锁。图4C到G示 出具有宏观表面粗糙度的紧固件的示例。表面粗糙度增加会显著增大粘结 强度和/或减小可能由于叶片和紧固件之间的特性的变化导致的问题。
如果提供如图4D-F所示的联锁结构，则凹部和突部结构的尺寸，即 沿紧固件的长度的纵向延伸部，可与图4D所示的类似。但是，更加优选 地，根据紧固件和填充紧固件的凹部的周围材料(通常为树脂)的相对强 度调节该尺寸。换句话说，较坚固的紧固件(通常为钢或铸铁)的突部与 将用较软的树脂填充的凹部相比较短，该凹部较长。在图4E到G内示出 这样的示例。在图4E内，凹部/突部是阶梯式的，而在图4F内凹部/突部 的侧壁是成角度的，这是有利的，因为接触角较不尖锐因此用作破M始 点的可能性减小。图4G示出一系列较长和较短的圆形元件。这是优选实 施例，因为此设计可实现没有任何锐利边缘的基本垂直侧壁，
除了实现机械联锁结构之外，增加所有等级的表面粗糙度可增大紧固 件的表面，从而增加紧固件和树脂或粘合剂之间的接触面积。
增加化学强度的准备包括在组装之前从紧固件的表面上除去碎片以及 除去灰尘、锈迹、油脂、油等。这可包括机械清除以及化学清除(即使用 水和肥皂或溶剂)。此外，在组装和/或树脂注入之前表面可被化学处理例 如酸洗或涂底漆。
紧固件优选地具有用于有助于包括风轮机壳体部件的风轮机叶片与轮 毂的连接的连接装置。通常，此连接装置包括带螺紋的表面例如从叶片的 根部到紧固件内的螺紋孔或从紧固件延伸出的螺紋杆。在尤其优选的实施 例中，这种带螺紋的表面可用于在风轮机叶片壳体部件的制造期间例如在 贮存期间和/或在树脂注入期间，和/或在组装风轮机叶片壳体部件以形成风 轮机叶片期间，使紧固件连接到导向装置(见下文)。
导向装置
在风轮机叶片壳体部件的制造期间，可有利地应用用于对齐紧固件的 导向装置。导向装置可相对于模具和/或相对于一个或多个另外的紧固件对 齐该紧固件。在使用期间， 一个或多个紧固件连接到该导向装置，该连接 可以是临时的，因为在制造方法的一个或多个步骤之后将从紧固件上取下 该导向装置。可选择地，紧固件和连接装置之间的连接是永久的，即在制 造期间导向装置与风轮机壳体装置成一体。
如果紧固件相对于一个或多个另外的紧固件对齐，然后这些紧固件还 有利地连接到导向装置并优选地与该紧固件连接到同 一导向装置。这可实 现尤其高效的方法设计，因为大量紧固件可被对齐并此后在一个操作中被 引入风轮机壳体部件。
在图5中，示出多个紧固件与其连接的导向装置。优选地，导向装置 20和紧固件4的组合在将紧固件引入风轮机壳体部件之间准备，并且在此
部件的子组件。
在优选实施例中，子组件包括15-150个紧固件。导向装置通常保持在 将被设置到完成的风轮机叶片的根部的紧固件的1/4和所有紧固件之间的 紧固件。具体地，优选地导向装置保持将被模制的壳体部件的所有紧固件； 通常这对应于将被设置在完成的风轮机叶片的根部处的紧固件的大约1/2。
在不幸的情况下，紧固件可提供导致叶片壳体分层乃至破裂的源.这 尤其是紧固件比较靠近相邻的紧固件定位的情况。在优选实施例中，提供
保护性措施，即如图6所示地在紧固件之间织造纤维材料尤其是玻璃纤维 或碳纤维。图6A沿从紧固件的端部朝导向装置的方向示出此原理，而图 6B从侧面示出此原理。纤维可例如是干燥的或浸渍的纤维束、纤维纱或纤 维的其它集合。在尤其优选的实施例中，纤维主要或仅围绕将最接近风轮 机叶片壳体部件被嵌入的紧固件的大约25%织造。但是，在一些情况中， 纤维可沿紧固件的较大部分缠绕以得到紧固件、导向装置和纤维的组合， 任选地在织造纤维结构内的一个或多个开口处定位小预制棒状物。这种组 合形成从导向装置延伸出的半圓形楔形物，并且可被《I入风轮机叶片根部 内的凹槽或通道。此后，可在树脂注入之前在该组合附近定位另外的棒状 物。
如果利用紧固件和导向装置之间的临时连接，则制造方法还包括释放 该临时连接的步骤。通常，此后应从风轮机叶片壳体部件上除去导向装置。
树脂注入通常是真空辅助的，因此导向装置可有利地通常是不透气的。 此外，在此情况中导向装置还应设置成在导向装置和刚性模具和/或内部模 具之间实现气密连接。优选地，该导向装置在刚性模具和内部模具之间提 供气密连接.该气密连接可例如由模具和导向装置之间的橡胶状元件38 例如柔性O形环和保持该连接锁定机构共同实现。该锁定机构可包括由用 于树脂注入的真空提供的真空力；机械装置例如夹具、螺栓螺母；化学装 置例如粘合剂；或者这些中的2种或多种的组合。
在优选实施例中，紧固件和导向装置之间的连接包括紧固件的螺紋孔 或螺紋杆经由导向装置内的孔与螺栓或螺母的接合。紧固件的这些螺紋孔 或杆可有利地还适合于将包括风轮机叶片壳体部件的风轮机叶片连接到风 轮机轮毂上。
在另 一个优选实施例中，紧固件和导向装置之间的连接通常是气密性 的。这种气密连接可包括O形环。O形环可有利地设置在导向装置的真空 侧，因为这可防止注入的树脂影响在紧固件和导向装置之间实现连接的元件。
用于在风轮机叶片壳体部件的树脂传递模塑期间对齐紧固件的导向装
置在优选实施例中包括基本气密的板状部件，用于在该气密的板状部件和 至少 一个紧固件之间实现临时或永久连接的装置，以及用于在该基本气密 的板状部件和刚性模具之间实现临时或永久连接的装置。为了实现总的气 密连接以有助于真空辅助的树脂传递模塑，上述临时或永久连接中的至少 一个应该是气密的。但是，更加优选地，临时和永久连接都是气密的。
基本气密是指通过部件的气流非常小。当然，优选地，部件是绝对气 密的，但是用于制造风轮机叶片的部件具有非常大的尺寸，并且可通过连 续真空汲取来补偿少量的气体泄露。
避雷(闪电传导)
风轮机尤其是风轮机叶片非常易于受到雷击.因此，叶片通常具有接 闪器以及一个或多个避雷装置。避雷装置的示例是通常安置在叶片内的避 雷电缆，安置在叶片壁内和/或与内部加固部件一起安置的导电金属网和/ 或碳纤维。为了将闪电从叶片经由轮毂传导到大地，避雷装置优选地连接 到紧固件，从而闪电可经由紧固件在叶片和轮毂之间传导。
因此，优选地，避雷装置设置成与紧固件等电势连通。这可通过将避 雷装置直接连接到 一个或多个紧固件来实现，但是这会导致差的电连接并 导致大的接触电阻，因此在雷击时存在严重的热破坏的危险。
因此非常优选地提供一种用于在操作期间减小紧固件和避雷装置之间 的接触电阻的专用闪电传递装置。该闪电传递装置可例如是将一个或多个 避雷装置连接到一个或多个紧固件的导电凸缘。优选地，闪电传递装置连
接到多个紧固件以增加紧固件的有效闪电传导横截面。在图7所示的另一 个实施例中，闪电传递装置24包括导电材料板材，该板材紧邻避雷装置 22定位。在优选实施例中，闪电传递装置24或者被夹在一些避雷装置22 之间，和/或闪电传递装置24与一个或多个闪电传递装置24 —起将避雷装 置夹在中间。此实施例尤其适合于金属网导体类型的避雷装置，因为这样 可实现很大的接触面积.在另一个实施例中，闪电传递装置包括碳纤维例 如碳绒、碳纤维网或碳纤维垫，其即使在被树脂弄湿时仍可减小接触阻力。
优选地，避雷装置与紧邻风轮机叶片壳体部件的根部的紧固件连通， 这样可减小闪电必须在紧固件内行进的距离，从而减小紧固件和周围材料 发生热破坏的可能性。
叶片和壳体部件的其它元件
除了已经提到的元件和步骤之外，另外的要素是任选的但是通常优选 地被包括。这种任选要素的示例是表面材料例如凝胶涂层的应用、避雷装 置例如金属网和/或避雷电缆的应用，以及在壳体部件的内表面或外表面附 近应用一个或多个包括纤维材料的层。纤维材料优选包括玻璃纤维和/或碳 纤维。任选要素可应用于模具或应用于模具内的元件-这是有利的，因为可 实现快速过程和均匀产品，或者在模制之后应用。
风轮机叶片的制造
通常，风轮机叶片使用两个或多个风轮机叶片壳体部件。 风轮机叶片可通过将可通过根据本发明的方法制造的风轮机叶片壳体 部分固定在一个或多个另外的风轮机叶片壳体部件上来形成风轮机叶片而 制造。固定通常涉及机械紧固装置例如紧固件例如螺栓螺母、螺丝钉等， 化学装置例如粘合剂，或其组合.任选地，还可提供另外的元件例如桁梁
(spar)或间隔元件。优选地使用与用于树脂传递模塑的树脂的化合物相 同或基于相同化合物的粘合剂。
在另 一种利用根据本发明制造的风轮机叶片壳体部件来准备风轮机叶 片的方法中，多个这种风轮机叶片壳体部件被固定在一起，从而两个或多 个风轮机叶片壳体部件的紧固件对齐。此对齐可有利地通过对齐与每个风 轮机壳体部件相对应的导向装置来实现。由于通常每个导向装置连接多于 一个的紧固件，所以通过此方法可迅速对齐大量紧固件。
风轮机
根据本发明，提供或制备了一种风轮机叶片。这种风轮机叶片用于直
接生成电能的能量生成或其中能量被存储成化学能或势能的能量存储的风 轮机。
实施例之间可交换的特征
文中所述的本发明的一个实施例以及其各种变型的单个特征或特征的 组合可与文中所述的其它实施例的特征组合或交换，除非本领域的技术人 员可马上认识到所得到的实施例在物理上不可行。
附图标记列表
2 风轮机叶片壳体部件
4 紧固件
6 风轮机叶片的根部
8 预制棒状物
10 包括纤维材料的预制棒状物
12 多个紧固件嵌入的部分
14 外部刚性模具
16 内部模具
18 纤维层
19 凝胶涂层
20 导向装置
21 织造纤维
22 避雷装置
24 闪电传递装置
30 从紧固件伸出的杆
32 紧固件中的孔
34 凹部
36 突部
38 橡胶状元件
权利要求
1.一种制造风轮机叶片壳体部件(2)的方法，在该风轮机叶片壳体部件(2)的根部(6)附近设置有紧固件(4)，该紧固件(4)适合于将包括所述风轮机叶片壳体部件(2)的风轮机叶片连接到风轮机轮毂，该方法包括以下步骤提供刚性外部模具(14)；将所述紧固件(4)定位在所述刚性外部模具的与风轮机叶片(2)的根部(6)相对应的端部附近；在所述刚性外部模具的与所述风轮机叶片(2)的根部(6)相对应的端部附近定位至少两层预制棒状物(8，10)，使得当所述紧固件(4)定位在所述风轮机叶片壳体部件(2)内时所述预制棒状物(8，10)围绕所述紧固件(4)的实质纵向部分；将一层或多层预制棒状物(8，10)定位在所述刚性外部模具(14)的实质纵向部分内；此后提供与所述刚性外部模具(14)真空密封连通的内部模具(16)；将所述外部和内部模具(14，16)之间的体积抽成真空，注入可固化树脂以将所述紧固件(4)固定在封闭预制棒状物(8，10)上并基本填满相邻棒状物之间的真空区，以及使得树脂固化；使所述风轮机叶片壳体部件(2)脱模。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，与所述紧固件(4) 相邻的所述预制棒状物的形状顺应所述紧固件(4)，以便所述紧固件(4) 的实质部分被所述预制棒状物(8, 10)紧密封闭。
3. 根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述紧固件(4) 的总体形状基本为圆锥形，并且较大的部分指向所述风轮机叶片壳体部件(2)。
4. 根据权利要求l-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧固 件(4)的总体形状是凹入的。
5. 根据权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧固 件(4)的总体形状基本为哑铃状。
6. 根据权利要求1-5中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧固 件(4)包括具有垂直于所述紧固件(4)的纵向方向的非圆形横截面的部 分。
7. 根据权利要求l-6中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧固 件(4 )具有包括在微米到毫米范围内优选在10 M m到lmm范围内的不规 则性的微观表面粗糙度。
8. 根据权利要求l-7中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧固 件(4 )具有包括多个在毫米到厘米范围内优选在lmm到5cm范围内的凹 部和凸出部的宏观表面粗糙度。
9. 根据权利要求l-8中任一项所述的方法，其特征在于，至少一些 预制棒状物选自优选包括碳纤维和/或玻璃纤维的纤维部件，如被:扭挤或 压延的且部分或完全固化的部件；木质材料，如轻质木材、桦木或胶合板 内包括的任选的其它材料；以及中空部件。
10，根据权利要求l-9中任一项所述的方法，其特征在于，包括纤维 材料优选包括碳纤维的至少一个预制棒状物(10)延伸到所述风轮才几叶片 壳体部件(2)的根部(6)附近。
11. 根据权利要求1-10中任一项所述的方法，其特征在于，包括纤维 材料的至少一个预制棒状物(10)沿所述紧固件(4)的实质纵向部分与所 述紧固件(4)相邻定位，优选地，包括纤维材料的所述预制棒状物纟皮拉挤 并包括碳纤维。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，至少两个被拉挤的 纤维部件(10)沿所述紧固件(4)的实质纵向部分与所述紧固件(4)相 邻定位，优选地，被拉挤的纤维部件(10)围绕所述紧固件(4)布置，使 得所述布置关于一个或多个物理性能如硬度、E-模数、对齐度或最终强度 基本对称。
13. 根据权利要求1-12中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将表面材料如凝胶涂层涂覆于模具；和/或应用避雷装置如金属网和 /或避雷电缆，和/或包括纤维材料如玻璃纤维或碳纤维的层的步骤。
14. 根据权利要求1-13中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法 还包括将所述紧固件(4)临时连接到导向装置(20)的步骤，所述导向装 置用于在所述制造方法的至少一个步骤期间使所述紧固件(4)相对于至少 一个另外的紧固件(4)对齐，和/或使所述紧固件(4)相对于所述刚性外 部模具对齐。
15. 根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述另外的紧固件 (4)临时连接到导向装置(20)，优选地，与所迷紧固件(4)连接到同一导向装置(20)。
16. 根据权利要求14或15所述的方法，其特征在于，所述方法还包 括释放所述紧固件(14)与所述导向装置(20)之间的临时连接，并且任 选地从所述风轮机叶片壳体部件(2)上除去所述导向装置。
17. 根据权利要求14-16中任一项所述的方法，其特征在于，所述导 向装置(20)通常是不透气的，所述导向装置(20)可设置成在所述导向 装置(20)与所述模具(14， 16)中的至少一个之间实现气密连接。
18. 根据权利要求14-17中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧 固件(14)与所述导向装置(20)的临时连接包括^f吏所述紧固件的螺紋孔 或螺乡文杆经由所迷导向装置(20)内的孔与螺杆或螺母接合，优选地，所 述紧固件(4)的螺紋孔或杆适合于将包括所述风轮机壳体部件(2)的所 述风轮机叶片连接到所述风轮机轮毂上。
19. 根据权利要求14-18中任一项所述的方法，其特征在于，所述紧 固件(4)与所述导向装置(20)的临时连接是气密性的，优选地，所述气 密连接包括O形环。
20. 根据权利要求1-19中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法 还包括以与所述紧固件(4)等电势连通的方式布置避雷装置(22)。
21. 根据权利要求20所述的方法，其特征在于，所述避雷装置(22) 与紧邻所述风轮机叶片壳体部件(2)的根部的所述紧固件(4)等电势连通。
22. 根据权利要求20或21所述的方法，其特征在于，所述等电势连 通包括设置用于优选通过提供增大的接触面积而减小所述紧固件(4 )与所 述避雷装置(22)之间的接触电阻的闪电传递装置(24)。
23. 才艮据权利要求20-22中任一项所述的方法，其特征在于，所述等 电势连通涉及碳纤维，如碳绒、碳纤维网或碳纤维垫。
24. —种用于制造风轮机叶片的方法，该方法包括将通过根据4又利要 求1-22中任一项所述的方法制造的风轮机叶片壳体部件(2)固定在至少 一个另外的风轮机壳体部件以及任选的另外的元件如桁梁或间隔元件，以 形成风轮机叶片，所述固定包括化学装置如粘合剂，或者机械装置如紧固 件。
25. —种用于制造风轮机叶片的方法，该方法包括固定多个通过根据 权利要求1-22中任一项所述的方法制造的风轮机叶片壳体部件(2),使 得优选通过对齐与每个风轮机叶片壳体部件相对应的导向装置(20)来对 齐至少两个风轮机叶片壳体部件(2)的紧固件(4)。
26. —种风轮机叶片，该叶片包括风轮机叶片壳体部件，该风轮机叶片壳体部件上通过固化树脂连接有 预制棒状物(8， 10)，以及在风轮机叶片的根部附近嵌入的多个紧固件(4),至少两个所述紧 固件(4)对齐，以有助于连接到风轮机轮毂。
27. 才艮据权利要求26所述的叶片，其特征在于，与所述紧固件(4) 相邻的所述预制棒状物的形状顺应所述紧固件(4)的轮廓，以便所述紧固 件(4)的实质部分被所述预制棒状物(8， 10)紧密封闭。
28. 根据权利要求26或27所述的叶片，其特征在于，所述紧固件(4 ) 的总体形状基本是圆锥形的，并且较大的部分被定向为远离所述风轮机叶 片的根部而指向风轮机叶片壳体部件(2)。
29. 根据权利要求26-28中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4)的总体形状是凹入的。
30. 根据权利要求26-29中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4)的总体形状基本为哑铃状。
31. 根据权利要求26-30中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4)包括具有垂直于所述紧固件(4)的纵向方向的非圆形横截面的 部分。
32. 根据权利要求26-31中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4 )具有包括在微米到毫米范围内优选在10 ji m到lmm范围内的不 规则性的微观表面粗糙度。
33. 根据权利要求26-32中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4 )具有包括多个在毫米到厘米范围内优选在lmm到5cm范围内的 凹部和凸出部的宏观表面粗糙度。
34. 根据权利要求26-33中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶 片还包括与所述紧固件(4)等电势连通的避雷装置(22).
35. 根据权利要求34所述的叶片，其特征在于，所述避雷装置(22) 与紧邻所述风轮机叶片壳体部件(2)的根部的所述紧固件(4)等电势连 通。
36. 根据权利要求34或35所述的叶片，其特征在于，所述等电势连 通包括用于优选通过提供增大的接触面积而减小所述紧固件(4)与所述避 雷装置(22 )之间的接触电阻的闪电传递装置(24).
37. 根据权利要求34-36中任一项所述的叶片，其特征在于，所述等 电势连通涉及碳纤维，如碳绒、碳纤维网或碳纤维垫。
38. 根据权利要求26-36中任一项所述的叶片，其特征在于，所述紧 固件(4 )包括用于在风轮机叶片壳体部件的制造期间连接到所述导向装置 (20)的螺紋面，所述螺紋面部分适用于将包括所述风轮机壳体部件(2)的风轮机叶片连接到所述风轮机轮毂。
39. 根据权利要求26-38中任一项所述的叶片，其特征在于，所述叶 片还包括表面材料，如凝胶涂层；和/或避雷装置，如金属网和/或避雷电缆；和/或包括纤维材料如玻璃纤维或碳纤维的层。
40. 根据权利要求26-39中任一项所述的叶片，其特征在于，包括纤 维材料优选包括碳纤维的至少一个预制棒状物(10)延伸到所述风轮机叶 片壳体部件(2)的根部(6)附近。
41. 根据权利要求26-40中任一项所述的叶片，其特征在于，包括纤 维材料优选包括碳纤维的至少一个预制棒状物(10)沿所述紧固件(4)的 实质纵向部分与所述紧固件(4)相邻定位，优选地，包括纤维材料的所述 预制棒状物被拉挤。
42. 根据权利要求41所述的叶片，其特征在于，至少两个被拉挤的 纤维部件(10)沿所述紧固件(4)的实质纵向部分与所述紧固件(4)相 邻定位，优选地，被拉挤的纤维部件(10)围绕所述紧固件(4)布置，使 得所述布置关于一个或多个物理性能如硬度、E-模数、对齐度或最终强度 基本对称。
43. —种风轮机，该风轮机包括根据权利要求26-42中任一项所述的风轮机叶片，以及 包括通过根据权利要求1-22中任一项所述的方法制造的风轮机叶片 壳体部件(2)的风轮机叶片，和/或通过根据权利要求24或25所述的方法制造的风轮机叶片。
44. 根据权利要求43所述的风轮机的用于能量生成或能量存储的应用。
45. —种导向装置(20)，该导向装置(20)用于在风轮机叶片壳体部件(2)的树脂传递模塑期间使所述紧固件(4)相对于至少一个另外的紧固件(4)对齐和/或使所述紧固件(4)相对于刚性模具对齐，所述导向装置包括基本气密的板状部件；用于在所述气密的板状部件与至少一个紧固件(4)之间实现至少临 时连接的装置；以及用于在所述基本气密的板状部件与刚性外部模具(14)之间实现至少临时连接的装置；其中，所述至少临时连接中的至少一个是气密的，以便所述导向装置 适合于真空辅助的树脂传递模塑，优选地，所述两个至少临时连接都是气 密的。
46. —种用于风轮机叶片壳体部件的子组件，所述风轮机叶片壳体部 件包括连接到根据权利要求45所述的导向装置(20)的多个紧固件(4)， 其中所述紧固件(4)对齐，优选地，所述紧固件(4)基本并行地对齐。
47. 根据权利要求46的子组件，其特征在于，所述子组件包括围绕 至少两个紧固件(4)织造的纤维，优选地，所述纤维是干燥的或者浸渍的 纤维束、纤维纱或另一种纤维集合。
全文摘要
本发明提供了一种制造在根部附近结合紧固件(4)的风轮机叶片壳体部件(2)的方法。根据该方法，紧固件4定位在模具(14)内，在树脂注入之前预制棒状物(8，10)围绕紧固件(4)的实质纵向部分。此外，提供了一种包括具有紧固件(4)的风轮机叶片壳体部件(2)的风轮机叶片。最后，提供了一种用于在模制之前使紧固件(4)相对于另外的紧固件和/或相对于模具对齐的导向装置以及一种包括导向装置的子组件。
文档编号F03D1/06GK101102881SQ200480044776
公开日2008年1月9日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者A·贝奇, M·汉考克 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司