叶片翼梁帽的非平面轮廓剖面的拉挤纤维复合材料条带制造技术

本发明专利技术涉及用于风轮机叶片翼梁帽的非平面轮廓剖面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、由该条带制成的翼梁帽、具有该翼梁帽的风力涡轮机转子叶片以及用于由该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。该第一邻接表面和第二邻接表面是非平面的。当该条带与类似条带堆叠并随后整合在风力涡轮机叶片的壳体内时，该条带的非平面轮廓至少部分地避免了在翼梁帽和壳体的界面处形成树脂富集袋和/或翼梁帽和壳体的边缘之间的应力集中。

Pultrusion Fiber Composite Strip with Non-planar Profile of Blade Wing Beam Cap

【技术实现步骤摘要】
叶片翼梁帽的非平面轮廓剖面的拉挤纤维复合材料条带
本专利技术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（sparcap）。更具体而言，本专利技术涉及：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。
技术介绍
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（handlay-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，特别是随着翼梁帽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5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5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。常规条带235由第一纵向延伸的侧面251和第二纵向延伸的侧面252以及由第一纵向延伸的边缘261和第二纵向延伸的边缘262限定，从而类似于条或板的形状。常规条带235在第一侧面251和第二侧面252上具有第一邻接表面251a和第二邻接表面252a。第一邻接表面251a和第二邻接表面252a通常受第一外围表面251p和第二外围表面252p限制。第一邻接表面251a和第二邻接表面252a沿常规条带235的竖直轴线297隔开，并且第一边缘261和第二边缘262沿条带235的横向轴线隔开。所述轴线、即纵向轴线299、竖直轴线297和横向轴线296相互垂直。第一邻接表面251a和第二邻接表面252a可以覆盖有剥离层片层236。剥离层片层236的表面237与外围表面251p、252p齐平。剥离层片层236在堆叠常规条带235之前被移除。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、外表面或面板之间的轻质材料的芯（未示出），所述轻质材料例如聚氨酯泡沫、PET泡沫、轻木、胶合板等。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，例如一对翼梁帽230，即翼梁帽230a和230b，或者两对翼梁帽230，即四个翼梁帽（未示出）。每对翼梁帽230、即翼梁帽230a、230b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230a、230b一起形成通常已知的工字梁形状。翼梁帽230a、230b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。翼梁帽230具有例如条或板之类的大致长形的长方体形状，该长方体形状在叶片210的沿翼展方向上为长形，即换句话说，翼梁帽230当垂直于叶片210的翼展剖切时具有矩形剖面。常规已知的翼梁帽230由图5的预制的常规条带235的堆叠构成。常规条带235是碳纤维增强塑料的拉挤条带，并且是基本上平坦的并具有矩形剖面。在涡轮叶片210的制造期间，使用树脂灌注工艺。壳体21的各种层压层通常通过手糊（hand-lay）来铺叠在模腔中，然后常规条带235被堆叠在要形成翼梁帽230的位置，即散置在背风壳体21a的部分和迎风壳体21b的部分之间，并且真空被施加于模腔。树脂同时从远侧或随后被引入到模具中。真空压力使树脂在层压层和堆叠的条带235之上和周围流动，并且灌注到铺叠层之间以及条带235之间的间隙空间中。最后，树脂灌注的叠层被固化，以硬化树脂，并且将各层压层和条带235结合在一起并结合到彼此，以形成叶片210。如图3中和示意性地描绘了图3的区域R的详细视图的图4中已描绘的，在条带235和壳体21的形状、即剖面几何形状之间存在差异。条带235是平坦的，即具有平面表面251、252，而壳体21是弯曲的，特别是形成翼梁帽230的最外层和最内层的条带235具有不同的剖面几何形状，即是平面或平坦的，而形成翼梁帽230的这些条带235附近的壳体21是弯曲的。该差异可导致在如图4的区域R2中所示的两个几何形状之间的界面处的树脂富集区域，和/或导致壳体21从拉挤的常规条带235的角部的“刺破（puncturing）”，如在图4的区域R1和R3中示意性地示出的。第一缺陷，即如区域R2中所示的树脂富集区域的形成，可导致翼梁帽230与叶片壳体21之间的界面处的裂纹萌生，该裂纹萌生随后可发展成纵向裂纹和/或转子叶片结构的分层。第二缺陷，即叶片壳体21被常规条带235的角部的刺破，当在树脂灌注期间或之前从真空袋施加压力时，可导致叶片壳体纤维中的纵向褶皱、树脂流动的阻塞和/或叶片壳体纤维切断。因此，简而言之，在翼梁帽230的制造期间堆叠常规条带235会导致有问题的区域，例如如图4中所示的区域R1、R3和/或区域R2。因此，需要一种技术，其确保至少部分地避免树脂富集区域R2的形成和/或区域R1、R2中壳体21的刺破。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种技术，其确保至少部分地避免树脂富集区域R2的形成和/或区域R1、R2中壳体21的刺破。上述目的通过根据本技术的权利要求1的拉挤纤维复合材料条带，通过根据本技术的权利要求8的翼梁帽，通过根据本技术的权利要求9的风力涡轮机转子叶片，以及通过根据本技术的权利要求10的用于制造翼梁帽的方法来实现。在从属权利要求中提供了本技术的有利实施例。在本技术的第一方面，提出了一种拉挤纤维复合材料条带。在下文中也称为条带的拉挤纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种拉挤纤维复合材料条带（1），其用于与一个或多个类似的条带（1）堆叠，以形成风力涡轮机转子叶片（10）的翼梁帽（30），所述条带（1）具有由相互对置和纵向延伸的第一侧面（51）和第二侧面（52）以及由第一纵向边缘（61）和第二纵向边缘（62）限定的基本上恒定的剖面，所述第一侧面（51）和所述第二侧面（52）相应地包括第一邻接表面（51a）和第二邻接表面（52a），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面是非平面的。

【技术特征摘要】
2017.12.22 EP 17210022.41.一种拉挤纤维复合材料条带（1），其用于与一个或多个类似的条带（1）堆叠，以形成风力涡轮机转子叶片（10）的翼梁帽（30），所述条带（1）具有由相互对置和纵向延伸的第一侧面（51）和第二侧面（52）以及由第一纵向边缘（61）和第二纵向边缘（62）限定的基本上恒定的剖面，所述第一侧面（51）和所述第二侧面（52）相应地包括第一邻接表面（51a）和第二邻接表面（52a），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面是非平面的。2.如权利要求1所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）具有弯曲的轮廓。3.如权利要求1所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）具有V形轮廓。4.如权利要求1所述的条带（1），其特征在于，所述第一邻接表面（51a）和所述第二邻接表面（52a）具有开多边形轮廓。5.根据权利要求1至4中任一项所述的条带，-其中，所述第一侧面（51）还包括各自纵向延伸的两个外围表面区域（51p、51p'），并且其中，所述第一邻接表面（51a）被限制在所述第一侧面（51）的所述外围表面区域（51p、51p'）之间，并且通过所述第一侧面（51）的所述外围表面区域（51p、51p'）与所述第一纵向边缘（61）和所述第二纵向边缘（62）分开；-其中，所述第二侧面（52）还包括各自纵向延伸的两个外围表面区域（52p、52p'），并且其中，所述第二邻接表面（52a）被限制在所述第二侧面（52）的所述外围表面区域（52p、52p'）之间，并且通过所述第二侧面（52）的所述外围表面区域（52p、52p'）与所述第一纵向边缘（61）和所述第二纵向边缘（62）分开；-其中，所述外围表面区域（51p、51p'、52p、52p'）中的至少一个被倒角。6.根据权利要求5所述的条带，其特征在于，所述第一侧面（51）和所述第二侧面（52）中的至少一个的所述外围表面区域（51p、51p'、52p、52p'）都被倒角。7.根据权利要求1至6中任一项所述的条带（1），其特征在于，所述条带（1）包括第一剥离层片层（36）和/或第二剥离层片层（38），所述第一剥离层片层（36）和/或所述第二剥离层片层（3...

【专利技术属性】
技术研发人员：D吉罗拉莫，JJO克里斯琴森，M诺尔莱姆，
申请(专利权)人：西门子歌美飒可再生能源公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK