專利名稱：經(jīng)由中間產(chǎn)品生產(chǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法、相關(guān)設(shè)備及可由該方法獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生產(chǎn)包括纖維增強(qiáng)材料且具有縱向方向的復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，并涉及由 該方法獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)和中間產(chǎn)品以及制造該復(fù)合結(jié)構(gòu)的模具設(shè)備。
背景技術(shù)：
纖維增強(qiáng)聚合物制成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常在模具中制造成殼部件，其中，通過(guò) 將玻璃纖維纏結(jié)物(mat)布置在兩個(gè)模具部件中的每一個(gè)內(nèi)而分離地制造葉片型材的頂 側(cè)和底側(cè)(通常分別是壓力側(cè)和吸力側(cè))。然后，通常借助于內(nèi)部凸緣部件將兩個(gè)半體膠粘 在一起。將膠水施加到下葉片半體的內(nèi)表面，然后使上葉片半體下降到下葉片半體上。另 外，通常在將下葉片半體膠粘到上葉片半體之前，將一個(gè)或兩個(gè)增強(qiáng)型材(梁)附接到下葉 片半體的內(nèi)側(cè)。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的殼部件通常借助于VARTM(真空輔助樹(shù)脂傳輸模制)制造成纖 維復(fù)合結(jié)構(gòu)，其中，液體聚合物(也稱為樹(shù)脂)被充注入模具腔內(nèi)，該模具腔內(nèi)先前已經(jīng)插 入了纖維材料，然后在模具腔內(nèi)產(chǎn)生真空，從而抽吸聚合物。聚合物可以是熱固性塑料或熱
塑性塑料。真空注入或VARTM是一種用于模制纖維復(fù)合模制件的工藝，其中，在模具部件的 一個(gè)內(nèi)分層放置均勻分布的纖維，該纖維是粗紗(或稱紗束)，即纖維帶的束、粗紗帶或纏 結(jié)物，而纏結(jié)物或者是由獨(dú)立纖維制成的毛氈纏結(jié)物(felt mats)或者是由纖維粗紗制成 的紡織纏結(jié)物。第二模具部件通常由彈性真空袋制成，并且隨后放置在纖維材料的頂上。 通過(guò)在模具部件的內(nèi)側(cè)和真空袋之間的模具腔內(nèi)產(chǎn)生真空(通常是完全真空的80%到 95% )，其內(nèi)包含有纖維材料的液體聚合物可被抽入并填充模具腔。所謂的分布層或分布 管，也稱為入口通道，被用于真空袋和纖維材料之間以便獲得盡可能完好且有效的聚合物 分布。在多數(shù)情況下，所施加的聚合物是聚酯或環(huán)氧樹(shù)脂，而纖維增強(qiáng)多數(shù)情況下常常是基 于玻璃纖維或碳纖維的。眾所周知，用于制造大型物件(例如風(fēng)力渦輪機(jī)葉片)并包括兩個(gè)模具部件的模 具繞縱向鉸鏈線閉合，其中，該鉸鏈?zhǔn)潜粍?dòng)的，即，用起重機(jī)來(lái)繞鉸鏈線提升其中一個(gè)模具 部件，以便關(guān)閉和打開(kāi)該模具。在制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片時(shí)，模具是閉合的從而使兩個(gè)葉片殼 半體膠粘在一起，所述殼半體是在分離的模具部件中生產(chǎn)的。多年來(lái)，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片不斷變長(zhǎng)，已經(jīng)大量生產(chǎn)超過(guò)60米的葉片，這意味著用 于模制這種葉片的模具組件也在不斷變大。這導(dǎo)致了關(guān)于所用模具組件的問(wèn)題，因?yàn)樵陉P(guān) 閉模具組件期間相對(duì)于一個(gè)模具部件旋轉(zhuǎn)的另一個(gè)模具部件在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)期間達(dá)到了非常 高的高度，這要求制造葉片的大廳的天花板高度必須非常高。這意味著大廳的造價(jià)變得越 來(lái)越昂貴，或者現(xiàn)有大廳的天花板必須升高，而這也導(dǎo)致更高的財(cái)務(wù)費(fèi)用。此外，這些大型 復(fù)合結(jié)構(gòu)的運(yùn)輸也有問(wèn)題。因此，已經(jīng)提出了將風(fēng)力渦輪機(jī)葉片分開(kāi)為兩個(gè)或更多個(gè)分離的葉片部分，然后在風(fēng)力渦輪機(jī)的架設(shè)地點(diǎn)組裝這些葉片。從而，有可能在較小的模具中制造分離的葉片部 分，而且運(yùn)輸這些小得多的葉片部件也不會(huì)有那么多的問(wèn)題。W006/103307中描述了這種葉 片的示例。然而，分成分離部分的現(xiàn)有技術(shù)葉片是通過(guò)機(jī)械連接裝置結(jié)合的，這引入了機(jī)械 分界面，而機(jī)械分界面在使用風(fēng)力渦輪機(jī)葉片期間可導(dǎo)致局部薄弱點(diǎn)并且在最壞情況下導(dǎo) 致破裂。GB2162791公開(kāi)了一種通過(guò)去除纖維增強(qiáng)樹(shù)脂主體端部處的樹(shù)脂而對(duì)纖維增強(qiáng)樹(shù) 脂主體進(jìn)行曝露纖維增強(qiáng)的方法。從而，可通過(guò)樹(shù)脂連接將曝露的纖維連接到進(jìn)行過(guò)類似 處理的樹(shù)脂主體。DE 10352964公開(kāi)了一種用于修復(fù)纖維增強(qiáng)復(fù)合體的方法。該方法涉及通過(guò)使限 定區(qū)域遭受微波輻射而從纖維增強(qiáng)復(fù)合體上去除基質(zhì)樹(shù)脂，然后用修復(fù)樹(shù)脂和額外的纖維 材料來(lái)修復(fù)該限定區(qū)域。JP59174315公開(kāi)了一種方法，通過(guò)使用激光束或等離子熱源來(lái)結(jié)合纖維增強(qiáng)樹(shù)脂 材料的兩個(gè)部分的增強(qiáng)纖維，以提高纖維增強(qiáng)樹(shù)脂材料的聯(lián)合部分的強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是要獲得一種制造組裝式復(fù)合結(jié)構(gòu)的新方法以及提供由該方 法獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)和中間產(chǎn)品，該方法克服或者改善了現(xiàn)有技術(shù)的至少一個(gè)缺點(diǎn)，或者該 方法提供了有用的替代方式。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的是由包括下述步驟的方法實(shí)現(xiàn)的在第一地點(diǎn) a)制造包括第一固化復(fù)合部件和多個(gè)第一纖維層的第一結(jié)構(gòu)，其中所述第一固化復(fù)合部件 具有第一厚度和帶有第一端部的縱向方向，而且所述多個(gè)第一纖維層從第一端部延伸；在 第二地點(diǎn)b)制造包括第二固化復(fù)合部件和多個(gè)第二纖維層的第二結(jié)構(gòu)，其中所述第二固 化復(fù)合部件具有第二厚度和帶有第二端部的縱向方向，而且所述多個(gè)第一纖維層從第二端 部延伸；以及在遠(yuǎn)離第一和第二地點(diǎn)的第三地點(diǎn)c)布置第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)使得第一端 部面向第二端部，并且布置第一纖維層和第二纖維層使得在縱向方向上第一纖維層的至少 一部分與第二纖維層的至少一部分重疊；d)供應(yīng)液態(tài)樹(shù)脂以便浸灌第一纖維層和第二纖 維層；以及e)固化液態(tài)樹(shù)脂以便形成復(fù)合結(jié)構(gòu)，該復(fù)合結(jié)構(gòu)包括第一固化復(fù)合部件、第二 固化復(fù)合部件以及包括了第一纖維層和第二纖維層的中間復(fù)合部件。因此，可以通過(guò)制造分離的較小結(jié)構(gòu)來(lái)生產(chǎn)具有巨大縱向長(zhǎng)度的復(fù)合結(jié)構(gòu)，每個(gè) 較小結(jié)構(gòu)均具有復(fù)合部件和從復(fù)合部件延伸的多個(gè)非固化纖維層，這些纖維層例如從該結(jié) 構(gòu)的復(fù)合部件松散地懸掛。然后通過(guò)將液態(tài)樹(shù)脂供應(yīng)到非固化纖維層并使液態(tài)樹(shù)脂固化而 將這些分離結(jié)構(gòu)模制在一起。與包括通過(guò)機(jī)械方式連接的分離部件的大型復(fù)合結(jié)構(gòu)相比， 這種用于生產(chǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法具有許多結(jié)構(gòu)性優(yōu)點(diǎn)，這是因?yàn)楸景l(fā)明的復(fù)合結(jié)構(gòu)沒(méi)有任何 可能導(dǎo)致復(fù)合結(jié)構(gòu)內(nèi)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性弱點(diǎn)或薄弱點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)的分界表面。可通過(guò)任何已知的模制工藝(例如VARTM)來(lái)制造所述分離結(jié)構(gòu)的固化復(fù)合部件， 其中，模具腔連接到樹(shù)脂入口和真空出口，樹(shù)脂入口和真空出口用于使布置在模具腔內(nèi)的 材料(例如多個(gè)纖維層和任選的芯材)浸灌(或稱灌注)。如果通過(guò)三個(gè)或更多個(gè)分離結(jié)構(gòu)來(lái)制造所述復(fù)合結(jié)構(gòu)，則中間結(jié)構(gòu)當(dāng)然需要具有從這些結(jié)構(gòu)的兩個(gè)端部延伸的纖維層。此外，可以將葉片制造成可適合于多種不同葉片類 型或葉片長(zhǎng)度的多個(gè)分離葉片部件。纖維層可包括粗紗，即纖維帶的束、粗紗的帶或纏結(jié)物，而纏結(jié)物或者是由單獨(dú)纖 維制成的毛氈纏結(jié)物或者是由纖維粗紗制成的紡織纏結(jié)物。纖維可例如是玻璃纖維、碳纖 維、塑料纖維或植物纖維。樹(shù)脂可例如是環(huán)氧樹(shù)脂、聚酯或乙烯基酯。根據(jù)具體的有利實(shí)施 例，纖維層包括玻璃纖維。復(fù)合結(jié)構(gòu)可如所提及的是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，在這種情況下，第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu) 是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片部件。根據(jù)第一有利實(shí)施例，第一地點(diǎn)就是第二地點(diǎn)，或者在第二地點(diǎn)附近。因此，第一 地點(diǎn)和第二地點(diǎn)優(yōu)選為同一工廠的一部分?！案浇笔侵傅谝坏攸c(diǎn)位于第二地點(diǎn)的1000米、 500米、300米、200米或100米范圍內(nèi)?！斑h(yuǎn)離位置”是指第三地點(diǎn)位于離第一地點(diǎn)和第二 地點(diǎn)至少100米、200米、300米、500米、1000米或5000米遠(yuǎn)處。根據(jù)另一個(gè)有利實(shí)施例，第三地點(diǎn)位于離架設(shè)地點(diǎn)(或稱裝配場(chǎng))1000米、500米、 300米、200米或100米的范圍內(nèi)，該架設(shè)地點(diǎn)例如是風(fēng)力渦輪機(jī)的架設(shè)地點(diǎn)，在該地點(diǎn)，風(fēng) 力渦輪機(jī)葉片將被用于風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，步驟a)包括如下步驟1)提供包括模具腔并具有縱向方向的成 形結(jié)構(gòu)；II)將纖維材料置于模具腔內(nèi)，使得纖維材料的一部分布置在與第一結(jié)構(gòu)的第一 固化復(fù)合部件相對(duì)應(yīng)的部分內(nèi)，而纖維材料的另一部分形成第一纖維層；III)在與第一結(jié) 構(gòu)的第一固化復(fù)合部件相對(duì)應(yīng)的部分內(nèi)，與步驟b)同時(shí)地和/或在步驟b)之后，在模具腔 內(nèi)提供樹(shù)脂；以及IV)固化樹(shù)脂以便形成第一固化復(fù)合結(jié)構(gòu)。由此，提供了制造第一結(jié)構(gòu)的 具體的簡(jiǎn)單方法，其中，纖維層的一部分被樹(shù)脂浸灌并被固化，而纖維層的剩余部分并未提 供有樹(shù)脂，因此可以在固化后從第一固化復(fù)合部件松散地懸掛。有利地，纖維材料被布置成 使得第一纖維層在縱向方向上延伸超過(guò)成形結(jié)構(gòu)的模具腔。因此，可僅向模具腔供應(yīng)樹(shù)脂， 而在固化后第一纖維層從第一固化復(fù)合部件的第一端部延伸。前述過(guò)程的實(shí)施例當(dāng)然也可適用于步驟b)，即第二結(jié)構(gòu)也可根據(jù)相同方法制造。因此，根據(jù)更廣的方面，本發(fā)明還提供了制造復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，該復(fù)合結(jié)構(gòu)具有縱 向方向并包括具有第一端部的第一固化部件，多個(gè)非固化纖維層從第一端部延伸，該方法 包括如下步驟1)提供包括模具腔并具有縱向方向的成形結(jié)構(gòu)；II)將纖維材料置于模具 腔內(nèi)，使得纖維材料的一部分布置在與第一結(jié)構(gòu)的第一固化復(fù)合部件對(duì)應(yīng)的部分內(nèi)，而纖 維材料的另一部分形成第一纖維層；III)在與第一結(jié)構(gòu)的第一固化復(fù)合部件對(duì)應(yīng)的部分 內(nèi)，與步驟b)同時(shí)地和/或在步驟b)之后，在模具腔內(nèi)提供樹(shù)脂；以及IV)固化樹(shù)脂以便 形成第一固化復(fù)合結(jié)構(gòu)。如所提及的，纖維材料可被布置成使得第一纖維層在縱向方向上 延伸超過(guò)成形結(jié)構(gòu)的模具腔。該方法提供了連接復(fù)合結(jié)構(gòu)的現(xiàn)有技術(shù)方法的簡(jiǎn)化替代方法，在現(xiàn)有技術(shù)方法 中，必須通過(guò)激光束或等離子熱源來(lái)使纖維熔接。此外，根據(jù)本發(fā)明的該方法提供了更強(qiáng)的 連接，這是因?yàn)槔w維層(例如包括纖維束或粗紗)使得連接中可以形成非常高的纖維密度。根據(jù)第一實(shí)施例，第一復(fù)合結(jié)構(gòu)和第二復(fù)合結(jié)構(gòu)被制造成具有內(nèi)表面和外表面的 殼構(gòu)件。通常，復(fù)合結(jié)構(gòu)被制造成殼構(gòu)件或殼半體部件，而其隨后被膠粘在一起，例如為了 制造用于風(fēng)力渦輪機(jī)的葉片。因此，對(duì)于給定的殼半體復(fù)合結(jié)構(gòu)，第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)也可以是殼部件。因此，可在架設(shè)地點(diǎn)組裝殼半體并隨后將殼半體膠粘在一起以便構(gòu)建具有內(nèi) 表面和外表面的殼構(gòu)件。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，該方法進(jìn)一步包括如下步驟i)提供第一模具 部件，該第一模具部件包括用于密封第一殼部件的內(nèi)表面的第一密封裝置和用于密封第二 殼部件的內(nèi)表面的第二密封裝置；以及ii)提供第二模具部件，該第二模具部件包括用于 密封第一殼部件的外表面的第一密封裝置和用于密封第二殼部件的外表面的第二密封裝 置，其中，通過(guò)使用所述第一模具部件和所述第二模具部件來(lái)實(shí)施步驟d)和e)。模具部件可以是真空袋或真空箔(vacuum foil)，而密封裝置可以是任意的合適 材料，例如膠粘帶。替代性地，模具部件中的一個(gè)或兩者都可以是固體模具部件。根據(jù)第一 實(shí)施例，第一模具部件和/或第二模具部件設(shè)置有樹(shù)脂入口。根據(jù)第二實(shí)施例，第一模具部 件和/或第二模具部件設(shè)置有真空出口。因此，模具部件可用于通過(guò)VARTM方法用液態(tài)樹(shù) 脂浸灌非固化纖維。在根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例中，第一模具部件和/或第二模具部件包括可膨脹 或可充氣部件。由此，給定的模具部件可緊密地配合到兩個(gè)結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面和/或外表面。典 型地，第一模具部件將包括可膨脹部件，而第二模具部件是剛性的。然而，也可通過(guò)手工來(lái)模制第一纖維層和第二纖維層，例如使用刷子和滾筒把樹(shù) 脂施加到纖維層，并隨后使樹(shù)脂固化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)在步驟C)中被布置成使得第一結(jié)構(gòu)和第 二結(jié)構(gòu)的表面基本彼此齊平。如果第一結(jié)構(gòu)和第二結(jié)構(gòu)是殼構(gòu)件，這意味著第一結(jié)構(gòu)的 內(nèi)表面與第二結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面基本齊平，并且第一結(jié)構(gòu)的外表面與第二結(jié)構(gòu)的外表面基本齊 平。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，第一端部和/或第二端部是成角度的，使得第一厚度和/或第 二厚度在縱向方向上變化。由此，第一和第二復(fù)合結(jié)構(gòu)的固化部件的端部可形成基本上呈V 形的空隙，這確保了從兩個(gè)結(jié)構(gòu)延伸的纖維層的有效浸灌，并且可基本填充該V形的空隙。根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，第一纖維層被切割成使得其端部在步驟C)中基本延伸到第 二端部，和/或第二纖維層被切割成使得其端部基本延伸到第一端部。這可適用于一些實(shí) 施例，其中，纖維層在中間復(fù)合部件內(nèi)最大限度地延伸，從而最小化了成品的復(fù)合結(jié)構(gòu)形成 局部弱點(diǎn)或薄弱點(diǎn)的可能性。在根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中，第一纖維層和/或第二纖維層被成角度地切割 成使得各自層的厚度在縱向方向上變化。第一纖維層和/或第二纖維層還可被切割成使得 其端部形成鋸齒狀邊界。這兩個(gè)實(shí)施例均提供了具有高結(jié)構(gòu)性強(qiáng)度的中間結(jié)構(gòu)。在根據(jù)本方面的另一個(gè)實(shí)施例中，第一纖維層在步驟C)中被布置成使得其一部 分限定了中間復(fù)合部件的一個(gè)表面，第二纖維層被布置成使得其一部分限定了中間復(fù)合部 件的另一個(gè)表面。纖維層可例如分別限定殼構(gòu)件的內(nèi)部件和外部件。根據(jù)一個(gè)有利的實(shí)施例，中間復(fù)合部件形成了復(fù)合結(jié)構(gòu)的局部加厚區(qū)。這為該部 件提供了更高的強(qiáng)度，從而進(jìn)一步減小了局部薄弱點(diǎn)的可能性。也可以之后再向不同表面施加額外的纖維層。在樹(shù)脂固化后，可能需要對(duì)不同表 面進(jìn)行填充和打磨。這既適用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的外表面也適用于結(jié)構(gòu)的內(nèi)表面。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該目的是通過(guò)可由任意前述方法獲得的復(fù)合結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)
7的。根據(jù)又一個(gè)方面，該目的是由包括固化復(fù)合部件的葉片殼部件實(shí)現(xiàn)的，該固化復(fù) 合部件包括纖維增強(qiáng)聚合物并具有第一端部，多個(gè)纖維層從該第一端部延伸。該葉片殼部 件也可具有第二端部，多個(gè)纖維層從該第二端部延伸，在這種情況下，該葉片殼部件可與另 兩個(gè)分離的葉片殼部件一起組裝。如前所述，纖維層可從固化復(fù)合部件的端部松散地延伸。根據(jù)本發(fā)明的最后一個(gè)方面，該目的還由葉片模具設(shè)備實(shí)現(xiàn)，該葉片模具設(shè)備包 括第一模具部件和第二模具部件以及連接到未固化樹(shù)脂源的樹(shù)脂入口和連接到真空源的 真空出口，其中，第一模具部件具有用于密封第一殼部件內(nèi)表面的第一密封裝置和用于密 封第二殼部件內(nèi)表面的第二密封裝置，并且第二模具部件具有用于密封第一殼部件外表面 的第一密封裝置和用于密封第二殼部件外表面的第二密封裝置。第一模具部件、第一殼部件、第二模具部件和第二殼部件從而可形成模具腔，而樹(shù) 脂入口和真空出口可用于迫使未固化的樹(shù)脂進(jìn)入該模具腔，在該模具腔內(nèi)布置有第一和第 二殼部件的纖維層。 如前所述，模具部件可設(shè)置有樹(shù)脂入口并可能設(shè)置有真空出口。而且，第一模具部 件可包括可膨脹部件，其被布置成，在該可膨脹部件膨脹時(shí)將第一模具部件的一部分密封 地推擠抵靠在葉片殼部件的內(nèi)側(cè)。


以下參照附圖詳細(xì)解釋本發(fā)明，附圖中圖1示出了具有根據(jù)本發(fā)明制造的葉片殼部件的模具部件；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第一實(shí)施例的剖視圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第二實(shí)施例的剖視圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第三實(shí)施例的剖視圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第四實(shí)施例的剖視圖；圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第五實(shí)施例的剖視圖；以 及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)葉片殼部件之間的組件的第六實(shí)施例的剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出了具有第一模制結(jié)構(gòu)的第一模具部件100和具有第二模制結(jié)構(gòu)的第二模 具部件150，該第一模制結(jié)構(gòu)w為根據(jù)本發(fā)明的第一葉片殼部件110的形式，該第二模制結(jié) 構(gòu)為根據(jù)本發(fā)明的第二葉片殼部件160的形式。葉片殼部件150、160是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片壓 力側(cè)的部分殼部件，第一葉片殼部件150形成了葉片的一部分，葉片的這一部分在葉片安 裝到風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的轂時(shí)最靠近轂并且包括根部區(qū)域，第二葉片殼部件160形成了葉片 的最遠(yuǎn)離轂并且包括葉片頂部的那一部分。第一葉片殼部件110包括第一固化復(fù)合部件112，第一固化復(fù)合部件112已被模制 在第一模具部件100的模制表面內(nèi)。第一固化復(fù)合部件112包括纖維增強(qiáng)聚合物材料并且 可由任何常規(guī)方法制造，例如VARTM方法。第一固化復(fù)合部件112包括第一端部113，多個(gè) 第一纖維層114從第一端部113延伸出。第一固化復(fù)合部件112進(jìn)一步包括凸緣130，凸緣130將被膠粘或以其他方式粘附到對(duì)應(yīng)葉片殼部件的凸緣，該對(duì)應(yīng)葉片殼部件限定了成 品風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的吸力側(cè)。第二葉片殼部件160包括第二固化復(fù)合部件162，第二固化復(fù)合部件162已被模制 在第二模具部件150的模制表面內(nèi)。第二固化復(fù)合部件162包括纖維增強(qiáng)聚合物材料并且 可由任何常規(guī)方法制造，例如VARTM方法。第二固化復(fù)合部件162包括第二端部163，多個(gè) 第二纖維層164從第二端部163延伸出。第二固化復(fù)合部件162進(jìn)一步包括凸緣180，凸 緣180將被膠粘或以其他方式粘附到對(duì)應(yīng)葉片殼部件的凸緣，該對(duì)應(yīng)的葉片殼部件限定了 成品風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的吸力側(cè)。固化的復(fù)合部件可包括纖維層、芯材和縱向延伸的增強(qiáng)部 分，它們本身可由制造纖維增強(qiáng)聚合物的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的常規(guī)方法制成是已知的。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可通過(guò)如下方式組裝將兩個(gè)殼部件110、160布置成使得第一葉 片殼部件Iio的第一端部113面向第二葉片殼部件160的第二端部163。隨后，用液態(tài)樹(shù)脂 浸灌(或者稱為浸透或灌注)纖維層并固化，以形成包括第一纖維層114和第二纖維層164 的中間復(fù)合部件?？稍陲L(fēng)力渦輪機(jī)葉片的架設(shè)地點(diǎn)進(jìn)行浸灌和固化，因而葉片殼部件可分 離地運(yùn)輸?shù)皆摰攸c(diǎn)?？赡苄枰蛑虚g復(fù)合部件的表面施加額外的纖維層。這可通過(guò)手工實(shí)現(xiàn)。另外， 可能需要進(jìn)行合適的精加工或拋光，例如填充和打磨不同表面，以便獲得平滑表面?？墒止だ盟⒆雍蜐L筒進(jìn)行浸灌。替代性地，可使用已知的制造方法，例如VARTM 或RTM(樹(shù)脂傳輸模制)。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可通過(guò)下述方式組裝首先組裝葉片壓力側(cè)的葉 片殼部件，組裝葉片吸力側(cè)的葉片殼部件，并且最后將葉片的吸力側(cè)和壓力側(cè)膠粘在一起。 替代性地，成品葉片壓力側(cè)的葉片殼部件110、160可在運(yùn)輸?shù)郊茉O(shè)地點(diǎn)之前與對(duì)應(yīng)的成品 葉片吸力側(cè)的葉片殼部件組裝。在這種情況下，可能需要讓工人攀爬到葉片內(nèi)以便在殼構(gòu) 件內(nèi)部安裝模具部件并且進(jìn)行必要的葉片精加工或拋光。葉片殼部件110、160的固化復(fù)合部件112、162的端部113、163可設(shè)置成各種形
狀，以便于在架設(shè)地點(diǎn)的組裝并且確保成品復(fù)合結(jié)構(gòu)的中間復(fù)合部件具有高的結(jié)構(gòu)性強(qiáng) 度。圖2-6示出了端部和纖維層的多個(gè)實(shí)施例。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的第一葉片殼部件210和第二葉片殼部件260的剖視圖。 第一葉片殼部件210包括具有第一端部213的第一固化復(fù)合部件212，多個(gè)第一纖維層214 從第一端部213延伸。第一葉片殼部件210進(jìn)一步包括第一表面216和第二表面218，在 成品殼構(gòu)件中，第一表面216和第二表面218可分別限定殼構(gòu)件的外表面和內(nèi)表面。相應(yīng) 地，第二葉片殼部件260包括具有第二端部263的第二固化復(fù)合部件262，多個(gè)第二纖維層 264從第二端部263延伸。第二葉片殼部件260進(jìn)一步包括第一表面216和第二表面218， 在成品殼構(gòu)件中，第一表面216和第二表面218可分別限定殼構(gòu)件的外表面和內(nèi)表面。第一葉片殼部件210和第二葉片殼部件260被布置成使得第一纖維層214和第二 纖維層264在成品殼部件的縱向方向上部分重疊。之后用液態(tài)樹(shù)脂浸灌第一纖維層214和 第二纖維層264并固化。纖維層214、264也可部分地由預(yù)浸灌的纖維層組成，在這種情況 下，可將纖維層加熱到一定溫度以便使樹(shù)脂液化，然后進(jìn)一步加熱以固化樹(shù)脂?？赏ㄟ^(guò)手工 或者通過(guò)已知的浸灌或注入方法進(jìn)行浸灌和固化。圖2還示出了通過(guò)利用VARTM方法浸灌纖維層214、264的實(shí)施例。真空袋形式的 第二模具部件222例如通過(guò)使用膠粘帶密封到第一葉片殼部件210的第一表面216 (或外
9表面)并密封到第二葉片殼部件260的第一表面266 (或外表面)。類似地，真空袋形式的 第一模具部件220例如通過(guò)使用膠粘帶密封到第一葉片殼部件210的第二表面218 (或內(nèi) 表面)并密封到第二葉片殼部件260的第二表面266 (或內(nèi)表面)。如果葉片部件是具有內(nèi) 部和外部的殼構(gòu)件，則第一模具部件220可包括可膨脹部件以便填充殼構(gòu)件的內(nèi)部。模具 部件220、222也可以是剛性的并具有適于配合到殼部件外部的成形表面。通過(guò)使用樹(shù)脂入口 224和真空出口 226以便在第一端部213和第二端部263之間 形成的空隙內(nèi)抽吸入液態(tài)樹(shù)脂來(lái)浸灌纖維層214、264，纖維層214、264布置在該空隙內(nèi)。為 了實(shí)現(xiàn)對(duì)空隙的有效填充，可在殼部件210、260的第二表面218、268附近設(shè)置分布層。替 代性地，可通過(guò)布置在第一表面216、266處的樹(shù)脂入口和布置在第二表面218、268處的真 空出口來(lái)施加樹(shù)脂，反之亦然。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的殼部件的第二實(shí)施例，其中，相似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖2所 示第一實(shí)施例的相似附圖標(biāo)記。因此，僅描述這兩個(gè)實(shí)施例之間的不同之處。此處，第一纖 維層314被布置成使得它們包括在成品中間復(fù)合部件的下半體內(nèi)并限定中間復(fù)合部件的 第一表面。第二纖維層364被布置成使得它們包括在成品中間復(fù)合部件的上半體內(nèi)并限定 中間復(fù)合部件的第二表面。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的殼部件的第三實(shí)施例，其中，相似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖2所 示第一實(shí)施例的相似附圖標(biāo)記。因此，僅描述這兩個(gè)實(shí)施例之間的不同之處。此處，第一纖 維層414和第二纖維層464被成角度地切割成使得第一纖維的量和第二纖維的量之比在成 品復(fù)合結(jié)構(gòu)的縱向方向上逐漸變化。從而，例如可以 逐漸改變第一種類型纖維(如碳纖維) 和第二種類型纖維(如玻璃纖維)之間的比例。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的殼部件的第四實(shí)施例，其中，相似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖2所 示第一實(shí)施例的相似附圖標(biāo)記。因此，僅描述這兩個(gè)實(shí)施例之間的不同之處。第一葉片殼 部件510包括限定了中間復(fù)合結(jié)構(gòu)第一表面的第一預(yù)浸灌或預(yù)固化部件540，而第二葉片 殼部件560包括限定了中間復(fù)合結(jié)構(gòu)第二表面的第二預(yù)浸灌或預(yù)固化部件590。優(yōu)選通過(guò) 從一側(cè)施加樹(shù)脂并從另一側(cè)施加真空來(lái)浸灌纖維層514、564。圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的殼部件的第五實(shí)施例，其中，相似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖2所 示第一實(shí)施例的相似附圖標(biāo)記。因此，僅描述這兩個(gè)實(shí)施例之間的不同之處。此處，第一葉 片殼部件610的第一端部613和第二葉片殼部件660的第二端部663被切割成或形成有角 度，從而使得第一固化復(fù)合部件612和第二固化復(fù)合部件662的厚度在成品復(fù)合結(jié)構(gòu)的縱 向方向上變化。這可適用于如下實(shí)施例，其中，在兩個(gè)端部613、663之間形成有V形空隙。 可將樹(shù)脂從結(jié)構(gòu)(任選地具有上分布層)的第一側(cè)施加到纖維層614、664從而填充該空 隙，以確保形成位于朝向第二側(cè)運(yùn)動(dòng)的液態(tài)樹(shù)脂前面的寬流(wide flow)，而真空被施加在 第二側(cè)處。這提供了防止在纖維材料中形成干點(diǎn)(dryspots)的有效方法。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的殼部件的第六實(shí)施例，其中，相似附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)于圖2所 示第一實(shí)施例的相似附圖標(biāo)記。因此，僅描述這兩個(gè)實(shí)施例之間的不同之處。該圖示出了 穿過(guò)第一葉片殼部件和第二葉片殼部件的剖面，并且示出了殼部件的兩側(cè)，例如成品葉片 的吸力側(cè)和壓力側(cè)。第一模具部件720包括可膨脹部件728，可膨脹部件728被布置成在膨 脹時(shí)，該可膨脹部件推擠第一模具部件720的一部分密封地抵靠第二葉片殼部件的內(nèi)表面 718和第二葉片殼部件的內(nèi)表面。此處，第二模具部件722被圖示為真空袋。然而，第二模具部件可由多個(gè)剛性模具部件組成，這些剛性模具部件具有限定了成品風(fēng)力渦輪機(jī)葉片外 部件的模制表面。 本發(fā)明已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例得到了描述。不過(guò)，本發(fā)明的范圍并不限于所例示的 實(shí)施例，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可進(jìn)行變化和修改。附圖標(biāo)記列表在附圖標(biāo)記中， χ表示一個(gè)具體實(shí)施例。因此，例如附圖標(biāo)記410表示第四個(gè)實(shí)施例的第一復(fù)合部件。100 第一模具部件xlO第一復(fù)合結(jié)構(gòu)/第一葉片殼部件xl2第一固化復(fù)合部件xl3第一端部 xl4第一纖維層xl6第一表面/外表面xl8第二表面/內(nèi)表面x20第一模具部件x22第二 模具部件x24樹(shù)脂入口 x26真空出口 728可膨脹部件x30葉片殼凸緣540第一預(yù)浸灌部件 或預(yù)固化部件150第二模具部件x60第二復(fù)合結(jié)構(gòu)/第二葉片殼部件x62第二固化復(fù)合部 件x63第二端部x64第二纖維層χ66第一表面/外表面χ68第二表面/內(nèi)表面χ80葉片殼 凸緣590第二預(yù)浸灌部件或預(yù)固化部件。
權(quán)利要求
一種生產(chǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括纖維增強(qiáng)材料并且具有縱向方向，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)例如是風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，所述方法包括如下步驟在第一地點(diǎn)a)制造包括第一固化復(fù)合部件和多個(gè)第一纖維層的第一結(jié)構(gòu)，所述第一固化復(fù)合部件具有第一厚度和帶有第一端部的縱向方向，所述多個(gè)第一纖維層從所述第一端部延伸；在第二地點(diǎn)b)制造包括第二固化復(fù)合部件和多個(gè)第二纖維層的第二結(jié)構(gòu)，所述第二固化復(fù)合部件具有第二厚度和帶有第二端部的縱向方向，所述多個(gè)第二纖維層從所述第二端部延伸；并且在遠(yuǎn)離所述第一地點(diǎn)和所述第二地點(diǎn)的第三地點(diǎn)c)將所述第一結(jié)構(gòu)和所述第二結(jié)構(gòu)布置成使得所述第一端部面向所述第二端部，并且將所述第一纖維層和所述第二纖維層布置成使得所述第一纖維層的至少一部分與所述第二纖維層的至少一部分在所述縱向方向上重疊；d)供應(yīng)液態(tài)樹(shù)脂以便浸灌所述第一纖維層和所述第二纖維層；以及e)固化所述液態(tài)樹(shù)脂以便形成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括所述第一固化復(fù)合部件、所述第二固化復(fù)合部件以及包括了所述第一纖維層和所述第二纖維層的中間復(fù)合部件。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一地點(diǎn)在所述第二地點(diǎn)附近。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，步驟a)包括如下步驟I)提供包括模具腔且具有縱向方向的成形結(jié)構(gòu)；II)將纖維材料置于所述模具腔內(nèi)，使得所述纖維材料的一部分被布置在與所述第一 結(jié)構(gòu)的所述第一固化復(fù)合部件對(duì)應(yīng)的部分內(nèi)，而所述纖維材料的另一部分形成所述第一纖 維層；III)在與所述第一結(jié)構(gòu)的所述第一固化復(fù)合部件對(duì)應(yīng)的所述部分內(nèi)，與步驟b)同時(shí) 地和/或在步驟b)之后，在所述模具腔內(nèi)提供樹(shù)脂；以及IV)固化所述樹(shù)脂，以形成所述第一固化復(fù)合結(jié)構(gòu)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述纖維材料被布置成使得所述第一纖維 層在所述縱向方向上延伸超過(guò)所述成形結(jié)構(gòu)的所述模具腔。
5.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一固化復(fù)合結(jié)構(gòu)和所述 第二固化復(fù)合結(jié)構(gòu)被制造成具有內(nèi)表面和外表面的殼構(gòu)件。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟i)提供第一模具部件，所述第一模具部件包括用于密封所述第一殼部件的所述內(nèi)表面 的第一密封裝置和用于密封所述第二殼部件的所述內(nèi)表面的第二密封裝置；以及 )提供第二模具部件，所述第二模具部件包括用于密封所述第一殼部件的所述外表 面的第一密封裝置和用于密封所述第二殼部件的所述外表面的第二密封裝置，其中，通過(guò) 使用所述第一模具部件和所述第二模具部件來(lái)實(shí)施步驟d)和e)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第一模具部件和/或所述第二模具部件 設(shè)置有樹(shù)脂入口。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述第一模具部件和/或所述第二模具部件設(shè)置有真空出口。
9.如權(quán)利要求6-8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一模具部件和/或所述第 二模具部件包括可膨脹部件。
10.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，步驟c)中的所述第一結(jié)構(gòu)和 所述第二結(jié)構(gòu)被布置成使得所述第一結(jié)構(gòu)和所述第二結(jié)構(gòu)的表面基本上彼此齊平。
11.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一端部和/或所述第二 端部是成角度的，從而使得所述第一厚度和/或所述第二厚度在所述縱向方向上變化。
12.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一纖維層被切割成使得 其端部在步驟c)中基本延伸到所述第二端部，和/或所述第二纖維層被切割成使得其端部 基本延伸到所述第一端部。
13.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一纖維層和/或所述第 二纖維層被成角度地切割成使得各自層的所述厚度在所述縱向方向上變化。
14.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一纖維層和/或所述第 二纖維層被切割成使得其端部形成鋸齒狀邊界。
15.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述第一纖維層在步驟c)中 被布置成使得這些層的一部分限定了所述中間復(fù)合部件的一個(gè)表面，所述第二纖維層被布 置成使得這些層的一部分限定了所述中間復(fù)合部件的另一個(gè)表面。
16.如前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述中間復(fù)合部件形成了所述 復(fù)合結(jié)構(gòu)的局部加厚區(qū)。
17.一種葉片殼部件(110 ；160)，其包括固化復(fù)合部件(112 ； 162)，所述固化復(fù)合部件 (112 ； 162)包括纖維增強(qiáng)聚合物并具有第一端部(113 ；163)，多個(gè)纖維層(114 ； 164)從所 述第一端部(113 ； 163)延伸。
18.如權(quán)利要求17所述的葉片殼部件，其特征在于，從所述第一端部(113;163)延伸 的所述纖維層(114 ； 164)是非固化的。
19.如權(quán)利要求18所述的葉片，其特征在于，所述纖維層(114;164)從所述第一端部 (113 ； 163)松散地延伸。
20.一種模具設(shè)備，其包括第一模具部件(220)和第二模具部件(222)以及連接到未固 化樹(shù)脂源的樹(shù)脂入口(224)和連接到真空源的真空出口(226)，其特征在于，所述第一模具部件(220)具有用于密封第一殼部件內(nèi)表面的第一密封裝置和用于密 封第二殼部件內(nèi)表面的第二密封裝置；并且所述第二模具部件(222)具有用于密封第一殼部件外表面的第一密封裝置和用于密 封第二殼部件外表面的第二密封裝置。
21.如權(quán)利要求20所述的模具設(shè)備，其特征在于，所述第一模具部件包括可膨脹部件。全文摘要
一種生產(chǎn)復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括纖維增強(qiáng)材料并且具有縱向方向。所述方法包括如下步驟a)制造包括第一固化復(fù)合部件(212)和多個(gè)第一纖維層(214)的第一結(jié)構(gòu)(210)，所述第一固化復(fù)合部件(212)具有第一厚度和帶有第一端部(213)的縱向方向，所述多個(gè)第一纖維層從所述第一端部延伸；b)制造包括第二固化復(fù)合部件(262)和多個(gè)第二纖維層(264)的第二結(jié)構(gòu)(260)，所述第二固化復(fù)合部件(262)具有第二厚度和帶有第二端部(263)的縱向方向，所述多個(gè)第二纖維層(264)從所述第二端部延伸；并且c)將所述第一結(jié)構(gòu)和所述第二結(jié)構(gòu)布置成使得所述第一端部面向所述第二端部，并且將所述第一纖維層和所述第二纖維層布置成使得所述第一纖維層的至少一部分在所述縱向方向上與所述第二纖維層的至少一部分重疊；d)供應(yīng)液態(tài)樹(shù)脂以便浸灌所述第一纖維層和所述第二纖維層；以及e)固化所述液態(tài)樹(shù)脂以便形成所述復(fù)合結(jié)構(gòu)，所述復(fù)合結(jié)構(gòu)包括所述第一固化復(fù)合部件、所述第二固化復(fù)合部件以及包括了所述第一纖維層和所述第二纖維層的中間復(fù)合部件。
文檔編號(hào)B29C65/70GK101918197SQ200880114380
公開(kāi)日2010年12月15日 申請(qǐng)日期2008年8月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月4日
發(fā)明者H·弗雷德里克森 申請(qǐng)人:Lm玻璃纖維制品有限公司