專利名稱：預成型件以及包括增強結構的翼梁的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及樹脂層中含有纖維的半成品部件，也就是熟知的預成 型件。本實用新型還涉及一種用于風輪機葉片的翼梁，該翼梁包括由這種 預成型件形成的增強結構。
背景技術：
當生產大型風輪機葉片時，葉片中有時會包括作為負荷承載元件的翼 梁。這種翼梁可以是一種沿葉片的縱軸布置的細長件，并限定大體上為矩 形的中空橫截面。該翼梁可設有多個增強結構，也稱為板層，其形式例如 為預成型件。經常^^用多個，例如三個，相鄰布置的預成型件以提供給翼 梁足夠的強度。當預成型件設置在玻璃纖維翼梁中時，它們被單獨設置， 并且玻璃纖維纏繞在預成型件之間。翼梁的生產因此包括較多的加工步驟。
而且，用于生產預成型件的生產系統的能力未以最佳方式#:利用。
之前在風輪機葉片生產領域的普通技術人員之間普遍存在這樣的觀
點不可能生產厚度大于約7mm的板層，因為札導的結構不會具有足夠 高的質量。這主要是因為隨著板層厚度一由此板層數量一的增加，從結構 中排出氣體變得越來越困難。因此，認為翼梁的足夠強度只能通it^翼梁 中分別設置大量的板層來實現。
實用新型內容
本實用新型的目的是提供一種單個的預成型件，該預成型件能夠為用 于風輪機葉片的翼梁提供足夠的強度。
本實用新型的另一個目的是提供一種用于風輪機葉片的翼梁，該翼梁能夠通過與現有技^M目比縮減的生產步驟來制造，而且不損壞翼梁的強度。 才艮據本實用新型的第一方面，提供了一種包括多層纖維的預成型件，
每層纖維都設置在樹脂層中，其中纖維層和樹脂層限定至少12mm的厚度。
在本申請中，術語"預成型件"應解釋為表示一種i殳置在樹脂層中的 纖維結構，該結構已經預固結而形成能,皮移動和貯存的獨立單元。也可將 該預成型件形成期望的形狀以實現特定的目的，并且當得到最終的形狀后， 該預成型件需要被固化。
纖維可以是例如單獨的纖維、纖維束、纖維束預浸漬料或預浸漬坯的 形式。纖維可以在每一層中定向，或者可以以任意的方向設置在層內。
纖維層和樹脂層限定的厚度至少為15mm。厚度的測量優選基本垂直 于纖維層，例如為兩個最外纖維層之間的最小JE巨離。
如上所述，在風輪機葉片生產領域的普通技術人員之間普遍存在的觀 點是不可能生產出其厚度大于約7mm的、用于增強結構的預成型件，例 如板層(板塊，平板)。
與此形成對比，本實用新型的發明人驚奇地發現，通過仔細地選擇生 產工藝以及各種工藝參數有可能生產出具有更大厚度的這種結構，例如至 少12mm，例如至少15mm,例如至少18mm，例如至少20mm，例如至 少25mm或甚至更厚。這樣，有可能生產出厚JLA以為風輪機葉片的翼梁 提供所需強度的預成型件。因此，為了得到所要求的強度，僅需要在翼梁 中設置單個增強結構。這具有^f艮大的優勢，因為不必在翼梁中單獨地設置 彼此之間具有玻璃纖維中間纏繞層的多個增強結構。因此翼梁的生產工藝 的工藝步驟數量大大縮減，并且生產過程容易進行。
此外，生產預成型件所4吏用的生產i殳備的生產力將4皮利用到更大的程 度，這是因為在結構預固結以及從生產設備上移走之前有可能生產出大量 的增強結構。例如，如果所生產的一個預成型件的厚度足以代替三個現有 技術的預成型件，則可省去兩個預固結步驟和兩個移走步驟。
至少一些纖維可為碳纖維。替代性地或者附加地，也可根據預成型件
的最終^f吏用來采用其它類型的纖維，例如玻璃纖維、合成纖維、天然纖維、礦物纖維以及金屬纖維。
所述樹脂層中的至少一個可以是熱固性樹脂，即，隨著上升的溫度高 于一給定樹脂的特定溫度點而發生固化的樹脂。樹脂可為一種液態有機聚 合體，當轉變為所使用的最終形狀時，固結并且至少部分地或全部地變成 固體。例如，樹脂可為環氧基樹脂或聚酯基樹脂，但也可使用其它類型的 樹脂。此外，也可使用一種或多種不同類型樹脂來生產預成型件。如果使 用不同類型的樹脂，使用相容性樹脂會更好。
預成型件可包括至少20個纖維層，例如至少25個纖維層，例如至少 28個纖維層，例如至少30個纖維層，例如至少32個纖維層，例如至少35 個纖維層，例如至少38個纖維層，例如至少40個纖維層。層數應當足夠 多，以提供給預成型件所需的厚度。
纖維可以以纖維束的形式來應用。在本申請中，術語"纖維束"應當
解釋為大量單獨纖維的捆。
在每一纖維層中纖維被設置成基本上平行的。根據這個實施方式，沿
著平行的纖維，纖維限定了預成型件的縱向方向。沿著這個方向，預成型 件將會是非常結實并且基本上不可壓縮的。
根據本實用新型的第二方面，提供了一種用于風輪機葉片的翼梁，該 翼梁包括兩個增強結構，每個增強結構都由根據本實用新型第一方面的預 成型件構成。
如上所述，當給翼梁提供相同的增強時，根據本實用新型第一方面的 預成型件的厚度足以代替約三個現有技術的增強結構或板層。因此，不再 要求在翼梁中分別設置大量的彼此之間具有玻璃纖維中間纏繞層的增強結 構，因此，與現有^支術中生產類似的翼梁相比，用更少的工藝步驟就可生 產翼梁。
除了增強結構以外，該翼梁可以由玻璃纖維材料制造。玻璃纖維材料 可纏繞在形狀限定元件上以形成所需形狀的翼梁。
翼梁具有基本為矩形的中空橫截面，并且增強結構可設置在限定矩形 中空橫截面的兩個相對的壁上。所述兩個相對的壁可以是分別面對設有翼梁的葉片的提升側和拖拽側的壁部分。
根據一個實施例，每個增強結構可設置在翼梁材料的內層與外層之間， 該內層限定朝向中空橫截面的空腔的分界面，該外層限定翼梁的外表面。
根據該實施方式，翼梁可有利地按照下述制造。首先圍繞形狀限定部 件纏繞一層翼梁材料，從而限定基本為矩形的中空橫截面形狀。然后，沿 矩形形狀的兩個相對的邊i殳置兩個增強結構，圍繞形狀限定部件、第一翼 梁材料層和所述兩個增強結構纏繞另 一翼梁材料層。由此將增強結構固定 并定位在翼梁內。
翼梁材料可為玻璃纖維材料。
根據本實用新型的第三方面，提供了一種風輪機葉片，該葉片包括根 據本實用新型第二方面所述的翼梁。
應當指出，本領域技術人員很容易理解，在本實用新型的第一方面中
描述的任何特征都可以與本實用新型第二方面或第三方面結合，在本實用 新型的第二方面中描述的任何特征也可以與本實用新型的第一方面或第三 方面結合，在本實用新型的第三方面描述中描述的任何特征也可以與本實 用新型的第一方面或第二方面結合。
下面參考附圖對本實用新型進一步詳細地描述。
圖l是現有技術的用于風輪機葉片的翼梁的橫截面圖，以及
圖2是按照本實用新型一個實施例的用于風輪機葉片的翼梁的橫截面
具體實施方式
圖1是現有技術的用于風輪機葉片的翼梁1的橫截面圖。該翼梁1限 定具有中空部分2的基本為矩形的橫截面。翼梁1包括玻璃纖維材料的內 層3以及玻璃纖維材料的外層4。沿著矩形橫截面的第一壁部分5，在玻璃 纖維材料的內層3和玻璃纖維材料的外層4之間設有三個獨立的板層6。在這些獨立的板層6之間，設有玻璃纖維材料的中間層7。
類似地，沿著相對設置的笫二壁部分8，設有三個獨立的板層6和玻 璃纖維的中間層7。
圖1所示的翼梁1可按照下面的方法制造。首先圍繞一形狀限定元件 纏繞玻璃纖維材料的內層3。沿著第一壁部分5設置一個板層6，沿著第二 壁部分8設置一個板層6,并且圍繞所ii^層6和玻璃纖維材料的內層3 纏繞玻璃纖維材料的中間層7。隨后，分別沿第一壁部分5和第二壁部分8 在纖維玻璃材料的中間層7的頂部設置兩個附加板層6。然后沿附加板層6 和第一個玻璃纖維材料的中間層7的纏繞另 一個玻璃纖維材料的中間層7。 最后，分別沿第一壁部分5和第二壁部分8在第二個玻璃纖維材料的中間 層7的頂部設置最后兩個板層6，并且圍繞所ii^層6和第二個玻璃纖維 材料的中間層7纏繞玻璃纖維材料的外層4。
從上面的描述可以清楚的看出，現有技術中生產設置有現有板層6的 翼梁l需要很多處理步驟。
圖2是根據本實用新型的一個實施方式的翼梁的橫截面圖，在其中設 置有兩個根據本實用新型實施方式的板層6。
該翼梁1限定了具有中空部分2的基本為矩形的橫截面。該翼梁l包 括一個玻璃纖維材料的內層3以及一個玻璃纖維材料的外層4。沿著矩形 橫截面的第一壁部分5，在玻璃纖維材料的內層3和玻璃纖維材料的外層4 之間設有單個板層6。類似地，沿矩形橫截面的相對設置的第二壁部分8， 在玻璃纖維材料的內層3和玻璃纖維材料的外層4之間設有單個板層6。
將圖1的翼梁和圖2的翼梁相比，可以清楚的看出，如圖2所示的根 據本實用新型的板層6遠厚于如圖1所示的現有技術的板層6。
圖2所示的翼梁1按照下面的方法制造。首先圍繞一形狀限定元件纏 繞玻璃纖維材料的內層3。沿著第一壁部分5設置一個板層6，并且沿著第 二壁部分8設置一個板層6。隨后，圍繞所g層6和玻璃纖維材料的內 層3纏繞玻璃纖維材料的外層4。很清楚，生產圖2的翼梁1需要的步驟 比生產圖1的現有技術的翼梁1需要的步驟要少得多。然而，圖2的翼梁1中設置的板層6對翼梁1的增強作用與圖1的翼梁1中設置的板層6對 翼梁l的增強作用大致相同。因此生產翼梁l的過程更加容易，而且沒有 降低所生產的翼梁1的強度。
權利要求1.一種預成型件，包括多個纖維層，每個纖維層都設置在一樹脂層中，其特征在于，纖維層和樹脂層限定至少12mm的厚度。
2. 如權利要求l所述的預成型件，其特征在于，至少一些纖維是碳 纖維。
3. 如權利要求1或2所述的預成型件，其特征在于，樹脂層中的至 少 一個層的樹脂為熱固性樹脂。
4. 如權利要求1或2所述的預成型件，其特征在于，該預成型件包 括至少20個纖維層。
5. 如權利要求1或2所述的預成型件，其特征在于，纖維以纖維束 的形式提供。
6. 如權利要求1或2所述的預成型件，其特征在于，纖維基本平行 地設置在每個纖維層中。
7. —種用于風輪機葉片的翼梁，該翼梁包含兩個增強結構，所述增 強結構中的每一個都由如前迷權利要求之一所述的預成型件構成。
8. 如權利要求7所述的翼梁，其特征在于，該翼梁限定基本為矩形 的中空橫截面，其中該增強結構設置在限定出矩形的中空橫截面的兩個相 對的壁內。
9. 如權利要求8所述的翼梁，其特征在于，每個增強結構都設置在 翼梁材料的內層和翼梁材料的外層之間，所述內層限定朝向中空橫截面的 中空部分的分界面，該外層限定翼梁的外表面。
10. 如權利要求9所述的翼梁，其特征在于，翼梁材料是玻璃纖維材料。
11. 一種風輪機葉片，包括如權利要求7-10之一所述的翼梁。
專利摘要本實用新型公開了一種包括多個纖維束層的預成型件，每個纖維束層都設置在樹脂層中。纖維束層和樹脂層限定至少12mm的厚度。該預成型件能夠作為增強結構使用，其形式例如為用于風輪機葉片的翼梁的板層。由于大的厚度，該預成型件能夠代替現有技術中的多個增強結構，在現有技術中必須在翼梁中分別設置這些增強結構，以提供所要求的強度。因此所需要的生產翼梁的制造步驟減少。此外，生產預成型件所使用的生產設備的利用能力被大大擴展。
文檔編號B32B17/02GK201376388SQ20092000684
公開日2010年1月6日 申請日期2009年1月23日 優先權日2009年1月23日
發明者J·H·詹森 申請人:維斯塔斯風力系統有限公司