CN102371686A - 制造复合结构组件的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制造纤维增强结构组件的方法。多个不相连的粗纱用来形成粗纱束。多个粗纱束被自动定位到成型工具中。所述粗纱束以组建出所述组件的至少一层的方式被设置。粗纱束被单向排列到所述成型工具中。每个粗纱束在被定位到所述成型工具之前，至少用基体材料浸湿。

Description

制造复合结构组件的方法

技术领域

本发明涉及一种制造复合结构组件的方法。

本发明优选涉及一种制造风力涡轮机叶片的组件的方法。

背景技术

复合结构被广泛用来制造用于风力涡轮机的组件。优选包含纺织纤维玻璃的织物顺序通常用于此目的。

为了制造叶片或组件，使用所称的“玻璃纤维增强塑料”。它们通常包含聚酯或环氧树脂。

所称的“单向玻璃织物”经常用在叶片或组件的承重部分。

这些织物包含所称的“玻璃纤维粗纱”，而织物的玻璃纤维彼此平行排列。

还有其它织物用来制成叶片或组件。一种类型的织物被成形为类似编织布，而玻璃纤维或玻璃纤维粗纱通过纱线缝合在一起。纱线包含聚酯或类似材料。

编织布随后在制造叶片或组件时以树脂浸渍。树脂通过例如技术真空被灌到所需结构中，因此成为编织布。一种通用的工艺是例如已知为“真空辅助树脂传递模具（VARTM）”的工艺。

根据制造面积或体积，不同的树脂量被引入所制造的结构中。这些量可被定位在相邻织物之间或甚至是结构中所使用的织物中。

对于牢固的叶片或组件，在结构内获得没有富树脂“小包”的一致分布的玻璃纤维和树脂是非常重要的。

沿叶片或组件的承重区尤其需要避免这些小包。

众所周知的标准制造方法使用纺织织物和/或切短原丝薄毡。该材料有助于以上指出的富树脂小包问题。

靠近叶片的承重区的主要负载的单向纤维应沿叶片的纵向方向（0度方向）排列。因此，所使用的纤维不缠绕在细丝缠绕心轴上。对于贵重的纺织织物必须使用通常的手工铺设（hand  lay-up）作业。

发明内容

本发明的目的是提供一种制造复合结构（优选是风力涡轮机叶片）的组件改进的方法。

该目的是通过权利要求1的特征达到的。优选配置是从属权利要求的目的。

根据本发明，制造一种优选是纤维增强结构的组件。

该组件可以是风力涡轮机叶片的一部分，但根据所发明的方法甚至可以生产整个叶片。

根据本发明，许多不相连的粗纱用来形成粗纱束。许多粗纱束被自动定位到成形工具中。粗纱束被布置成组建出组件的至少一层的方式。粗纱束单向排列到成形工具中。每个粗纱束在被定位到成形工具之前，至少用基体材料（类似树脂或胶）浸湿。

根据所发明的方法，组件内的富树脂小包被降低或者甚至避免。因此，整个组件在可能作用于组件上的机械负载方面被增强。

组件以及包含该组件的结构的硬度提高。因此，组件的质量提高。

优选地，一个完整的风力涡轮机叶片由所发明的方法制造。

优选地，使用玻璃纤维，它可以以粗纱线提供。

粗纱线优选被提供或被线轴传送。

每个粗纱线包括多个（例如1000-3000）单根纤维。

在正在进行的工艺中优选进行浸润或浸渍。优选地，机器人装置用来将浸润的线束放到成形工具之上或之中。

由于浸润/浸渍，获得更高玻璃百分比的最终层压材料。

整个组件更加均匀，因此富树脂区被避免或甚至消除。

粘合力或表面张力有助于获得粗纱在成形工具中的平行定位。因此，各粗纱线的处理更容易。

本发明确保获得纤维在层中的均匀分布，以及最大可能的玻璃百分比，而不损害结构的疲劳性质。

因此，制造风力涡轮机的中心承重梁是可能的。

在所有材料被放置在成形工具（例如心轴）上之前，基体材料（类似树脂或胶）不被固化。

优选地，类似于树脂的加热固化环氧树脂用于此目的。

优选地，使用添加抑制剂的聚酯或环氧树脂，其延长了固化周期。

浸润/浸渍优选借助浸润系统进行。玻璃纤维束在树脂浴中被浸湿，且优选地通过浸润系统的喷嘴被拉伸。

在离开喷嘴之后，纤维是单向的。粘合力和表面张力帮助纤维束保持各纤维的平行、排列定向。

优选地，在没有纺织织物时制成一层组件。由于玻璃纤维束的交叉缝合和拉紧，避免富树脂小包。

结合了冗长的手工铺设作业的编织物的性质通常是结构中形成皱纹的原因。本发明避免使用编织物，因此避免层中皱纹的形成。

使用粗纱束来替代预制纤维垫还降低了组件的材料成本。使用直接来自粗纱管的玻璃去掉了编织织物的成本，且因此降低了最终产品的成本。

根据本发明的自动铺设甚至可与众所周知的传统的铺设作业结合。例如，叶片最难最关键的部分，类似梁可自动布置，而低负荷层可通过传统的手工铺设方法来布置。

本发明的方法还降低了艰苦的手糊作业的量，其中大的、重的织物或织物卷需要被抬到或定位到成型工具上。因此，改进了对于铺设工人的工作条件。

而且，使用基本封闭的浸润系统（类似树脂室）改善了工人的工作条件，这是因为易挥发物质保持封闭在浸润系统内。

每个粗纱束优选由线轴提供。因此，典型的生产装备可能需要100到200或更多的线轴阵列。

现在描述的工序可用来制造风力涡轮机叶片的中心承重梁。

机器人装置将浸渍的纤维束放置在可具有中空梁形状的心轴上。

纤维束是从根部进一步向外侧铺设的，一些束终止于尖部附近。

梁的最重负荷部分具有最大数目的纤维束。因此，所有的束在叶片根部开始，只有几个延伸到尖部。

在0度以外方向上的纤维可关于叶片的纵轴设置，以增强叶片的扭曲硬度。

被定位在其它这些方向上的纤维还可由机器或机器人装置定位。

塑料衬垫可在放置所有粗纱束时放置在心轴上。技术真空可施加于衬垫下方。

在叶片被组建/制成的同时允许树脂固化。热可随后施加以固化结构。

使用如上所述制成的梁的整个叶片结构可如下描述完成：

风力涡轮机叶片的表层的所有必需材料被放置在封闭的模具系统中。封闭的模具系统包含连接的上下模具。因此，叶片被封闭的模具系统包围。

真空衬垫施加到结构中，需要真空衬垫以便施加真空。

固化的背骨结构和两个互补的软心轴（一个在背骨前面，一个在背骨后面）被放置在两个模具部分之间。

高技术真空被施加，且树脂被灌在叶片表面区中，因此获得背骨结构周围的封闭外壳。

优选地，每一单个的粗纱束以预定长度被分别自动地切割。通过控制粗纱束的长度，获得纤维层的先进的更精确的设计和制造。

机器包括例如用来如上所述分别切割每个粗纱束的多个切割装置。切割以预定方式进行，以获得如上所述的堆叠的粗纱束的特定结束部。

在第一实施例中，专用切割装置被分配给每一单个的粗纱束，或者切割装置被分配给多个粗纱束。

例如，粗纱束是通过机器的眼状物行进的，而切割装置被定位在眼状物附近。

在第二实施例中，所使用的切割装置被定位成可在机器内移动。因此，对于不同的粗纱束，只需要一个切割装置，在机器的不同位置切割粗纱束。

在又一实施例中，粗纱束被铺设到成型工具中，在此成型工具被设置为用于风力涡轮机叶片的模具或作为用于风力涡轮机叶片生产的模具的一部分。

至少一层纤维以模具部分的纵向方向铺设。该模具可以是用于风力涡轮机叶片的吸引侧或用于压力侧的模具部分。

在又一实施例中，成型工具被设置以建造风力涡轮机叶片的一部分，其中运送器位于成型工具的底部。至少一层不相连的单向纤维材料的粗纱束被铺设在运送器的顶部。运送器用来通过真空提升等提起部件。

如上所述，粗纱束优选是通过线轴提供的，线轴优选地定位在静止的固定件中，或被附连到机器。

机器被设置成沿组件的纵轴前后移动，以建造分层的堆叠的粗纱束。

本发明并不将玻璃纤维粗纱限制为碳纤维、也可使用天然纤维和类似物。

附图说明

图1示出了本发明的方法，

图2示出了使用本发明方法制造的另一风力涡轮机叶片，和

图3示出了使用本发明方法制造的另一风力涡轮机叶片。

具体实施方式

图1示出了本发明的方法。在此情况中，风力涡轮机叶片BL制造为主结构梁。

多个线轴1被示出。每个线轴1支撑并向浸润设备3提供粗纱束GF。

浸润设备3包含喷嘴（未详细示出），其中线轴1的粗纱束GF被拉拽。

粗纱束GF用树脂2浸渍，同时粗纱束GF被拉拽通过浸润设备3。

树脂2从树脂箱提供到浸润设备3。

现在用树脂浸渍的粗纱束GF在离开浸润设备3时形成浸渍的粗纱束5。在该浸渍的粗纱束5内，所有粗纱都是单向排列的。

浸渍的粗纱束5被铺到成型工具FT中，以产生三维形状的叶片或叶片部件。

成型工具FT可被构造、设计成下模具，其可在例如VARTM工艺内使用。

优选地，浸润设备3被附连到机器M。机器M沿叶片BL的纵轴前后移动，以产生分层的多个堆叠粗纱束。

优选地，线轴1被附连到机器M。

将多个浸渍的粗纱束5向下铺在心轴4上也是可行的，这用来产生叶片结构，并在例如压力下充满空气。

必须注意，在所有材料被放置在心轴4上之前，树脂2（或另一基体材料）并不被固化。

优选地，这是通过用热固化环氧树脂作为基体材料获得的。

使用所称的“预浸处理”组件或其它预浸渍的织物或粗纱也是可行的。

优选地，使用添加抑制剂的聚酯树脂或环氧树脂，而抑制剂延迟固化周期。

优选地，真空密闭衬垫包在心轴4周围，同时施加真空。心轴4被加热以开始并完成树脂的固化。

图2示出了使用本发明方法制造的另一风力涡轮机叶片BL。

多个干的织物或预浸渍的织物6被放置在下模具7上。

由本发明的方法制造的O形背骨梁8被放置在下模具7上，后心轴9和前心轴10也被放置在下模具7上。

最后，另一层干的织物或预浸渍的织物6被放置在结构的顶部。

下模具7与上模具11连接，以构建封闭的模具系统。

最后，使用“真空辅助树脂传递模具（VARTM）”工艺用树脂灌注该结构。

图3A示出了使用本发明方法制造的O形背骨梁制造风力涡轮机叶片。

前缘壳体12、尾缘壳体13和O形背骨梁8。前缘、尾缘部分12、13是在单独的模具中产生的，并粘合到背骨梁8上。

图3B示出了制造除用I形背骨梁15替代之外类似于图3A所示叶片的另一风力涡轮机叶片。

参照图2和图3，可以根据所发明的方法使用各个粗纱束产生单个组件8、12、13和15。不过，前缘和尾缘不是重要负荷，可在单独的模具中使用常规的铺设作业制造。

Claims (14)

1.一种制造纤维增强结构的组件的方法，

其中使用多个不相连的粗纱来形成粗纱束，

其中将多个粗纱束自动定位到成型工具中，而所述粗纱束以如下方式布置，即：使得所述组件的至少一层被组建出，

其中所述粗纱束被单向排列到所述成型工具中，

其中每个粗纱束在被定位到所述成型工具之前，至少用基体材料浸湿。

2.根据权利要求1所述的方法，其中每个粗纱束用所述基体材料浸渍或浸透。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中每个粗纱束拉拽通过浸湿系统，该系统以如下方式设计和布置，即：使得所述粗纱束至少被所述基体材料浸湿。

4.根据权利要求3所述的方法，其中每个粗纱束拉拽通过所述浸湿系统的喷嘴，该喷嘴以如下方式设计和布置，即：使得所述粗纱束至少被浸湿和/或所述粗纱束排列到所述成型工具。

5.根据权利要求1所述的方法，其中每个粗纱束是从线轴提供的。

6.根据权利要求3或5所述的方法，

其中所述浸湿系统和/或所述线轴与一机器相互作用，

其中所述机器沿所述组件或所述成型工具的纵轴前后移动，以构建出分层的多个堆叠粗纱束。

7.根据权利要求1所述的方法，其中模具或铺设台或工作台或心轴被用作成型工具。

8.根据权利要求7中所述的方法，其中所述模具借助“真空辅助树脂传递模具，VARTM”工艺被用来制造所述组件。

9.根据权利要求1所述的方法，其中每个粗纱束被拉拽通过包含所述基体材料的封闭室。

10.根据权利要求1所述的方法，其中玻璃纤维、碳纤维或天然纤维被用来形成所述粗纱束。

11.根据权利要求1-10之一所述的方法，其中每个粗纱束在被定位到所述成型工具中时，以预定长度被单个地和/或自动地切割。

12.根据权利要求1-10之一所述的方法，其中树脂或胶被用作基体材料。

13.一种用于风力涡轮机的叶片，其中所述叶片的至少一层是根据权利要求1-12之一所述方法制造的。

14.一种用于风力涡轮机叶片的背骨，其中所述叶片的至少一层是根据权利要求1-12之一所述方法制造的。

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