CN104837610A - 涉及风轮机制造的改进 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于风轮机部件的生产系统。所述系统包括在纵向方向上延伸的细长的模具组件，所述模具组件包括模具表面并且具有在所述纵向方向上变化的宽度。第一轨道和第二轨道分别限定在所述模具表面的相对两纵向侧上。相应轨道之间的垂直距离沿着所述轨道的长度变化。运输组件可在所述纵向方向上相对于所述模具组件移动。所述运输组件包括布置成沿着各自轨道移动的一对侧支撑件和由所述侧支撑件支撑在所述模具组件上方的龙门。所述龙门横向于所述纵向方向延伸。所述运输组件被构造成使得：所述侧支撑件根据所述运输组件在所述纵向方向上移动时这些轨道之间的变化距离而在横向于所述纵向方向的方向上相对于彼此移动。

Description

涉及风轮机制造的改进

技术领域

本发明总体涉及制造细长的风轮机部件，并且涉及用在自动化和半自动化制造工艺中的材料处理技术。

背景技术

自动化和半自动化制造工艺越来越多地用来生产风轮机部件，诸如风轮机叶片。这样的工艺的示例包括：将胶衣施加到模具；将纤维材料铺叠于模具中；以及将胶粘剂施加到被模制部分。

用于风轮机叶片的现有技术生产系统示意性地例示在图1的平面图中。参照图1，该系统包括细长的模具组件10，在模具组件10中形成风轮机叶片的半壳12。模具组件10包括阴模14，该阴模14限定出大致凹陷的模具表面16，该模具表面16被大致平坦的模具凸缘18围绕。模具组件10从根端20到梢端22向内减缩，使得模具组件10的梢端22显著窄于根端20。

呈平台形式的走道24设置在模具组件10旁边。走道24被升高得明显离开地面，并且在生产叶片期间被人员广泛利用以方便检查并方便接近模具表面16和周边凸缘18。

一对平行的轨道26在模具组件10的相应纵向侧沿着工厂地板纵向延伸。轨道26设置在走道24外侧，并且距模具组件10足够的距离，为走道24留出空间。运输组件28布置在轨道26上。运输组件包括龙门30，该龙门30在模具组件10上方沿横向方向延伸。龙门30被一对竖直的侧支撑件32支撑，这一对侧支撑件32分别布置在模具组件10的相对纵向侧。侧支撑件32设置在轨道26上，并且运输组件28被构造成沿着轨道26行进，以在模具14上方沿纵向方向L移动龙门30。

具有合适的施加装置的机器人34安装在龙门30上，位于模具14上方。机器人34布置成沿着龙门30在横向方向T上移动。机器人34还可布置成相对于模具14竖直移动，并且可具有额外的旋转自由度，例如六轴龙门机器人。自动化生产系统的示例描述于WO2011/035539A1中。

参照图2，风轮机叶片通常由两个半壳12a、12b构成，这两个半壳12a、12b在两个并排的阴模14a、14b中分开制造。一旦半壳12a、12b已经模制好，就沿着壳12a、12b的前缘15a、15b和后缘17a、17b施加胶粘剂，并且一个模具被提升、转动而布置在另一个模具的顶部，将半壳12a、12b结合在一起以形成完整的叶片。为此，提升和转动机构36设置在模具14a、14b之间。

用于最新一代实用级风轮机的叶片长度为80米左右，并且根径为5米左右。因此应当认识的是，上述模具组件是巨大的。鉴于大尺寸的模具，应当认识的是，上述的以及WO2011/035539A1中的自动化生产系统生产起来是昂贵的并要占据相当大的工厂地板空间。必须还要考虑精心的设计来确保模具组件之间的轨道不会妨碍设置在该区域中的提升和转动机构36，反之亦然。

人们在不断努力来减少制造工艺成本，并且工厂地板空间也是短缺的。在此背景下，本发明旨在提供更紧凑便宜的生产设施来制造风轮机叶片。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于风轮机部件的生产系统，所述生产系统包括：细长的模具组件，所述模具组件在纵向方向上延伸，所述模具组件包括模具表面并且具有在所述纵向方向上变化的宽度；第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道分别限定在所述模具表面的相对两纵向侧，所述第一轨道和所述第二轨道纵向延伸；以及运输组件，所述运输组件能在所述纵向方向上相对于所述模具组件移动，所述运输组件包括分别布置成沿着所述第一轨道和所述第二轨道移动的一对侧支撑件和由这一对侧支撑件支撑在所述模具组件上方的龙门，所述龙门横向于所述纵向方向延伸，其特征在于，相应轨道之间的垂直距离沿着所述轨道的长度变化；并且所述运输组件被构造成使得：所述侧支撑件根据所述运输组件在所述纵向方向上移动时这些轨道之间的变化距离而在横向于所述纵向方向的方向上相对于彼此移动。

本发明的生产系统比现有技术系统更便宜并占据更少的工厂地板空间。相反，现有技术系统的轨道沿着模具组件的整个长度是平行的，本发明的轨道至少在某些位置不是平行的。轨道之间的变化间隔允许轨道遵循模具组件的轮廓，因而尤其在模具组件的相对较窄部分旁边，可以获得显著量的工厂地板空间用于其它目的。

轨道可设置在邻近模具的走道上，或者设置在模具凸缘上，以进一步减少所需的工厂空间并提高系统的紧凑性。可以设想的是，一个轨道可设置在模具凸缘上，另一个轨道设置在走道上。然而，在优选实施方式中，两个轨道均设置在相应的走道上，或者两个轨道均设置在模具凸缘上。与轨道设置在走道外侧的系统比较，这些布置进一步减少了龙门的所需宽度，因而系统的材料成本大大减少。

应当认识到的是，所述生产系统适用于生产其它的风轮机部件，诸如叶片的翼梁或翼梁各部分。

本发明还提供了一种制造细长的风轮机部件的方法，所述方法包括：提供在纵向方向上延伸的细长的模具组件，所述模具组件包括模具表面并且具有在所述纵向方向上变化的宽度；将第一轨道和第二轨道分别限定在所述模具表面的相对两纵向侧，所述轨道纵向延伸并且所述轨道之间的垂直距离沿着所述轨道的长度变化；提供运输组件，所述运输组件包括分别布置成沿着所述第一轨道和所述第二轨道移动的一对侧支撑件和由这一对侧支撑件支撑在所述模具组件上方的龙门，所述龙门横向于所述纵向方向延伸；在所述纵向方向上相对于所述模具组件移动所述运输组件；借助所述运输组件将材料沉积于所述模具中；以及使所述侧支撑件根据所述运输组件在所述纵向方向上移动时所述轨道之间的变化距离而在横向于所述纵向方向的方向上相对于彼此移动。

本发明的其它可选特征叙述于从属权利要求中，应当认识到的是，当以设备用语表述时本文中所要求保护的或者就本发明以其它方式叙述的可选特征同样可应用至以方法用语表述的本发明，反之亦然。

附图说明

图1和图2已经在上文以本发明背景技术的方式加以描述。为了使本发明可更容易理解，现在将参考附图描述本发明的示例，其中：

图3是根据本发明实施方式的风轮机叶片生产系统的平面图，其中一对轨道设置在模具旁边的相应走道上，并且包括龙门式机器人的运输组件布置在轨道上；

图4是图3的生产系统的横截面图；

图5a是图4所示的龙门式机器人的细节图；

图5b是图5a的龙门式机器人的变型例；

图6a是图3和图4的运输组件的轮单元的端视图；

图6b是图6a的轮单元的侧视图；

图6c是图6a和图6b所示的轮单元的变型例的侧视图；

图7a示出了在图3的运输组件的龙门和侧支撑件之间的铰接式球接头；

图7b示出了三轴万向接头，替代图7a所示的球接头；

图7c示出了龙门和侧支撑件之间的伸缩连接；

图8是穿过图3的生产系统的横截面，示出了位于模具各侧的走道处于不同高度的区域内的龙门；

图9是辊组件的近视图，包括用于改变侧支撑件高度的致动器；

图10示出了使之与另一走道齐平而构建成的一个走道；

图11是图3的生产系统的变型例的平面图，其中轨道设置在模具凸缘上；

图12是图11的生产系统的横截面图；

图13示出图6a的轨道和轮单元的变型例；以及

图14示出了图7a至图7c中的在龙门和侧支撑件74之一之间进行联接的实施方式的另选方案的两个竖直截面图。

具体实施方式

参照图3，以平面图示出了根据本发明实施方式的用于风轮机叶片的生产系统40。生产系统40包括模具组件42，模具组件42包括阴模44，该阴模44用于风轮机叶片的半壳46。模具44包括凹陷的模具表面48，模具表面48被基本平坦的模具凸缘50围绕。在该示例中，模具44大约80米长，并且根端52处的直径大约为5米。模具44包括前缘54和后缘56，前缘54和后缘56均从模具44的根端52到模具44的梢端58以大致纵向方向L延伸。前缘54比较直，而后缘56呈现出显著的曲率。如图3所示，后缘56最初从模具44的根端52向外弯曲到最大弦60的区域，此后从最大弦60向内弯曲到模具44的梢端58。因而，模具44的宽度沿纵向方向L变化，使得模具44的梢端58显著窄于根端52。模具44的宽度在本文中限定为前缘54和后缘56之间的弦向距离。

第一走道62设置在模具组件40的前缘54旁边，第二走道64设置在模具组件40的后缘56旁边。走道62、64包括升高得明显离开地面的平台，并且允许人员接近并检查模具44。第一走道62基本是直的，而第二走道64大致按照后缘56的曲率。

第一轨道66设置在第一走道62上，第二轨道68设置在第二走道64上。第一轨道66基本是直的，而第二轨道68是依据模具44的后缘56的曲率被大致弯曲的。由于模具44的宽度变化，第一轨道66和第二轨道68之间的垂直距离D沿着模具44的长度变化。轨道66、68之间的垂直距离D在模具44的最大弦60处最大，并且在模具44的梢端58附近最小。

比较图1与图3，应当认识的是，生产系统40占据比现有技术系统显著更小的工厂地板空间。这首先因为提供了弯曲轨道68，弯曲轨道68遵循模具44的后缘56的轮廓。与现有技术中的直轨道26相比，弯曲轨道68导致可从叶片变窄的后缘56的邻近部分获得显著的地板空间，例如最大弦60与模具44的梢端58之间。其次，本系统40所需的工厂地板空间量凭借将轨道66、68设置在邻近模具组件42的走道62、64上而减少，这与现有技术所采用的设置在这些走道62、64外侧的工厂地板上的布置相反。

运输组件70布置在轨道66、68上。运输组件70包括采取导轨形式的龙门72，其被支撑在模具44上方。龙门72横跨模具44在弦向方向C上延伸。另外参照图4的横截面视图，龙门72由一对竖直的侧支撑件74支撑，这一对侧支撑件74分别布置在模具44的相对两纵向侧。

机器人76安装在龙门72上。机器人76更详细地示出在图5a中。参照图5a，机器人76布置成在弦向方向C上凭借驱动单元78沿着龙门导轨72移动。机器人76还能够沿竖直方向80移动，并且改变其相对于龙门导轨72的倾斜度82。机器人76包括末端执行器单元84，末端执行器单元84支撑一卷要放置于模具44中的纤维片材料。随着运输组件70沿着轨道66、68移动，纤维材料从卷退绕并放置于模具44中。该工艺可完全自动化，或半自动化，例如纤维材料可手动放置于模具44中，其中在该半自动化手动铺叠工艺期间，运输组件70方便进行材料处理。应当认识的是，运输组件70和/或末端执行器单元84的移动可以手动地或自动地控制。

在其它示例中，末端执行器单元84可包括胶粘剂或胶衣施加器，或任何其它合适的龙门安装式设备，诸如用于将纤维丝束沉积在模具44中的自动化纤维铺放单元。如圆形箭头86所指示的，末端执行器单元84还可旋转，以能够精确控制其相对于模具表面48(图3)的取向。图5b示出该系统的变型例，其中机器人更换为简单的辊组件88，辊组件88从龙门导轨72上的安装点90悬垂。

再次参照图3，运输组件70布置成沿着设置在各自走道62、64上的各自轨道66、68行进，以在模具上方纵向地移动龙门72。龙门72可沿着模具44的整个长度移动。在龙门72在模具44上方沿纵向方向L移动时，龙门72的有效宽度根据轨道66、68之间的变化间隔D而变化。龙门72的有效宽度由各自侧支撑件74之间的距离限定。

为了改变龙门72的有效宽度，在运输组件70沿纵向方向L移动时，侧支撑件74在弦向方向C上朝向或远离彼此移动。用于实现该弦向运动的机构将在下文更详细地进行描述。龙门72的两个纵向位置在图3中以实施例示出。在第一位置，运输组件70位于最大弦60的位置，而在第二位置，运输组件70位于模具44的梢端58附近。运输组件70各自的侧支撑件74在第一位置相对较远地间隔开，并且在第二位置相对并拢。

如图4所示，轮单元92设置在每个侧支撑件74的基部94处。这些轮单元92之一更详细地示出在图6a和图6b的近视图中。参照这些图，轮单元包括分别安装在水平前轴98的相对两端处的一对前轮96以及分别安装在水平后轴102的相对两端处的一对后轮100。前轴98和后轴102分别由前转向块104和后转向块106支撑。转向块104、106借助各自的前竖直主轴112和后竖直主轴114以可旋转的方式安装到竖直的侧支撑件74的基板110的下侧108。如圆形箭头116和118表示的，转向块104、106布置成绕由相应的竖直主轴112、114限定的相应竖直轴线117、119转动，以实现轮单元92的转向。

如图6a所示，走道62、64上的轨道66、68各自包括采取直立凸缘形式的第一引导导轨120和第二引导导轨122。第一引导导轨120和第二引导导轨122之间的间隔大约等于(但稍微大于)各自前轮对96的外侧124之间的间隔和后轮对100的外侧124之间的间隔，使得轮单元92容纳在导轨120、122之间。导轨120、122引导并约束轮单元92使之沿着图3所示的轨道66、68。在运输单元70沿纵向方向L移动时，转向块104、106绕由相应主轴112、114限定的竖直轴线117、119转动，以实现轮单元92沿着轨道68的弯曲部分的转向。参照图6c，图6c示出图6a和图6b的轮单元的变型例。在图6c中，转向架组件92a借助主轴112a以枢转的方式安装到侧支撑件74的基部94。转向架组件92a包括底盘104a，两个轮对96、100安装到底盘104a上。在使用中，转向架组件92a绕由主轴112a限定的竖直轴线117a旋转，以实现沿着轨道68的弯曲部分的转向。

再次参照图4，龙门导轨72以可滑动的方式安装到竖直的侧支撑件74的上端126。龙门导轨72和侧支撑件74之间的联接采取如图7a所示的铰接式球接头128的形式。龙门导轨72可在细长的通道129内滑动，通道129通过竖直的侧支撑件74和球128而限定。轴承部件131设置在通道129内部介于龙门导轨72和球128之间，以便于龙门导轨72在弦向方向C上相对于侧支撑件74平稳滑动。例如，轴承部件131可由辊或滑动接触轴承来提供。

滑动球接头128允许当运输组件70纵向移动时侧支撑件74在弦向方向C上相对于彼此移动，以改变龙门72的有效宽度。当侧支撑件74转动时，球接头128用来维持龙门导轨72和细长通道129之间的同轴对准。这防止龙门导轨72在相对于侧支撑件74滑动时发出碾轧声。图7b示出了三轴万向接头130，这可用作图7a所示的球接头128的替代例。

如图3所示，龙门导轨72和侧支撑件74之间的滑动关系的实现在于，当运输组件70定位在模具44的相对较窄部分上时，龙门导轨72在模具44的后缘侧56从侧支撑件74显著突出。

参照图7c，在本发明的变型例中，在龙门导轨72和侧支撑件74之间采用伸缩连接。在该实施方式中，相应的侧支撑件74的上端126均设置有水平的外管状构件136，龙门导轨72以可滑动的方式接收在外管状构件136内。随着轨道66、68之间的间隔发生变化，外管状构件136以伸缩的方式关于龙门导轨72移动，允许侧支撑件74在弦向方向C上相对于彼此移动，以改变龙门72的有效宽度。

参照图8，在模具44的一些区域之中，前缘54和后缘56可具有不同的高度。在这些区域中，在前缘54和后缘56旁边的相邻走道62、64也具有不同的高度，因而走道62、64上的轨道具有不同的高度。如图8所示，这可以导致龙门导轨72朝向模具44的下侧向下倾斜。为了对此进行调整，末端执行器单元84的竖直位置可动态受控。可替代地，如图8中的虚线区域138所指示的，侧支撑件74的高度可动态受控。为避免疑义，为了清楚起见，轨道和轮单元已经从图8略去。

参照图9，图9示出了气动致动器140，气动致动器140设置在轮单元92和竖直的侧支撑件74的基部94之间。取决于走道62、64之间变化的高度差，控制致动器140以升高或降低侧支撑件74的高度，从而在龙门72在模具44上方纵向移动时使龙门导轨72维持基本水平。

参照图10，不是以动态的方式改变侧支撑件74的高度，而是走道62、64可替代地在模具44的相对较低区域中使用块144或其它合适的部件建成，使得模具44每侧的轨道66、68沿着模具44一直处于基本相同的高度。

生产系统的另一变型例示出于图11的平面图中。在该示例中，轨道66、68设置在模具凸缘50上，而非设置在走道62、64上。上述系统的其它特征还可采用该布置。便利地，该示例中的走道62、64被轨道66、68阻碍。图12示出图11的生产系统的横截面，示出支撑在模具凸缘上的运输组件70。为避免疑义，为了清楚起见已从图12略去轨道和轮单元。

图13示出图6a的轨道和轮单元的变型例。参照图13，在该布置中，轨道由单个直立凸缘146限定，并且侧支撑件74布置成在凸缘146旁边滚动。侧臂147安装到侧支撑件74的基部94。侧臂147垂直于竖直的侧支撑件74延伸。侧臂147设置有一对轮148，这一对轮148布置成绕一对竖直轴150转动。轮148分别设置在凸缘146的相对两侧，并且布置成将侧臂147夹紧到凸缘146。凸缘146布置成按照模具的曲率，并且可设置在走道或模具凸缘上。

图14示出了上述参考图7a至图7c在龙门导轨72和侧支撑件74之一之间进行联接的实施方式的另选方案。龙门导轨72设置成具有中空的矩形横截面的钢梁的形式。龙门导轨72延伸通过固定到侧支撑件74顶部的辊保持器741。辊保持器741也具有中空的矩形横截面，使其壁平行于龙门导轨72的相应壁进行取向。在辊保持器741内部，安装了辊742。辊742适于在龙门梁72的外表面上滚动。图14所示的实施方式与参考图6c的上述转向架组件适当结合，即其中转向架组件以枢转的方式安装到侧支撑件74的基部。

在不偏离如以下权利要求所限定的本发明的范围的情况下，可做出上述示例的各种修改。例如，设想替代实施方式，其中轨道设置在走道外侧，例如设置在工厂地板上。在这样的示例中轨道之间的变化间隔仍允许轨道遵循模具的轮廓，因而与采用沿着模具整个长度的平行直轨道的现有技术示例比较，腾出邻近模具组件的工厂地板空间。

Claims (18)

1.一种用于风轮机部件的生产系统，所述生产系统包括：

细长的模具组件，所述模具组件在纵向方向上延伸，所述模具组件包括模具表面并且具有在所述纵向方向上变化的宽度；

第一轨道和第二轨道，所述第一轨道和所述第二轨道分别限定在所述模具表面的相对两纵向侧，所述第一轨道和所述第二轨道纵向延伸；以及

运输组件，所述运输组件能在所述纵向方向上相对于所述模具组件移动，所述运输组件包括分别布置成沿着所述第一轨道和所述第二轨道移动的一对侧支撑件和由这一对侧支撑件支撑在所述模具组件上方的龙门，所述龙门横向于所述纵向方向延伸，

其特征在于，

相应轨道之间的垂直距离沿着所述轨道的长度变化；并且

所述运输组件被构造成使得：所述侧支撑件根据所述运输组件在所述纵向方向上移动时这些轨道之间的变化距离而在横向于所述纵向方向的方向上相对于彼此移动。

2.根据权利要求1所述的生产系统，所述生产系统进一步包括设置在所述模具组件旁边的走道，其中所述轨道之一设置在所述走道上。

3.根据权利要求2所述的生产系统，所述生产系统包括分别设置在所述模具组件的第一纵向侧和第二纵向侧旁边的第一走道和第二走道，其中所述第一轨道和所述第二轨道分别设置在所述第一走道和所述第二走道上。

4.根据权利要求1或权利要求2所述的生产系统，其中，所述模具表面至少部分地被模具凸缘围绕，并且其中至少一个所述轨道设置在所述模具凸缘上。

5.根据权利要求4所述的生产系统，其中，两个所述轨道均设置在所述模具凸缘上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，其中，至少一个所述轨道遵循所述模具组件的轮廓。

7.根据权利要求6所述的生产系统，其中，所述轨道之间的距离在所述模具组件变窄的方向上减少。

8.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，其中，至少一个所述轨道限定出弯曲路径。

9.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，其中，所述龙门关于一个或两个侧支撑件以可滑动的方式进行安装。

10.根据权利要求9所述的生产系统，其中，所述龙门关于至少一个所述侧支撑件以伸缩的方式进行布置，以实现所述侧支撑件横向于所述纵向方向的相对运动。

11.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，所述生产系统进一步包括位于所述龙门和至少一个所述侧支撑件之间的铰接接头。

12.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，其中，至少一个所述侧支撑件的基部设置有轮，所述轮能够相对于所述侧支撑件转动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的生产系统，其中，所述运输组件包括用于在所述运输组件沿所述纵向方向移动时以动态方式改变至少一个所述侧支撑件的高度的部件。

14.一种制造细长的风轮机部件的方法，所述方法包括：

提供在纵向方向上延伸的细长的模具组件，所述模具组件包括模具表面并且具有在所述纵向方向上变化的宽度；

将第一轨道和第二轨道分别限定在所述模具表面的相对两纵向侧，所述轨道纵向延伸并且所述轨道之间的垂直距离沿着所述轨道的长度变化；

提供运输组件，所述运输组件包括分别布置成沿着所述第一轨道和所述第二轨道移动的一对侧支撑件和由这一对侧支撑件支撑在所述模具组件上方的龙门，所述龙门横向于所述纵向方向延伸；

在所述纵向方向上相对于所述模具组件移动所述运输组件；

借助所述运输组件将材料沉积于所述模具中；以及

使所述侧支撑件根据所述运输组件在所述纵向方向上移动时所述轨道之间的变化距离而在横向于所述纵向方向的方向上相对于彼此移动。

15.根据权利要求14所述的方法，所述方法进一步包括：将至少一个所述轨道设置在所述模具组件旁边的走道上。

16.根据权利要求14或权利要求15所述的方法，所述方法进一步包括：将至少一个所述轨道设置在模具凸缘上，所述模具凸缘至少部分地围绕所述模具表面。

17.根据权利要求14至16中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：根据所述第一轨道和第二轨道之间的变化高度差来改变至少一个所述侧支撑件的高度，从而在所述运输组件在所述纵向方向上移动时使所述龙门维持在基本水平的取向上。

18.根据权利要求1至13中的任一项所述的生产系统，其中，所述模具组件包括用于风轮机叶片的模具；或者根据权利要求14至17中的任一项所述的方法，其中所述细长的部件是风轮机叶片。