CN110678316A - 用于扫掠转子叶片的单向纤维预制件的连续剪切成型的设备 - Google Patents

Abstract

一种设备能够以连续的方式取出预制件（10）并产生扫掠转子叶片（50）。所述设备具有馈送器框架（2），预制件在第一方向上移动跨过该馈送器框架（2）。主要框架（4）相对于馈送器框架（2）移动，并且使得预制件在不同于第一方向的第二方向上移动。为了避免在创建扫掠转子叶片（50）期间在预制件（10）中形成褶皱，张力分量可以被施加到馈送角度以便形成用于变形的剪切角度。

Description

用于扫掠转子叶片的单向纤维预制件的连续剪切成型的设备

技术领域

公开的实施例大体上涉及转子叶片。

背景技术

风力涡轮使用风力转子叶片以便产生电力。风力涡轮机及其叶片的持续发展导致了不同类型的叶片的创建。这些不同类型的叶片有助于风力涡轮实现负载、能量捕获和/或质量效益。已经开发的一种类型的叶片是扫掠转子叶片。

扫掠转子叶片是具有弯曲的“扫掠”外观的类型的转子叶片。此外，直叶片可以具有弯曲轮廓。制造这些转子叶片类型的问题在于，单向纤维预制叶片部件可以没有以足够的方式沿循扫掠设计。由于无法以平滑连续的方式创建转子叶片的扫掠特征，叶片的性能可以受到损害。

发明内容

简而言之，本公开的方面涉及提供用于成型风力涡轮中的扫掠转子叶片的方法和设备。

本公开的一方面可以是用于成型转子叶片的方法。所述方法可以包括：在第一方向上将被安装在馈送器框架上的预制件馈送通过具有第一滚动轴线的第一对辊且通过具有第二滚动轴线的第二对辊，其中，第二滚动轴线可在垂直于第一滚动轴线的方向上相对于第一滚动轴线移动，由此形成用于预制件的张力分量；将预制件馈送到被可移动地连接到馈送器框架的主要框架，其中，主要框架在水平平面中延伸并且可在第二方向上相对于第一方向移动，由此形成馈送角度γ；移动主要框架，以致馈送角度γ大于零，其中，张力分量和馈送角度γ形成剪切角度β；以及使用剪切角度β由预制件成型扫掠转子叶片。

本公开的另一方面可以是用于成型用于风力涡轮的转子叶片的设备。该设备可以包括：在第一方向上延伸的馈送器框架，其中，预制件卷轴被安装在馈送器框架上；定位在馈送器框架上的具有第一滚动轴线的第一对辊和具有第二滚动轴线的第二对辊，其中，第二滚动轴线可在垂直于第一滚动轴线的方向上相对于第一滚动轴线移动，由此形成用于预制件的张力分量；主要框架，其在第二方向上被可移动地连接到馈送器框架，由此形成馈送角度γ，并且其中，预制件沿着第一对辊和第二对辊移动由此形成张力分量，并且沿着处于馈送角度γ的主要框架移动以便形成剪切角度β以用于成型扫掠转子叶片。

本发明的又一方面可以是用于成型用于风力涡轮的叶片的设备。该设备可以包括：在水平平面中延伸的馈送器框架，其中，预制件卷轴被安装在馈送器框架上；邻近馈送器框架定位的主要框架，其中，预制件从馈送器框架移动到主要框架；用于随着预制件移动通过设备而在预制件中形成馈送角度γ的器具；用于随着预制件移动通过设备而在预制件中形成张力分量的器具；并且其中，用于形成馈送角度γ的器具和用于形成张力分量的器具一起形成剪切角度β以成型扫掠转子叶片。

附图说明

图1示出了与本文中所公开的剪切设备一起使用的预制件的俯视图。

图2是剪切设备的俯视图。

图3是剪切设备的侧视图。

图4是与预制件一起使用的辊的等轴侧视图。

图5是与预制件一起使用的辊的另一视图。

图6是具有分开的传送带组件的剪切设备的实施例的侧视图。

图7是图6中所示的实施例的俯视图。

图8是具有柔性传送卷轴的剪切设备的实施例的侧视图。

图9是图8中所示的剪切设备的实施例的俯视图。

图10示出了跨过预制件的宽度的不同位置处的柔性传送卷轴的横截面图。

图11是剪切设备的实施例的侧视图。

图12是图11中所示的实施例的俯视图。

图13是使用被单独控制的辊组件的剪切设备的实施例的侧视图。

图14是图13中所示的实施例的俯视图。

图15示出了扫掠风力转子叶片。

具体实施方式

为了促进本公开的实施例、原理和特征的理解，在下文中参考说明性实施例中的实施方式来解释它们。不过，本公开的实施例不限于在所描述的系统或者方法中使用。

在下文中被描述为构成各种实施例的部件和材料旨在为说明性的而非限制性的。将执行与本文中所描述的材料相同或类似的功能的许多合适的部件和材料旨在被包含在本公开的实施例的范围内。

优选地在成型扫掠转子叶片时，构成叶片的材料以不损害或很少损害叶片性能的方式被剪切。也就是说，叶片能够以连续方式被成型而不必使用独立的叶片部件。发明人已经意识到，通过具有随着预制件材料移动通过设备而能够连续调整预制件材料的剪切角度的设备，扫掠转子叶片能够以该方式成型。

参考图1，示出了被成型为具有剪切角度β的一件预制件10。预制件10可以是单向缝合的纤维垫。不过，应该理解的是，可以使用其它类型的材料，诸如具有其它取向的增强织物，只要它们是可剪切变形的（例如具有0/90或±45纤维取向的织物）。

图1中所示的纤维股11中的每个成比例放大以便于理解和可视性。剪切角度β影响纤维股11中的每个相对于未变形纤维股11的纵向方向延伸的方向。在可完全变形材料中，这样的方向变化可以通过如下事项实现：(a) 整个预制件10的平面中弯曲（其中，外部纤维股11分别伸长和缩短，并且横向纤维股11保持垂直于边缘）或者(b) 剪切变形，其中，纤维股11彼此平行地移位（并且所有的纤维股11保留其长度），仅在纤维股11的水平处弯曲，因此横向线与垂直于预制件边缘的纤维股11包围剪切角度β。干预制件中的增强通常不允许明显的伸长或收缩并且因此在这里考虑剪切变形。剪切角度β的大小由预制件10的“锁定角度”约束，（锁定角度<β<锁定角度）。锁定角度是纤维股11开始以有害方式彼此干涉的角度。超出锁定角度的剪切变形将导致预制件褶皱。锁定角度由材料的类型和编织的性质确定。在工艺期间，剪切设备100应该优选地避免锁定角度，由此避免扫掠转子叶片50的构造中的可能错误。

图2是被用于成型扫掠转子叶片50（在图15中示出了其示例）的剪切设备100的俯视图。图3是被用于成型扫掠转子叶片50的剪切设备100的侧视图。将参考图2和图3二者来描述本文中描述的剪切设备100的实施例。

在一些实施例中，剪切设备100被形成为具有馈送器框架2和主要框架4。馈送器框架2和主要框架4是剪切设备100的在上面安装和/或容纳剪切设备100的各种部件的那些部分。馈送器框架2和主要框架4可以是矩形形状的或者是能够适应剪切设备100的各种部件且还能够执行连续剪切的任何其它形状。

馈送器框架2以可移动方式被连接到主要框架4。在图2和图4所示的实施例中，主要框架4以经由竖直铰链和旋转致动器8的可移动方式被连接到馈送器框架2。不过，应该理解的是，移动的能力的提供不限于旋转致动器8，并且可以使用用于移动的其它器具，诸如导轨或柔性连接件，只要它们允许框架2和4在预制件的平面中的相对旋转。

旋转致动器8可以定位在馈送器框架2的任一端处，并且能够为主要框架4提供随着预制件10移动通过剪切设备100而相对于预制件10的第一方向D1（如图2中所示）向左或向右旋转的能力。

主要框架4相对于馈送器框架2的移动形成馈送角度γ。图2中所示的馈送角度γ是大于零的角度。角度大于零意味着预制件10正在移动的方向将不是第一方向D1。换言之，如果第一方向D1是沿直线以零度角度移动，则馈送角度γ是以零度之外的角度。随着其移动通过剪切设备100，馈送角度γ相对于第一方向D1转变成在第二方向D2上的移动。剪切设备100相对于模具在与D2相反的方向上移动，从而放下预制件10。该移动通过控制门式起重机（未示出）或搬运设备的机器人（未示出）而发生。馈送角度γ能够基于扫掠转子叶片50的期望最终形状而调整。在预制件10移动跨过剪切设备100的同时馈送角度γ可以自动改变。通过在预制件10正移动的同时改变馈送角度γ，提供了预制件10的连续剪切。“连续”意味着可以在不停止预制件10的展开且连续变化（不是逐步的）改变馈送角度γ和相关联的剪切角度β的情况下成型扫掠转子叶片50的整个形状。

馈送器框架2具有被安装在其上的预制件卷轴13，该预制件卷轴13保持预制件10。一对传送条带3可以在第一方向D1上以受控速度和角度从预制件卷轴13拉动预制件10。应该理解的是，虽然在该实施例中仅示出了一对传送条带3，但是可以使用更多对。此外，虽然示出传送条带3，但是该条带3可以用卷轴代替。

预制件10从馈送器框架2移动到主要框架4。主要框架4具有一组传送条带12，其将预制件10从馈送器框架2拉动到主要框架4。主要框架4经由旋转致动器8被可移动地安装到馈送器框架2。所示的旋转致动器8是定位在馈送器框架2上的液压致动器。不过，旋转致动器8可以是使得馈送器框架2相对于主要框架4旋转的任何装置，诸如电动、液压或气动步进马达、齿轮马达；铰链和线性致动器的组合，诸如例如也在图7中被示出。

主要框架4经由馈送角度γ相对于馈送器框架2移动。如上文讨论，馈送角度γ是可变的并且能够在预制件10移动通过剪切设备100期间变化。这能够被完成以为扫掠转子叶片50创建各种形状。

当主要框架4经由馈送角度γ相对于馈送器框架2移动时，预制件10然后将在第二方向D2上移动。随着预制件10在第二方向D2上移动，预制件10必须被拉紧。如果预制件10没有被拉紧，则能够在预制件10中产生褶皱。褶皱是指预制件10的一部分弯曲（buckle）或不均匀地平滑。为了避免褶皱，剪切设备100应该能够通过跨过织物的宽度施加受控差动位移（拉动）（这可以强行实施股的平行移位并且因此强行实施等于馈送角度γ的期望剪切变形）来适应并控制可变剪切变形。为了解决保持预制件10拉紧的需求，张力分量被施加到预制件10。张力分量能够以各种方式被施加到预制件10，如下文所讨论。

随着预制件10移动通过剪切设备100，预制件10可以以第一速度移动跨过馈送器框架2，而随着预制件10移动跨过主要框架4，其可以跨过预制件10的宽度以与第一速度不同的第二速度移动。应该注意，纤维股11可以不伸长而是承载张力。对于在每个纤维股11处的恒定剪切角度β而言，在第一方向D1和第二方向D2上的速度的大小是相同的。仅当剪切角度β改变时，才在不同于第一方向D1的第二方向D2上存在不同的速度的大小。在第二方向上的速度跨过预制件10的宽度线性变化。在第二方向D2上的速度等于在第二方向上的速度加上剪切角度β相对于时间的导数乘以距致动器8的旋转轴线（即主要框架4中的预制件10的中心）的距离。这使得纤维股11彼此平行地移位并且赋予剪切角度β变形并且通过控制剪切角度β等于馈送角度γ而避免褶皱。

预制件10以不同速度的移动能够被完成以便避免在预制件10中产生缺陷。不过，依赖于剪切角度β和第二对辊6的位置，预制件10移动通过剪切设备100的速度能够是相同的。也就是说，预制件10移动通过剪切设备100的速度的速率能够跨过预制件10的宽度被调整以便避免在预制件10中形成缺陷。第二对辊6的速度和位置的变化能够形成张力分量，这能够有助于避免在预制件10中形成褶皱。

剪切辊组件20也能够起到防止在预制件10中形成缺陷的作用并/或消除对旋转致动器8的需要。图4和图5中示出了剪切辊子组件20。剪切辊子组件20包括第一对辊子5、第二对辊子6和第三对辊子7。

现在将讨论第二对辊6相对于第一对辊5和第三对辊7的移动。第一对辊5的直径和第三对辊7的直径可以是相同的并且在其整个长度上恒定。此外，第二对辊6的直径可以与第一对辊5相同并且在其整个长度上恒定。

第一对辊5具有第一滚动轴线a1，第二对辊6具有第二滚动轴线a2，并且第三对辊7具有第三滚动轴线a3。辊轴线是延伸通过第一对辊5、第二对辊6和第三对辊7的中心并对应于第一对辊5、第二对辊6和第三对辊7的纵向轴线的成对轴线。在剪切设备100的操作期间，第一滚动轴线a1和第三滚动轴线a3可以相对于彼此保持平行。第二滚动轴线a2适于相对于第一滚动轴线a1和第三滚动轴线a3移动。

第二滚动轴线a2的移动相对于第一滚动轴线a1和第三滚动轴线a3处于垂直方向上。第二滚动轴线a2相对于第一滚动轴线a1和第三滚动轴线a3的移动形成角度α。随着预制件10移动通过剪切设备100，形成的角度α为预制件10提供张力分量。该张力分量提供与馈送器框架2的移动类似的效果。第二滚动轴线a2的角度α对应于预制件10的馈送角度γ的一半。角度α是第二滚动轴线a2相对于第一滚动轴线a1倾斜的角度。该角度α通过使得成对第二卷轴6绕沿其长度定位的中心点p1枢转而形成。具有大于零的角度α意味着第二滚动轴线a2已经相对于其它滚动轴线移动。通过提供张力分量和馈送角度γ，形成了剪切角度β并且预制件10被剪切。以此方式能够成型扫掠转子叶片。

在剪切设备100内可以采用能够实现为预制件10提供剪切角度β并成型扫掠转子叶片的目标的其它实施例和部件。

图6和图7中示出了另一实施例，其中，分开的带组件25被使用在剪切设备100中。在此，预制件10从预制件卷轴13绕下。预制件10移动跨过馈送器框架2并移动到分开的带组件25。

分开的带组件25是由两个带卷轴26和分开的带27形成的分开的传送带。通过与主要框架4的移动同步地平行偏移或偏斜支撑分开的带27的两个带卷轴26来实现控制差动位移以便实现剪切变形。这在预制件10的移动期间这提供了能够有助于避免在预制件10中形成褶皱的张力分量。

偏斜动作也与馈送器框架2相对于主要框架4的移动同步以便形成剪切角度β。主要框架4、分开的带组件25和馈送器框架2的移动经由旋转致动器8的移动来实现，这形成了馈送角度γ。旋转致动器8可以是使得主要框架4相对于馈送器框架2旋转的气动或液压驱动的装置。馈送角度γ被示为水平的但也能够被应用为竖直的。通过使用分开的带组件25创建张力分量并且形成馈送角度γ，形成了剪切角度β并且预制件10被剪切。以此方式能够成型扫掠转子叶片。为了促进该工艺，球形接触表面（凹或凸的）可以被设置在分开的带27的元件和带卷轴26之间。

转向图8至图10，示出了使用柔性传送辊35的剪切设备100的实施例。柔性传送辊35是一对接触辊，预制件10通过其。柔性传送辊35由覆盖有柔性衬套（例如橡胶）的刚性芯（例如坚硬的金属管或圆筒）制成。

通过改变在预制件10的任一侧上的柔性传送辊35的轴线之间的距离，张力分量能够被施加到预制件10。移动经由箭头图示。距离的改变导致跨过预制件10的宽度的线性变化，从而导致张力分量。

在正使用旋转致动器8来改变馈送器框架2相对于主要框架4的剪切角度β的同时施加张力分量，该调整剪切织物并避免褶皱。一旦达到新的剪切角度β，则柔性传送卷轴35返回到中立（neutral）（即跨过宽度具有一致的有效直径）。通过这样做，预制件10被剪切并且能够成型扫掠转子叶片。

转向图11和图12，公开了剪切设备100的另一实施例。在该实施例中，辊组件20被使用以便代替旋转致动器8并创建馈送角度γ。这能够与之前讨论的任何机构组合以施加张力分量以剪切预制件并避免褶皱。剪切设备100相对模具（未示出）的移动以及在织物和模具（未示出）之间的摩擦也能够有助于形成馈送角度γ和张力分量，因此形成剪切角度β。

转向图13和图14，示出了剪切设备100的另一实施例。在该实施例中，剪切辊组件20能够提供张力分量。单独受控的辊组件55被使用以便形成剪切角度β。单独受控的辊组件55由被安装在公共固定轴57上的能够被单独控制的多个接触辊56形成。这能够经由使用被安装在辊毂中的步进马达来实现。通过步进马达的相位控制，实现了在改变剪切角度β的同时控制差动位移，而在剪切角度β恒定时，驱动器同步地操作。这也可以通过使用扭转弹簧将各个剪切辊安装到单个从动轴来实现。在该实施例中，单独的剪切辊能够形成张力分量和馈送角度γ以便创建剪切角度β。

使用剪切设备100能够降低与扫掠转子叶片相关联的成本并避免褶皱的形成。附加地，剪切设备100将减少为了构造扫掠转子叶片所需的时间，因为剪切能够以连续的方式发生。这代替了以递增的方式成型叶片的需要。附加地，以连续的方式成型扫掠转子叶片的能力能够增加能够考虑的设计的数量。使用连续成型能够消除剪切-纽结线的存在。

虽然已经以示例性形式公开了本公开的实施例，但是对于本领域技术人员将明显的是，能够在不脱离如在所附权利要求中陈述的本发明及其等同物的精神和范围的情况下，在实施例中做出许多修改、添加和删除。

Claims (17)

1.一种用于成型转子叶片的方法，包括：

在第一方向上将被安装在馈送器框架（2）上的预制件（10）馈送通过具有第一滚动轴线的第一对辊（5）且通过具有第二滚动轴线的第二对辊（6），其中，所述第二滚动轴线能够在垂直于所述第一滚动轴线的方向上相对于所述第一滚动轴线移动，由此形成用于所述预制件的张力分量；

将所述预制件（10）馈送到被能够移动地连接到所述馈送器框架（2）的主要框架（4），其中，所述主要框架（4）在水平平面中延伸并且能够在第二方向上相对于所述第一方向移动，由此形成馈送角度γ；

移动所述主要框架（4），以致所述馈送角度γ大于零，其中，所述张力分量和所述馈送角度γ形成剪切角度β；以及

使用所述剪切角度β由所述预制件（10）成型扫掠转子叶片（50）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述馈送器框架（2）具有被安装在其上的一对传送条带（3），以用于使得预制件（10）朝向所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）移动。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述馈送器框架（2）具有定位在其上的第三对辊（7），其中，第三滚动轴线平行于所述第一滚动轴线。

4.根据权利要求1-3中的任一项所述的方法，其中，所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）具有恒定直径。

5.根据权利要求1-4中的任一项所述的方法，其中，所述主要框架（4）具有安装在其上的传送条带（12）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述预制件（10）经由所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）以第一速度移动，并且所述预制件（10）跨过所述传送条带（12）的宽度以不同的速度移动。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一速度和第二速度是相同的，并且所述预制件（10）在所述第一方向上移动跨过所述馈送器框架（2）并且在所述第二方向上移动跨过所述主要框架（4）。

8.根据权利要求1-7中的任一项所述的方法，其中，所述预制件（10）被连续地剪切。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，成型的扫掠转子叶片（50）没有褶皱。

10.一种用于成型用于风力涡轮的转子叶片的设备，包括：

馈送器框架（2），所述馈送器框架（2）在第一方向上延伸，其中，预制件卷轴（13）被安装在所述馈送器框架上；

定位在所述馈送器框架上的具有第一滚动轴线的第一对辊（5）和具有第二滚动轴线的第二对辊（6），其中，所述第二滚动轴线能够在垂直于所述第一滚动轴线的方向上相对于所述第一滚动轴线移动，由此形成用于所述预制件（10）的张力分量；

主要框架（4），所述主要框架（4）在第二方向上被能够移动地连接到所述馈送器框架（2），由此形成馈送角度γ；以及

其中，预制件（10）沿着所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）移动从而形成张力分量，并且沿着处于馈送角度γ的所述主要框架（4）移动以便形成剪切角度β以用于成型扫掠转子叶片（50）。

11.根据权利要求10所述的设备，还包括被安装在所述馈送器框架（2）上的一对传送条带（3），以用于使得预制件（10）朝向所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）移动。

12.根据权利要求11所述的设备，还包括定位在所述馈送器框架（2）上的第三对辊（7），其中，第三滚动轴线平行于所述第一滚动轴线。

13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一对辊（5）和所述第二对辊（6）适于使得所述预制件（10）以第一速度移动，并且所述传送条带（12）适于使得所述预制件（10）跨过所述预制件（10）的宽度以不同的速度移动。

14.一种用于成型用于风力涡轮的叶片的设备，包括：

馈送器框架（2），所述馈送器框架（2）在水平平面中延伸，其中，预制件卷轴（10）被安装在所述馈送器框架（2）上；

主要框架（4），所述主要框架（4）邻近所述馈送器框架（2）定位，其中，预制件（10）从所述馈送器框架（2）移动到所述主要框架（4）；

用于随着所述预制件（10）移动通过所述设备而在所述预制件（10）中形成馈送角度γ的器具；

用于随着所述预制件（10）移动通过所述设备而在所述预制件（10）中形成张力分量的器具；以及

其中，用于形成馈送角度γ的器具和用于形成张力分量的器具一起形成剪切角度β以成型扫掠转子叶片（50）。

15.根据权利要求14所述的设备，其中，用于形成馈送角度γ的器具是旋转致动器（8）。

16.根据权利要求14所述的设备，其中，用于形成馈送角度的器具是辊组件（20），所述辊组件（20）具有相对于第一滚动轴线a1和第三滚动轴线a3形成角度α的第二滚动轴线a2。

17.根据权利要求14所述的设备，其中，用于形成张力分量的器具和用于形成所述馈送角度γ的器具通过单独受控的辊（55）的组件来实现以形成所述剪切角度β。

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