CN112008993A - 制造风力涡轮机叶片的模具和制造风力涡轮机叶片的方法 - Google Patents

制造风力涡轮机叶片的模具和制造风力涡轮机叶片的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及制造风力涡轮机叶片的模具和制造风力涡轮机叶片的方法。一种用于制造风力涡轮机叶片（6）的模具（1），包括：下部模具部件（2）；以及上部模具部件（4），其中，所述下部模具部件（2）和所述上部模具部件（4）形成呈风力涡轮机叶片（6）的形状的模具型腔（5），并且所述上部模具部件（4）包括至少两个上部模具部分（7）。生产车间的所需的地板到天花板高度降低，并且起重机的所需起重能力降低。

Description

制造风力涡轮机叶片的模具和制造风力涡轮机叶片的方法
技术领域
本发明涉及用于制造风力涡轮机叶片的模具以及用于使用该模具来制造风力涡轮机叶片的方法。
背景技术
照常规，用于风力涡轮机的叶片在封闭模具中制造，该模具具有处于上部和下部模具部件内的模芯，从而形成呈风力涡轮机叶片的形状的模具型腔（mold cavity）。EP 1310 351 B1公开了这样的工艺，其中，在将纤维材料和芯材料放置在模具型腔中之后，施加真空，并且经由填充管注入可固化的树脂状基质。之后，通过施加热使该树脂状基质固化。
在这样的工艺中使用的上部模具部件具有高重量，并且因此，需要具有高起重能力的起重机，以将它提升到下部模具部件上和从下部模具部件提离。适当的起重机是昂贵的投资。此外，起重机还可能在时间方面构成瓶颈，这是因为当需要将上部模具提升到下部模具上或从下部模具提离时，需要获得起重机以及起重机操作者。
除此之外，上部模具部件还需要足够的结构刚度，并且因此是高的结构。当被提升到下部模具部件上或从下部模具部件提离时，上部模具部件需要被提升得足够高，以在布置在模具型腔内的风力涡轮机叶片和风力涡轮机叶片根部上方具有间隙。由于这个原因，上部模具部件设置了生产车间中地板到天花板高度的要求。较大的地板到天花板高度会增加建筑成本，而较低的地板到天花板高度会限制可在现有的生产车间中制造的叶片的尺寸。
发明内容
本发明的一个目的在于提供用于制造风力涡轮机叶片的改进的模具和方法。
因此，提供了一种用于制造风力涡轮机叶片的模具。该模具包括下部模具部件和上部模具部件，其中，该下部模具部件和该上部模具部件形成呈风力涡轮机叶片的形状的模具型腔，并且该上部模具部件包括至少两个上部模具部分。
该模具是有利的，原因在于，对于给定的叶片尺寸，对生产车间的地板到天花板高度的要求降低，这是因为不再需要将上部模具部件提升到风力涡轮机叶片的高度之上。此外，也降低了对于生产车间中的起重机能力的要求，这是因为与形成单件的上部模具部件相比，每个上部模具部分都具有较小的重量。因此，具有较低起重能力的起重机就足够了。
根据一个实施例，所述上部模具部分中的至少一个被构造成相对于所述下部模具部件侧向移动和/或旋转，以打开所述模具型腔。
侧向移动意味着上部模具部分相对于下部模具部件执行横向（水平）移动。旋转意味着上部模具部分围绕平行于风力涡轮机叶片的纵向轴线的旋转轴线执行移动。
根据另一实施例，所述上部模具部分中的至少一个被可移动地连接到所述下部模具部件，以打开和封闭所述模具型腔。
“可移动地连接”包括连接上部模具部分和下部模具部件并且允许相对位移和/或旋转的装置。
根据另一实施例，所述上部模具部分中的至少一个被可旋转地连接到所述下部模具部件，以打开和封闭所述模具型腔。
可旋转的连接可利用连接上部模具部分和下部模具部件的铰链来实现，其中，这些铰链可优选地附接到下部模具部件的侧壁。
根据另一实施例，所述模具包括导轨，所述导轨构造成为了打开所述模具型腔，而将所述上部模具部分中的一个从所述模具型腔封闭的位置引导到所述上部模具部分与所述下部模具部件相邻定位并且所述模具型腔打开的位置。
这使得模具能够易于操作。
根据另一实施例，所述上部模具部分中的至少一个被构造成用作脚手架，以供工人站立其上并进入到所述模具型腔中。
这具有如下优点，即：当模具打开时，上部模具部分甚至发挥作用，因此使得不必要使用附加的脚手架，并且由此，节省了生产车间中的空间。
根据另一实施例，所述脚手架通过如下方式来设置，即：使所述上部模具部分相对于所述下部模具部件旋转到所述上部模具部分与所述下部模具部件相邻的位置。
根据另一实施例，所述脚手架通过如下方式来设置，即：使所述上部模具部分相对于所述下部模具部件侧向和向下移动到所述上部模具部分与所述下部模具部件相邻的位置。
根据另一实施例，所述脚手架被构造成当所述上部模具部分中的至少一个已相对于所述下部模具部件侧向移动和/或旋转以打开所述模具型腔时旋转，以便形成水平平台。
根据另一实施例，所述模具包括致动器，所述致动器构造成使所述上部模具部分中的至少一个侧向移动和/或使所述上部模具部分中的至少一个旋转。
这具有如下优点，即：可在无需外部或附加起重机的情况下进行模具的打开和封闭。所述致动器例如是液压活塞或由电动马达驱动的螺旋轴（threaded spindle）。
根据另一实施例，所述上部模具部分沿所述风力涡轮机叶片的纵向轴线分开，和/或其中，所述上部模具部分沿所述风力涡轮机叶片的横向轴线分开。
设置沿纵向轴线以及横向轴线分开的上部模具部件具有如下优点，即：可获得多个翼展方向的上部模具部分，这些上部模具部分由于减轻的重量和较小的尺寸而进一步便利了每个上部模具部分的处理。此外，由于上部模具部分更轻并且需要更少的材料，因此降低了成本。
根据另一实施例，所述模具包括密封装置，所述密封装置构造成使所述上部模具部分抵靠彼此密封，其中，优选地，所述密封装置被布置在所述上部模具部分的外表面上或者布置在所述上部模具部分之间。
所述密封装置被构造成在树脂灌注工艺期间维持真空。
根据另一方面，本发明涉及一种用于使用前述模具来制造风力涡轮机叶片的方法。
根据一个实施例，所述方法包括使上部模具部分中的至少一个相对于下部模具部件侧向移动和/或使上部模具部分中的至少一个相对于下部模具部件旋转，以提供对下部模具部件的接近。
根据另一实施例，所述风力涡轮机叶片通过热压罐工艺和/或树脂灌注工艺和/或通过对模具型腔施加真空而在所述模具内制造。
所述树脂例如是环氧树脂。封闭的模具型腔内的纤维（玻璃、碳等）的叠层使用真空以树脂来灌注。施加热以固化树脂。
参考本发明的设备描述的实施例和特征在加以必要的修改后适用于本发明的方法。
本发明的其他可能的实施方式或替代方案还包括本文未明确提及的上文所述或下文关于实施例所述的特征的组合。本领域技术人员还可向本发明的最基本形式添加个别或孤立的方面和特征。
附图说明
结合附图，通过后续的描述和从属权利要求，本发明的其他实施例、特征和优点将变得显而易见，附图中：
图1以剖面图示出了根据一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具；
图2以剖面图示出了根据另一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具；
图3以剖面图示出了根据又一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具；
图4以剖面图示出了根据一个实施例的用于模具的密封装置；
图5以剖面图示出了根据另一个实施例的用于模具的密封装置；
图6以剖面图示出了根据又一个实施例的用于模具的密封装置；
图7以剖面图示出了当模具型腔封闭时未适当地彼此对准的两个上部模具部分；
图8以剖面图示出了由未对准的上部模具部分造成的凹部，该凹部以填充物填充；以及
图9示出了一流程图，其图示了使用所述模具来制造风力涡轮机叶片的方法。
在附图中，除非另有指示，否则相同的附图标记标示相同或功能上等同的元件。
具体实施方式
图1示出了根据一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具。
模具1包括布置在生产车间的地板3上的下部模具部件2以及上部模具部件4。下部模具部件2和上部模具部件4可形成呈风力涡轮机叶片6的形状的模具型腔5。上部模具部件4包括两个上部模具部分7，这两个上部模具部分7例如可使用起重机布置在下部模具部件2上。
根据图1的实施例，（固化的）风力涡轮机叶片6位于下部模具部件2的型腔5中。为了接近型腔5，上部模具部分7侧向移动，如箭头所示。因此，风力涡轮机叶片6露出，而无需将上部模具部分7提升到风力涡轮机叶片6的最大高度（该高度对应于图1中的z方向）之上。
因此，上部模具部件4侧向（所述方向表示为y）分成两个上部模具部分7，即在水平方向上并且相对于风力涡轮机叶片6的纵向方向x成直角地分成两个上部模具部分7。此外，上部模具部件4也可在x方向上分成多个上部模具部分（未示出）。
将上部模具部分7放置在下部模具部件2a（封闭的模具型腔5）上以及再次将该上部模具部分7移除（打开的模具型腔5）可使用具有提升轭架（lifting yoke）的起重机来实现，以均匀地分配由上部模具部分7造成的载荷。或者，如图2中所示，设置液压活塞20，其被构造成使每个上部模具部分7移动，以便打开和封闭模具型腔5，特别是侧向地移动。
图2示出了根据另一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具。
根据图2的实施例，上部模具部分7被可移动地连接到下部模具部件2，以打开和封闭模具型腔5。箭头指示了从两个上部模具部分7都与下部模具部件2相邻定位并且模具型腔5打开的位置到模具型腔5封闭的位置的移动。
在当前情况下，上部模具部分7借助于铰链8来可旋转地连接到下部模具部件2。相应的旋转轴线平行于风力涡轮机叶片6（纵向方向x）延伸。当布置在中间位置（在完全打开和封闭位置之间，以虚线表示）时，上部模具部分7可用作脚手架19，以站立其上并进入到模具型腔5中。或者，在上部模具部分7已旋转到其完全打开位置的情况下，脚手架19可旋转以提供水平平台。
图3示出了根据又一个实施例的用于制造风力涡轮机叶片的模具。
根据该实施例，模具1包括导轨9，该导轨9被构造成为了打开模具型腔5，而将上部模具部分7从模具型腔5封闭的位置引导到上部模具部分7与下部模具部件2相邻定位并且模具型腔5打开的位置。在当前情况下，仅处于右侧上的上部模具部分7与下部模具部件2相邻定位。
处于图3的右侧上的上部模具部分7用作脚手架19，以供工人10站立其上并进入到模具型腔5中。脚手架19通过如下方式来设置，即：使上部模具部分7相对于下部模具部件2侧向和向下移动到上部模具部分7与下部模具部件2相邻的位置。例如，上部模具部分7使用在导轨9中滑动的杆11来连接到导轨9。
图4示出了根据一个实施例的用于模具1的密封装置12。
被密封装置12被构造成使上部模具部分7抵靠彼此密封，并且被布置在上部模具部分7的外表面上。根据本实施例，密封装置12包括板13以及夹在板13与上部模具部分7之间的密封件14。
图5示出了根据另一个实施例的用于模具1的密封装置12。
图5中的密封装置12被布置在上部模具部分7之间。为此目的，上部模具部分7的端部部分配有凸缘15，并且密封件14被布置在凸缘15之间。
图6示出了根据又一个实施例的用于模具1的密封装置12。
图6的密封装置12也被布置在上部模具部分7之间。每个上部模具部分7都包括形成台阶15的端部部分，其中，该台阶15彼此互补地形成。此外，密封件14被布置在台阶15之间，以将上部模具部分7连接到彼此。
图7示出了当模具1封闭时未适当地彼此对准的两个上部模具部分7。
这样的未对准可能是由于在上部模具部分7的制造期间可能出现的公差而造成的。为了避免对风力涡轮机叶片6的制造的负面影响，附加的板16被定位在风力涡轮机叶片6和上部模具部分7之间。例如，该板16可由聚丙烯制成。通过设置这样的板16，可使上部模具部分7之间的过渡平滑，并且因此，可允许模具几何形状的更大公差。
图8示出了由未对准的上部模具部分7造成的凹部，该凹部以填充物填充。
在如下情况下，即：例如由于上部模具部分7的生产中造成的差异（variance），当模具1封闭时上部模具部分7未适当地彼此对准，并且板16未定位在风力涡轮机叶片6与上部模具部分7之间，可能造成凹部17。铸造的风力涡轮机叶片6中的这种凹部17通过如下方式来处理，即：在上部模具部分已侧向移动或旋转以获得接近风力涡轮机叶片6的机会之后，以合适的填充物18来填充该凹部17。
因此，该方法也在上部模具部分7的制造中允许模具几何形状的更大公差。因此，上部模具部分7可彼此对准，而不管它们的实际形状如何。
图9示出了一流程图，其图示了用于使用模具1来制造风力涡轮机叶片6的方法。
在步骤S1中，在将纤维材料和可能的其他芯材料放置在模具型腔5中以形成风力涡轮机叶片6之后，上部模具部分7相对于下部模具部件2侧向（并且可能向上）移动和/或旋转，以封闭模具型腔5。
在步骤S2中，通过热压罐工艺（autoclave process）和/或树脂灌注工艺和/或通过对模具型腔5施加真空，在模具1内制造风力涡轮机叶片6。
在步骤S3中，模具1通过如下方式来打开，即：使上部模具部分7侧向（并且可能向下）移动和/或使上部模具部分7相对于下部模具部件2旋转，以提供对下部模具部件2的接近。
然后，将铸造的风力涡轮机叶片6从模具型腔5中取出，这可能是在如结合图8所解释的那样进行处理之后。
尽管已根据优选实施例描述了本发明，但是对本领域技术人员而言显而易见的是，在所有实施例中修改都是可能的。

Claims (15)

1. 一种用于制造风力涡轮机叶片（6）的模具（1），包括：
下部模具部件（2），以及
上部模具部件（4），
其中，
所述下部模具部件（2）和所述上部模具部件（4）形成呈风力涡轮机叶片（6）的形状的模具型腔（5），以及
所述上部模具部件（4）包括至少两个上部模具部分（7）。
2.根据权利要求1所述的模具（1），其特征在于，所述上部模具部分（7）中的至少一个被构造成相对于所述下部模具部件（2）侧向移动和/或旋转，以打开所述模具型腔（5）。
3.根据权利要求1或2所述的模具（1），其特征在于，所述上部模具部分（7）中的至少一个被可移动地连接到所述下部模具部件（2），以打开和封闭所述模具型腔（5）。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的模具（1），其特征在于，所述上部模具部分（7）中的至少一个被可旋转地连接到所述下部模具部件（2），以打开和封闭所述模具型腔（5）。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的模具（1），还包括导轨（9），所述导轨（9）构造成为了打开所述模具型腔（5），而将所述上部模具部分（7）中的一个从所述模具型腔（5）封闭的位置引导到所述上部模具部分（7）与所述下部模具部件（2）相邻定位并且所述模具型腔（5）打开的位置。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的模具（1），其特征在于，所述上部模具部分（7）中的至少一个被构造成用作脚手架，以供工人（10）站立其上并进入到所述模具型腔（5）中。
7.根据权利要求6所述的模具（1），其特征在于，所述脚手架通过如下方式来设置，即：使所述上部模具部分（7）相对于所述下部模具部件（2）旋转到所述上部模具部分（7）与所述下部模具部件（2）相邻的位置。
8.根据权利要求6或7所述的模具（1），其特征在于，所述脚手架通过如下方式来设置，即：使所述上部模具部分（7）相对于所述下部模具部件（2）侧向和向下移动到所述上部模具部分（7）与所述下部模具部件（2）相邻的位置。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的模具（1），其特征在于，所述脚手架被构造成当所述上部模具部分（7）中的所述至少一个已相对于所述下部模具部件（2）侧向移动和/或旋转以打开所述模具型腔（5）时旋转，以便形成水平平台。
10.根据权利要求2-9中任一项所述的模具（1），还包括致动器（20），所述致动器（20）构造成使所述上部模具部分（7）中的至少一个侧向移动和/或使所述上部模具部分（7）中的至少一个旋转。
11.根据权利要求1-10中任一项所述的模具（1），其特征在于，所述上部模具部分（7）沿所述风力涡轮机叶片（6）的纵向轴线（x）分开，和/或其中，所述上部模具部分（7）沿所述风力涡轮机叶片（6）的横向轴线（y、z）分开。
12.根据权利要求1-11中任一项所述的模具（1），还包括密封装置（12），所述密封装置（12）构造成使所述上部模具部分（7）抵靠彼此密封，其中，优选地，所述密封装置（12）被布置在所述上部模具部分（7）的外表面上或者布置在所述上部模具部分（7）之间。
13.一种用于使用根据权利要求1-12中任一项所述的模具（1）来制造风力涡轮机叶片（6）的方法。
14.根据权利要求13所述的方法，还包括使上部模具部分（7）中的至少一个相对于下部模具部件（2）侧向移动和/或使上部模具部分（7）中的至少一个相对于下部模具部件（2）旋转，以打开模具型腔（5）。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述风力涡轮机叶片（6）通过热压罐工艺和/或树脂灌注工艺和/或通过对模具型腔（5）施加真空而在所述模具（1）内制造。
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