CN113382849A - 用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法 - Google Patents

用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113382849A
CN113382849A CN201880100688.7A CN201880100688A CN113382849A CN 113382849 A CN113382849 A CN 113382849A CN 201880100688 A CN201880100688 A CN 201880100688A CN 113382849 A CN113382849 A CN 113382849A
Authority
CN
China
Prior art keywords
mandrel
mold tool
resin
tool
film
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201880100688.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113382849B (zh
Inventor
陈旭
A·里亚希
T·默茨霍伊泽
J·A·谢泼德
L·龙德奥
S·I·希利
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Renovables Espana SL
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of CN113382849A publication Critical patent/CN113382849A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113382849B publication Critical patent/CN113382849B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/40—Shaping or impregnating by compression not applied
    • B29C70/42—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles
    • B29C70/44—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding
    • B29C70/443—Shaping or impregnating by compression not applied for producing articles of definite length, i.e. discrete articles using isostatic pressure, e.g. pressure difference-moulding, vacuum bag-moulding, autoclave-moulding or expanding rubber-moulding and impregnating by vacuum or injection
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/30—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core
    • B29C70/34—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation
    • B29C70/342—Shaping by lay-up, i.e. applying fibres, tape or broadsheet on a mould, former or core; Shaping by spray-up, i.e. spraying of fibres on a mould, former or core and shaping or impregnating by compression, i.e. combined with compressing after the lay-up operation using isostatic pressure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C33/00—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor
    • B29C33/44—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles
    • B29C33/48—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles with means for collapsing or disassembling
    • B29C33/485—Moulds or cores; Details thereof or accessories therefor with means for, or specially constructed to facilitate, the removal of articles, e.g. of undercut articles with means for collapsing or disassembling cores or mandrels
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29C—SHAPING OR JOINING OF PLASTICS; SHAPING OF MATERIAL IN A PLASTIC STATE, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; AFTER-TREATMENT OF THE SHAPED PRODUCTS, e.g. REPAIRING
    • B29C70/00—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts
    • B29C70/04—Shaping composites, i.e. plastics material comprising reinforcements, fillers or preformed parts, e.g. inserts comprising reinforcements only, e.g. self-reinforcing plastics
    • B29C70/28—Shaping operations therefor
    • B29C70/54—Component parts, details or accessories; Auxiliary operations, e.g. feeding or storage of prepregs or SMC after impregnation or during ageing
    • B29C70/546—Measures for feeding or distributing the matrix material in the reinforcing structure
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
    • B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
    • B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
    • B29D99/0028—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings hollow blades
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
    • B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
    • B29L2031/085—Wind turbine blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/302—Segmented or sectional blades
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Moulding By Coating Moulds (AREA)
  • Casting Or Compression Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Abstract

一种用于生产中空复合结构(诸如用于风力涡轮叶片的翼梁式梁)的方法包括将膜(116)放置在模具工具(110)内，膜对空气而言为可渗透的，并且对树脂而言为不可渗透的。心轴(108)放置在模具工具内，心轴包封在包括通气口(134)的不透空气层(126)中。纤维增强材料(104)在模具工具内围绕心轴放置，并且膜至少部分地围绕纤维增强材料和心轴密封。封闭模具工具，其中来自心轴的通气管线通过密封的膜延伸至模具工具的外部。在心轴通气至模具工具的外部时，在模具工具中抽吸真空，并且在抽吸真空时，树脂围绕心轴灌注到模具工具中，使得树脂被朝向膜抽吸。

Description

用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子 叶片的翼梁式梁的方法
技术领域
本主题大体上涉及中空复合结构的制造，并且更特别地涉及一种用于制造用于在风力涡轮转子叶片中使用的翼梁式梁的改进的方法。
背景技术
中空的纤维增强聚合物复合结构对于其结构性质而言，特别是对于在大型风力涡轮转子叶片中使用而言为期望的。近年来，用于风力发电的风力涡轮已在尺寸方面增大，以实现在发电效率以及发电量的方面的改进。与风力涡轮的尺寸方面的增大一起，风力涡轮转子叶片也已在尺寸方面显著地增大(例如，在长度方面高达55米)，从而造成在一体制造以及将叶片输送并且运输到某一地点的方面的困难。
在这方面，行业正开发分区段的风力涡轮转子叶片，其中，制造单独的叶片节段并且将其运输到某一地点，以用于组装成完整的叶片(“接头式”叶片)。在某些构造中，叶片节段通过从一个叶片节段展向地延伸到另一个叶片节段的接纳区段中的翼梁式梁结构而连结在一起。参考例如美国专利公布No. 2015/0369211，该专利公布描述了具有纵长地延伸的翼梁式梁结构的第一叶片节段，该翼梁式梁结构在结构上在接纳区段处与第二叶片节段连接。翼梁式梁结构形成用于叶片的内部支承结构的部分，并且是具有吸力侧翼梁帽和压力侧翼梁帽的箱形梁结构。多个螺栓接头位于梁结构上以用于与第二叶片节段的接纳端部连接，并且多个螺栓接头位于叶片节段之间的弦向接头处。
出于结构和重量考虑，期望的是，翼梁式梁结构为中空的纤维增强聚合物复合物，其由多种类型的材料(诸如玻璃织物、拉挤件、泡沫芯，以及复合预制品)组成。制作这样的复杂结构的常规过程是生产多个预制构件，并且然后使用结构粘合剂来将那些构件连结在一起。然而，这样的制造过程不仅造成损害翼梁式梁的结构完整性的风险，而且还为成本和劳动密集型的。
美国专利No. 6843953提供一种用于通过用于注射基质材料的注射方法来生产由干纤维复合预成型件制成的纤维增强塑料构件的方法。纤维复合预成型件布置在工具上，并且第一空间由布置在预成型件的至少一侧上的气体可渗透且基质材料不可渗透的膜产生，其中基质材料供给到第一空间中。第二空间由箔布置在第一空间与周围环境之间，该箔对气态材料和基质材料而言为不可渗透的。空气通过吸力来从第二空间移除，其中基质材料从贮存器被吸取到抽空的第一空间中。流动促进装置引起基质材料在面向流动促进装置的预成型件的表面上方的分布，因此引起基质材料竖直地穿透预成型件。
本发明针对一种如下的改进的方法：该方法用于生产中空纤维增强复合结构，诸如用于风力涡轮叶片的在上面论述的翼梁式梁结构，其中在限定几何形状的成型工具中铺层的所有干材料均匀地浸湿并且通过灌注树脂连结，其中在结构中具有最小空隙空间。
发明内容
本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。
在一个方面中，本公开针对一种用于生产中空复合结构(诸如风力涡轮叶片中的结构构件)的方法。该方法包括将膜放置在模具工具内，其中膜由对空气而言为可渗透的并且对树脂而言为不可渗透的材料形成。心轴放置在模具工具内，并且心轴包封在包括通气口的不透空气层中。纤维增强材料在模具工具内围绕心轴放置。纤维增强材料可包括已知材料中的任何一种或其组合，该已知材料通常在高强度、轻质结构构件的构建中使用，包括玻璃纤维材料、碳纤维材料、拉挤杆或板等。这样的材料在风力涡轮叶片的构建中为特别众所周知的。
该方法包括将膜至少部分地围绕纤维增强材料和心轴密封，以及封闭模具工具，同时来自心轴的通气管线通过密封的膜延伸至模具工具的外部。然后，在心轴通气至模具工具的外部时，在模具工具中抽吸真空。在抽吸真空时，树脂围绕心轴灌注到模具工具中，使得树脂抵靠膜被注射/抽吸。树脂可在膜与心轴之间的一个或多个位置处灌注到模具工具中。在树脂固化之后，从模具移除心轴和材料的组合。然后移除心轴，由此留下中空复合构件。
在该布置的情况下，由于不透空气层围绕心轴密封至自身，故当空气从用于树脂灌注的干纤维增强材料(“干铺层材料”)所占据的空间移除时，大气空气被抽吸到心轴与不透空气层之间的空间中，从而引起该空间膨胀并将树脂移位到其最关键的干铺层材料中。
可通过在与树脂灌注部位相反的膜的侧部处的一个或多个端口在模具工具中抽吸真空，使得树脂由真空通过包绕心轴的纤维增强材料抽吸至膜。
在特定的实施例中，该方法可包括将剥离层(诸如穿孔膜层)放置在纤维增强材料与膜之间。
在再一实施例中，该方法可包括将透气层放置在膜与模具工具之间。
在某些实施例中，膜可完全地包封纤维增强材料和心轴。在其它实施例中，膜可仅放置在围绕层压件的离散位置处，例如在已知的空隙区域处。在这方面，该方法可包括预测模具工具内的树脂流动模式并标识一个或多个空隙，在该空隙处树脂“最后填充”在模具工具内。膜可然后在对应于最后填充空隙的位置处放置在模具内，而没有将纤维增强材料和心轴完全地包封在膜内。
另外，该方法可包括在对应于最后填充空隙的位置处通过模具工具中的一个或多个端口抽吸真空。
模具工具可构造为阴模具工具或构造为阳模具工具。应当理解的是，本发明不受模具工具的类型或构造限制。
本发明不受由该方法形成的复合结构的类型或构造限制。在特定的实施例中，复合结构为箱形梁结构，其中，在树脂的固化之后，心轴通过箱形梁结构的端部处的开口取出。箱形梁结构可为用于风力涡轮转子叶片的翼梁结构，特别是用于连接接头式风力涡轮叶片中的叶片构件的翼梁结构。在这方面，心轴可由可压缩材料(诸如泡沫材料)形成，其中该方法包括在将心轴通过箱形梁结构中的开口取出之前，在心轴上抽吸真空，以压缩心轴。可通过包绕心轴的不透空气层中的通气口或通过不透空气层中的不同真空端口来抽吸真空。如果箱形梁结构渐缩有压缩心轴可通过其取出的较小的开放端部和较大的封闭端部，则该实施例为特别有益的。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入本说明书中并构成本说明书的部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于阐释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述本发明(包括其最佳模式)的针对本领域普通技术人员的完整且能够实现的公开，在附图中：
图1图示根据本公开的具有第一叶片节段和第二叶片节段的接头式风力涡轮转子叶片；
图2是具有翼梁式梁构件的第一叶片节段的实施例的透视图；
图3是可根据本发明的方法实施例生产的中空复合结构的透视图；
图4a至图4f描绘根据本发明的实施例的顺序方法步骤；以及
图5a和图5b描绘关于使用可压缩心轴的实施例。
具体实施方式
现在将详细地参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过本发明的阐释而非本发明的限制的方式提供。实际上，对本领域技术人员而言将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出多种修改和变型。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用以产生再一个另外的实施例。因此，意图的是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。
大体上，本主题针对一种用于生产中空复合结构的方法，其中，用作模具中的成型件的心轴不可通过复合结构中的开口移除。应当认识到，该方法不限于复合结构的特定类型或预期用途。然而，该方法在用于风力涡轮叶片的生产中的渐缩的复合梁结构的制造方面具有特定有用性，并且在这方面，本方法及相关联的心轴的示例性的非限制性实施例在本文中参考用于接头式风力涡轮叶片的生产中的翼梁式梁结构而阐释。
参考图1和图2，描绘接头式转子叶片28，接头式转子叶片28具有从弦向接头34沿相反方向延伸的第一叶片节段30和第二叶片节段32。第一叶片节段30和第二叶片节段32通过内部支承结构36连接，内部支承结构36延伸到叶片节段30、32两者中，以便于叶片节段30、32的连结。箭头38示出：图示的示例中的分节段式转子叶片28包括两个叶片节段30、32，并且，这些叶片节段20、32通过将叶片节段30的内部支承结构36插入到第二叶片节段32中而连结。
特别地参考图2，第一叶片节段30包括翼梁式梁结构40，翼梁式梁结构40形成内部支承结构36的部分，并且纵长地(例如，展向)延伸，以用于在结构上与第二叶片节段32连接。翼梁式梁结构40可作为从翼梁区段42突出的延伸部而与第一叶片节段30一体地形成，由此形成延伸的翼梁区段。翼梁式梁结构40是具有与吸力侧翼梁帽46和压力侧翼梁帽48连接的相反的抗剪腹板44的箱形梁复合结构。端部结构54连接到翼梁式梁结构44并且包括螺栓管52。
尽管未在图中描绘，但第二叶片节段包括接头线34处的接纳区段，其中，翼梁式梁结构44滑动到接纳区段中，以连结叶片节段30、32。螺栓管52配合到接纳区段的端面中的接纳狭槽中。
如提到的，本方法对于制造翼梁式梁结构44而言可为特别有用的，然而这并非该方法的限制性实施例。
翼梁式梁结构44在纤维材料铺层和固化过程中制造为纤维增强复合结构。翼梁式梁结构44可具有渐缩轮廓，其从较大(横截面面积)封闭端部120(图3)渐缩至开放的较小端部122。在该构造的情况下，常规刚性心轴在制造过程中可能不合适，因为这样的心轴不可容易地通过翼梁式梁结构44的小端部122移除，如下面更详细地论述的。
本公开提供一种用于生产中空复合结构102(图3)(诸如类似于上面论述的翼梁式梁结构44的中空纤维增强构件)的方法。方法100的实施例在图4a至图4f中描绘。
图4a描绘在常规纤维铺层和固化过程中使用的第一模具工具(阴)110。结构构件102的外表面由模具工具110的内表面限定。
在图4b中，膜材料116放置在模具工具110中。该材料116被选择成对空气而言为可渗透的，但对树脂流而言为不可渗透的。该膜材料116的示例为VAP®(真空辅助过程)膜。本领域技术人员将认识到，具有这些性质的其它材料可为可用的，并且本发明不限于作为膜116的任何特定材料。
图4b还描绘透气(或“间隔”)层124，其在膜116与模具工具110之间放置在模具工具110中。该透气层124为空气可渗透的，并且当在模具工具110中抽吸真空时，用于维持膜116与模具工具110的内表面隔开。该透气层的示例为Airtech Econoweave透气材料。本领域技术人员将认识到，具有这些性质的其它材料可为可用的，并且本发明不限于作为透气层124的任何特定材料。
图4b还描绘邻近膜116放置在模具工具110中的剥离层118。剥离层118在纤维材料铺层和树脂固化过程中的使用在本领域中为众所周知的。大体上，剥离层118为不容易被树脂粘附的多孔材料，诸如穿孔尼龙薄膜或尼龙织物。通过使用该剥离层118，在复合结构从模具工具110移除时，向外流动超出纤维增强材料的多余树脂容易从复合结构102“剥离”开。
图4c描绘纤维增强材料104在模具工具110中邻近剥离层118的放置。合适的纤维增强材料104对本领域技术人员而言为众所周知的，并且可包括玻璃层、矿物纤维以及聚合物纤维的任何组合，包括玻璃纤维、金属纤维或碳纤维。纤维增强材料104可包括聚合物纤维，诸如芳香族聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯或芳纶纤维。纤维材料104可包括不同类型的纤维材料，并且可形成复合材料。纤维材料104可呈单向或多向纤维、预浸料、纤维板或纤维垫的形式。在图中描绘的实施例中，纤维增强材料104在对应于上面论述的翼梁式梁结构40的翼梁帽46、48的位置处包括碳拉挤杆106。拉挤杆106增加最终复合结构102(特别是翼梁式梁结构44)的翼梁帽区段的结构完整性。
图4c还描绘纤维垫或板107在模具110中的放置，纤维垫或板107将用于向翼梁式梁结构44的抗剪腹板构件44增加结构刚性。
图4d描绘心轴108在模具110中的放置。心轴108可为刚性结构，或者可由具有刚性中性状态(未压缩状态)的可压缩材料114形成，可压缩材料114具有对应于复合结构102的期望形状的限定形状和在中性状态下的刚性，以在纤维增强材料104、106、107的铺层和固化期间维持限定形状。心轴108由不透空气层126包封。通气管线134与不透空气层126一起构造，以在树脂灌注过程期间对心轴空间进行通气。应当认识到的是，本方法还包括多个心轴108在模具110中的使用和放置，这取决于梁结构的设计。例如，如果梁结构具有由腹板分离的独立的中空空间，则使用单独的心轴108来限定相应的中空空间。
图4d还描绘在不透空气层126与纤维增强材料104之间到模具工具110中的树脂灌注/注射部位136。应当认识到的是，多个灌注部位136可围绕心轴108并沿着模具工具110纵向地构造。
图4e描绘额外的纤维增强材料104(诸如额外的碳拉挤件106和/或玻璃纤维层)在心轴108之上的放置。额外的拉挤件106将向翼梁式梁结构40的相反的翼梁帽提供结构刚性和强度。通气管线134延伸通过纤维增强材料104或在纤维增强材料104之间延伸，纤维增强材料104放置在心轴108的顶部上。
图4e还描绘折叠并密封在额外的纤维增强材料104的顶部之上的剥离层118、膜116以及透气层124。通气管线134还延伸通过层118、116和124。
在图4f中，第二模具工具112(模具帽)安装在纤维/心轴铺层之上。通气管线134还延伸通过模具工具112中的端口。真空端口138构造在模具工具112中。认识到的是，可提供多个真空端口138，以用于在树脂灌注过程期间在模具110/112中抽吸真空。
树脂灌注和固化过程以图4f的构造进行，其中在通过一个或多个真空端口138在模具110/112中抽吸真空时，树脂通过一个或多个树脂注射部位136注射。当围绕心轴108抽吸真空时，在树脂抵靠膜116被抽吸/注射时，在纤维增强材料104中和周围的空气通过膜116抽空。由不透空气层126包封的心轴空间经由通气管线134通气。在预先存在的空气从由干铺层材料占据的空间抽空时，大气空气通过通气管线134吸入到不透空气层与心轴之间的空间中，并且因此使不透空气层126充气。由于干铺层材料在真空之下变得固结(并且它们的厚度在某个时间段内减小)，故不透空气层126与心轴之间的空间相应地膨胀。
在树脂已固化之后，移除模具工具112并且从模具工具110移除复合结构102。心轴108通过复合结构102的开放端部移除。移除通气管线134。从复合结构102周围移除剥离层118、膜116以及透气层124。任何数量的精加工过程此时可在复合结构102上执行。
在某些实施例中，膜116可完全地包封纤维增强材料104和心轴108，如在描绘的实施例中那样。在其它实施例中，膜116可仅放置在围绕心轴108的离散位置处，例如在树脂未完全地灌注的已知空隙区域处。在这方面，方法可包括预测模具工具110/112内的树脂流动模式，并且标识一个或多个空隙，在该空隙处树脂“最后填充”在模具工具110/112(其包括可根本不填充的空隙)内。膜116可然后在对应于最后填充空隙的位置处放置在模具110内，而没有将纤维增强材料104和心轴108完全地包封在膜116内。从成本的观点来看，该构造可为有益的，因为其使膜116的使用最小化至仅最需要膜116的区域。
另外，方法可包括将模具工具110/112中的真空端口138定位在对应于最后填充空隙的位置处，使得在空隙位置处直接地抽吸真空，以将树脂进一步抽吸到空隙中。
如提到的，尽管初始模具工具110在图中描绘为阴工具，但是应当认识到的是，方法100可同样容易地利用阳工具执行，并且本发明不受模具工具110/112的类型或构造限制。
同样如上面论述的，本发明不受由方法100形成的复合结构102的类型或构造限制。在特定的实施例中，复合结构102为箱形梁结构，其中，在树脂的固化之后，心轴108通过箱形梁结构的端部处的开口取出。参考图5a和图5b，复合结构102可为用于风力涡轮转子叶片28的渐缩箱形梁翼梁结构40(图2和图3)，其具有封闭的梁端部120和较窄的开放梁端部122。在该实施例中，心轴108可由可压缩材料(诸如泡沫材料)形成，其中方法100包括在将心轴108通过箱形梁结构中的窄开口122取出之前，在心轴108上抽吸真空，以压缩心轴。可使用真空源130来通过包绕心轴108的不透空气层中的通气口134或通过不同的真空端口132抽吸真空，这造成心轴108的压缩和收缩。不透空气层126可例如为喷射或以其它方式施加在泡沫材料之上的弹性材料，或者泡沫材料滑动到其中的弹性袋、包裹物或套筒。
用于形成心轴108的全部或部分的可压缩材料的类型可变化。在特定的实施例中，可压缩材料可为具有中性状态的任何合适的固体聚合物泡沫材料，该泡沫材料具有足够的刚性，以在纤维材料铺层和固化过程期间维持该泡沫材料的限定形状。在特定的实施例中，特别是出于成本考虑，固体泡沫材料可为开孔泡沫材料。固体泡沫材料可为大体上与开孔泡沫相比而刚性更大但显著地更昂贵的闭孔泡沫材料。另外，如果利用闭孔泡沫，则闭孔泡沫必须可经由真空的施加来足够地压缩，以便从结构构件102移除心轴108。
本书面描述使用示例来公开本发明(包括最佳模式)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构元件，或如果这样的其它示例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构元件，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (15)

1.一种用于生产中空复合结构的方法，包括：
将膜放置在模具工具内，所述膜对空气而言为可渗透的，并且对树脂而言为不可渗透的；
将心轴放置在所述模具工具内，所述心轴包封在包括通气口的不透空气层中；
将纤维增强材料在所述模具工具内围绕所述心轴放置；
将所述膜至少部分地围绕所述纤维增强材料和心轴密封；
封闭所述模具工具，来自所述心轴的通气管线通过密封的所述膜延伸至所述模具工具的外部；
在所述心轴通气至所述模具工具的外部时，在所述模具工具中抽吸真空；以及
在抽吸所述真空时，将树脂围绕所述心轴灌注到所述模具工具中，使得所述树脂被朝向所述膜抽吸。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述树脂在所述膜与所述心轴之间的一个或多个位置处灌注到所述模具工具中。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过在与树脂灌注部相反的所述膜的侧部处的一个或多个端口在所述模具工具中抽吸所述真空，使得所述树脂由所述真空通过包绕所述心轴的所述纤维增强材料抽吸至所述膜。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将剥离层放置在所述纤维增强材料与所述膜之间。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将透气层放置在所述膜与所述模具工具之间。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述膜完全地包封所述纤维增强材料和所述心轴。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括预测所述模具工具内的树脂流动模式并标识一个或多个空隙，在所述一个或多个空隙处，所述树脂最后填充在所述模具工具内，所述膜在对应于所述最后填充空隙的位置处放置在所述模具内，而没有将所述纤维增强材料和所述心轴完全地包封在所述膜内。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括预测所述模具工具内的树脂流动模式并标识一个或多个空隙，在所述一个或多个空隙处，所述树脂最后填充在所述模具工具内，在对应于所述最后填充空隙的位置处通过所述模具工具中的一个或多个端口抽吸所述真空。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述模具工具为阴工具或阳工具中的一种。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述复合结构为箱形梁结构，在所述树脂的固化之后，所述方法包括将所述心轴通过所述箱形梁结构的端部处的开口取出。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述心轴由可压缩材料形成，所述方法包括在将所述心轴通过所述箱形梁结构中的所述开口取出之前，在所述心轴上抽吸真空，以压缩所述心轴。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过包绕所述心轴的所述不透空气层中的所述通气口抽吸所述真空。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述箱形梁结构渐缩有所述压缩心轴通过其取出的较小的开放端部和较大的封闭端部。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述箱形梁结构为用于风力涡轮转子叶片的翼梁结构。
15.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括将包封在具有通气口的不透空气层中的多个所述心轴放置在所述模具中，其中所述心轴中的每个限定所述复合结构中的中空空间。
CN201880100688.7A 2018-12-11 2018-12-11 用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法 Active CN113382849B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/US2018/064832 WO2020122863A1 (en) 2018-12-11 2018-12-11 Method for manufacturing a fiber reinforced polymer composite beam, particularly a spar beam for a wind turbine rotor blade

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113382849A true CN113382849A (zh) 2021-09-10
CN113382849B CN113382849B (zh) 2023-06-23

Family

ID=65237125

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201880100688.7A Active CN113382849B (zh) 2018-12-11 2018-12-11 用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法

Country Status (11)

Country Link
US (1) US11628634B2 (zh)
EP (1) EP3894192B8 (zh)
JP (1) JP7282890B2 (zh)
CN (1) CN113382849B (zh)
AU (1) AU2018452695A1 (zh)
CA (1) CA3122754A1 (zh)
DK (1) DK3894192T3 (zh)
ES (1) ES2976334T3 (zh)
MX (1) MX2021006924A (zh)
PL (1) PL3894192T3 (zh)
WO (1) WO2020122863A1 (zh)

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB903734A (en) * 1957-10-05 1962-08-15 Alfred Kepka Processes for the manufacture of hollow articles from reinforced synthetic resins
DE10253100A1 (de) * 2002-11-13 2004-05-27 Fritzmeier Composite Gmbh & Co. Formteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
CN101094762A (zh) * 2004-11-30 2007-12-26 Lm玻璃纤维制品有限公司 使用半渗透膜的真空浸渍
WO2010007162A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Euro-Composites S.A. Process for manufacturing a hollow body of fibre plastic composite
CN102198729A (zh) * 2010-03-25 2011-09-28 西门子公司 可膨胀芯棒
CN102216057A (zh) * 2008-10-06 2011-10-12 空中巴士运作公司 一种凹形尤其截面为u型的复合材料件的制造方法及其实施装置
CN102814996A (zh) * 2012-08-24 2012-12-12 中国人民解放军国防科学技术大学 大型风电叶片混杂复合材料翼梁的制备方法
CN104149359A (zh) * 2005-10-28 2014-11-19 通用电气公司 风涡轮转子叶片的制造方法
US20150343714A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Airbus Defence and Space GmbH Apparatus and Method for Infiltration of Fiber Material with Resin for the Production of a Fiber Composite Component
CN105555510A (zh) * 2013-09-10 2016-05-04 庞巴迪公司 形成复合构件的方法和用于其的组件
CN106239787A (zh) * 2015-06-08 2016-12-21 西门子公司 用于叶片制造的混合实心-可充气心轴
CN107035422A (zh) * 2015-12-28 2017-08-11 通用电气公司 带中跨护罩的涡轮转子叶片

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5258159A (en) 1990-05-02 1993-11-02 The Budd Company Process for making a fiber reinforced fuel tank
US5213476A (en) 1990-07-02 1993-05-25 Hudson Products Corporation Fan blade
DE10013409C1 (de) 2000-03-17 2000-11-23 Daimler Chrysler Ag Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von faserverstärkten Bauteilen mittels eines Injektionsverfahrens
DK176335B1 (da) 2001-11-13 2007-08-20 Siemens Wind Power As Fremgangsmåde til fremstilling af vindmöllevinger
US7811495B2 (en) 2005-01-26 2010-10-12 University Of Maine System Board Of Trustees Composite construction members and method of making
US20080136060A1 (en) 2006-12-08 2008-06-12 Gkn Westland Aerospace, Inc. System and method for forming and curing a composite structure
EP2123431B1 (en) 2008-05-21 2011-03-02 Siemens Aktiengesellschaft Method for manufacturing a composite
JP2010023317A (ja) 2008-07-17 2010-02-04 Toyota Motor Corp 中空成形品の製造方法及び装置
DE102009026456A1 (de) 2009-05-25 2010-12-16 Airbus Operations Gmbh Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
JPWO2014115668A1 (ja) 2013-01-24 2017-01-26 東レ株式会社 中空成形品の成形方法および繊維強化プラスチックの製造方法
US20150369211A1 (en) 2014-06-19 2015-12-24 General Electric Company Wind blade tip joint

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB903734A (en) * 1957-10-05 1962-08-15 Alfred Kepka Processes for the manufacture of hollow articles from reinforced synthetic resins
DE10253100A1 (de) * 2002-11-13 2004-05-27 Fritzmeier Composite Gmbh & Co. Formteil sowie Verfahren zu dessen Herstellung
CN101094762A (zh) * 2004-11-30 2007-12-26 Lm玻璃纤维制品有限公司 使用半渗透膜的真空浸渍
CN104149359A (zh) * 2005-10-28 2014-11-19 通用电气公司 风涡轮转子叶片的制造方法
WO2010007162A1 (en) * 2008-07-18 2010-01-21 Euro-Composites S.A. Process for manufacturing a hollow body of fibre plastic composite
CN102216057A (zh) * 2008-10-06 2011-10-12 空中巴士运作公司 一种凹形尤其截面为u型的复合材料件的制造方法及其实施装置
CN102198729A (zh) * 2010-03-25 2011-09-28 西门子公司 可膨胀芯棒
CN102814996A (zh) * 2012-08-24 2012-12-12 中国人民解放军国防科学技术大学 大型风电叶片混杂复合材料翼梁的制备方法
CN105555510A (zh) * 2013-09-10 2016-05-04 庞巴迪公司 形成复合构件的方法和用于其的组件
US20150343714A1 (en) * 2014-06-03 2015-12-03 Airbus Defence and Space GmbH Apparatus and Method for Infiltration of Fiber Material with Resin for the Production of a Fiber Composite Component
CN106239787A (zh) * 2015-06-08 2016-12-21 西门子公司 用于叶片制造的混合实心-可充气心轴
CN107035422A (zh) * 2015-12-28 2017-08-11 通用电气公司 带中跨护罩的涡轮转子叶片

Also Published As

Publication number Publication date
JP2022520917A (ja) 2022-04-04
ES2976334T3 (es) 2024-07-30
EP3894192A1 (en) 2021-10-20
CA3122754A1 (en) 2020-06-18
DK3894192T3 (da) 2024-02-12
BR112021011126A2 (pt) 2021-08-31
US11628634B2 (en) 2023-04-18
US20220048258A1 (en) 2022-02-17
CN113382849B (zh) 2023-06-23
JP7282890B2 (ja) 2023-05-29
MX2021006924A (es) 2021-07-21
WO2020122863A1 (en) 2020-06-18
EP3894192B1 (en) 2023-11-22
AU2018452695A1 (en) 2021-07-08
EP3894192B8 (en) 2023-12-27
PL3894192T3 (pl) 2024-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9221219B2 (en) Method of producing a composite structure via intermediate products, the related apparatus and a composite structure obtainable by the method
US9050786B2 (en) Method of manufacturing an elongated composite structure
US10105913B2 (en) Wind turbine blades and method of manufacturing the same
EP2934864B1 (en) A method of manufacturing an aerodynamic shell part for a wind turbine blade
EP2388477B1 (en) Blade of a wind turbine
CN109311252B (zh) 制造风力涡轮机叶片的方法
CN113165284B (zh) 用于制造空心复合结构、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法以及相关联的心轴
CN113165281B (zh) 关于风力涡轮机叶片制造的改进
CN113382849B (zh) 用于制造纤维增强聚合物复合梁、特别是用于风力涡轮转子叶片的翼梁式梁的方法
US20230356484A1 (en) A method of manufacturing a wind turbine blade part with a flow-enhancing mat
BR112021011126B1 (pt) Método para a produção de uma estrutura compósita oca

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20240105

Address after: Barcelona, Spain

Patentee after: Ge renewable energy Spain Ltd.

Address before: New York, United States

Patentee before: General Electric Co.

TR01 Transfer of patent right