CN113665142A - 包括可变模板的抗剪腹板模具系统 - Google Patents
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Abstract
描述了一种抗剪腹板模具系统,用于制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机组件,所述抗剪腹板具有腹板本体以及在腹板本体的第一端处的第一腹板底座凸缘和在腹板本体的第二端处的第二腹板底座凸缘。所述系统包括用于形成至少部分腹板本体的中心模制部分、用于形成至少部分第一腹板底座凸缘的第一模板、以及用于形成至少部分第二腹板底座凸缘的第二模板。第一模板和第二模板相对于中心模制部分的角度是可调整的。
Description
本申请是申请号为201480084429.1、申请日为2014年10月30日、名称为“包括可变模板的抗剪腹板模具系统”的中国专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机组件的抗剪腹板模具系统,所述抗剪腹板具有腹板本体以及在腹板本体的第一端处的第一腹板底座凸缘和在腹板本体的第二端处的第二腹板底座凸缘。本发明进一步涉及一种通过抗剪腹板模具系统制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机组件的方法。
背景技术
风力涡轮机叶片通常根据两种结构设计中的一种来制造,即薄的空气动力学壳体粘合或以其他方式粘结到翼梁上的设计,或梁帽(也称为主层压结构)集成在空气动力学壳体中的设计。
在第一设计中,翼梁构成叶片的承载结构。翼梁以及空气动力学壳体或壳体部件是分开制造的。空气动力学壳体通常被制造为两个壳体部件,一般被制造为压力侧壳体部件和吸力侧壳体部件。两个壳体部件粘合或以其他方式连接到翼梁,并进一步沿壳体部件的前缘和后缘彼此粘合。这种设计具有的优点是关键的承载结构可以分开制造,并因此更容易控制。另外,这种设计允许生产梁的各种不同制造方法,如模制和纤维缠绕。
在第二设计中,梁帽或主层压结构集成在壳体中,并与空气动力学壳体一起模制。与叶片的其余部分相比,主层压结构一般包括更多数量的纤维层,并且至少关于该数量的纤维层可以形成局部加厚的风力涡轮机壳体。因此,主层压结构可以形成叶片中的纤维插入部。在这种设计中,主层压结构构成承载结构。叶片壳体一般设计有集成在压力侧壳体部件中的第一主层压结构和集成在吸力侧壳体部件中的第二主层压结构。第一主层压结构和第二主层压结构一般通过一个或多个抗剪腹板连接,所述抗剪腹板例如可以具有C形或I形横截面。对于非常长的叶片,叶片壳体可以进一步沿至少部分的纵向范围包括压力侧壳体中的附加的第一主层压结构和吸力侧壳体中的附加的第二主层压结构。这些附加的主层压结构也可以通过一个或多个抗剪腹板连接。这种设计具有的优点是更容易通过叶片壳体部件的模制控制叶片的空气动力学形状。
抗剪腹板的作用是加强叶片结构,并防止过度弯曲或翘曲。一些叶片设计使用由具有I形或C形横截面的梁构件形成的抗剪腹板,这些构件具有主体,主体具有在主体的相对端处从其延伸的承载凸缘。
制造这种I形或C形腹板的一个方法是通过将夹层板本体提供成纤维材料层以希望的凸缘的形状施加在相对端处,纤维材料被注入有树脂,并随后固化以形成刚性的凸缘。
众所周知以适当形状的模具结构制造这种抗剪腹板,其中可以使用相对简单的U形模具制造C形腹板,其中夹层板本体在模具结构的相对壁之间延伸,通过纤维材料抵靠着所述壁的层叠来形成凸缘。
类似地,可以使用具有中心支撑的模具制造I形腹板,所述中心支撑由任一侧上的柔性支撑构件界定,以在柔性支撑构件与相对的模具壁之间限定可调整的通道。在这种情况下,夹层板本体布置在中心支撑上,而可调整的通道布置为接收纤维层,以在板本体的第一侧上形成凸缘,板本体的第二侧上的凸缘通过纤维材料抵靠着相对模具壁的层叠来形成。
这些制造系统的实例在国际专利申请公开No. WO 2013/037466 A1和国际专利申请公开No. WO 2014/095870 A1中可见。但是,这些系统具有需要可去除插入件以能够从系统移除I形腹板的缺点。另外,层叠是相当复杂的,因为纤维层必须在插入件周围折叠。这可能为纤维层叠提供皱纹。
除了上述之外,由于通过所述凸缘转移相对大的力,具有这种注入树脂的纤维基凸缘的抗剪腹板可以是受关注的区域,以防止结构破损和裂纹。
另外,用于制造抗剪腹板的模具系统对于每个叶片是专门定制的,使得抗剪腹板的高度和腹板底座凸缘的角度对于特定的风力涡轮机叶片模型或类型是特别设计的。因此,对于每个风力涡轮机叶片类型或模型需要单独的模具系统,并且模具系统是笨重的和昂贵的。
本发明的目的是提供一种用于制造抗剪腹板形式的风力涡轮机叶片组件的替代系统和方法,其提供了增加的制造容易性,并且还有利的是具有减小的结构失效风险。
发明内容
这是根据由一种用于制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机组件的抗剪腹板模具系统获得的第一方面,所述抗剪腹板具有腹板本体以及在腹板本体第一端处的第一腹板底座凸缘和在腹板本体第二端处的第二腹板底座凸缘,其中所述系统包括:
- 中心模制部分,其用于形成至少部分腹板本体,
- 第一模板,其用于形成至少部分第一腹板底座凸缘,以及
- 第二模板,其用于形成至少部分第二腹板底座凸缘,其中
- 第一模板和第二模板相对于中心模制部分的角度是可调整的。
通过具有可变的模具,有可能使用相同的模具系统制造多个不同的抗剪腹板类型,并且有可能将腹板底座凸缘的角度定制成风力涡轮机叶片的空气动力学壳体的特定几何形状。另外,所述系统允许角度的小调整,由此有可能凭经验调整模板的角度位置,使得对于腹板底座凸缘实现对特定风力涡轮机叶片模型或类型的壳体部件的更好的附接表面。
认识到的是,抗剪腹板是细长的元件。因此,抗剪腹板模具系统也是细长的。另外,清楚的是,布置在模具系统的横向侧处的可调整模板可以是沿模具系统的纵向方向可变地调整的。由此,有可能将模板的角度设定为沿模具系统的第一区段的第一角度,并且将模板的角度设定为沿模具系统的第二区段的第二角度。
认识到的是,模具系统可以被分区段,特别是沿着模具系统的纵向或叶展方向。因此,一个区段可以制造抗剪腹板(或翼梁)的第一纵向区段,而另一区段可以制造抗剪腹板的第二纵向区段。优选地,分区段的模具系统可以组装,使得抗剪腹板可以被制造为一体化结构。
所谓大致I形意味着抗剪腹板具有抗剪腹板本体以及在腹板本体的第一端处的第一腹板底座凸缘(其中第一凸缘部件从腹板本体的第一侧延伸并且第二凸缘部件从腹板本体的第二侧延伸)和在腹板本体的第二端处的另一第二腹板底座凸缘(其中第一凸缘部件从腹板本体的第一侧延伸并且第二凸缘部件从腹板本体的第二侧延伸)。
根据优选实施例,第一模板与第二模板之间的距离是平移可调整的,或者换句话说,两个模板之间的距离可以是改变的。由此,进一步有可能改变通过模具系统制造的抗剪腹板的宽度或高度。还允许宽度或高度的小调整,由此有可能凭经验调整两个腹板底座凸缘之间的距离,使得可以实现腹板底座凸缘与风力涡轮机叶片的壳体部件之间的更受控制的粘合厚度。
在第一实施例中,第一模板与中心模制部分之间的距离是平移可调整的,和/或第二模板与中心模制部分之间的距离是平移可调整的。实际上,这通常将通过静止的(例如,通过台子支撑静止的)中心部分来实现,并且其中模板可以相对于静止部分移动。
在第二实施例中,中心模制部分的宽度例如通过套管式布置可变。由此,中心部分的部件可以与其中一个模板一起移动。
在有利的实施例中,模具系统包括下模具部件,所述下模具部件包括第一模板、中心模制部分和第二模板。
在另一有利的实施例中,所述系统进一步包括柔性盖,其覆盖下模具部件。柔性盖适合于提供光滑的连续表面,使得纤维加强材料、芯部材料和有可能的插入件可以布置在柔性盖的顶部上。柔性盖可以覆盖中心部分与模板之间的有可能的间隙。
在又另一有利的实施例中,所述模具系统包括具有升高的中心部分的下模具部件。例如,升高的部分可以是用于层叠纤维加强材料和抗剪腹板的其他部件的支撑台的一部分。
在一个实施例中,所述模具系统进一步包括在升高的中心部分的第一侧处的第一可去除插入件和/或在升高的中心部分的第二侧处的第二可去除插入件。第一可去除插入件可以包括远离中心部分朝向的第一外侧部件,并且第二可去除插入件包括远离中心部分朝向的第二外侧部件。第一外侧部件和第二外侧部件从下模具部件的上部向下部会聚。可去除插入件允许腹板底座凸缘制造有会聚凸缘,由此,可以首先去除可去除插入件,之后可以在制造之后从模具系统移除完成的抗剪腹板。可去除插入件可以例如由硅材料制成。
在另一实施例中,第一模板和第二模板布置为分别形成第一腹板底座凸缘和第二腹板底座凸缘的外部。腹板底座凸缘的外部是附接到风力涡轮机叶片的壳体部件的内侧的部件。因此,模板可以布置为模具系统中的外部板。
在有利的实施例中,第一模板的角度是通过连接到第一模板的第一铰接机构可调整的,并且第二模板的角度是通过连接到第二模板的第二铰接机构可调整的。这为改变模板的角度提供了特别简单的解决方案。例如,铰接机构可以连接到支撑台的表面,由此模板的角度可以相对于支撑台的所述表面改变。优选地,铰接机构还相对于模具系统的中心部分平移布置。例如,这可以通过铰接机构能够例如通过铰接机构中的槽沿支撑台滑动来实现。
在另一有利的实施例中,第一模板的角度是通过至少一个平移阶段可调整的,并且第一模板的角度是通过至少一个平移阶段可调整的。例如,平移阶段可以是主轴、套筒螺母或液压或气压活塞。这为改变模板的角度提供了另一简单的解决方案。例如,平移阶段可以布置在模具系统的中心部分与模板之间。替代地,平移阶段可以布置在静止部件(例如,支撑台)与模板之间。
在又另一有利的实施例中,第一模板和/或第二模板是通过至少两个平移阶段可调整的。由此,有可能改变模板的位置和角度。
在替代实施例中,第一模板和第二模板布置为形成第一腹板底座凸缘和第二腹板底座凸缘的内部。当抗剪腹板附接到风力涡轮机叶片的壳体部件时,腹板底座凸缘的内部是远离叶片壳体朝向的部件。因此,模板可以布置为使得布置在模具系统中的纤维层覆盖模具系统的模板和中心部分。
所述模具系统可以进一步包括上模具部件,所述上模具部件具有中心部分以及用于形成第一腹板底座凸缘的内部的第一侧部分和用于形成第二腹板底座凸缘的内部的第二侧部分。第一侧部件布置在中心部分的第一侧处,并且从第一端向上延伸。类似地,第二侧部件布置在中心部分的第二侧处,并且从第一端向上延伸。优选地,这些侧部件定向为它们与模板对齐,这些模板是下模具部件的部件。因此,上模具部件的第一侧部件和第二侧部件可以例如从上模具部件的中心部分会聚。
另外,第一侧部件的角度和/或第二侧部件的角度是相对于上模具的中心部分可调整的。第一侧部件与第二侧部件之间的距离当然也可以平移可调整。
根据第二方面,本发明提供一种通过使用根据前述实施例中任一个所述的抗剪腹板模具系统制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机叶片组件的方法,其中,所述方法包括以下步骤:
a)将纤维加强材料布置在由至少抗剪腹板模具系统的中心部分、第一模板和第二模板形成的型腔中,
b)将树脂供应到型腔,并且
c)使树脂固化或硬化,以形成所述风力涡轮机叶片组件。
在第一有利的实施例中,步骤a)包括布置覆盖第一模板、中心部分和第二模板的一定数量纤维层的步骤。
在优选实施例中,诸如轻木、泡沫聚合物等的低密度芯部材料布置在下腹板模具部件的中心部件中。因此,抗剪腹板的腹板本体可以形成为具有作为皮肤层的纤维加强材料的夹层构造。
根据有利的实施例,至少第一插入件布置在下腹板部件的第一端处,其中,所述第一插入件适合于提供从腹板本体到第一腹板底座凸缘的逐渐过渡。还有利的是,第一附加插入件布置在下腹板部件的第二端处,以提供从腹板本体到第二腹板底座凸缘的逐渐过渡。
根据另一有利的实施例,第二插入件布置在下腹板部件的第一端处,其中,所述第一插入件适合于提供从腹板本体到第一腹板底座凸缘的另一部件的逐渐过渡。第一插入件例如可以设置在芯部材料的第一侧处,并且第二插入件在芯部材料的第二侧处。
有利地,第一插入件和/或第二插入件可以是大致楔形。因此,插入件可以具有整体三角形外观。在有利的实施例中,插入件具有修圆的外表面,相应地,其第一纤维层和第二纤维层可以邻接,使得获得从腹板本体到第一腹板底座凸缘的圆润过渡。原则上,也可以通过单个插入件获得过渡。
优选地,抗剪腹板将在腹板本体与第二腹板底座凸缘之间的过渡处具有类似的插入件。
插入件可以由诸如轻木或泡沫聚合物的芯部材料制成。还可以由纤维加强聚合物材料制成,并且可以是拉挤的或挤压的元件。
优选地,纤维加强材料是玻璃纤维。但是也可以是碳纤维、芳纶纤维、麻纤维等。
在优选的实施例中,至少一个真空袋布置在抗剪腹板模具系统上,以形成型腔。因此,可见的是,型腔优选地通过将真空袋密封到腹板模具部件上来获得。
根据另一优选的实施例,在供应树脂之前,通过使用真空源排空型腔。因此,可见的是,通过真空辅助树脂传递模制(VARTM)过程可以制造抗剪腹板。原则上,还有可能使用RTM,其中通过使用超压将树脂注入到型腔中。
优选地,例如通过经由真空或在压力下吸入树脂,来使树脂注入到型腔中。但是,原则上还有可能对第一纤维层和/或第二纤维层使用预浸渍材料,在此情况下,可以与纤维层一起供应树脂,或者两种方法的组合。
进一步提供一种制造至少部分风力涡轮机叶片的方法,包括制造如上所述的I形腹板形式的至少一个风力涡轮机叶片组件,并将所述至少一个风力涡轮机叶片组件结合到第二组件,以形成至少部分风力涡轮机叶片。
进一步提供一种根据上述方法制造的I形腹板形式的风力涡轮机叶片组件。
进一步提供一种包括如上所述的风力涡轮机叶片组件的风力涡轮机叶片。
进一步提供一种包括至少一个如上所述的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
附图说明
下面将参考附图中所示的实施例详细解释本发明,其中
图1示出了风力涡轮机,
图2示出了风力涡轮机叶片的示意图,
图3示出了风力涡轮机叶片的横截面示意图,
图4示出了根据本发明的下模具部件的第一实施例的横截面示意图,
图5示出了根据本发明的下模具部件的第二实施例的横截面示意图,
图6示出了根据本发明的上模具部件的第一实施例的横截面示意图,
图7示出了使用下模具部件和上模具部件的层叠的横截面示意图,
图8示出了具有外部模板的抗剪腹板模具系统的横截面示意图,
图9示出了用于提供可变外部模板的铰接系统的示意图,以及
图10示出了使用下模具部件和外部模板的横截面示意图。
具体实施方式
图1示出了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代迎风式风力涡轮机,其具有塔架4、机舱6以及具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10,每个叶片具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖端14。转子具有用R表示的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有传统的风力涡轮机叶片的形状,并且包括:最靠近毂部的根部区域30、最远离毂部的成型或翼型区域34、以及位于根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20,当叶片安装在毂部上时,前缘18面向叶片10的旋转方向,并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34(也称为成型区域)具有关于产生升力方面的理想的或近乎理想的叶片形状,而根部区域30由于结构方面的考虑具有大致圆形或椭圆形的横截面,例如使之更容易和更安全地将叶片10安装到毂部上。根部区域30的直径(或弦)可以沿整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状向翼型区域34的翼型轮廓逐渐变化的过渡轮廓。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓,所述翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂部的距离r的增加而减小。
叶片10的肩部40被限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40一般设置在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
应注意到,叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面中,因为叶片可能扭转和/或弯曲(即,预弯),从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面,这是最常见的情况,以补偿取决于距毂部的半径的叶片的局部速度。
叶片一般由压力侧壳体部件36和吸力侧壳体部件38制成,压力侧壳体部件36和吸力侧壳体部件38沿叶片的前缘18和后缘20处的结合线彼此粘合。
图3示出了沿图2所示的线I-I的叶片横截面的示意图。如前所述,叶片10包括压力侧壳体部件36和吸力侧壳体部件38。压力侧壳体部件36包括梁帽41(也称为主层压结构),其构成压力侧壳体部件36的承重部件。梁帽41包括多个纤维层42,这些纤维层主要包括沿叶片的纵向方向对齐的单向纤维,以为叶片提供刚度。吸力侧壳体部件38也包括梁帽45,梁帽45包括多个纤维层46。压力侧壳体部件38还可以包括夹层芯部材料43,夹层芯部材料43一般由轻木或泡沫聚合物制成,并且夹在一定数量纤维加强皮肤层之间。夹层芯部材料43用来为壳体提供刚度,以确保壳体在叶片的旋转过程中大体保持其空气动力学轮廓。类似地,吸力侧壳体部件38也可以包括夹层芯部材料47。
压力侧壳体部件36的梁帽41和吸力侧壳体部件38的梁帽45通过第一抗剪腹板50和第二抗剪腹板55连接。在所示实施例中,抗剪腹板50、55的形状为大致I形腹板。第一抗剪腹板50包括抗剪腹板本体和两个腹板底座凸缘。抗剪腹板本体包括由一定数量皮肤层52覆盖的夹层芯部材料51,如轻木或泡沫聚合物,皮肤层52由一定数量纤维层制成。第二抗剪腹板55具有类似的设计,具有抗剪腹板本体和两个腹板底座凸缘,抗剪腹板本体包括由一定数量皮肤层57覆盖的夹层芯部材料56,皮肤层57由一定数量纤维层制成。两个抗剪腹板50、55的夹层芯部材料51、56可以在凸缘附近倒角,以将载荷从腹板50、55转移到主层压结构41、45,而没有抗剪腹板本体与腹板底座凸缘之间的接合失效和断裂的风险。但是,这种设计通常会导致腿部与凸缘之间的接合区域是富树脂区。另外,由于树脂固化过程中的高放热峰值,这种富树脂区可以包括燃烧树脂,其进而可以导致机械弱点。
为了对此作出补偿,一定数量包括玻璃纤维的填充绳60通常布置在这些接合区域处。另外,这些绳60也将有助于将载荷从抗剪腹板本体的皮肤层转移到凸缘。但是,根据本发明,替代的结构设计是有可能的。
叶片壳体36、38可以包括在前缘和后缘处的其他纤维加强件。一般地,壳体部件36、38通过附加的填充绳可以用在其中的粘合凸缘(未示出)彼此粘结。此外,非常长的叶片可以包括具有附加梁帽的区段部件,这些附加梁帽通过一个或多个附加抗剪腹板连接。
图4示出了根据本发明的抗剪腹板模具系统的下模具部件110的第一实施例。下模具部件包括用于形成至少部分抗剪腹板的腹板本体的中心模制部分112、用于形成至少部分第一腹板底座凸缘的第一模板114、以及用于形成至少部分第二腹板底座凸缘的第二模板116。柔性盖140覆盖至少部分的第一模板114、中心模制部分112和第二模板116,以便在这三个部件之间提供连续的层叠和模制表面。
中心模制部分由支撑台120支撑。第一模板114由第一线性致动器130和第二线性致动器132形式的两个平移阶段支撑,这两个平移阶段连接在第一模板114与支撑台120的静止部件之间。类似地,第二模板116由第一附加线性致动器134和第二附加线性致动器136形式的两个平移阶段支撑,这两个平移阶段连接在第二模板116与支撑台120的静止部件之间。线性致动器可以例如是主轴、套筒螺母或液压或气压活塞。
第一模板114的角度可以通过平移线性致动器130、132中的一个相对于中心模制部分112改变。由此,有可能改变腹板底座凸缘的角度,并因此将腹板底座凸缘定制成风力涡轮机叶片的空气动力学壳体的特定几何形状。通过平移两个线性致动器130、132,有可能使第一模板114相对于中心模制部分112平移移动。类似地,第二模板116的角度和相对位置可以通过平移附加线性致动器134、136相对于中心模制部分112改变。
总的来说,可见的是,下模具部件110提供模具系统,其中两个腹板底座凸缘的角度可以改变,并且其中第一模板114与第二模板116之间的距离可以改变,由此进一步有可能改变通过模具系统制造的抗剪腹板的宽度或高度。
图5示出了根据本发明的抗剪腹板模具系统的下模具部件210的第一实施例。下模具部件210包括用于形成至少部分抗剪腹板的腹板本体的中心模制部分212、用于形成至少部分第一腹板底座凸缘的第一模板214、以及用于形成至少部分第二腹板底座凸缘的第二模板216。中心模制部分被分成第一中心区段212a和第二中心区段212b,并且这两个部件可以通过诸如主轴或套管式布置的平移阶段238相对于彼此移动。柔性盖240覆盖至少部分的第一模板214、中心区段212a、212b和第二模板216,以便在这三个部件之间提供连续的层叠表面。
两个中心区段212a、212b由支撑台220支撑。第一模板214由第一线性致动器230形式的平移阶段支撑,这个平移阶段连接在第一模板214与支撑台220的静止部件之间。类似地,第二模板216由第一附加线性致动器234形式的平移阶段支撑,这个平移阶段连接在第二模板216与支撑台220的静止部件之间。例如,线性致动器可以是主轴、套筒螺母或液压或气压活塞。
第一模板214的角度可以通过平移第一线性致动器230相对于中心模制部分改变。类似地,第二模板216的角度可以通过平移附加第一线性致动器234相对于中心模制部分改变。第一模板214与第二模板216之间的距离可以通过线性致动器238改变。
总的来说,可见的是,下模具部件210提供模具系统,其中通过所述模具系统制造的两个腹板底座凸缘的角度和抗剪腹板的宽度或高度二者都可以改变。
图6示出了根据本发明的抗剪腹板模具系统的上模具部件160的实施例。上模具部件160包括用于形成至少部分抗剪腹板的腹板本体的中心模制部分162、用于形成至少部分第一腹板底座凸缘的第一模板164、以及用于形成至少部分第二腹板底座凸缘的第二模板166。中心模制部分被分成第一中心区段162a和第二中心区段162b,并且这两个部件可以通过诸如主轴或套管式布置的平移阶段174相对于彼此移动。
第一模板164由第一线性致动器170形式的平移阶段支撑,这个平移阶段连接在第一模板164与第一中心部分162a之间。类似地,第二模板168由第一附加线性致动器172形式的平移阶段支撑,这个平移阶段连接在第二模板168与第二中心部分162b之间。例如,线性致动器可以是主轴、套筒螺母或液压或气压活塞。
第一模板164的角度可以通过平移第一线性致动器170相对于中心模制部分改变。由此,有可能改变腹板底座凸缘的角度,并因此将腹板底座凸缘定制成风力涡轮机叶片的空气动力学壳体的特定几何形状。类似地,第二模板168的角度可以通过平移第一附加线性致动器172相对于中心模制部分改变。
图7示出了利用类似于图4至6所示的实施例的包括下模具部件310和上模具部件360的抗剪腹板模具系统300的层叠的示意性横截面。为了简单起见,下模具部件310和上模具部件360被示为不具有用于改变模具部件310、360的模板的角度位置的装置。
下腹板模具部件310具有模制表面,其限定通过抗剪腹板模制系统制造的抗剪腹板的外部。模制表面包括中心部分,所述中心部分是大致平的,并且用来形成抗剪腹板的腹板本体。另外,下腹板模具部件310包括在下腹板模具部件31的第一侧端处的第一模板,所述第一模板具有第一向下延伸的模制表面部分。类似地,下腹板模具部件310包括在下腹板模具部件310的第二侧端处的第二模板,所述第二侧部件具有第二向下延伸的模制表面部分。模板从下腹板模具部件310的中心部分分叉。
一定数量的第一纤维层340布置在下腹板模具部件310的顶部上,并覆盖中心部分和向下延伸的模板。第一纤维层340形成完成的抗剪腹板的外层皮肤的部分。由于下腹板模具部件310的设计,第一纤维层340可以仅披(drape)在下腹板模具310的凹的模制表面上,并且不需要折叠在侧凸缘的周围。第一纤维层340将仅依从下腹板模具310的模制表面。
诸如轻木或泡沫聚合物的芯部材料341布置在下腹板模具部件310的中心部分中的第一纤维层340的顶部上。因此,抗剪腹板的腹板本体可以形成为具有作为第一皮肤的第一纤维层和作为第二皮肤的第二纤维层的夹层构造。另外,第一插入件343可以布置在下腹板部件310的第一侧端处和芯部材料341的第一侧处。第一插入件343可以具有形状,以提供从腹板本体到第一腹板底座凸缘的逐渐过渡。类似地,第二插入件345可以布置在下腹板部件310的第二侧端处和芯部材料341的第一侧处。第二插入件345可以具有形状,以提供从腹板本体到第二腹板底座凸缘的逐渐过渡。
一定数量的第二纤维层342布置在芯部材料341的顶部上,并且上腹板模具部件360布置在第二纤维层342的顶部上。上腹板模具部件360具有模制表面,所述模制表面具有大致平的中心部分、在上腹板模具部件360的第一侧端处的第一向上延伸的模板以及在上腹板模具部件360的第二侧端处的第二向上延伸的模板。第一和第二模板从上腹板模具部件360的中心部分会聚。
优选地,上腹板模具部件360的中心部分具有等于或稍微小于下腹板模具部件310的中心部分宽度的宽度。另外,优选地,两个模具部件310、360布置为使得向下延伸的模制表面部分分别与向上延伸的模制表面部分对齐。
第二纤维层342的端部包绕着向上延伸的模制表面部分。另外,第一附加插入件344可以布置在下腹板模具部件310的第一侧端处和芯部材料341的第二侧处。第一附加插入件344可以具有形状,以提供从腹板本体到第一腹板底座凸缘的逐渐过渡。类似地,第二附加插入件346可以布置在下腹板部件310的第二侧端处和芯部材料341的第二侧处。第二附加插入件346可以具有形状,以提供从腹板本体到第二腹板底座凸缘的逐渐过渡。
此外,可以为第一腹板底座凸缘提供一定数量附加第一纤维层347,并且可以为第二腹板底座凸缘提供一定数量附加第二纤维层348。附加纤维层347、348可以形成腹板底座凸缘的粘合表面。
柔性真空袋349形式的第一外模具部件在模具部件310、360的第一侧处密封下腹板模具部件310和上腹板模具部件360。类似地,柔性真空袋350形式的第二外模具部件在模具部件310、360的第二侧处密封下腹板模具部件310和上腹板模具部件360。因此,型腔形成在下腹板模具部件310、上腹板模具部件360与两个真空袋349、350之间。还有可能仅使用单个真空袋。另外,有可能使用刚性的外模具部件,以在腹板底座凸缘处形成型腔。
在未示出的下一步骤中,真空源连接到型腔,并且通过使用真空源排空型腔。型腔进一步连接到树脂源,并且液体树脂注入到型腔中,以润湿纤维材料和芯部材料。因此,可见的是,优选地,通过真空辅助树脂传递模制(VARTM)过程制造抗剪腹板。优选地,例如通过经由真空或在压力下吸入树脂,来使树脂注入到型腔中。但是,原则上还有可能对第一纤维层和/或第二纤维层使用预浸渍材料,在此情况下,可以与纤维层一起供应树脂。还有可能应用两个方法的组合,即使用预浸渍材料和附加树脂注入到型腔中。
所述系统还可以与外部模板组合,所述外部模板形成腹板底座凸缘的外部部件,由此有可能获得更直的腹板底座凸缘的粘合表面。
另外,本发明还提供了仅利用下腹板模具部件的抗剪腹板模具系统。图10中示出了这种抗剪腹板模具系统600,其中,相似的参考符号表示图7中所示的实施例的相似部件。因此,仅描述两个系统之间的不同。为了简单起见,下模具部件610被示为不具有用于改变下腹板模具部件610的模板的角度位置的装置。
代替使用上腹板模具部件,抗剪腹板模具系统600包括用于形成抗剪腹板的第一腹板底座凸缘的外表面的第一外部模板660、以及用于形成抗剪腹板的第二腹板底座凸缘的外表面的第二外部模板662。
一旦组成抗剪腹板本体和腹板底座凸缘的第一侧的第一皮肤的第一纤维加强层640布置在下腹板模具部件610的顶部上,第一外部模板660就通过使用第一夹具680被夹持在第一纤维层640和下腹板模具部件610的第一内部模板上。类似地,第二外部模板662通过使用第二夹具685被夹持在第一纤维层640和下腹板模具部件610的第二内部模板上。
组成抗剪腹板本体和腹板底座凸缘的第二侧的第二皮肤的第二纤维层642可以包绕着外部模板680、685的顶部部分,或者它们可以通过诸如增粘剂、夹具或磁体的保持装置保持在两个板的模制表面上。
优选地,两个外部模板680、685沿纵向方向是相对柔软的,使得它们可以扭曲或弯曲以遵循下腹板模具部件610的内部模板的角度。因为外部模板680、685被夹持为平的抵靠着内部模板,外部模板将自动遵循内部模板的角度,并且因此,用于模制腹板底座凸缘的第二侧的模制表面也将自动具有正确的角度。
一旦纤维材料640、642、647、648、芯部材料641以及有可能的插入件643、644、645、646已经被布置,真空箔(未示出)就布置在材料和抗剪腹板模具系统600的顶部上,并且在下一步骤中(未示出),真空源连接到型腔,并且通过使用真空源排空型腔。型腔进一步连接到树脂源,并且液体树脂注入到型腔中,以润湿纤维材料和芯部材料。
还考虑到,下腹板模具部件610可以包括在下腹板模具部件的侧面处的第一下唇部,其中,所述唇部可以限定腹板底座凸缘的第一侧的端部和/或其可以用于承载外部腹板底座凸缘。在这种设置中,不需要使用夹具680、685。
迄今为止本发明都是关于具有下腹板模具部件和上腹板模具部件的抗剪腹板模具系统描述的,其中下腹板模具部件具有分叉的模板,上腹板模具部件具有会聚的模板,并且其中这些模板形成腹板底座凸缘的内部部分。但是,本发明也适用于传统的腹板模具系统,其中外部模板用于形成腹板底座凸缘的外部部分。
这种系统在图8展示出,其示出了下腹板模具部件410。下腹板模具部件410包括支撑台420,其具有用于形成抗剪腹板本体的升高的中心模制部分412、用于形成腹板本体的第一端处的第一腹板底座凸缘的第一模板414、以及用于形成抗剪腹板本体的第二端处的第二腹板底座凸缘的第二模板416。两个模板414、416具有形成腹板底座凸缘的外表面的模制表面。
第一可去除插入件417布置在升高的中心模制部分412的第一侧处,并且第二可去除插入件418布置在升高的中心模制部分412的第二侧处。第一可去除插入件417包括远离中心模制部分412朝向的第一外侧部件,并且第二可去除插入件418包括远离中心模制部分412朝向的第二外侧部件,其中,第一外侧部件和第二外侧部件从下模具部件的上部向下部会聚。类似地,模板414、416的模制表面从模板414、416的顶部向底部会聚。可去除插入件可以例如由硅材料制成。
模板414、416相对于中心模制部分412平移可调整,并且进一步,第一模板414和第二模板416的角度相对于中心模制部分412可调整,其由所示的箭头展示。在另一实施例中(未示出),中心模制部分的宽度可调整,其可以通过具有带有可调整间距的两个中心模制部分来实现。间距可填充有插入件,例如,类似于两个可去除插入件417、418的硅插入件。还有可能将柔性盖布置在下模具部件的顶部上(类似于图4和图5所示的实施例),以形成连续的模制表面。
纤维加强材料、插入件和芯部材料可以布置在下模具部件的顶部上,类似于图7所示的实施例。但是,第一纤维层包绕着可去除插入件。这种设置不需要上腹板模具部件,并且真空袋可以仅布置在材料的顶部上并且密封在下腹板模具部件410上以形成型腔,然后其可以被排空,在这之后树脂可以注入到型腔中并固化或硬化以形成抗剪腹板。在抗剪腹板脱模之前可以去除可去除插入件417、418,由此抗剪腹板可以仅从下腹板模具部件410升高。
图9示出了用于形成根据本发明的可变模板514的一个实施例。模板514包括铰接机构,所述铰接机构包括第一铰接部件521和第二铰接部件522。第一铰接部件521包括一定数量的曲线槽524,并且第二铰接部件522包括一定数量的接合第一铰接部件的曲线槽524的销。由此,两个铰接部件521、522之间的相对角度可以通过销523在槽中滑动来改变,其进而改变模板514特别是模板514的模制表面的角度。
第二铰接部件522包括一定数量的槽526,这些槽平行于支撑台520的上表面定向。静止地附接到腹板模具系统的支撑台520上的一定数量的销525接合第二铰接部件的槽526,由此铰接系统的位置从而还有模板514的位置可以相对于支撑台520并且特别是相对于下腹板模具部件的中心部分改变。
已经参考有利的实施例描述了本发明。但是,本发明的范围不限于所示的实施例,而是可以在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下进行改变和修改。
Claims (10)
1.一种抗剪腹板模具系统,用于制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机组件,所述抗剪腹板具有腹板本体以及在所述腹板本体的第一端处的第一腹板底座凸缘和在所述腹板本体的第二端处的第二腹板底座凸缘,其中,所述系统包括:
- 中心模制部分,其用于形成至少部分所述腹板本体,
- 第一模板,其用于形成至少部分所述第一腹板底座凸缘,以及
- 第二模板,其用于形成至少部分所述第二腹板底座凸缘,其中
- 所述第一模板和所述第二模板相对于所述中心模制部分的角度是可调整的。
2.根据权利要求1所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述第一模板与所述第二模板之间的距离是平移可调整的。
3.根据权利要求2所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述第一模板与所述中心模制部分之间的距离是平移可调整的,和/或所述第二模板与所述中心模制部分之间的距离是平移可调整的。
4.根据权利要求2或3所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述中心模制部分的宽度例如通过套管式布置可变。
5.根据前述权利要求中任一项所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述模具系统包括下模具部件,所述下模具部件包括所述第一模板、所述中心模制部分以及所述第二模板。
6.根据权利要求5所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述系统进一步包括柔性盖,其覆盖所述下模具部件。
7.根据前述权利要求中任一项所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述模具系统包括下模具部件,所述下模具部件具有升高的中心部分。
8.根据权利要求7所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述模具系统进一步包括在所述升高的中心部分的第一侧处的第一可去除插入件和/或在所述升高的中心部分的第二侧处的第二可去除插入件。
9.根据权利要求8所述的抗剪腹板模具系统,其中,所述第一可去除插入件包括远离所述中心部分朝向的第一外侧部件,并且所述第二可去除插入件包括远离所述中心部分朝向的第二外侧部件,其中,所述第一外侧部件和所述第二外侧部件从所述下模具部件的上部向下部会聚。
10.一种通过使用根据前述权利要求中任一项所述的抗剪腹板模具系统制造I形抗剪腹板形式的风力涡轮机叶片组件的方法,其中,所述方法包括以下步骤:
a)将纤维加强材料布置在由至少所述抗剪腹板模具系统的所述中心部分、所述第一模板和所述第二模板形成的型腔中,
b)将树脂供应到所述型腔,并且
c)使所述树脂固化或硬化,以形成所述风力涡轮机叶片组件。
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