CN114502360A - 用于风力涡轮机叶片的制造期间的部件定位的模具精密销 - Google Patents

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Abstract

本文中提供一种风力涡轮机叶片模具系统，所述风力涡轮机叶片模具系统具有内置的精密销，以在铺叠复合材料段期间定位结构部件(例如翼梁帽)。多个销可以穿过复合材料铺叠的层插入至所述模具内的孔中，其中翼梁帽抵靠所述销定位以确保精密定位，从而防止/抑制所述翼梁帽相对于所述模具移动。多个销可以穿过复合材料铺叠的层插入至所述模具内的孔中，其中凸轮附接至所述销并且为可移动的以接合翼梁帽，以便确保所述翼梁帽的精确定位，以及防止在后续操作期间的任何漂移。所述销可以保持嵌入于最终的模制部件内。

Description

用于风力涡轮机叶片的制造期间的部件定位的模具精密销
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119要求于2019年6月7日提交的美国临时申请第62/858,723号以及于2019年6月7日提交的临时申请第62/858,733号的优先权，两个临时申请的全部内容被通过引用并入本文中。
技术领域
所公开的主题涉及制造大型复合结构(例如风力涡轮机叶片)的系统以及相对应的方法。这些大型复合结构通常由两件式模具形成，一旦叶片半部被模制，所述两件式模具就需要复杂的部件定位/安装以及随后的模具闭合过程来完成制造。
特别地，本公开提供具有各种特征的结构性元件，例如细长销，所述各种特征有助于放置和组装其它部件，例如翼梁帽。在一些实施例中，本公开提供定位元件，例如细长销、螺柱和凸轮。因为对翼梁帽的定位公差的任何轻微妨害不仅会由于降低弯曲刚度而损害叶片的结构完整性，而且会由于芯材料的移动而超过结合间隙的公差。本公开提供翼梁帽在整个铺叠过程中在叶片模具内的精密定位。
背景技术
风力涡轮机叶片通常包括主要由复合材料(比如玻璃纤维增强塑料)制成的中空叶片外壳。所述叶片外壳通常由两个半外壳(下压力侧外壳和上吸力侧外壳)组成，在沿着叶片的前边缘和后边缘处的凸缘结合在一起之前，所述两个半外壳在各自的阴半模具中单独地模制。在图1A至图1C中示意性地示例说明用于风力涡轮机叶片的模具半部的示例性视图。
参考图1A，该图示出用于风力涡轮机叶片的模具10，所述模具10被分成两个半模具，即上吸力侧模具10b和下压力侧模具10a，所述两个半模具在模具的打开构造中并排布置。压力侧叶片外壳12a被支撑于下模具10a的模具表面14a上，并且吸力侧叶片外壳12b被支撑于上模具10b的模具表面14b上。外壳12a、12b各自由多个玻璃纤维织物层组成，所述多个玻璃纤维织物层通过固化树脂结合在一起。
在相应的模具半部10a、10b中形成外壳12a、12b之后，将抗剪腹板16结合至定位于迎风叶片外壳12a的内表面17上或所述内表面之内的翼梁帽。抗剪腹板16为纵向延伸的结构，所述结构桥接叶片的两个半外壳12a、12b并且用来在使用中将剪切载荷从叶片传递至风力涡轮机轮毂。在图1A的横截面中所示的特定实施例中，抗剪腹板16各自包括具有下边缘19和上边缘21的腹板18，所述下边缘可选地包括第一纵向延伸的安装凸缘20，所述上边缘可选地包括第二纵向地延伸的安装凸缘22。沿着这些安装凸缘22施加比如环氧树脂的粘合剂，以便将抗剪腹板16结合至每个半外壳12a、12b的相应的翼梁帽。
如图1B中所示，一旦抗剪腹板16已经结合至下叶片外壳12a，就沿着抗剪腹板16的第二(上)安装凸缘22、以及沿着叶片外壳12a、12b的前边缘24和后边缘26施加粘合剂。包含上叶片外壳12b的上模具10b然后被提升、翻转并且放置于下叶片模具10a的顶部上，以便沿着前边缘24和后边缘26将两个叶片半外壳12a、12b结合在一起并且沿着上叶片外壳12b的内表面28将抗剪腹板16结合至翼梁帽。将一个模具半部放置于另一个模具半部的顶部上的步骤被称为闭合模具。
现在参考图1C，在闭合模具10时可能出现问题，其中抗剪腹板16可能相对于上外壳12b轻微移动。例如，抗剪腹板16可能在它们自身的重量的作用下在模具闭合期间轻微移动，或者它们可能通过与上外壳12b接触而移位。另外地或替代地，抗剪腹板和翼梁帽可能在闭合之前被不准确地放置于打开的模具半部内，从而导致受损的或有缺陷的叶片构建。此外，如图1C中所示，上外壳12b的凹曲率也具有将抗剪腹板16轻微推动在一起的趋势。在模具闭合期间，抗剪腹板16的这样的移动可能导致抗剪腹板16在次优位置处结合至翼梁帽和/或上外壳12b。
随着叶片在尺寸方面不断地增大以改善风力涡轮机的运行效率，安全裕度降低，因此要求制造验收标准和公差变得更加严格。这就需要设计和实施这样的制造工具：该些制造工具实现高精度的工艺检查以满足严格的规格和要求。
因此，仍然需要一种高效的且经济的方法和系统，用于在风力涡轮机装置的组装阶段期间提供内部部件(例如翼梁帽)的高精度的放置和结合，所述方法和系统确保部件的合适的放置，而不影响产品的结构。
发明内容
所公开的主题的目的和优点将在下面的描述中被阐述并且根据该描述将变得显而易见，并且通过对所公开的主题的实践将了解所公开的主题的目的和优点。所公开的主题的另外的优点将通过在书面的描述和权利要求以及附图中特别地指出的方法和系统来实现和获得。
为了实现这些和其它优点，并且根据所公开的主题的目的，如所体现和广泛描述的，所公开的主题包含：一种风力涡轮机叶片模具系统，所述风力涡轮机叶片模具系统包括：第一模具表面；位于所述第一模具表面内的至少一个孔，所述至少一个孔被构造成接收销；设置于所述至少一个孔之上的覆盖物，所述覆盖物被构造成接收设置于其上的复合材料的多个层；至少一个销，所述至少一个销具有第一端和第二端，所述第一端和第二端限定在其间延伸的具有一定长度的侧壁，所述销的第二端设置于所述至少一个孔内并且所述销的第一端延伸超过所述第一模具表面；其中所述销侧壁的一部分被构造成接合风力涡轮机叶片的结构部件。
在一些实施例中，多个孔围绕所述叶片模具的叶展中心轴线和/或沿着所述叶片模具的长度而不对称地设置。所述销的第一端的周长可以大于所述销的第二端的周长；和/或至少一个销可以被构造成具有不对称的几何形状。
在一些实施例中，至少一个销延伸超过设置于所述模具的第一表面上的复合材料的上表面。在一些实施例中，所述覆盖物包含易碎部分，当所述销被插入至所述孔中时，所述易碎部分保持于所述销内。在一些实施例中，所述销的第二端包含平坦的顶部表面，其中结构部件抵接所述平坦的顶部表面设置。在一些实施例中，所述销的第二端包含平坦的顶部表面，其中至少一层复合材料设置于所述销的平坦的顶部表面上。在一些实施例中，包含压缩板，所述压缩板具有至少一个凸缘以接合所述叶片的结构部件。在一些实施例中，所述销的第二端包含锁定特征，所述锁定特征被构造成接合所述压缩板。在一些实施例中，风力涡轮机叶片的结构部件为翼梁帽。
根据本公开的另一个方面，提供一种形成风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括：提供第一模具表面，所述第一模具表面包含至少一个孔；将覆盖物定位于所述至少一个孔之上；在所述覆盖物之上沉积复合材料的多个层的第一部段；将至少一个销插入至所述至少一个孔中，所述销具有第一端和第二端，所述第一端和第二端限定在其间延伸的具有一定长度的侧壁，其中所述至少一个销延伸穿过所述覆盖物和复合材料的多个层；将翼梁帽定位于所述模具内，所述翼梁帽具有顶部表面和底部表面，所述顶部表面和底部表面限定在其间延伸的具有一定长度的侧壁；以及将所述销的侧壁的至少一部分与所述翼梁帽的侧壁的至少一部分接合。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在所述销和翼梁帽之上沉积复合材料的多个层的第二部段。在一些实施例中，所述方法进一步包括围绕所述模具的周边密封地附接袋。在一些实施例中，所述方法进一步包括利用树脂浸渍所述复合材料的多个层的至少一部分。在一些实施例中，所述方法进一步包括从所述模具移出包含复合材料的多个层的第一部段、至少一个销、翼梁帽、以及复合材料的多个层的第二部段的组装产品；其中所述至少一个销的第一端延伸超过复合材料的多个层的第一部段的外表面。在一些实施例中，所述方法进一步包括修整所述至少一个销的第一端的至少一部分。在一些实施例中，接合包含将所述销的侧壁的至少一部分与第一翼梁帽的侧壁的至少一部分接合，以及将所述销的侧壁的至少一部分与第二翼梁帽的侧壁的至少一部分接合。在一些实施例中，接合包含将所述至少一个销的顶部表面与第一翼梁帽的至少一部分接合。
在一些实施例中，所公开的主题包含：一种风力涡轮机叶片模具系统，所述风力涡轮机叶片模具系统包括：第一模具表面，所述第一模具表面具有位于其中的至少一个孔；至少一个螺柱，所述至少一个螺柱具有第一端和第二端，所述第一端和第二端在其间限定一定长度，所述螺柱的第二端设置于所述至少一个孔内；至少一个销，所述至少一个销具有第一端和第二端，所述第一端和第二端在其间限定一定长度，其中所述销的第二端连接至所述至少一个螺柱的第一端；至少一个致动器，所述至少一个致动器设置于所述至少一个销上，其中所述致动器的一部分被构造成接合风力涡轮机叶片的结构部件。
在一些实施例中，多个孔围绕所述叶片模具的叶展中心轴线不对称地设置。在一些实施例中，多个孔沿着所述叶片模具的长度设置。在一些实施例中，所述螺柱的第一端延伸超过所述模具的第一表面。在一些实施例中，所述销可释放地连接至所述螺柱。在一些实施例中，所述销的第一端延伸超过设置于所述模具的第一表面上的复合材料的上表面。在一些实施例中，所述至少一个致动器包含凸轮，所述凸轮可围绕所述至少一个销的中心轴线旋转。在一些实施例中，所述至少一个致动器包含不对称的凸轮。在一些实施例中，所述结构部件设置于两个致动器之间，所述致动器指示所述结构部件的中点的位置。在一些实施例中，风力涡轮机叶片的结构部件为翼梁帽。
根据本公开的另一个方面，提供一种形成风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括：提供第一模具表面，所述第一模具表面包含至少一个孔；将至少一个螺柱插入至所述至少一个孔中；将销连接至所述至少一个螺柱；将复合材料的多个层的第一部段沉积至所述模具中，所述至少一个销的第二端延伸超过复合材料的第一部段；将翼梁帽定位于所述模具内，所述翼梁帽具有顶部表面和底部表面，所述顶部表面和底部表面限定在其间延伸的具有一定长度的侧壁；以及致动至少一个凸轮以使所述凸轮的至少一部分与所述翼梁帽的侧壁的至少一部分接合。
在一些实施例中，所述方法进一步包括在所述销的第一端和翼梁帽之上沉积复合材料的多个层的第二部段。在一些实施例中，所述方法进一步包括围绕所述模具的周边密封地附接袋。在一些实施例中，所述方法进一步包括用树脂浸渍所述复合材料的多个层的至少一部分。在一些实施例中，所述方法进一步包括从模具移出包含复合材料的多个层的第一部段、至少一个销、翼梁帽、以及复合材料的多个层的第二部段的组装产品。在一些实施例中，致动所述至少一个凸轮提供对所述翼梁帽中点的测量。在一些实施例中，定位翼梁帽包含将所述翼梁帽设置于两个凸轮之间。在一些实施例中，第一凸轮旋转第一距离并且第二凸轮旋转第二距离。在一些实施例中，所述至少一个凸轮被构造成具有不对称的形状。在一些实施例中，所述至少一个凸轮可移除地连接至所述至少一个销。
应当理解的是，前面的概述和下面的详细描述都是示例性的，并且旨在提供对所要求保护的所公开的主题的进一步的解释说明。
具有包含于本说明书中并且构成本说明书的一部分的附图以示例说明并且提供对所公开的主题的方法和系统的进一步理解。附图与描述一起用来解释所公开的主题的原理。
附图说明
参考在下面被简要描述的附图，提供对本文中所描述的主题的各个方面、特征和实施例的详细描述。附图为示例说明性的，并且不一定按比例绘制，其中为了清楚起见，一些部件和特征被夸大。附图示例说明本主题的各个方面和特征，并且可以全部或部分地示例说明本主题的一个或多个实施例或示例。
图1A至图1C描绘传统风力涡轮机叶片模具和制造方法的剖视图。
图2为根据本公开的实施例的具有示例性销位置的模具半部的示意性俯视图。
图3中的a至k为根据本公开的实施例的叶片制造和销安装的各个阶段的剖视图。
图4描绘根据本发明的包含于所完成的模具内的各种销几何形状的剖视图。
图5中的a至c为根据本公开的提供压缩力的各种销几何形状的剖视图。
图6中的a至h和图6i为根据本公开的实施例的叶片制造以及销和翼梁帽安装的各个阶段的剖视图。
图7A至图7D描绘根据本公开的用于准确定位翼梁帽的各种销和凸轮几何形状的剖视图。
具体实施方式
现在将详细参考所公开的主题的示例性实施例，在附图中示例说明所公开的主题的示例。将结合对所述系统的详细描述来描述所公开的主题的方法和相对应的步骤。
本文中所提出的方法和系统可以被用于大型结构性构造。所公开的主题特别地适合于风力涡轮机叶片的构造。出于解释说明和示例说明而非限制的目的，根据所公开的主题的系统的示例性实施例在图2-图5中被示出并且通常由附图标记1000表示。在本文中所呈现的各种视图和附图中可以提供类似的附图标记(由在前数字区分)来表示功能上相对应的但不一定相同的结构。
叶片可以包含一个或多个结构部件，所述结构部件被构造成为叶片提供增加的刚度、抗屈曲性和/或强度。例如，叶片可以包含一对纵向延伸的翼梁帽，所述翼梁帽被构造成分别接合抵靠叶片的压力侧和吸力侧的相对的内表面。另外，一个或多个抗剪腹板可以设置于翼梁帽之间以便形成梁状构造。翼梁帽通常可以被设计成在风力涡轮机的运行期间沿大致叶展方向(平行于叶片的翼展的方向)控制作用于叶片上的弯曲应力和/或其它载荷。类似地，翼梁帽也可以被设计成承受在风力涡轮机的运行期间出现的叶展方向压缩。
本公开的翼梁帽可以由多个拉挤构件构成，所述多个拉挤构件组合在一起以形成翼梁帽的第一部分。在某些实施例中，可以通过用树脂浸渍多根纤维(例如玻璃或碳纤维)并且使所浸渍的纤维固化来形成所述拉挤构件。可以使用现有技术中已知的任何合适的方式用树脂浸渍所述纤维。进一步，树脂可以包含任何合适的树脂材料，包含但不限于聚酯、聚氨酯、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯基酯、环氧树脂或类似物。进一步，如图所示，随着翼梁帽接近叶片根部，拉挤构件分离成一个或多个拉挤构件束以便形成翼梁帽的第二部分。
更具体地，翼梁帽由多个拉挤构件构成，所述多个拉挤构件组合在一起以形成一个或多个层。因此，所述层可以堆叠于彼此之上并且使用任何合适的方式接合在一起，例如，通过将构件真空灌注(vacuum infusing)在一起或者通过经由粘合剂、半预浸渍材料、预浸渍材料或类似物将构件结合在一起。
高精度定位销
本文中所描述的方法和系统有助于在模制过程期间高精度地放置部件，例如翼梁帽。特别地，本公开介绍一种新颖的设备和方法，所述设备和方法在整个叶展上提供准确的几何参考，并且在一些实施例中，可以被用作需要刚性支撑表面的部件的机械止动件。在一些实施例中，本公开可以包含高射光学投影和激光跟踪系统，以帮助定位工具和测量工具在铺叠过程期间放置部件和加强层。
图2描绘叶片半部的俯视图，其中多个孔(100)沿着叶展方向分布。孔(100)可以为模具表面内的孔(完全延伸穿过模具表面)、凹部或凹痕(具有足够的深度以接收如下所述的定位特征部或“销”)，并且为了方便起见，所述孔将被称为“销孔”。在叶片模具的3D制造模型中指定销孔(100)的一个或多个位置。为了制造模具(所述模具将被用来制造风力涡轮机叶片)，首先形成阳“插塞”以充当为模具赋予特定的几何形状的结构。在插塞构建期间，在插塞表面中形成、例如CNC机械加工精密的销孔。销孔(100)随后被转移至最终模具，并且可以充当参考点(多个参考点)以校准和验证任何高射激光投影或Faro测量系统的适当的定位。虽然多个销孔(100)被永久地形成于模具中，但是如果不被用于接收销(如下面更详细地描述的)，则所选定的销孔可以被堵塞或闭塞。
销孔(100)的数量和位置可以根据叶片设计规格(例如翼梁帽的数量、位置以及尺寸等等)而变化。如图2中所示，销孔(100)的分布不必为均匀的，而是集中于叶片的选定区域中。销孔(多个销孔)的数量、分布以及几何形状可以沿着叶展方向变化，例如，在具有大的/重的内部部件和/或更复杂的几何形状或表面轮廓的位置处，销孔(100)可以更集中，例如，与叶片的末端相比，更大数量的销孔(100)位于根部附近。
图3中的a描绘示例性销孔(100)的剖视图。销孔(100)的该示例性实施例描绘圆柱形孔，然而替代的几何形状(例如，弯曲的、非线性的)也在本公开的范围内。此外，销孔(100)可以具有用于接收销的加强腔，以使得限定销孔的侧壁的周边具有厚度“T”，所述厚度“T”大于销孔附近的模具表面的厚度“t”。这种额外的厚度在销孔(100)中提供强度和刚度，用于在销插入于销孔(100)中时接收和引导所述销。
图3中的b描绘覆盖物或掩模构件(200)，所述覆盖物或掩模构件可以在叶片制造步骤(例如，凝胶涂敷)之前上覆于销孔(100)以避免树脂进入销孔中。
图3中的c描绘复合纤维面板的多个层或“叠层”(300)(其形成复合叶片)，所述复合纤维面板的多个层或“叠层”沉积于设置在销孔(100)的顶部上的覆盖物(200)的顶部上并且由于覆盖物(200)而被阻止进入销孔。覆盖物(200)的尺寸可以被设计成使得覆盖物的周长大于且环绕销孔(100)。叠层(多个叠层)的尺寸可以被设计成使得叠层段(多个叠层段)的周长大于且环绕覆盖物(200)和销孔(100)。
图3中的d描绘在叠层(300)的顶部表面上的对下面的销孔(100)的标识，以便于放置用于插入至销孔(100)中的对应的阳销。所述标识可以经由高射光学(例如激光)投影系统来实现，所述高射光学投影系统照亮在叠层表面(300)上的销孔位置(220)或叠映在所述销孔位置上。在一些实施例中，覆盖物(200)可以形成有位置指示特征部(例如对比色、不透射线的材等等)，可通过叠层段的层/在叠层段的层下方检测所述位置指示特征，以容许操作者在视觉上检测整个模具中的销孔(100)的位置(220)。
图3中的e描绘定位特征部(400)的插入，所述定位特征部可以为销或细长构件(例如壁)，但是为了方便起见，本公开通篇将定位特征部称为“销”(然而，应当理解的是，在本公开的范围内设想替代的几何形状，例如非圆柱形几何形状)。如图所示，销(多个销)(400)延伸穿过并且超过叠层段(300)，并且穿过覆盖物(200)，销的远侧端被接收于销孔(100)内。在所示的示例性实施例中，销(400)的远侧端保持于销孔(100)内。覆盖物(200)可以包含易碎部分(直接位于下面的销孔上方，并且在尺寸/形状上与下面的销孔相称)，所述易碎部分在销(400)插入时断裂或切断。在一些实施例中，销(400)可以包含用来捕获和保持在插入时被切断的易碎部分的机构(以使得销孔不会被覆盖物(200)的废弃部分闭塞)。例如，销(400)可以为中空的或者包含内部腔室，以在销被插入穿过叠层段(300)和掩模(200)的每个层时收集这些被刺穿的层。这防止任何异物碎片干扰或损害制造过程。
图3中的f描绘内部结构部件(例如翼梁帽)(500)的放置过程，所述放置过程采用放置销作为参考点，并且在一些实施例中所述放置销作为承载构件，以确保结构部件(500)被正确地定位于叶片内。结构部件(500)可以相对于销(400)的位置定位。例如，结构部件(500)可以被定位成抵接销(多个销)(400)以防止部件(500)移位。
如图3中的g所示，在一些实施例中，结构部件(多个结构部件)(520)可以定位于销(多个销)(400)上方，以便在结构部件(520)定位于销(400)的顶部上时部分地或完全地接收销(多个销)(400)。在一些实施例中，所选定的销(多个销)(400)设置于结构部件(500)的外部上、例如邻近于结构部件(500)设置，以锁定或限制结构部件(500)的侧向位置，而选定的销(多个销)(400)被接收于结构部件(520)内以锁定或限制结构部件(520)的竖向和水平位置。
另外，高射光学(例如激光)投影系统可以投影结构部件的放置(例如叠映结构部件的周边边界)，以用于验证或者在与销位置(100/400)一致时作为适当定位的辅助手段；另外，具有更高放置精度的销可以充当模具内的高射光学投影的校准参考。在一些实施例中，销(400)被临时插入至销孔(100)中以便于内部结构部件的安装，并且在这之后被移除。在其它实施例中，销(400)可以永久地保持于最终组装的叶片内。
如图3中的h所示，一旦结构部件(500，520)的位置(多个位置)被验证为准确地定位于叶片模具内，就可以将额外的叠层段(320)的第二部段定位于结构部件(500，520)的顶部上。当完成铺叠过程时，可以围绕模具的周边密封袋(600)以产生真空，并且可以在销(400)被包含于灌注区域中的情况下执行树脂灌注过程。销(400)和销孔(100)的配合公差防止灌注树脂进入销孔(100)中，如图3中的i所示。
如图3中的j所示，在树脂灌注过程和固化完成之后，从模具(100)移出完整的模制部件，所述完整的模制部件包含：叠层(300)的第一部段、销(多个销)(400)、结构部件(500，520)、以及叠层(320)的第二部段。在该实施例中，销(多个销)(400)永久地形成组装产品/模制产品的一部分。在一些实施例中，销(400)延伸超过模制部件的外表面(例如，超过叠层(300)的第一部段的底部表面)达图3中的j中的距离(被示出为702)。可以修整销(400)的延伸超过外表面的这些部分(702)，以提供平滑且连续的外部叶片表面，从而产生如图3中的k所示的成品。
销类型和几何形状
图4中的A至F描绘可以在本文中所公开的实施例中使用的额外的或替代的销构造。在图4中的A所示的示例性销实施例中，销可以包含第一部段(401)，所述第一部段具有比插入于销孔(100)内的第二部段(402)更大的横截面面积。面积的变化可以为突然变化或阶梯式变化(如图4中的A所示)，或者为渐缩的(如图4中的B所示)。另外地或替代地，销(400)的远侧端可以与销孔(100)的底部相隔开(如图4中的A所示)，或者延伸成抵接销孔的底部(如图4中的B所示)。
在一些实施例中，销不会形成叶片至模具的连接部。相反，销(多个销)保留于模具中并且不延伸至正在形成的复合部件中。在这样的实施例中，销(多个销)可以通过磁力来被牢固地维持于适当位置中。例如，在图4中的C所示的实施例中，销(420)可以精确地位于模具中的具有磁性底脚(430)的位置上方以便：i)验证结构部件的适当的定位，例如通过在位置上与结构部件的高射投影的边界重合；以及ii)在结构部件以抵靠方式抵接销(420)定位时，充当承载元件，如上面参考图3中的f至h所描述的。
图4中的D描绘类似于图4中的B所示的实施例的示例性实施例，然而，在脱模过程期间，菱形销从叶片中出来并且仅仅销头(例如菱形销的在最宽部分近侧的部分)保留于叶片中。因此，在该实施例中，不是修整销的延伸的部分(702)，而是填充或堵塞脱模叶片中生成的孔。
图4中的E描绘在采用图4中的C或图4中的D的实施例时销的保留于叶片内的部分的示例性视图。为了清楚起见，在叠层段的层(300)中没有描绘孔，并且在采用图4中的C的磁性销实施例时确实不存在孔。
除高射投影仪之外，销可以通过独立的设备插入/定位于模具表面(100)上方。此外，销孔(100)可以形成于翼梁帽的单个位置(例如中心)处、或者形成于翼梁帽表面上的多个位置处。本文中所描述的精密销系统的优点在于，与替代技术相比，它容许更高精度地放置翼梁帽。另外，本公开在叶片蒙皮段的铺叠期间相对于内部叶片蒙皮为翼梁帽提供快速且准确的定位/对准。这避免采用外部模具的固定装置作为参考点(所述固定装置可能是不准确的，并且随着不同的制造周期和叶片几何形状而变化)的需要。另外，蒙皮定位器特征容许快速识别直接位于翼梁帽和蒙皮上的定位部件，同时减少误差并且提供对正确接合的即时视觉确认。
根据本公开的另一个方面，精密销系统还可以提供夹持力或夹紧力以便于将结构部件结合至叶片蒙皮，在图4中的F示出示例性实施例。销可以包含可释放地附接至压缩板(800)的锁定特征(例如螺纹450)。在图5中的a所示的示例性实施例中，销包含螺纹部分(451)和远侧部分(452)，所述远侧部分被插入穿过叠层段(350)的层并且被接收于模具的销孔(150)内。接下来，结构部件(550)通过与销的上端(451)成接近或抵接关系来设置而相对于销(450)定位，从而限制/防止侧向运动，如图5中的b所示。此后，压缩板(800)可以被定位成使得侧向地延伸的凸缘部分(810)接合结构部件(550)的上表面，以提供压缩夹紧力。当压缩板旋转时，螺纹锁定特征(451)使压缩板向下移位，从而增加施加至结构部件(550)的压力。夹紧力可以被暂时地施加，或者压缩板可以形成为最终的模制产品的一部分以便永久地维持压缩力。
如图所示，压缩板800包含从销轴侧向、对称地延伸的凸缘(801，802)，然而也可以采用替代的(例如非对称的)构造。压缩板(800)对结构部件(550)施加力，结构部件以均匀分布的方式将该力传递于接合叠层段(350)的顶层的结构部件(550)的表面区域上。此外，如图5中的c所示，压缩板的接收销的锁定特征部(451)的向下延伸的轴环的尺寸可以被设计成使得它保持与叠层段(350)的顶层隔开(亦即避免接触)，以避免对叠层材料的任何不希望的夹压折叠或刺穿。
根据本公开的另一个方面，图6中的a描绘示例性销孔(1000)的剖视图(如图2中所示的视图A-A)。销孔(1000)的该示例性实施例描绘圆柱形孔，然而替代的几何形状(例如，弯曲的、非线性的)也在本公开的范围内。此外，销孔(1000)可以具有用于接收销的加强腔，以使得限定销孔的侧壁的周边具有厚度“T”，所述厚度“T”大于销孔附近的模具表面的厚度“t”。这种额外的厚度在销孔(1000)中提供强度和刚度，以用于在螺柱或销被插入于销孔(1000)中时接收和引导所述螺柱或销。
图6中的b描绘螺柱构件(2000)，所述螺柱构件可以在叶片制造步骤(例如，凝胶涂覆)之前被至少部分地插入于销孔(1000)内，以避免树脂进入销孔中。在一些实施例中，螺柱(2000)的尺寸被设计成延伸超过叶片模具表面，并且可以永久地或可释放地固定于孔(1000)内(例如经由摩擦配合或经由螺纹紧固件、舌-槽接合等等)。
图6中的c描绘定位特征部(4000)的插入，所述定位特征部可以为销或细长构件(例如壁)，但是为了方便起见，本公开通篇将定位特征部称为“销”(然而，应当理解的是，在本公开的范围内设想替代的几何形状，例如非圆柱形几何形状)。如图所示，销(4000)附接至螺柱(2000)的顶端，所述螺柱被预先插入至模具销孔(1000)中。销(4000)可以经由机械联接(例如经由阳/阴构件之间的摩擦配合、螺纹紧固件、舌-槽接合等等)而可释放地固定至螺柱的上端(在所示的示例性实施例中，所述螺柱的上端突出于模具表面上方)。另外地或替代地，销(4000)可以经由磁性结合或粘合剂结合而连接至螺柱(2000)。在一些实施例中，销(4000)与螺柱(2000)之间的连接为易碎的，以使得在脱模过程(亦即，从模具中移出叶片)期间，销(4000)保持与模制叶片在一起而螺柱(2000)保持于模具(1000)中。
图6中的d描绘沉积于销(4000)和螺柱(2000)组件的顶部上的复合纤维面板的多个层或“叠层”(3000)，所述组件设置于销孔(1000)的顶部上。如图所示，销(4000)穿过叠层(3000)并且延伸于叠层的顶部表面上方。当铺叠过程完成时，销(4000)的末端在复合玻璃层(3000)上方保持可见。销头(4000)的这些参考标记充当用于放置翼梁帽的视觉基础。在一些实施例中，销(4000)可以包含标记，以表示叠层段(3000)的堆叠的高度，以便为操作者提供确认预定数量/高度的叠层段已经被安装的视觉帮助，和/或充当叶片的给定位置相对于另一个给定位置(例如根部与尖端)处的叠层段的状态进行比较的基础。
图7A描绘在已经沉积叠层段的层之后模具的顶视图。内部结构部件(例如翼梁帽)(5000)放置过程采用放置销作为参考点，并且在一些实施例中所述放置销作为承载构件。结构部件(5000)可以相对于销(4000)的位置定位。例如，结构部件(5000)可以在销(4000)之间的空间中定位于模具内。如图所示，在翼梁帽(5000)的标称中心线(较小的竖直线)与实际中心线(较大的竖直线)之间存在放置误差(E)，所述翼梁帽的侧边缘被以虚线示出以供参考。
一旦翼梁帽(5000)被定位于销(4000)之间的适当位置中，例如凸轮头的致动器(6000)就被安装于销(4000)的顶部上并且可操作以抵接来实现或防止部件(5000)的移位。当凸轮头旋转时，销可以保持静止。可以采用各种致动器，例如凸轮头(6000)，所述各种致动器的几何形状为偏心形状、卵形形状、椭圆形形状或蜗牛形形状(参见图6中的f和图7B)。
根据本公开的一个方面，致动器(6000)可以精确地评估翼梁帽定位的误差(E)。例如，凸轮头(6000)可以旋转以接合翼梁帽(5000)的侧面，如图6中的g和图7C中所示。致动器(6000)可以彼此独立地和/或同时地运动。此外，每个致动器(6000)可以表现出360度的运动范围，其中每个致动器按照接合翼梁帽(5000)所需要的而被定向成不同的角度。如图7C至图7D中所示，位置6000和6000’之间的旋转角度(α)可以与相对距离(D)相关联，并且相应地评估翼梁帽(5000)的放置误差(翼梁帽的侧边缘被以虚线示出以供参考)。如果误差超过预定公差，则可以使翼梁帽(5000)侧向地移动，例如通过将凸轮头(6000)旋转适当的度数“a”或距离以施加力来使翼梁帽(5000)侧向地移动。在一些实施例中，可以例如经由电动、液压或气动动力源为凸轮提供动力以辅助旋转(并且因此辅助翼梁帽的移位)。在一些实施例中，可以采用外部工具(例如锤子或锥子)来经由敲击或其它方法在翼梁帽(5000)上施加力，以产生必要的移位；并且重复评估过程。
当使翼梁帽(5000)移动时，使第一凸轮运动以便与翼梁帽脱离接合(从而允许翼梁帽沿该第一凸轮的方向运动)，而第二凸轮(6002)保持与翼梁帽接合(以防止翼梁帽的沿“错误”方向的不期望的运动)。因此，第一凸轮的旋转度数或旋转量可以不同于第二凸轮，如图6中的g和图7C中所示，其中凸轮6001已经旋转比凸轮6002更大的距离(因此示出更大的横截面轮廓)。另外地或替代地，凸轮6000可以被定向成在竖直平面中旋转，以在顶部表面上接合翼梁帽5000并且向下按压或“夹持”翼梁帽。
一旦确认翼梁帽边界的最终位置被被准确地定位于模具内，致动器(6000)就可以从销(4000)移除。在一些实施例中，致动器(6000)具有用于接收销(4000)的顶部部分的凹部或狭槽，并且可以竖向地联接(亦即，由销可伸缩地接收)。致动器可以由芯材料(7000)(例如巴沙木)代替，所述芯材料的尺寸根据凸轮旋转所测量的距离来设计，如图6中的h所示。
如图3中的h所示，一旦验证结构部件(5000)的位置被准确地定位于叶片模具内，就可以将额外的叠层段的第二部段定位于结构部件(5000)、销(4000)以及叠层段(3000)的第一部段的顶部上。如上所述，当完成铺叠过程时，可以围绕模具的周边密封袋以产生真空，并且可以在销(4000)被包含于灌注区域中的情况下进行树脂灌注过程。螺柱(2000)和销孔(1000)的配合公差防止灌注树脂进入销孔(1000)中。有利地，在这些后续操作期间，销(4000)与翼梁帽(5000)的存在确保在灌注和固化过程期间不会发生移位。
如图6i中所示，在树脂灌注过程和固化过程完成之后，通过使销(4000)与螺柱(2000)脱离接合而从模具(1000)移出完整的模制部件，所述完整的模制部件包含叠层(3000)的第一部段、销(多个销)(4000)、结构部件(5000)、芯材料(7000)以及叠层的第二部段。销(4000)与螺柱(2000)之间的机械连接被构造成使得在相对竖向运动下，销(4000)与螺柱脱离接合或分离。因此，销保持与叶片在一起并且螺柱保持与模具在一起。还保留有小销孔(相当于螺柱的从模具中出来的形状)。在该实施例中，销(多个销)(4000)永久地形成组装产品/模制产品的一部分，并且保持作为防止翼梁帽(5000)漂移的硬止动件。螺柱(2000)的尺寸可以被设计成延伸超过模具(1000)的顶部表面，以使得在使螺柱(2000)与销(4000)分离之后，在螺柱(2000)的位置处在模制产品中留有凹部。
另外地或替代地，螺柱(2000)的尺寸可以被设计成不延伸超过模具(1000)的顶部表面，其中销(4000)延伸超过模具表面并且延伸至销孔(1000)中，从而使销(4000)延伸超过模制部件的外部表面(例如，超过叠层(3000)的第一部段的底部表面)。可以修整销(4000)的延伸超过外部表面的该部分以提供平滑且连续的外部叶片表面，从而得到成品。
销类型和几何形状
如上所述，在本文中所公开的实施例内可以采用各种销构造。在图6中的b所示的示例性销实施例中，销可以包含第一部段(4001)，所述第一部段具有比第二部段(4002)更小的横截面面积，所述第二部段被插入、接收或附接至销孔(1000)内的螺柱(2000)。面积的变化可以为突然变化或阶梯状变化，或者位渐缩的。另外地或替代地，螺柱(2000)的远侧端可以与销孔(1000)的底部隔开，或者延伸成抵接销孔的底部。
因此，本公开提供优于传统叶片结构和制造技术的许多优点和改善，其包含提供相对于内部叶片构件而非外部模具框架的高精度参考点，由此参考特征部可以保留于真空袋内部。
应当注意的是，在本文中对“上方”、“下方”、“顶部”、“底部”等等的参考为相对的且非限制性的，因为本文中所描述的结构和技术同样适用于形成于叶片的吸力侧和压力侧上的翼梁帽。
虽然在本文中以某些优选实施例的方面描述了所公开的主题，但是本领域技术人员将认识到的是，在不脱离所公开的主题的范围的情况下，可以对所公开的主题进行各种修改和改进。而且，尽管所公开的主题的一个实施例的各个特征可能在本文中被讨论或者在一个实施例的附图中被示出、但是在其它实施例中未被示出，但是显而易见的是，一个实施例的各个特征可以与另一个实施例的一个或多个特征或来自多个实施例的特征组合。
除了下面要求保护的特定实施例之外，所公开的主题还涉及具有下面所要求保护的从属特征和上面所公开的那些特征的任何其它可能组合的其它实施例。这样，在从属权利要求中呈现的以及在上面公开的特定特征可以在所公开的主题的范围内以其它方式彼此组合，以使得所公开的主题应当被认为也特别涉及具有任何其它可能组合的其它实施例。因此，出于示例说明和描述的目的，已经呈现了对所公开的主题的特定实施例的前述描述。它不旨在为穷举性的或将所公开的主题限于所公开的那些实施例。
对于本领域的技术人员来说显而易见的是，在不脱离所公开的主题的精神或范围的情况下，可以对所公开的主题的方法和系统进行各种修改和变化。因此，所公开的主题旨在包含在所附权利要求以及它们的等同物的范围内的修改和变化。

Claims (20)

1.一种风力涡轮机叶片模具系统，包括：
第一模具表面；
位于所述第一模具表面内的至少一个孔，所述至少一个孔被构造成接收销；
设置于所述至少一个孔之上的覆盖物，所述覆盖物被构造成接收设置于其上的复合材料的多个层；
至少一个销，所述至少一个销具有第一端和第二端，所述第一端和第二端限定在其间延伸的具有一长度的侧壁，所述销的第二端设置于所述至少一个孔内并且所述销的第一端延伸超过所述第一模具表面；
其中所述销的侧壁的一部分被构造成接合风力涡轮机叶片的结构部件。
2.根据权利要求1所述的系统，进一步包括围绕叶片模具的叶展中心轴线不对称设置的多个孔。
3.根据任一前述权利要求所述的系统，进一步包括沿着所述叶片模具的长度设置的多个孔。
4.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述销的所述第一端的周长大于所述销的所述第二端的周长。
5.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，至少一个销被构造成具有不对称的几何形状。
6.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，至少一个销延伸超过设置于所述第一模具表面上的复合材料的上表面。
7.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述覆盖物包含易碎部分，当所述销被插入至所述孔中时，所述易碎部分保持于所述销内。
8.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述销的所述第二端包含平坦的顶部表面，其中结构部件抵靠所述平坦的顶部表面设置。
9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述销的所述第二端包含平坦的顶部表面，其中复合材料的至少一层设置于所述销的所述平坦的顶部表面上方。
10.根据任一前述权利要求所述的系统，进一步包括压缩板，所述压缩板包含至少一个凸缘以接合所述叶片的结构部件。
11.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，所述销的所述第二端包含锁定特征，所述锁定特征被构造成接合所述压缩板。
12.根据任一前述权利要求所述的系统，其中，风力涡轮机叶片的结构部件为翼梁帽。
13.一种风力涡轮机叶片模具系统，包括：
第一模具表面，所述第一模具表面具有位于其中的至少一个孔；
至少一个螺柱，所述至少一个螺柱具有第一端和第二端，所述至少一个螺柱的第一端和第二端在其间限定一长度，所述销的所述第二端设置于所述至少一个孔内；
至少一个销，所述至少一个销具有第一端和第二端，所述至少一个销的第一端和第二端在其间限定一长度，其中所述销的所述第二端连接至所述至少一个螺柱的所述第一端；
至少一个致动器，所述至少一个致动器设置于所述至少一个销上，其中所述致动器的一部分被构造成接合风力涡轮机叶片的结构部件。
14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述螺柱的所述第一端延伸超过所述第一模具表面。
15.根据权利要求13-14中的任一项所述的系统，其中，所述销可释放地连接至所述螺柱。
16.根据权利要求13-15中的任一项所述的系统，其中，所述销的所述第一端延伸超过设置于所述第一模具表面上的复合材料的上表面。
17.根据权利要求13-16中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个致动器包含凸轮，所述凸轮能够围绕所述至少一个销的中心轴线旋转。
18.根据权利要求13-17中的任一项所述的系统，其中，所述至少一个致动器包含不对称的凸轮。
19.根据权利要求13-18中的任一项所述的系统，其中，所述结构部件设置于两个致动器之间，所述致动器指示所述结构部件的中点的位置。
20.根据权利要求13-19中的任一项所述的系统，其中，风力涡轮机叶片的结构部件为翼梁帽。
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