CN114555344A - 用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

一种用于组装风力涡轮机叶片（2）的叶片部件（1）的方法，所述方法包括以下步骤：获得关于叶片部件（1）的连接区域（3）的信息；根据所获得的关于叶片部件（1）的连接区域（3）的信息来选择、定制和/或制造转接件（7），其中，转接件（7）用于将叶片部件（1）与至少另一叶片部件（8）连接；以及将叶片部件（1）连接到转接件（7）。风力涡轮机叶片的独立制造的叶片部件可以以使得组装的叶片尽可能接近达到单个铸造的叶片的方式进行组装。

Description

用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的方法和系统
技术领域
本发明涉及一种用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的方法和对应的系统。
背景技术
随着风力涡轮机叶片变得更长，将这种叶片分成多个叶片部件是有利的，所述叶片部件例如由不同的制造商单独模制并且随后被组装。当组装叶片部件时，重要的是叶片最终结构尽可能多地与一体式（in one piece）铸造的叶片相同。
由于不同的叶片部件可能来自不同的模具，叶片部件的正确组装可能因叶片部件的连接区域的不足匹配和/或质量而变得困难。
例如，当组装叶片部件时，重要的是叶片的尖端相对于根部正确地放置并且叶片的扭转是如设计的那样。如果情况不是这样，那么在整个风力涡轮机上的负载可能改变并且年发电量可能改变。在最坏的情况下，风力涡轮机叶片甚至可能撞击风力涡轮机的塔架。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种确保独立制造的叶片部件能够以使得组装的叶片尽可能接近达到单个铸造的叶片的方式进行组装的方法。
因此，提供一种用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的方法。该方法包括：获得关于叶片部件的连接区域的信息；根据所获得的关于叶片部件的连接区域的信息来选择、定制和/或制造转接件，其中，转接件用于将叶片部件与至少另一叶片部件连接；以及，将叶片部件连接到转接件。
通过例如识别叶片部件的连接区域的几何形状，能够以改进的方式提供用于连接多个叶片部件的转接件。连接的尺寸可以被确定，使得转接件不必在模具中（即当连接叶片部件和转接件时）进行调节。所提出的解决方案确切地说允许用于连接多个叶片部件的“离线配套（kitting）”。
获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤进一步允许确定连接区域的质量并将关于连接区域的质量的信息提供给叶片部件的制造商。由于制造商可以使用该质量控制反馈来增强待组装的部件的材料放置，因此可以改进制造过程。
此外，可以确定不同的叶片部件是否会匹配以及它们是否应该被组装。因此，组装的叶片的结构性能被优化，因为只有最佳配合的部件可以被选择用于彼此连接。
叶片部件、另一叶片部件（如下文所述）和/或转接件可以被提供为具有或不具有树脂的纤维铺层（lay-up）。树脂可以是固化的、部分固化的或未固化的。纤维的示例包括玻璃纤维或碳纤维。树脂可以包括例如热塑性或热固性材料。另外，（一个或多个）铺层可以包括木材，诸如轻木。
“选择转接件”包括从先前制造的多个转接件选择一个转接件，即在选择所述一个转接件的步骤之前。
“定制转接件”包括改变现有的（先前制造的）转接器的几何形状。这可以包括加工转接件、添加或去除纤维层等。
“制造转接件”包括产生纤维铺层（从零开始）。纤维铺层可以包括树脂。树脂可以是固化的、部分固化的或未固化的。
根据实施例，获得关于连接区域的信息的步骤包括将跟踪器标记放置在叶片部件上并且记录所放置的跟踪器标记的位置。
这允许简单且成本有效的获得关于连接区域的信息的方法。
根据进一步的实施例，跟踪器标记以预定的几何细节和/或铺设（layup）细节放置在叶片部件的连接区域中。
根据进一步的实施例，跟踪器标记被铸造在叶片部件中。
这是特别有利的，因为跟踪器标记可以在叶片部件的制造期间自动地整合到叶片部件中，并且因此不再需要在制造之后跟踪器标记的手动放置。
根据进一步的实施例，获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤包括使用立体相机设备执行数字图像相关（DIC）。
这具有如下优点：由于DIC允许仅基于记录的图像数据获得关于连接区域的信息，所以叶片部件既不必在制造期间也不必在制造之后被操纵。代替DIC，激光扫描仪、雷达、跟踪器等可以用于获得关于叶片部件的连接区域的信息，即用于表面识别。原则上，人们可以使用能够返回3D表面的任何设备/方法。
根据进一步的实施例，选择、定制和/或制造转接件的步骤包括通过将光线投射到转接件上来将所获得的信息提供给转接件。
根据进一步的实施例，光线表示为了提供用于将叶片部件连接到转接件的正确尺寸而转接件应当具有的几何形状。
这可以包括将激光线投射在转接件的模具上，其中，激光线可以是扁平的或弯曲的。
根据进一步的实施例，根据所获得的关于叶片部件和/或另一叶片部件的连接区域的信息来选择、定制和/或制造转接件。
其中，选择可以通过计算机算法或手动来完成。由于考虑到所获得的关于叶片部件或另一叶片部件的连接区域的信息，所以可以选择需要最小定制工作的转接件。
根据进一步的实施例，叶片部件使用第一模具来制造，并且转接件使用与第一模具不同的第二模具来制造。
根据进一步的实施例，将叶片部件连接到转接件的步骤包括：将叶片部件和转接件相对于彼此对准，横跨叶片部件和转接件铺设（lay）纤维以构建纤维铺层，利用树脂灌注纤维，以及固化树脂。
该过程允许叶片部件和转接件之间的牢固接合，这提供与单个铸造叶片的结构类似的结构。
根据进一步的实施例，叶片部件的连接区域包括凹部，并且转接件包括与该凹部对应的突起。
提供在叶片部件处的凹部和在转接件处的突起允许简单但稳定的连接。
根据进一步的实施例，获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤包括测量凹部。
根据进一步的实施例，选择、定制和/或制造转接件的步骤和/或连接叶片部件、另一叶片部件和/或转接件的步骤包括使用树脂灌注过程，特别是真空灌注过程。
根据进一步的实施例，该方法包括获得关于另一叶片部件的连接区域的信息，根据所获得的关于另一叶片部件的连接区域的信息来选择、定制和/或制造转接件，以及将另一叶片部件连接到转接件。
根据进一步的方面，本发明涉及一种用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的系统，该系统包括：被配置为获得关于叶片部件的连接区域的信息的（第一）装置；被配置为根据所获得的关于叶片部件的连接区域的信息来选择、定制和/或制造转接件的（第二）装置，其中，转接件用于将叶片部件与至少另一叶片部件连接；以及，被配置为将叶片部件连接到转接件的（第三）装置。
第一装置可以包括相机，第二装置可以包括投影仪设备，并且第三装置可以包括树脂灌注设备、高压釜（autoclave）等。
参照本发明的方法描述的实施例和特征加以必要的变更适用于本发明的系统。
本发明的进一步可能的实施方式或替代解决方案也涵盖上面或下面关于实施例描述的特征的组合（在本文中没有明确提到）。本领域技术人员也可以将单独的或孤立的方面和特征添加到本发明的最基本形式。
附图说明
从结合附图进行的随后描述和从属权利要求，本发明的进一步的实施例、特征和优点将变得显而易见，在附图中：
图1示出流程图，该流程图示出用于组装风力涡轮机叶片的叶片部件的方法；
图2以透视图示出获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤以及根据所获得的信息选择、定制和/或制造转接件的步骤；
图3以透视图示出根据第一实施例的获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤；
图4以透视图示出根据第二实施例的获得关于叶片部件的连接区域的信息的步骤；以及
图5以透视图示出将两个叶片部件连接到转接件的步骤。
具体实施方式
在附图中，除非另外指示，相同的附图标记表示相同或功能上等同的元件。
图1示出流程图，该流程图示出用于使用转接件7将风力涡轮机叶片2的叶片部件1（见图8）与另一叶片部件8组装的方法。叶片部件1、8和转接件7分别由纤维的铺层制成，并且可以包括固化的、部分固化的或未固化的树脂。
在步骤S1中，获得关于布置在模具16上的叶片部件1的连接区域3（见图2）的信息。这可以通过将跟踪器标记4放置在叶片部件1上并且利用诸如相机5（例如传统2D相机）的捕获设备来记录放置的跟踪器标记4的位置而完成。其中，跟踪器标记4以预定的几何细节和/或铺设细节放置在叶片部件1的连接区域3中。
跟踪器标记4可以在制造叶片部件1之后放置在连接区域3中，或者可以在制造期间铸造在叶片部件1中。制造的步骤可以包括构建纤维铺层并且可选地包括利用树脂灌注所述铺层。树脂可以处于或可以不处于固化状态。优选地，在高压釜中进行固化。
作为对使用跟踪器标记4的替代，获得关于叶片部件1的连接区域3的信息的步骤可以包括使用立体相机设备6执行数字图像相关（DIC）。步骤S1用于识别连接区域3的精确尺寸（几何形状），所述精确尺寸（几何形状）随后用于提供转接件7。
在步骤S2中，根据所获得的关于叶片部件1的连接区域3的信息来选择、定制和/或制造转接件7。转接件7用于将叶片部件1与至少另一叶片部件8连接。
根据第一替代方案，（从先前制造的多个转接件7）选择转接件7，并且基于从叶片部件1的连接区域3获得的信息定制转接件7。定制转接件7可以包括例如通过添加或去除纤维层来改变其几何形状。转接件7可以不完全固化，使得转接件7的进一步定制仍然是可能的。
通过将诸如激光线的光线9投射到已经选择的预制转接件7上，从叶片部件1获得的信息被提供给转接件7。光线9表示为了提供用于将叶片部件1连接到转接件7的正确尺寸而转接件7应当具有的几何形状，因此可以以简单的方式定制转接件7。
根据第二替代方案，从叶片部件1的连接区域3获得的信息可以用于制造转接件7，而不是仅仅定制或选择转接件7。制造转接件7可以包括形成纤维的铺层。
转接件7可以在选择它之后被提供到组装地点、被定制或被制造在模具17上。
在两个替代方案的每个中，叶片部件1的连接区域3可以包括凹部10，并且转接件7可以包括与该凹部10对应的突起11。在这种情况下，获得关于叶片部件1的连接区域3的信息的前述步骤包括测量该凹部10。
在步骤S3中，叶片部件1连接到转接件7。这可以包括：将叶片部件1和转接件7相对于彼此对准，横跨叶片部件1和转接件7铺设纤维以构建纤维铺层，利用树脂灌注纤维（例如在真空树脂灌注过程中），以及固化树脂（例如在高压釜中）。
在图2的左侧的图示出了将跟踪器标记4放置在叶片部件上并记录所放置的跟踪器标记4的位置的步骤。其中，跟踪器标记4以预定的几何细节和/或铺设细节放置在叶片部件3的连接区域3中。跟踪器标记4可以借助于被配置为提供跟踪器标记4的杆12来放置。作为替代方案，跟踪器标记4也可以使用机器人臂等来放置。在放置了跟踪器标记4之后，记录所放置的跟踪器标记4的位置。为此目的，在叶片部件2上方布置诸如相机5的捕获设备。相机5记录所有跟踪器标记4的位置，并且向诸如笔记本计算机等的处理设备13提供对应的信息。
在图2的右侧的图示出了根据所获得的关于跟踪器标记4的信息来选择、定制和/或制造转接件7的步骤。为此目的，处理设备13连接到投影仪设备14，该投影仪设备14基于所获得的信息发射诸如激光线的光线9。光线9例如根据所获得的关于叶片部件1的连接区域3的信息在已选择的转接件7上指示应当如何定制所选择的转接件7。随后可以如上所述地进行转接件7的定制。代替选择转接件7并定制它，可以通过将光线9投射到模具上基于获得的信息来制造新的转接件7。
如从图3更详细地显而易见的，多个跟踪器标志4以预定的几何细节和/或铺设细节放置在叶片部件1的连接区域3中。关于跟踪器标志4的位置的信息使用诸如相机5（例如传统2D相机）的捕获设备来获得。在获得了信息之后，将该信息提供给处理设备13。该信息也可以用于在允许的公差、偏移等方面检查连接区域的质量。
图4示出通过使用立体相机设备6（也称为3D相机）执行数字图像相关（DIC）来获得关于连接区域3的信息的步骤。这使得将跟踪器标记4放置在叶片部件1上的步骤多余。为了以简单的方式定位立体相机设备6，立体相机设备6可以附着到推车15。推车15也可以用于保持以笔记本计算机的形式的处理设备13，以便允许人员验证是否正确地获得连接区域3的信息。作为替代方案，立体相机设备6也可以由机器人臂等来操作，从而使用图像识别技术来验证立体相机设备6相对于叶片部件1的正确对准。
图5示出将两个叶片部件1、8连接到转接件7的步骤。在将叶片部件1、8连接到转接件7之前，转接件7已基于关于第一叶片部件1的连接区域3和关于第二叶片部件8的连接区域3获得的信息而被定制。
根据图5的实施例，第一叶片部件1和第二叶片部件8每个可以包括两个进一步的部分，例如下半部和上半部。也就是说，转接件7关于四个突起11进行定制，其中，每个突起11对应于第一叶片部件1的相应上半部和下半部中的凹部10以及第二叶片部件8的相应上半部和下半部中的凹部。将相应的叶片部件1、8连接到转接件7的步骤包括：将叶片部件1、8和转接件7相对于彼此对准，横跨叶片部件1、8和转接件7铺设纤维以构建纤维铺层，利用树脂灌注纤维，以及固化树脂。
尽管已依据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说显而易见的是，在所有实施例中修改是可能的。

Claims (15)

1.一种用于组装风力涡轮机叶片（2）的叶片部件（1）的方法，所述方法包括以下步骤：
获得关于叶片部件（1）的连接区域（3）的信息，
根据所获得的关于所述叶片部件（1）的连接区域（3）的信息来选择、定制和/或制造转接件（7），其中，所述转接件（7）用于将所述叶片部件（1）与至少另一叶片部件（8）连接，以及
将所述叶片部件（1）连接到所述转接件（7）。
2.根据权利要求1所述的方法，
其中，获得关于所述连接区域（3）的信息的步骤包括将跟踪器标记（4）放置在所述叶片部件（1）上并且记录所放置的跟踪器标记（4）的位置。
3.根据权利要求2所述的方法，
其中，所述跟踪器标记（4）以预定的几何细节和/或铺设细节放置在所述叶片部件（1）的所述连接区域（3）中。
4.根据权利要求2或3所述的方法，
其中，所述跟踪器标记（4）被铸造在所述叶片部件（1）中。
5.根据权利要求1-4中的一项所述的方法，
其中，获得关于所述叶片部件（1）的连接区域（3）的信息的步骤包括使用立体相机设备（6）执行数字图像相关DIC。
6.根据权利要求1-5中的一项所述的方法，
其中，选择、定制和/或制造所述转接件（7）的步骤包括通过将光线投射到所述转接件（7）上来将所获得的信息提供给所述转接件（7）。
7.根据权利要求6所述的方法，
其中，所述光线表示为了提供用于将所述叶片部件（1）连接到所述转接件（7）的正确尺寸而所述转接件（7）应当具有的几何形状。
8.根据权利要求1-7中的一项所述的方法，
其中，根据所获得的关于所述叶片部件（1）和所述另一叶片部件（8）的连接区域（3）的信息来选择、定制和/或制造所述转接件（7）。
9.根据权利要求1-8中的一项所述的方法，
其中，所述叶片部件（1）使用第一模具（16）来制造，并且所述转接件（7）使用与所述第一模具（16）不同的第二模具（17）来制造。
10.根据权利要求1-9中的一项所述的方法，
其中，将所述叶片部件（1）连接到所述转接件（7）的步骤包括：将所述叶片部件（1）和所述转接件（7）相对于彼此对准，横跨所述叶片部件（1）和所述转接件（7）铺设纤维以构建纤维铺层，利用树脂灌注所述纤维，以及固化所述树脂。
11.根据权利要求1-10中的一项所述的方法，
其中，所述叶片部件（1）的所述连接区域（3）包括凹部（10），并且所述转接件（7）包括与所述凹部（10）对应的突起（11）。
12.根据权利要求11所述的方法，
其中，获得关于所述叶片部件（1）的连接区域（3）的信息的步骤包括测量所述凹部（10）。
13.根据权利要求1-12中的一项所述的方法，
其中，选择、定制和/或制造所述转接件（7）的步骤和/或连接所述叶片部件（1）、另一叶片部件（8）和/或所述转接件（7）的步骤包括使用树脂灌注过程，特别是真空灌注过程。
14.根据权利要求1-13中的一项所述的方法，进一步包括：
获得关于所述另一叶片部件（8）的连接区域（3）的信息，
根据所获得的关于所述另一叶片部件（8）的连接区域（3）的信息来选择、定制和/或制造转接件（7），以及
将所述另一叶片部件（8）连接到所述转接件（7）。
15.一种用于组装风力涡轮机叶片（2）的叶片部件（1）的系统，包括：
被配置成获得关于叶片部件（1）的连接区域（3）的信息的装置（5，6，12），
被配置成根据所获得的关于所述叶片部件（1）的连接区域（3）的信息来选择、定制和/或制造转接件（7）的装置（11、14），其中，所述转接件（7）用于将所述叶片部件（1）与至少另一叶片部件（8）连接，以及
被配置成将所述叶片部件（1）连接到所述转接件（7）的装置。
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