CN117120248A - 涉及风力涡轮机组件的制造的改进 - Google Patents

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Abstract

在本发明的第一方面中，提供了一种制造风力涡轮机组件的方法，该方法包括：在模具(12)中支承纤维增强材料的叠层(14)；以及提供硬化剂(20)的供应件，该供应件至少包括第一硬化剂(20a)和第二硬化剂(20b)，第二硬化剂比第一硬化剂更快；将树脂与第一硬化剂和/或第二硬化剂混合以产生树脂混合物(24)；在浸渍工艺期间将树脂混合物(24)供应至叠层(14)；监测浸渍工艺的一个或更多个工艺参数；以及通过在浸渍工艺过程中根据一个或更多个工艺参数改变第一硬化剂和第二硬化剂(20a，20b)在树脂混合物中的相对比例来控制硬化剂(20)的速度。

Description

涉及风力涡轮机组件的制造的改进
技术领域
本发明总体涉及风力涡轮机组件，并且更具体地涉及制造风力涡轮机组件的方法。
背景技术
诸如玻璃增强塑料(glass reinforced plastic，GFRP)的复合材料由于它们的机械性能(诸如，它们的低质量和高强度)而有利地用于风力涡轮机组件(诸如，风力涡轮机叶片)中。关于风力涡轮机叶片，这些叶片可以例如包括在复合成型工艺中形成的外壳，在该复合成型工艺中，纤维增强材料用树脂混合物浸渍。固化树脂混合物以产生包括固定在固化树脂基质中的增强纤维的叶片壳。然而，复合成型工艺(诸如，真空辅助树脂传递成型(vacuum assisted resin transfer moulding，VARTM))可能存在许多挑战，尤其是当制造大风力涡轮机组件(诸如，风力涡轮机叶片)时。
复合成型工艺中的树脂混合物通常包括树脂和硬化剂，它们化学反应以固化树脂混合物。当树脂混合物固化成固态时，其变得更粘稠，即，流体更少。树脂混合物的粘度受树脂混合物中的硬化剂的温度和反应性影响。然而，随着树脂混合物固化并且变得更粘稠，浸渍速度降低，即，树脂混合物更缓慢地浸渍纤维增强材料。此外，树脂混合物的过早固化可能引起堵塞，这导致具有干点的不完全浸渍(其中，纤维增强材料未被浸渍)。因此，通常选择硬化剂以确保树脂混合物以特定速率固化，以确保混合物保持足够的流体(即，未固化)，直到纤维增强材料已经完全被浸渍。
然而，根据定义，具有长固化时间的树脂混合物还导致在开始浸渍和获得完全固化的风力涡轮机组件之间的长循环时间。这可能增加在浸渍和固化工艺中发生泄漏的风险，并且可能增加其它缺陷的风险。此外，延长的循环时间增加了模具内时间(即，风力涡轮机组件占用模具的时间)，从而降低了制造装置的生产量。因此，希望减少浸渍和固化循环时间。
正是针对这一背景开发了本发明。
发明内容
在本发明的第一方面中，提供了一种制造风力涡轮机组件的方法。该方法包括：在模具中支承纤维增强材料的叠层并提供树脂的供应件(supply)。该方法还包括：提供至少包括第一硬化剂和第二硬化剂的硬化剂的供应件，第二硬化剂比第一硬化剂更快，并且将树脂与第一硬化剂和/或第二硬化剂混合以产生树脂混合物。该方法还包括：在浸渍工艺期间将树脂混合物供应至叠层，监测浸渍工艺的一个或更多个工艺参数，以及通过在浸渍工艺过程中根据一个或更多个工艺参数改变第一硬化剂和第二硬化剂在树脂混合物中的相对比例来控制硬化剂的速度。
一个或更多个工艺参数可以选自包括以下项的组，该组包括：环境温度、树脂混合物温度、自浸渍工艺开始起经过的时间、树脂混合物流体前缘的位置和模具中的真空压力。
纤维增强材料可以包括玻璃增强纤维。纤维增强材料可以以短切原丝毡(choppedstrand mat)的形式提供。优选地，纤维增强材料以织物形式提供，其中，增强纤维以特定取向布置。例如，纤维增强材料优选地以包括单向增强纤维或双轴增强纤维或三轴增强纤维的织物形式提供。
树脂和硬化剂优选以液态提供。混合树脂和硬化剂以产生树脂混合物引发化学反应，该化学反应最终导致液体树脂混合物固化。从产生树脂混合物到树脂混合物完全固化所花费的时间被称为固化时间。树脂混合物在总固化时间的初始部分(在一些示例中被称为“开放时间”或“工作时间”或“湿铺时间”)中保持为基本上液体可工作状态。
一旦开放时间过去，树脂混合物就进入初始固化阶段，也称为“未成熟(green)阶段”或“凝胶阶段”，其中，树脂混合物具有高得多的粘度。在凝胶相中，树脂不再是可加工的，即，树脂混合物不流动，因此不进一步浸渍叠层。在凝胶相之后，树脂混合物继续固化，直到其达到完全固化的固体状态。
树脂混合物的固化时间至少部分地受树脂混合物中的硬化剂的速度影响。因此，如本文所提及的硬化剂的速度或硬化剂速度是指对于给定温度，包括硬化剂的树脂混合物从液体通过固化相进展到凝胶相、进展到完全固化的速率。
该方法包括控制硬化剂的速度，即，改变第一(较慢)硬化剂和第二(较快)硬化剂在树脂混合物中的相对比例，以在整个浸渍工艺中根据一个或更多个工艺参数调节浸渍到叠层中的树脂混合物的固化时间。树脂混合物的开放时间也受树脂混合物中的硬化剂的速度影响。因此，该方法还包括通过改变第一硬化剂和第二硬化剂在树脂混合物中的相对比例来控制硬化剂的速度，从而控制树脂混合物的开放时间，其中，树脂混合物处于基本上液体状态。
更具体地参考树脂混合物的开放时间，第一硬化剂和第二硬化剂各自具有“贮存期(pot life)”，贮存期被定义为包括树脂和相应硬化剂的特定质量的树脂混合物在特定温度下保持为液体的时间量。“贮存期”是可以直接比较硬化剂的客观性质。第一硬化剂的贮存期优选长于第二硬化剂的贮存期。
树脂混合物可以是热固性聚合物树脂。树脂混合物可以是双组分热固性聚合物树脂。例如，树脂混合物可以是双组分环氧树脂或聚氨酯热固性树脂。
用于树脂混合物的树脂的供应件可以包括Hexion Epikote(RTM)RIMR 135。硬化剂的供应件可以包括Hexion Epicure(RTM)RIMH137作为第一硬化剂。硬化剂的供应件可以包括Hexion Epicure(RTM)RIMH1366作为第二硬化剂。
该方法还可以包括基于一个或更多个工艺参数确定第一硬化剂和第二硬化剂的初始混合比。优选地，一个或更多个工艺参数是环境温度、模具温度、叠层温度和树脂初始温度中的一者或更多者。
该方法还可以包括在浸渍工艺开始时将树脂主要或仅仅与第一硬化剂混合。因此，在浸渍工艺开始时可以实现相对慢的硬化剂速度。
该方法还可以包括通过随着浸渍工艺进展(progress)而增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例来增加硬化剂的速度。因此，该方法可以包括通过随着浸渍工艺进展而增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例来减少树脂混合物的固化时间和/或开放时间。
第二硬化剂的比例可以在循序渐进的工艺中连续增加或减少，以在浸渍工艺进展时调和(blend)树脂混合物中的硬化剂的速度。另选地或另外地，在一些示例中，第二硬化剂的比例可以在多个离散阶段中增加或减少。
该方法可以包括在整个浸渍工艺中仅增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例，以将树脂混合物中的硬化剂的速度从相对较慢(即，在浸渍工艺开始时反应性较弱)增加到相对较快(即，在浸渍工艺结束时反应性较强)。
该方法优选地包括在整个浸渍工艺中保持树脂与硬化剂的基本上恒定总比率，同时改变第一硬化剂和第二硬化剂的相对比例。保持树脂与硬化剂的基本恒定总比率确保风力涡轮机组件的机械性能在整个风力涡轮机组件中基本均匀。
该方法可以包括真空辅助树脂传递成型(VARTM)工艺。模具可以包括基本上刚性的主模具部件和次模具部件。例如，次模具部件可以是基本上柔性的真空膜。主模具部件在横截面中可以包括凹形轮廓。纤维增强材料的叠层可以支承在基本刚性的主模具部件上。该方法可以包括将次模具部件布置在叠层上方，叠层被支承在模具上。这样，叠层可以夹在主模具部件和次模具部件之间。该方法可以包括将次模具部件密封到主模具部件以在它们之间限定浸渍体积。该方法可以包括在真空压力下对浸渍体积抽空(evacuate)。
模具可以包括多个区域，每个区域具有各自的树脂入口。该方法还可以包括通过第一树脂入口将树脂混合物供应到第一区域中的叠层。该方法还可以包括监测树脂混合物的流体前缘的位置。该方法还可以包括当流体前缘朝向与第一区域相邻的第二区域移动时增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例。
该方法可以包括使用位于模具上方的摄像头来监测浸渍工艺的一个或更多个工艺参数。例如，该方法可以包括使用位于模具上方的摄像头监测树脂混合物流体前缘的温度和/或位置中的一者或更多者。摄像头优选为红外摄像头。
该方法可以另选地或另外地包括使用模具温度传感器和/或叠层温度传感器来监测流体前缘的位置。
在一些示例中，该方法可以另外地或另选地包括使用位于模具上方的可见光摄像头来监测浸渍工艺的一个或更多个工艺参数。在树脂混合物和叠层具有相似或基本相同的温度并且因此红外(热成像)摄像头不能充分区分树脂混合物和叠层的示例中，可见光摄像头可以有利于监测流体前缘的位置。
在该方法包括在用于VARTM工艺的叠层上布置次模具部件的示例中，次模具部件优选至少部分地是半透明的或透明的，以便于视觉地监测流体前缘的位置。
当树脂混合物的流体前缘到达第二区域时，该方法还可以包括通过降低第二硬化剂在树脂混合物中的比例来降低硬化剂的速度，并通过第二树脂入口将树脂混合物供应到第二区域中的叠层。
该方法可以包括在打开第二入口时关闭第一入口。最初通过第二入口供应到第二区域的树脂混合物中的硬化剂优选地主要或完全是第一硬化剂。因此，在开始供应到第二区域时，硬化剂速度可以相对较慢。
该方法还可以包括当流体前缘朝向与第二区域相邻的第三区域移动时增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例。因此，该方法可以包括通过在流体前缘朝向第三区域移动时增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例来减少树脂混合物的固化时间和/或开放时间。
通过第二树脂入口供应的树脂混合物中的第一硬化剂和/或第二硬化剂可以是与通过第一树脂入口供应的树脂混合物中的第一硬化剂和/或第二硬化剂不同的第一硬化剂和/或第二硬化剂。
该方法可以包括通过第三树脂入口将树脂混合物供应到第三模具区域中的叠层。优选地，通过第三树脂入口供应到第三模具区域的树脂混合物最初包括树脂和主要或仅仅第一硬化剂的混合物。该方法可以包括当流体前缘远离第三树脂入口并朝向叠层的边缘移动时增加第二硬化剂在树脂混合物中的比例。因此，当流体前缘接近叠层的边缘时，通过第三树脂入口供应的树脂混合物可以包括树脂和主要或仅仅第二硬化剂的混合物。
通过第三树脂入口供应至叠层的树脂混合物中的第一硬化剂和/或第二硬化剂可以是与通过第一树脂入口和/或第二树脂入口供应的树脂混合物中的第一硬化剂和/或第二硬化剂不同的第一硬化剂和/或第二硬化剂。
该方法优选包括通过改变第一硬化剂和第二硬化剂在树脂混合物中的相对比例来控制硬化剂的速度，以确保树脂混合物的“开放时间”大于或至少等于树脂混合物在模具的给定区域中完全浸渍叠层所花费的时间。该方法可以包括通过改变第一硬化剂和第二硬化剂在树脂混合物中的相对比例来控制硬化剂的速度，以确保在相邻模具区域中的叠层的相邻部分的浸渍期间，给定模具区域中的叠层的一部分中的树脂混合物保持为液体或凝胶相。
如果使用的话，该树脂入口或每个树脂入口可以设置在真空膜中。该树脂入口或每个树脂入口可以包括在模具中纵向延伸的通道。树脂入口通道可以通过增加浸渍模具中的叠层的树脂混合物的流速，有利地促进快速树脂注入。
第一树脂入口优选位于模具的最低部分。当树脂混合物浸渍通过叠层时，这有助于实现正方形树脂混合物流体前缘，即，横向于模具。该方法优选地包括最初通过最低树脂入口将树脂混合物供应到叠层，以确保树脂混合物不会在重力的影响下从树脂入口流走，从而便于更紧密地控制浸渍工艺。第一树脂入口优选地在模具中被定位成低于第二树脂入口和第三树脂入口。此外，第二树脂入口优选地被定位在模具的比第三树脂入口更低的部分中。
该方法还可以包括在一个或更多个区域中固化树脂混合物，同时将树脂混合物供应至一个或更多个其它区域。该方法优选地包括通过向一个或更多个区域施加热来固化树脂混合物。另选地，该方法可以包括在一个或更多个区域中部分地固化树脂混合物，同时向一个或更多个其它区域供应树脂混合物。
该方法可以包括通过使用一个或更多个加热元件向模具区域施加热而在一个或更多个区域中固化或部分地固化树脂混合物。该方法可以包括设置加热元件温度以完全固化模具区域中的树脂混合物。另选地，该方法可以包括将加热元件温度设置在较低温度以在模具区域中部分地固化树脂混合物，同时进行浸渍工艺的剩余部分。部分地固化模具区域中的叠层中浸渍的树脂混合物允许在相邻模具区域中浸渍的树脂混合物化学地链接到所述部分固化的树脂混合物。
当每个模具区域中的叠层被完全浸渍时，该方法优选地包括贯穿叠层完全固化树脂混合物。例如，在该方法包括设置一个或更多个加热元件以部分地固化一个或更多个模具区域中的树脂混合物的情况下，在完成浸渍工艺时，该方法优选地包括设置所有加热元件以完全固化浸渍在叠层中的树脂混合物。
所述方法还可以包括使用人工智能系统来控制浸渍工艺，人工智能系统被配置成接收来自一个或更多个摄像头和/或传感器的反馈且自优化浸渍工艺的设置，诸如真空压力、树脂供应压力、树脂混合物流速、硬化剂混合比和固化温度。例如，该方法可以包括使用深度学习算法来监测浸渍工艺，以优化浸渍和固化工艺，并且优化用于未来制造工艺的方法的一个或更多个阶段。
该方法可以包括控制树脂混合物的温度。树脂混合物的温度可以根据一个或更多个工艺参数来控制。因此，该方法可以包括加热树脂混合物。例如，该方法可以包括将树脂混合物加热到目标温度，在该温度下树脂混合物的粘度对于浸渍工艺是最佳的。该方法可以包括将树脂混合物的温度控制为基本上对应于叠层的初始温度。例如，该方法可以包括从叠层温度传感器向控制系统提供输入信号，并且还可以包括从控制系统向树脂加热装置提供输入信号，以控制树脂混合物的温度，从而基本上匹配叠层的温度。在一些示例中，该方法可以包括将树脂加热至目标温度，使得在与硬化剂混合以产生树脂混合物时，树脂混合物的温度基本上对应于叠层的温度。
另外地或另选地，该方法可以包括控制模具和/或叠层的温度以确保树脂混合物贯穿浸渍工艺都保持在最佳粘度。该方法可以包括控制一个或更多个加热元件，以在浸渍工艺期间提供树脂混合物温度的模具内控制。在一些示例中，该方法可以包括控制模具和/或叠层的温度以基本上匹配树脂混合物的温度。这可以提供优化的浸渍工艺。
该方法可以包括根据一个或更多个工艺参数控制该加热元件或每个加热元件。在一些示例中，该方法可以包括根据工艺参数(诸如，树脂混合物流速，即，浸渍速率)来控制加热元件。例如，该方法可以包括基于树脂混合物流速来增加叠层的温度，从而降低浸渍在叠层中的树脂混合物的粘度并增加浸渍速率。
在一些示例中，所述方法可以包括将包括硬化剂成分的树脂混合物供应到第三模具区域中的叠层，该硬化剂成分平均快于供应到第二模具区域中的叠层的树脂混合物中所包括的硬化剂成分。在一些示例中，所述方法可以包括将包括硬化剂成分的树脂混合物供应到第二模具区域中的叠层，该硬化剂成分平均快于供应到第一模具区域中的叠层的树脂混合物中所包括的硬化剂成分。
在一些示例中，该方法可以包括提供除第一硬化剂和第二硬化剂之外的一种或更多种另外硬化剂。因此，该方法可以包括将树脂与第一硬化剂、第二硬化剂或另外硬化剂中的一者或更多者混合以产生树脂混合物。更大数量的硬化剂可以提供更大范围的硬化剂速度。此外，更大数量的硬化剂可以促进产生具有更大固化时间范围的树脂混合物。更大数量的硬化剂还可以使得能够更精确地控制硬化剂速度和/或树脂混合物固化时间。
在一些示例中，该方法可以包括通过另外控制树脂混合物温度、模具温度和叠层温度中的一者或更多者来控制树脂混合物的固化时间和开放时间。例如，该方法可以包括增加树脂混合物的温度以减少树脂混合物的固化时间。
在一些示例中，该方法中的一个或更多个步骤可以由人类操作者执行。例如，人类操作者可以基于一个或更多个工艺参数改变硬化剂在树脂混合物中的混合比。在一些示例中，一个或更多个工艺参数可以由人类操作者测量。例如，人类操作者可以在浸渍工艺期间在视觉上检查叠层以确定何时改变硬化剂混合比和/或何时打开和关闭树脂入口。
在一些示例中，该方法可以由遵循预定义脚本的控制系统来控制，而不利用来自传感器和/或摄像头的反馈信号。例如，控制系统可以仅根据工艺参数(诸如从浸渍工艺开始所经过的时间)来改变硬化剂混合比。类似地，控制系统可以基于工艺参数(诸如，从浸渍工艺开始所经过的时间)来控制树脂入口的打开和关闭。这样，一旦确定了最佳工艺，就可以通过自动控制系统重复执行相同的方法，而不依赖于测量工艺参数的输入，工艺参数例如是树脂混合物流体前缘前进和/或树脂混合物和层叠温度。
在本发明的第二方面中，提供了用于制造风力涡轮机组件的装置。该装置包括用于支承纤维增强材料的叠层的模具、树脂的供应件和包括至少第一硬化剂和第二硬化剂的硬化剂的供应件，其中，第二硬化剂比第一硬化剂更快。该装置还包括树脂混合和供应系统，该系统用于将树脂与第一硬化剂和/或第二硬化剂混合以产生树脂混合物，并且用于在浸渍工艺期间将树脂混合物供应到叠层。该装置还包含控制系统，控制系统被配置成基于浸渍工艺的一个或更多个工艺参数，通过在浸渍工艺期间改变第一硬化剂和第二硬化剂在树脂混合物中的相对比例，来控制硬化剂的速度。
硬化剂的供应件可以包括硬化剂计量系统，硬化剂计量系统被布置成根据由控制系统确定的混合比混合第一硬化剂和第二硬化剂，并且将限定量的混合硬化剂供应到树脂混合和供应系统。另选地，在一些示例中，该方法可以包括根据由控制系统确定的混合比单独地将规定量的第一硬化剂和/或第二硬化剂提供至树脂混合和供应系统。因此，第一硬化剂和第二硬化剂可以在第一硬化剂和/或第二硬化剂与树脂混合的同时混合以产生树脂混合物。
该装置还可以包括泵，泵被配置成促使树脂混合和供应系统中的树脂混合物浸渍到叠层中。泵可以通过以比仅依靠浸渍体积中的真空压力吸入树脂混合物更快的速率激励树脂混合物浸渍通过叠层来增加浸渍工艺的速度。在其它示例中，该装置可以不包括泵，并且叠层中的真空压力可能足以以规定浸渍速率吸入树脂混合物。
该装置还可以包括一个或更多个传感器，一个或更多个传感器用于确定浸渍工艺的一个或更多个工艺参数。例如，该装置可以包括用于在浸渍工艺期间监测环境温度的温度传感器。该装置可以包括被配置成测量模具的温度的温度传感器。该装置可以包括被配置成测量叠层的温度的温度传感器。该装置可以包括用于监测树脂混合物的温度的温度传感器。
模具可以包括基本上刚性的主模具部件和次模具部件。次模具部件可以是基本上柔性的真空膜。在浸渍工艺被真空辅助的一些示例中，该装置可以包括压力传感器，该压力传感器被配置成监测模具表面与真空膜之间的浸渍体积中的压力。
该装置还可以包括布置在模具上方的摄像头，并且该摄像头被配置成在浸渍工艺期间监测树脂混合物的温度和/或流体前缘位置。优选地，摄像头是红外摄像头。在一些示例中，该装置可以包括位于模具上方的可见光摄像头。
包括树脂供应管线、树脂入口和任何树脂入口阀的树脂供应系统也可以被称为树脂入口歧管。该方法优选地包括对树脂入口歧管的自动控制。例如，该方法可以包括根据一个或更多个工艺参数使用控制系统控制树脂入口歧管。
该装置可以包括加热元件，该加热元件被配置成帮助固化浸渍在叠层中的树脂混合物。加热元件优选地是独立可控的，使得每个加热元件可以被隔离地激活或去激活。加热元件可以是温度可变加热元件，其中，加热元件的温度可以在预定温度范围内连续变化。
该装置可以包括在树脂混合和供应系统中的流量计，以监测树脂混合物流速，从而计算浸渍速率或树脂浸渍叠层的速度。浸渍速率可以是工艺参数，基于该工艺参数，控制系统可以控制该方法的一个或更多个阶段。
风力涡轮机组件可以是风力涡轮机叶片。
附图说明
现在将参照附图仅通过非限制性示例来描述本发明的实施方式，在附图中：
图1是表示用于制造风力涡轮机组件的装置的视图；
图2a至图2c示出了在模具的第一区域中浸渍纤维增强材料的叠层的树脂混合物，其中，树脂混合物的成分随着浸渍工艺进展而变化；
图3a至图3c示出了在模具的第二区域中浸渍纤维增强材料的叠层的树脂混合物，其中，树脂混合物的成分随着浸渍工艺进展而变化；
图4a至图4c示出了在模具的第三区域中浸渍纤维增强材料的叠层的树脂混合物，其中，树脂混合物的成分随着浸渍工艺进展而变化；以及
图5示出了用于制造风力涡轮机组件的方法中的固化阶段，其中，每个区域中的浸渍有树脂的叠层被固化以形成风力涡轮机组件。
具体实施方式
图1中的视图示意性地表示用于制造风力涡轮机组件的装置10。装置10包括模具12。在该示例中，风力涡轮机组件是风力涡轮机叶片的壳体。这样，模具12的横截面是凹形的。模具12支承纤维增强材料的叠层14，该叠层可以包括增强纤维，诸如增强玻璃纤维。模具12可以包括基本上刚性的主模具部件，叠层14被支承在该主模具部件上。在一些示例中，模具12可以另外包括布置在叠层14上的次模具部件(未示出)。这样，叠层14可以夹在主模具部件和次模具部件之间。在一些示例中，次模具部件可以是真空膜。
仍然参考图1，装置10还包括树脂16(诸如，环氧树脂)的供应件。装置10还包括硬化剂20的供应件。在该示例中，硬化剂20的供应件包括第一硬化剂20a和第二硬化剂20b。装置10还包括树脂混合和供应系统22，树脂混合和供应系统被配置成将树脂16与第一硬化剂20a和/或第二硬化剂20b混合以产生树脂混合物24(如图2a至图5中所示)。第二硬化剂20b可以比第一硬化剂20a更快，即，第二硬化剂20b可以比第一硬化剂20a的反应性更强。
装置10包括控制系统26，该控制系统被配置成改变第一硬化剂20a和第二硬化剂20b在树脂混合物24中的相对比例。控制系统26被配置成通过改变第一硬化剂20a和第二硬化剂20b在树脂混合物24中的相对比例来控制硬化剂20的速度。这样，通过改变第一硬化剂20a和第二硬化剂20b在树脂混合物24中的相对比例，装置10有助于控制树脂混合物24的固化时间和/或开放时间。例如，将第二硬化剂20b与树脂16混合可以产生具有比仅包括树脂16和第一硬化剂20a的树脂混合物24更快的固化时间和/或开放时间的树脂混合物24。
在一些示例中，装置10包括如图1中所示的硬化剂计量系统28。硬化剂计量系统28优选地被布置成根据由控制系统26确定的混合比混合第一硬化剂20a和第二硬化剂20b。这样，控制系统26可以通过控制硬化剂计量系统28中的混合比来控制硬化剂20的速度和/或树脂混合物24的固化速率。硬化剂计量系统28被配置成将限定量的混合硬化剂20供应到树脂混合和供应系统22。
树脂混合和供应系统22优选地被配置成在浸渍工艺中将树脂混合物24供应到纤维增强材料14的叠层，这将在后面参照其余附图更详细地描述。为了向叠层14供应树脂混合物24，装置10还可以包括多个树脂入口30。
应当理解，装置10仅在图1至图5的视图中被示意性地表示。因此，应当理解，在实践中，装置10可以包括任何数量的树脂入口30。例如，优选地，模具12在模具12的右侧和左侧包括树脂入口30。为了简化图中的表示，图中在模具12的左侧没有示出树脂入口30。此外，在实践中，树脂入口30优选地被布置在叠层14上方。例如，树脂入口30可以被设置在叠层14的顶部上布置的次模具部件(诸如真空膜(未示出)中。
模具12可以包括多个模具区域32a-c。每个树脂入口30可以与模具区域32中的一个模具区域相关联。在图中所示的示例中，模具12包括三个相邻区域32a-c和三个相应的树脂入口30a-c。树脂入口30a-c可以各自包括相应的入口阀34a-c，入口阀被配置成允许或切断树脂混合物24通过相应的树脂入口30向叠层14的供应。
控制系统26被配置为基于浸渍工艺的一个或更多个工艺参数来控制硬化剂20的速度。如图1所示，装置10因此还可以包括用于确定浸渍工艺的工艺参数的传感器。例如，该装置可以包括温度传感器36以测量模具12的温度。装置10还可以包括被布置成测量叠层14的温度的温度传感器38。如果使用的话，叠层温度传感器38可以设置在真空膜上或真空膜中。
有利地，装置10还可以包括布置在模具12上方的视觉感测装置40，诸如摄像头。摄像头40可以是可见光摄像头，以在浸渍工艺期间监测树脂混合物流体前缘42(如图2a至图5所示)的位置。在一些示例中，装置10可以另外地或另选地包括红外摄像头。在一些有利的示例中，红外摄像头可以被配置成便于在浸渍工艺期间监测树脂混合物24的温度和/或流体前缘位置42中的一者或两者。
在一些示例中，装置10可以包括加热元件44，加热元件被配置成加热模具12和/或帮助固化浸渍有树脂的叠层14。加热元件44优选地被布置在模具12中或下方以向叠层14提供热。如图1所示，在一些示例中，装置10可以包括对应于每个模具区域32a-c的单独加热元件44a-c。加热元件44优选地是独立可控的，使得每个加热元件44可以被单独地激活或去激活。
当制造风力涡轮机组件时，通过控制硬化剂20的速度，装置10有助于树脂混合物24的更快浸渍和固化。如将参考其余附图更详细地描述的，根据本发明的方法，通过在浸渍工艺的过程期间根据一个或更多个工艺参数改变第一硬化剂20a和第二硬化剂20b在树脂混合物24中的相对比例来控制硬化剂20的速度。
现在将参照其余附图描述使用上述装置10制造风力涡轮机组件(诸如，风力涡轮机叶片)的方法的一个示例。
该方法最初涉及在模具12上布置纤维增强材料的叠层14。然后，用树脂混合物24浸渍支承在模具12中的叠层14。如图2a所示，第一模具区域32a中的叠层14被浸渍有通过第一树脂入口30a供应的树脂混合物24。被供应到叠层14的树脂混合物24包括树脂16和一种或更多种硬化剂20的混合物。基于一个或更多个工艺参数确定第一硬化剂20a和第二硬化剂20b的初始混合比。例如，初始混合比可以基于由模具温度传感器36和/或叠层温度传感器38提供给控制系统26的反馈信号来确定。在浸渍工艺开始时，树脂16优选地主要或仅仅与第一硬化剂20a混合。这样，树脂混合物24的固化时间在浸渍的初始阶段可以相对较长。
当更多的树脂混合物24浸渍到叠层14中时，流体前缘42前进离开第一树脂入口30a，如图2b所示。流体前缘42的位置例如由红外摄像头40和/或可见光摄像头和/或叠层温度传感器38监测。随着浸渍工艺进展，通过改变第一硬化剂20a和第二硬化剂20b在树脂混合物24中的相对比例来控制硬化剂20的速度。控制系统26可以基于工艺参数确定硬化剂20a、20b的第二混合比，工艺参数诸如为从浸渍工艺开始所经过的时间和/或树脂混合物流体前缘42的位置和/或树脂温度。当流体前缘42朝向第二模具区域32b前进时，可以通过增加第二硬化剂20b在树脂混合物24中的比例来增加硬化剂20的速度。
如图2c所示，当流体前缘42还进一步从第一树脂入口30a前进时，控制系统26可以确定硬化剂20a、20b的第三混合比。优选地，确定第三混合比以进一步增加硬化剂20的速度。当流体前缘42接近第二树脂入口30b时，通过第一树脂入口30a供应的树脂混合物24可以包括主要或仅仅与第二(较快)硬化剂20b混合的树脂16。因此，当流体前缘42远离第一树脂入口30a并且朝向第二树脂入口30b前进时，可以增加硬化剂20的速度。
当布置在第一模具区域32a中的叠层14被完全浸渍时，即，当树脂混合物流体前缘42到达布置在第二模具区域32b中的叠层14的部分时，该方法可以包括固化或开始固化第一模具区域32a中的树脂混合物24。例如，树脂混合物24可以通过使用第一加热元件44a向第一模具区域32a施加热而被固化。如图3a所示，在将树脂混合物24同时供应到第二模具区域32b的同时，可以固化在第一模具区域32a中的叠层14中浸渍的树脂混合物24。
优选地，当树脂混合物流体前缘42到达第二模具区域32b时，树脂混合物24通过第二树脂入口30b被供应到叠层14。这样，当树脂混合物流体前缘42到达第二模具区域32b时，第二树脂入口30b可以打开。在一些示例中，如图3a所示，当第二树脂入口30b打开时，第一树脂入口30a可以关闭。关闭和打开树脂入口30与树脂供应系统中的关闭和打开阀34同义，其允许或切断树脂混合物24通过相应的树脂入口30向叠层14的供应。
优选地，树脂供应系统中的树脂入口30和/或阀34由控制系统26控制。这样，树脂入口30和/或阀34优选地基于从传感器和/或摄像头40反馈到控制系统26的工艺参数而被自动控制。因此，当一个或更多个视觉感测装置40或叠层温度传感器38检测到树脂混合物流体前缘42已经到达第二模具区域32b时，第二树脂入口30b可以打开，而第一树脂入口30a可以关闭。
当树脂混合物流体前缘42到达第二区域32b时，可以通过降低第二硬化剂20b在树脂混合物24中的比例来降低硬化剂20的速度。第一硬化剂20a和第二硬化剂20b的混合比优选地基于一个或更多个工艺参数确定。通过第二树脂入口30b供应到第二模具区域32b的树脂混合物24优选地包括主要或仅仅与第一硬化剂20a混合的树脂16。因此，在开始供应到第二区域32b时，硬化剂速度可以相对较慢。
图3b和图3c示出了浸渍工艺中的其它阶段，其中，树脂混合物流体前缘42远离第二树脂入口30b前进。当更多树脂混合物24浸渍第二模具区域32b中的叠层14时，流体前缘42朝向第三模具区域32c中的叠层14移动。随着流体前缘42朝向第三模具区32c前进，第二硬化剂20b在树脂混合物24中的比例可以增加，从而增加硬化剂20的速度。这样，当流体前缘42朝向第三模具区域32c前进时，供应到第二模具区域32b的树脂混合物24的固化时间可以缩短，即，变得更快。当流体前缘42接近第三树脂入口30c时，通过第二树脂入口30b供应的树脂混合物24可以包括主要或仅仅与第二(较快)硬化剂20b混合的树脂16。因此，当流体前缘42远离第二树脂入口30b并朝向第三树脂入口30c前进时，可以增加硬化剂20的速度。
图4a至图4c示出了浸渍工艺中的其它阶段，其中，树脂混合物24被供应到第三模具区域32c中的叠层14。在将树脂混合物24供应到第三模具区域32c的同时，该方法可以包括固化或部分固化在第二模具区域32b中的叠层14中浸渍的树脂混合物24。例如，第二模具区域32b中的树脂混合物24可以通过使用第二加热元件44b向第二模具区域32b施加热来固化。
树脂混合物24可以通过第三树脂入口30c被供应到第三模具区域32c中的叠层14。在一些示例中，如图4a所示，当第三树脂入口30c打开时，第二树脂入口30b可以关闭。当树脂混合物流体前缘42到达第三模具区域32c时，树脂混合物24中的硬化剂20的速度可以降低。例如，可以降低第二硬化剂20b在树脂混合物24中的比例。优选地，最初通过第三树脂入口30b供应到第三模具区域32c的树脂混合物24包括树脂16和主要或仅仅第一硬化剂20a的混合物。
树脂混合物流体前缘42前进通过第三模具区域32c中的叠层14并离开第三树脂入口30c。随着浸渍工艺在第三模具区域32c中进展，树脂混合物24中的硬化剂20的速度可以增加。例如，基于从监测流体前缘42的工艺的温度传感器36、38和/或摄像头40输入到控制系统26的信号，控制系统26可以增加第二硬化剂20b在树脂混合物24中的比例。当流体前缘42接近叠层14的边缘并且浸渍工艺接近完成时，通过第三树脂入口30c供应的树脂混合物24可以包括树脂16和主要或仅仅第二硬化剂20b的混合物。
在浸渍工艺完成之后，即，如图5所示，当每个模具区域32a-c中的叠层14完全浸渍有树脂混合物24时，加热元件44优选地全部被设置成固化浸渍有树脂的叠层14。
每次生产运行优选地由人工智能系统(诸如机器学习系统或深度学习系统)记录和分析。人工智能系统优选地被配置成从摄像头40和/或包括在装置10中的任何传感器接收反馈信号。例如，人工智能系统可以与控制系统26集成。在优选示例中，人工智能系统从传感器和/或摄像头40和/或浸渍工艺的工艺日志接收数据输入，以自优化树脂浸渍和固化工艺。例如，优化浸渍工艺可以包括优化设置，诸如真空压力、模具温度、树脂供应压力、树脂混合物流速、树脂温度、硬化剂选择、硬化剂混合比、树脂混合物固化温度、树脂混合物固化速率、树脂入口打开和关闭条件以及树脂入口控制顺序。这样，使用上述方法和装置10，制造工艺可以随着每次生产运行连续地被优化。
上述制造方法优选地为基本上自动化的工艺。例如，浸渍工艺可以由人工智能系统控制，该人工智能系统被配置成从装置10的一个或更多个摄像头40和/或传感器36、38接收反馈，并且基于所述反馈来控制浸渍和固化工艺的一个或更多个工艺参数。例如，在手动布置模具12中的纤维增强材料和布置次模具部件(如果使用的话)之后，基本上整个浸渍和固化工艺可以被自动化并完成而无需进一步人工输入。优选地，由人工智能系统控制的控制系统26可以控制工艺参数，诸如真空压力、初始树脂温度、模具温度、树脂供应压力、树脂混合物流速、硬化剂混合比、树脂入口控制顺序(打开和关闭)和加热元件控制。
在本文参考附图描述的示例中，供应到树脂混合和供应系统22的硬化剂20被预混合，即，供应到树脂混合和供应系统22的硬化剂20包括根据由控制系统26确定的混合比的相对比例的第一硬化剂20a和/或第二硬化剂20b。然而，在一些示例中，该方法可以包括根据由控制系统26确定的混合比将规定量的第一硬化剂20a和/或第二硬化剂20b分别提供至树脂混合和供应系统22。这样，第一硬化剂20a和第二硬化剂20b可以在将第一硬化剂20a和/或第二硬化剂20b与树脂16混合的同时混合在一起以产生树脂混合物24。
在上述示例中，硬化剂20的供应件包括至少第一硬化剂20a和第二硬化剂20b。然而，在一些示例中，该方法可以包括提供除第一硬化剂20a和第二硬化剂20b之外的一种或多种另外硬化剂。因此，该方法可以包括将树脂16与第一硬化剂、第二硬化剂或另外硬化剂中的一者或更多者混合以产生树脂混合物24。
在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对上述示例进行许多修改。应当理解，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，关于上述每个示例描述的特征可以容易地与参考本文描述的任何其它示例描述的特征组合。

Claims (15)

1.一种制造风力涡轮机组件的方法，所述方法包括：
在模具(12)中支承纤维增强材料的叠层(14)；
提供树脂(16)的供应件；
提供硬化剂(20)的供应件，所述硬化剂的供应件至少包括第一硬化剂(20a)和第二硬化剂(20b)，所述第二硬化剂比所述第一硬化剂更快；
将树脂与所述第一硬化剂和/或所述第二硬化剂混合以产生树脂混合物(24)；
在浸渍工艺期间将所述树脂混合物(24)供应到所述叠层(14)；
监测所述浸渍工艺的一个或更多个工艺参数；以及
根据所述一个或更多个工艺参数，通过在浸渍工艺的过程期间改变所述第一硬化剂(20a)和所述第二硬化剂(20b)在所述树脂混合物(24)中的相对比例来控制所述硬化剂(20)的速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一个或更多个工艺参数选自包括以下项的组：环境温度、树脂混合物温度、自浸渍工艺开始起经过的时间、树脂混合物流体前缘的位置和所述模具中的真空压力。
3.根据权利要求1或2所述的方法，所述方法还包括：基于一个或更多个工艺参数，优选地环境温度、模具温度、叠层温度和树脂初始温度中的一者或更多者，确定所述第一硬化剂和所述第二硬化剂的初始混合比。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：在所述浸渍工艺开始时将所述树脂主要或仅仅与所述第一硬化剂混合。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：随着所述浸渍工艺进展，通过增加所述第二硬化剂在所述树脂混合物中的比例来增加所述硬化剂的速度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述模具包括多个区域，每个区域具有各自的树脂入口，并且其中，所述方法还包括：
通过第一树脂入口将所述树脂混合物供应至第一区域中的所述叠层；
监测所述树脂混合物的流体前缘的位置；以及
随着所述流体前缘朝向与所述第一区域相邻的第二区域移动，增加所述第二硬化剂在所述树脂混合物中的比例。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述树脂混合物的所述流体前缘到达所述第二区域时，所述方法还包括：
通过降低所述第二硬化剂在所述树脂混合物中的比例来降低所述硬化剂的速度；以及
通过第二树脂入口将所述树脂混合物供应到所述第二区域中的所述叠层。
8.根据权利要求7所述的方法，所述方法还包括：当所述流体前缘朝向与所述第二区域相邻的第三区域移动时，增加所述第二硬化剂在所述树脂混合物中的比例。
9.根据权利要求6至8中任一项所述的方法，所述方法还包括：优选地通过向一个或更多个区域施加热，在该一个或更多个区域中固化所述树脂混合物，同时向一个或更多个其它区域供应树脂混合物。
10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：使用位于所述模具上方的摄像头，优选红外摄像头，监测所述浸渍工艺的一个或更多个工艺参数，例如树脂混合物流体前缘的温度和/或位置。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法还包括：使用人工智能系统来控制所述浸渍工艺，所述人工智能系统被配置成接收来自一个或更多个摄像头和/或传感器的反馈并且自优化所述浸渍工艺的设置，诸如真空压力、树脂供应压力、树脂混合物流速、硬化剂混合比和固化温度。
12.一种用于制造风力涡轮机组件的装置(10)，所述装置包括：
用于支承纤维增强材料的叠层的模具(12)；
树脂(16)的供应件；
硬化剂(20)的供应件，所述硬化剂的供应件至少包括第一硬化剂(20a)和第二硬化剂(20b)，所述第二硬化剂比所述第一硬化剂更快；
树脂混合和供应系统(22)，所述树脂混合和供应系统(22)用于将所述树脂与所述第一硬化剂和/或所述第二硬化剂混合以产生树脂混合物(24)，并且用于在浸渍工艺期间将所述树脂混合物供应到所述叠层(14)；以及
控制系统(26)，所述控制系统被配置为基于所述浸渍工艺的一个或更多个工艺参数，通过在所述浸渍工艺期间改变所述第一硬化剂和所述第二硬化剂在所述树脂混合物中的相对比例来控制所述硬化剂的速度。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述硬化剂的供应件包括硬化剂计量系统，所述硬化剂计量系统被布置成根据由所述控制系统确定的混合比混合所述第一硬化剂和所述第二硬化剂，并且将限定量的混合硬化剂供应到所述树脂混合和供应系统。
14.根据权利要求12或13所述的装置，所述装置还包括用于确定所述浸渍工艺的一个或更多个工艺参数的一个或更多个传感器。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的装置，所述装置还包括摄像头，优选红外线摄像头，所述摄像头被布置在所述模具上方且被配置成在所述浸渍工艺期间监测所述树脂混合物的温度和/或流体前缘。
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