CN102555117A - 风力涡轮机叶片的分段壳体模具及其制造方法和应用该模具的叶片生产方法 - Google Patents

风力涡轮机叶片的分段壳体模具及其制造方法和应用该模具的叶片生产方法 Download PDF

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Abstract

本发明描述了一种用于非金属风力涡轮机叶片壳体的模具，包括两个半模，上部和下部，通过枢转***铰接并配备有其上固定空气管道的加强筋，模具横向分段，至少分成两个段(1A、2A)和(1B、2B)，段通过结合筋(13A、13A′、13B、13B′)结合在一起。本发明也描述了用于这种模具的生产方法以及通过替换模具的已有组成段来获得不同于原件其中一段的几何形状的风力涡轮机叶片的方法，来制造另一个家族的风力涡轮机叶片。

Description

风力涡轮机叶片的分段壳体模具及其制造方法和应用该模具的叶片生产方法
技术领域
本发明涉及用于生产复合材料风力涡轮机叶片的模具的制造和特别是用于生产不同尺寸的叶片的模块化叶片模具的制造方法。本发明也描述了获得这种制造方法的模具以及使用这种模具的叶片模制方法。
背景技术
目前趋势是生产能产生更多动力的新型号的风力涡轮机，其倾向于通过扩大叶片来增加转子的尺寸。
就目前已知的工艺水平，风力涡轮机叶片包括一沿纵向延伸的横梁，其代表叶片的结构元件，覆盖着被称为壳体的外部表层(上部和下部)，使用被称为壳体模具的模具来制造。
这些壳体模具主要由复合纤维材料和树脂制成，其中有一定的金属结构，用于块件的成形、叶片内材料的固化和装配来获得最终产品，如，风力涡轮机叶片。
传统的制造分两个部分完成，上部和下部，对应于叶片的两个外部表层。换句话说，装配两个半模来形成以想要从基本模型获得的叶片的几何形状为基础的整块。
壳体半模是大尺寸元件，通常是矩形的并与借助一些用作铰链的致动器相互连接，来开启和关闭壳体。复合材料的纤维织物铺在每个半模上，在其上与叶片的一部分一致。做了这些，一旦纤维织物铺设完成，关闭模具开始模具的固化或加热、定位模具对应于与空气喷射***一起的毂的部分，结果，对应于叶片尖部的部分朝向模具的自由部分。
西班牙专利ES2208028描述了壳体模具的一个例子，其主要通过非金属材料、复合材料支座、金属结构和复合夹芯板制成，复合夹芯板为支座提供支撑并用作空气传导，机械***移动两个半模中的一个来完成开启和关闭操作，而加热***允许模具起烤炉的作用。该***还配备有形成夹芯板的自支撑结构的空气管道且通过一些金属筋纵向支撑。当开启或关闭时，该模具结构通过位于金属筋内、结合在一起的滑块，提供面对驱动***的一定的自由度，从而在经受热的时候能不经受压力而扩张。
上述转子尺寸的增加和随之叶片的增长导致需要为每个想生产的新的叶片几何形状生产壳体模具。这暗示着基本生产费用的增加，不仅包括模具本身的费用而且包括用于整个过程所需的时间。
就目前的工艺水平所知的解决方案建议分段来生产叶片，如国际专利WO2009/156061中描述的，从而使叶片生产过程标准化。做这些，采用一种方法，根据该方法叶片的不同部分独立制造并随后用一个集成设备组合在一起。
然而，这个解决方案集中在生产标准叶片，如果需要生产不同于标准化叶片的几何形状的叶片，还需要针对这个特定叶片几何形状的集成设备。另外，这里所描述的方法在获得品质的最终产品中产生困难，因为，叶片的不同部分的结合面的表面表现出不规则或弱点，从而限制其性能。
发明内容
一般情况下，叶片显示出通常与叶片根部面积对应的共同的几何面和尺寸上不同的对应于叶片尖部的几何面。
本发明的目的是生产一种新型的分段壳体模具，其允许制造具有共同空气动力学表面的不同的风力涡轮机叶片。
本发明的第一个目的是制造基于同样分段的叶片模型的叶片模具。
根据本发明，分段模具的生产、叶片模型的生产分成两个不同部分，包括用于不同风力涡轮机叶片的共有部分和“不共有”或特殊部分。这个模型具有中间区域，用作定位半模的辅助生产工具的工具。
本发明的第二个目的是提供一个***，用于叶片模型的不同部件和模具之间的对准和参照，使不同部件能连接在一起，获得壳体模具，从而允许风力涡轮机叶片整块生产。
本发明试图在模型的中间工具上放置标记分段模型的段的每个端部的某些工具。这些工具通过坐标测量机器定位，将他们引用到模型上并用作层压模具支座的参照。
一旦生产好模具支座，将其定位在一些结合在模具不同部分(段)的筋上。做这些，一些筋定位工具设置在使用坐标测量机械的模型的中间工具上。
这些结合筋，具有机械零件的金属，充当模具不同部分的机械连接，最终的半模由这些连接形成。
这个过程在两个将被结合在一起的半模的最终部分上完成，参照的机械部分保留在随后将一个与另一个机械结合的结合筋上，从而形成半模。
本发明的第三个目的是替换已成形的模具的一部分来获得不同于原件的其中一个部分的几何形状的方法，从而生产风力涡轮机的另一个家族。
改变模具希望的端部，结合筋的机械元件首先被分开，支座连接区域被切割且模具的新端部以类似的方式装配。
使用该***实现本发明的目的，模具可以根据需要分段成两个、三个或更多区域。另外，这些的任一个可以被改变，从而获得具有与其他叶片共有部分几何形状不同的叶片。
本发明的这些和其他方面将下面所述的附图的帮助下，进一步详细描述。
附图说明
图1是常规壳体模具内部的剖视图。
图2是根据本发明的叶片壳体的模型和模型工具的示意图。
图3所示为带有筋定位工具和用于模具的结合筋的模型的示意图。
图4所示为根据本发明的分段模具的两个半个中的一个的示意图。
图5所示为根据本发明的两个结合的下半模的示意图。
具体实施方式
图1所示为常规的叶片壳体模具，其包括两个半模1和2(上部和下部)，由两个复合材料块件制成，形成叶片的空气动力学的轮廓，复合材料优选玻璃纤维和环氧树脂。
一方面，上部支座3嵌入上半模1，另一方面，下部支座4嵌入下半模2，下半模搁置在地板上一个固定位置并支撑上部支座3和由加强梁c形成的叶片组件以及叶片壳体a和b的重量。枢转机构5是机械***，负责使上半模1到达叶片生产所需的开启和关闭位置。
上部支座3和下部支座4由沿整个模具1和2的热处理室和带有铝芯的中间蜂窝板体6形成，模具由包括玻璃纤维和树脂的两层夹心制成。
有一些在支座内均匀分配空气的管道7，将热空气导入支座3或4并从中吸取较少的温度。由上部中心管道7A和下部中心管道7A′形成热空气的冲击，其进入支座3和4的入口由在第二层中钻的孔形成。一些下部侧管道7B′、7C′和上部侧管道7B、7C收集已经加热支座3和4的空气。这些管道7包括带有绝缘泡沫塑料芯的夹芯板。
一旦通过复合材料层压来生产模具支座3和4，空气管道7必须定位并借助通过滑块连接到枢转***5上的筋(未示出)固定。
叶片生产过程，首先完成复合材料的冷层压，随后关闭模具加热。这样，随后固化叶片壳体a和b和粘合剂，粘合剂将壳体与梁c粘连的同时从侧边将壳体a和b粘合。
如上所述，模具的生产基于所希望的最终产品的比例模型。因此，为了获得分段的模具，支座首先必须在分段模型上生产。
图2显示了模型10A、10B的一些部分，该模型10A、10B与风力涡轮机的空气动力学轮廓的其中一个，如叶片的上壳体以及特别是用于模型10C的工具相符合，该工具用于支撑和为一些辅助工具11A、11B提供参照。这些辅助工具限定在它们端部的一些标记，其在完成模具支座、预固化与其他部分的端部一致的垂直支座时起参考作用。换句话说，在叶片的空气动力学轮廓内，模型10A段的最后端与模型10B段的开始一致。
图3可以看到，模型10A、10B段通过模型10C的工具结合在一起，后者支撑一些用于定位结合筋13A、13B的工具12A、12B。这些定位工具12A、12B安装在模型10C的工具上的一些精确的点上并固定在其上。
然后，结合筋13A、13B固定到工具12A、12B的每一个上，对于给定它们的结构，工具12A、12B允许使用坐标测量机械对装配在相对于模具10A、10B的精确位置的结合筋13A、13B有一定调整。
找到精确点，筋13A、13B必须安装在该点上，整个单元被移走，筋13A、13B和定位工具12A、12B和与支座3成一排的部分浸着结构粘合剂，随后再安装筋13A、13B并将其固定在支座3上，然后涂上玻璃纤维和树脂层。
最后，安装模具元件的剩下部分：通用的模具筋，管道的夹芯板和剩下的辅助元件；随后生产。
生产完模具，然后结合。图4显示了在理想参考相对安装的下端2A和上端1A的半模，与半模1B、2B的另一端镜像，确定在端部的结合筋13A、13A′、13B、13B′。
筋13A、13A′、13B、13B′确定至少一个用于机械对中的元件15，对准和固定每个半模和与另一端的半模的对中元件一致的端部，一旦紧固在一起，单独的半模就形成了。
图5显示了包括结合在一起的两个端部的半模2A、2B，带有对齐的对中元件15，他们端部的每一个固定在另一端部。
半模2A、2B结合在连接处的层压带16，用对于通过复制叶片的段来结合支座4是必须的，该带16由与支座4同样的材料制成。还结合带有层压的管道段的密封来防止空气泄露。
尽管结合优选实施例完全描述了本发明，但很明显修改也引入到其范围内，保护范围不能解释为对前述实施例的限制，而是随后权利要求的内容。

Claims (8)

1.一种主要由非金属材料形成的风力涡轮机叶片壳体模具，包括两个半模，上部和下部，通过枢转***铰接并配备其上固定空气管道的加强筋，其特征在于，所述模具横向分段，至少分成两个段(1A、2A)和(1B、2B)，段通过结合筋(13A、13A′、13B、13B′)结合在一起来整体生产风力涡轮机叶片的每个壳体。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片壳体模具，其特征在于，所述结合筋(13A、13A′、13B、13B′)限定至少一个单独的机械对中元件(15)，对准和固定对应于至少一个单独的机械对中元件(15)的半模的每个段，对准和固定半模另一个段，固定在一起，构成整体的半模。
3.基于权利要求1的壳体模具生产方法，其特征在于，生产在一个分段模型上完成，该模型包括通过模型(10C)的工具结合在一起的两个模型(10A、10B)段。
4.根据权利要求3所述的分段壳体模具生产方法，其特征在于，一些辅助工具设置在模具(10C)的工具上并用作参照，确定他们端部的一些标记，用作参照来完成模具支座、预固化与另一个段的端部成直线的垂直支座。
5.根据权利要求3的分段壳体模具生产方法，其特征在于，一些结合筋(13A、13B)定位工具(12A、12B)搁置在模具(10C)的工具上。
6.根据权利要求3所述的分段壳体模具生产方法，其特征在于，所述结合筋(13A、13B)固定在定位工具(12A、12B)的每一个上，允许使用坐标测量机械调整相对于模具(10A、10B)的精确点上安装结合筋(13A、13B)。
7.根据权利要求3所述的分段壳体模具生产方法，其特征在于，与所述支座(3)对应的段浸入结构粘合剂中，随后重新安装结合筋(13A、13B)并将其固定在支座(3)上，涂上玻璃纤维和树脂层。
8.权利要求1中所描述的分段壳体模具的生产方法，其特征在于，为了改变模具的一端，分离所述结合筋的机械元件，切割支座结合区域，然后以同样的方式安装新的模具端部。
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