CN112512782A - 用于风力涡轮机叶片制造的周边板 - Google Patents

用于风力涡轮机叶片制造的周边板 Download PDF

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Abstract

一种制造复合结构例如风力涡轮机叶片的方法，所述方法使用可重复使用的且可移除的周边板结合真空袋和模具来建立空气流动通道。示例性的设定为大的风力叶片壳体的周边，其中使用周边真空来将部件保持于模具中以进行粘合过程。无论是i)通过处于不同位置中的凸缘；或ii)借助于至周边袋中的真空管线；或iii)在模具的凸缘中的真空通道中构建来将真空引入至模具的周边，本文中所公开的可重复使用的板都会形成空气通道。

Description

用于风力涡轮机叶片制造的周边板
相关申请的交叉引用
本申请根据35USC 119要求于2018年5月4日提交的美国临时申请第62/667,059号的优先权，所述美国临时申请的全部内容被通过引用并入本文中。
技术领域
所公开的主题涉及一种用于制造纤维增强聚合物复合材料产品(例如，风力涡轮机叶片)的***和对应的方法。特别地，所公开的主题提供可重复使用的板(多个板)，以在复合产品的制造期间在所采用的真空袋的周边下方提供空气路径。
背景技术
已知用于制造风力涡轮机叶片的各种方法和***。通常，真空辅助树脂传递成型(VARTM)工艺由于与高压釜加热(autoclaving)相比成本较低而被广泛地用于制造风力涡轮机叶片。在填充模具的过程期间，经由模具腔中的真空出口生成压力不足的或负压的真空，由此液态聚合物经由入口通道被抽吸至模具腔中以便填充模具腔。当流动前沿部朝向真空通道移动时，聚合物由于负压从入口通道沿各个方向分散于模具腔中。真空灌注技术通常采用刚性模具部分和呈真空袋形式的弹性模具部分。
树脂传递成型(RTM)是一种类似于VARTM的制造方法。在RTM中，液态树脂不会由于在模具腔中生成的真空而被抽吸至模具腔中。相反，液态树脂经由入口侧处的过压而被推动至模具腔中。
预浸料成型为其中用预催化的树脂预浸渍增强纤维的方法。该树脂在室温下通常为固体或近似固体。预浸料通过手或机器被布置至模具表面上、被真空装袋、然后被加热至一定温度(在所述温度下容许树脂回流并且最终固化)。所述方法的主要优点在于，事先精确地设定纤维材料中的树脂含量。预浸料的操作简单且简洁，并且使得可以实现自动化和节约人力。预浸料的缺点在于，材料成本比未浸渍的纤维更高。进一步，芯材需要由能够承受使树脂回流所需的工艺温度的材料来制成。预浸料成型可以与RIM和VARTM工艺两者结合使用。
在美国专利第9,599,094号和第8,123,883号中公开一些示例性灌注技术，每个所述美国专利被通过引用全文并入本文中。这样的常规技术需要使周边袋沿着上侧或吸入侧(SS)叶片模具以及下侧或压力侧(PS)叶片模具两者的边缘延伸，以及一直围绕模具放置缆索与围绕其缝制的通气布。接下来，还需要在上述子组件之上添加通气布的层，并且使通气布层一直围绕模具延伸。另外，沿着前边缘在模具的半部分上放置非打磨带(non-sandingtape)。在常规方法中，当将塑料周边袋从部件放置至模具时，需要所有这些材料/层来提供空气通道以帮助移除空气。然而，与此有关的问题是，所有这些材料在每次构建时都被丢弃，通常每个叶片要花费数百美元。
因此，仍然需要一种有效的且经济的方法和***，用于在将塑料周边袋从部件放置至模具时建立空气通道以有助于空气移除。
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明并且从下面的描述变得显而易见，以及将通过对所公开的主题的实践而被了解。通过在书面描述以及其权利要求和从附图中特别地指出的方法和***，将实现并且获得所公开的主题的另外的优点。
为了实现这些和其它优点并且根据所公开的主题的目的，如具体实施和广泛描述的那样，所公开的主题包含一种制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括：提供多个可移除的板，所述可移除的板沿着风力涡轮机叶片模具的前边缘和尾边缘中的至少一者设置，至少一个可移除的板具有形成于其中的多个通道，其中所述可移除的板(多个可移除的板)被构造成结合真空袋和模具建立空气流动通道；围绕所述叶片模具的周边确保真空密封件；以及通过所述可移除的板(多个可移除的板)中的通道从所述模具移除空气。
在某些实施例中，所述可移除(多个可移除的板)的板设置于所述叶片模具的高压侧上、沿着所述尾边缘设置、和/或设置于所述前边缘上的大约4米位置处。
在某些实施例中，第一板形成为具有比第二板更大的刚性，其中所述第一板为大约5英寸宽和48英寸长，并且所述第二板为大约8英寸宽和60英寸长。另外，所述第一板在移除空气期间能够保持为大致平面的而所述第二板在移除空气期间顺应带轮廓的几何形状。
在某些实施例中，所述方法进一步包括提供尖板，所述尖板接合前边缘板和尾边缘板(多个前边缘和尾边缘板)。另外，所述可移除的板可以包含形成于上侧表面和下侧表面中的通道。
根据本公开的另一个方面，一种用于形成风力涡轮机叶片的设备，所述设备包括：多个可移除的板，所述可移除的板被构造成沿着风力涡轮机叶片模具的前边缘和尾边缘中的至少一者设置，至少一个可移除的板具有形成于其中的多个通道，其中所述可移除的板(多个可移除的板)被构造成建立用于移除真空袋和模具内的空气的空气流动通道。
在某些实施例中，相对于所述可移除的板的下边缘以大约45°角形成所述通道；和/或所述通道在所述可移除的板的整个表面上均匀地间隔开大约5英寸的距离。
在某些实施例中，至少一个通道形成为具有与另外的通道不同的深度，例如，通道深度为所述可移除的板的宽度的一半。在某些实施例中，所述可移除的板包含形成于上表面中和下表面中的通道，以使得在所述可移除的板的所述上表面上的通道与所述可移除的板的所述下表面上的通道的相交部处形成通孔。
在某些实施例中，可以在所述可移除的板的每个表面上形成多个通道，第一通道具有第一取向并且第二通道具有不同的取向。
在某些实施例中，所述设备进一步包含具有大致V形轮廓的可移除的尖板，所述可移除的尖板被设置成与所述可移除的板(多个可移除的板)处于抵接构造中。在某些实施例中，所述可移除的板由高密度聚乙烯(HDPE)、PPG基的聚醚弹性体聚氨酯和/或它们的组合中的至少一种制成。
应当理解的是，前面的一般描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公开的主题的进一步的解释说明。
包含于说明书中并且构成说明书的一部分的附图被包含以示例说明并且提供对所公开的主题的方法和***的进一步理解。所述附图用来与描述一起解释说明所公开的主题的原理。
附图说明
参考附图提供对本文中所描述的主题的各个方面、特征以及实施例的详细描述，在下面中简要地描述所述附图。附图为示例说明性的并且不一定按比例绘制，其中为了清楚起见放大一些部件和特征。附图示出本主题的各个方面和特征，并且可以全部或部分地示出本主题的实施例(多个实施例)或示例(多个示例)。
图1描绘在制造风力涡轮机叶片期间所采用的常规的真空袋。
图2至图14B描绘用于与用于制造风力涡轮机叶片的真空袋结合使用的可移除的且可重复使用的板(多个板)的示例性实施例。
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，其示例在附图中被示出。将结合***的具体实施方式来描述所公开的主题的方法以及对应的步骤。
在图1中示出一种在复合模具(例如风力涡轮机叶片)中结合真空袋建立空气通道的方法，其中在叶片壳体被除去袋之后，围绕模具放置缆索和通气布。接下来，需要周边袋来提供真空以将复合壳体保持于适当位置中。然后，所有这些可消耗材料都必须被移除并且丢弃，因为它们没有提供足够的完整性来被回收或重复使用。
根据本公开的一个方面，这些可消耗材料被具有表面结构的板(多个板)代替，所述表面结构形成空气通道以用于使空气流动于真空袋内并且流动通过整个真空袋、并且容许从通常设置于真空袋的边缘处的入口/出口(例如阀)移除空气。这减少了浪费、安装和移除起来更快、并且可重复用于多种叶片构建。该新颖的设备和方法的另外的优点是，可重复使用的板可以被用于所有叶片模具上、并且可以被无限期地使用。
在图2-图14B中示出可重复使用的板的示例性实施例(多个示例性实施例)。每个板的长度和宽度取决于：i)模具的凸缘宽度；和ii)最大程度地简化安装和移除同时解决在移除板时带来障碍的模具特征。
在一些风力涡轮机叶片模具中，夹具围绕模具的大部分每隔两米定位并且具有200mm的凸缘宽度。在这样的应用中，第一(例如塑料)板可以为5英寸宽和48英寸长，并且第二(硅树脂)板可以为8英寸宽和60英寸长，可以使用硅树脂。第一板被形成为具有比第二板大的刚性，其中第一板被定位于被装袋的材料所覆盖的平坦的表面上。第二板从平坦的表面延伸至倾斜的表面(即夹具边缘)，并且因此需要足够的柔性以适配下面的表面的非线性轮廓(如图14A-图14B中所示)。
为了节省材料成本并且加快制造周期时间，可以提供供应源板(10)，可以从所述供应源板形成用于根据所公开的技术使用的多个可移除的塑料板(20)。如图2-图4中所示，提供具有大约96英寸×48英寸×0.25英寸的尺寸的供应源板(10)。可以从该供应源板(10)机械加工或切割出用于根据所公开的技术使用的多个(即，在所示的示例性实施例中为18个)单独的可移除的板(20)(在图6中示出单个可移除的板(20))。相对于板(10)的下边缘以大约90°角形成一系列划线或分割标记(100)。如图所示，分割标记(100)可以在整个板供应源板(10)的表面上均匀地间隔开大约5英寸的距离。在所示的示例性实施例中，分割标记(100)被形成为具有大约0.09(或3/16)英寸宽的开口或厚度(t)。
根据本公开的一个方面，每个周边板中的槽或通道的样式为灵活的。在图2-图14中所示的示例性实施例中，在所采用的每个板的两侧(即上表面和下表面)中形成槽或通道。通道的这种构造是有利的，因为其容许沿任何取向、且沿着模具周边在任何位置处放置板。例如，可以相对于板的下边缘以大约45°角形成一系列通道(200)。如图所示，通道(200)可以在整个板的表面上均匀地间隔开大约5英寸的距离。
在某些实施例中，通道(200)全部被构造成具有相等的深度。然而，在某些实施例中，一组通道可以被形成为具有与另一组通道不同的深度。在某些实施例中，通道深度是从材料的两侧观察的材料的宽度的一半，这容许在从一侧至另一侧的相交部处的通孔，所述通孔容许空气从顶部至底部流动通过部件。此外，在某些实施例中，通道的深度可以在整个板上变化，比如随机地变化或以分立样式(例如梯度)变化。如图所示，通道(200)可以在整个板的表面上均匀地间隔开大约2英寸的距离，如图6中所示。在某些实施例中，可以在板(20)的每个表面上形成具有不同的取向的多个通道(例如，通道具有交替的方向或会聚以使得所述通道在板的每个表面上形成相交点)。除了所示的示例性实施例之外，在本公开的范围内，可允许容许空气从部件流动至真空端口的、沿任何取向的更多/更少的通道。另外地或替代地，代替通道(200)或除了通道(200)之外，可以通过形成一系列突起(例如凸出的***)来建立空气流动路径。
根据本公开，可移除的且可重复使用的周边板中的槽或通道的样式为可调节的。如图13-图14中所示，在板的两侧中形成通道(200)，所述通道在方向上交替并且穿过板相交。结果，在相交点处形成延伸通过板的厚度的多个通孔(202)。这些孔(202)容许在制造风力涡轮机叶片期间将空气从模具和真空袋中抽出。这些孔(202)以及通道的尺寸被设计成使得它们在施加真空时抑制/阻止塑料袋被抽吸至其中的空隙中。在某些实施例中，孔和/或通道的边缘可以包含O形环或唇部，以增加板与袋之间的摩擦，以便进一步抑制/阻止袋被抽吸至该空隙中。这容许将板沿任何取向放置于沿着模具周边的任何位置中。
另外，板的端部被倒角或倒圆以容许围绕略微的弯曲的造型，如图6中所示。板(20)的所有通道(200)和锋利边缘均被倒圆以防止塑料袋中的孔在其上被拉伸而形成周边袋。通常，每个面板(20)被构造成为可互换的。除了旨在用于围绕叶片模具的前边缘和尾边缘使用的板(20)之外，还可以形成尖板(30)，所述尖板为大致V形并且被切割以适合小半径，参见图8。这些尖板在上表面和下表面两者上具有一系列通道，所述一系列通道对应于上述的通道(200)。在安装时，尖板/零件抵接/接合前边缘零件和尾边缘零件。换句话说，每个面板彼此独立并且可以被与相邻的零件分开地重新定位/移除。另外，尖端零件被形成为具有像所述板那样均匀的厚度，例如0.25英寸。
可移除的且可重复使用的板可以由例如高密度聚乙烯(HDPE)和/或PPG基的聚醚弹性体聚氨酯制成。但是本领域的普通技术人员将理解的是，可以采用其它材料。限定合适的材料的范围的因素包含成本、耐用性、化学品耐受性、热变形温度、吸水性、柔性、硬度以及固化时间。
在操作中，对于所示的示例性叶片，可移除的且可重复使用的板(20)被用于叶片的高压侧上，并且沿着尾边缘、尖端定位，以及定位于前边缘上的4米位置(例如，从根部测量)处。所示的特定实施例的叶片设计/轮廓被构造成用于叶片的平坦的表面上的塑料板的使用。在压力侧壳体的前边缘上的沿着叶片跨度的4米位置处，所述表面在平坦的、成角度的与平坦的表面之间过渡，这需要更柔性的(例如硅树脂)板来覆盖该区域。对于其中不存在附接的返回凸缘的模具几何形状，可以采用平坦的板；对于其中存在附接的返回凸缘并且因此存在表面轮廓的过渡的模具几何形状，使用柔性的板。另外，可移除的且可重复使用的板被用于叶片的吸入侧上并且沿着前边缘、尾边缘和尖端定位。根据本公开的另一个方面，由更软的材料(例如硅树脂)形成的可移除的且可重复使用的板可以从4米至尖端并且跨过根部被用于压力侧上，以及跨过根部被用于吸入侧上。塑料板被用于平坦的且适应模具的形状的区域上。硅树脂板被用于其中需要覆盖模具的凸缘和夹具边缘的地方，也被用于形状为圆形的根部中。鉴于它们的柔韧和柔软特性，硅树脂板比塑料板更容易贴合模具的表面。例如，图14A-图14B描绘在真空压力抽取下降之前(左侧)以及在真空压力抽取下降之后(右侧)沿着压力侧叶片壳体的前边缘定位的8英寸宽且5英尺长的硅树脂板。如图所示，柔韧的硅树脂板适配夹具边缘，并且向上弯曲所述夹具边缘，直至并且超过粘合帽凸缘螺栓孔。
根据本公开的一个方面，可移除的周边板容易被从所制造的部件移除、减少制造期间所使用的可消耗品、并且不需要切割真空袋从而降低了受伤的风险。因此，所公开的过程有助于拆卸和移除在复合产品的制造期间所采用的设备和可消耗品。
在可重复使用的周边板的安装期间，可以将保持和/或分配板的供应车安置于模具外部。板分配车可以为可移动的并且定位于车间的叶片模具旁边。替代地，板分配车可以被提高(悬挂在上方，或者设置有脚手架或支柱类特征以将所述板分配车抬离车间)，以使得可以分配板并且容许板在转向机构(其为分配器的一部分)的引导下或通过手动放置落入至适当位置中。在某些实施例中，可移除的板以抵接并靠的构造安装于模具上，如图12A-图12C中所示。
当前所公开的技术的优选的设定是在环氧树脂和聚酯树脂部件的制造中。虽然示例性实施例聚焦于风力涡轮机叶片制造，但是该过程可以用于制造其它的复合部件，例如，航海、运输、骑乘、雕塑、飞机/军事、民用基础设施、建筑、器具/商业、消费者、抗腐蚀设备、以及电气构件安装。
虽然在本文中根据某些优选实施例描述了所公开的主题，但是本领域中的技术人员将认识到，可以对所公开的主题进行各种修改和改进，而不脱离其范围。而且，尽管所公开的主题的一个实施例的单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而未在其它实施例中被示出，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与来自多个实施例的特征组合。
除了下面所要求保护的特定的实施例之外，所公开的主题还涉及具有以下要求保护的从属特征以及以上所公开的那些特征的任何其它可能的组合的其它实施例。这样，在所公开的主题的范围内，在从属权利要求中提出的并且在上面公开的特定特征可以以其它方式彼此组合，以使得所公开的主题应当被理解为还具体地涉及具有任何其它可能的组合的其它实施例。因此，出于示例说明和描述的目的展示所公开的主题的特定实施例的前述描述。它并不旨在为穷举性的或旨在将所公开的主题限制为所公开的那些实施例。
对于本领域中的技术人员而言将显而易见的是，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***进行各种修改和变化。因此，意图是所公开的主题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)

1.一种制造风力涡轮机叶片的方法，所述方法包括：
提供多个可移除的板，
所述可移除的板沿着风力涡轮机叶片模具的前边缘和尾边缘中的至少一者设置，
至少一个所述可移除的板具有形成于其中的多个通道，
其中一个或多个所述可移除的板被构造成结合真空袋和模具来建立空气流动通道；
围绕叶片模具的周边确保真空密封；以及
通过一个或多个所述可移除的板中的所述通道从所述模具移除空气。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个所述可移除的板设置于叶片模具的高压侧上。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个所述可移除的板沿着所述尾边缘设置。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，一个或多个所述可移除的板设置于所述前边缘上的大约4米位置处。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，第一板形成为具有比第二板更大的刚性。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一板为大约5英寸宽和48英寸长，并且所述第二板为大约8英寸宽和60英寸长。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一板在移除空气期间保持为大致平面的。
8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第二板在移除空气期间顺应具轮廓的几何形状。
9.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括提供尖板，所述尖板接合一个或多个前边缘板和尾边缘板。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述可移除的板包含形成于上侧表面和下侧表面中的通道。
11.一种用于形成风力涡轮机叶片的设备，所述设备包括：
多个可移除的板，
所述可移除的板构造成沿着风力涡轮机叶片模具的前边缘和尾边缘中的至少一者设置，至少一个所述可移除的板具有形成于其中的多个通道，
其中一个或多个所述可移除的板构造成建立用于移除真空袋和模具内的空气的空气流动通道。
12.根据权利要求11所述的设备，其中，相对于所述可移除的板的下边缘以大约45°角形成所述通道。
13.根据权利要求11所述的设备，其中，所述通道在所述可移除的板的整个表面上均匀地间隔开大约5英寸的距离。
14.根据权利要求11所述的设备，其中，至少一个通道形成为具有与另外的通道不同的深度。
15.根据权利要求11所述的设备，其中，通道深度为所述可移除的板的宽度的一半。
16.根据权利要求11所述的设备，其中，所述可移除的板包含形成于上表面中和下表面中的通道。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，在所述可移除的板的所述上表面上的通道与所述可移除的板的所述下表面上的通道的相交部处形成通孔。
18.根据权利要求11所述的设备，其中，能够在所述可移除的板的每个表面上形成多个通道，其中第一通道具有第一取向并且第二通道具有不同的取向。
19.根据权利要求11所述的设备，所述设备还包含具有大致V形轮廓的可移除的尖板，所述可移除的尖板被设置成与一个或多个所述可移除的板处于抵接构造中。
20.根据权利要求11所述的设备，其中，所述可移除的板由高密度聚乙烯(HDPE)、PPG基的聚醚弹性体聚氨酯和/或它们的组合中的至少一种制成。
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