结构材料卷、其制造方法及制造风轮机叶片的方法技术

描述了一种适用于制造诸如风轮机叶片的大型复合结构的结构材料形成的卷(16)。该卷(16)包括紧固到一起并围绕卷轴(14)卷绕的结构层(10)形成的细长堆叠。所述卷轴(14)包括多个相互间隔的支撑件(50)，所述堆叠绕所述支撑件折叠为卷起的堆叠。所述卷起的堆叠的位于所述支撑件之间的区段基本上不被所述卷轴支撑并保持为松弛状态，以便防止在所述卷起的堆叠中形成褶皱。

Structural material coil, method of manufacturing the same, and method of manufacturing wind turbine blades

A roll (16) for structural material suitable for manufacturing large composite structures, such as blades of wind turbines, is described. The volume (16) comprises an elongated stack formed to be fastened together and to a structural layer (10) that is wound around the spool (14). The reel (14) includes a plurality of spaced apart support members (50) that fold up the support to fold up the stack. The rolled stacked sections located between the support members are substantially not supported by the scrolls and remain in a slack state to prevent wrinkling in the rolled up stack.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】结构材料卷、其制造方法及制造风轮机叶片的方法
本专利技术涉及使用预组装材料的堆叠来制造大型复合结构，诸如风轮机叶片。
技术介绍
风轮机叶片及许多其它大型复合结构(诸如复合飞行器机翼、机身和船体)通常使用诸如真空辅助树脂传递模塑(VARTM)的复合制作技术在大型阴模具中形成。该过程包括：将一个或若干个干玻璃纤维织物层布置在模具中与其它结构部件一起形成“铺层”。然后，铺层由真空薄膜覆盖并且抵着模具密封以产生包围铺层的密封区域。从密封区域移除空气以产生有效真空，并且树脂被接纳到密封区域中。树脂注入密封区域中的玻璃纤维层与其它结构部件之间并从中穿过。然后，向树脂注入的铺层施加热以固化树脂，即硬化树脂。固化的树脂用于将各层一起整合在复合结构中。用于现代风轮机叶片的模具非常大，在一些情况下长度超过80米，并且宽度达到几米。这样的大型模具自然非常昂贵并且占据叶片制造设施内的大量空间。因此，典型的叶片制造设施可仅具有单个模具，或者仅仅具有少许模具。为了优化制造过程的效率并且提高叶片生产的速率，期望最小化与该过程关联的“模内时间”，即模具被独占以便制造叶片的时间量。为了最小化叶片生产的模内时间，一些操作在使用模具之前离线执行。例如，多个玻璃纤维层或“层片”可在诸如工作台或工厂地板的平坦表面上堆叠到一起，以形成堆叠(也被称为“套件”或“包装”)。堆叠的各层通过缝合或其它合适手段(诸如粘合剂带)而保持在一起。然后，预组装的堆叠被转移到模具并在制造过程中的适当时间被布置在模具中。通过离线形成堆叠，多个层片能在单个操作中布置在模具中，而先前每个层片均将需要单独地布置在模具中。因此，使用这种预组装的堆叠能显著地减少制造叶片所需的模内时间。在典型的风轮机叶片中，根据这些区域的结构要求，在叶片的不同区域中存在不同数量的堆叠的玻璃纤维层。例如，叶片的根部需要非常厚，因而十个以上玻璃纤维层可堆叠在模具的根部区域中。相反，叶片的梢部非常薄，并且可仅需要单个玻璃纤维层。叶片的其它离散区域可能需要额外的玻璃纤维织物层，这需要局部加强。当制备堆叠时将这些因素都纳入考虑，于是堆叠的厚度可横跨其宽度并且在一些情况下沿着其长度变化。目前，堆叠以大致平坦的状态储存，并且在需要的时候被提升并放置在叶片模具中。然而，平坦堆叠难以储存并会占用显著的空间。平坦堆叠还难以搬运，并且在将堆叠提升并放置在模具中时可能需要几个操作者来支撑堆叠的周缘。因为期望生产尺寸增加的风轮机叶片(为了从风中捕获增加的能量)，重要的是制造过程能扩展。将堆叠储存并放置在模具中的本方法并非容易地可扩展，因为处理和储存问题随着堆叠大小的增加而加剧。因此，本方法仅适合相对较小的堆叠，因而非常多的堆叠必须单独地组装并布置在模具中以制造大型风轮机叶片。参照图1a至图1c，试图研发解决以上问题并进一步减少叶片生产的模内时间的可扩展方案，本专利技术的专利技术人进行了非公开试验，其中多个玻璃纤维条12a、12b被彼此叠置地堆放以形成堆叠10。堆叠的条以沿着其长度的规则间隔沿着缝合线13缝合在一起(图1a)。然后，堆叠10围绕圆形横截面的柱形滚筒14卷绕，以形成卷16(图1b)。为了便于说明，图1a至图1c中示出的堆叠10由缝合在一起的两个玻璃纤维层12a和12b组成，但实际上堆叠可包括缝合在一起的几个层。另外，虽然图1b中示出的卷16仅包括围绕滚筒14的堆叠10的单圈，但是实际上堆叠10围绕滚筒14转动几次。卷16解决了与大的平坦堆叠关联的储存问题，因为卷16占用的工厂空间小于平坦(即非卷绕的)堆叠。与现有技术方法比较还促进了搬运以及放置，因为卷16仅仅在需要的时候在模具中展开，这能由相对较少的操作者执行。然而，注意到，堆叠的层10倾向于在形成为卷时产生褶皱。参照图1c，图1c是示出使堆叠的条12a、12b围绕滚筒14的一部分卷绕的示意图，发现产生褶皱15的原因归因于，当围绕圆形滚筒14卷绕时，堆叠10的外层12b具有比堆叠10的内层12a更大的曲率半径，因而具有更长的圆周长度。这导致堆叠10的各层12a、12b具有不同水平的张力并导致一些层比其它层移动或拉伸得更多。因为层12a、12b之间的相对移动受到缝合线13处的缝合的约束，所以由于层12a、12b之间的圆周路径差，层12a、12b中的一个层或若干层不可避免地在缝合线13之间产生褶皱15。在该示例中，堆叠10的外层12b围绕滚筒14具有比内层12a更长的圆周路径，因而内层12a趋向于在缝合线13之间产生褶皱15。褶皱产生的问题已发现针对由几个层组成的堆叠是特别尖锐的，诸如风轮机叶片的相对较厚部分所需的堆叠，其中八个以上玻璃纤维层被缝合在一起以形成堆叠。期望避免纤维层中的褶皱，因为褶皱趋向于损害成品部件的结构完整性。因此，本专利技术的目的是提供一种避免或至少最小化褶皱在纤维层中的形成的可扩展方案。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面，提供了一种结构材料形成的卷，该卷包括：细长的堆叠，所述堆叠包括彼此叠置地堆放并由紧固装置保持在一起的多个结构材料层；以及卷轴，所述卷轴具有多个相互间隔的支撑件，所述堆叠绕所述支撑件折叠以形成卷起的堆叠；其中所述卷轴被构造成使得所述卷起的堆叠被所述支撑件支撑，并且所述卷起的堆叠的位于所述支撑件之间的区段基本上不被所述卷轴支撑从而处于松弛状态。在所述堆叠形成为卷之前，所述堆叠优选地采取细长条的形式。因为所述卷起的堆叠在支撑件之间被保持为松弛状态，所以所述堆叠的结构材料层能够在所述卷中相对于彼此略微移动。例如，各层可相对于彼此滑动或者可在其自身重量下“松弛”或下垂。各层的这种相对移动允许所述卷起的堆叠补偿所述堆叠的各层之间在所述堆叠围绕所述支撑件折叠时引入的任何路径差异。因此，通过在所述卷轴上保持所述卷起的堆叠的松弛状态下的区段，基本上防止在所述堆叠卷绕时形成褶皱。本专利技术提供了一种可扩展方案并且允许非常长和/或厚的堆叠在不引入褶皱的情况下形成为卷。在特别优选的示例中，长度超过40米的堆叠能在无明显起皱的情况下形成为卷。这样的堆叠可包括通过缝合或其它合适手段保持在一起的几个层。例如，所述堆叠可包括高达八个以上玻璃纤维层片。优选地，所述堆叠包括嵌套在一起的多个玻璃纤维层。还可在所述堆叠中包括其它材料层并且使其它材料层在无明显起皱的情况下围绕所述卷轴卷绕。因此，风轮机叶片的许多层可离线地嵌套在一起，形成为卷以便于储存和搬运，随后由相对较少操作者相对快速而容易地展开到风轮机叶片模具中。展开的堆叠有利地基本上没有褶皱，因而需要所述展开的堆叠做出相对较小的调整。本专利技术因此显著地加速大型电站级风轮机叶片的制造中的铺层过程。在本专利技术的优选示例中，所述卷轴包括限定在所述支撑件之间的内部区域，所述卷起的堆叠的未被支撑区段下垂到所述内部区域中。例如，所述卷轴可以是大致中空的，所述支撑件被定位在所述卷轴的外周附近。各层可沿着在所述堆叠的宽向方向上延伸的多个紧固线紧固到一起。各层优选地借助针脚紧固到一起，即缝合在一起，但可选地，各层可通过任何其它合适的手段(例如通过双面粘合剂带或其它粘合剂)保持在一起。所述紧固线(例如所述缝合线)优选地在所述堆叠的纵向方向上以一定的间隔隔开。在优选实施方式中，所述卷轴的所述支撑件相互间隔开大于紧固线之间的所述间隔的距离。因本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构材料形成的卷，该卷包括：a、细长的堆叠，所述堆叠包括上下叠置地堆放并由紧固装置保持在一起的多个结构材料层；以及b、卷轴，所述卷轴具有多个相互间隔的支撑件，所述堆叠绕所述支撑件折叠以形成卷起的堆叠；其中所述卷轴被构造成使得所述卷起的堆叠被所述支撑件支撑，并且所述卷起的堆叠的位于所述支撑件之间的区段基本上不被所述卷轴支撑从而处于松弛状态。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.16 GB 1412651.01.一种结构材料形成的卷，该卷包括：a、细长的堆叠，所述堆叠包括上下叠置地堆放并由紧固装置保持在一起的多个结构材料层；以及b、卷轴，所述卷轴具有多个相互间隔的支撑件，所述堆叠绕所述支撑件折叠以形成卷起的堆叠；其中所述卷轴被构造成使得所述卷起的堆叠被所述支撑件支撑，并且所述卷起的堆叠的位于所述支撑件之间的区段基本上不被所述卷轴支撑从而处于松弛状态。2.根据权利要求1所述的卷，其中，所述卷轴包括限定在所述支撑件之间的内部区域，所述卷起的堆叠的未被支撑区段下垂到所述内部区域中。3.根据权利要求1或2所述的卷，其中，所述多个结构材料层沿着在所述堆叠的宽向方向上延伸的多个紧固线紧固到一起，所述紧固线在所述堆叠的纵向方向上以一定间隔隔开。4.根据权利要求3所述的卷，其中，所述卷轴的所述支撑件相互间隔开大于紧固线之间的所述间隔的距离。5.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述支撑件是大致细长的并且在大致平行于所述堆叠的宽向方向的方向上延伸。6.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述卷轴进一步包括一对间隔开的端板，并且所述支撑件被安装在所述端板之间。7.根据权利要求6所述的卷，其中，所述端板是大致圆形的。8.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述支撑件被布置成大致三角形构造。9.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述支撑件具有大致圆形横截面。10.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述堆叠包括多个玻璃纤维层。11.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述多个结构材料层被缝合在一起。12.根据前述权利要求中的任一项所述的卷，其中，所述堆叠被构造成形成风轮机叶...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈振哲，M·塔尔贝格，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：丹麦,DK