用于制造风力涡轮机叶片的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于制造风力涡轮机叶片的装置及方法。具体而言，一种用于制造风力涡轮机叶片的闭合式模具装置包括：闭合式外模具(10)；有选择地使外模具(10)在外部几何形状范围内弯曲的机构(44)；以及第一内模具(92,120)。当闭合式外模具(10)处于第一外部几何形状时，第一内模具(92,102,120,140)在闭合式外模具(10)中使用，且从而限定第一叶片几何形状。作为备选，当闭合式外模具(10)弯曲至不同于第一外部几何形状的第二外部几何形状时，第二内模具(102,140)在闭合式外模具(10)中使用，且从而限定第二叶片几何形状。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术涉及一种。具体而言，一种用于制造风力涡轮机叶片的闭合式模具装置包括：闭合式外模具(10)；有选择地使外模具(10)在外部几何形状范围内弯曲的机构(44)；以及第一内模具(92,120)。当闭合式外模具(10)处于第一外部几何形状时，第一内模具(92,102,120,140)在闭合式外模具(10)中使用，且从而限定第一叶片几何形状。作为备选，当闭合式外模具(10)弯曲至不同于第一外部几何形状的第二外部几何形状时，第二内模具(102,140)在闭合式外模具(10)中使用，且从而限定第二叶片几何形状。【专利说明】
本专利技术总体涉及制造风力涡轮机叶片。具体而言，本专利技术涉及使用单个外模具制作具有不同几何形状的叶片的闭合式模制工艺。
技术介绍
风力涡轮机叶片通常使用闭合式模制工艺形成，其中复合材料在内模具与外模具之间形成形状。通常，复合材料包括位于内模具与外模具之间的玻璃纤维毡材料。随后，树脂材料被引入内模具与外模具之间的空间中以浸溃玻璃纤维毡。在某些制造工艺中，两个叶片半部独立地形成，且随后连结来形成完整叶片。在一种制造工艺中，同时形成整个叶片。为了制作叶片外模具，例如，通过CNC加工工艺来制造毛坯，以匹配叶片所期望的最终外部几何形状。然后，外模具由毛坯形成为叶片外部几何形状的负片。当前的风力涡轮机叶片长达75米，且将来会构想出更长的叶片。因此，制造毛坯和外模具是很昂贵且耗时的过程。叶片内的内部支承结构对于叶片的性能很关键，且受制于叶片的外部几何形状。通常包括至少两个单独的元件的内模具与外模具结合将叶片基质材料压靠外模具形状，且还限定叶片内的内部支承结构。各个叶片设计均利用外模具和内模具的独特组合而制成。【专利附图】【附图说明】以下描述参照附图阐述了本专利技术: 图1为外模具的两个半部的简图。图2为组装在一起的图1中的两个半部的简图。图3为应用扭转的图2中的组装的模具的简图。图4为调整机构的示例性实施例的简图。图5为调整机构的备选示例性实施例的简图。图6为风力涡轮机叶片的示意性横截面图。图7为具有非挠性内模具的闭合式模具组件的示意性横截面图。图8为处于弯曲位置且具有第二非挠性内模具的图7中的闭合式模具组件的示意性横截面图。图9至图11为具有挠性囊的内模具的示意性横截面图。图12为具有带挠性囊的内模具的闭合式模具组件的示意性横截面图。图13为处于弯曲位置具有相同的内模具和挠性囊的图12中的闭合式模具组件的示意性横截面图。图14为处于弯曲位置具有不同的内模具和挠性囊的图12中的闭合式模具组件的示意性横截面图。【具体实施方式】专利技术人设计了一种用于闭合式模制工艺的模具组件，其中单个外模具可用于限定一个以上的外部叶片几何形状。结果，一个外模具可由一个毛坯形成，且一个外模具可用于形成具有不同外部几何形状的多种叶片。此外，叶片的内部几何形状可如所期望那样变化以适应所选择的任何外部叶片几何形状。通过使用单个外模具来用于一个以上的叶片几何形状，本专利技术便于减少生产新叶片设计所需的成本和时间，且可用于有效地修正模具几何形状设计后的生产。如图1中所示，外模具10可包括第一半部12和第二半部14。在图2中所示的示例性实施例中，第一半部12和第二半部14可在接缝16处连结。在外模具10内，在各种横截面18，20，22，24和26中限定了外部几何形状。横截面18，20，22，24和26示出了叶片在根部28处可为圆形，且沿叶片的长度改变横截面的尺寸和形状，最终朝叶片的顶部30变平且减小横截面面积。在常规制造技术下，一旦创造出外模具10，则各叶片的外部几何形状是恒定的。授予Burchardt等人的美国专利第7，980, 840号以及授予Burchardt等人的美国专利申请公开US2011/0210464A1号和授予Schibsbye的美国专利申请公开US2011/0233837A1号中描述了类似的模制工艺的实例。叶片的外部几何形状的一个关键方面是叶片的扭转。在叶片的各个横截面处，风以称为冲角的特定角冲击横截面。风力涡轮机叶片的空气动力设计为横截面空气动力的效果的总和。如果在任何横截面处冲角离开其设计点，则叶片的性能会受损。还已知的是，在涡轮机的操作期间由叶片遇到的空气动力可使叶片的本体变形。近年来变得明显的是，叶片的变形将包括围绕叶片中心轴线的扭转。该扭转导致若干翼展方向(纵向)位置处的新冲角。这种扭转效果直接地涉及叶片的内部结构的性质。如果内部结构较弱，则叶片可较大地扭转。因此，叶片的外部几何形状可包括〃预先扭转〃来对抗操作扭转。本文的模具组件构造成为挠性的，且因此结构极限内的任何程度的扭转都可施加到外模具上。这允许优化基本叶片几何形状来用于不同的应用，而不需要制造新的外模具。图3绘出了简单的扭转，其中叶片经历朝末梢30的正扭转。横截面18和横截面20具有为零的0 18和0 20，而横截面22-26分别具有9 22 > O、0 24 > 0 22和0 26 > 0 24，其中0为与叶片的原始设计的角偏差。在限定原始外部设计时，外模具10可为中性非弯曲状态。作为备选，外模在其限定原始外部设计时可呈现出一些弯曲。外模具10可为弹性的，使得任何引起的弯曲都在其弹性范围内，且其可返回或返回至非弯曲状态或其限定原始外部几何形状的状态。作为备选，外模具10可弯曲至其弹性范围外，以限定第二外部几何形状，使得必须施加力使其返回至其限定原始外部几何形状的位置。弯曲可以以很多方式实现。在示例性实施例中，外模具10可位于表面40上，如地面上，且外模具10的位置42例如可通过高度调整机构44如千斤顶或等同物被升高。例如但不限于，重力将外模具10的其余部分的大部分保持在其原始构造，其中模具的弹性固有地提供沿从升高的点至地面上的外模具10的部分的范围的逐渐过渡。在该实施例中，外模具10的部分可螺接到地面上，而其它部分被调整。作为备选，调整机构44可用于限定外模具10可被使用的所有位置。在此情形中，即使在处于中性或非弯曲位置时，模具也可通过调整机构44位于或保持在适当位置。如果外模具10的固有特征并未提供沿过渡区的所期望的扭转，则其它高度调整机构44可用于提供适当的翼展方向的扭转轮廓，包括使用垫片等。该技术不但将扭转引入叶片，而且如图4中所示，在任何给定的横截面处，纵轴线48也可平移一定距离46。平移为叶片的纵轴线48通过扭转从原始位置50移动的距离。在某些情形中，人们希望避免平移，则可使用诸如图5中所示的高度调整机构44。在该示例性实施例中，当调整一个位置42时，还调整了另一个位置52以补偿位置42的移动，以便将纵轴线48保持在其原始位置50。如图6中可看到的那样，各个叶片60的特征不但在于外部几何形状62，而且特征还在于内部几何形状64。如本文所使用的，内部几何形状64为由叶片的内表面限定的整个内部几何形状，且这可在叶片的任何给出的翼展方向位置的横截面中看到。当叶片没有除表皮66之外的内部结构时，内部几何形状可简单地为表皮的内表面。然而，常规风力涡轮机叶片60包括通常称为腹板的内部加强件68。在此情况下，内部几何形状64包括前表皮内表面70、后表皮内表面72和腹板表皮74。前表皮内表面70和相关联的腹板表皮74本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造风力涡轮机叶片的闭合式模具装置，包括：闭合式外模具；有选择地使所述外模具在外部几何形状的范围内弯曲的机构；以及在所述闭合式外模具处于第一外部几何形状时在所述闭合式外模具中使用从而限定第一叶片几何形状的第一内模具，以及替代性地，在所述闭合式外模具弯曲至不同于所述第一外部几何形状的第二外部几何形状时在所述闭合式外模具中使用且从而限定第二叶片几何形状的第二内模具。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：JM奥贝雷希特，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：