專(zhuān)利名稱(chēng)：可用于制造轉(zhuǎn)子葉片圓柱蓋的一種制造連續(xù)層壓片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種制造纖維增強(qiáng)的環(huán)狀或連續(xù)層壓片的方法，適用于制造風(fēng)能渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部分。此外，本發(fā)明涉及使用層壓片制造結(jié)構(gòu)件，如風(fēng)能渦輪轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部件。
背景技術(shù)：
已知道連續(xù)層壓片，即纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂或其他可固化材料的環(huán)形平板。通過(guò)拉動(dòng)纖維(如玻璃或碳纖維)束通過(guò)樹(shù)脂槽，形成平板，經(jīng)連續(xù)工藝過(guò)程生產(chǎn)出這些層壓片。層壓片中的纖維并排放置，基本互相平行對(duì)齊。這些連續(xù)層壓片的厚度在不到1毫米至數(shù)毫米之間。層壓片的寬度基本可以具有各種尺寸。基體材料(如樹(shù)脂)在循環(huán)工藝中固化。片狀層壓片纏繞成卷，長(zhǎng)度為二百米。這些層壓片適合于疊置成部分或?qū)?，用于如風(fēng)能渦輪葉片的圓柱蓋。當(dāng)纖維基本上完美對(duì)齊，并在預(yù)制層壓片內(nèi)保持對(duì)齊時(shí)，可使得制造葉片時(shí)模具中層壓片的各層纖維不對(duì)齊(碳纖維對(duì)不對(duì)齊非常敏感)的問(wèn)題減少。
上面介紹的連續(xù)纖維增強(qiáng)層壓片可從芬蘭公司EXEL購(gòu)買(mǎi)。
使用連續(xù)預(yù)制的纖維增強(qiáng)層壓片制造風(fēng)能渦輪轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部件涉及一種設(shè)置，其中多層的層壓片切割件須一層置于一層上，以形成結(jié)構(gòu)件。這些結(jié)構(gòu)件設(shè)置在轉(zhuǎn)子葉片模具的特定區(qū)域和部分，模具中還設(shè)置其他夾層構(gòu)件。轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋和其他夾層結(jié)構(gòu)件形成剛性的和抗剪的整體結(jié)構(gòu)件，其重量輕并且非常穩(wěn)定。為了制造這樣的葉片，使用了熔浸工藝，在進(jìn)行熔浸時(shí)可固化的材料(如樹(shù)脂)流入模具中，以便滲透到層壓片的各層之間，以及層壓片與轉(zhuǎn)子葉片的結(jié)構(gòu)件之間。在熔浸工藝期間，真空施加到模具，使層壓片的各層壓接一起。熔浸工藝還可用于制造層壓片的其他部件。在熔浸工藝期間，可能發(fā)生可固化的材料流入模具但未滲透層壓片各層之間。這樣熔浸工藝將導(dǎo)致層壓片相鄰層形成不足夠的機(jī)械連接，因此使得纖維增強(qiáng)層壓片制成的轉(zhuǎn)子葉片或其他部件的結(jié)構(gòu)剛性和穩(wěn)定性不夠。

發(fā)明內(nèi)容
通過(guò)一種制造連續(xù)層壓片的方法解決了上面提到的問(wèn)題，該方法尤其適合于制造風(fēng)能渦輪轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部件，該方法包括步驟提供多個(gè)平行纖維；將纖維嵌入可固化的基體材料；固化基體材料，得到具有上和下主表面的纖維增強(qiáng)層壓片；和在層壓片的上和下主表面其中至少一個(gè)表面形成溝槽，其中上和/或下主表面的溝槽相對(duì)纖維的方向傾斜。
因此，通過(guò)本發(fā)明的方法，連續(xù)纖維增強(qiáng)的連續(xù)層壓片的至少一個(gè)表面制備好，以便設(shè)置溝槽，供熔浸工藝期間可固化材料(如樹(shù)脂)在形成疊層的連續(xù)層壓片的各層之間移動(dòng)。本發(fā)明的目的是使得在連續(xù)層壓片的疊層的相鄰層之間甚至在高壓下都有調(diào)整好的空隙，該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)在連續(xù)層壓片初步制造和固化后，或與其同時(shí)，在連續(xù)層壓片的至少一個(gè)表面形成溝槽。
在本發(fā)明的一個(gè)方面，使用磨削工具磨削纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片，在至少一個(gè)主表面形成溝槽。磨削工具橫向于纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片的纖維并橫向于纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片的生產(chǎn)工藝的方向進(jìn)行移動(dòng)。這樣通過(guò)磨削連續(xù)層壓片的上和下主表面其中至少一個(gè)的部分材料形成橫向槽。因此，將纖維切至磨削切口的深度。切掉的纖維應(yīng)當(dāng)從連續(xù)層壓片的承受載荷截面區(qū)減去。通過(guò)調(diào)節(jié)連續(xù)層壓片和磨削工具的移動(dòng)速度，可調(diào)節(jié)溝槽相對(duì)連續(xù)層壓片的主要路徑(縱向)的角度。溝槽最好是在連續(xù)層壓片的兩個(gè)主表面形成。上和下主表面的溝槽角度互不相同，或是從正角度轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)角度，以保證溝槽互相相交，使得連續(xù)層壓片的上和下主表面的溝槽在疊放多個(gè)連續(xù)層壓片時(shí)不會(huì)配對(duì)和互相靠近。磨削工具或其他溝槽形成工具的粗糙度應(yīng)當(dāng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，以滿(mǎn)足在層之間移動(dòng)的可固化材料(如樹(shù)脂)的要求，并減少熔浸工藝期間進(jìn)入的可固化材料的流動(dòng)阻力。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，連續(xù)層壓片的基體材料固化的同時(shí)在連續(xù)層壓片的上和/或下主表面上形成溝槽。在這個(gè)過(guò)程中，溝槽最好不在連續(xù)層壓片的設(shè)有纖維的厚度區(qū)內(nèi)形成。因此，連續(xù)層壓片包括上和/或下厚度部分，其中形成溝槽，和設(shè)置在上下部分之間的中間部分，其中設(shè)置纖維。
權(quán)利要求的主題涉及到了本發(fā)明的其他實(shí)施例和方面。


下面將參考附圖更詳細(xì)地介紹本發(fā)明。附圖中圖1示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于制造纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片的方法的第一實(shí)施例的各工藝步驟；圖2顯示了根據(jù)圖1示意性顯示的工藝制造的層壓片的切割部分的透視圖；圖3顯示了圖2的圓區(qū)域III的切割部分放大圖；圖4示意性地顯示了根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的制造纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片的方法的第一實(shí)施例的各個(gè)工藝步驟；圖5顯示了轉(zhuǎn)子葉片的截面圖，包括通過(guò)互相疊放的連續(xù)層壓片疊層所形成的圓柱蓋和其他部件。
具體實(shí)施例方式
圖1顯示了制造纖維增強(qiáng)連續(xù)層壓片10的方法的第一實(shí)施例的各步驟。從卷繞14拉出多個(gè)基本上平行的玻璃或碳纖維12，使其通過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂槽16。但是也可使用其他的纖維12可浸入的可固化材料。
浸入環(huán)氧樹(shù)脂的纖維12的部分傳輸?shù)侥坦の?8。然后，固化的層壓片20又輸送到溝槽形成工位22，其設(shè)有兩個(gè)磨削工具24，26，可用來(lái)磨削固化的層壓片20的上和下主表面。在溝槽形成工位22，通過(guò)上和下磨削工具24，26，在固化的層壓片20的上和下主表面28，30形成各溝槽32，34，以便形成最后的預(yù)制連續(xù)纖維增強(qiáng)的層壓片10，層壓片然后卷繞成卷筒36。從卷筒36可切割出多個(gè)單獨(dú)的層壓片部分(也稱(chēng)作平板)，可以互相層疊制成纖維增強(qiáng)的層壓件。
在溝槽形成工位22，通過(guò)磨削在固化的層壓片20的主表面形成溝槽32，34。各主表面上的溝槽基本是互相平行的，各組基本平行的溝槽32，34相互傾斜，并相對(duì)連續(xù)層壓片10的縱向傾斜。在連續(xù)層壓片10的兩個(gè)主表面28，30上的溝槽32，34可具有不同的尺寸。例如，下主表面30的溝槽34的截面積小于連續(xù)層壓片10的上主表面28的溝槽32的截面積。
圖2顯示了連續(xù)層壓片10的切割部分，顯示出纖維層12，以及相互傾斜的各組溝槽32，34，溝槽相對(duì)連續(xù)層壓片10的縱向傾斜。另外，還可看到溝槽32，34在上和下主表面28，30切割出，纖維12設(shè)置在層壓片切割區(qū)之間。
溝槽32，34還可通過(guò)在制造連續(xù)層壓片的過(guò)程中施加外殼件來(lái)形成，外殼件在固化后取下?？蛇x擇外殼件的結(jié)構(gòu)，使得連續(xù)層壓片能形成希望的表面狀態(tài)。
圖4顯示了另一個(gè)制造連續(xù)層壓片10的工藝。圖4所顯示的層壓片與圖1和2所示的相同或類(lèi)似，采用了相同的標(biāo)記。
多個(gè)玻璃或碳纖維12從卷繞14拉出，并通過(guò)可固化材料(如環(huán)氧樹(shù)脂)槽16。纖維12嵌入其中的樹(shù)脂部分傳輸?shù)焦袒蜏喜坌纬晒の?8，22，使這部分固化并在上和下主表面28，30形成溝槽32，34。在固化和溝槽形成工位，分別具有各自模具42，44的上和下鏈條38，40分別設(shè)置在部分10的上和下方，以便在未固化的組分的上和下部46，48形成溝槽32，34，組分中嵌入纖維12。制造出的連續(xù)層壓片10又再纏繞成卷36。
圖5顯示了風(fēng)能渦輪葉片50，其包括形成葉片50殼體的上和下殼體52，54。葉片50的殼體包括上和下夾層結(jié)構(gòu)56，58和60，62，其間設(shè)有圓柱64。夾層結(jié)構(gòu)56，58和60，62分別包括剛性的外殼66，68，其間是間隔件70(僅見(jiàn)于圖5的層壓件56)。外殼66，68可包括纖維增強(qiáng)樹(shù)脂，間隔件70可包括夾層結(jié)構(gòu)，泡沫或重量輕的材料，如木棉。這些夾層結(jié)構(gòu)對(duì)于制造轉(zhuǎn)子葉片都是公知的。
圓柱64包括上圓柱蓋72和下圓柱蓋74，以及其間的兩個(gè)抗剪肋?？辜衾?6還包括夾層結(jié)構(gòu)，如前面所介紹的。圓柱蓋72，74以及前端和后端78，80都用層壓片10的疊層制造，層壓片疊層件通過(guò)圖1到3所介紹的表面溝槽制造和提供。
具有各夾層結(jié)構(gòu)和層壓件部分的圖5所示的葉片50的整體結(jié)構(gòu)基本上已知道。但是，根據(jù)本發(fā)明，圖5所示的葉片50包括層壓結(jié)構(gòu)件，層壓結(jié)構(gòu)件由根據(jù)圖1到3制造的連續(xù)層壓片10的部件形成。這些層壓結(jié)構(gòu)件，由于在層壓片各層上存在溝槽32，34，制造葉片50的熔浸工藝期間所提供的樹(shù)脂或類(lèi)似可固化的材料可浸入溝槽，樹(shù)脂或可固化的材料可完全和均勻地在相鄰層之間分布，使得層壓片的相鄰層之間形成理想的連接。
盡管已經(jīng)參考特定顯示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了介紹，但不希望本發(fā)明限于這些示例性的實(shí)施例。例如，連續(xù)層壓片的主表面中至少一個(gè)上的溝槽可以是彎曲的和相交。粗糙的連續(xù)層壓片可提供層壓片的相鄰層之間的槽狀空間。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到可進(jìn)行各種變化和改進(jìn)，這些未脫離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的真實(shí)范圍。因此希望當(dāng)其落入所附權(quán)利要求和等效體的范圍內(nèi)時(shí)，本發(fā)明的范圍包括這些變化和改進(jìn)。
權(quán)利要求
1.一種制造連續(xù)層壓片的方法，尤其適合于制造風(fēng)能渦輪轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部件，所述方法包括步驟提供多個(gè)平行的纖維(12)；將所述纖維嵌入可固化的基體材料(16)；固化所述基體材料(16)，得到具有上和下主表面(28，30)的纖維增強(qiáng)層壓片(20)；和在所述層壓片(20)的上和下主表面(28，30)中至少一個(gè)表面形成溝槽(32，34)，其中所述上和/或下主表面上的溝槽(32，34)相對(duì)纖維(12)的方向傾斜。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述溝槽(32，34)在連續(xù)層壓片(10)的上和下兩個(gè)主表面(28，30)上形成，其中在上主表面(28)形成的溝槽(32)相對(duì)下主表面(30)形成的溝槽(34)傾斜。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，基體材料固化后，在連續(xù)層壓片(10)的上和/或下主表面(28，30)切割出溝槽(32，34)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，使用至少一個(gè)磨削工具(24，26)進(jìn)行切割。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，在基體材料(16)進(jìn)行固化的同時(shí)，在上和/或下主表面(28，30)形成溝槽(32，34)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，纖維(52)可選擇玻璃或碳纖維中的至少一種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述基體材料(16)是樹(shù)脂，尤其是環(huán)氧樹(shù)脂。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，位于一個(gè)主表面(28，30)的溝槽(32，34)基本互相平行。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述溝槽(32，34)延伸到層壓片(20)的邊緣。
10.權(quán)利要求1至9中任何一項(xiàng)所述方法制造的層壓片(10)用于熔浸工藝，通過(guò)在模具中互相疊置各層層壓片(10)和在模具中的各層層壓片(10)之間浸漬可固化的材料，用所述層壓片(10)制造出結(jié)構(gòu)件。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的應(yīng)用，其特征在于，可用于制造風(fēng)能渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子葉片(50)。
全文摘要
一種制造連續(xù)層壓片的方法，尤其適合于風(fēng)能渦輪轉(zhuǎn)子葉片的圓柱蓋或其他部件，所述方法包括步驟提供多個(gè)平行的纖維(12)；將所述纖維(12)嵌入可固化的基體材料(16)；固化所述基體材料(16)，得到具有上和下主表面(28，30)的纖維增強(qiáng)的層壓片(20)；和在所述層壓片(20)的上和下主表面(28，30)其中至少一個(gè)形成溝槽(32，34)，其中所述上和/或下主表面(28，30)的溝槽(32，34)傾斜于纖維(12)的方向。
文檔編號(hào)B29C70/34GK1915649SQ20061012623
公開(kāi)日2007年2月21日 申請(qǐng)日期2006年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月17日
發(fā)明者R·阿雷爾特 申請(qǐng)人:通用電氣公司