專利名稱：風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的分段殼體模具及其制造方法和應(yīng)用該模具的葉片生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于生產(chǎn)復(fù)合材料風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的模具的制造和特別是用于生產(chǎn)不同尺寸的葉片的模塊化葉片模具的制造方法。本發(fā)明也描述了獲得這種制造方法的模具以及使用這種模具的葉片模制方法。
背景技術(shù)：
目前趨勢(shì)是生產(chǎn)能產(chǎn)生更多動(dòng)力的新型號(hào)的風(fēng)力渦輪機(jī)，其傾向于通過(guò)擴(kuò)大葉片來(lái)增加轉(zhuǎn)子的尺寸。就目前已知的工藝水平，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括一沿縱向延伸的橫梁，其代表葉片的結(jié)構(gòu)元件，覆蓋著被稱為殼體的外部表層(上部和下部)，使用被稱為殼體模具的模具來(lái)制造。這些殼體模具主要由復(fù)合纖維材料和樹(shù)脂制成，其中有一定的金屬結(jié)構(gòu)，用于塊件的成形、葉片內(nèi)材料的固化和裝配來(lái)獲得最終產(chǎn)品，如，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。傳統(tǒng)的制造分兩個(gè)部分完成，上部和下部，對(duì)應(yīng)于葉片的兩個(gè)外部表層。換句話說(shuō)，裝配兩個(gè)半模來(lái)形成以想要從基本模型獲得的葉片的幾何形狀為基礎(chǔ)的整塊。殼體半模是大尺寸元件，通常是矩形的并與借助一些用作鉸鏈的致動(dòng)器相互連接，來(lái)開(kāi)啟和關(guān)閉殼體。復(fù)合材料的纖維織物鋪在每個(gè)半模上，在其上與葉片的一部分一致。做了這些，一旦纖維織物鋪設(shè)完成，關(guān)閉模具開(kāi)始模具的固化或加熱、定位模具對(duì)應(yīng)于與空氣噴射系統(tǒng)一起的轂的部分，結(jié)果，對(duì)應(yīng)于葉片尖部的部分朝向模具的自由部分。西班牙專利ES2208(^8描述了殼體模具的一個(gè)例子，其主要通過(guò)非金屬材料、復(fù)合材料支座、金屬結(jié)構(gòu)和復(fù)合夾芯板制成，復(fù)合夾芯板為支座提供支撐并用作空氣傳導(dǎo)，機(jī)械系統(tǒng)移動(dòng)兩個(gè)半模中的一個(gè)來(lái)完成開(kāi)啟和關(guān)閉操作，而加熱系統(tǒng)允許模具起烤爐的作用。該系統(tǒng)還配備有形成夾芯板的自支撐結(jié)構(gòu)的空氣管道且通過(guò)一些金屬筋縱向支撐。當(dāng)開(kāi)啟或關(guān)閉時(shí)，該模具結(jié)構(gòu)通過(guò)位于金屬筋內(nèi)、結(jié)合在一起的滑塊，提供面對(duì)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的一定的自由度，從而在經(jīng)受熱的時(shí)候能不經(jīng)受壓力而擴(kuò)張。上述轉(zhuǎn)子尺寸的增加和隨之葉片的增長(zhǎng)導(dǎo)致需要為每個(gè)想生產(chǎn)的新的葉片幾何形狀生產(chǎn)殼體模具。這暗示著基本生產(chǎn)費(fèi)用的增加，不僅包括模具本身的費(fèi)用而且包括用于整個(gè)過(guò)程所需的時(shí)間。就目前的工藝水平所知的解決方案建議分段來(lái)生產(chǎn)葉片，如國(guó)際專利W02009/156061中描述的，從而使葉片生產(chǎn)過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)化。做這些，采用一種方法，根據(jù)該方法葉片的不同部分獨(dú)立制造并隨后用一個(gè)集成設(shè)備組合在一起。然而，這個(gè)解決方案集中在生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)葉片，如果需要生產(chǎn)不同于標(biāo)準(zhǔn)化葉片的幾何形狀的葉片，還需要針對(duì)這個(gè)特定葉片幾何形狀的集成設(shè)備。另外，這里所描述的方法在獲得品質(zhì)的最終產(chǎn)品中產(chǎn)生困難，因?yàn)?，葉片的不同部分的結(jié)合面的表面表現(xiàn)出不規(guī)則或弱點(diǎn)，從而限制其性能。

發(fā)明內(nèi)容
一般情況下，葉片顯示出通常與葉片根部面積對(duì)應(yīng)的共同的幾何面和尺寸上不同的對(duì)應(yīng)于葉片尖部的幾何面。本發(fā)明的目的是生產(chǎn)一種新型的分段殼體模具，其允許制造具有共同空氣動(dòng)力學(xué)表面的不同的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。本發(fā)明的第一個(gè)目的是制造基于同樣分段的葉片模型的葉片模具。根據(jù)本發(fā)明，分段模具的生產(chǎn)、葉片模型的生產(chǎn)分成兩個(gè)不同部分，包括用于不同風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的共有部分和“不共有”或特殊部分。這個(gè)模型具有中間區(qū)域，用作定位半模的輔助生產(chǎn)工具的工具。本發(fā)明的第二個(gè)目的是提供一個(gè)系統(tǒng)，用于葉片模型的不同部件和模具之間的對(duì)準(zhǔn)和參照，使不同部件能連接在一起，獲得殼體模具，從而允許風(fēng)力渦輪機(jī)葉片整塊生產(chǎn)。本發(fā)明試圖在模型的中間工具上放置標(biāo)記分段模型的段的每個(gè)端部的某些工具。這些工具通過(guò)坐標(biāo)測(cè)量機(jī)器定位，將他們引用到模型上并用作層壓模具支座的參照。一旦生產(chǎn)好模具支座，將其定位在一些結(jié)合在模具不同部分(段)的筋上。做這些，一些筋定位工具設(shè)置在使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)械的模型的中間工具上。這些結(jié)合筋，具有機(jī)械零件的金屬，充當(dāng)模具不同部分的機(jī)械連接，最終的半模由這些連接形成。這個(gè)過(guò)程在兩個(gè)將被結(jié)合在一起的半模的最終部分上完成，參照的機(jī)械部分保留在隨后將一個(gè)與另一個(gè)機(jī)械結(jié)合的結(jié)合筋上，從而形成半模。本發(fā)明的第三個(gè)目的是替換已成形的模具的一部分來(lái)獲得不同于原件的其中一個(gè)部分的幾何形狀的方法，從而生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)的另一個(gè)家族。改變模具希望的端部，結(jié)合筋的機(jī)械元件首先被分開(kāi)，支座連接區(qū)域被切割且模具的新端部以類似的方式裝配。使用該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的，模具可以根據(jù)需要分段成兩個(gè)、三個(gè)或更多區(qū)域。另外，這些的任一個(gè)可以被改變，從而獲得具有與其他葉片共有部分幾何形狀不同的葉片。本發(fā)明的這些和其他方面將下面所述的附圖的幫助下，進(jìn)一步詳細(xì)描述。


圖1是常規(guī)殼體模具內(nèi)部的剖視圖。圖2是根據(jù)本發(fā)明的葉片殼體的模型和模型工具的示意圖。圖3所示為帶有筋定位工具和用于模具的結(jié)合筋的模型的示意圖。圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的分段模具的兩個(gè)半個(gè)中的一個(gè)的示意圖。圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)結(jié)合的下半模的示意圖。
具體實(shí)施例方式圖1所示為常規(guī)的葉片殼體模具，其包括兩個(gè)半模1和2 (上部和下部)，由兩個(gè)復(fù)合材料塊件制成，形成葉片的空氣動(dòng)力學(xué)的輪廓，復(fù)合材料優(yōu)選玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)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，下半模擱
4置在地板上一個(gè)固定位置并支撐上部支座3和由加強(qiáng)梁c形成的葉片組件以及葉片殼體a和b的重量。樞轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)5是機(jī)械系統(tǒng)，負(fù)責(zé)使上半模1到達(dá)葉片生產(chǎn)所需的開(kāi)啟和關(guān)閉位置。上部支座3和下部支座4由沿整個(gè)模具1和2的熱處理室和帶有鋁芯的中間蜂窩板體6形成，模具由包括玻璃纖維和樹(shù)脂的兩層夾心制成。有一些在支座內(nèi)均勻分配空氣的管道7，將熱空氣導(dǎo)入支座3或4并從中吸取較少的溫度。由上部中心管道7A和下部中心管道7A'形成熱空氣的沖擊，其進(jìn)入支座3和4的入口由在第二層中鉆的孔形成。一些下部側(cè)管道7B'、7C'和上部側(cè)管道7B、7C收集已經(jīng)加熱支座3和4的空氣。這些管道7包括帶有絕緣泡沫塑料芯的夾芯板。一旦通過(guò)復(fù)合材料層壓來(lái)生產(chǎn)模具支座3和4，空氣管道7必須定位并借助通過(guò)滑塊連接到樞轉(zhuǎn)系統(tǒng)5上的筋(未示出)固定。葉片生產(chǎn)過(guò)程，首先完成復(fù)合材料的冷層壓，隨后關(guān)閉模具加熱。這樣，隨后固化葉片殼體a和b和粘合劑，粘合劑將殼體與梁c粘連的同時(shí)從側(cè)邊將殼體a和b粘合。如上所述，模具的生產(chǎn)基于所希望的最終產(chǎn)品的比例模型。因此，為了獲得分段的模具，支座首先必須在分段模型上生產(chǎn)。圖2顯示了模型10AU0B的一些部分，該模型10AU0B與風(fēng)力渦輪機(jī)的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓的其中一個(gè)，如葉片的上殼體以及特別是用于模型IOC的工具相符合，該工具用于支撐和為一些輔助工具IlAUlB提供參照。這些輔助工具限定在它們端部的一些標(biāo)記，其在完成模具支座、預(yù)固化與其他部分的端部一致的垂直支座時(shí)起參考作用。換句話說(shuō)，在葉片的空氣動(dòng)力學(xué)輪廓內(nèi)，模型IOA段的最后端與模型IOB段的開(kāi)始一致。圖3可以看到，模型10AU0B段通過(guò)模型IOC的工具結(jié)合在一起，后者支撐一些用于定位結(jié)合筋13A、13B的工具12A、12B。這些定位工具12A、12B安裝在模型IOC的工具上的一些精確的點(diǎn)上并固定在其上。然后，結(jié)合筋13A、13B固定到工具12A、12B的每一個(gè)上，對(duì)于給定它們的結(jié)構(gòu)，工具12A、12B允許使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)械對(duì)裝配在相對(duì)于模具10AU0B的精確位置的結(jié)合筋13A、13B有一定調(diào)整。找到精確點(diǎn)，筋13A、i;3B必須安裝在該點(diǎn)上，整個(gè)單元被移走，筋13A、1!3B和定位工具12A、12B和與支座3成一排的部分浸著結(jié)構(gòu)粘合劑，隨后再安裝筋13A、i;3B并將其固定在支座3上，然后涂上玻璃纖維和樹(shù)脂層。最后，安裝模具元件的剩下部分通用的模具筋，管道的夾芯板和剩下的輔助元件；隨后生產(chǎn)。生產(chǎn)完模具，然后結(jié)合。圖4顯示了在理想?yún)⒖枷鄬?duì)安裝的下端2A和上端IA的半模，與半模1B、2B的另一端鏡像，確定在端部的結(jié)合筋13A、13A' U3BU3B'。筋13A、13A' U3BU3B'確定至少一個(gè)用于機(jī)械對(duì)中的元件15，對(duì)準(zhǔn)和固定每個(gè)半模和與另一端的半模的對(duì)中元件一致的端部，一旦緊固在一起，單獨(dú)的半模就形成了。圖5顯示了包括結(jié)合在一起的兩個(gè)端部的半模2A、2B，帶有對(duì)齊的對(duì)中元件15，他們端部的每一個(gè)固定在另一端部。半模2A、2B結(jié)合在連接處的層壓帶16，用對(duì)于通過(guò)復(fù)制葉片的段來(lái)結(jié)合支座4是必須的，該帶16由與支座4同樣的材料制成。還結(jié)合帶有層壓的管道段的密封來(lái)防止空氣泄露。 盡管結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例完全描述了本發(fā)明，但很明顯修改也引入到其范圍內(nèi)，保護(hù)范圍不能解釋為對(duì)前述實(shí)施例的限制，而是隨后權(quán)利要求的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種主要由非金屬材料形成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體模具，包括兩個(gè)半模，上部和下部，通過(guò)樞轉(zhuǎn)系統(tǒng)鉸接并配備其上固定空氣管道的加強(qiáng)筋，其特征在于，所述模具橫向分段，至少分成兩個(gè)段(1A、2A)和(1B、2B)，段通過(guò)結(jié)合筋(13A、13A'、13B、13B')結(jié)合在一起來(lái)整體生產(chǎn)風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的每個(gè)殼體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體模具，其特征在于，所述結(jié)合筋(13A、13A' U3BU3B')限定至少一個(gè)單獨(dú)的機(jī)械對(duì)中元件(15)，對(duì)準(zhǔn)和固定對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)單獨(dú)的機(jī)械對(duì)中元件(1 的半模的每個(gè)段，對(duì)準(zhǔn)和固定半模另一個(gè)段，固定在一起，構(gòu)成整體的半模。
3.基于權(quán)利要求1的殼體模具生產(chǎn)方法，其特征在于，生產(chǎn)在一個(gè)分段模型上完成，該模型包括通過(guò)模型(IOC)的工具結(jié)合在一起的兩個(gè)模型(10AU0B)段。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分段殼體模具生產(chǎn)方法，其特征在于，一些輔助工具設(shè)置在模具(IOC)的工具上并用作參照，確定他們端部的一些標(biāo)記，用作參照來(lái)完成模具支座、預(yù)固化與另一個(gè)段的端部成直線的垂直支座。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的分段殼體模具生產(chǎn)方法，其特征在于，一些結(jié)合筋(13A、13B)定位工具(12AU2B)擱置在模具(IOC)的工具上。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分段殼體模具生產(chǎn)方法，其特征在于，所述結(jié)合筋(13A、13B)固定在定位工具(12A、12B)的每一個(gè)上，允許使用坐標(biāo)測(cè)量機(jī)械調(diào)整相對(duì)于模具(10A、10B)的精確點(diǎn)上安裝結(jié)合筋(13A、13B)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的分段殼體模具生產(chǎn)方法，其特征在于，與所述支座C3)對(duì)應(yīng)的段浸入結(jié)構(gòu)粘合劑中，隨后重新安裝結(jié)合筋(13A、13B)并將其固定在支座(3)上，涂上玻璃纖維和樹(shù)脂層。
8.權(quán)利要求1中所描述的分段殼體模具的生產(chǎn)方法，其特征在于，為了改變模具的一端，分離所述結(jié)合筋的機(jī)械元件，切割支座結(jié)合區(qū)域，然后以同樣的方式安裝新的模具端部。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于非金屬風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的模具，包括兩個(gè)半模，上部和下部，通過(guò)樞轉(zhuǎn)系統(tǒng)鉸接并配備有其上固定空氣管道的加強(qiáng)筋，模具橫向分段，至少分成兩個(gè)段(1A、2A)和(1B、2B)，段通過(guò)結(jié)合筋(13A、13A′、13B、13B′)結(jié)合在一起。本發(fā)明也描述了用于這種模具的生產(chǎn)方法以及通過(guò)替換模具的已有組成段來(lái)獲得不同于原件其中一段的幾何形狀的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法，來(lái)制造另一個(gè)家族的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片。
文檔編號(hào)B29L31/08GK102555117SQ201110459048
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月23日
發(fā)明者喬治·拉娜·蓋德農(nóng), 亞歷山大·賽斯·莫雷諾 申請(qǐng)人:歌美颯創(chuàng)新技術(shù)公司