用于制造复合结构的系统和方法与流程

1.本公开涉及诸如风力涡轮机叶片之类的复合结构的制造，更特别地，本公开涉及一种用于制造诸如风力涡轮机叶片之类的复合结构的系统和方法。


背景技术：

2.复合材料（诸如风力涡轮机叶片，特别地，风力涡轮机叶片的空气动力学壳）的结构通常通过将玻璃纤维和/或其它纤维增强材料（诸如，碳纤维）布置于模具中来在模具中制造。在一些情况下，两个半部元件（诸如，风力涡轮机叶片的顺风壳和逆风壳）可以在单独的模具中形成，在树脂的灌注和固化之后，两个半部中的一个被倒置并且定位于两个半部中的另一个的顶部上。两个半部结构可以胶接在一起。
3.纤维（例如，玻璃纤维和/或碳纤维）的铺叠可以通过铺叠干燥纤维材料的垫来做到，其中，纤维材料可以按预指定的取向布置，以沿结构的期望方向实现期望强度。然后，可以例如使用真空辅助树脂转移模制（vartm）来灌注树脂并且使树脂固化，以使纤维的取向和位置固定。另一种方法涉及铺叠所谓的预浸料，其是用树脂预灌注的纤维垫。存在又一种方法，其中干燥纤维的粗纱沿用以实现结构的期望强度的方向铺叠于模具中。
4.ep 3 003 696公开了一种用于将纤维材料铺设于模具表面上的方法，其中，纤维材料的粗纱铺设于模具表面上或已经铺设于模具表面上的纤维材料上。解决方案涉及沿着模具侧部布置的一对轨道以及跨越轨道对并且分别承载用于分配纤维材料的分配器和用于处置覆盖物板的处置工具的两个分开的台架。


技术实现要素：

5.本公开的目的是，提供一种制造方法，其快速且便利，并且例如通过减少制造时间来改进诸如风力涡轮机叶片之类的复合结构的制造。
6.特别地，本公开的目的是，提供使空间要求优化并且降低已知的解决方案的复杂性的系统。
7.因而，本公开涉及一种用于制造诸如风力涡轮机叶片之类的复合结构的系统。该系统包括配置成用于形成复合结构的第一部分的第一模具。第一模具基本上沿着纵向方向布置。该系统还包括配置成用于形成复合结构的第二部分的第二模具。第二模具基本上沿着纵向方向布置。
8.该系统包括基本上沿着纵向方向布置于第一模具与第二模具之间的单轨。单轨可以铺设于地面上。备选地，单轨可以是悬吊的，例如，单轨可以附接到顶板并且从顶板悬挂和/或可以附接到壁体。
9.利用布置于第一模具与第二模具之间的单轨促进在生产车间中的占据更小的空间的更紧凑的制造系统，从而导致生产现场的更优化的利用。
10.该系统包括配置成安装单轨的初级移动单元。初级移动单元包括：第一分配器，其配置成将第一纤维材料分配于第一模具中；和第一覆盖物处置器，其配置成将第一覆盖物
材料布置于第一模具中的所分配的第一纤维材料之上，以将第一纤维材料锁定于第一模具中。
11.本公开进一步涉及一种用于例如使用所公开的系统来制造诸如风力涡轮机叶片之类的复合结构的方法。该方法包括将配置成用于形成复合结构的第一部分的第一模具（诸如，所公开的系统的第一模具）基本上沿着纵向方向布置。该方法还包括将配置成用于形成复合结构的第二部分的第二模具（诸如，所公开的系统的第二模具）基本上沿着纵向方向布置。该方法还包括将单轨（诸如，所公开的系统的单轨）基本上沿着纵向方向布置于第一模具与第二模具之间。例如，单轨可以铺设于地面上，可以附接到顶板和/或可以附接到壁体。
12.该方法还包括将初级移动单元（诸如，所公开的系统的初级移动单元）安装到单轨，其中，初级移动单元包括第一分配器和第一覆盖物处置器。
13.该方法还包括由第一分配器将第一纤维材料分配于第一模具中；和由第一覆盖物处置器将第一覆盖物材料布置于第一模具中的所分配的第一纤维材料之上，以将第一纤维材料锁定于第一模具中。
14.该系统还可以包括：第二分配器，其配置成将第二纤维材料分配于第二模具中；和第二覆盖物处置器，其配置成将第二覆盖物材料布置于第二模具中的所分配的第二纤维材料之上，以将第二纤维材料锁定于第二模具中。因此，该方法可以包括：由第二分配器将第二纤维材料分配于第二模具中；和由第二覆盖物处置器将第二覆盖物材料布置于第二模具中的所分配的第二纤维材料之上，以将第二纤维材料锁定于第二模具中。
15.初级移动单元可以包括第二分配器和第二覆盖物处置器。例如，初级移动单元可以横跨第一模具和第二模具。初级移动单元可以具有基本上位于单轨上方的中心，例如质量的中心。例如，第二分配器和第二覆盖物处置器可以用来使第一分配器和第一覆盖物处置器平衡。
16.备选地，该系统可以包括配置成安装单轨的二级移动单元。该方法可以包括将二级移动单元安装到单轨。二级移动单元可以包括第二分配器和第二覆盖物处置器。
17.初级移动单元和/或二级移动单元可以能够沿着单轨（例如沿着纵向方向）移动。初级移动单元和二级移动单元可以能够独立地沿着单轨移动。
18.提供附接到相同单轨的第一分配器和第二分配器两者允许同时在两个模具（例如，两个半部模具）中铺叠纤维以形成单个结构，诸如单个风力涡轮机叶片。因而，制造时间缩短，同时减少制造系统的元件的数量。
19.该系统可以包括控制器。控制器可以配置成控制初级移动单元、二级移动单元、第一分配器、第一覆盖物处置器、第二分配器和/或第二覆盖物处置器。例如，控制器可以配置成控制初级移动单元的移动和/或二级移动单元的移动，例如沿着单轨和/或沿着纵向方向。
20.控制器可以配置成控制第一分配器和第一覆盖物处置器，以便协调第一纤维材料的分配和第一覆盖物材料在所分配的第一纤维材料之上的布置。
21.控制器可以配置成控制第二分配器和第二覆盖物处置器，以便协调第二纤维材料的分配和第二覆盖物材料在所分配的第二纤维材料之上的布置。
22.第一覆盖物材料可以通过例如借助于重力的摩擦来将第一纤维材料锁定于第一
模具中。第一覆盖物材料可以是橡胶垫。第二覆盖物材料可以通过例如借助于重力的摩擦来将第二纤维材料锁定于第二模具中。第二覆盖物材料可以是橡胶垫。第一覆盖物材料和第二覆盖物材料可以属于类似材料，诸如，诸如合成橡胶之类的橡胶。第一覆盖物材料和/或第二覆盖物材料可以具有1-25 kg/m2之间，诸如5-20 kg/m2之间，诸如大约5 kg/m2或大约10 kg/m2或大约15 kg/m2的重量。提供足够重的覆盖物材料促进通过仅仅使用重力的纤维的锁定。
23.将第一覆盖物材料布置于所分配的第一纤维材料之上可以包括将第一覆盖物材料展开于所分配的第一纤维材料之上。第一覆盖物处置器可以包括第一覆盖物材料的卷筒。第一覆盖物处置器可以配置成通过将第一覆盖物材料展开于所分配的第一纤维材料之上来将第一覆盖物材料布置于所分配的第一纤维材料之上。第二覆盖物处置器可以包括第二覆盖物材料的卷筒。第二覆盖物处置器可以配置成通过将第二覆盖物材料展开于所分配的第二纤维材料之上来将第二覆盖物材料布置于所分配的第二纤维材料之上。
24.第一覆盖物材料可以已先前布置于第一模具中的先前分配的纤维材料之上。该方法可以包括在分配第一纤维材料之前，由第一覆盖物处置器提升第一覆盖物材料。第一覆盖物处置器可以配置成提升第一覆盖物材料，例如以允许第一纤维材料通过第一分配器的分配。第二覆盖物材料可以已先前布置于第二模具中的先前分配的纤维材料之上。该方法可以包括在分配第二纤维材料之前，由第二覆盖物处置器提升第二覆盖物材料。第二覆盖物处置器可以配置成提升第二覆盖物材料，例如以允许第二纤维材料通过第二分配器的分配。
25.第一二级覆盖物材料可以布置于第一模具中的先前分配的纤维材料之上。该方法可以包括在分配第一纤维材料之前，由例如初级移动单元的第一二级覆盖物处置器提升第一二级覆盖物材料。初级移动单元可以包括配置成提升第一二级覆盖物材料的第一二级覆盖物处置器。例如，第一二级覆盖物处置器可以包括用以将第一二级覆盖物材料卷起的卷筒。
26.第二二级覆盖物材料可以布置于第二模具中的先前分配的纤维材料之上。该方法可以包括在分配第二纤维材料之前，由例如二级移动单元的第二二级覆盖物处置器提升第二二级覆盖物材料。初级移动单元和/或二级移动单元可以包括配置成提升第二二级覆盖物材料的第二二级覆盖物处置器。例如，第二二级覆盖物处置器可以包括用以将第二二级覆盖物材料卷起的卷筒。
附图说明
27.将在下文中关于附图而更详细地描述本公开的实施例。附图示出实现本公开的一种方式，并且将不被解释为限于落入所附权利要求组的范围内的其它可能的实施例。
28.图1示意性地说明常规的现代逆风风力涡轮机，图2示意性地说明示例性风力涡轮机叶片，图3是说明示例性系统的示意图，图4-6是说明示例性移动单元的示意图，图7是示例性系统的框图，以及图8是示例性方法的流程图。
具体实施方式
29.在下文中，在相关时，参考附图而描述各种示例性实施例和细节。应当注意到，附图可以按比例绘制或可以不按比例绘制，并且，贯穿附图，类似结构或功能的元件由相似的参考标号表示。还应当注意到，附图仅旨在促进实施例的描述。附图不旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明的范围的限制。另外，所说明的实施例不需要具有所示出的所有方面或优点。与特定实施例联合而描述的方面或优点不一定限于该实施例，并且，即使未如此说明，或即使未如此明确地描述，所述方面或优点也能够在任何其它实施例中实践。
30.图1示意性地说明根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代逆风风力涡轮机2，该风力涡轮机2具有塔架4、机舱6以及转子，该转子具有基本上水平的转子轴。转子包括毂8和从毂8径向地延伸的三个叶片10，所述三个叶片10各自具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。
31.图2示意性地说明示例性风力涡轮机叶片10。风力涡轮机叶片10具有带有根部端17和末梢端15的常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成型或翼型区域34以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括：前缘18，其在叶片安装于毂上时，面向叶片10的旋转方向；和后缘20，其面向前缘18的相对方向。
32.翼型区域34（也被称为成型区域）具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑而具有基本上圆形或椭圆形的横截面，这例如使得将叶片10安装到毂更容易且更安全。根部区域30的直径（或弦）可以沿着整个根部区30是恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐改变到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域32的弦长典型地随着距毂的距离r增大而增大。翼型区域34具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离增大而减小。
33.叶片10的肩部40被定义为其中叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40典型地设于过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。
34.应当注意到，叶片的不同区段的弦通常不位于公共平面中，因为，叶片可以被扭曲和/或弯曲（即，预弯折），因而给弦平面提供对应地扭曲和/或弯曲的路线，这是最常见的情况，以便补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度。
35.风力涡轮机叶片10包括叶片壳，该叶片壳包括典型地由纤维增强聚合物制成的两个叶片壳部分或半壳，第一叶片壳部分24和第二叶片壳部分26。风力涡轮机叶片10可以包括附加壳部分，诸如第三壳部分和/或第四壳部分。第一叶片壳部分24典型地是压力侧或逆风叶片壳部分。第二叶片壳部分26典型地是吸力侧或顺风叶片壳部分。第一叶片壳部分24和第二叶片壳部分26利用粘附剂（诸如，胶接剂）来沿着粘合线或胶接部28紧固在一起，粘合线或胶接部28沿着叶片10的后缘20和前缘18延伸。典型地，叶片壳部分24、26的根部端具有半圆形或半卵形的外部横截面形状。
36.图3是说明用于制造风力涡轮机叶片（诸如，如图2中所说明的风力涡轮机叶片10）的示例性系统100的示意图。该系统包括第一模具102和第二模具104。第一模具102配置成用于形成风力涡轮机叶片的第一叶片壳部分，诸如风力涡轮机叶片的逆风壳部分。第二模具104配置成用于形成风力涡轮机叶片的第二叶片壳部分，诸如风力涡轮机叶片的顺风壳
部分。第一模具102和第二模具104基本上沿着纵向方向l布置。
37.第一模具102具有第一模具表面103。第二模具104具有第二模具表面105。系统100例如通过定位装置（未示出）配置成对第一模具102和第二模具104进行定位，使得第一模具102的第一模具表面103面向第二模具104的第二模具表面105，并且使得第一叶片壳部分可以与第二叶片壳部分粘合，例如胶接，以便形成风力涡轮机叶片的叶片壳。
38.系统100包括布置于第一模具102与第二模具104之间的单轨106。单轨106基本上沿着纵向方向l布置。如所说明的，单轨106可以在地面上铺开。备选地，单轨106可以从顶板悬挂和/或附接到壁体或从壁体延伸。
39.系统100包括配置成安装单轨106的初级移动单元110。初级移动单元110能够沿着单轨106沿着纵向方向l移动。初级移动单元110包括第一分配器112，第一分配器112配置成将第一纤维材料分配于第一模具102中（例如第一模具表面103上）。初级移动单元110还包括第一覆盖物处置器114，第一覆盖物处置器114配置成将第一覆盖物材料布置于第一模具102中的所分配的第一纤维材料之上，以将第一纤维材料锁定于第一模具102中。在本示例中，第一分配器112和第一覆盖物处置器114被示出为布置于初级移动单元110的竖直梁上的两个单独的机器人手臂。然而，备选地，第一分配器112和第一覆盖物处置器114可以布置于单个单元中，例如通过机器人手臂来附接到初级移动单元110的竖直梁。
40.如本示例中所说明的，系统100可以促进在第一模具102和第二模具104中同时铺叠纤维。例如，如所说明的，系统100包括第二分配器122，第二分配器122配置成将第二纤维材料分配于第二模具104中（例如第二模具表面105上）。如所说明的，系统100还包括第二覆盖物处置器124，第二覆盖物处置器124配置成将第二覆盖物材料布置于第二模具104中的所分配的第二纤维材料之上，以将第二纤维材料锁定于第二模具104中。第二分配器122和/或第二覆盖物处置器124可以被初级移动单元110包括，例如使得第一分配器112和第一覆盖物处置器114与第二分配器122和第二覆盖物处置器124一起沿着第一模具102和第二模具104行进。备选地，系统100可以包括例如能够独立于初级移动单元沿着单轨、沿着纵向方向移动的二级移动单元，并且，二级移动单元可以包括第二纤维分配器122和第二覆盖物处置器124。
41.系统配置成协调第一纤维材料通过第一分配器112的分配和第一覆盖物材料通过第一覆盖物处置器114的布置。系统进一步配置成协调第二纤维材料通过第二分配器122的分配和第二覆盖物材料通过第二覆盖物处置器124的布置。例如，如将在下文中更详细地描述的，系统可以包括配置成控制初级移动单元110、二级移动单元120、第一分配器112、第一覆盖物处置器114、第二分配器122和/或第二覆盖物处置器124的控制器。
42.图4是说明示例性移动单元110、120（诸如，如关于图3而描述的初级移动单元110和/或二级移动单元120）的示意图。移动单元110、120包括配置成将纤维材料113、123分配于相应模具102、104中的分配器112、122。移动单元110、120还包括覆盖物处置器114、124，覆盖物处置器114、124配置成将覆盖物材料115、125布置于所分配的纤维材料113、123之上，以将纤维材料113、123锁定于模具102、104中。
43.当移动单元110、120沿着纵向方向l行进时，分配器112、122可以将纤维材料113、123分配于模具102、104中，并且，覆盖物处置器114、124可以在覆盖物材料115、125后面行进并且将覆盖物材料115、125展开，以通过例如借助于重力的摩擦来将纤维材料113、123锁
定于模具中。因此，覆盖物材料115、125可以具有相当大的重量以将所分配的纤维材料113、123压住。例如，覆盖物材料115、125可以是橡胶垫。
44.图5是说明备选的示例性移动单元110、120（诸如，如关于图3而描述的初级移动单元110和/或二级移动单元120）的示意图。图5的示例性移动单元110、120包括与图4的示例性移动单元110、120相同的特征。然而，图5的移动单元110、120的覆盖物处置器114、124与分配器112、122耦合。
45.此外，图5的移动单元110、120进一步说明了移动单元110、120可以包括二级覆盖物处置器118、128，二级覆盖物处置器118、128配置成提升布置于模具中的先前分配的纤维材料116、126之上的第一二级覆盖物材料119、129。应当理解到，二级覆盖物处置器118、128还可以与如图4中所例示的示例性移动单元110、120组合。
46.图6是说明备选的示例性移动单元110、120（诸如，如关于图3而描述的初级移动单元110和/或二级移动单元120）的示意图。图5的示例性移动单元110、120包括与图4的示例性移动单元110、120相同的特征。然而，图6的移动单元110、120的覆盖物处置器114、124与如图5中的分配器112、122耦合。
47.此外，图6的移动单元110、120进一步说明了覆盖物处置器114、124进一步配置成提升布置于模具102、104中的先前分配的纤维材料116、126之上的覆盖物材料115、125。
48.在示例中，如图6中所说明的，先前已布置于所分配的纤维材料116、126之上的覆盖物材料115、125可以被提升以允许分配器112、122将纤维材料113、123分配于模具102、104中，而在分配纤维材料113、123之后，覆盖物材料115、125再次布置于模具102、104中，这次在所分配的纤维材料113、123之上。在备选示例中，如图5中所说明的，先前布置的覆盖物材料119、129被二级覆盖物处置器118、128卷起，以允许分配器112、122将纤维材料113、123分配于模具102、104中，并且在分配纤维材料113、123之后，另一覆盖物材料115、125在模具102、104中布置于所分配的纤维材料113、123之上。
49.图7是示例性系统（诸如，如在上文中关于图3而描述的系统100）的框图。系统100包括初级移动单元110，初级移动单元110包括：第一分配器112，其配置成将第一纤维材料分配于第一模具中；和第一覆盖物处置器114，其配置成将第一覆盖物材料布置于第一模具中的所分配的第一纤维材料之上。此外，系统100可以包括二级移动单元120，二级移动单元120包括：第二分配器122，其配置成将第二纤维材料分配于第二模具中；和第二覆盖物处置器124，其配置成将第二覆盖物材料布置于第二模具中的所分配的第二纤维材料之上。如上文中所提到的，在备选实施例中，第二分配器122和第二覆盖物处置器124可以与第一分配器112和第一覆盖物处置器114一起设于初级移动单元110上。
50.系统100包括控制器130，控制器130配置成控制初级移动单元110、二级移动单元120、第一分配器112、第一覆盖物处置器114、第二分配器122以及第二覆盖物处置器124。例如，控制器130可以配置成控制初级移动单元110和/或二级移动单元120（例如沿着如关于图3而描述的单轨）的移动。
51.控制器130可以配置成控制第一分配器112和第一覆盖物处置器114，以便协调第一纤维材料通过第一分配器112的分配和第一覆盖物材料通过第一覆盖物处置器114在所分配的第一纤维材料之上的布置。
52.控制器130可以配置成控制第二分配器122和第二覆盖物处置器124，以便协调第
二纤维材料通过第二分配器122的分配和第二覆盖物材料通过第二覆盖物处置器124在所分配的第二纤维材料之上的布置。
53.尽管未在图7中具体地说明，但将理解到，控制器130可以配置成控制二级覆盖物处置器，诸如，如关于图5而描述的第一二级覆盖物处置器和/或第二二级覆盖物处置器。
54.图8是用于制造复合结构（诸如，风力涡轮机叶片）的示例性方法200的流程图。
55.方法200包括：将配置成用于形成复合结构的第一部分的第一模具基本上沿着纵向方向布置202；将配置成用于形成复合结构的第二部分的第二模具基本上沿着纵向方向布置204；将单轨基本上沿着纵向方向布置206于第一模具与第二模具之间；以及将初级移动单元安装208到单轨。初级移动单元包括第一分配器和第一覆盖物处置器。
56.方法200还包括：由第一分配器将第一纤维材料分配210于第一模具中；以及由第一覆盖物处置器将第一覆盖物材料布置212于第一模具中的所分配的第一纤维材料之上，以将第一纤维材料锁定于第一模具中。
57.该方法还可以包括：由第二分配器将第二纤维材料分配214于第二模具中；以及由第二覆盖物处置器将第二覆盖物材料布置216于第二模具中的所分配的第二纤维材料之上，以将第二纤维材料锁定于第二模具中。初级移动单元可以包括第二分配器和/或第二覆盖物处置器。备选地，该方法可以包括将二级移动单元安装218到单轨，其中，二级移动单元包括第二分配器和第二覆盖物处置器。
58.将第二纤维材料分配214于第二模具中并且将第二覆盖物材料布置216于第二模具中可以与将第一纤维材料分配210于第一模具中并且将第一覆盖物材料212布置于第一模具中同时地执行。
59.将第一覆盖物材料布置212于所分配的第一纤维材料之上可以包括将第一覆盖物材料展开于所分配的第一纤维材料之上。将第二覆盖物材料布置216于所分配的第二纤维材料之上可以包括将第二覆盖物材料展开于所分配的第二纤维材料之上。
60.在一些示例中，第一覆盖物材料可以布置于第一模具中的先前分配的纤维材料之上。因而，方法200可以包括在分配210第一纤维材料之前，由第一覆盖物处置器提升220第一覆盖物材料。备选地，第一二级覆盖物材料可以布置于第一模具中的先前分配的纤维材料之上。因而，方法200可以包括在分配第一纤维材料之前，由例如初级移动单元的第一二级覆盖物处置器提升222第一二级覆盖物材料。
61.在一些示例中，第二覆盖物材料可以布置于第二模具中的先前分配的纤维材料之上。因而，方法200可以包括在分配214第二纤维材料之前，由第二覆盖物处置器提升221第二覆盖物材料。备选地，第二二级覆盖物材料可以布置于第二模具中的先前分配的纤维材料之上。因而，方法200可以包括在分配第二纤维材料之前，由例如初级移动单元或二级移动单元的第二二级覆盖物处置器提升223第二二级覆盖物材料。
62.本公开已参考优选实施例而描述。然而，本发明的范围不限于所说明的实施例，并且，在不脱离本发明的范围的情况下，能够实行变更和修改。
63.贯穿本描述，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“初级”、“二级”、“三级”等的使用并非意味着任何特定顺序或重要性，而是被包括以标识各个元件。此外，第一元件的标记并非意味着存在第二元件，并且反之亦然。
64.参考符号列表
2风力涡轮机4塔架6机舱8毂10叶片14叶片末梢15末梢端16叶片根部17根部端18前缘20后缘24第一叶片壳部分（压力侧）26第二叶片壳部分（吸力侧）28粘合线/胶接部30根部区域32过渡区域34翼型区域40肩部100系统102第一模具103第一模具表面104第二模具105第二模具表面106单轨110初级移动单元112第一分配器113第一纤维材料114第一覆盖物处置器115第一覆盖物材料116第一模具中的先前分配的纤维材料118第一二级覆盖物处置器119第一二级覆盖物材料120二级移动单元122第二分配器123第二纤维材料124第二覆盖物处置器125第二覆盖物材料126第二模具中的先前分配的纤维材料128第二二级覆盖物处置器
129第二二级覆盖物材料130控制器200方法202布置第一模具204布置第二模具206布置单轨208安装初级移动单元210分配第一纤维材料212布置第一覆盖物材料214分配第二纤维材料216布置第二覆盖物材料218安装二级移动单元220提升第一覆盖物材料221提升第二覆盖物材料222提升第一二级覆盖物材料223提升第二二级覆盖物材料。