[发明专利]制造在风力涡轮转子叶片部件中使用的面板的系统和方法

说明书

一种用于制造面板的系统包括具有相对的压板的成形组件和布置在相对的压板之间的至少一个台板组件。该台板组件包括经由至少一个弹性可变形构件连接在一起的第一和第二台板。此外，成形组件能够在加热模式和冷却模式下操作。此外，在加热模式和冷却模式中的每一种期间，第一台板保持在预定的温度范围。在加热模式期间，(一个或多个)弹性可变形构件被压缩，使得第一和第二台板彼此接触。照此，当成形组件向(一个或多个)层施加热和压力时，待固结的材料的一个或多个层由成形组件保持，从而固结面板。

技术领域

本发明大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及用于制造面板(例如，可用于形成风力涡轮转子叶片部件的面板)的系统和方法。

背景技术

风电被认为是目前可用的最清洁、最环保的能量源之一，并且风力涡轮在这方面得到了越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型件原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能量的形式传递动能，从而转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接联接到发电机。发电机然后将机械能转换成电能，该电能可被部署到公用电网。

转子叶片大体上包括吸力侧壳和压力侧壳，该吸力侧壳和压力侧壳典型地使用模制工艺形成，它们在沿着叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳相对轻质，并且具有不构造成经得住在操作期间施加在转子叶片上的弯矩和其它载荷的结构特性(例如，刚度、抗屈曲性和强度)。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗屈曲性和强度，典型地使用一个或多个外部结构部件(例如，相对的翼梁帽，其中在它们之间构造有抗剪腹板)来增强主体壳，这些外部结构部件接合壳半部的内部压力侧表面和吸力侧表面。

翼梁帽典型地由各种材料构成，包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物。转子叶片的壳大体上通过在壳模具中堆叠纤维织物层而围绕叶片的翼梁帽构建。然后典型地将这些层例如用热固性树脂浸渍在一起。因此，常规的转子叶片大体上具有夹层面板构造。照此，大型转子叶片的常规叶片制造涉及高劳动力成本、缓慢的生产率和昂贵模具工装的低利用率。此外，叶片模具定制起来可能很昂贵。

因此，用于制造转子叶片的方法可包括分段形成转子叶片。叶片区段然后可被组装以形成转子叶片。例如，一些现代转子叶片，诸如在2015年6月29日提交的且题为“模块化风力涡轮转子叶片及其组装方法(Modular Wind Turbine Rotor Blades and Methods ofAssembling Same)”的美国专利申请No. 14/753,137中描述的那些叶片，具有模块化面板构造，该申请以其整体通过引用并入本文中。因此，模块化叶片的各种叶片部件可基于叶片部件的功能和/或位置由不同的材料构造。

用于制造可用来构造叶片壳的复合层压体的必要要素包括温度、压力和固结时间。因此，通过将这三个因素应用和优化到纤维和树脂的基质中，可产生统一和均匀的结构。然而，由于风力涡轮转子叶片的大尺寸，同时实现所有这三个因素可能是困难的或成本过高的。

例如，由于多种原因，静态机械液压/气动压机可能不足以制造大型复合层压体。例如，压机的非连续性质意味着压板必须包含层压体的整个期望尺寸。对于转子叶片所需的目标尺寸和压力，将需要重数百吨的机器，这操作起来是不切实际的和/或不经济的。整个压板将需要在热/冷温度之间进行热循环，以固结层压结构。改变如此量的质量(thisamount of mass)的温度可能是不切实际的和/或不经济的。例如，可采用多个压机，其中一个保持在高温，并且另一个保持在室温。然而，这种情况引入了当材料在热压机和冷压机之间移动时纤维变形的可能性。这种情况也具有非常高的资本设备成本。

此外，由于表面积大，压板必须不可避免地非常厚(例如，大于25毫米)并且由钢制成。当板处于其300℃的操作温度时，这产生了巨大的热质量。即使热力学允许加热该质量，这也将非常浪费能量，并且在经济上没有吸引力。

鉴于上述，本领域不断寻求用于制造面板(诸如例如可用于形成风力涡轮转子叶片壳的大型复合层压体)的改进系统和方法。