可用于制造转子叶片圆柱盖的一种制造连续层压片的方法

申请号 CN200610126234.6 申请日 2006-08-17 公开(公告)号 CN1915649A 公开(公告)日 2007-02-21
申请人 通用电气公司; 发明人 R·阿雷尔特;
摘要 一种制造连续 层压 片的方法,尤其适合于 风 能 涡轮 转子 叶片 的圆柱盖或其他部件,所述方法包括步骤:提供多个平行的 纤维 (12);将所述纤维(12)嵌入可 固化 的基体材料(16);固化所述基体材料(16),得到具有上和下主表面(28,30)的纤维增强的层压片(20);和在所述层压片(20)的上和下主表面(28,30)其中至少一个形成沟槽(32,34),其中所述上和/或下主表面(28,30)的沟槽(32,34)倾斜于纤维(12)的方向。
权利要求

1.一种制造连续层压片的方法,尤其适合于制造涡轮转子 叶片的圆柱盖或其他部件,所述方法包括步骤:
提供多个平行的纤维(12);
将所述纤维嵌入可固化的基体材料(16);
固化所述基体材料(16),得到具有上和下主表面(28,30) 的纤维增强层压片(20);和
在所述层压片(20)的上和下主表面(28,30)中至少一个表 面形成沟槽(32,34),其中所述上和/或下主表面上的沟槽(32,34) 相对纤维(12)的方向倾斜。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述沟槽(32, 34)在连续层压片(10)的上和下两个主表面(28,30)上形成, 其中在上主表面(28)形成的沟槽(32)相对下主表面(30)形成 的沟槽(34)倾斜。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,基体材料固 化后,在连续层压片(10)的上和/或下主表面(28,30)切割出沟 槽(32,34)。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,使用至少一个磨 削工具(24,26)进行切割。
5.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,在基体材料 (16)进行固化的同时,在上和/或下主表面(28,30)形成沟槽(32, 34)。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的方法,其特征在于,纤 维(52)可选择玻璃或纤维中的至少一种。
7.根据权利要求1到6中任一项所述的方法,其特征在于,所 述基体材料(16)是树脂,尤其是环树脂。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法,其特征在于,位 于一个主表面(28,30)的沟槽(32,34)基本互相平行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法,其特征在于,所 述沟槽(32,34)延伸到层压片(20)的边缘。
10.权利要求1至9中任何一项所述方法制造的层压片(10) 用于熔浸工艺,通过在模具中互相叠置各层层压片(10)和在模具 中的各层层压片(10)之间浸渍可固化的材料,用所述层压片(10) 制造出结构件。
11.根据权利要求10所述的应用,其特征在于,可用于制造风 能涡轮机转子叶片(50)。

说明书全文

技术领域

发明涉及一种制造纤维增强的环状或连续层压片的方法,适 用于制造涡轮转子叶片的圆柱盖或其他部分。此外,本发明 涉及使用层压片制造结构件,如风能涡轮转子叶片的圆柱盖或其他 部件。

背景技术

已知道连续层压片,即纤维增强的树脂或其他可固化材料的环 形平板。通过拉动纤维(如玻璃或纤维)束通过树脂槽,形成平 板,经连续工艺过程生产出这些层压片。层压片中的纤维并排放置, 基本互相平行对齐。这些连续层压片的厚度在不到1毫米至数毫米 之间。层压片的宽度基本可以具有各种尺寸。基体材料(如树脂) 在循环工艺中固化。片状层压片缠绕成卷,长度为二百米。这些层 压片适合于叠置成部分或层,用于如风能涡轮叶片的圆柱盖。当纤 维基本上完美对齐,并在预制层压片内保持对齐时,可使得制造叶 片时模具中层压片的各层纤维不对齐(碳纤维对不对齐非常敏感) 的问题减少。
上面介绍的连续纤维增强层压片可从芬兰公司EXEL购买。
使用连续预制的纤维增强层压片制造风能涡轮转子叶片的圆柱 盖或其他部件涉及一种设置,其中多层的层压片切割件须一层置于 一层上,以形成结构件。这些结构件设置在转子叶片模具的特定区 域和部分,模具中还设置其他夹层构件。转子叶片的圆柱盖和其他 夹层结构件形成刚性的和抗剪的整体结构件,其重量轻并且非常稳 定。为了制造这样的叶片,使用了熔浸工艺,在进行熔浸时可固化 的材料(如树脂)流入模具中,以便渗透到层压片的各层之间,以 及层压片与转子叶片的结构件之间。在熔浸工艺期间,真空施加到 模具,使层压片的各层压接一起。熔浸工艺还可用于制造层压片的 其他部件。在熔浸工艺期间,可能发生可固化的材料流入模具但未 渗透层压片各层之间。这样熔浸工艺将导致层压片相邻层形成不足 够的机械连接,因此使得纤维增强层压片制成的转子叶片或其他部 件的结构刚性和稳定性不够。

发明内容

通过一种制造连续层压片的方法解决了上面提到的问题,该方 法尤其适合于制造风能涡轮转子叶片的圆柱盖或其他部件,该方法 包括步骤:
提供多个平行纤维;
将纤维嵌入可固化的基体材料;
固化基体材料,得到具有上和下主表面的纤维增强层压片;和
在层压片的上和下主表面其中至少一个表面形成沟槽,其中上 和/或下主表面的沟槽相对纤维的方向倾斜。
因此,通过本发明的方法,连续纤维增强的连续层压片的至少 一个表面制备好,以便设置沟槽,供熔浸工艺期间可固化材料(如 树脂)在形成叠层的连续层压片的各层之间移动。本发明的目的是 使得在连续层压片的叠层的相邻层之间甚至在高压下都有调整好的 空隙,该目标的实现是通过在连续层压片初步制造和固化后,或与 其同时,在连续层压片的至少一个表面形成沟槽。
在本发明的一个方面,使用磨削工具磨削纤维增强连续层压片, 在至少一个主表面形成沟槽。磨削工具横向于纤维增强连续层压片 的纤维并横向于纤维增强连续层压片的生产工艺的方向进行移动。 这样通过磨削连续层压片的上和下主表面其中至少一个的部分材料 形成横向槽。因此,将纤维切至磨削切口的深度。切掉的纤维应当 从连续层压片的承受载荷截面区减去。通过调节连续层压片和磨削 工具的移动速度,可调节沟槽相对连续层压片的主要路径(纵向) 的度。沟槽最好是在连续层压片的两个主表面形成。上和下主表 面的沟槽角度互不相同,或是从正角度转变为负角度,以保证沟槽 互相相交,使得连续层压片的上和下主表面的沟槽在叠放多个连续 层压片时不会配对和互相靠近。磨削工具或其他沟槽形成工具的粗 糙度应当进行调节,以满足在层之间移动的可固化材料(如树脂) 的要求,并减少熔浸工艺期间进入的可固化材料的流动阻
根据本发明的另一方面,连续层压片的基体材料固化的同时在 连续层压片的上和/或下主表面上形成沟槽。在这个过程中,沟槽最 好不在连续层压片的设有纤维的厚度区内形成。因此,连续层压片 包括上和/或下厚度部分,其中形成沟槽,和设置在上下部分之间的 中间部分,其中设置纤维。
权利要求的主题涉及到了本发明的其他实施例和方面。
附图说明
下面将参考附图更详细地介绍本发明。附图中:
图1示意性地显示了根据本发明的用于制造纤维增强连续层压 片的方法的第一实施例的各工艺步骤;
图2显示了根据图1示意性显示的工艺制造的层压片的切割部 分的透视图;
图3显示了图2的圆区域III的切割部分放大图;
图4示意性地显示了根据本发明的第二实施例的制造纤维增强 连续层压片的方法的第一实施例的各个工艺步骤;
图5显示了转子叶片的截面图,包括通过互相叠放的连续层压 片叠层所形成的圆柱盖和其他部件。

具体实施方式

图1显示了制造纤维增强连续层压片10的方法的第一实施例的 各步骤。从卷绕14拉出多个基本上平行的玻璃或碳纤维12,使其通 过环树脂槽16。但是也可使用其他的纤维12可浸入的可固化材料。
浸入环氧树脂的纤维12的部分传输到凝固工位18。然后,固化 的层压片20又输送到沟槽形成工位22,其设有两个磨削工具24,26, 可用来磨削固化的层压片20的上和下主表面。在沟槽形成工位22, 通过上和下磨削工具24,26,在固化的层压片20的上和下主表面28, 30形成各沟槽32,34,以便形成最后的预制连续纤维增强的层压片 10,层压片然后卷绕成卷筒36。从卷筒36可切割出多个单独的层压 片部分(也称作平板),可以互相层叠制成纤维增强的层压件。
在沟槽形成工位22,通过磨削在固化的层压片20的主表面形成 沟槽32,34。各主表面上的沟槽基本是互相平行的,各组基本平行 的沟槽32,34相互倾斜,并相对连续层压片10的纵向倾斜。在连 续层压片10的两个主表面28,30上的沟槽32,34可具有不同的尺 寸。例如,下主表面30的沟槽34的截面积小于连续层压片10的上 主表面28的沟槽32的截面积。
图2显示了连续层压片10的切割部分,显示出纤维层12,以及 相互倾斜的各组沟槽32,34,沟槽相对连续层压片10的纵向倾斜。 另外,还可看到沟槽32,34在上和下主表面28,30切割出,纤维12 设置在层压片切割区之间。
沟槽32,34还可通过在制造连续层压片的过程中施加外壳件来 形成,外壳件在固化后取下。可选择外壳件的结构,使得连续层压 片能形成希望的表面状态。
图4显示了另一个制造连续层压片10的工艺。图4所显示的层 压片与图1和2所示的相同或类似,采用了相同的标记。
多个玻璃或碳纤维12从卷绕14拉出,并通过可固化材料(如 环氧树脂)槽16。纤维12嵌入其中的树脂部分传输到固化和沟槽形 成工位18,22,使这部分固化并在上和下主表面28,30形成沟槽32, 34。在固化和沟槽形成工位,分别具有各自模具42,44的上和下链 条38,40分别设置在部分10的上和下方,以便在未固化的组分的 上和下部46,48形成沟槽32,34,组分中嵌入纤维12。制造出的 连续层压片10又再缠绕成卷36。
图5显示了风能涡轮叶片50,其包括形成叶片50壳体的上和下 壳体52,54。叶片50的壳体包括上和下夹层结构56,58和60,62, 其间设有圆柱64。夹层结构56,58和60,62分别包括刚性的外壳 66,68,其间是间隔件70(仅见于图5的层压件56)。外壳66,68 可包括纤维增强树脂,间隔件70可包括夹层结构,泡沫或重量轻的 材料,如木。这些夹层结构对于制造转子叶片都是公知的。
圆柱64包括上圆柱盖72和下圆柱盖74,以及其间的两个抗剪 肋。抗剪肋76还包括夹层结构,如前面所介绍的。圆柱盖72,74 以及前端和后端78,80都用层压片10的叠层制造,层压片叠层件 通过图1到3所介绍的表面沟槽制造和提供。
具有各夹层结构和层压件部分的图5所示的叶片50的整体结构 基本上已知道。但是,根据本发明,图5所示的叶片50包括层压结 构件,层压结构件由根据图1到3制造的连续层压片10的部件形成。 这些层压结构件,由于在层压片各层上存在沟槽32,34,制造叶片 50的熔浸工艺期间所提供的树脂或类似可固化的材料可浸入沟槽, 树脂或可固化的材料可完全和均匀地在相邻层之间分布,使得层压 片的相邻层之间形成理想的连接。
尽管已经参考特定显示的实施例对本发明进行了介绍,但不希 望本发明限于这些示例性的实施例。例如,连续层压片的主表面中 至少一个上的沟槽可以是弯曲的和相交。粗糙的连续层压片可提供 层压片的相邻层之间的槽状空间。所属领域的技术人员应认识到可 进行各种变化和改进,这些未脱离所附权利要求限定的本发明的真 实范围。因此希望当其落入所附权利要求和等效体的范围内时,本 发明的范围包括这些变化和改进。
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