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CN114072263A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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CN114072263A
CN114072263A CN201980098472.6A CN201980098472A CN114072263A CN 114072263 A CN114072263 A CN 114072263A CN 201980098472 A CN201980098472 A CN 201980098472A CN 114072263 A CN114072263 A CN 114072263A
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Abstract

一种用于制造面板的系统包括支撑框架、布置在支撑框架顶部的第一隔板、布置在第一隔板顶部的第二隔板、以及具有限定入口和出口的外壳的加热组件。外壳包括一个或多个加热器。(一个或多个)加热器被构造成产生热并且外壳被构造成产生第一加压气膜。因此，待固结的材料的一个或多个层可被放置在第一隔板和第二隔板之间，并在加热组件经由第一加压气膜将压力施加到待固结的材料的一个或多个层并结合经由一个或多个加热器施加热时，待固结的材料的一个或多个层被拉过加热组件，从而固结面板。

Description

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
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，由于至少两种原因，静态机械液压/气动压机不足以制造大型复合层压体。首先，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。
也存在其它选择，诸如双带压机。例如，双带压机使用连续金属带的物理接触作为将压力和温度从压机结构传递到层压体的手段。当宽度按比例放大到非常大的尺寸时，这导致压力的不完美分布。因为在连续带上滑动的加热衬套之间存在摩擦，由于带的抗拉强度而存在固结压力的上限。由于这种摩擦，热/冷温度区的长度也受到限制。这也在抛光的连续金属带上产生不期望的磨损和撕裂，以及不期望的剥落现象(effects of scaling)。聚合物双皮带压机可克服这些摩擦问题中的一些，但仍遭受由于带材料造成的温度限制(大于约250摄氏度(℃))的影响。
鉴于上述，本领域不断寻求用于制造大型平面板(诸如可用于形成风力涡轮转子叶片壳的平复合层压体)的改进系统和方法。
发明内容
本发明的方面和优点将在下面的描述中被部分地阐述，或者可从描述中显而易见，或者可通过本发明的实践获知。
在一个方面，本公开针对一种用于制造面板的系统，该面板例如可用于形成转子叶片部件。该系统包括支撑框架、布置在支撑框架顶部的第一隔板、布置在第一隔板顶部的第二隔板、以及具有限定入口和出口的外壳的加热组件。外壳包括一个或多个加热器。(一个或多个)加热器被构造成产生热并且外壳被构造成产生第一加压气膜。因此，待固结的材料的一个或多个层可被放置在第一隔板和第二隔板之间，并在加热组件经由第一加压气膜将压力施加到待固结的材料的一个或多个层并结合经由一个或多个加热器施加热时，待固结的材料的一个或多个层被拉过加热组件，从而固结面板。
在实施例中，该系统可包括用于使面板凝固的与加热组件连续对齐的冷却组件。在这样的实施例中，加热组件还可包括布置成邻近于(一个或多个)加热器的至少一个光学窗口。照此，来自(一个或多个)加热器的热被配置为穿过(一个或多个)光学窗口并加热待固结的材料的(一个或多个)层。
在另一个实施例中，冷却组件被构造成在冷空气流在面板上流通时将第二加压气膜施加到面板。
在另外的实施例中，(一个或多个)加热器可包括多个第一加热器和多个第二加热器。在这样的实施例中，多个第一加热器可布置在第一隔板下方，而多个第二加热器可布置在第二隔板上方。
在另一个实施例中，加热组件可以包括在外壳与第一和第二隔板之间的一个或多个密封构件。照此，(一个或多个)密封构件可构造成提供可保持加热组件中的期望压力的密封环境。在实施例中，(一个或多个)密封构件可包括在外壳与第一和第二隔板之间的第一密封环和第二密封环。
在若干实施例中，(一个或多个)密封构件可为可变高度的密封件。此外，待固结的材料的(一个或多个)层可包括具有可变厚度的一个或多个纤维和/或树脂层。在这样的实施例中，可变高度的密封件构造成适应可变厚度。
在特定实施例中，(一个或多个)加热器可包括例如辐射加热器或激光器以提供高功率密度。
在另一个实施例中，系统可包括卷轴。在这样的实施例中，在冷却后，面板可与第一和第二隔板分离并卷绕到卷轴上。在实施例中，第一和第二隔板可被铰接在其一侧上，以便于面板的移除和重新插入待固结的材料的附加层以允许重复过程。
在另外的实施例中，第一和第二隔板可由钢、钛或类似物构成。
在实施例中，第一和第二隔板可为连续带，其旋转通过加热和冷却组件以允许连续过程。
在再一实施例中，第一和/或第二隔板可包括一个或多个加强肋以使得能够对其操作。在这样的实施例中，(一个或多个)加强肋可定位在加热和冷却组件的外部。
在又一实施例中，支撑框架可包括多个辊子，所述辊子布置成邻近于加热组件的外壳的入口和/或出口，用于辅助将待固结的材料的(一个或多个)层拉到加热组件中且从其拉出。
在另一个方面，本公开针对一种用于制造面板的方法，该面板例如可用于形成转子叶片部件。该方法包括将待固结的材料的一个或多个层放置在第一隔板和第二隔板之间以形成夹层组件。该方法还包括将夹层组件拉过具有外壳和一个或多个加热器的加热组件。另外，该方法包括分别通过由加热组件的外壳产生的第一加压气膜和加热组件的一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的一个或多个层，从而固结面板。应当理解，该方法还可包括任何本文描述的附加步骤和/或特征。
参考以下描述和所附权利要求书，本发明的这些和其它特征、方面和优点将变得更好理解。并入并构成本说明书的一部分的附图图示本发明的实施例，并与描述一起用于解释本发明的原理。
附图说明
在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员而言的本发明的完整且能够实现的公开内容，包括其最佳模式，在附图中：
图1图示根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；
图2图示根据本公开的风力涡轮的转子叶片的一个实施例的透视图；
图3图示图2的模块化转子叶片的分解图；
图4图示根据本公开的模块化转子叶片的前缘区段的一个实施例的横截面图；
图5图示根据本公开的模块化转子叶片的后缘区段的一个实施例的横截面图；
图6图示根据本公开的图2的模块化转子叶片的横截面图；
图7图示根据本公开的图2的模块化转子叶片的横截面图；
图8图示根据本公开的用于制造用于转子叶片部件的面板的系统的一个实施例的透视图；
图9图示图8的系统的一部分的横截面图；
图10图示根据本公开的系统的隔板的一个实施例的透视图；
图11图示根据本公开的系统的一部分的详细横截面图；
图12图示根据本公开的用于形成面板的多个纤维和/或树脂层的一个实施例的横截面图；和
图13图示根据本公开的用于制造用于转子叶片部件的面板的方法的一个实施例的流程图。
具体实施方式
现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中被图示。每个示例通过解释本发明的方式而不是限制本发明的方式被提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中进行各种修改和变型。例如，作为一个实施例的部分被图示或描述的特征可与另一个实施例一起使用，以产生又一另外的实施例。因此，意图是，本发明覆盖如归入所附权利要求书的范围内的这种修改和变型及其等同物。
大体上，本公开针对用于制造诸如大型平复合层压面板之类的平面板的系统和方法。例如，这样的面板可在风力涡轮转子叶片应用(例如，通过将平面板成型为弯曲面板)、运输应用以及可从这样的面板的使用中受益的任何其它行业中使用。因此，在实施例中，待固结的材料的一个或多个层可被堆叠并放置在上和下隔板(例如钢/钛/其它)之间。该夹层组件因此可被拉过连续的加热和冷却隧口(portal)。在该隧口中，加压薄气膜可与传递通过光学窗口的能量结合使用，以将压力和热施加到待固结的层。在某些情况下，这允许在期望的时间段内(例如从大约30秒到大约500秒)将温度(例如，对于热塑性塑料至少约300℃的温度)和压力(例如，从约30 psi到约150 psi的压力或任何其它合适的压力)同时施加到层。高能加热器可通过光学窗口辐射热，该热被隔板/层压夹层组件吸收。因此，对于复合层压面板，经过足够量的时间后，树脂达到其熔融温度和完全润湿状态，并在它到达冷却隧口时浸渍到纤维中和浸渍在纤维之间。
然后可尽可能快地冷却面板，同时保持高压以确保使所有空隙最小化。例如，在实施例中，在冷空气流在面板上流通时，冷却组件可产生第二空气轴承气膜板以将压力施加到层压体。在冷却后，面板可与隔板分离并卷绕起来。因此，在实施例中，本公开允许以显著提高的经济性和以使用现有技术系统之前不可能实现的尺寸制造用于风力涡轮叶片蒙皮的大型面板(例如，热塑性层压结构)。此外，与常规的双带压机制造技术相比，本公开的系统和方法提供均匀的固结压力。
现在参考附图，图1图示了根据本公开的风力涡轮10的一个实施例。如图所示，风力涡轮10包括塔架12，在塔架12上安装有机舱14。多个转子叶片16安装到转子毂18，转子毂18又连接到转动主转子轴的主法兰。风力涡轮发电和控制部件容纳在机舱14内。提供图1的视图仅用于说明目的，以将本发明置于示例性使用领域中。应当意识到，本发明不限于任何特定类型的风力涡轮构造。此外，本发明不限于与风力涡轮一起使用，而是可用在具有转子叶片的任何应用以及诸如汽车工业的其它应用中。此外，本文所述的方法还可应用于任何类似结构的制造，其受益于在蒙皮已冷却之前将结构直接在模具内打印到蒙皮，以便利用来自蒙皮的热以提供打印结构和蒙皮之间的充分结合。照此，消除了对额外粘合剂或额外固化的需要。
现在参考图2和图3，图示了根据本公开的转子叶片16的各种视图。如图所示，图示的转子叶片16具有分段或模块化构造。还应当理解，转子叶片16可包括本领域现在已知或以后开发的任何其它合适的构造。如图所示，模块化转子叶片16包括至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成的主叶片结构15和与主叶片结构15一起构造的至少一个叶片区段21。更具体地，如图所示，转子叶片16包括多个叶片区段21。(一个或多个)叶片区段21也可至少部分地由热固性和/或热塑性材料构成。
如本文所述的热塑性材料大体上涵盖本质上不可逆的塑料或聚合物。此外，如本文所述的热塑性材料可为任何合适的形式，诸如薄膜、非织造物、粉末或类似物。例如，热塑性材料在加热到一定温度时典型地变得柔韧或可模制，并在冷却后返回到较刚性的状态。此外，热塑性材料可包括无定形热塑性材料和/或半结晶热塑性材料。例如，一些无定形热塑性材料可大体上包括但不限于苯乙烯、乙烯树脂、纤维素、聚酯、丙烯酸树脂、聚砜和/或酰亚胺。更具体地，示例性无定形热塑性材料可包括聚苯乙烯、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、乙交酯聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET-G)、聚碳酸酯、聚乙酸乙烯酯、无定形聚酰胺、聚氯乙烯(PVC)、聚偏二氯乙烯、聚氨酯或任何其它合适的无定形热塑性材料。此外，示例性半结晶热塑性材料可大体上包括但不限于聚烯烃、聚酰胺、含氟聚合物(fluropolymer)、甲基丙烯酸乙酯、聚酯、聚碳酸酯和/或缩醛。更具体地，示例性半结晶热塑性材料可包括聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚丙烯、聚苯硫醚、聚乙烯、聚酰胺(尼龙)、聚醚酮或任何其它合适的半结晶热塑性材料。
此外，如本文所述的热固性部件和/或材料大体上涵盖本质上不可逆的塑料或聚合物。例如，一旦固化，热固性材料就不能容易再模制或恢复到液态。照此，在初始成形之后，热固性材料通常耐热、耐腐蚀和/或抗蠕变。示例性热固性材料可大体上包括但不限于一些聚酯、一些聚氨酯、酯、环氧树脂或任何其它合适的热固性材料。
此外，如所提及的，如本文所述的热塑性和/或热固性材料可任选地用纤维材料增强，包括但不限于玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维、金属纤维或类似物或它们的组合。此外，纤维的方向可包括多轴、单向、双轴、三轴或任何其它另一合适的方向和/或它们的组合。此外，纤维含量可根据相应叶片部件中所需的刚度、转子叶片16中叶片部件的区域或位置和/或部件的期望可焊接性而变化。
更具体地，如图所示，主叶片结构15可包括以下中的任何一个或其组合：预成形的叶片根部部段20、预成形的叶片末梢部段22、一个或多个连续翼梁帽48、50、51、53、一个或多个抗剪腹板35(图6-7)、固定到叶片根部部段20的附加结构部件52、和/或转子叶片16的任何其它合适的结构部件。此外，叶片根部部段20构造成安装或以其它方式固定到转子18(图1)。此外，如图2中所示，转子叶片16限定翼展23，该翼展23等于叶片根部部段20和叶片末梢部段22之间的总长度。如图2和图6中所示，转子叶片16还限定翼弦25，该翼弦等于转子叶片16的前缘24和转子叶片16的后缘26之间的总长度。如通常理解的，随着转子叶片16从叶片根部部段20延伸到叶片末梢部段22，翼弦25相对于翼展23在长度方面可大体变化。
特别地参考图2至图4，具有任何合适尺寸和/或形状的任何数量的叶片区段21或面板(在本文中也称为叶片壳)可沿着纵向轴线27在大体展向方向上大体上布置在叶片根部部段20和叶片末梢部段22之间。因此，叶片区段21大体上用作转子叶片16的外部壳体/覆盖物，并且可诸如通过限定对称的或弧形的翼型件形横截面来限定基本上空气动力学的轮廓。在附加实施例中，应当理解，叶片16的叶片区段部分可包括本文所述的区段的任何组合，并且不限于所描绘的实施例。此外，叶片区段21可由任何合适的材料构成，包括但不限于任选地用一种或多种纤维材料增强的热固性材料或热塑性材料。更具体地，在某些实施例中，叶片区段21可包括以下中的任何一个或其组合：压力侧区段44和/或吸力侧区段46(图2和图3)、前缘区段40和/或后缘区段42(图2至图6)、无接头区段、单接头区段、多接头叶片区段、J形叶片区段或类似物。
更具体地，如图4中所示，前缘区段40可具有前压力侧表面28和前吸力侧表面30。类似地，如图5中所示，后缘区段42中的每一个可具有后压力侧表面32和后吸力侧表面34。因此，前缘区段40的前压力侧表面28和后缘区段42的后压力侧表面32大体上限定转子叶片16的压力侧表面。类似地，前缘区段40的前吸力侧表面30和后缘区段42的后吸力侧表面34大体上限定转子叶片16的吸力侧表面。此外，如图6中特别地所示，(一个或多个)前缘区段40和(一个或多个)后缘区段42可在压力侧接缝36和吸力侧接缝38处连结。例如，叶片区段40、42可构造成在压力侧接缝36和/或吸力侧接缝38处重叠。此外，如图2中所示，相邻的叶片区段21可构造成在接缝54处重叠。因此，在叶片区段21至少部分地由热塑性材料构成的情况下，相邻的叶片区段21可沿着接缝36、38、54焊接在一起，这将在本文中更详细地被讨论。备选地，在某些实施例中，转子叶片16的各个区段可经由构造在重叠的前缘区段40和后缘区段42和/或重叠的相邻前缘区段40或后缘区段42之间的粘合剂(或机械紧固件)固定在一起。
在具体实施例中，如图2至图3和图6至图7中所示，叶片根部部段20可包括与其浸渍在一起的一个或多个纵向延伸的翼梁帽48、50。例如，叶片根部部段20可根据2015年6月29日提交的题为“用于模块化转子叶片的叶片根部区段及其制造方法(Blade RootSection for a Modular Rotor Blade and Method of Manufacturing Same)”的美国申请No. 14/753,155来构造，该申请以其整体通过引用并入本文。
类似地，叶片末梢部段22可包括与其浸渍在一起的一个或多个纵向延伸的翼梁帽51、53。更具体地，如图所示，翼梁帽48、50、51、53可构造成抵靠转子叶片16的叶片区段21的相对内表面接合。此外，叶片根部翼梁帽48、50可构造成与叶片末梢翼梁帽51、53对齐。因此，翼梁帽48、50、51、53可大体上设计成在风力涡轮10的操作期间控制在大体展向方向(平行于转子叶片16的翼展23的方向)上作用在转子叶片16上的弯曲应力和/或其它载荷。此外，翼梁帽48、50、51、53可设计成经得住在风力涡轮10的操作期间发生的展向压缩。此外，(一个或多个)翼梁帽48、50、51、53可构造成从叶片根部部段20延伸至叶片末梢部段22或其一部分。因此，在某些实施例中，叶片根部部段20和叶片末梢部段22可经由它们相应的翼梁帽48、50、51、53连结在一起。
此外，翼梁帽48、50、51、53可由任何合适的材料构成，例如热塑性或热固性材料或它们的组合。此外，翼梁帽48、50、51、53可由热塑性或热固性树脂拉挤而成。如本文所用，术语“拉挤”、“拉挤件”或类似术语大体上涵盖这样的增强材料(例如，纤维或织造或编织股线)，其用树脂浸注并被拉过固定模头，使得树脂固化或经历聚合。照此，制造拉挤构件的过程典型地以生产具有恒定横截面的复合零件的复合材料的连续过程为特征。因此，预固化复合材料可包括由增强热固性或热塑性材料构成的拉挤件。此外，翼梁帽48、50、51、53可由相同的预固化复合材料或不同的预固化复合材料形成。此外，拉挤部件可由粗纱制成，粗纱大体上涵盖长且细的纤维束，这些纤维束在通过固化树脂连结之前不会被组合。
参考图6至图7，一个或多个抗剪腹板35可构造在一个或多个翼梁帽48、50、51、53之间。更特别地，(一个或多个)抗剪腹板35可构造成增加叶片根部部段20和/或叶片末梢部段22中的刚度。此外，(一个或多个)抗剪腹板35可构造成封闭(close out)叶片根部部段20。
此外，如图2和图3中所示，附加结构部件52可固定到叶片根部部段20，并在大体展向方向上延伸，以便为转子叶片16提供进一步的支撑。例如，结构部件52可根据2015年6月29日提交的题为“用于模块化转子叶片的结构部件(Structural Component for aModular Rotor Blade)”的美国申请No. 14/753,150来构造，该申请以其整体通过引用并入本文。更具体地，结构部件52可在叶片根部部段20和叶片末梢部段22之间延伸任何合适的距离。因此，结构部件52构造成提供用于转子叶片16的附加结构支撑以及用于如本文所述的各种叶片区段21的任选安装结构。例如，在某些实施例中，结构部件52可固定到叶片根部部段20，并且可延伸预定的展向距离，使得前缘区段40和/或后缘区段42可安装到其。
现在参考图8至图13，本公开针对用于制造面板的系统和方法，该面板可在诸如本文所述的转子叶片壳的各种风力涡轮部件中使用。例如，如图8中所示，图示了用于制造用于转子叶片部件的面板的系统100的一个实施例的透视图。图9图示图8的系统100的一部分的横截面图。图10图示根据本公开的系统100的隔板的一个实施例的透视图。图11图示根据本公开的系统100的一部分的详细横截面图。图12图示用于形成本文所述的面板130的待固结的多个材料层110的一个实施例的横截面图。
如图8中所示，系统100包括支撑框架102，用于在制造面板(未示出)时支撑面板以及支撑系统100的加热组件112和冷却组件114。因此，如图所示，支撑框架102可具有带有腿部104和支撑表面106的桌状构造。此外，如图所示，支撑框架102可在其一个或多个端部处包括多个辊子108，以便辅助将待固结的材料的(一个或多个)层110相应地拉到加热组件112和冷却组件114中并从中拉出。
现在参考图9，图示了图8的系统100的一部分的横截面图，特别地图示了待固结的材料的(一个或多个)层110正被拉到加热组件112中。更具体地，如图所示，待固结的材料的(一个或多个)层110可包括一个或多个纤维和/或者树脂层110，其可夹在第一隔板122和第二隔板124之间。因此，如图所示，第一隔板122直接被支撑在支撑框架102的顶部，而第二隔板124被支撑在第一隔板122和(一个或多个)层110的顶部。在某些实施例中，第一隔板122和第二隔板124可由钢、钛或类似物构成。
在实施例中，如图9中所示，第一隔板122和第二隔板124可为连续带，其旋转通过加热组件112和冷却组件114以允许连续过程。在另一个实施例中，如图10中所示，第一隔板122和/或第二隔板124可例如在其外边缘上包括一个或多个加强肋144、146，以使得能够对其操作。应当理解，加强肋144、146可包括任何合适的肋、突起、把手或类似物。在这样的实施例中，(一个或多个)加强肋144、146可定位在加热组件112和冷却组件114的外部，例如在穿过其中时。
此外，如图9中所示，加热组件112可具有外壳116，外壳116限定入口118和出口120。因此，如图所示，外壳116包括一个或多个加热器125、126，一个或多个加热器125、126被构造成产生例如可穿过至少一个光学窗口128的热。例如，如图所示，(一个或多个)加热器125、126可包括多个第一加热器125和多个第二加热器126。在这样的实施例中，多个第一加热器125可被布置在第一隔板122下方，而多个第二加热器126可被布置在第二隔板124上方。在特定实施例中，(一个或多个)加热器125、126可包括任何合适的加热器类型，诸如，例如，辐射加热器或激光器。在其中使用辐射加热器的这种实施例中，来自(一个或多个)加热器125、126的热通过光学窗口128辐射并被第一隔板122和第二隔板124吸收以便加热(一个或多个)材料层110。因此，本文所述的加热器125、126可为非接触式加热器(即，加热器125、126在其加热期间不接触待固结的材料的(一个或多个)层110)。
通过将加热器125、126与材料/隔板结构物理分离，可使用非常高温的加热器元件(例如从大约400℃到大约1200℃)。相比于原本可能实现的能量传递，这种高梯度允许更高效的能量传递。加热器125、126的无摩擦性质还允许隔板122、124连续自由行进通过加热组件112和冷却组件114。因此，非接触式加热器125、126提供了优于其它常规系统的优点，该常规系统将需要在将隔板转位到新位置之前释放压力。
此外，加热组件112还可包括一个或多个密封构件134、136，它们布置在外壳与第一和第二隔板116之间。在实施例中，如图所示，(一个或多个)密封构件134、136可包括第一密封环134和第二密封环136。因此，密封环134、136构造成在外壳与第一隔板122和第二隔板124之间形成密封环境，以便在其之间提供加压气体(诸如，空气)。因此，一个或多个空气轴承(在本文中也称为加压气膜)可用于向树脂/隔板结构施加压力。因此，在这样的实施例中，将无摩擦空气轴承与辐射加热器125、126结合使用允许消除压力、热和时间之间的相互影响。
因此，在某些实施例中，放置在第一隔板122和第二隔板124之间的待固结110的材料的(一个或多个)层110可以任何合适的速度(例如诸如恒定速度)被拉过加热组件112。因此，加热组件112被构造成经由第一加压气膜132产生压力并将压力施加到待固结的材料的(一个或多个)层110并结合施加穿过(一个或多个)光学窗口128的热，从而形成面板130。在实施例中，可同时施加热和压力。因为压力施加在大的表面区域上(例如，而不是线接触)，面板承受压实力的时间段根据待固结的材料的(一个或多个)层110的处理速度从几毫秒(例如，当使用夹送辊系统时)增加到许多秒的时段。该数量级的增加显著提高面板130的层压体质量和树脂的熔融润湿。
返回参考图8，系统100还可包括与加热组件112连续对齐的冷却组件114。在这样的实施例中，其中待固结的材料的(一个或多个)层110包括纤维和树脂，穿过(一个或多个)光学窗口128的热被配置为将树脂加热到其熔融温度，使得当待固结的材料的(一个或多个)层110到达冷却组件114时，树脂被浸渍到其纤维中。在另一个实施例中，如图9中所示，冷却组件114被构造成在冷空气流150在面板130上流通时将第二加压气膜148施加到面板130。
在若干实施例中，如图12中所示，待固结的材料的(一个或多个)层110可包括具有可变厚度(如由T1、T2和T3表示)的多个纤维和/或树脂层138。在这样的实施例中，第一和第二加压气膜132、148被构造成适应可变厚度T1、T2和T3。换言之，第一和第二加压气膜132、148(等压而不是等容)允许在面板130内使用层降(ply drops)的一些灵活性，因为系统100可适应典型等容式带压机所不能适应的微小厚度变化。此外，在某些实施例中，可调整第一和第二加压气膜132、148。在这样的实施例中，如特别在图11中所示，密封构件134、136可为可变高度的密封件。例如，如图所示，密封构件134、136的高度可经由一个或多个弹簧135改变。照此，可采用可变高度的密封件来保持可变厚度的面板130上的气密密封。
在另一个实施例中，如图9中所示，系统100可包括卷轴140。在这样的实施例中，在冷却后，面板130可与第一隔板122和第二隔板124分离并卷绕到卷轴140上，例如，用于存储。此外，在实施例中，如在图10中所示，第一隔板122和第二隔板124可被铰接在其一侧上(例如，经由铰链142)，以便于面板130的移除和重新插入待固结的一个或多个附加材料以用于重复过程。
现在参考图13，本公开针对用于制造面板(例如，用于转子叶片壳和/或叶片附件的面板)的方法。更具体地，如图所示，图示了用于制造面板的方法200的一个实施例的流程图。照此，在某些实施例中，转子叶片壳21可限定压力侧壳、吸力侧壳、后缘区段、前缘区段或它们的组合。大体上，方法200在本文中被描述为实施用于制造在形成上述转子叶片壳21中使用的面板。然而，应当意识到，所公开的方法200可用来制造任何其它面板。此外，尽管为了说明和讨论的目的，图13描绘了以特定顺序执行的步骤，但是本文所述的方法不限于任何特定顺序或布置。使用本文提供的公开内容，本领域技术人员将意识到，方法的各种步骤可以各种方式被省略、重新布置、组合和/或修改。
如在(202)所示，方法200包括将待固结的材料的一个或多个层110放置在第一隔板122和第二隔板124之间以形成夹层组件。如在(204)所示，方法200包括将夹层组件拉过具有外壳和一个或多个加热器的加热组件112。如在(206)所示，方法20包括分别通过由加热组件112的外壳产生的第一加压气膜和加热组件112的一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的一个或多个层110，从而固结所述面板130。
方法200还可包括随后经由与加热组件112连续对齐的冷却组件114冷却待固结的材料的(一个或多个)层110，并在冷空气流在面板130上流通时经由冷却组件114将第二加压气膜148施加到面板130。
在另一个实施例中，分别经由第一加压气膜132和加热组件112将压力和热同时施加到待固结的材料的(一个或多个)层110可包括将压力和热施加到待固结的材料的(一个或多个)层110的两侧。在另外的实施例中，方法200可包括经由布置在外壳116与第一隔板122和第二隔板124之间的一个或多个密封构件134、136密封加热组件112。
本发明的各个方面和实施例由以下编号的条款限定：
条款1. 一种用于制造面板的系统，该系统包括：
支撑框架；
第一隔板，其布置在所述支撑框架的顶部；
第二隔板，其布置在所述第一隔板的顶部；和，
加热组件，其包括限定入口和出口的外壳，所述外壳包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被构造成产生热，所述外壳被构造成产生第一加压气膜；
其中，待固结的材料的一个或多个层被放置在所述第一隔板和所述第二隔板之间，并在所述加热组件经由所述第一加压气膜将压力施加到待固结的材料的所述一个或多个层并结合经由所述一个或多个加热器施加热时，待固结的材料的所述一个或多个层被拉过所述加热组件，从而固结所述面板。
条款2. 根据条款1所述的系统，还包括用于使所述面板凝固的与所述加热组件连续对齐的冷却组件。
条款3. 根据条款2所述的系统，其中，所述加热组件还包括布置成邻近于所述一个或多个加热器的至少一个光学窗口，来自所述一个或多个加热器的热穿过所述至少一个光学窗口并加热待固结的材料的所述一个或多个层。
条款4. 根据条款2所述的系统，其中，所述冷却组件被构造成在冷空气流在所述面板上流通时将第二加压气膜施加到所述面板。
条款5. 根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述一个或多个加热器还包括多个第一加热器和多个第二加热器，所述多个第一加热器布置在所述第一隔板下方，所述多个第二加热器布置在所述第二隔板上方。
条款6. 根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述加热组件还包括在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的一个或多个密封构件，所述一个或多个密封构件提供保持所述外壳和所述第一隔板和所述第二隔板之间的期望压力的密封环境。
条款7. 根据条款6所述的系统，其中，所述一个或多个密封构件包括在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的第一密封环和第二密封环。
条款8. 根据条款6所述的系统，其中，所述一个或多个密封构件包括可变高度的密封件，其中，待固结的材料的所述一个或多个层还包括具有可变厚度的一个或多个纤维和/或树脂层，所述可变高度的密封件适应所述可变厚度。
条款9. 根据条款2所述的系统，其中，所述一个或多个加热器包括辐射加热器或激光器中的至少一种。
条款10. 根据前述条款中的任一项所述的系统，还包括卷轴，其中，在冷却后，所述面板与所述第一隔板和所述第二隔板分离并卷绕到所述卷轴上。
条款11. 根据条款10所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板被铰接在其一侧上，以便于移除所述面板并重新插入待固结的材料的一个或多个附加层以用于重复过程。
条款12. 根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板由钢或钛中的至少一种构成。
条款13. 根据条款2所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板是连续带，所述连续带旋转通过所述加热组件和所述冷却组件以允许连续过程。
条款14. 根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述第一隔板或所述第二隔板中的至少一个进一步包括一个或多个加强肋以使得能够对其操作。
条款15. 根据条款14所述的系统，其中，所述一个或多个加强肋定位在所述加热组件和所述冷却组件的外部。
条款16. 根据前述条款中的任一项所述的系统，其中，所述支撑框架还包括多个辊子，所述多个辊子布置成邻近于所述加热组件的所述外壳的所述入口和/或所述出口，用于辅助将待固结的材料的所述一个或多个层拉到所述加热组件中并从所述加热组件中拉出。
条款17. 一种用于制造面板的方法，所述方法包括：
将待固结的材料的一个或多个层放置在第一隔板和第二隔板之间以形成夹层组件；
将所述夹层组件拉过具有外壳和一个或多个加热器的加热组件；和
分别通过由所述加热组件的所述外壳产生的第一加压气膜和所述加热组件的所述一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层，从而固结所述面板。
条款18. 根据条款17所述的方法，还包括：
随后经由与所述加热组件连续对齐的冷却组件冷却待固结的材料的所述一个或多个层；和，
在冷空气流在所述面板上流通时经由所述冷却组件将第二加压气膜施加到所述面板。
条款19. 根据条款17-18所述的方法，其中，分别通过由所述加热组件产生的所述第一加压气膜和所述加热组件的所述一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层进一步包括将所述压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层的两侧。
条款20. 根据条款17-19所述的方法，还包括经由布置在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的一个或多个密封构件密封所述加热组件。
本书面描述使用示例来公开包括最佳模式的本发明，并且还使得本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造和使用任何设备或系统以及执行任何并入的方法。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这些其它示例包括不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果它们包括与权利要求书的字面语言具有非实质性差异的等同结构要素，则这些其它示例旨在处于权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种用于制造面板的系统，所述系统包括：
支撑框架；
第一隔板，其布置在所述支撑框架的顶部；
第二隔板，其布置在所述第一隔板的顶部；和，
加热组件，其包括限定入口和出口的外壳，所述外壳包括一个或多个加热器，所述一个或多个加热器被构造成产生热，所述外壳被构造成产生第一加压气膜；
其中，待固结的材料的一个或多个层被放置在所述第一隔板和所述第二隔板之间，并在所述加热组件经由所述第一加压气膜将压力施加到待固结的材料的所述一个或多个层并结合经由所述一个或多个加热器施加热时，待固结的材料的所述一个或多个层被拉过所述加热组件，从而固结所述面板。
2.根据权利要求1所述的系统，还包括用于使所述面板凝固的与所述加热组件连续对齐的冷却组件。
3.根据权利要求2所述的系统，其中，所述加热组件还包括布置成邻近于所述一个或多个加热器的至少一个光学窗口，来自所述一个或多个加热器的热穿过所述至少一个光学窗口并加热待固结的材料的所述一个或多个层。
4.根据权利要求2所述的系统，其中，所述冷却组件被构造成在冷空气流在所述面板上流通时将第二加压气膜施加到所述面板。
5.根据权利要求1所述的系统，其中，所述一个或多个加热器还包括多个第一加热器和多个第二加热器，所述多个第一加热器布置在所述第一隔板下方，所述多个第二加热器布置在所述第二隔板上方。
6.根据权利要求1所述的系统，其中，所述加热组件还包括在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的一个或多个密封构件，所述一个或多个密封构件提供保持所述外壳和所述第一隔板和所述第二隔板之间的期望压力的密封环境。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个密封构件包括在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的第一密封环和第二密封环。
8.根据权利要求6所述的系统，其中，所述一个或多个密封构件包括可变高度的密封件，其中，待固结的材料的所述一个或多个层还包括具有可变厚度的一个或多个纤维和/或树脂层，所述可变高度的密封件适应所述可变厚度。
9.根据权利要求2所述的系统，其中，所述一个或多个加热器包括辐射加热器或激光器中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的系统，还包括卷轴，其中，在冷却后，所述面板与所述第一隔板和所述第二隔板分离并卷绕到所述卷轴上。
11.根据权利要求10所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板被铰接在其一侧上，以便于移除所述面板并重新插入待固结的材料的一个或多个附加层以用于重复过程。
12.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板由钢或钛中的至少一种构成。
13.根据权利要求2所述的系统，其中，所述第一隔板和所述第二隔板是连续带，所述连续带旋转通过所述加热组件和所述冷却组件以允许连续过程。
14.根据权利要求1所述的系统，其中，所述第一隔板或所述第二隔板中的至少一个进一步包括一个或多个加强肋以使得能够对其操作。
15.根据权利要求14所述的系统，其中，所述一个或多个加强肋定位在所述加热组件和所述冷却组件的外部。
16.根据权利要求1所述的系统，其中，所述支撑框架还包括多个辊子，所述多个辊子布置成邻近于所述加热组件的所述外壳的所述入口和/或所述出口，用于辅助将待固结的材料的所述一个或多个层拉到所述加热组件中并从所述加热组件中拉出。
17.一种用于制造面板的方法，所述方法包括：
将待固结的材料的一个或多个层放置在第一隔板和第二隔板之间以形成夹层组件；
将所述夹层组件拉过具有外壳和一个或多个加热器的加热组件；和，
分别通过由所述加热组件的所述外壳产生的第一加压气膜和所述加热组件的所述一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层，从而固结所述面板。
18.根据权利要求17所述的方法，还包括：
随后经由与所述加热组件连续对齐的冷却组件冷却待固结的材料的所述一个或多个层；和，
在冷空气流在所述面板上流通时经由所述冷却组件将第二加压气膜施加到所述面板。
19.根据权利要求17所述的方法，其中，分别通过由所述加热组件产生的所述第一加压气膜和所述加热组件的所述一个或多个加热器将压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层进一步包括将所述压力和热施加到待固结的材料的所述一个或多个层的两侧。
20.根据权利要求17所述的方法，还包括经由布置在所述外壳与所述第一隔板和所述第二隔板之间的一个或多个密封构件密封所述加热组件。
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