用于通過控制樹脂流率的反饋系統(tǒng)制造纖維加強(qiáng)聚合物對(duì)象的方法和模制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種通過真空輔助樹脂傳遞模塑成型(VARTM)技術(shù)制造纖維加強(qiáng)聚合物對(duì)象的方法，其中纖維材料在模腔中被灌注液體樹脂，該模腔包括剛性模具部，該剛性模具部具有限定對(duì)象的外表面的模具表面。本發(fā)明還涉及一種模制系統(tǒng)，其包括:剛性模具部，其具有限定在所述系統(tǒng)中模制的纖維加強(qiáng)聚合物對(duì)象的外表面的模具表面；真空袋，其用于密封剛性模具部以形成模腔；真空源，其連接于模腔以排空模腔；連接于模腔的有一個(gè)或多個(gè)樹脂入口 ；以及聚合物供給單元，其連接于樹脂入口并且適于將樹脂供給至樹脂入口。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明特別涉及用于制造風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的葉片殼體部的方法和模制系統(tǒng)；有利地，葉片具有預(yù)彎曲曲率。這種葉片一般由葉片殼體半件組裝。殼體半件中的一個(gè)殼體半件形成葉片的壓力側(cè)，而另一個(gè)殼體半件形成吸入側(cè)。葉片的壓力側(cè)也稱為逆風(fēng)側(cè)，因?yàn)槠湓陲L(fēng)力渦輪機(jī)工作期間迎風(fēng)。葉片的吸入側(cè)也稱為順風(fēng)側(cè)，因?yàn)槠湓陲L(fēng)力渦輪機(jī)工作期間背風(fēng)。
[0003]預(yù)彎曲葉片應(yīng)當(dāng)理解為如下葉片:當(dāng)在距離根部區(qū)域一定距離處從根部區(qū)域朝向端頭區(qū)域觀察時(shí)，該葉片以向前彎曲的方式朝風(fēng)向前延伸，使得葉片的端頭定位在根部區(qū)域的中心線的前面。在EP 1019631B1中公開了預(yù)彎曲風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的示例。
[0004]由諸如纖維加強(qiáng)的樹脂之類的復(fù)合材料制成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片是柔性的，并且在受到大風(fēng)作用時(shí)可能根據(jù)其長(zhǎng)度而在端頭處撓曲達(dá)大約6m至Sm或者更大。
[0005]預(yù)彎曲葉片可以具有這樣的曲率:根據(jù)葉片的長(zhǎng)度，端頭布置在距離根部的中心線0.5m至4m或者更大處。
[0006]由于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片隨著時(shí)間進(jìn)程而已經(jīng)變得越來越長(zhǎng)，并且在當(dāng)前能夠大于70m長(zhǎng)，因此使用預(yù)彎曲葉片用于風(fēng)力渦輪機(jī)變得越來越有吸引力，因?yàn)轭A(yù)彎曲葉片允許將風(fēng)力渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子靠近風(fēng)力渦輪機(jī)的塔架布置，同時(shí)還避免了葉片在受到大風(fēng)作用時(shí)撞擊塔架。
[0007]當(dāng)制造葉片殼體半件時(shí)，模具通常布置成使得對(duì)應(yīng)于葉片的根部區(qū)域的中心線的線基本上是水平的。該中心線通常對(duì)應(yīng)于葉片的俯仰軸線。
[0008]然而，當(dāng)制造用于預(yù)彎曲葉片的殼體半件、特別是用于預(yù)彎曲成將端頭布置在根部區(qū)域的中心線前面Im或更長(zhǎng)處的葉片的殼體半件時(shí)，纖維/樹脂比趨于在沿模具的縱向方向觀察到的模具表面的最高位區(qū)域中比模具表面的最低位區(qū)域中更高。在沿模具的橫向方向觀察到的模具的最低區(qū)域處的縱向延伸區(qū)中，情況尤其如此。在上述縱向延伸區(qū)中，多個(gè)纖維層頻繁地彼此疊置，以形成葉片殼體半件的承載結(jié)構(gòu)，該承載結(jié)構(gòu)包括比纖維累積層的側(cè)向相鄰區(qū)域的數(shù)量顯著地高的數(shù)量的纖維層。
[0009]因此，由于作用在樹脂上的重力，太高的纖維/樹脂比趨于形成在沿模具的縱向方向觀察到的模具的最高位區(qū)域處，而太低的纖維/樹脂比趨于形成在沿模具的縱向方向觀察到的模具的最低位區(qū)域處。
[0010]太高的纖維/樹脂比對(duì)包括纖維加強(qiáng)樹脂的復(fù)合材料的疲勞強(qiáng)度具有不利的影響。這在模制逆風(fēng)殼體半件時(shí)特別是個(gè)問題，因?yàn)楫?dāng)沿縱向方向觀察時(shí)模具表面的最高位區(qū)域位于半件殼體的中部，并且因?yàn)槿~片的中部在風(fēng)力渦輪機(jī)的運(yùn)行期間承受高負(fù)荷。
[0011]本申請(qǐng)人的EP 2 404 743公開了一種減輕上述問題的方法，其通過將樹脂灌注劃分成單獨(dú)的區(qū)域而使作用下樹脂上的重力的影響最小化，結(jié)果是在上述各個(gè)區(qū)域中，完成的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的纖維/樹脂比能夠被更精確地控制。然而，即使在該制造方法中，也已經(jīng)證明了難以在較高的程度上控制風(fēng)力渦輪機(jī)葉片殼體的各個(gè)區(qū)域的纖維/樹脂比。
[0012]GB 2 403 927 A公開了一種模制復(fù)合物體的方法和設(shè)備。該方法和設(shè)備包括使用限定了模腔的外皮層。壓力傳感器連接于該外皮層以生成表示模腔中的壓力的信號(hào)?？刂茊卧刂茦渲蚰Ｇ恢械淖⑸洌⑶胰绻袦y(cè)到的壓力變得太高，則可以中斷樹脂供給。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]因此，本發(fā)明的目的是獲得一種新的制造方法和模制系統(tǒng)，其克服或減輕了現(xiàn)有技術(shù)的至少一項(xiàng)缺點(diǎn)或者提供了一種可用的替代方案。
[0014]根據(jù)第一方面，該目的通過包括以下步驟的上述類型的方法而獲得:
a)將包括多個(gè)纖維層的纖維累積層布置在模具表面上；
b)將至少一個(gè)樹脂入口布置在纖維累積層上方；
c)將一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器附接至所述至少一個(gè)樹脂入口或者附接在所述至少一個(gè)樹脂入口附近；
d)將真空袋布置在剛性模具部上方并且將真空袋密封于模具部以限定模腔；
e)將模腔排空；
f)將液體樹脂供給至模腔以對(duì)纖維累積層進(jìn)行灌注；
g)連續(xù)地監(jiān)測(cè)來自所述一個(gè)或多個(gè)壓力傳感器的信號(hào)，即監(jiān)測(cè)壓力并且生成表示所述測(cè)量壓力的信號(hào)；
h)將所述信號(hào)反饋至控制供給至樹脂入口的樹脂流率的控制單元；
i)如果樹脂入口處的壓力傳感器測(cè)量的壓力降到較低的閾值水平以下，則增大樹脂流率，并且，如果樹脂入口處的壓力傳感器測(cè)量的壓力在較高的壓力閾值以上，則減小樹脂流率；以及
j)允許樹脂固化以形成纖維加強(qiáng)的聚合物對(duì)象。
[0015]因此，能夠看到，在樹脂入口處連續(xù)地監(jiān)測(cè)壓力。因此，如果樹脂入口處的壓力降到較低的壓力閾值以下——這通常將導(dǎo)致較薄的層壓體、太高的纖維/樹脂比以及可能的干玻璃或氣穴，則樹脂流率增大。相反，如果樹脂入口處的壓力在較高的壓力閾值以上——這通常將導(dǎo)致折皺或樹脂池以及由于纖維層的預(yù)張力的釋放而導(dǎo)致的太低的纖維/樹脂t匕，則樹脂流率減小。因此，能夠在較高的程度上控制纖維加強(qiáng)聚合物對(duì)象的纖維/樹脂比并且減小或者完全預(yù)防對(duì)象中的折皺和氣穴形成的風(fēng)險(xiǎn)。另外，樹脂壓力的連續(xù)監(jiān)測(cè)和控制使得能夠適應(yīng)如下事實(shí):當(dāng)樹脂被注入到模腔中并且傳輸通過模腔時(shí)，樹脂入口處的壓力可能隨著時(shí)間而變化。通過將壓力傳感器布置于樹脂入口或靠近樹脂入口，確保了在流動(dòng)前沿，壓力被連續(xù)地監(jiān)測(cè)，因而確保了樹脂前沿不使纖維變形。因此，獲得了高質(zhì)量的灌注并且繼而獲得了高質(zhì)量的復(fù)合結(jié)構(gòu)。
[0016]樹脂入口可以包括樹脂入口通道或供給通道，并且可選地包括入口箱或端口。因此，壓力傳感器可以例如直接連接于樹脂入口通道或入口箱或端口。
[0017]樹脂可以可選地通過分布在纖維累積層與樹脂入口之間的分布層被供給至纖維累積層。樹脂入口可以包括通常沿模具的縱向方向延伸的樹脂通道，并且可選地包括入口箱。樹脂通道在下文中有時(shí)被稱為供給通道。這兩個(gè)術(shù)語可以互換地使用。壓力傳感器可以附接至樹脂通道或入口箱。
[0018]根據(jù)有利的實(shí)施方式，模腔被劃分成單獨(dú)的區(qū)段，其中步驟f)至i)對(duì)于每個(gè)區(qū)段單獨(dú)地執(zhí)行，并且其中，對(duì)于每個(gè)區(qū)段監(jiān)測(cè)樹脂入口壓力。因此，能夠?qū)τ诿總€(gè)區(qū)段單獨(dú)地檢測(cè)壓力，這在模具、纖維累積層和樹脂入口包括高度方面的局部變化的情況下特別有利。分布層和樹脂入口都可以是分段的。
[0019]根據(jù)另一個(gè)有利的實(shí)施方式，模腔被劃分成單獨(dú)的區(qū)段，其中對(duì)于每個(gè)區(qū)段單獨(dú)地控制樹脂流率。因此，可以對(duì)于每個(gè)區(qū)段在較高的程度上控制纖維/樹脂比，從而更精確地確保所有部分的纖維/樹脂比都保持在理想的容差內(nèi)。這在制造彎曲的對(duì)象并且模具具有模具的各個(gè)部分之間的顯著高度差時(shí)特別有關(guān)。
[0020]根據(jù)又一個(gè)有利的實(shí)施方式，單個(gè)壓力傳感器連接于第一區(qū)段的第一樹脂入口和第二區(qū)段的第二樹脂入口，并且其中，在步驟g)中，第一樹脂入口和第二入口的最大壓力被監(jiān)測(cè)并在步驟h)中被反饋至控制器。因此，能夠通過使用單個(gè)壓力傳感器來監(jiān)測(cè)和控制兩個(gè)或更多個(gè)區(qū)段，從而簡(jiǎn)化反饋設(shè)定并降低總成本。所述至少一個(gè)傳感器可以有利地布置在最下面的位置以測(cè)量特定區(qū)段的最大壓力。
[0021]在實(shí)際中，可以通過控制進(jìn)入樹脂入口的混合樹脂的流率來執(zhí)行步驟h)。這可以由灌注機(jī)來控制，并且混合樹脂可以包括樹脂和硬化劑。
[0022]根據(jù)第一有利實(shí)施方式，樹脂被直接供給至區(qū)段中，即直接供給至特定區(qū)段的樹脂入口中。根據(jù)第二有利實(shí)施方式，樹脂經(jīng)由另一個(gè)區(qū)段被間接地供給至一個(gè)區(qū)段中。這可以例如通過對(duì)樹脂入口進(jìn)行分段并且可選地對(duì)分布層進(jìn)行分段以及通過環(huán)來連接分段的入口來執(zhí)行，例如通過閥裝置來控制。
[0023]另外，壓力傳感器可以用來測(cè)量排空期間的模腔的真空水平。因此，本發(fā)明還能夠預(yù)見到這樣的實(shí)施方式，其中:在步驟e)之后，在執(zhí)行步驟f)之前的預(yù)定時(shí)期內(nèi)測(cè)量模腔內(nèi)的壓力水平。通過監(jiān)測(cè)壓力水平一