一种用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统包括转子叶片的叶片模具、布置在叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮以及包括打印机头和扫描设备的计算机数字控制(CNC)设备。打印机头构造成用于将材料打印和沉积到至少一个叶片蒙皮上以形成叶片部件。扫描设备包括处理器和通信地联接到处理器的扫描仪。扫描设备用于在叶片部件正被逐层打印和沉积时确定叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的轮廓，使得打印机头被自动调节以补偿由于叶片模具的热膨胀、至少一个叶片蒙皮的纤维的厚度变化、叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的移动或先前打印的层上的材料收缩中的至少一者导致的在水平方向或竖直方向中的至少一者上的轮廓方面的改变。面的改变。面的改变。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】使用增材制造和扫描技术的用于制造转子叶片部件的系统
[0001]本公开大体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及使用增材制造和扫描技术的用于制造用于风力涡轮的转子叶片部件的系统和方法。
技术介绍
[0002]风能被认为是目前可获得的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮在这方面已经得到越来越多的关注。现代风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和具有可旋转毂和一个或多个转子叶片的转子。转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片以旋转能量的形式传递动能，以便转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果不使用齿轮箱，则直接连接到发电机。发电机然后将机械能转换为电能，该电能可被部署到公用电网。
[0003]转子叶片大体上包括典型地使用模制过程形成的吸力侧壳和压力侧壳，该吸力侧壳和压力侧壳沿着叶片的前缘和后缘在结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳相对重量轻且具有未构造成承受得起在操作期间施加在转子叶片上的弯曲力矩和其它载荷的结构特性(例如，刚度、抗弯能力和强度)。因此，为了增加转子叶片的刚度、抗弯能力和强度，典型地使用接合壳半部的内压力侧表面和吸力侧表面的一个或多个结构部件(例如，相对翼梁帽，其具有构造在其间的抗剪腹板)来加强主体壳。翼梁帽和/或抗剪腹板可由各种材料构造，包括但不限于玻璃纤维层压复合材料和/或碳纤维层压复合材料。许多转子叶片经常还包括前缘结合帽，该前缘结合帽在吸力侧壳和压力侧壳之间定位在转子叶片的前缘处。
[0004]由于过程控制当前是受限的，制造转子叶片及其部件可能是具有挑战性的过程。此外，由于转子叶片的尺寸和复杂性，用柔性材料构建这样的部件使构建到预期设计变得困难。小的不精确之处可能对最终叶片的空气动力学性能具有显著影响。例如，许多转子叶片使用模具形成。然而，由于加热和冷却循环导致的热膨胀所导致的在模具形状方面的改变可使制造过程发生偏差(offset)。在成品部件形状方面的偏差可能对风力涡轮性能和安全性具有负面影响。
[0005]因此，本公开针对改进构建能力以确保最终部件在很大程度上更加接近于预期设计的系统和方法。另外，本公开的系统和方法可提供用于未来开发和补偿的现状模型(as
‑
build model)。
技术实现思路
[0006]本专利技术的各方面和优点将在以下描述中被部分地阐述，或根据描述可为显而易见的，或可通过本专利技术的实践而被习知。
[0007]在一个方面，本公开针对一种用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统，该系统包括转子叶片的叶片模具、布置在叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮以及包括打印机头和扫描设备的计算机数字控制(CNC)设备。打印机头构造成用于将材料打印和沉积到
至少一个叶片蒙皮上以形成叶片部件。扫描设备包括处理器和通信地联接到处理器的扫描仪。扫描设备用于在叶片部件正被逐层打印和沉积时确定叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的轮廓，使得打印机头被自动调节以补偿由于叶片模具的热膨胀、至少一个叶片蒙皮的纤维的厚度变化、叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的移动或先前打印的层上的材料收缩中的至少一者导致的在水平方向或竖直方向中的至少一者上的轮廓方面的改变。
[0008]在实施例中，扫描设备构造成实时确定叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的轮廓。
[0009]在另一实施例中，至少一个叶片蒙皮还可包括形成在其中的一个或多个参考特征，以用于将叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮对齐。因此，在若干实施例中，扫描设备还构造成基于一个或多个参考特征的位置来确定打印机头开始打印和沉积材料的开始位置。
[0010]在实施例中，确定叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的轮廓可包括：在叶片部件正被打印和沉积时，经由扫描仪扫描至少一个叶片蒙皮，以生成一个或多个测量信号；经由处理器接收一个或多个测量信号；和在叶片部件正被打印和沉积时，基于一个或多个测量信号实时确定至少一个叶片蒙皮。
[0011]例如，在一个实施例中，(一个或多个)测量信号可包括在叶片部件正被打印和沉积时至少一个叶片蒙皮上的至少两个参考点。照此，在实施例中，通过基于(一个或多个)参考点实时生成打印路径或基于(一个或多个)参考点校正打印机头的预定打印路径，可自动调节打印机头以补偿在水平和/或竖直方向上的轮廓方面的改变。
[0012]在特定实施例中，扫描仪可为接近传感器(诸如激光、超声、红外、光学、磁、雷达和/或电容传感器)或接触探测器。因此，在实施例中，方法还可包括使用扫描仪来定位叶片模具上的一个或多个参考特征。
[0013]在某些实施例中，本文中描述的叶片部件可为叶片壳、翼梁帽、抗剪腹板、前缘结合帽和/或加强结构。
[0014]在另一方面，本公开针对一种用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的方法。方法包括：将至少一个叶片蒙皮布置在叶片部件的叶片模具的顶上；经由计算机数字控制(CNC)设备的打印机头将材料打印和沉积到叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮上以形成叶片部件；在叶片部件正被逐层打印和沉积时，经由扫描设备扫描叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的轮廓；和基于扫描自动调节打印机头以补偿由于叶片模具的热膨胀、至少一个叶片蒙皮的纤维的厚度变化、叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮的移动或先前打印的层上的材料收缩中的至少一者导致的在水平方向或竖直方向中的至少一者上的轮廓方面的改变。
[0015]应当理解，方法还可包括如本文中描述的任何另外的步骤和/或特征。
[0016]参考以下描述和所附权利要求书，将更好地理解本专利技术的这些和其它特征、方面和优点。结合在本说明书中并构成其一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并与描述一起用于解释本专利技术的原理。
附图说明
[0017]在参考附图的说明书中阐述了针对本领域普通技术人员的本专利技术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示出了根据本公开的风力涡轮的一个实施例的透视图；图2示出了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示出了图2的模块化转子叶片的分解视图；图4示出了根据本公开的模块化转子叶片的前缘节段的一个实施例的截面视图；图5示出了根据本公开的模块化转子叶片的后缘节段的一个实施例的截面视图；图6示出了根据本公开的图2的模块化转子叶片的截面视图；图7示出了根据本公开的图2的模块化转子叶片的截面视图；图8示出了根据本公开的用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统的一个实施例的透视图；图9示出了根据本公开的用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统的打印机头的一个实施例的详细透视图，特别示出了固定到打印机头的扫描仪；图10示出了根据本公开的用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统的打印机头的另一实施例的详细透视图，特别示出了固定到打印机头的探测器；图11示出了根据本公开的由CNC设备生成的转子叶片的叶片模具的模型的一个实施例的透视图；图12示出了根据本公开的用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统的打印机头的一个实施例的详细透视图，特别示出了在打印表面上形成参考特征的打印机头；和图13示出了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制造风力涡轮的转子叶片的叶片部件的系统，所述系统包括：所述转子叶片的叶片模具；布置在所述叶片模具顶上的至少一个叶片蒙皮；和包括打印机头和扫描设备的计算机数字控制(CNC)设备，所述打印机头用于将材料打印和沉积到所述至少一个叶片蒙皮上以形成所述叶片部件，所述扫描设备包括处理器和通信地联接到所述处理器的扫描仪，所述扫描设备用于在所述叶片部件正被逐层打印和沉积时确定所述叶片模具顶上的所述至少一个叶片蒙皮的轮廓，使得所述打印机头被自动调节以补偿由于所述叶片模具的热膨胀、所述至少一个叶片蒙皮的纤维的厚度变化、所述叶片模具顶上的所述至少一个叶片蒙皮的移动或先前打印的层上的材料收缩中的至少一者导致的在水平方向或竖直方向中的至少一者上的所述轮廓方面的改变。2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫描设备实时确定所述轮廓。3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述至少一个叶片蒙皮还包括形成在其中的一个或多个参考特征，以用于将所述叶片模具顶上的所述至少一个叶片蒙皮对齐。4.根据权利要求3所述的系统，其中，所述扫描设备还构造成基于所述一个或多个参考特征的位置来确定所述打印机头开始打印和沉积所述材料的开始位置。5.根据权利要求1所述的系统，其中，确定所述轮廓还包括：经由所述扫描仪扫描所述轮廓以生成一个或多个测量信号；经由所述处理器接收所述一个或多个测量信号；和基于所述一个或多个测量信号实时确定所述轮廓。6.根据权利要求5所述的系统，其中，所述一个或多个测量信号包括所述轮廓上的至少两个参考点。7.根据权利要求6所述的系统，其中，通过基于所述至少两个参考点实时生成打印路径或基于所述至少两个参考点校正所述打印机头的预定打印路径来自动调节所述打印机头，以补偿在所述水平方向和所述竖直方向中的至少一者上的所述轮廓方面的改变。8.根据权利要求1所述的系统，其中，所述扫描仪包括接近传感器或接触探测器。9.根据权利要求1所述的系统，还包括使用所述扫描仪来定位所述至少一个叶片蒙皮上的一个或多个参考特征。10.根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：C，
申请(专利权)人：LM风力发电公司，
类型：发明
国别省市：
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