模制品的制作方法

模制品的制作方法
【专利摘要】用于形成风轮机叶片的模具形成为两个半体，各半体（1a）包括由穿孔的外层、内部的铝制蜂窝状结构以及内部的不透气导热层形成的夹层结构。呈浸渍有环氧树脂的玻璃纤维制成的垫料形式的制品被放置在模具中。供应室（6）向模具供应加热了的增压空气，该空气通过穿孔的外层进入模具的蜂窝状芯部，并且通过外层回到两个排气室（7）。一排供应导管（13）及排气导管（16）将排气室（7）连接至供应室（6）。每个导管（13，16）中的空气由供应有热水（9）的相应热交换器（18）加热。加热了的空气使环氧树脂固化，然后向热交换器（18）供应冷水，供应的冷水转而使供应至模具的空气冷却，借此使模具冷却。然后，用于冷却模具的水重新用于放置在模具中的另一制品的后继加热，以便节省能量。另选的是，可利用单独供应的未在热交换器（18）中冷却的空气使模具中的制品冷却。
【专利说明】模制品
[0001]本发明涉及用于模制制品的方法及设备，尤其涉及用于模制用于风轮机叶片外壳的配置。
[0002]风轮机叶片的外壳通常通过将浸溃有环氧树脂的玻璃纤维或其它合适的纤维垫料模制成期望的形状而制成。将垫料放置在模具中，然后加热该模具以使环氧树脂固化。然后，在环氧树脂固化时，使模具冷却，将成品壳体组装起来，然后从模具移走。
[0003]公知控制这种模具的温度的若干不同方法。例如，模具可形成有使水或其它液体流经的通道。在此情况下，通常在模具外部加热水，例如，利用浸没式电加热器。
[0004]然而，这种配置产生了许多不利之处。使环氧树脂在商业可行时间范围内固化所需的温度会超过100°c，在此情况下，必须在高压下将水供应至模具，这会危害健康与安全。此外，加热的水是侵蚀性的，这样会损害模具。
[0005]为了控制模具的整体温度，可在模具中形成蜿蜒的通道，以便优化水与模具之间的接触面积。
[0006]然而，模具中蜿蜒通道的形成是复杂、费时且昂贵的操作。而且，就大型模具而言，蜿蜒通道的最终长度产生了沿通道长度的不期望的大温度梯度，该温度梯度导致环氧树脂固化不均。
[0007]因此会期望提供一种克服或至少缓解一个或多个上述不利之处的配置。
[0008]因而，根据本发明的第一方面提供用于模制品的设备，所述设备包括模具，该模具具有允许气流穿过的结构；该设备布置成:在多个供应口向所述模具供应气体，并使所述气体流经所述模具以便控制所述模具中的制品的温度，并且使所述气体在多个排气口从所述模具排出；所述设备还包括定位在所述模具外部的多个热交换器，每个热交换器布置成在从至少一个所述排气口流向至少一个所述供应口的所述气体与供应的液体之间传递热。
[0009]在优选实施方式中，每个热交换器在不同的相应供应口与排气口之间连接。
[0010]通过利用气体控制模具的温度，可在不具有与加压水加热有关的健康及安全危害的情况下获得任何期望的温度。而且，通过以若干分开的气流的形式向模具供应气体，每条气流的温度由热交换器控制，借此可使模具上的温度梯度最小，从而提供均匀的模具加热及冷却。
[0011]而且，这种配置能够在模具内的不同区域局部控制温度，以便补偿不同区域的热损失差异，或者另选地在模具内产生期望的温度分布。
[0012]使用热交换器的有利之处在于能够使高功率水平传递至模具，这允许模具中的制品的快速加热和/或冷却。
[0013]液体在热交换器中的使用提供了一种节省能量的有效方式，因为在一个制品的冷却阶段从模具传递至液体的热可在使另一制品固化阶段期间从液体传递回至模具。在此情况下，供应至液体的热能会比在使用新液体源时所需要的热能少。然而，每个冷却过程开始时优选使用新供应的液体。
[0014]在优选的实施方式中，设备还包括:至少一个供应室，所述供应室用于向所述模具的表面的第一区域供应气体并限定所述多个供应口 ；以及至少一个排气室，所述排气室用于从所述模具的表面的不同的第二区域排出气体并限定所述多个排气口。
[0015]在此情况下，设备还优选包括:所述模具外的多个供应导管，每个供应导管在相应的供应口与相关的所述热交换器之间连接；以及所述模具外的多个排气导管，每个排气导管在相应的排气口与相关的所述热交换器之间连接。
[0016]这种供应室及排气室的设置提供了一种从供应口至模具分布气体的便利方式。
[0017]模具表面的第一区域与第二区域均优选是连续的区域，因为这提供了气体在模具内的均匀分布。
[0018]在本发明的优选实施方式中，所述模具是细长的，并且所述至少一个供应室及所述至少一个排气室大致沿所述模具的全长延伸，所述设备还包括:至少一个额外的细长供应室，其用于向所述模具的表面的不同的第三区域供应气体且仅沿所述模具的部分长度延伸，该额外的供应室或每个额外的供应室限定多个额外的供应口 ；以及至少一个额外的细长排气室，其用于从所述模具的表面的不同的第四区域排出气体且仅沿所述模具的部分长度延伸，该额外的排气室或每个额外的排气室限定多个额外的排气口。
[0019]在此情况下，设备还优选包括:所述模具外的多个额外的供应导管，每个额外的供应导管在相应的额外供应口与热交换器之间连接；以及所述模具外的多个额外的排气导管，每个额外的排气导管在相应的额外排气口与热交换器之间连接。
[0020]这种配置使具有不均匀轮廓的模具能够被均匀加热及冷却，因为模具的具有相对较大宽度的区域会比具有相对较小宽度的那些区域设置更多的供应口及排气口，以便使供应口与排气口之间的温度梯度最小化，也均衡了模具内空气的路径长度。
[0021]在此情况下，这些热交换器优选沿设备纵向分布，因为这能够最小化供应导管与排气导管的长度。
[0022]以上配置在模具呈具有向相对较小端逐渐变细的相对较大端的大致锥形构造时尤其有益，在此情况下，所述至少一个额外的供应室及所述至少一个额外的排气室从所述相对较大端沿模具的所述部分长度延伸。
[0023]在优选的实施方式中，所述模具具有夹层结构，该夹层结构包括:外层，在该外层中形成有沿模具表面的所述区域延伸的穿孔；内部的铝制蜂窝状芯部；以及基本透气的内层，该内层优选由具有良好导热性的材料制成，以便允许模具与制品之间的有效热传递。外层中的穿孔能够使气体输送至蜂窝状芯部并从蜂窝状芯部输送，并且蜂窝状芯部是气体穿透式的，从而能够使气体在模具内在供应口与排气口之间传送。基本透气的内层用于在模具与制品之间传递热，但是防止气体撞击模具中的制品。
[0024]模具的内部蜂窝状芯部优选是连续的，以便允许气体自由穿过整个模具。因此，在一个热交换器在固化期间不起作用的情况下，可使用其余的热交换器。
[0025]在另选的配置中，可设置壁或挡板以便分隔蜂窝状芯部内的区域，每个区段与相应的热交换器关联。壁或挡板可制成气密的，或是仅局部气密的以便允许以控制为目的的某些连通。
[0026]该设备还优选包括用于支撑模具、供应室、排气室、导管及热交换器的结构。以此方式，设备易于运输，并且可最小化在工厂地板上的占地面积，因为所有设备可合并成单个单元。
[0027]在本发明优选的实施方式中，所述模具形成为第一部分和第二部分，每部分成形为形成所述制品的相应半部。
[0028]在此情况下，从所述模具的所述第一部分排出的气体供应至所述模具的所述第二部分，至少一个所述热交换器布置成在从所述模具的所述第一部分流向所述模具的所述第二部分的所述气体与供应的液体之间传递热。这样，模具的这两个部分之间可以共享其中一些或全部热交换器。
[0029]可在模具之间共享热交换器的另选方式为将单个热交换器布置成在从模具的第一部分和第二部分两者的一个或多个排气口流向模具的第一部分和第二部分两者的一个或多个供应口的气体与供应的液体之间传递热。
[0030]该设备还有利地包括用于对所述气体的温度提供额外控制的至少一个额外的电热交换器。在此情况下，该电热交换器或每个电热交换器优选布置在相应的液基热交换器与模具的供应口之间，以便调节穿过液基热交换器的气体的温度。在优选的实施方式中，每个液基热交换器由相应的电动热交换器增补。
[0031]根据本发明的再一方面，提供一种模制制品的方法，该方法包括:设置具有允许气流穿过的结构的模具；将该制品放置在所述模具中；使气体流过所述模具以便控制所述模具中的所述制品的温度；在多个供应口处向所述模具供应所述气体；在多个排气口处将所述气体从所述模具排出；以及设置多个位于所述模具外的热交换器，并利用各热交换器在从至少一个所述排气口流向至少一个所述供应口的所述气体与供应的液体之间传递热。
[0032]首先加热模具以便使制品中的环氧树脂固化，随后在将制品从模具移走前使模具冷却。同一所述供应的液体优选用于使模具中的一个制品冷却，随后在使另一制品固化过程中加热模具，这样，从第一制品移走的热量可用于加热第二制品，从而节省能量。
[0033]另选的是，可使用新供应的气体在不经过热交换器的情况下使模具中的制品冷却。就此配置而言，在模具中的制品已被固化后，无需丢弃供应的加热了的液体，因为该加热了的液体可再用于使另一制品固化。
[0034]所述气体有利地包括空气，并且所述液体优选包括水。空气与水两者都是廉价的并且易于获得，并且空气是非腐蚀性的。可使用油作为水的另选，因为油能达到一些树脂固化需要的更高温度。
[0035]本发明特别适用于模制风轮机叶片，具体地说适用于模制这种叶片的外壳。最新一代的风轮机叶片的尺寸增大，从而越来越需求用于有效模制这种大型叶片的适当配置。本发明的实施方式产生的低热梯度能够使这种叶片在商业可行的时间范围内被有效模制。
[0036]现将参照附图描述本发明的优选实施方式，在附图中:
[0037]图1是根据本发明的第一实施方式的风轮机叶片用模制设备的上半部分的示意性横向剖面图；
[0038]图2是图1中所示的模制设备的上半部分的示意性侧视图；
[0039]图3是根据本发明的第二实施方式的风轮机叶片用模制设备的侧视图；
[0040]图4是沿线k_k'剖切图3中所示的模制设备的剖面图；
[0041]图5是根据本发明的第一实施方式或第二实施方式的风轮机叶片用模制设备保持在相应的支撑框架中的两半部分的示意性横向剖面图；
[0042]图6是以闭合构造示出的根据本发明的第二实施方式的模制设备的两半部分的示意性横向剖面图；[0043]图7a与图7b示意性示出了均根据本发明的优选实施方式的供应室与排气室的两种不同构造；以及
[0044]图8是示出本发明的优选方法的流程图。
[0045]图中出现的相同的附图标记指的是相同或相应的元件。
[0046]参照图1，风轮机叶片用模制设备的上半部分包括半模具la，其由外皮2、蜂窝状芯部3及内皮4制成的夹层构造形成。相应的下半模具Ib (未示出)具有相同的结构。
[0047]外皮2形成有大致沿半模具Ia的全长延伸的三条大致平行的纵向穿孔带5，这些穿孔带能够使空气穿过外皮2。蜂窝状芯部3包括铝，在蜂窝状芯部中形成有允许空气通过的穿孔、细孔或毛细管。内皮4是不透气的，并且由导热材料制成。
[0048]细长的压力室6附接至半模具I的中央区，并且大致沿半模具Ia的全长延伸以致覆盖住形成在外层2中的中央纵向穿孔带5并且形成密封。压力室6向半模具Ia供应增压空气。空气穿过外皮2中的中央穿孔带5进入蜂窝状芯部3中。
[0049]两个对应的细长排气室7附接至半模具Ia的各端部，同样沿半模具Ia的全长延伸以致覆盖住形成在外层2中的对应的两个侧纵向穿孔带5。排气室7移除已经穿过蜂窝状芯部3并从侧穿孔带5出来的空气。箭头8示出了半模具Ia内的空气的流动方向。
[0050]用于形风轮机叶片的材料通过将一段玻璃纤维、碳纤维或其它合适的纤维材料缠绕成两个垫料9而形成，每个垫料会分别形成制成品的相应半部分。纤维浸溃有环氧树脂。每个垫料9被置于相应的上半模具Ia与下半模具Ib的内层4的表面上。
[0051]置于上半模具Ia上的垫料9借助真空配置被保持在半模具Ia的表面上，该真空配置包括设置在垫料9的表面上并且借助一层粘合剂11在半模具Ia的两端附接至其底层内皮4的挠性盖10。挠性盖10设置有抽空口 12，通过该抽空口，挠性盖10与半模具Ia的内皮之间的空间被抽成真空以便迫使垫料9直接接触模具Ia的内皮4。然后，上半模具Ia被枢转到下半模具Ib之上的运作位置从而形成完整的模具I。
[0052]图2是图1中所示的上半模具Ia的示意性侧视图，并且示出了额外的设备部件。下半模具Ib包括相应的额外部件。
[0053]热的增压空气经由六个供应导管13供应至沿模具I的压力室6的长度纵向隔开的相应供应口 14，并且在模具I的蜂窝状结构3内流动。然后，空气从模具I被排出到排气室7中，从而在六个排气口 15处通过相应的排气导管16被从模具I移走。
[0054]供应导管13与排气导管16各自使各自的供应口 14与排气口 15连接至各自的泵17、水基热交换器18及电动增补热交换器18，。每个热交换器18连接至热水供应19，从而用水加热流经模具I的空气。每个热交换器18设置有用于从水供应19抽水的相应泵20。增补热交换器18'用于对空气温度提供额外控制。通过模具I的增压热空气的穿过使制品加热足够的时间从而使风轮机叶片中的环氧树脂固化。
[0055]固化阶段之后，新供应的冷水被供应至热交换器18，以便使流经模具I的空气冷却，从而使风轮机叶片冷却。冷却过后，将模具I打开，移走制成的叶片。然后在模具I中放置新垫料，重复所述过程。
[0056]然而，在此阶段，先前已经用于使模具I冷却的水可在随后的固化阶段过程中通过向该水供应热能(例如使用电动浸没式加热器)而再用于加热模具I。应理解的是，用做冷却剂的水在从模具I移走热量的过程中已经被加热了，然后此水可被进一步加热到期望温度以在固化另一风轮机叶片壳体时使用。通过以此方式重新使用不完全加热的水，无需将新供应的水从室温加热到运作温度，从而节省了能量。
[0057]图3示出了模具的第二实施方式，在此实施方式中，风轮机叶片壳体是锥形的。在此情况下，沿模具I的长度设置不同数量的供应室6及排气室7。此配置用于至少部分均衡沿模具长度在不同位置进入模具中的增压空气的路径长度，因为模具I的大端21比模具I的小端22处设置有更多的室6、7。
[0058]图4是沿图3的线A-A'剖切图3中所示配置的剖面图。
[0059]图5示出了两个半模具la、lb，在该图中，箭头23指示上半模具Ia的枢转。此配置可用于上述两种实施方式。在附图中所示的配置中，在两个半模具la、lb中设置单独的热交换器18。在另选的实施方式中，这些热交换器18中的一些或全部可用于控制在半模具IaUb 二者中流动的增压空气的温度。在此情况下，可使用挠性导管13、16将热交换器18连接至供应口及排气口从而适应模具I闭合时的相对运动。
[0060]图6示出了用于第二实施方式的两个模具半体la、Ib的支撑结构。上模具半体Ia被支撑在上结构24a上，下模具半体Ib被支撑在相应的下结构24b上。结构24a、24b附加地支撑供应室6、排气室7、导管13、16及热交换器18 (未示出)。模具I借助若干使相应的供应室6及排气室7连接至支撑结构的界面支架25附接至支撑结构24a、24b。如附图中所示，在壳体已经被模制且移走模具之前将内梁26放置在壳体内。梁26用于强化风轮机叶片。
[0061]在上述的实施方式中，使增压空气在模具I内沿大致横切模具I的纵向方向的方向流动。然而，其它构造是可行的。图7a示出了上述配置，在该配置中，空气流在模具I内沿横向方向或宽度方向，如箭头27所示。但是，图7b示出了另一配置，在该配置中，空气流大致沿模具I的纵向方向，如箭头28所示。
[0062]参照图8，以下步骤概括了模制根据本发明的优选实施方式的风轮机叶片的方法。
[0063]在步骤29设置呈上述两个模具半体形式的模制设备，该模制设备包括供应室、排气室、导管及热交换器。在步骤30，将用于形成风轮机叶片壳体的垫料放置在相应的模具半体中，并且利用热交换器供应的热加热的增压空气在步骤31被供应至模具并在步骤32从模具排出。在风轮机叶片壳体中的环氧树脂固化后，然后在步骤33用冷水补充用于热交换器的供应水。然后，产生的冷空气在步骤34被供应至模具并且在步骤35被从模具排出，借助热交换器将热量从空气移走从而使风轮机叶片壳体冷却。接着，在步骤36，从模具移走制品，然后方法回到在模具中放置新垫料的步骤30。
[0064]显然，在不脱离本发明范围的情况下可对优选实施方式做出多种变更及变型，本发明范围仅由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种用于模制制品的设备，所述设备包括模具，该模具具有允许气流穿过的结构； 该设备布置成:在多个供应口向所述模具供应气体，并使所述气体流经所述模具以便控制所述模具中的制品的温度，并且使所述气体在多个排气口从所述模具排出； 所述设备还包括定位在所述模具外部的多个热交换器，每个热交换器布置成在从至少一个所述排气口流向至少一个所述供应口的所述气体与供应的液体之间传递热。
2.根据权利要求1所述的设备，所述设备还包括: 至少一个供应室，所述供应室用于向所述模具的表面的第一区域供应气体并限定所述多个供应口 ；以及 至少一个排气室，所述排气室用于从所述模具的表面的不同的第二区域排出气体并限定所述多个排气口。
3.根据权利要求1或2所述的设备，所述设备还包括: 所述模具外的多个供应导管，每个供应导管在相应的供应口与相关的所述热交换器之间连接；以及 所述模具外的多个排气导管，每个排气导管在相应的排气口与相关的所述热交换器之间连接。
4.根据权利要求2或3所述的设备，其中，所述模具是细长的，并且所述至少一个供应室及所述至少一个排气室大致沿所述模具的全长延伸，所述设备还包括: 至少一个额外的细长供应室，其用于向所述模具的表面的不同的第三区域供应气体且仅沿所述模具的部分长度延伸，该额外的供应室或每个额外的供应室限定多个额外的供应口 ；以及 至少一个额外的细长排气室，其用于从所述模具的表面的不同的第四区域排出气体且仅沿所述模具的部分长度延伸，该额外的排气室或每个额外的排气室限定多个额外的排气口。
5.根据从属于权利要求3时的权利要求4所述的设备，该设备还包括: 所述模具外的多个额外的供应导管，每个额外的供应导管在相应的额外供应口与热交换器之间连接；以及 所述模具外的多个额外的排气导管，每个额外的排气导管在相应的额外排气口与热交换器之间连接。
6.根据权利要求4或5所述的设备，其中，这些热交换器沿所述设备纵向分布。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的设备，其中，所述模具是从相对较大端延伸至相对较小端的大致锥形构造，并且其中该额外的供应室或每个额外的供应室及该额外的排气室或每个额外的排气室从所述相对较大端沿所述模具的所述部分长度延伸。
8.根据前述任一项权利要求所述的设备，所述设备还包括用于支撑所述模具、所述至少一个供应室、所述至少一个排气室、所述导管及所述热交换器的结构。
9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述模具形成为第一部分和第二部分，每部分成形为形成所述制品的相应半部。
10.根据权利要求9所述的设备，其中，从所述模具的所述第一部分排出的气体供应至所述模具的所述第二部分，至少一个所述热交换器布置成在从所述模具的所述第一部分流向所述模具的所述第二部分的所述气体与供应的液体之间传递热。
11.根据前一权利要求所述的设备，该设备还包括用于对所述气体的温度提供额外控制的至少一个额外的电热交换器。
12.—种模制制品的方法，该方法包括: 设置具有允许气流穿过的结构的模具； 将该制品放置在所述模具中； 使气体流过所述模具以便控制所述模具中的所述制品的温度； 在多个供应口处向所述模具供应所述气体； 在多个排气口处将所述气体从所述模具排出；以及 设置多个位于所述模具外的热交换器，并利用各热交换器在从至少一个所述排气口流向至少一个所述供应口的所述气体与供应的液体之间传递热。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述制品被先后加热和冷却，并且其中，在所述制品的冷却以及同一模具中的另一制品的后继加热过程中使用同一所述供应的液体。
14.根据权利要求12所述的方法，该方法包括利用从所述至少一个热交换器供应的热加热所述模具中的制品，随后利用不穿过热交换器而供应至所述模具的气体使所述制品冷却。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中，所述气体包括空气。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述液体包括水。
17.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中，所述液体包括油。
18.根据权利要求12至17中任一项所述的方法，其中，所述制品包括风轮机用的叶片的至少一部分。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述制品包括用于风轮机叶片的外壳。
【文档编号】B29C35/04GK103826820SQ201280045790
【公开日】2014年5月28日 申请日期:2012年8月1日 优先权日:2011年8月8日
【发明者】L·K·佩特森 申请人:维斯塔斯风力系统有限公司