用于复合风力涡轮叶片的翼梁帽的轮廓检查系统和方法与流程

本申请和所得的专利大体涉及风力涡轮叶片和检查系统，因此且更加具体而言涉及用于复合风力涡轮叶片的翼梁帽的轮廓检查系统以在制造期间检测脱离平面的波动。

背景技术：

现代风力涡轮叶片大体将低重量和低转动惯量与高刚度和对疲劳和磨损的高抗性结合，以便承受在典型寿命周期中遭遇的极端条件中的各种力。大体上描述，典型风力涡轮叶片可由基本翼梁支撑的多层复合材料外皮构造。复合材料外皮的各个层应以大致均匀的方式施加以确保涡轮叶片将满足性能和寿命需要。然而，施加或层合过程中的脱离平面的波动或其它类型的非均匀性可降低结构的负载承载能力且最终可导致在现场失效。这对于翼梁帽和其它类型的构件的制造可尤其正确。

用于组装、处理的涡轮叶片构件的检查的现有方法包括视觉检查和各种类型的非破坏性成像检查技术，诸如超声测试。然而，给定外皮的高度耗散材料，这种超声测试可具有受限的使用。计算断层照相技术也可用但这种测试可为耗时和昂贵的并且带来辐射安全影响。

技术实现要素：

本申请和所得的专利因此提供一种在层合期间检查复合涡轮叶片翼梁帽的方法。该方法可包括以下步骤：将层施加至模具，利用轮廓测定仪测量层的表面特征，以及基于测量的表面特征判断层是否在其中具有脱离平面的波动。

本申请和所得的专利进一步提供一种涡轮叶片翼梁帽轮廓检查系统。涡轮叶片翼梁帽轮廓检查系统可包括翼梁帽模具、定位在翼梁帽模具周围的复合材料敷料器以及定位在翼梁帽模具周围的轮廓测定仪。轮廓测定仪确定由复合材料敷料器施加至翼梁帽模具的各个层的厚度以便检测带有脱离平面的波动的层。

本申请和所得的专利进一步提供一种检查复合材料涡轮叶片构件的方法。该方法可包括以下步骤：将复合材料层施加至模具，利用轮廓测定仪测量复合材料层的表面特征，形成复合材料层的三维表面图，以及判断复合材料层是否在其中具有脱离平面的波动。

技术方案1.一种在层合期间检查复合涡轮叶片翼梁帽的方法，包括：

将层施加至模具;

利用轮廓测定仪测量所述层的表面特征；以及

基于所测量的表面特征判断所述层是否在其中具有脱离平面的波动。

技术方案2.根据技术方案1所述的方法，其中，将层施加至模具的步骤包括施加纤维加强材料和/或核心材料。

技术方案3.根据技术方案1所述的方法，其中，将层施加至模具的步骤包括施加纤维树脂基质。

技术方案4.根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法还包括在确定无脱离平面的波动的情况下施加另外的层的步骤。

技术方案5.根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法还包括在确定了脱离平面的波动的情况下停止施加另外的层的步骤。

技术方案6.根据技术方案1所述的方法，其中，所述方法还包括在处理之后测量所述层的所述表面特征的步骤。

技术方案7.根据技术方案1所述的方法，其中，基于所测量的表面特征判断所述层是否在其中具有脱离平面的波动的步骤包括形成所述层的三维表面图。

技术方案8.根据技术方案1所述的方法，其中，利用轮廓测定仪测量所述层的表面特征的步骤包括利用具有大约0.01至大约0.06毫米的分辨率的轮廓测定仪测量所述层的所述表面特征。

技术方案9.根据技术方案1所述的方法，其中，将层施加至模具的步骤包括在自动或手动过程中施加所述层。

技术方案10.根据技术方案1所述的方法，其中，将层施加至模具的步骤包括将所述层施加至翼梁帽模具。

技术方案11.一种涡轮叶片轮廓检查系统，包括：

翼梁帽模具；

定位在所述翼梁帽模具周围的复合材料敷料器；以及

定位在翼梁帽模具周围的轮廓测定仪；

其中所述轮廓测定仪确定由所述复合材料敷料器施加至所述翼梁帽模具的各个层的厚度以便检测带有脱离平面的波动的层。

技术方案12.根据技术方案11所述的涡轮叶片轮廓检查系统，其中，各个层包括纤维加强材料和/或核心材料。

技术方案13.根据技术方案11所述的涡轮叶片轮廓检查系统，其中，各个层包括纤维树脂基质。

技术方案14.一种检查复合材料涡轮叶片构件的方法，包括：

将复合材料层施加至模具;

利用轮廓测定仪测量所述复合材料层的表面特征；

形成所述复合材料层的三维表面图；以及

判断所述复合材料层是否在其中具有脱离平面的波动。

技术方案15.根据技术方案14所述的方法，其中，将复合材料层施加至模具的步骤包括施加纤维加强材料和/或核心材料的复合材料层。

技术方案16.根据技术方案14所述的方法，还包括在所述层中确定无脱离平面的波动的情况下将另外的复合材料层施加至所述模具或在确定了脱离平面的波动的情况下停止施加另外的复合材料层的步骤。

技术方案17.根据技术方案14所述的方法，其中，利用轮廓测定仪测量所述复合材料层的表面特征的步骤包括利用具有大约0.01至大约0.06毫米的分辨率的轮廓测定仪测量所述复合材料层的所述表面特征。

技术方案18.根据技术方案14所述的方法，其中，将复合材料层施加至模具的步骤包括将复合材料层施加至翼梁帽模具。

技术方案19.根据技术方案14所述的方法，其中，将复合材料层施加至模具的步骤包括在自动或手动过程中施加所述复合材料层。

技术方案20.根据技术方案14所述的方法，还包括在处理之后测量所述复合材料层的所述表面特征的步骤。

在结合若干附图和所附权利要求阅读以下详细描述时，本申请和所得的专利的这些和其它特征与改进对于本领域的普通技术人员将变得显而易见。

附图说明

图1是示例性风力涡轮叶片的示意图。

图2是图1的风力涡轮叶片的一部分的侧剖视图。

图3是可如本文描述的风力涡轮叶片轮廓检查系统的示意图。

零件清单

100风力涡轮叶片

110末梢

120根部

130翼梁帽

140抗剪腹板

150第一壳

160第一壳前缘

170第一壳后缘

180吸力面

190第二壳

200第二壳前缘

210第二壳后缘

220压力面

230纤维加强材料

240核心材料

250缺陷

260层

270脱离平面的波动

280风力涡轮叶片轮廓检查系统

290轮廓测定仪

300模具

310复合材料敷料器。

具体实施方式

现在参照附图，其中相似的标号贯穿若干视图表示相似的元件，图1和图2示出了可如本文描述的风力涡轮叶片100的示例。风力涡轮叶片可从末梢110延伸至相对的根部120。在末梢110和根部120之间延伸的可为翼梁帽130和抗剪腹板140。抗剪腹板140可用作风力涡轮叶片100内的主要结构支撑元件。翼梁帽130可为延伸风力涡轮叶片100与抗剪腹板140对应的长度的复合部分，以便在使用时适应风力涡轮叶片100上的总体张力负载。风力涡轮叶片100和其构件可具有任何合适的大小、形状或构造。其它构件和其它构造也可在本文中使用。

风力涡轮叶片100可在一对壳中形成。例如，第一壳150可从第一壳前缘160延伸至第一壳后缘170且可限定吸力面180。第一壳150可结合至第二壳190。第二壳190可从第二壳前缘200延伸至第二壳后缘210且可限定压力面220。各个壳150、190可具有包括纤维加强材料230的区域和包括核心材料240的其它区域。纤维加强材料110可包括与复合树脂结合的e-玻璃纤维或碳纤维。其它潜在的复合材料包括石墨、硼、芳香族聚酰胺和可形成加强纤维的其它有机材料和混合纤维混合物。加强纤维可为连续丝簇、编织的或单向簇的形式。核心材料240可包括泡沫、轻木、工程核心材料和相似物。其它类型的材料可在本文中使用。

壳150、190可应用为纤维树脂基质的形式的多个薄层260。基质将纤维保持就位，且在施加的负载下变形并将应力分配至纤维。复合层260可形成为层状或夹层结构。层状结构包括结合在一起的复合材料的连续层。夹层结构可包括复合材料的层之间的低密度核心。任何数目的层260可在本文中使用。

相似地，风力涡轮叶片100的独立构件也在独立模具中制成。例如，翼梁帽130的层合可在翼梁帽模具300和相似物中完成。如上文所描述，任何数目的层260可以自动或手动方法施加以产生翼梁帽130和其它类型的构件。

一个或多个层260中的缺陷250可对构件(诸如翼梁帽130和相似物)的总体操作和寿命具有影响。缺陷250可包括例如在一个或多个层260中的脱离平面的波动270。如上文所描述，脱离平面的波动270可降低风力涡轮叶片100和其构件的总体负载承载能力且最终可导致在现场失效。

风力涡轮叶片100的构件因此可经由可如本文描述的风力涡轮叶片轮廓检查系统280检查。风力涡轮叶片轮廓检查系统280可为使用轮廓测定仪290的非破坏性测试的类型以精确地测量构件(诸如翼梁帽130)的层260的表面特征。轮廓测定仪290是带有高精度的用于测量表面上的高度变化的光学装置。从这些高度差异，可形成三维表面图。特别地，轮廓测定仪290可使用光的波动性质以在测试表面和参考表面之间比较光路。适合在本文中使用的轮廓测定仪的示例包括由加拿大温哥华的lmitechnologies在“gocator®”商标下提供的轮廓传感器。其它类型的三维传感器可在本文中使用。其它构件和其它构造可在本文中使用。

如图3中所示，风力涡轮叶片轮廓检查系统280可邻近模具300定位，模具用于构件(诸如翼梁帽130)经由复合材料敷料器310和相似物的层合。备选地，手动过程也可使用。轮廓测定仪290可邻近模具300定位。模具300因此用作用于轮廓测定仪290的参考表面。轮廓测定仪290可在层合过程期间施加时扫描各个层260且测量厚度上的改变。轮廓测定仪的分辨率可为大约0.01至大约0.06毫米以测量层片厚度的大约十分之一的移位。其它类型的分辨率可在本文中使用。轮廓测定仪290可检测层260中的脱离平面的波动270，且在这种波动可检测到时提供警报以便停止层合过程。除了层合位置之外，轮廓测定仪290在处理期间可关于层260定位以便确保层合过程之后也没有脱离平面的移位出现。

风力涡轮叶片轮廓检查系统280因此可在层合过程期间和/或在处理过程期间提供涡轮构件(诸如翼梁帽130)的快速和高效检查。系统280可在添加各个层260时监控变化和构件厚度。系统280因此可防止完全处理的涡轮叶片构件的昂贵废弃。此外，本文描述的强健系统280可导致降低的现场失效的风险。虽然风力涡轮叶片轮廓检查站280已经在风力涡轮构件(诸如翼梁帽130)的背景中论述，但其它类型的复合材料表面、结构和相似物也可在本文中检查。

应当清楚的是，前述内容仅涉及本申请和所得的专利的某些实施例。许多改变和修改可由本领域的普通技术人员在本文中作出而不脱离由以下权利要求和其等同物限定的本发明的大体精神和范围。