用于风轮机部件的模具的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体设及一种用于风轮机部件的模具，并且设及一种制造运样的模具的方 法。尤其但是非排他性地，本发明设及一种用于风轮机转子叶片的模具。
【背景技术】
[0002] 图1图示了典型风轮机转子叶片10的横截面。转子叶片10包括由第一半壳14和第 二半壳16装配的外壳12。半壳14、16是由玻璃纤维增强塑料(GRP)模制的层压结构。每个半 壳14、16包括内蒙皮20和外蒙皮18,内蒙皮20和外蒙皮18具有诸如纵向延伸的梁帽22(还被 称为横梁、承载结构、大梁等）的结构增强元件，该结构增强元件由布置在内蒙皮20和外蒙 皮18之间的碳纤维增强塑料(CFRP)的拉挤条形成。形成夹屯、板忍的泡沫板24通常填充结构 元件之间的间隙。
[0003] 半壳14、16在分离的模具半体25中进行模制，在图2的平面图中图示了其中一个实 例。一旦每个半壳14、16均已被模制，两个半壳14、16就通过使模具闭合被带到一起，并且半 壳14、16被结合到一起W形成完整的叶片10。
[0004] 为了形成半壳14、16,一个或多个外干型玻璃纤维布层被放置在模具半体25的模 具表面上。运些层稍后将形成叶片的外蒙皮18。包括梁帽22和泡沫板24的结构元件然后被 铺放在布上。然后，一个或多个内干型玻璃纤维布层被放置在结构元件上，运些将稍后形成 叶片的内蒙皮20。
[0005] 接着，用密封袋覆盖半壳14、16的元件，W形成包封所有元件的排空腔室。该腔室 被排空，并且液体树脂供应被连接到该腔室。树脂被引入模具半体25中并且注入所述元件 之间。
[0006] -旦注入树脂，组件就经历固化周期使树脂硬化，在此期间，模具组件25被加热。 组件25可由外部加热元件加热;或者另选地，加热元件可嵌入模具中W提供可加热模具。
[0007] 在运样的可加热模具中，公知的是提供热分布层。例如，US 3,387,333描述了布置 在加热元件与模具表面之间的金属层，使来自加热元件的热量在整个模具表面上均匀分布 W确保半壳的均匀加热。
[0008] 然而，半壳14、16包括由不同材料制成和/或具有不同厚度的不同元件，具有不同 的热容。尤其是，诸如梁帽22的含碳元件具有相对较高的热容，而其它元件(诸如碳元件之 间的泡沫板24)具有相对较低的热容。
[0009] 为了使树脂完全固化，模具25必须被加热直到半壳14、16的所有元件都已达到所 需的固化溫度T亂fc。该固化溫度是使树脂固化所需的溫度，并且通常介于约60°C和约120°C 之间。将了解到，具有高热容的梁帽22需要比具有低热容的泡沫板24更多的能量来达到固 化溫度。多余的热能因此供给至泡沫板24,导致当梁帽22上升至固化溫度时泡沫板24过热。 固化过程因此能效低。此外，在极端的情况下，泡沫板24可能超过最大安全暴露溫度T嚴:(约 120°C和约150°C之间），运可能损坏泡沫板24,并危及叶片10的结构完整性。
[0010] 该问题可W通过在模具25内提供多个加热控制区26而减轻至一定的程度，如图2 所示。每个加热控制区26均包括可W独立控制的加热元件，使得供给至一些加热控制区26 的热能比其它区的更多。因此，较高热容的区域可能比较低热容的区域供给更多的热量。然 而，独立控制每个加热控制区26所需的控制系统是昂贵的，并且加热控制区26的数量越多， 模具25的成本越高。加热控制区26的分辨率因此受限于成本，通常控制区26必须是几平方 米的面积。在实践中，单个控制区26必须因此支撑具有不同热容的几个元件。由此，使用加 热控制区26来完全消除多余的热量被供给至具有低热容的元件(诸如泡沫板24)的问题是 不切实际的。
[0011] 在此背景下，本发明的目的是提供一种用于风轮机部件的成本有效的模具，其解 决或减轻了上述问题。
【发明内容】
[0012] 根据第一方面，本发明设及一种用于风轮机部件的模具。所述部件包括具有不同 的相应热容的多个元件。所述模具包括：内模具层，所述内模具层限定用于支撑所述多个元 件的模具表面;加热装置，所述加热装置被配置在所述模具表面的下方；W及热分布层，所 述热分布层邻近所述加热装置。所述模具具有：构造成支撑所述风轮机部件的具有相对较 高热容的元件的一个或多个第一区域;构造成支撑所述风轮机部件的具有相对较低热容的 元件的一个或多个第二区域；W及限定在所述第一区域和所述第二区域之间的一个或多个 过渡区域。在所述模具的一个或多个过渡区域中所述热分布层被构造成增强在所述热分布 层内向所述模具的一个或多个第一区域的热传递。
[0013] 表述"所述风轮机部件的具有相对较高热容的元件"和"所述风轮机部件的具有相 对较低热容的元件"意指所述风轮机部件的具有相对较高热容的元件的热容高于所述风轮 机部件的具有相对较低热容的元件。
[0014] 如上所述，所述风轮机部件的具有相对较高热容的元件可W是例如由碳纤维拉挤 件形成的含碳元件(诸如梁帽）。所述具有相对较低热容的元件可W是泡沫元件，诸如泡沫 板。
[0015] 本发明提供了运样的模具，即：凭借接近所述热分布层，由所述加热装置提供的热 量被传导至所述热分布层。热量被传导至所述热分布层内，W促进所述模具的快速加热。此 夕h凭借所述热分布层在所述模具的一个或多个过渡区域中的构造，在所述模具内存在横 跨所述过渡区域流向所述第一区域的相对较高的净热流，如W下将描述的。
[0016] 具有所述相对较高热容的元件充当散热器，并且吸收比具有相对较低热容的元件 更多的热量。热量因此从具有相对较低热容的元件流向具有相对较高热容的元件，并且因 此从所述模具的所述第二区域流向所述模具的所述第一区域。在本发明的所述模具中，由 所述热分布层在所述模具的所述过渡区域中的构造促进该热流。
[0017] 在根据本发明的模具中，热量因此比在常规模具中更快速地流向由所述模具的所 述第一区域支撑的具有更大热容的元件。从而避免了具有较低热容的元件的过热，并且更 多的热量流向具有较高热容的元件(运里是最需要的）。所述风轮机部件因此在固化过程期 间经历更有效的加热，并且所述模具比常规模具需要更少的能量进行固化。
[0018] 当所述模具在使用中时，所述模具的所述过渡区域优选地位于所述风轮机部件的 具有相对较高热容的元件与所述风轮机部件的具有相对较低热容的元件之间的边界的下 方。
[0019] 优选地，相比于在所述模具的一个或多个第二区域中，所述热分布层在所述模具 的一个或多个过渡区域中具有更大的导热系数，和/或具有更大的厚度，和/或具有更高的 网格密度。
[0020] 在整个说明书中，网格层的网格密度取意为实体材料(与空的空间形成对照）占据 的网格层的比例，表达为分数或百分比。
[0021] 虽然在所述模具的所述过渡区域中的网格密度大于所述模具的所述第二区域中 的网格密度的实施方式中，热分布层是网格层，但是在例如导热系数和/或厚度变化的其它 实施方式中，不必如此，并且所述热分布层可W是实屯、层。然而，优选地，所述热分布层是网 格层，运在制造所述模具时利于整个模具的树脂注入，并且比实屯、层更便宜。将了解到，在 一些实施方式中，相比于在所述模具的一个或多个第二区域中，在所述模具的一个或多个 过渡区域中导热系数、厚度和/或网格密度的任何组合可能更大。
[0022] 在所述热分布层在所述过渡区域中的导热系数比在所述第二区域中更大的实施 方式中，更高的导热系数导致横跨所述热分布层在所述模具的所述过渡区域中朝向所述第 一区域的热流速率更大。在所述热分布层在所述过渡区域中的厚度和/或网格密度大于在 所述第二区域中的厚度和/或网格密度的实施方式中，所述热分布层的垂直于热流方向的 横截面面积在所述过渡区域中比在所述第二区域中更大。运种更大的横截面面积导致横跨 所述热分布层在所述过渡区域中朝向所述模具的所述第一区域的热流速率更大。
[0023] 由此，凭借所述热分布层在所述过渡区域中的构造，热量横跨所述过渡区域快速 进行传导，并且与具有均匀热分布层的常规模具比较，从所述第二区域流向所述第一区域 的热流得W增强。
[0024] 为了特别容易地进行制造，相比于在所述模具的一个或多个所述第二区域中，所 述热分布层在所述模具的一个或多个过渡区域中具有更大的导热系数，和/或具有更大的 厚度，和/或具有更高的网格密度。在运种情况下，在所述模具的一个或多个第一区域中W 及在所述模具的一个或多个过渡区域中，所述热分布层具有基本相同的导热系数，和/或具 有基本相同的厚度，和/或具有基本相同的网格密度。
[0025] 在特别优选的实施方式中，所述模具包括多个加热控制区，每个加热控制区均包 括能单独控制的加热装置，并且所述模具的第一区域、第二区域和过渡区域位于同一加热 控制区中。
[0026] 为了简单地控制所述热分布层的厚度，并且为了便于所述模具的制造过程，所述 热分布层可包括多个子层。尤其是，相比于所述模具的一个或多个第二区域中，所述热分布 层可在所述模具的一个或多个过渡区域中包括更多数量的子层。
[0027] 优选地，所述热分布层包括一个或多个网格层。W运种方式，树脂可W经由网格中 的开放空间在所述热分布层内和周围容易地扩散。
[0028] 所述热分布层可至少部分地由侣制成，W在相