用于将线缆安装于长形结构中的系统和方法与流程

用于将线缆安装于长形结构中的系统和方法


背景技术：

1.本公开的实施例大体上涉及一种用于线缆的安装的系统和方法，具体地，本公开涉及将线缆安装于长形结构中。更特别地，本公开涉及将线缆安装于风力叶片中以能够实现连接到设置于风力叶片的外表面上的感测子系统。
2.可以注意到，传感器需要安装于风力叶片的外表面上，以用于风力叶片的性能验证。这些传感器可能需要经由线缆与相关联的控制和测量系统通信。线缆设置于风力叶片的内腔中。传感器通过将设置于风力叶片的内腔中的线缆布线(route)到风力叶片的外部来连接到这些线缆。典型地，使设置于风力叶片的内腔中的线缆连接到外部传感器可以经由风力叶片表面中的检修孔/接近面板实现。检修孔/接近面板是风力叶片表面上的大孔，并且可能转而影响风力叶片的结构整体性。
3.还已提出在风力叶片的制造阶段期间使设置于风力叶片的内腔中的线缆连接到定位于风力叶片外部的传感器。在与检修孔/接近面板相比时，这可以促进在风力叶片表面上具有相对较小尺寸的孔。然而，在制造阶段期间将传感器定位于风力叶片外部可能不利地影响制造前置时间。此外，当风力叶片仍然在模具中时，将传感器定位于风力叶片外部并且将线缆布线到风力叶片的外部实际上也许是不可能的。
4.还已公开使用无线传感器而代替有线传感器。尽管无线传感器避免对于在风力叶片表面中制作孔的需要，但无线传感器可能昂贵并且要求足够持久的功率系统或潜在地复杂的能量收集系统。这些能量收集系统可能在可用功率方面具有严格限制以分别以足够的采样率持续地操作它们。因此，无线传感器可能有必要使用额外的功率源，诸如电力蓄电池。这些电力蓄电池可以仅在有限的时间段内供应所要求的功率。作为结果，可能需要频繁地更换电力蓄电池，由此将显著的成本强加于风力叶片的性能验证。此外，电力蓄电池的频繁更换导致风力涡轮停机时间。


技术实现要素：

5.根据本说明书的方面，公开了一种将线缆安装于长形结构中的方法，其中，线缆包括一个或多个线。该方法包括：a)使用护套来包封线缆的一个或多个线；b)将护套的一端耦合到柔性层；c)将柔性层设置于长形结构的内表面处的限定位置处；d)创建从与限定位置相对的长形结构的外表面延伸的接近路径；以及e)经由接近路径将柔性层、一个或多个线、以及护套中的至少一个从长形结构内部抽出。
6.所提出的布置提供容易从风力叶片的外表面接近线缆的优点。此外，所提出的系统和方法能够实现经由风力叶片的主体上的狭窄接近路径从外表面接近线缆。因而，避免需要大的检修孔或舱口以接近内部设置的线缆。
7.在优选实施例中，该方法包括将线缆沿着长形结构的内表面铺设。在另外的优选实施例中，该方法包括将线缆的保护层移除以显露一个或多个线。
8.在另一优选实施例中，该方法还包括继经由接近路径将一个或多个线抽出之后，经由保护管道对一个或多个线进行布线；以及使用至少一种密封剂来密封接近路径。
9.在又一优选实施例中，该方法还包括使用至少一个覆盖片来包裹护套。
10.在优选实施例中，使用至少一个覆盖片来包裹护套包括将至少一个覆盖片的至少第一部分设置于护套的至少区段之下。
11.在优选实施例中，将至少一个覆盖片的至少第一部分设置于护套的至少该区段下方包括使用粘附剂、带子以及胶粘剂中的至少一种来使至少一个覆盖片的第一部分粘附地耦合到长形结构的内表面。
12.在另一优选实施例中，使用至少一个覆盖片来包裹护套包括将至少一个覆盖片的第二部分折叠于护套的至少该区段上，其中，至少护套形成靠近限定位置的盘绕结构。
13.在又一优选实施例中，该方法还包括由限定位置确定长形结构的弧长和长形结构的弦长中的至少一个。
14.在又一优选实施例中，该方法还包括将护套的另一端夹持到长形结构的内表面。
15.在优选实施例中，步骤a)、b)以及c)在长形结构的制造期间执行，并且，步骤d)至e)在长形结构的制造之后执行。
16.根据本说明书的另一方面，提出了一种用于将线缆安装于长形结构中的系统。该系统包括包封线缆的一个或多个线的护套。此外，该系统包括耦合到护套的一端并且设置于长形结构的内表面处的限定位置处的柔性层。此外，该系统包括：第一工具，其构造成从与限定位置相对的长形结构的外表面创建接近路径；和第二工具，其构造成经由接近路径将柔性层、护套以及一个或多个线中的至少一个抽出于长形结构外部。
17.在优选实施例中，线缆包括光纤线缆和压力管中的至少一个。
18.在另一优选实施例中，柔性层是由尼龙层、聚乙烯层、聚氨酯层、聚丙烯层、棉层、玻璃层或金属织物层中的至少一种制成的织物。
19.在另一优选实施例中，该系统还包括构造成包裹护套的至少一个覆盖片。
20.在优选实施例中，长形结构是风力叶片、管线、结构管或飞行器机翼中的至少一个。
21.在优选实施例中，护套是芳族聚酰胺编织管、基于聚合物的管或基于玻璃纤维的管中的至少一个。
22.在另一优选实施例中，第一工具包括螺钉、铣削工具或钻孔工具中的至少一个。
23.在另一优选实施例中，第二工具包括钩、一把细钳子、夹钳、抓取工具或内窥镜中的至少一个。
附图说明
24.当参考附图而阅读以下的详细描述时，本公开的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，在附图中，贯穿附图，同样的字符表示同样的部分，其中：图1是具有安装的线缆的风力叶片的图解性表示；图2是将线缆安装于风力叶片中的方法的流程图表示；图3-4是如至少在图2的步骤中描述的沿着风力叶片的内表面设置的线缆的不同实施例的图解性表示；图5是如至少在图2的步骤中描述的耦合到柔性层的护套的一端的图解性表示；图6-8是如至少在图2的步骤中描述的设置于至少护套周围的覆盖片的不同实施
例的图解性表示；图9是确定自风力叶片的内表面处的限定位置的距离和角度的实施例的图解性表示；图10是用于在图2的步骤中使用的与限定位置相对的接近点的确定的实施例的图解性表示；图11是如至少在图2的步骤中描述的经由风力叶片表面接近的一个实施例的图解性表示；图12-14是如至少在图2的步骤中描述的线缆的抽出的图解性表示；图15是如至少在图2的步骤中描述的保护管道的插入的图解性表示；以及图16是如图2的步骤中所描述的密封风力叶片上的接近路径的图解性表示。
具体实施方式
25.除非另外定义，否则本文中所使用的技术用语和科学用语具有如本说明书所属领域中的普通技术人员普遍地理解的相同含义。如本文中所使用的，用语“第一”、“第二”等不指代任何顺序、量或重要性，而是用于将元件从彼此区分开。并且，用语“一”和“一个”不指代量的限制，而是指代所引用的项目中的至少一个的存在。本文中的“包括”、“包含”或“具有”及其变型的使用旨在包含其后列出的项目及其等同体以及额外的项目。用语“连接”和“耦合”不局限于物理或机械连接或耦合，并且能够包括电连接或耦合，不论是直接的还是间接的。此外，用语“电路”和“电路系统”以及“控制单元”可以包括单个部件或多个部件，其是有源的和/或无源的，并且连接或以其它方式耦合在一起，以提供所描述的功能。另外，如本文中所使用的用语可操作地耦合包括有线耦合、无线耦合、电耦合、磁耦合、无线电通信、基于软件的通信或其组合。
26.如将在下文中详细地描述的，公开了用于将线缆安装于长形结构中的方法和系统的各种实施例，其中，长形结构限定包封腔。具体地，公开了一种用于在制造诸如风力叶片之类的长形结构的整个结构之前和继此之后将线缆安装于长形结构中的方法和系统的各种实施例。线缆可以在制造风力叶片之前铺设于风力叶片中。此外，可以继制造风力叶片之后，并且，在一个实施例中，继将风力叶片安装于塔架上之后，将线缆抽出于风力叶片外部。尽管本说明书描述了将线缆安装于诸如风力叶片之类的长形结构中，但如本说明书中所描述的实施例也可以适用于其它长形结构，诸如但不限于飞行器机翼、其它长形复合结构、长管线、结构管以及长形金属结构。
27.图1是根据本说明书的实施例的具有线缆104的风力叶片102的图解性表示100。在图1的示例中，风力叶片102是限定包封腔106的长形结构。线缆104放置于包封腔106中。在一个实施例中，在制造风力叶片102期间，线缆104放置于包封腔106中。具体地，在将风力叶片102的逆风壳和顺风壳结合之前，线缆104沿着风力叶片102的内表面107放置。如将意识到的，风力叶片的最终结构可以通过将逆风壳和顺风壳结合来形成。在一个示例中，内表面107沿着风力叶片102的后缘的内侧。
28.此外，线缆104的一端可以耦合到连接盒108。连接盒108继而可以耦合到控制子系统(未在图1中示出)。在一个实施例中，连接盒108可以设置于毂、机舱或风力涡轮塔架中的至少一个中。连接盒108可以提供用于线缆的连接的点。在一个实施例中，连接盒108可以包
括模拟到数字转换器。在另一实施例中，连接盒108包括光纤询问器。在一个实施例中，连接盒108可以是数据采集单元。
29.根据本说明书的方面，线缆104的至少部分可以抽出于风力叶片102外部。在一个示例中，可以在制造风力叶片102之后，具体地在使风力叶片102的逆风壳和顺风壳封闭之后，将线缆104的部分抽出于风力叶片102外部。在一个示例中，可以继将风力叶片102安装于塔架上之后，将线缆104抽出于风力叶片102外部。此外，线缆104的抽出端可以耦合到感测子系统112。感测子系统112可以设置于风力叶片102的外表面上。感测子系统112可以包括传感器，诸如但不限于压力传感器、相机、热膜传感器、热线传感器、壁剪切传感器、基于mems(微机电系统)的传感器、lidar(光检测和测距)传感器、距离传感器等。关于以下的附图描述将线缆104安装于风力叶片102中的方法。
30.现在参考图2，提出了将线缆安装于风力叶片中的方法的流程图表示200。如上文中所注意到的，在制造风力叶片102期间，线缆104沿着风力叶片102的内表面107设置。具体地，在将风力叶片102的逆风壳和顺风壳结合之前，设置线缆104。随后，在制造风力叶片102之后，具体地在使风力叶片102的逆风壳和顺风壳封闭之后，线缆104抽出于风力叶片102外部。一旦线缆104抽出于风力叶片102外部，线缆104就可以耦合到感测子系统112。线缆104可以包括一个或多个线。一个或多个线可以典型地使用外部保护层(诸如，橡胶层)来覆盖。在一个实施例中，线缆104是光纤线缆。在又一实施例中，线缆104可以是压力管或束。
31.在步骤202处，线缆104的一个或多个线可以使用护套(诸如，编织纤维管、导管、外壳或覆盖物)来包封。在一个示例中，护套可以包括中空的基于聚合物的圆柱形结构。在制造风力叶片102期间，线缆104的区段的外部保护层可以被移除。因此，线缆104的一个或多个线的确定的长度可以显露。显露的一个或多个线可以进一步完全地包封于护套中。此外，护套的部分延伸超过一个或多个线的长度。因此，护套的一部分可以包括一个或多个线。此外，护套的另一部分可以未被填充。该部分可以被称为未被填充的护套。具体地，未被填充的护套不包括一个或多个线。
32.此外，在步骤204处，护套的一端耦合到柔性层。具体地，未被填充的护套的一端可以耦合到柔性层。柔性层可以是由尼龙层、聚乙烯层、聚氨酯层、聚丙烯层、硅层、棉层、玻璃层、金属织物层或其它织物层中的至少一种制成的织物。
33.在步骤206处，柔性层设置于长形结构的内表面处的限定位置处。可以在制造风力叶片102时，具体地在将风力叶片的逆风壳和顺风壳结合之前，执行步骤202-206。
34.随后，在步骤208处，使用第一工具来创建从与限定位置相对的长形结构的外表面延伸的接近路径。具体地，在一个示例中，在步骤208处，第一工具用于从与限定位置相对的长形结构的外表面接近长形结构的内表面，由此形成接近路径。当长形结构是风力叶片时，第一工具从风力叶片102的外表面进入风力叶片102的内表面107。具体地，第一工具在限定位置处进入内表面107。如上文中所注意到的，柔性层设置于限定位置处。在该示例中，第一工具可以是钻孔工具。
35.此外，在步骤210处，柔性层、一个或多个线、以及护套中的至少一个使用第二工具来经由接近路径抽出于长形结构外部。具体地，柔性层、一个或多个线、以及护套中的至少一个可以从风力叶片102的包封腔106拉出。在一个示例中，柔性层可以使用第二工具来拉出。作为将柔性层拉出的结果，护套和一个或多个线也从风力叶片102的包封腔106拉出。
36.继制造风力叶片102之后，执行步骤208和步骤210。具体地，继使风力叶片的逆风壳和顺风壳102封闭之后，执行步骤208和步骤210。在一个实施例中，可以继将风力叶片102安装于风力塔架上之后，执行步骤208和步骤210。
37.可以关于图3-16而更详细地解释图2的步骤202-210。具体地，图3-10描述了如图2的步骤202-206中所公开的在将风力叶片102的逆风壳和顺风壳结合之前将线缆预安装于风力叶片102内部。更具体地，图3-10描述了在制造风力叶片102期间将线缆预安装于风力叶片102内部。如本文中所使用的用语
‘
在制造期间’指当风力叶片的顺风壳和逆风壳开放并且风力叶片的内表面可容易接近时的阶段。
38.此外，图11-16描述了如下的过程：如图2的步骤208-210中所公开的，在制造风力叶片102之后，将线缆104从风力叶片102的内表面抽出于风力叶片102外部。如本文中所使用的用语
‘
在制造之后’指当风力叶片的顺风壳和逆风壳被封闭以形成包封腔时的阶段。在一个示例中，
‘
在制造之后’可以是当风力叶片安装于塔架上时的阶段。在该阶段期间，存在对于风力叶片的内表面的有限的接近。
39.图3-4是如至少在图2的步骤中描述的沿着风力叶片的内表面设置的线缆的不同实施例的图解性表示。具体地，图3表示具有线缆104的风力叶片102的横截面视图300。线缆104沿着风力叶片102的内表面107设置。
40.线缆104可以包括使用外部保护层306(诸如，橡胶层)来覆盖的一个或多个线308。外部保护层306可以被移除以显露一个或多个线308的确定的长度。在一个示例中，线缆104是光纤线缆。在光纤线缆中，一个或多个线308可以是光纤。
41.图4是沿着风力叶片的内表面设置的线缆的图解性表示400。图4具体地表示使用护套404来包封的一个或多个显露的线，诸如图3的线308。在一个实施例中，护套404是芳族聚酰胺编织管。在另一实施例中，护套404包括基于聚合物的管、玻璃管、芳族聚酰胺管或金属纤维基管中的至少一种。在一个实施例中，护套可以部分地是金属编织物。
42.护套404包括三个区段。护套404的第一区段在点406与点408之间延伸。护套404的第二区段在点408与点410之间延伸。护套404的第一区段是空的，并且不包括一个或多个线。护套404的第二区段包括被包封在护套404中的一个或多个线。另外，护套404的第三区段414贴合地覆盖线缆104的部分。此外，夹持件416帮助将护套404的第三区段414与外部保护层306一起夹持到风力叶片102的内表面107。因此，护套404被牢固地夹持到风力叶片102。
43.此外，在图4的示例中，护套404的部分采取盘绕形式。护套404的该部分被称为盘绕结构412。在另一实施例中，护套404的该部分可以不以盘绕形式。
44.图5是如至少在图2的步骤中描述的耦合到柔性层的护套的一端的图解性表示500。护套404的点410耦合到柔性层504。在一个示例中，护套404的点410使用胶粘剂/粘附剂来耦合到柔性层504。因此，护套404和柔性层504固定地耦合到彼此。
45.柔性层504是柔性抗撕裂层。在一个实施例中，柔性层504是由尼龙层、聚乙烯层、聚氨酯层、聚丙烯层、硅层、棉层、玻璃层或金属织物层中的至少一种制成的织物。在图5的示例中，柔性层504在形状上为圆形的。在另一实施例中，柔性层504可以属于任何其它形状和尺寸。
46.图6-8是如至少在图2的步骤中描述的设置于至少护套上及其周围的覆盖片的不
同实施例的图解性表示。具体地，图6是设置于护套下方的覆盖片的图解性表示600。更具体地，覆盖片602放置于护套404的区段与风力叶片102的内表面107之间，并且物理地接触风力叶片102的内表面107。
47.在图6的示例中，覆盖片602包括第一部分604和第二部分606。覆盖片602的第一部分604放置成邻近护套的区段。具体地，覆盖片602的第一部分604放置成邻近护套404的盘绕结构412。覆盖片602的第二部分606设置成远离护套404。在一个示例中，覆盖片602可以由聚合物制成。在一个具体示例中，覆盖片602可以是塑料垫。
48.在一个实施例中，覆盖片602不与柔性层504重叠。在这样的实施例中，覆盖片602包括开口608，使得开口608接纳柔性层504。具体地，开口608以使得覆盖片602设置成邻近柔性层504的周界的方式设计。在另一实施例中，柔性层可以由覆盖片包封。
49.图7是覆盖片的耦合的图解性表示700。覆盖片602使用双面带子702来耦合到风力叶片102的内表面107。当覆盖片602耦合到内表面107时，覆盖片602优选地维持于直的且无褶皱的位置中。此外，柔性层504的周界区域使用双面带子704来耦合到覆盖片602。因此，柔性层504设置于限定位置706处。在一个示例中，可以代替双面带子702、704而采用胶粘剂或粘附剂。
50.随后，如图8中所描绘的，覆盖片602的第二部分606折叠于覆盖片602的第一部分604上。因此，覆盖片602包裹于盘绕结构412上。因此，护套404的盘绕结构412被密闭地包封在覆盖片602中。覆盖片602帮助在风力叶片的逆风壳和顺风壳的封闭过程期间保护盘绕结构412。如将意识到的，在将风力叶片的逆风壳和顺风壳结合时，风力叶片102的内表面107可能暴露于胶粘剂。因此，如果盘绕结构412未被包封在覆盖片602中，则盘绕结构412可能会不期望地胶粘到风力叶片102的内表面107。
51.图9是确定自风力叶片的内表面上的限定位置的距离和角度的实施例的图解性表示900。自限定位置的距离和角度的确定帮助在使风力叶片的逆风壳和顺风壳封闭之后将接近点定位于风力叶片的外表面1004(如在图10中示出)上以用于接近柔性层504。在图9的示例中，风力叶片的弧长和风力叶片的弦长中的至少一个分别由限定位置706确定。在一个示例中，风力叶片的弧长和风力叶片的弦长使用模板(诸如但不限于测量带子、丝线或棒)来确定。一旦弧长和弦长中的至少一个被确定，它就被记载以供将来参考。
52.在图9的示例中，从限定位置到风力叶片的后缘904上的点的弦长902被确定。后缘904上的该点被称为跨度位置906。此外，形成于后缘904与在限定位置706与跨度位置906之间绘制的线910之间的后缘角908被确定。此外，标记物可以放在模具凸缘上以识别跨度位置906。在一个实施例中，标记物至少部分地在过量的层压件的一部分上延伸。在一个示例中，标记物包括热胶粘剂凸块和遮蔽带子中的至少一个。在另一实施例中，代替弦长，风力叶片102的弧长由限定位置706确定。在该实施例中，可以采用模板(诸如，丝线)来测量从限定位置706到跨度位置906的弧长。
53.图10是用于在图2的步骤中使用的与限定位置相对的接近点的确定的实施例的图解性表示1000。图10是图解性表示900的具体地在沿方向912察看时的另一视图。如上文中所注意到的，弦长902和后缘角908被确定并记载。此外，跨度位置906使用标记物来指示。在另一实施例中，跨度位置906基于距参考位置的距离而指示，其中，参考位置可以是叶片根部或来自对开式模具的联结的叶片的联结面。在图10的示例中，从风力叶片102的后缘上的
跨度位置906，在风力叶片102的外表面1004上标绘后缘角908和所确定的弦长902。因此，在外表面1004上获得接近点1002。接近点1002与限定位置706相对。
54.图11是如至少在图2的步骤中描述的经由风力叶片表面接近的一个实施例的图解性表示1100。一旦如关于图10描述的确定接近点1002，就使用第一工具1102来从风力叶片的外表面1004接近风力叶片的内表面107，由此形成接近路径。在一个示例中，第一工具1102是钻孔工具。
55.在另一示例中，第一工具可以是螺钉或铣削工具。可以注意到，在第一工具1102的末梢1104撞击柔性层504时，操作第一工具1102的工程师可以停止进一步使用第一工具1102接近。
56.图12-14是如至少在图2的步骤中描述的线缆的抽出的图解性表示。具体地，图12是使用第二工具1204来将柔性层504抽出的图解性表示1200。第二工具1204可以经由接近路径1202被引入。第二工具1204包括钩、一把细钳子、夹钳、抓取工具以及内窥镜中的至少一个。随后，第二工具1204将柔性层504握紧。此外，第二工具1204被向外拉动，由此如图13中所描绘的那样经由接近路径1202将柔性层504拉出。如图14中所描绘的，护套404与柔性层504一起经由接近路径1202被拉出。护套404被拉动通过接近路径1202，直到护套404在风力叶片的外部，在风力叶片的外部，护套404被展开。一旦护套404被拉出，柔性层504就被移除。一个或多个线(诸如，线308)也与护套404一起被拉出。一旦一个或多个线308被拉出，一个或多个线308的护套404覆盖物就从自接近点1002延伸到风力叶片外部的线308的至少部分移除。
57.在其中柔性层由覆盖片包封的另一实施例中，第二工具可以将覆盖片握紧。此外，覆盖片可以通过接近路径被拉出。作为结果，覆盖片可以容易伸展以允许柔性层和线缆也与覆盖片一起穿过接近路径。护套也与柔性层一起经由接近路径被拉出。
58.图15是如至少在图2的步骤中描述的保护管道的插入的图解性表示1500。继将一个或多个线308拉出之后，一个或多个线308经由保护管道1502布线。此外，保护管道1502沿着一个或多个线308被推动，直到保护管道1502经由接近路径1202进入风力叶片的包封腔(诸如，包封腔106)为止。在接近路径1202处使用保护管道1502帮助减小靠近接近路径1202的区周围的一个或多个线308上的应力。此外，在接近路径1202处使用保护管道1502帮助保持一个或多个线308的最小曲率半径。保护管道1502可以由弹性材料、尼龙、聚氨酯等制成。在一个示例中，保护管道1502包括弯曲管道。具体地，在一个示例中，保护管道1502可以是l状管道、u状管道等。
59.图16是密封如图2的步骤中所描述的风力叶片上的接近路径的图解性表示1600。继保护管道1502的插入之后，接近路径1202可以使用密封剂1602来密封。在使用密封剂1602来密封接近路径1202时，保护管道1502也可以被牢固地固定。在一个示例中，密封剂1602可以是胶粘剂。在另一实施例中，密封剂1602可以是预制橡胶插入件。在一个实施例中，接近路径1202可以不被密封。
60.此外，连接器1604可以耦合到所抽出的一个或多个线308的端部。随后，传感器可以耦合到连接器1604。在一个实施例中，这些传感器可以设置于风力叶片的外表面1004上。
61.根据本文中所讨论的实施例，公开了一种将线缆安装于诸如风力叶片之类的长形结构中的系统和方法。随后，传感器可以耦合到安装的线缆。所提出的线缆在风力叶片内部
的布置帮助容易从风力叶片的外表面接近线缆。此外，所提出的系统和方法能够实现从外表面经由风力叶片的主体上的狭窄接近路径接近线缆。因而，避免需要大的检修孔或舱口以接近内部设置的线缆。尽管所提出的系统和方法已关于将线缆安装于风力叶片中而描述，但该系统和方法可以在线缆安装于其它包封长形结构(诸如但不限于长管线、飞行器机翼、结构管等)中时得到应用。
62.虽然已参考示例性实施例而描述本发明，但本领域技术人员将理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以作出各种改变，并且，等同体可以替代其元件。另外，在不脱离本发明的基本范围的情况下，可以作出许多修改以使特定情形或材料适于本发明的教导。