用于连接两个风力涡轮机叶片部分、制造风力涡轮机以及连接两个模制部分的方法

摘要

一种用于连接两个风力涡轮机叶片部分（12、13）的方法，所述方法包括以下步骤：a）提供（S1）第一风力涡轮机叶片部分（12）和第二风力涡轮机叶片部分（13），b）在第一叶片部分（12）上提供（S2）多个第一标记（20）并且在第二叶片部分（13）上提供多个第二标记（22），c）确定（S4）所述第一标记（20）和所述第二标记（22）的目标位置，d）将风力涡轮机叶片部分（12、13）彼此对准（S6）并且将所述第一标记（20）和所述第二标记（21）的实际位置与所述目标位置进行比较，以及e）将所述风力涡轮机叶片部分（12、13）连接在一起。因此，可以提高风力涡轮机叶片（5）的形状精度。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于连接两个风力涡轮机叶片部分的方法、一种用于制造风力涡轮机的方法以及一种用于连接两个模制部分的方法。

背景技术

现代风力涡轮机转子叶片由纤维增强塑料制成。转子叶片通常包括具有圆形前缘和尖锐后缘的翼型件。转子叶片以其叶片根部连接到风力涡轮机的毂。此外，转子叶片借助于变桨轴承连接到毂，变桨轴承允许转子叶片的变桨运动。长的转子叶片经受高的风力，并因此承受重的载荷。

转子叶片可以由彼此连接的两个半壳制成。随着转子叶片变得更长，制造沿着叶片的纵向轴线（即，纵向段）分成两个或更多个段的转子叶片可能是有利的。这种叶片段也称为翼展方向段。此外，这种翼展方向段可以单独铸造，并在铸造后连接在一起。EP 2 432972 B1示出了一种用于装配风力涡轮机叶片的翼展方向段的方法。

连接叶片的这种翼展方向段是一项具有挑战性的任务，因为这些段可能来自不同的模具。可能重要的是，叶片尖端相对于叶片根部正确放置，并且叶片的扭转如设计和预期的那样。如果不是这种情况，则例如在能量产生期间，整个叶片的载荷可能改变。这可能导致故障。例如，叶片可能撞击塔架。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种用于连接两个风力涡轮机叶片部分的改进方法。

因此，提供了一种用于连接两个风力涡轮机叶片部分的方法。该方法包括以下步骤：a）提供第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分，b）在第一叶片部分上提供多个第一标记，并在第二叶片部分上提供多个第二标记，c）确定第一标记和第二标记的目标位置，d）使风力涡轮机叶片部分彼此对准，并将第一标记和第二标记的实际位置与目标位置进行比较，以及e）将风力涡轮机叶片部分连接在一起。

因此，可以提高风力涡轮机叶片的形状精度。例如，两个、三个或更多个叶片部分可以连接在一起。特别地，每个叶片部分包括相对布置并彼此连接的两个叶片壳体。在叶片部分上提供标记意味着设置标记。设置标记可以意味着将物理标记连接到叶片部分、在叶片部分上创建物理标记或者将数字标记分配给叶片部分。对准意味着移动叶片部分中的一个或两个，直到叶片部分如预期的那样匹配。

特别地，第一叶片部分包括外表面，在该外表面处设置有第一标记。优选地，第二叶片部分包括外表面，在该外表面处设置有第二标记。特别地，第一标记和第二标记沿着叶片的纵向方向布置。例如，在步骤b）中提供至少三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个第一标记。特别地，在步骤b）中提供至少三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个第二标记。优选地，当风力涡轮机叶片部分彼此对准时，风力涡轮机叶片部分在叶片的纵向方向上并排。

根据实施例，第一风力涡轮机叶片部分借助于第一模具模制，并且第二风力涡轮机叶片部分借助于第二模具模制。

特别地，第一叶片部分和第二叶片部分是铸造的。借助于至少两个模具模制叶片的优点在于，可以制造更长的叶片。优选地，第一模具是多部件模具，特别是两部件模具，和/或第二模具是多部件模具，特别是两部件模具。这具有这样的优点，即在模制之后可以接近叶片部分，而不必从承载模具的模具的下部部分移除叶片部分。优选地，第一模具包括具有第一叶片部分的负形状的中空空间，和/或第二模具包括具有第二叶片部分的负形状的中空空间。

根据另一个实施例，当第一风力涡轮机叶片部分在第一模具中和/或第二风力涡轮机叶片部分在第二模具中时，执行步骤b）。

这具有的优点是，第一叶片部分和/或第二叶片部分是基本上无应力的，并且因此是未变形的。优选地，在模制期间或之后执行步骤b）。例如，当执行步骤b）时，第一叶片部分位于第一模具中和/或第二叶片部分位于第二模具中。因此，提供了在相应的叶片部分和相应的模具之间的大接触表面。

根据另一个实施例，在步骤b）期间或紧接着步骤b）之后确定第一标记和第二标记的初始位置。

优选地，测量并记录初始位置。因此，即使在处理或操作叶片部分之后，也可以再现叶片部分的理想形状。

根据另一个实施例，借助于第一标记和第二标记的初始位置来确定标记的目标位置。

优选地，将第一标记相对于彼此的初始位置设置为第一标记的目标位置。特别地，将第二标记相对于彼此的初始位置设置为第二标记的目标位置。

根据另一个实施例，通过设定第一标记的初始位置相对于第二标记的初始位置之间的关系来确定第一标记和第二标记的目标位置。

替代性地或附加地，借助于计算机生成的位置来确定目标位置。例如，初始位置可以与标记的计算机生成的位置组合，以用于获得第一标记和第二标记的目标位置。

根据另一个实施例，在步骤d）期间，借助于检测装置检测第一标记和/或第二标记的实际位置。

这具有可以控制精确对准的优点。优选地，检测装置包括传感器，特别是多个传感器，和/或摄像机，特别是多个摄像机。

根据另一个实施例，借助于数字图像相关来执行步骤d）。

数字图像相关和跟踪是一种光学方法，其采用跟踪和图像配准技术来对图像变化进行精确的2D和3D测量。该方法可以用于测量全场位移和应变。与应变仪和引伸计相比，由于能够使用数字图像相关提供例如局部和平均数据两者，所以增加了在机械测试期间收集的关于变形的精细细节的信息量。这具有可以执行实时测量和对准的优点。

根据另一个实施例，借助于承载装置来执行步骤d），该承载装置构造成使第一风力涡轮机叶片部分相对于第二风力涡轮机叶片部分在至少3、4、5或6个自由度上移动。

该承载装置可以包括第一支撑结构，特别是第一台车或叉架，其被构造成在一个接触表面处支撑第一叶片部分，以及第二支撑结构，特别是第二台车或叉架，其被构造成在另一接触表面处支撑第一叶片部分。例如，第一支撑结构和第二支撑结构构造成当支撑第一叶片部分时在叶片的纵向方向上相对于彼此移动。特别地，第二叶片部分是固定的。

优选地，承载装置构造成在叶片的纵向方向和/或在高度方向和/或在垂直于纵向方向的侧面方向上移动第一叶片部分。优选地，承载装置构造成围绕纵向方向和/或高度方向和/或侧面方向旋转或倾斜第一叶片部分。

特别地，第一支撑结构和第二支撑结构包括用于提升叶片部分的提升系统。例如，第一支撑结构和第二支撑结构包括用于倾斜和/或扭转叶片部分的倾斜系统。优选地，提供三个、四个、五个、六个或更多个支撑结构，特别是台车或叉架，用于支撑第一叶片部分。

根据另一个实施例，所述承载装置被构造成使所述第二风力涡轮机叶片部分相对于所述第一风力涡轮机叶片部分在至少3、4、5或6个自由度上移动。

承载装置可以包括第三支撑结构，特别是第三台车或叉架，其被构造成在一个接触表面处支撑第二叶片部分，以及第四支撑结构，特别是第四台车或叉架，其被构造成在另一接触表面处支撑第二叶片部分。例如，第三支撑结构和第四支撑结构被构造成当支撑第二叶片部分时在叶片的纵向方向上相对于彼此移动。

特别地，第三支撑结构和第四支撑结构包括用于提升第二叶片部分的提升系统。例如，第三支撑结构和第四支撑结构包括用于倾斜和/或扭转第二叶片部分的倾斜系统。优选地，提供三个、四个、五个、六个或更多个支撑结构，特别是台车或叉架，用于支撑第二叶片部分。

根据另一个实施例，在步骤d）和/或e）中，第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分的前缘面向下或向上。

因此，改进了在步骤d）和/或e）期间对叶片部分的处理。

根据另一个实施例，第一标记和第二标记是数字生成的点和/或具体地设置在相应的风力涡轮机叶片部分上。

数字生成的点具有这样的优点，即可以例如自动地执行对这些点的设置。具体设置的标记（即，物理标记）具有这样的优点，即这些点在没有设备的情况下是可见的。

根据另一个实施例，第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分是风力涡轮机叶片的纵向段。

这意味着，当叶片完成时，各段沿着叶片的纵向轴线一个接一个地布置。特别地，风力涡轮机叶片部分的连接表面与风力涡轮机叶片的纵向轴线之间的角度为至少45°、特别地为90°。

此外，提供了一种用于制造风力涡轮机的方法。该方法包括以下步骤：a2）根据用于连接两个风力涡轮机叶片部分的这种方法连接两个风力涡轮机叶片部分，从而提供风力涡轮机叶片，以及b2）将风力涡轮机叶片连接到风力涡轮机的毂。

因此，可以提供一种具有长的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。优选地，该方法还包括以下步骤：提供风力涡轮机的塔架、机舱和毂。

风力涡轮机目前指的是将风的动能转换成旋转能的装置，旋转能可以再次由该装置转换成电能。

此外，提供了一种用于连接两个模制部分的方法。该方法包括以下步骤：a3）借助于第一模具模制第一部分，并且借助于第二模具模制第二部分，b3）当第一部分在第一模具中时，在第一部分上提供第一标记，并且当第二部分在第二模具中时，在第二部分上提供第二标记，以及c3）借助于第一标记和第二标记将第一部分和第二部分连接在一起。

这具有的优点是，当提供标记时，第一部分和第二部分是基本上无应力的，因此是不变形的。因此，可以提高两个连接部分的形状精度。第一部分和第二部分可以借助于铸造来模制。

在第一部分上提供标记意味着设置标记。优选地，在步骤b3）期间，第一部分位于第一模具中和/或第二部分位于第二模具中。因此，提供了在相应部分和相应模具之间的大接触表面。优选地，第一部分和第二部分被连接以形成部件。该部件例如可以是风力涡轮机叶片或任何其它部件。

优选地，第一模具是多部件模具，特别是两部件模具，和/或第二模具是多部件模具，特别是两部件模具。优选地，第一模具包括具有第一部分的负形状的中空空间，和/或第二模具包括具有第二部分的负形状的中空空间。

参考用于制造本发明的风力涡轮机叶片的方法所描述的实施例和特征在必要的修改后应用于本发明的用于连接两个模制部分的方法，并且反之亦然。

本发明的进一步可能的实现或替代方案还包括本文没有明确提及的上文或下文关于实施例描述的特征的组合。本领域技术人员还可以将单独的或孤立的方面和特征添加到本发明的最基本形式中。

附图说明

本发明的其它实施例、特征和优点将从结合附图考虑的随后描述和从属权利要求中变得显而易见，在附图中：

图1示出了根据一个实施例的风力涡轮机的透视图；

图2示出了根据图1的风力涡轮机的风力涡轮机叶片的透视图；

图3示出了均位于模具中的第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分的透视图；

图4示出了由承载装置承载的第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分的透视图；

图5示出了承载装置的支撑结构的透视图；

图6示出了支撑结构的示意性侧视图；

图7示出了当第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分彼此对准时的第一风力涡轮机叶片部分和第二风力涡轮机叶片部分的透视图；

图8示出了用于连接两个风力涡轮机叶片部分的方法的框图；

图9示出了用于制造风力涡轮机的方法的框图；以及

图10示出了用于连接两个模制部分的方法的框图。

在附图中，除非另有说明，否则相同的附图标记表示相同或功能上等同的元件。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机1。风力涡轮机1包括转子2，转子2连接到布置在机舱3内的发电机（未示出）。机舱3被布置在风力涡轮机1的塔架4的上端。

转子2包括三个叶片5（即，风力涡轮机叶片）。叶片5连接到风力涡轮机1的毂6。这种类型的转子2可以具有在例如30米至300米或甚至更大范围内的直径。叶片5承受高的风载荷。同时，叶片5需要是轻质的。出于这些原因，现代风力涡轮机1中的叶片5由纤维增强复合材料制成，例如借助于铸造。通常使用呈单向纤维毡形式的玻璃或碳纤维。这种叶片5还可以包括木材和其它增强材料。

图2示出了叶片5。叶片5包括空气动力学设计的部分7和用于将叶片5连接到毂6的叶片根部8，该空气动力学设计的部分7成形为最佳地利用风能。此外，叶片5包括背向叶片根部8的叶片尖端9。叶片5在纵向方向L上延伸，该纵向方向L从叶片根部8指向叶片尖端9。叶片5具有长度M，该长度例如可以在15m至100m之间或甚至更大。风力涡轮机叶片5包括前缘10和后缘11。

图3示出了叶片部分12（也被称为第一叶片部分）和叶片部分13（也被称为第二叶片部分）的透视图。叶片部分12包括叶片尖端9，并且叶片部分13包括叶片根部8。此外，叶片部分12包括连接表面23，并且叶片部分13包括连接表面24。叶片部分12、13被构造成在连接表面23、24处连接在一起。例如，连接表面23、24基本上垂直于纵向方向L延伸。叶片部分12、13是叶片5的纵向段（例如，见图2）。

借助于模具14（也称为第一模具）铸造叶片部分12，并且借助于模具15（也称为第二模具）铸造叶片部分13。优选地，模具14是包括下模具部分16和上模具部分（未示出）的多部件模具。例如，如图3中所示，可以在模制叶片部分12之后移除上模具部分。优选地，模具15是包括下模具部分17和上模具部分（未示出）的多部件模具。

这具有这样的优点，即在模制之后可以接近叶片部分12、13，而无需将叶片部分12、13从下模具部分16、17移除。优选地，模具14包括中空空间18，该中空空间18具有叶片部分12的负形状（negative form）。特别地，模具15包括中空空间（未示出），该中空空间具有叶片部分13的负形状。

如图3中所示，叶片部分12的外表面19被暴露。标记20（也称为第一标记）设置在表面19上。此外，叶片部分13的外表面21被暴露。标记22（也称为第二标记）设置在表面21上。当叶片部分12、13位于模具14、15中时，可以设定标记20、22。因此，提供了在叶片部分12、13和模具14、15之间的大接触表面。这具有的优点是，叶片部分12、13是基本上无应力的，并且因此是未变形的。

在提供标记20、22之后，可以例如借助于测量和记录标记20、22的初始位置来确定标记20、22的初始位置。另外，也可以通过设定标记20的初始位置相对于标记22的初始位置之间的关系来确定标记20、22的目标位置。

替代性地或附加地，借助于计算机生成的位置来确定目标位置。例如，初始位置可以与标记20、22的计算机生成位置组合，以用于获得标记20、22的目标位置。标记20、22可以是数字生成的点和/或具体地提供或创建在表面19、21上。特别地，提供了2 - 30、3 - 10、3- 7或4至5个标记20。例如，提供2 - 30、3 - 10、3 - 7或4至5个标记22。标记20和/或标记22可以沿纵向方向L布置成至少两排。

图4示出了叶片部分12、13的透视图。叶片部分12、13由承载装置25承载。承载装置25被构造成使叶片部分12相对于叶片部分13在至少3、4、5或6个自由度上移动。特别地，承载装置25构造成在纵向方向L和/或在高度方向H和/或在垂直于高度方向H和纵向方向L的侧向方向Y上移动叶片部分12。优选地，承载装置25构造成围绕纵向方向L和/或高度方向H和/或侧向方向Y旋转或倾斜叶片部分12。

承载装置25可以包括支撑结构26（特别是台车或叉架）和支撑结构28（特别是台车或叉架），所述支撑结构26构造成在一个接触表面27处支撑叶片部分12，所述支撑结构28构造成在另一接触表面29处支撑叶片部分12。优选地，设置更多的支撑结构30、31、32，特别是台车或叉架，用于支撑叶片部分12。

承载装置25还可以构造成使叶片部分13相对于叶片部分12在至少3、4、5或6个自由度上移动。特别地，承载装置25构造成在纵向方向L和/或在高度方向H和/或在垂直于高度方向的侧向方向Y上移动叶片部分13。优选地，承载装置25构造成围绕纵向方向L和/或高度方向H和/或侧向方向Y旋转或倾斜叶片部分13。承载装置25可以包括支撑结构33（特别是台车或叉架）和支撑结构35（特别是台车或叉架），所述支撑结构33构造成在一个接触表面34处支撑叶片部分13，所述支撑结构35构造成在另一接触表面36处支撑叶片部分13。

图5示出了承载装置25的支撑结构26的透视图。支撑结构26包括框架37，轮38连接到框架37。此外，可以设置马达39，用于借助于马达39驱动支撑结构26。因此，支撑结构26被构造成在纵向方向L上移动（例如，参见图7）。

此外，支撑结构26包括用于接收叶片部分12的容置部40。容置部40借助于弧形表面41与叶片部分12的接触表面27（见图4）相互作用，所述弧形表面41设置在特别是可移动的保持壳体42、43处。每个壳体42、43可以是弧形的。保持壳体42、43可以并排布置，从而形成V形或U形。

图6示出了承载装置26的示意性侧视图。支撑结构26包括提升系统44，特别是提升平台，用于沿高度方向H提升容置部40和叶片部分12（参见例如图7）。提升系统44可以包括用于提升的液压或气动机构（未示出）或电动机。

例如，可以设置用于调节每个壳体42、43的倾斜角α的致动器45。致动器45可以是液压的、气动的或电动的致动器。致动器45和壳体42、43可以包括用于倾斜和/或扭转叶片部分12的倾斜系统46。所有的支撑结构26、28、30、31、30、33、35可以如针对支撑结构26所描述的那样设计。

图7示出了当叶片部分12、13彼此对准时的叶片部分12、13的透视图。承载装置25包括控制单元47，所有支撑结构26、28、30、31、30、33、35（例如电气地和/或借助于通信装置）连接到该控制单元47。此外，控制单元47可以连接到计算机48。此外，可以提供检测装置49，用于检测标记20、22的实际位置。这具有如下优点，可以控制叶片部分12、13之间的精确对准。

优选地，检测装置包括传感器和/或摄像机50，特别是恰好两个摄像机50。检测装置49可以连接到计算机48和/或控制单元47。优选地，应用数字图像相关来测量标记20、21的实际位置和/或标记20、21的运动。如图4和图7中所示，叶片部分12、13的前缘10面向下。然而，叶片部分12、13的前缘10可以面向上。当支撑结构26、28、30、31、30、33、35被正确引导使得叶片部分12、13对准时，叶片部分12、13可以连接在一起。

图8示出了用于连接两个叶片部分12、13的方法的框图。在步骤S1中，提供叶片部分12和叶片部分13。叶片部分可以借助于铸造来提供。在步骤S2中，在叶片部分12上提供多个标记20，并且在叶片部分13上提供多个标记22。在可选步骤S3中，确定标记20、22的初始位置（例如，当叶片部分位于模具14、15中时，参见图3）。替代性地或附加地，标记20、22提供在叶片部分12、13处的预定位置处。

在步骤S4中，确定标记20、22的目标位置。这可以借助于计算所连接的叶片5的目标位置来执行，其中，在步骤S3中获得的初始位置可以用作输入值。在步骤S5中，提供检测装置49，用于检测标记20、22的实际位置。

在步骤S6中，使叶片部分12、13彼此对准，并将标记20、22的实际位置与目标位置进行比较，直到获得可接受的偏差。在步骤S7中，将叶片部分12、13连接在一起。特别地，在步骤S7期间，由检测装置49检测标记20、21的实际位置。

图9示出了用于制造风力涡轮机的方法的框图。在步骤S11中，提供准备安装的叶片5，其中，通过用于连接两个风力涡轮机叶片部分12、13的方法来提供叶片5（参见图8）。在步骤S12中，塔架4被提供并定位。在步骤S13中，机舱3和毂6连接到塔架4。在步骤S14中，将叶片5连接到风力涡轮机1的毂6。

图10示出了用于连接两个模制部分12、13的方法的框图。在步骤S21中，借助于模具14模制部分12，并且借助于模具15模制部分13。在步骤S22中，当部分12处于（例如，位于）模具14中时，在部分12上提供（例如，设置）标记20，并且当部分13处于（例如，位于）模具15中时，在部分13上提供（例如，设置）标记22。在步骤S23中，借助于标记20、22将部分12、13连接在一起以形成部件，特别是叶片5。因此，可以提高两个连接部分的形状精度。

参照图1-图7所解释的特征在必要的修改后应用于图8-图10的方法。

虽然已经根据优选实施例描述了本发明，但是对于本领域技术人员来说，显而易见的是，在所有实施例中都可以进行修改。