专利名称：制造椭圆形壳体部分的方法及这种壳体部分的制作方法
技术领域：
本发明涉及通过灌注工艺来制造椭圆形壳体部分的方法，所述椭圆形壳体部分包括纤维增强的聚合物材料，由此纤维材料被布置在模腔中并且随后用液态聚合物进行浸灌，由此多个纤维层被堆叠以形成纤维插入件，其在已完成的壳体部分中构成诸如主叠层的承载结构，其沿着待制造的壳体部分的纵向方向延伸，由此至少一个内核元件沿着纤维插入件的至少一部分布置，至少一个内核元件具有锥形边缘区段且包括用于液态聚合物的流动通道，由此用来形成纤维插入件的多个纤维层被堆叠，以便使得至少一个内核元件的锥形边缘区段挤入纤维层之间并因此进入纤维插入件中，由此使液态聚合物灌入模腔中，以便其传播通过被堆叠的纤维层并进入至少一个内核元件的流动通道中。
背景技术：
W02009/003477A1公开了一种用于产生复合结构的方法，由此主叠层和内核元件 沿着彼此进行布置。例如，内核元件可包括轻木块或泡沫PVC块来形成用于液态聚合物在这些块之间的流动通道。W02006/058540和W02007/098769类似地公开了用于产生复合结构的方法。在用于产生纤维增强的聚合物材料的聚合物灌注工艺中，最重要的是遍及成品将纤维材料进行合适地浸灌以便获得所需要的强度。如果遍及成品从一个位置至另一个出现了增强的纤维材料的聚合物或树脂含量上的改变，则产品性质的这种变化可由于所谓的切口效应而导致产品中弱点。在形成纤维插入件的纤维层与内核元件之间的过渡区域中，可实现渐变的过渡，其中内核元件的锥形边缘区段被挤入纤维插入件中。然而，在聚合物灌注期间，传播通过被堆叠的纤维层的液态聚合物流可在过渡区域中加速，因为多孔纤维材料的截面面积在内核元件的锥形边缘区段上减小。结果，液态聚合物可循迹进入内核元件的锥形边缘区段的流动通道中，从而相比于已完成壳体部分的其它区域，在该流动通道入口处所完成的增强纤维材料的聚合物含量略微减少。如以上所述，产品性质的这种变化可由于所谓的切口效应而导致产品中弱点。在某些情况下，这样的弱点以表面中白色条纹的形式在成品上是可见的。
发明内容
本发明的目的在于减小弱点(weak point)出现在已完成的壳体部分中的风险。鉴于此目的，至少一个内核元件由第一内核部分和第二内核部分构成，第一内核部分和第二内核部分在待制造的壳体部分的纵向方向上沿着彼此(例如，并排地)布置，以便第一内核部分被布置在第二内核部分与纤维插入件中心线之间，由此第一内核部分形成内核元件的锥形边缘区段的至少一部分，并且由此第一内核部分的表面具有比第二内核部分的表面更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核部分的表面比其穿透第二内核部分的表面更为容易。
以此方式，由于第一内核部分的表面具有相对较高的液态聚合物渗透率，液态聚合物进入第一内核部分表面中的流动可在表面区域上更均匀地分布，以便循迹进入第一内核部分的某些以及可能明显的流动通道的现象可显著地减少或消除，从而显著地减小或消除了已完成的壳体部分中弱点的风险。在液态聚合物的灌注期间，聚合物沿着从纤维插入件至第二内核部分的方向流动，以便聚合物在其至第二内核部分的路线上经过第一内核部分。如以上所述，在聚合物灌注期间，传播通过被堆叠的纤维层的液态聚合物流可在过渡区域中加速，因为多孔纤维材料的截面面积在内核元件的锥形边缘区段上减小。如果聚合物沿着从纤维插入件至第二内核部分的方向流动，并且因此其可具有的又一优点在于第一内核部分的表面具有比第二内核部分的表面更高的液态聚合物渗透率，则在减小已完成的壳体部分中硬化聚合物欠饱和区域的风险这方面，该效果可进一步提高。换言之，灌注以及因此还有树脂入口通道就被布置使得树脂从纤维插入件传播至第一内核部分并且朝向第二内核部分传播。换言之，根据本发明的通过灌注工艺来制造包括纤维增强的聚合物材料的椭圆形壳体部分的方法包括以下步骤· a)将纤维材料布置在模腔中并且随后用液态聚合物对其进行浸灌，由此多个纤维层被堆叠以形成纤维插入件，其在已完成的壳体部分中构成了诸如主叠层的承载结构，其沿着待制造的壳体部分的纵向方向延伸，
b)使至少一个内核元件沿着纤维插入件的至少一部分进行布置，所述至少一个内核元件具有锥形边缘区段，并且包括用于液态聚合物的流动通道，
c)堆叠多个纤维层来形成纤维插入件，以便使得所述至少一个内核元件的锥形边缘区段挤入纤维层之间并因此进入纤维插入件中，
d)将液态聚合物灌注到模腔中，以便其传播通过被堆叠的纤维层并进入所述至少一个内核元件的流动通道中，
e)通过将第一内核部分和第二内核部分在待制造的壳体部分的纵向方向上沿着彼此布置，来由第一内核部分和第二内核部分构成所述至少一个内核兀件，以便第一内核部分被布置在第二内核部分与纤维插入件中心线之间，
由此第一内核部分形成内核元件锥形边缘区段的至少一部分,并且第一内核部分的表面具有比第二内核部分的表面更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核部分的表面比其穿透第二内核部分的表面更为容易。因此，可以看到的是树脂入口通道被布置在中心线附近或纤维插入件中部的上方，以便树脂从纤维插入件的中心且朝向第一内核部分传播，并且然后传播到第二内核部分上。在一个实施方式中，第一内核部分和第二内核部分由相同类型的材料制成，并且第一内核部分的表面具有比第二内核部分表面更高的液态聚合物渗透率，因为第二内核部分的表面已涂覆有封闭其表面处材料的至少一些孔口的物质。在一个实施方式中，内核元件的流动通道仅在第二内核部分中而不在第一内核部分中延伸。因此，液态聚合物进入到第一内核部分的表面中的流动可以甚至更均匀地分布在表面区域上，因为液态聚合物可流过第一内核部分材料的孔口但不穿过第一内核部分的流动通道，以便可以显著地消除循迹进入第一内核部分某些流动通道中的现象，从而甚至更好地减小已完成的壳体部分中弱点的风险。在一个实施方式中，至少一个内核元件的流动通道具有直线通道的形式。在一个实施方式中，至少一个内核元件的流动通道已被切割、钻孔或通过除去碎屑以另外方式形成。在一个实施方式中，至少一个内核元件的流动通道形成在块之间，这些块形成内核部分的至少一部分。在一个实施方式中，第一内核部分由第一内核材料制成，而第二内核部分由第二内核材料制成，由此第一内核材料具有比第二内核材料更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核材料比其穿透第二内核材料更容易。因此，液态聚合物进入第一内核部分表面中的流动可以甚至更均匀地分布在表面区域上，因为液态聚合物可以更均匀地穿透整个第一内核部分。在一个实施方式中，第一内核材料为泡沫聚合物，而第二内核材料为轻木。泡沫聚 合物通常具有比轻木更高的液态聚合物渗透率，并且该组合在成本方面也可为有利的，因为轻木可能比泡沫聚合物相对便宜。第一内核部分通常将大致小于第二内核部分，以便泡沫聚合物的较高成本将对总成本产生相对较小的影响。此外，可能有利的是避免轻木在过渡区域中，因为在一些情况下，尤其是在过渡区域中，轻木中的湿度和真菌由于诸如150摄氏度的高温而可在聚合物的灌注期间导致气泡，这又可导致层离(delamination)。此外，可避免轻木碎屑落入纤维插入件中的风险。第一内核材料可为开孔型(open cell type)泡沫聚合物，由此可在不需要形成于材料中的补充通道(例如，通过切割或钻孔)的情况下确保整个材料各处的适合渗透率。第一内核材料可为开孔型的泡沫聚合物，诸如PVC H80等。第二内核材料可为轻木，其进行表面涂覆来降低渗透率，以便避免树脂穿透到内核材料中，并且由此增加了最终产品中的树脂量。在一个实施方式中，第一内核材料为开孔型的泡沫聚合物，而第二内核材料为轻木,轻木进行表面涂覆来减小渗透率。在一个实施方式中，第一内核材料为开孔型的泡沫聚合物，而第二内核材料为闭孔型(closed cell type)的泡沫聚合物。开孔型的泡沫聚合物通常可具比闭孔型的泡沫聚合物具有更高的液态聚合物渗透率。本发明还涉及一种通过组装如以上所述那样制造的两个椭圆形壳体部分来制造风力涡轮机叶片的方法。本发明还涉及一种椭圆形壳体部分，其包括通过灌注工艺制造的纤维增强的材料，由此纤维材料被布置在模腔中并且随后用液态聚合物进行浸灌，其中该椭圆形壳体部分包括被堆叠来形成纤维插入件的多个纤维层以及沿着纤维插入件的至少一部分布置的至少一个内核元件，所述纤维插入件构成诸如主叠层的承载结构，其沿着壳体部分的纵向方向延伸，所述至少一个内核元件具有锥形边缘区段且包括流动通道，流动通道包括硬化聚合物，其中形成纤维插入件的多个纤维层被堆叠，以便使得所述至少一个内核元件的锥形边缘区段挤入纤维层之间并因此进入纤维插入件中，其中被堆叠的纤维层和至少一个内核元件的流动通道至少部分地填充有硬化聚合物。所述椭圆形壳体部分的特征在于，所述至少一个内核元件由在壳体部分纵向方向上沿着彼此布置的第一内核部分和第二内核部分构成，以便第一内核部分被布置在第二内核部分与纤维插入件中心线之间，其中第一内核部分形成内核元件的锥形边缘区段的至少一部分，并且其中第一内核部分的表面层具有的通过表面层的孔口所吸收的硬化聚合物含量比第二内核部分表面层的硬化聚合物含量高。因此，可实现上述性质，其中聚合物含量在第一内核部分附近增加，因此减小了由于切口效应而造成弱点的概率。在一个实施方式中，内核元件的流动通道仅在第二内核部分中而不在第一内核部分中延伸。因此，可实现上述性质。在一个实施方式中，至少一个内核元件的流动通道形成在块之间，所述块形成内核元件的至少一部分。因此，可实现上述性质。在一个实施方式中，第一内核部分由第一内核材料制成，而第二内核部分由第二内核材料制成，其中第一内核材料具有的由内核材料孔口所吸收的硬化聚合物含量比第二内核材料的硬化聚合物含量高。因此，可实现上述性质。 在一个实施方式中，第一内核材料为泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是开孔型的，而第二内核材料为轻木，所述轻木可能进行表面涂覆以便减少轻木所吸收的硬化聚合物含量。因此,可实现上述性质。在一个实施方式中，当从垂直于壳体部分纵向方向的截面中看时，所述截面处于椭圆形壳体部分具有其最大宽度的位置，第一内核部分的宽度为第二内核部分宽度的至少1/20，优选为至少1/15，而最优选的为至少1/12。因此，可实现适合的过渡区域。本发明还涉及一种风力涡轮机叶片，其包括两个如以上所述的两个椭圆形壳体部分。
通过实施方式的实例参照非常示意的图，现在将在下面更为详细地阐述本发明，在图中
图I为风力涡轮机叶片的俯视 图2为沿着图I中的线II-II的截面；
图3为处于较大比例的图2的细节；
图4为产生风力涡轮机叶片期间的模具的截面；以及 图5为内核元件的透视图。
具体实施例方式图I示出了风力涡轮机叶片I的视图。风力涡轮机叶片I具有常规的风力涡轮机叶片形状，并且包括根部区2、末梢区7、在根部区2与末梢区7之间的轮廓区或翼型区3、以及在根部区2与翼型区3之间的过渡区4，根部区2最靠近风力涡轮机叶片将安装于其上的未示出的桨毂，末梢区7离桨毂最远。叶片I包括前缘5和后缘6，前缘5在叶片被安装到桨毂上时朝向叶片I的旋转方向，后缘6朝向前缘5的相对方向。翼型区3 (也称为轮廓区)具有相对于产生升力理想的或几乎理想的叶片形状，而根部区2由于结构考虑而具有大致圆形或椭圆形的截面，例如，这使得将叶片I安装至桨毂更为容易且安全。根部区2的直径(或翼弦)沿着整个根部区可以是恒定的。过渡区4具有从根部区2的圆形或椭圆形逐渐变成翼型区3的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区4的翼弦长度通常随着离桨毂距离增大而增大。翼型区3具有翼型轮廓，其翼弦在叶片I的前缘5与后缘6之间延伸。翼弦的宽度随着离桨毂的距离增大而减小。叶片I的肩部8被限定为叶片I具有其最大翼弦长度的位置。肩部8通常设置在过渡区4与翼型区3之间的边界处。图2示出了沿着大致处于肩部8处的线II-II的穿过图I中风力涡轮机叶片I的截面。可以看到的是，风力涡轮机叶片I由第一椭圆形壳体部分9和第二椭圆形壳体部分10构成，第一椭圆形壳体部分9和第二椭圆形壳体部分10分别在风力涡轮机叶片I的前缘5和后缘6处被连结在一起,从而形成内部腔体11。此外，第一椭圆形壳体部分9和第二椭圆形壳体部分10通过沿着纵向延伸的诸如横梁或腹板等增强元件12进行内部地连接，这些增强元件12在风力涡轮机叶片的壳体部分内对准并且连结到壳体部分上。第一椭圆形壳体部分9和第二椭圆形壳体部分10包括通过诸如真空灌注或VARTM(真空协助的树脂转移模制)等灌注工艺产生的纤维增强的聚合物材料。在该制造 过程期间，将也称为树脂的液态聚合物填充进模腔中，在该模腔中已预先插入纤维材料，并且其中在模腔中产生了真空，从而吸入到聚合物中。聚合物可为热固性塑料或热塑性塑料。通常，均匀分布的纤维在第一刚性模具部分中分层堆积，纤维为粗纱(S卩，纤维带束)、粗纱带或垫子，其为独立纤维制成的毡垫或由纤维粗纱制成的织造垫。随后将通常由回弹性真空袋制成的第二模具部分置于纤维材料的顶部上，并且抵靠第一模具部分密封来产生模腔。通过在第一模具部分与真空袋之间的模腔中产生通常为总真空的80%至95%的真空，可将液态聚合物吸入并且连同包含于其中的纤维材料来填充模腔。也称为入口通道的所谓的分送层或分送管被用在真空袋与纤维材料之间，以便尽可能可靠且有效地获得聚合物的分送。在大多数情况下，所应用的聚合物为聚酯或环氧树脂，并且纤维增强最通常的是基于玻璃纤维或碳纤维。图4非常示意性地示出了制造如图I和图2中所示风力涡轮机叶片I的椭圆形壳体部分9，10之一的方法的一种实施方式，由此将纤维材料置于第一刚性模具部分14的模腔13中，并且由回弹性真空袋15覆盖，真空袋15设有Q形式的入口通道16，16’和真空通道17，18。应注意的是，第一真空通道17被置于对应于已完成的叶片的前缘5的位置处，而第二真空通道18被置于对应于已完成叶片的后缘6的位置处。此外，应注意的是，一组^形式的入口通道16’定位在纤维插入件19的上方，纤维插入件19在已完成的壳体部分中构成主叠层形式的承载结构。附加的Q形式的入口通道16被置于所述成组Q形式的入口通道16’任一侧处的不同位置处。在填充模具的过程期间，在此方面理解为相对于周围压力而处于压力不足或负压的真空是通过模腔13中的真空通道17，18产生的，由此将液态聚合物经由入口通道16，16’吸入模腔中，以便填充所述模腔。当流动前锋朝真空通道17，18移动时，聚合物由于负压而从入口 16，16’沿着所有方向在模腔13中扩散。在图4中所示的实施方式中，应理解的是，聚合物通常沿着从纤维插入件19的区域至已完成叶片I的相应前缘5和后缘6的区域的方向扩散。还可构想出落入由权利要求限定的本发明范围内的入口通道和真空通道的许多其它构造。重要的是最佳地定位入口通道16，16’和真空通道17，18，以便获得模腔的完全填充。然而，确保聚合物在整个模腔中的完全分布通常是困难的，并且因此这有时可导致所谓的干燥点，即，纤维材料未用树脂充分浸灌的区域。通过控制真空压力和入口侧处可能的超压，或许难以或不可能避免纤维材料未充分浸灌以及可存在气穴的这些区域。在使用刚性模具部分和采用真空袋形式之回弹性模具部分的真空灌注技术中，在填充模具的过程之后通过在相应位置处刺穿袋以及通过例如借助于注射器针头来抽出空气，可以修复干燥点。液态聚合物可选地可在相应的位置中注入，并且这例如也可通过注射器针头来完成。这是耗时且麻烦的过程。在大型模具部分的情况下，支杆必须处于真空袋上。这不是所期望的，尤其在聚合物并未硬化时不是所期望的，因为其可导致所插入纤维材料中的变形并且由此导致结构的局部变弱，这可导致例如弯曲效果。为了产生图I和图2中所示风力涡轮机叶片I的椭圆形壳体部分9，10之一，如图4中所示，首先将纤维材料布置于模腔13中。多个纤维层被堆叠来形成纤维插入件19，纤维插入件19在已完成的壳体部分中构成诸如主叠层的承载结构，其如图I中由线20所指出那样沿着待制造的壳体部分I的纵向方向延伸。内核元件21在壳体部分I的纵向方向上沿着纤维插入件19的至少一部分布置，并且具有如图3中所示的锥形边缘区段22，图3示出了图2中的细节III。内核元件21包括用于将液态聚合物分送至模腔13各处的流动通道23，24，25，26。形成纤维插入件19的多个纤维层被堆叠，以便将内核元件21的锥形·边缘区段22挤入纤维层之间并因此进入纤维插入件19中。因此，可实现形成纤维插入件19的纤维层与内核元件21之间的逐渐过渡，由此可避免已完成的壳体部分I性质的突然变化和由此产生的弱区域。在安排纤维材料和布置内核元件21之后，如以上所述，液态聚合物被灌注到模腔13中，以便其传播通过被堆叠的纤维层并进入内核元件21的流动通道23，24，25，26中。可将锥形边缘区段22的末梢33定位成离纤维插入件19外侧34比离纤维插入件19内侧35略近，即，离叶片壳体的外表面比内表面更近。根据本发明，内核元件21由第一内核部分27和第二内核部分28构成，第一内核部分27和第二内核部分28在待制造的壳体部分I的纵向方向上沿着彼此进行布置。因此，如图4中所示，第一内核部分27被布置在第二内核部分28与纤维插入件19的中心线29之间。因此，聚合物沿着从纤维插入件19至第二内核部分28的方向流动，以便聚合物在其至第二内核部分28的路线上经过第一内核部分27。第一内核部分27形成了内核元件21的锥形边缘区段22的至少一部分。此外，根据本发明，第一内核部分27的表面具有比第二内核部分28的表面更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核部分27的表面比其穿透第二内核部分28的表面更容易。因此，液态聚合物进入第一内核部分27的表面的流动可以更均匀地分布在表面区域上，以便可显著减少循迹进入第一内核部分27的某些流动通道中的现象，从而降低了已完成的壳体部分I中弱点的风险。可实现的是，通过向第一内核部分27提供表面层，该表面层具有比第二内核部分28的表面层更高的液态聚合物渗透率，第一内核部分27的表面就具有比第二内核部分28表面更高的液态聚合物渗透率。因此，在已完成的壳体部分中，由第一内核部分27的表面层的孔口吸收的硬化聚合物的含量可高于第二内核部分28的表面层中硬化聚合物的含量。具有比第二内核部分28的表面层更高的液态聚合物渗透率的第一内核部分27的所述表面层可设在具有流动通道形成于其中的材料块的表面上，以用于将液态聚合物分送遍及第一内核部分27。第一内核部分27可构成内核元件21的锥形边缘区段22的一部分，由此第二内核部分28可构成锥形边缘区段22的剰余部分。备选地，第一内核部分27可构成内核元件21的整个锥形边缘区段22，并且甚至还构成内核元件21的非锥形区段的一部分。对于本领域技术人员显而易见的是，在本发明的范围内许多构造是可能的。例如，在图3中所示的实施方式中，通过定位于明显锥形区段与大致非锥形形式的区段之间某处的线30，将第一内核部分27和第二内核部分28分开。整个内核元件21由纤维增强的材料覆盖，如ー个或多个纤维增强的聚合物层32，即内皮和外皮，见图3。内核材料可用作这些层之间的隔离件以便形成夹层结构，并且通常由刚性的轻质材料制成以便降低复合结构的重量。为了确保灌注过程期间有效分送液态聚合物，如图3中所示，内核元件设有采用流动通道23，24，25，26形式的树脂分送网络。如图5中所示，内核元件的流动通道可形成在块之间，这些块形成内核元件的至少一部分。所述 块可设为粘附到例如纤维层的丝网或纱布上，以便容易将它们布置在模具14中，并且容易适于或符合于模腔13的形式。然而，在一种实施方式中，内核元件21的流动通道23，24仅在第二内核部分28中而不在第一内核部分27中延伸。因此，液态聚合物可流动通过第一内核部分27材料的孔ロ，但不通过第一内核部分27的流动通道，以便可显著消除循迹进入第一内核部分的某些流动通道中的现象，从而甚至更好地减小已完成的壳体部分中弱点的风险。在聚合物灌注期间，传播通过被堆叠的纤维层的液态聚合物流可在过渡区域中加速，因为多孔纤维材料的截面面积在内核元件的锥形边缘区段上减小。在某些情况下，这可导致液态聚合物循迹进入内核元件的锥形边缘区段的可能的流动通道中，从而相比于已完成的壳体部分的其它区域，在该流动通道入口处已完成的增强纤维材料的聚合物含量就略微減少。然而，当液态聚合物到达内核元件21的大致非锥形的部分吋，即在图3中所示的实施方式中，或多或少达到第二内核部分28，布置在内核元件21顶侧和底侧上以便形成纤维增强的聚合物层32的多孔纤维材料相对较薄的层的截面面积在对准右真空通道18的流动方向上是相对恒定的，并且因此流动速度是相对恒定的，并且因此可能通常不会引起循迹进入第二内核部分28的流动通道中的现象。第一内核部分27可由第一内核材料制成，而第二内核部分28可由第二内核材料制成，由此第一内核材料具有比第二内核材料更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核材料比其穿透第二内核材料更容易。因此，在已完成的壳体部分中，第一内核材料可具有由内核材料孔ロ所吸收的比第二内核材料的硬化聚合物含量高的硬化聚合物含量。例如，第一内核材料可为诸如PVC H80等开孔型的泡沫聚合物，而第二内核材料可为轻木，由此可实现的是第一内核材料具有比第二内核材料更高的液态聚合物渗透率。轻木通常可进行表面涂覆来降低滲透率，以便避免树脂穿透进第二内核部分28的内核材料中，其可通常大致大于第一内核部分27。因此，可降低最终产品的重量。例如，第一内核材料可为闭孔型的泡沫聚合物，而第二内核材料可为轻木，由此可实现的是第一内核材料的至少表面层具有比第二内核材料更高的液态聚合物渗透率。有可能的是，定位在表面层下方的第一内核部分27的仅一部分可设有形成在材料中的流动通道，以便改善液态树脂经由第一内核部分27的分送。可将这些通道从第一内核部分27的侧部钻入第一内核部分27中，或形成在分开的闭室泡沫材料件中，其随后设有没有流动通道的由闭室泡沫制成的所述表面层。备选地，如果流动通道还优选为在第一内核部分的锥形表面中，则流动通道可如图5中所示实施方式中那样形成为通过第一内核部分的锥形表面。在本说明书的上下文中应注意的是，描述为液态聚合物可穿透的材料意思是多孔材料，诸如具有孔ロ或腔体的材料等，其中聚合物可被大致吸收到所述材料的各处。这些孔ロ或腔体例如可通过使诸如聚合物等材料发泡来形成，或例如可为自然存在于轻木中的孔ロ。结果，所述孔ロ或腔体通常将有规则地在材料体上扩散。然而，存在于材料中的这些孔ロ或腔体的密度可在材料体上有非常大的变化。然而，应注意的是，液态聚合物大致可穿透的多孔材料的表面例如可通过涂覆来进行表面处理，以便该表面对于液态聚合物相对不可滲透。结果，有可能通过适合的表面处理来使某些多孔材料的表面对于液态聚合物或多或少可穿透。另ー方面，当本说明书提到内核元件中用于液态聚合物的流动通道时，"流动通道 "是指通过切割、钻孔或任何其它类型的适合碎屑去除エ艺或模制エ艺来明显地形成在材料中的通道，这与以上所述的孔ロ或腔体相反。流动通道优选地可具有可能互连的直通道形式。此外，如以上所述，内核元件的流动通道可形成在块之间，这些块形成内核元件的至少一部分。作为举例，在现有技术的风カ涡轮机叶片中，液态聚合物在制造期间循迹进入明显的流动通道中的现象在已完成的风カ涡轮机叶片中，可导致这些流动通道入口处的纤维含量为大约72-73%以及树脂含量为大约27-28%，这可导致弱点。相反，根据本发明，由于減少或消除了液态聚合物循迹的现象，所以例如在第一内核部分的表面上大致可获得大约69-70%的纤维含量以及大约30-31%的树脂含量。当从垂直于椭圆形壳体部分9，10纵向方向的截面中看时,所述截面处于椭圆形壳体部分9，10具有其最大宽度的位置，第一内核部分27的宽度为第二内核部分28宽度的至少1/20，优选为至少1/15，而最优选的为至少1/12。第一内核部分27的宽度在图5中表不为w ;第二内核部分28的宽度在图中未指出，因为仅不出了第二内核部分28的一部分。在风カ涡轮机叶片I中，所述截面可定位在叶片I的肩部8处。纯粹作为实例，在具有47. 5米长度的风カ涡轮机叶片I中，第一内核部分27可具有大约15cm的宽度，而第二内核部分28可具有大约150cm的宽度。在图4中所示的实施方式中，除布置在纤维插入件19右侧的第一内核元件21之夕卜，第二内核元件31被布置在纤维插入件19的左側。第二内核元件31的构成可对应于第一内核元件21的成分，但如指出那样，第二内核元件31的总体形式不同于第一内核元件31。可将第二内核元件31的第一内核部分和第二内核部分布置成与第一内核元件21的第一内核部分和第二内核部分成镜像关系。然而，由于本发明可适用于通过灌注エ艺来制造包括纤维增强的聚合物材料的任何椭圆形壳体部分，所以内核元件21，31可具有与图4中所指出那些不同的形式。在制造风カ涡轮机叶片的情况下，纤维插入件19可形成所谓的主叠层，并且例如在大型风カ涡轮机叶片的情况下，所产生的椭圆形部分除纤维插入件19之外还可包括形成所谓小主叠层的附加纤维插入件(未示出)。这样的附加纤维插入件可沿着纤维插入件19、通常沿着纤维插入件19的一部分长度进行布置，并且然后将第三内核元件(未示出)布置在纤维插入件19与附加的纤维插入件之间。然后，第三内核元件可包括在任ー侧处的锥形边缘区段，以便其可挤入纤维插入件19和附加纤维插入件中。第三内核元件可包括中心孔部分和两个侧内核部分，由此侧内核部分的表面具有比中心孔部分的表面更高的液态聚合物滲透率。然而，也可以省去所述中心孔部分。尽管已经通过由两个椭圆形壳体部分构成的风カ涡轮机叶片来列举了本发明，但是本发明同样适用于通过灌注エ艺来制造包括纤维增强的聚合物材料的任何其它类型的椭圆形壳体部分。參考标号清单 I风カ涡轮机叶片 2根部区
3翼型区 4过渡区· 5前缘 6后缘 7末梢区 8肩部
9第一椭圆形壳体部分 10第二椭圆形壳体部分 11内部腔体 12增强元件 13模腔
14刚性模具部分
15回弾性真空袋
16，16’ Ω形式的入口通道
17第一真空通道
18第二真空通道
19纤维插入件
20线
21内核元件 22锥形边缘区段 23, 24, 25, 26流动通道 27第一内核部分 28第二内核部分 29中心线 30线
31第二内核元件 32纤维增强的聚合物层 33锥形边缘区段的末梢34纤维插入件的外侧 35纤维插入件的内侧
权利要求
1.一种通过灌注工艺来制造椭圆形壳体部分(9，10)的方法，所述椭圆形壳体部分(9，10)包括纤维增强的聚合物材料，由此纤维材料被布置在模腔(13)中并且随后用液态聚合物进行浸灌，由此多个纤维层被堆叠以形成纤维插入件(19)，所述纤维插入件(19)在已完成的壳体部分中构成诸如主叠层的承载结构，其沿着待制造的所述壳体部分的纵向方向延伸，由此至少一个内核元件(21)沿着所述纤维插入件(19)的至少一部分布置，所述至少一个内核元件(21)具有锥形边缘区段(22)且包括用于液态聚合物的流动通道(23，24)，由此为了形成所述纤维插入件(19)的所述多个纤维层被堆叠，以便使得所述至少一个内核元件(21)的锥形边缘区段(22)挤入所述纤维层之间并因此进入所述纤维插入件(19)中，由此液态聚合物被灌注到所述模腔(13)中，以便其传播通过被堆叠的纤维层并进入所述至少一个内核元件(21)的流动通道(23，24)中，其特征在于， 所述至少一个内核元件(21)由在待制造的所述壳体部分(9，10)的纵向方向上沿着彼此布置的第一内核部分(27)和第二内核部分(28)构成，以便所述第一内核部分(27)被布置在所述第二内核部分(28)与所述纤维插入件(19)的中心线(29)之间； 所述第一内核部分(27)形成所述内核元件(21)的锥形边缘区段(22)的至少一部分；并且 所述第一内核部分(27)的表面具有比所述第二内核部分(28)的表面更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透所述第一内核部分(27)表面比其穿透所述第二内核部分(28)的表面更容易，并且其中，在液态聚合物的灌注期间，聚合物沿着从所述纤维插入件(19)至所述第二内核部分(28)的方向流动，以便聚合物在其至所述第二内核部分(28)的路线上经过所述第一内核部分(27)。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，所述内核元件(21)的流动通道(23，24)仅在所述第二内核部分(28)中而不在所述第一内核部分(27)中延伸。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述内核元件的流动通道(23，24)形成在块之间，这些块形成了所述内核元件(21)的至少一部分。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述第一内核部分(27)由第一内核材料制成，并且所述第二内核部分(28)由第二内核材料制成，由此所述第一内核材料具有比所述第二内核材料更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透所述第一内核材料比其穿透所述第二内核材料更容易。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一内核材料为泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是开孔型，并且所述第二内核材料为轻木，所述轻木可能进行表面涂覆以降低渗透率。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一内核部分和所述第二内核部分由相同类型制成，并且所述第一内核部分的表面具有比所述第二内核部分的表面更高的液态聚合物渗透率。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二内核部分的表面已涂覆有封闭其表面处材料的至少一些孔口的物质。
8.—种通过组装根据前述权利要求中任一项制造的两个椭圆形壳体部分(9，10)来制造风力涡轮机叶片(I)的方法。
9.一种椭圆形壳体部分(9，10)，其包括通过灌注工艺制造的纤维增强的聚合物材料，由此纤维材料已被布置在模腔(13)中并且随后用液态聚合物进行浸灌，其中所述椭圆形壳体部分(9，10)包括被堆叠以形成纤维插入件(19)的多个纤维层以及沿着所述纤维插入件(19)的至少一部分布置的至少一个内核元件(21)，所述纤维插入件(19)构成诸如主叠层的承载结构，其沿着所述壳体部分(9，10)的纵向方向延伸，所述至少一个内核元件(21)具有锥形边缘区段(22)且包括流动通道(23，24)，所述流动通道(23，24)包括硬化聚合物，其中形成所述纤维插入件(19)的所述多个纤维层被堆叠，以便使得所述至少一个内核元件(21)的锥形边缘区段(22)挤入所述纤维层之间并因此进入所述纤维插入件(19)中，其中被堆叠的纤维层和所述至少一个内核元件(21)的流动通道(23，24)至少部分地填充有硬化聚合物，其特征在于， 所述至少一个内核元件(21)由在所述壳体部分(9，10)的纵向方向上沿着彼此布置的第一内核部分(27)和第二内核部分(28)构成，以便所述第一内核部分(27)被布置在所述第二内核部分(28)与所述纤维插入件(19)的中心线(29)之间； 所述第一内核部分(27)形成所述内核元件(21)的锥形边缘区段(22)的至少一部分；并且 所述第一内核部分(27)的表面层具有的由所述表面层的孔口所吸收的硬化聚合物含量比所述第二内核部分(28)的表面层的硬化聚合物含量高。
10.根据权利要求9所述的椭圆形壳体部分，其特征在于，所述内核部分(21)的流动通道(23，24)仅在所述第二内核部分(28)中而不在所述第一内核部分(27)中延伸。
11.根据权利要求9或10所述的椭圆形壳体部分，其特征在于，所述内核元件(21)的流动通道(23，24)形成在块之间，这些块形成所述内核元件的至少一部分。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的椭圆形壳体部分，其特征在于，所述第一内核部分(27)由第一内核材料制成，并且所述第二内核部分(28)由第二内核材料制成，其中所述第一内核材料具有的由所述内核材料的孔口所吸收的硬化聚合物含量比所述第二内核材料的硬化聚合物含量高。
13.根据权利要求12所述的椭圆形壳体部分，其特征在于，所述第一内核材料为泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是开孔型，并且所述第二内核材料为轻木，所述轻木可能进行表面涂覆以便减少由所述轻木吸收的硬化聚合物含量。
14.根据权利要求9至13中任一项所述的椭圆形壳体部分，其特征在于，当在垂直于所述壳体部分(9，10)的纵向方向的截面中看时，所述截面处于所述椭圆形壳体部分具有其最大宽度的位置，所述第一内核部分(27)的宽度为所述第二内核部分(28)宽度的至少1/20，优选为至少1/15，并且最优选的为至少1/12。
15.一种风力涡轮机叶片(I)，其包括根据权利要求9至14中任一项所述的两个椭圆形壳体部分(9，10)。
全文摘要
本发明为制造椭圆形壳体部分的方法及这种壳体部分。多个纤维层被堆叠以形成在待制造的壳体部分的纵向方向上延伸的纤维插入件(19)，由此具有锥形边缘区段(22)的内核元件(21)沿着纤维插入件布置。纤维层被堆叠以使得内核元件的锥形边缘区段挤入纤维插入件中。内核元件由沿着彼此布置的第一内核部分(27)和第二内核部分(28)构成。第一内核部分形成内核元件锥形边缘区段的至少一部分。第一内核部分的表面具有比第二内核部分表面更高的液态聚合物渗透率，以便在灌注期间，液态聚合物穿透第一内核部分的表面比其穿透第二内核部分的表面更容易。
文档编号B29C70/54GK102825799SQ201210197849
公开日2012年12月19日 申请日期2012年6月15日 优先权日2011年6月17日
发明者H.J.古鲁普拉萨德 申请人:Lm风力发电公司