專利名稱：制造橢圓形殼體部分的方法及這種殼體部分的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過灌注工藝來制造橢圓形殼體部分的方法，所述橢圓形殼體部分包括纖維增強的聚合物材料，由此纖維材料被布置在模腔中并且隨后用液態(tài)聚合物進行浸灌，由此多個纖維層被堆疊以形成纖維插入件，其在已完成的殼體部分中構(gòu)成諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其沿著待制造的殼體部分的縱向方向延伸，由此至少一個內(nèi)核元件沿著纖維插入件的至少一部分布置，至少一個內(nèi)核元件具有錐形邊緣區(qū)段且包括用于液態(tài)聚合物的流動通道，由此用來形成纖維插入件的多個纖維層被堆疊，以便使得至少一個內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段擠入纖維層之間并因此進入纖維插入件中，由此使液態(tài)聚合物灌入模腔中，以便其傳播通過被堆疊的纖維層并進入至少一個內(nèi)核元件的流動通道中。
背景技術(shù)：
W02009/003477A1公開了一種用于產(chǎn)生復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法，由此主疊層和內(nèi)核元件 沿著彼此進行布置。例如，內(nèi)核元件可包括輕木塊或泡沫PVC塊來形成用于液態(tài)聚合物在這些塊之間的流動通道。W02006/058540和W02007/098769類似地公開了用于產(chǎn)生復(fù)合結(jié)構(gòu)的方法。在用于產(chǎn)生纖維增強的聚合物材料的聚合物灌注工藝中，最重要的是遍及成品將纖維材料進行合適地浸灌以便獲得所需要的強度。如果遍及成品從一個位置至另一個出現(xiàn)了增強的纖維材料的聚合物或樹脂含量上的改變，則產(chǎn)品性質(zhì)的這種變化可由于所謂的切口效應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)品中弱點。在形成纖維插入件的纖維層與內(nèi)核元件之間的過渡區(qū)域中，可實現(xiàn)漸變的過渡，其中內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段被擠入纖維插入件中。然而，在聚合物灌注期間，傳播通過被堆疊的纖維層的液態(tài)聚合物流可在過渡區(qū)域中加速，因為多孔纖維材料的截面面積在內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段上減小。結(jié)果，液態(tài)聚合物可循跡進入內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段的流動通道中，從而相比于已完成殼體部分的其它區(qū)域，在該流動通道入口處所完成的增強纖維材料的聚合物含量略微減少。如以上所述，產(chǎn)品性質(zhì)的這種變化可由于所謂的切口效應(yīng)而導(dǎo)致產(chǎn)品中弱點。在某些情況下，這樣的弱點以表面中白色條紋的形式在成品上是可見的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于減小弱點(weak point)出現(xiàn)在已完成的殼體部分中的風(fēng)險。鑒于此目的，至少一個內(nèi)核元件由第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分構(gòu)成，第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分在待制造的殼體部分的縱向方向上沿著彼此(例如，并排地)布置，以便第一內(nèi)核部分被布置在第二內(nèi)核部分與纖維插入件中心線之間，由此第一內(nèi)核部分形成內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段的至少一部分，并且由此第一內(nèi)核部分的表面具有比第二內(nèi)核部分的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核部分的表面比其穿透第二內(nèi)核部分的表面更為容易。
以此方式，由于第一內(nèi)核部分的表面具有相對較高的液態(tài)聚合物滲透率，液態(tài)聚合物進入第一內(nèi)核部分表面中的流動可在表面區(qū)域上更均勻地分布，以便循跡進入第一內(nèi)核部分的某些以及可能明顯的流動通道的現(xiàn)象可顯著地減少或消除，從而顯著地減小或消除了已完成的殼體部分中弱點的風(fēng)險。在液態(tài)聚合物的灌注期間，聚合物沿著從纖維插入件至第二內(nèi)核部分的方向流動，以便聚合物在其至第二內(nèi)核部分的路線上經(jīng)過第一內(nèi)核部分。如以上所述，在聚合物灌注期間，傳播通過被堆疊的纖維層的液態(tài)聚合物流可在過渡區(qū)域中加速，因為多孔纖維材料的截面面積在內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段上減小。如果聚合物沿著從纖維插入件至第二內(nèi)核部分的方向流動，并且因此其可具有的又一優(yōu)點在于第一內(nèi)核部分的表面具有比第二內(nèi)核部分的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，則在減小已完成的殼體部分中硬化聚合物欠飽和區(qū)域的風(fēng)險這方面，該效果可進一步提高。換言之，灌注以及因此還有樹脂入口通道就被布置使得樹脂從纖維插入件傳播至第一內(nèi)核部分并且朝向第二內(nèi)核部分傳播。換言之，根據(jù)本發(fā)明的通過灌注工藝來制造包括纖維增強的聚合物材料的橢圓形殼體部分的方法包括以下步驟· a)將纖維材料布置在模腔中并且隨后用液態(tài)聚合物對其進行浸灌，由此多個纖維層被堆疊以形成纖維插入件，其在已完成的殼體部分中構(gòu)成了諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其沿著待制造的殼體部分的縱向方向延伸，
b)使至少一個內(nèi)核元件沿著纖維插入件的至少一部分進行布置，所述至少一個內(nèi)核元件具有錐形邊緣區(qū)段，并且包括用于液態(tài)聚合物的流動通道，
c)堆疊多個纖維層來形成纖維插入件，以便使得所述至少一個內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段擠入纖維層之間并因此進入纖維插入件中，
d)將液態(tài)聚合物灌注到模腔中，以便其傳播通過被堆疊的纖維層并進入所述至少一個內(nèi)核元件的流動通道中，
e)通過將第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分在待制造的殼體部分的縱向方向上沿著彼此布置，來由第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分構(gòu)成所述至少一個內(nèi)核兀件，以便第一內(nèi)核部分被布置在第二內(nèi)核部分與纖維插入件中心線之間，
由此第一內(nèi)核部分形成內(nèi)核元件錐形邊緣區(qū)段的至少一部分,并且第一內(nèi)核部分的表面具有比第二內(nèi)核部分的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核部分的表面比其穿透第二內(nèi)核部分的表面更為容易。因此，可以看到的是樹脂入口通道被布置在中心線附近或纖維插入件中部的上方，以便樹脂從纖維插入件的中心且朝向第一內(nèi)核部分傳播，并且然后傳播到第二內(nèi)核部分上。在一個實施方式中，第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分由相同類型的材料制成，并且第一內(nèi)核部分的表面具有比第二內(nèi)核部分表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，因為第二內(nèi)核部分的表面已涂覆有封閉其表面處材料的至少一些孔口的物質(zhì)。在一個實施方式中，內(nèi)核元件的流動通道僅在第二內(nèi)核部分中而不在第一內(nèi)核部分中延伸。因此，液態(tài)聚合物進入到第一內(nèi)核部分的表面中的流動可以甚至更均勻地分布在表面區(qū)域上，因為液態(tài)聚合物可流過第一內(nèi)核部分材料的孔口但不穿過第一內(nèi)核部分的流動通道，以便可以顯著地消除循跡進入第一內(nèi)核部分某些流動通道中的現(xiàn)象，從而甚至更好地減小已完成的殼體部分中弱點的風(fēng)險。在一個實施方式中，至少一個內(nèi)核元件的流動通道具有直線通道的形式。在一個實施方式中，至少一個內(nèi)核元件的流動通道已被切割、鉆孔或通過除去碎屑以另外方式形成。在一個實施方式中，至少一個內(nèi)核元件的流動通道形成在塊之間，這些塊形成內(nèi)核部分的至少一部分。在一個實施方式中，第一內(nèi)核部分由第一內(nèi)核材料制成，而第二內(nèi)核部分由第二內(nèi)核材料制成，由此第一內(nèi)核材料具有比第二內(nèi)核材料更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核材料比其穿透第二內(nèi)核材料更容易。因此，液態(tài)聚合物進入第一內(nèi)核部分表面中的流動可以甚至更均勻地分布在表面區(qū)域上，因為液態(tài)聚合物可以更均勻地穿透整個第一內(nèi)核部分。在一個實施方式中，第一內(nèi)核材料為泡沫聚合物，而第二內(nèi)核材料為輕木。泡沫聚 合物通常具有比輕木更高的液態(tài)聚合物滲透率，并且該組合在成本方面也可為有利的，因為輕木可能比泡沫聚合物相對便宜。第一內(nèi)核部分通常將大致小于第二內(nèi)核部分，以便泡沫聚合物的較高成本將對總成本產(chǎn)生相對較小的影響。此外，可能有利的是避免輕木在過渡區(qū)域中，因為在一些情況下，尤其是在過渡區(qū)域中，輕木中的濕度和真菌由于諸如150攝氏度的高溫而可在聚合物的灌注期間導(dǎo)致氣泡，這又可導(dǎo)致層離(delamination)。此外，可避免輕木碎屑落入纖維插入件中的風(fēng)險。第一內(nèi)核材料可為開孔型(open cell type)泡沫聚合物，由此可在不需要形成于材料中的補充通道(例如，通過切割或鉆孔)的情況下確保整個材料各處的適合滲透率。第一內(nèi)核材料可為開孔型的泡沫聚合物，諸如PVC H80等。第二內(nèi)核材料可為輕木，其進行表面涂覆來降低滲透率，以便避免樹脂穿透到內(nèi)核材料中，并且由此增加了最終產(chǎn)品中的樹脂量。在一個實施方式中，第一內(nèi)核材料為開孔型的泡沫聚合物，而第二內(nèi)核材料為輕木,輕木進行表面涂覆來減小滲透率。在一個實施方式中，第一內(nèi)核材料為開孔型的泡沫聚合物，而第二內(nèi)核材料為閉孔型(closed cell type)的泡沫聚合物。開孔型的泡沫聚合物通?？删弑乳]孔型的泡沫聚合物具有更高的液態(tài)聚合物滲透率。本發(fā)明還涉及一種通過組裝如以上所述那樣制造的兩個橢圓形殼體部分來制造風(fēng)力渦輪機葉片的方法。本發(fā)明還涉及一種橢圓形殼體部分，其包括通過灌注工藝制造的纖維增強的材料，由此纖維材料被布置在模腔中并且隨后用液態(tài)聚合物進行浸灌，其中該橢圓形殼體部分包括被堆疊來形成纖維插入件的多個纖維層以及沿著纖維插入件的至少一部分布置的至少一個內(nèi)核元件，所述纖維插入件構(gòu)成諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其沿著殼體部分的縱向方向延伸，所述至少一個內(nèi)核元件具有錐形邊緣區(qū)段且包括流動通道，流動通道包括硬化聚合物，其中形成纖維插入件的多個纖維層被堆疊，以便使得所述至少一個內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段擠入纖維層之間并因此進入纖維插入件中，其中被堆疊的纖維層和至少一個內(nèi)核元件的流動通道至少部分地填充有硬化聚合物。所述橢圓形殼體部分的特征在于，所述至少一個內(nèi)核元件由在殼體部分縱向方向上沿著彼此布置的第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分構(gòu)成，以便第一內(nèi)核部分被布置在第二內(nèi)核部分與纖維插入件中心線之間，其中第一內(nèi)核部分形成內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段的至少一部分，并且其中第一內(nèi)核部分的表面層具有的通過表面層的孔口所吸收的硬化聚合物含量比第二內(nèi)核部分表面層的硬化聚合物含量高。因此，可實現(xiàn)上述性質(zhì)，其中聚合物含量在第一內(nèi)核部分附近增加，因此減小了由于切口效應(yīng)而造成弱點的概率。在一個實施方式中，內(nèi)核元件的流動通道僅在第二內(nèi)核部分中而不在第一內(nèi)核部分中延伸。因此，可實現(xiàn)上述性質(zhì)。在一個實施方式中，至少一個內(nèi)核元件的流動通道形成在塊之間，所述塊形成內(nèi)核元件的至少一部分。因此，可實現(xiàn)上述性質(zhì)。在一個實施方式中，第一內(nèi)核部分由第一內(nèi)核材料制成，而第二內(nèi)核部分由第二內(nèi)核材料制成，其中第一內(nèi)核材料具有的由內(nèi)核材料孔口所吸收的硬化聚合物含量比第二內(nèi)核材料的硬化聚合物含量高。因此，可實現(xiàn)上述性質(zhì)。 在一個實施方式中，第一內(nèi)核材料為泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是開孔型的，而第二內(nèi)核材料為輕木，所述輕木可能進行表面涂覆以便減少輕木所吸收的硬化聚合物含量。因此,可實現(xiàn)上述性質(zhì)。在一個實施方式中，當(dāng)從垂直于殼體部分縱向方向的截面中看時，所述截面處于橢圓形殼體部分具有其最大寬度的位置，第一內(nèi)核部分的寬度為第二內(nèi)核部分寬度的至少1/20，優(yōu)選為至少1/15，而最優(yōu)選的為至少1/12。因此，可實現(xiàn)適合的過渡區(qū)域。本發(fā)明還涉及一種風(fēng)力渦輪機葉片，其包括兩個如以上所述的兩個橢圓形殼體部分。


通過實施方式的實例參照非常示意的圖，現(xiàn)在將在下面更為詳細地闡述本發(fā)明，在圖中
圖I為風(fēng)力渦輪機葉片的俯視 圖2為沿著圖I中的線II-II的截面；
圖3為處于較大比例的圖2的細節(jié)；
圖4為產(chǎn)生風(fēng)力渦輪機葉片期間的模具的截面；以及 圖5為內(nèi)核元件的透視圖。
具體實施例方式圖I示出了風(fēng)力渦輪機葉片I的視圖。風(fēng)力渦輪機葉片I具有常規(guī)的風(fēng)力渦輪機葉片形狀，并且包括根部區(qū)2、末梢區(qū)7、在根部區(qū)2與末梢區(qū)7之間的輪廓區(qū)或翼型區(qū)3、以及在根部區(qū)2與翼型區(qū)3之間的過渡區(qū)4，根部區(qū)2最靠近風(fēng)力渦輪機葉片將安裝于其上的未示出的槳轂，末梢區(qū)7離槳轂最遠。葉片I包括前緣5和后緣6，前緣5在葉片被安裝到槳轂上時朝向葉片I的旋轉(zhuǎn)方向，后緣6朝向前緣5的相對方向。翼型區(qū)3 (也稱為輪廓區(qū))具有相對于產(chǎn)生升力理想的或幾乎理想的葉片形狀，而根部區(qū)2由于結(jié)構(gòu)考慮而具有大致圓形或橢圓形的截面，例如，這使得將葉片I安裝至槳轂更為容易且安全。根部區(qū)2的直徑(或翼弦)沿著整個根部區(qū)可以是恒定的。過渡區(qū)4具有從根部區(qū)2的圓形或橢圓形逐漸變成翼型區(qū)3的翼型輪廓的過渡輪廓。過渡區(qū)4的翼弦長度通常隨著離槳轂距離增大而增大。翼型區(qū)3具有翼型輪廓，其翼弦在葉片I的前緣5與后緣6之間延伸。翼弦的寬度隨著離槳轂的距離增大而減小。葉片I的肩部8被限定為葉片I具有其最大翼弦長度的位置。肩部8通常設(shè)置在過渡區(qū)4與翼型區(qū)3之間的邊界處。圖2示出了沿著大致處于肩部8處的線II-II的穿過圖I中風(fēng)力渦輪機葉片I的截面。可以看到的是，風(fēng)力渦輪機葉片I由第一橢圓形殼體部分9和第二橢圓形殼體部分10構(gòu)成，第一橢圓形殼體部分9和第二橢圓形殼體部分10分別在風(fēng)力渦輪機葉片I的前緣5和后緣6處被連結(jié)在一起,從而形成內(nèi)部腔體11。此外，第一橢圓形殼體部分9和第二橢圓形殼體部分10通過沿著縱向延伸的諸如橫梁或腹板等增強元件12進行內(nèi)部地連接，這些增強元件12在風(fēng)力渦輪機葉片的殼體部分內(nèi)對準并且連結(jié)到殼體部分上。第一橢圓形殼體部分9和第二橢圓形殼體部分10包括通過諸如真空灌注或VARTM(真空協(xié)助的樹脂轉(zhuǎn)移模制)等灌注工藝產(chǎn)生的纖維增強的聚合物材料。在該制造 過程期間，將也稱為樹脂的液態(tài)聚合物填充進模腔中，在該模腔中已預(yù)先插入纖維材料，并且其中在模腔中產(chǎn)生了真空，從而吸入到聚合物中。聚合物可為熱固性塑料或熱塑性塑料。通常，均勻分布的纖維在第一剛性模具部分中分層堆積，纖維為粗紗(S卩，纖維帶束)、粗紗帶或墊子，其為獨立纖維制成的氈墊或由纖維粗紗制成的織造墊。隨后將通常由回彈性真空袋制成的第二模具部分置于纖維材料的頂部上，并且抵靠第一模具部分密封來產(chǎn)生模腔。通過在第一模具部分與真空袋之間的模腔中產(chǎn)生通常為總真空的80%至95%的真空，可將液態(tài)聚合物吸入并且連同包含于其中的纖維材料來填充模腔。也稱為入口通道的所謂的分送層或分送管被用在真空袋與纖維材料之間，以便盡可能可靠且有效地獲得聚合物的分送。在大多數(shù)情況下，所應(yīng)用的聚合物為聚酯或環(huán)氧樹脂，并且纖維增強最通常的是基于玻璃纖維或碳纖維。圖4非常示意性地示出了制造如圖I和圖2中所示風(fēng)力渦輪機葉片I的橢圓形殼體部分9，10之一的方法的一種實施方式，由此將纖維材料置于第一剛性模具部分14的模腔13中，并且由回彈性真空袋15覆蓋，真空袋15設(shè)有Q形式的入口通道16，16’和真空通道17，18。應(yīng)注意的是，第一真空通道17被置于對應(yīng)于已完成的葉片的前緣5的位置處，而第二真空通道18被置于對應(yīng)于已完成葉片的后緣6的位置處。此外，應(yīng)注意的是，一組^形式的入口通道16’定位在纖維插入件19的上方，纖維插入件19在已完成的殼體部分中構(gòu)成主疊層形式的承載結(jié)構(gòu)。附加的Q形式的入口通道16被置于所述成組Q形式的入口通道16’任一側(cè)處的不同位置處。在填充模具的過程期間，在此方面理解為相對于周圍壓力而處于壓力不足或負壓的真空是通過模腔13中的真空通道17，18產(chǎn)生的，由此將液態(tài)聚合物經(jīng)由入口通道16，16’吸入模腔中，以便填充所述模腔。當(dāng)流動前鋒朝真空通道17，18移動時，聚合物由于負壓而從入口 16，16’沿著所有方向在模腔13中擴散。在圖4中所示的實施方式中，應(yīng)理解的是，聚合物通常沿著從纖維插入件19的區(qū)域至已完成葉片I的相應(yīng)前緣5和后緣6的區(qū)域的方向擴散。還可構(gòu)想出落入由權(quán)利要求限定的本發(fā)明范圍內(nèi)的入口通道和真空通道的許多其它構(gòu)造。重要的是最佳地定位入口通道16，16’和真空通道17，18，以便獲得模腔的完全填充。然而，確保聚合物在整個模腔中的完全分布通常是困難的，并且因此這有時可導(dǎo)致所謂的干燥點，即，纖維材料未用樹脂充分浸灌的區(qū)域。通過控制真空壓力和入口側(cè)處可能的超壓，或許難以或不可能避免纖維材料未充分浸灌以及可存在氣穴的這些區(qū)域。在使用剛性模具部分和采用真空袋形式之回彈性模具部分的真空灌注技術(shù)中，在填充模具的過程之后通過在相應(yīng)位置處刺穿袋以及通過例如借助于注射器針頭來抽出空氣，可以修復(fù)干燥點。液態(tài)聚合物可選地可在相應(yīng)的位置中注入，并且這例如也可通過注射器針頭來完成。這是耗時且麻煩的過程。在大型模具部分的情況下，支桿必須處于真空袋上。這不是所期望的，尤其在聚合物并未硬化時不是所期望的，因為其可導(dǎo)致所插入纖維材料中的變形并且由此導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的局部變?nèi)酰@可導(dǎo)致例如彎曲效果。為了產(chǎn)生圖I和圖2中所示風(fēng)力渦輪機葉片I的橢圓形殼體部分9，10之一，如圖4中所示，首先將纖維材料布置于模腔13中。多個纖維層被堆疊來形成纖維插入件19，纖維插入件19在已完成的殼體部分中構(gòu)成諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其如圖I中由線20所指出那樣沿著待制造的殼體部分I的縱向方向延伸。內(nèi)核元件21在殼體部分I的縱向方向上沿著纖維插入件19的至少一部分布置，并且具有如圖3中所示的錐形邊緣區(qū)段22，圖3示出了圖2中的細節(jié)III。內(nèi)核元件21包括用于將液態(tài)聚合物分送至模腔13各處的流動通道23，24，25，26。形成纖維插入件19的多個纖維層被堆疊，以便將內(nèi)核元件21的錐形·邊緣區(qū)段22擠入纖維層之間并因此進入纖維插入件19中。因此，可實現(xiàn)形成纖維插入件19的纖維層與內(nèi)核元件21之間的逐漸過渡，由此可避免已完成的殼體部分I性質(zhì)的突然變化和由此產(chǎn)生的弱區(qū)域。在安排纖維材料和布置內(nèi)核元件21之后，如以上所述，液態(tài)聚合物被灌注到模腔13中，以便其傳播通過被堆疊的纖維層并進入內(nèi)核元件21的流動通道23，24，25，26中?？蓪㈠F形邊緣區(qū)段22的末梢33定位成離纖維插入件19外側(cè)34比離纖維插入件19內(nèi)側(cè)35略近，即，離葉片殼體的外表面比內(nèi)表面更近。根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)核元件21由第一內(nèi)核部分27和第二內(nèi)核部分28構(gòu)成，第一內(nèi)核部分27和第二內(nèi)核部分28在待制造的殼體部分I的縱向方向上沿著彼此進行布置。因此，如圖4中所示，第一內(nèi)核部分27被布置在第二內(nèi)核部分28與纖維插入件19的中心線29之間。因此，聚合物沿著從纖維插入件19至第二內(nèi)核部分28的方向流動，以便聚合物在其至第二內(nèi)核部分28的路線上經(jīng)過第一內(nèi)核部分27。第一內(nèi)核部分27形成了內(nèi)核元件21的錐形邊緣區(qū)段22的至少一部分。此外，根據(jù)本發(fā)明，第一內(nèi)核部分27的表面具有比第二內(nèi)核部分28的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核部分27的表面比其穿透第二內(nèi)核部分28的表面更容易。因此，液態(tài)聚合物進入第一內(nèi)核部分27的表面的流動可以更均勻地分布在表面區(qū)域上，以便可顯著減少循跡進入第一內(nèi)核部分27的某些流動通道中的現(xiàn)象，從而降低了已完成的殼體部分I中弱點的風(fēng)險。可實現(xiàn)的是，通過向第一內(nèi)核部分27提供表面層，該表面層具有比第二內(nèi)核部分28的表面層更高的液態(tài)聚合物滲透率，第一內(nèi)核部分27的表面就具有比第二內(nèi)核部分28表面更高的液態(tài)聚合物滲透率。因此，在已完成的殼體部分中，由第一內(nèi)核部分27的表面層的孔口吸收的硬化聚合物的含量可高于第二內(nèi)核部分28的表面層中硬化聚合物的含量。具有比第二內(nèi)核部分28的表面層更高的液態(tài)聚合物滲透率的第一內(nèi)核部分27的所述表面層可設(shè)在具有流動通道形成于其中的材料塊的表面上，以用于將液態(tài)聚合物分送遍及第一內(nèi)核部分27。第一內(nèi)核部分27可構(gòu)成內(nèi)核元件21的錐形邊緣區(qū)段22的一部分，由此第二內(nèi)核部分28可構(gòu)成錐形邊緣區(qū)段22的剰余部分。備選地，第一內(nèi)核部分27可構(gòu)成內(nèi)核元件21的整個錐形邊緣區(qū)段22，并且甚至還構(gòu)成內(nèi)核元件21的非錐形區(qū)段的一部分。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員顯而易見的是，在本發(fā)明的范圍內(nèi)許多構(gòu)造是可能的。例如，在圖3中所示的實施方式中，通過定位于明顯錐形區(qū)段與大致非錐形形式的區(qū)段之間某處的線30，將第一內(nèi)核部分27和第二內(nèi)核部分28分開。整個內(nèi)核元件21由纖維增強的材料覆蓋，如ー個或多個纖維增強的聚合物層32，即內(nèi)皮和外皮，見圖3。內(nèi)核材料可用作這些層之間的隔離件以便形成夾層結(jié)構(gòu)，并且通常由剛性的輕質(zhì)材料制成以便降低復(fù)合結(jié)構(gòu)的重量。為了確保灌注過程期間有效分送液態(tài)聚合物，如圖3中所示，內(nèi)核元件設(shè)有采用流動通道23，24，25，26形式的樹脂分送網(wǎng)絡(luò)。如圖5中所示，內(nèi)核元件的流動通道可形成在塊之間，這些塊形成內(nèi)核元件的至少一部分。所述 塊可設(shè)為粘附到例如纖維層的絲網(wǎng)或紗布上，以便容易將它們布置在模具14中，并且容易適于或符合于模腔13的形式。然而，在一種實施方式中，內(nèi)核元件21的流動通道23，24僅在第二內(nèi)核部分28中而不在第一內(nèi)核部分27中延伸。因此，液態(tài)聚合物可流動通過第一內(nèi)核部分27材料的孔ロ，但不通過第一內(nèi)核部分27的流動通道，以便可顯著消除循跡進入第一內(nèi)核部分的某些流動通道中的現(xiàn)象，從而甚至更好地減小已完成的殼體部分中弱點的風(fēng)險。在聚合物灌注期間，傳播通過被堆疊的纖維層的液態(tài)聚合物流可在過渡區(qū)域中加速，因為多孔纖維材料的截面面積在內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段上減小。在某些情況下，這可導(dǎo)致液態(tài)聚合物循跡進入內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段的可能的流動通道中，從而相比于已完成的殼體部分的其它區(qū)域，在該流動通道入口處已完成的增強纖維材料的聚合物含量就略微減少。然而，當(dāng)液態(tài)聚合物到達內(nèi)核元件21的大致非錐形的部分吋，即在圖3中所示的實施方式中，或多或少達到第二內(nèi)核部分28，布置在內(nèi)核元件21頂側(cè)和底側(cè)上以便形成纖維增強的聚合物層32的多孔纖維材料相對較薄的層的截面面積在對準右真空通道18的流動方向上是相對恒定的，并且因此流動速度是相對恒定的，并且因此可能通常不會引起循跡進入第二內(nèi)核部分28的流動通道中的現(xiàn)象。第一內(nèi)核部分27可由第一內(nèi)核材料制成，而第二內(nèi)核部分28可由第二內(nèi)核材料制成，由此第一內(nèi)核材料具有比第二內(nèi)核材料更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核材料比其穿透第二內(nèi)核材料更容易。因此，在已完成的殼體部分中，第一內(nèi)核材料可具有由內(nèi)核材料孔ロ所吸收的比第二內(nèi)核材料的硬化聚合物含量高的硬化聚合物含量。例如，第一內(nèi)核材料可為諸如PVC H80等開孔型的泡沫聚合物，而第二內(nèi)核材料可為輕木，由此可實現(xiàn)的是第一內(nèi)核材料具有比第二內(nèi)核材料更高的液態(tài)聚合物滲透率。輕木通?？蛇M行表面涂覆來降低滲透率，以便避免樹脂穿透進第二內(nèi)核部分28的內(nèi)核材料中，其可通常大致大于第一內(nèi)核部分27。因此，可降低最終產(chǎn)品的重量。例如，第一內(nèi)核材料可為閉孔型的泡沫聚合物，而第二內(nèi)核材料可為輕木，由此可實現(xiàn)的是第一內(nèi)核材料的至少表面層具有比第二內(nèi)核材料更高的液態(tài)聚合物滲透率。有可能的是，定位在表面層下方的第一內(nèi)核部分27的僅一部分可設(shè)有形成在材料中的流動通道，以便改善液態(tài)樹脂經(jīng)由第一內(nèi)核部分27的分送。可將這些通道從第一內(nèi)核部分27的側(cè)部鉆入第一內(nèi)核部分27中，或形成在分開的閉室泡沫材料件中，其隨后設(shè)有沒有流動通道的由閉室泡沫制成的所述表面層。備選地，如果流動通道還優(yōu)選為在第一內(nèi)核部分的錐形表面中，則流動通道可如圖5中所示實施方式中那樣形成為通過第一內(nèi)核部分的錐形表面。在本說明書的上下文中應(yīng)注意的是，描述為液態(tài)聚合物可穿透的材料意思是多孔材料，諸如具有孔ロ或腔體的材料等，其中聚合物可被大致吸收到所述材料的各處。這些孔ロ或腔體例如可通過使諸如聚合物等材料發(fā)泡來形成，或例如可為自然存在于輕木中的孔ロ。結(jié)果，所述孔ロ或腔體通常將有規(guī)則地在材料體上擴散。然而，存在于材料中的這些孔ロ或腔體的密度可在材料體上有非常大的變化。然而，應(yīng)注意的是，液態(tài)聚合物大致可穿透的多孔材料的表面例如可通過涂覆來進行表面處理，以便該表面對于液態(tài)聚合物相對不可滲透。結(jié)果，有可能通過適合的表面處理來使某些多孔材料的表面對于液態(tài)聚合物或多或少可穿透。另ー方面，當(dāng)本說明書提到內(nèi)核元件中用于液態(tài)聚合物的流動通道時，"流動通道 "是指通過切割、鉆孔或任何其它類型的適合碎屑去除エ藝或模制エ藝來明顯地形成在材料中的通道，這與以上所述的孔ロ或腔體相反。流動通道優(yōu)選地可具有可能互連的直通道形式。此外，如以上所述，內(nèi)核元件的流動通道可形成在塊之間，這些塊形成內(nèi)核元件的至少一部分。作為舉例，在現(xiàn)有技術(shù)的風(fēng)カ渦輪機葉片中，液態(tài)聚合物在制造期間循跡進入明顯的流動通道中的現(xiàn)象在已完成的風(fēng)カ渦輪機葉片中，可導(dǎo)致這些流動通道入口處的纖維含量為大約72-73%以及樹脂含量為大約27-28%，這可導(dǎo)致弱點。相反，根據(jù)本發(fā)明，由于減少或消除了液態(tài)聚合物循跡的現(xiàn)象，所以例如在第一內(nèi)核部分的表面上大致可獲得大約69-70%的纖維含量以及大約30-31%的樹脂含量。當(dāng)從垂直于橢圓形殼體部分9，10縱向方向的截面中看時,所述截面處于橢圓形殼體部分9，10具有其最大寬度的位置，第一內(nèi)核部分27的寬度為第二內(nèi)核部分28寬度的至少1/20，優(yōu)選為至少1/15，而最優(yōu)選的為至少1/12。第一內(nèi)核部分27的寬度在圖5中表不為w ;第二內(nèi)核部分28的寬度在圖中未指出，因為僅不出了第二內(nèi)核部分28的一部分。在風(fēng)カ渦輪機葉片I中，所述截面可定位在葉片I的肩部8處。純粹作為實例，在具有47. 5米長度的風(fēng)カ渦輪機葉片I中，第一內(nèi)核部分27可具有大約15cm的寬度，而第二內(nèi)核部分28可具有大約150cm的寬度。在圖4中所示的實施方式中，除布置在纖維插入件19右側(cè)的第一內(nèi)核元件21之夕卜，第二內(nèi)核元件31被布置在纖維插入件19的左側(cè)。第二內(nèi)核元件31的構(gòu)成可對應(yīng)于第一內(nèi)核元件21的成分，但如指出那樣，第二內(nèi)核元件31的總體形式不同于第一內(nèi)核元件31?？蓪⒌诙?nèi)核元件31的第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分布置成與第一內(nèi)核元件21的第一內(nèi)核部分和第二內(nèi)核部分成鏡像關(guān)系。然而，由于本發(fā)明可適用于通過灌注エ藝來制造包括纖維增強的聚合物材料的任何橢圓形殼體部分，所以內(nèi)核元件21，31可具有與圖4中所指出那些不同的形式。在制造風(fēng)カ渦輪機葉片的情況下，纖維插入件19可形成所謂的主疊層，并且例如在大型風(fēng)カ渦輪機葉片的情況下，所產(chǎn)生的橢圓形部分除纖維插入件19之外還可包括形成所謂小主疊層的附加纖維插入件(未示出)。這樣的附加纖維插入件可沿著纖維插入件19、通常沿著纖維插入件19的一部分長度進行布置，并且然后將第三內(nèi)核元件(未示出)布置在纖維插入件19與附加的纖維插入件之間。然后，第三內(nèi)核元件可包括在任ー側(cè)處的錐形邊緣區(qū)段，以便其可擠入纖維插入件19和附加纖維插入件中。第三內(nèi)核元件可包括中心孔部分和兩個側(cè)內(nèi)核部分，由此側(cè)內(nèi)核部分的表面具有比中心孔部分的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率。然而，也可以省去所述中心孔部分。盡管已經(jīng)通過由兩個橢圓形殼體部分構(gòu)成的風(fēng)カ渦輪機葉片來列舉了本發(fā)明，但是本發(fā)明同樣適用于通過灌注エ藝來制造包括纖維增強的聚合物材料的任何其它類型的橢圓形殼體部分。參考標號清單 I風(fēng)カ渦輪機葉片 2根部區(qū)
3翼型區(qū) 4過渡區(qū)· 5前緣 6后緣 7末梢區(qū) 8肩部
9第一橢圓形殼體部分 10第二橢圓形殼體部分 11內(nèi)部腔體 12增強元件 13模腔
14剛性模具部分
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纖維插入件
20線
21內(nèi)核元件 22錐形邊緣區(qū)段 23, 24, 25, 26流動通道 27第一內(nèi)核部分 28第二內(nèi)核部分 29中心線 30線
31第二內(nèi)核元件 32纖維增強的聚合物層 33錐形邊緣區(qū)段的末梢34纖維插入件的外側(cè) 35纖維插入件的內(nèi)側(cè)
權(quán)利要求
1.一種通過灌注工藝來制造橢圓形殼體部分(9，10)的方法，所述橢圓形殼體部分(9，10)包括纖維增強的聚合物材料，由此纖維材料被布置在模腔(13)中并且隨后用液態(tài)聚合物進行浸灌，由此多個纖維層被堆疊以形成纖維插入件(19)，所述纖維插入件(19)在已完成的殼體部分中構(gòu)成諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其沿著待制造的所述殼體部分的縱向方向延伸，由此至少一個內(nèi)核元件(21)沿著所述纖維插入件(19)的至少一部分布置，所述至少一個內(nèi)核元件(21)具有錐形邊緣區(qū)段(22)且包括用于液態(tài)聚合物的流動通道(23，24)，由此為了形成所述纖維插入件(19)的所述多個纖維層被堆疊，以便使得所述至少一個內(nèi)核元件(21)的錐形邊緣區(qū)段(22)擠入所述纖維層之間并因此進入所述纖維插入件(19)中，由此液態(tài)聚合物被灌注到所述模腔(13)中，以便其傳播通過被堆疊的纖維層并進入所述至少一個內(nèi)核元件(21)的流動通道(23，24)中，其特征在于， 所述至少一個內(nèi)核元件(21)由在待制造的所述殼體部分(9，10)的縱向方向上沿著彼此布置的第一內(nèi)核部分(27)和第二內(nèi)核部分(28)構(gòu)成，以便所述第一內(nèi)核部分(27)被布置在所述第二內(nèi)核部分(28)與所述纖維插入件(19)的中心線(29)之間； 所述第一內(nèi)核部分(27)形成所述內(nèi)核元件(21)的錐形邊緣區(qū)段(22)的至少一部分；并且 所述第一內(nèi)核部分(27)的表面具有比所述第二內(nèi)核部分(28)的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透所述第一內(nèi)核部分(27)表面比其穿透所述第二內(nèi)核部分(28)的表面更容易，并且其中，在液態(tài)聚合物的灌注期間，聚合物沿著從所述纖維插入件(19)至所述第二內(nèi)核部分(28)的方向流動，以便聚合物在其至所述第二內(nèi)核部分(28)的路線上經(jīng)過所述第一內(nèi)核部分(27)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核元件(21)的流動通道(23，24)僅在所述第二內(nèi)核部分(28)中而不在所述第一內(nèi)核部分(27)中延伸。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述內(nèi)核元件的流動通道(23，24)形成在塊之間，這些塊形成了所述內(nèi)核元件(21)的至少一部分。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的方法，其特征在于，所述第一內(nèi)核部分(27)由第一內(nèi)核材料制成，并且所述第二內(nèi)核部分(28)由第二內(nèi)核材料制成，由此所述第一內(nèi)核材料具有比所述第二內(nèi)核材料更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透所述第一內(nèi)核材料比其穿透所述第二內(nèi)核材料更容易。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一內(nèi)核材料為泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是開孔型，并且所述第二內(nèi)核材料為輕木，所述輕木可能進行表面涂覆以降低滲透率。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述第一內(nèi)核部分和所述第二內(nèi)核部分由相同類型制成，并且所述第一內(nèi)核部分的表面具有比所述第二內(nèi)核部分的表面更高的液態(tài)聚合物滲透率。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述第二內(nèi)核部分的表面已涂覆有封閉其表面處材料的至少一些孔口的物質(zhì)。
8.—種通過組裝根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項制造的兩個橢圓形殼體部分(9，10)來制造風(fēng)力渦輪機葉片(I)的方法。
9.一種橢圓形殼體部分(9，10)，其包括通過灌注工藝制造的纖維增強的聚合物材料，由此纖維材料已被布置在模腔(13)中并且隨后用液態(tài)聚合物進行浸灌，其中所述橢圓形殼體部分(9，10)包括被堆疊以形成纖維插入件(19)的多個纖維層以及沿著所述纖維插入件(19)的至少一部分布置的至少一個內(nèi)核元件(21)，所述纖維插入件(19)構(gòu)成諸如主疊層的承載結(jié)構(gòu)，其沿著所述殼體部分(9，10)的縱向方向延伸，所述至少一個內(nèi)核元件(21)具有錐形邊緣區(qū)段(22)且包括流動通道(23，24)，所述流動通道(23，24)包括硬化聚合物，其中形成所述纖維插入件(19)的所述多個纖維層被堆疊，以便使得所述至少一個內(nèi)核元件(21)的錐形邊緣區(qū)段(22)擠入所述纖維層之間并因此進入所述纖維插入件(19)中，其中被堆疊的纖維層和所述至少一個內(nèi)核元件(21)的流動通道(23，24)至少部分地填充有硬化聚合物，其特征在于， 所述至少一個內(nèi)核元件(21)由在所述殼體部分(9，10)的縱向方向上沿著彼此布置的第一內(nèi)核部分(27)和第二內(nèi)核部分(28)構(gòu)成，以便所述第一內(nèi)核部分(27)被布置在所述第二內(nèi)核部分(28)與所述纖維插入件(19)的中心線(29)之間； 所述第一內(nèi)核部分(27)形成所述內(nèi)核元件(21)的錐形邊緣區(qū)段(22)的至少一部分；并且 所述第一內(nèi)核部分(27)的表面層具有的由所述表面層的孔口所吸收的硬化聚合物含量比所述第二內(nèi)核部分(28)的表面層的硬化聚合物含量高。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的橢圓形殼體部分，其特征在于，所述內(nèi)核部分(21)的流動通道(23，24)僅在所述第二內(nèi)核部分(28)中而不在所述第一內(nèi)核部分(27)中延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的橢圓形殼體部分，其特征在于，所述內(nèi)核元件(21)的流動通道(23，24)形成在塊之間，這些塊形成所述內(nèi)核元件的至少一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求9至11中任一項所述的橢圓形殼體部分，其特征在于，所述第一內(nèi)核部分(27)由第一內(nèi)核材料制成，并且所述第二內(nèi)核部分(28)由第二內(nèi)核材料制成，其中所述第一內(nèi)核材料具有的由所述內(nèi)核材料的孔口所吸收的硬化聚合物含量比所述第二內(nèi)核材料的硬化聚合物含量高。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的橢圓形殼體部分，其特征在于，所述第一內(nèi)核材料為泡沫聚合物，所述泡沫聚合物可能是開孔型，并且所述第二內(nèi)核材料為輕木，所述輕木可能進行表面涂覆以便減少由所述輕木吸收的硬化聚合物含量。
14.根據(jù)權(quán)利要求9至13中任一項所述的橢圓形殼體部分，其特征在于，當(dāng)在垂直于所述殼體部分(9，10)的縱向方向的截面中看時，所述截面處于所述橢圓形殼體部分具有其最大寬度的位置，所述第一內(nèi)核部分(27)的寬度為所述第二內(nèi)核部分(28)寬度的至少1/20，優(yōu)選為至少1/15，并且最優(yōu)選的為至少1/12。
15.一種風(fēng)力渦輪機葉片(I)，其包括根據(jù)權(quán)利要求9至14中任一項所述的兩個橢圓形殼體部分(9，10)。
全文摘要
本發(fā)明為制造橢圓形殼體部分的方法及這種殼體部分。多個纖維層被堆疊以形成在待制造的殼體部分的縱向方向上延伸的纖維插入件(19)，由此具有錐形邊緣區(qū)段(22)的內(nèi)核元件(21)沿著纖維插入件布置。纖維層被堆疊以使得內(nèi)核元件的錐形邊緣區(qū)段擠入纖維插入件中。內(nèi)核元件由沿著彼此布置的第一內(nèi)核部分(27)和第二內(nèi)核部分(28)構(gòu)成。第一內(nèi)核部分形成內(nèi)核元件錐形邊緣區(qū)段的至少一部分。第一內(nèi)核部分的表面具有比第二內(nèi)核部分表面更高的液態(tài)聚合物滲透率，以便在灌注期間，液態(tài)聚合物穿透第一內(nèi)核部分的表面比其穿透第二內(nèi)核部分的表面更容易。
文檔編號B29C70/54GK102825799SQ201210197849
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月17日
發(fā)明者H.J.古魯普拉薩德 申請人:Lm風(fēng)力發(fā)電公司