CN111684154B - 用于风力涡轮机叶片根部的插入件和坯件 - Google Patents

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Abstract

一种复合材料坯件(190)，该复合材料坯件(190)包括在第一端面(312a)和第二端面(312b)之间延伸的细长坯件主体(300)；所述坯件主体(300)在平行于其纵向轴线的纵向方向上延伸，并且具有四个外围侧面(341，342，343，344)；每个所述第一端面(312a)和第二端面(312b)具有限定梯形形状的边缘(361a‑364a；361b‑364b)；其中，所述坯件主体(190)的外围侧面(341，342，343，344)将所述第一端面(312a)的边缘(361a‑364a)与所述第二端面(312b)的边缘(361b‑364b)连接；并且其中，所述第一梯形端面(312a)相对于所述第二梯形端面(312b)倒置。一种制造复合坯件(190)的方法，以及一种可由坯件(190)形成的风力涡轮机叶片根部插入件(105)。

Description

用于风力涡轮机叶片根部的插入件和坯件
技术领域
本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片根部的插入件、一种制造这种插入件的方法、一种在制造用于风力涡轮机叶片根部的插入件的方法中的坯件、以及一种制造这种坯件的方法。
背景技术
US2011044817涉及一种用于制造风能系统的转子叶片的叶片连接件的过程，该叶片连接件包括用于将叶片连接件紧固到轮毂的紧固元件。紧固元件设置在圆弧上，优选地彼此等距，并且利用楔形间隔元件彼此间隔开。
用于大型水平轴线风力涡轮机的风力涡轮机叶片可具有相当大的质量，可能在10吨或更大的范围内，高达30吨或更大。叶片紧固到轮毂以构成转子。转子在主轴上旋转以驱动发电机。叶片在其根部端处附接到轮毂凸缘。叶片通常使用一组螺栓连接到轮毂凸缘。主要由于叶片质量和风力以及转子的永久旋转的影响，叶片轮毂连接件上的应力是相当大的，这倾向于随着转子的每次旋转而改变叶片上的力的程度和方向。系统中的振动也是相当大的。在20年及更长的预期寿命的情况下，叶片轮毂连接件的疲劳性能是关键的。通常称为柱螺栓的螺栓组可使用嵌入叶片的根部端中的螺纹衬套而连接到叶片根部。这种衬套通常是圆柱形的，通常由钢制成。衬套将载荷从叶片传递到柱螺栓。柱螺栓将这些载荷传递到轮毂，该轮毂是刚性的、通常是铸造的部件。考虑到对叶片轮毂连接件的疲劳要求，将衬套嵌入叶片根部的方式可能是关键的。本发明涉及一种可以将衬套嵌入其中的插入件的设计以及制备该插入件的方法。通常由复合材料制成并包含衬套的插入件可以与其它插入件一起嵌入叶片根部。因此，叶片根部及其插入件呈现了用于螺栓连接到轮毂的连接面。
发明内容
本发明的第一方面提供了一种制造用于风力涡轮机叶片根部的一对插入件的方法中的复合材料坯件，所述坯件包括在第一端面和第二端面之间延伸的细长坯件主体。所述坯件主体在平行于其纵向轴线的纵向方向上延伸，并且具有四个外围侧面；所述第一端面和第二端面中的每一个具有限定梯形形状的边缘；其中，所述坯件主体的外围侧面将所述第一端面的边缘与所述第二端面的边缘连接，并且其中，梯形的所述第一端面相对于梯形的所述第二端面倒置。所谓倒置是指第二端面相对于第一端面转过180度。由此，坯件可呈现两个相对的平行的平坦面和两个不平行的侧面。侧面可以是非平面的或部分平面的。坯件可以成形为使得其可以由单个平面平分成两个相等的部件。换句话说，当沿着横向于并且优选地垂直于坯件的纵向轴线的平面平分时，坯件可以优选地成形为产生两个相同尺寸的部件。优选地，在用于同时制造两个风力涡轮机叶片根部插入件的方法中，坯件是复合材料坯件。因此，坯件可优选地包括第一风力涡轮机叶片根部衬套和第二风力涡轮机叶片根部衬套。衬套可以是圆柱形的。圆柱形衬套可以围绕与所述坯件的纵向轴线平行或重合的纵向轴线延伸。衬套可以是金属衬套，优选地是钢衬套。衬套可优选地包括用于衬套与风力涡轮机轮毂连接元件的接合的附接区域。衬套附接区域可以包括孔。孔可以包括螺纹部分。风力涡轮机轮毂连接元件可以包括柱螺栓。通过柱螺栓的螺纹部分与衬套孔的螺纹部分的接合，柱螺栓可附接到衬套。优选地，第一衬套和第二衬套彼此相对地布置在坯件中。
在现有技术的情况下，无论模制矩形还是梯形坯件，都需要在剖切的插入件上执行附加的机加工步骤，以便产生能够装配在一起的插入件以形成具有一致几何形状的一圈插入件。为了克服这个问题，本发明建议产生双梯形形状的坯件。该双梯形形状的坯件允许仅通过对角地剖切坯件而形成两个相同的锥形插入件，每个插入件具有略微梯形的横截面。这种插入件可在风力涡轮机叶片的根部部分处铺设，而无需进一步机加工，并且优选地不需要在相邻插入件之间插入楔形垫片。双梯形坯件具有有利的形状，允许其被平分成两个相同或近似相同的插入件。
坯件可以包括第一端部部分和第二端部部分。特别地，所述坯件主体可以包括第一端部部分和第二端部部分。优选地，第一衬套可以嵌入在所述坯件的第一端部部分中，而第二衬套可以嵌入在所述坯件的第二端部部分中。因此，坯件可以包括第一端部部分和第二端部部分，第一端部部分和第二端部部分均具有相应的衬套。在实施方式中，沿着所述第一端部部分和第二端部部分，在所述坯件的长度方向上，所述坯件主体的四个外围侧面可以都是平面的，并且平行于所述坯件主体的纵向轴线延伸。坯件主体可具有沿其长度的全部或部分的大致四边形的横截面。坯件还可以包括过渡部分，在该过渡部分中，所述坯件主体的所述侧面不平行于所述纵向轴线。在实施方式中，坯件主体可以沿着过渡部分在所述第一端部部分和所述第二端部部分之间延伸。坯件的平分可产生相等尺寸的两个风力涡轮机叶片根部插入件。
在每个端部部分处，所述细长坯件主体的外围面可包括主面、副面和一对侧面，所述主面比所述副面宽。坯件主体可以是类似于棱柱的细长四边形形状。坯件主体可具有大致平面的顶表面和相对的底表面。坯件主体顶表面和底表面优选地可以是大致平行的。
如上所述，本发明的第一方面提供了一种中间产品或坯件。坯件可以被切成两部分，以产生两个插入件。当以并排邻接的方式放置在叶片模具中时，插入件优选地描述圆形截面，优选地不需要附加的楔形间隔元件。
优选地，坯件主体部分包括由过渡部分开的两个端部部分。过渡部分可以呈现一对侧面。所述过渡部分的每个侧面可以与相应的第一端部部分和第二端部部分的侧面相遇。每个侧面可以是非平面的。优选地，每个侧面可以主要是平面的并且在边缘上是非平面的。在实施方式中，过渡部分的每个侧面可以包括两个或更多个基本上平面的小面。或者，过渡部分的每个侧面可以是弯曲的。
坯件优选地具有2级的旋转对称性。坯件可以沿对角线切割成两半，以形成一对匹配的插入件。
两个相应的衬套可以嵌入到坯件中。衬套可以是圆柱形的。衬套可以嵌入到所述坯件的每个端部区域中。衬套可以从所述坯件的端面稍微突出。通常，衬套可以由纵向的圆柱形芯分开。芯可以是非金属的，并且可以是纤维的，例如或者由诸如泡沫或轻木的块体材料制成。可选地，坯件还可以包括围绕衬套和芯的两个或更多个纤维板条。每个板条可以具有三角形横截面。板条可以由此给予细长坯件大致四边形的横截面。
侧面可以稍微弯曲。更优选地，它们可以是部分平面的，优选地使得当相邻插入件的平面侧面彼此接触地并排放置时，从其产生的插入件可以形成连续的环。
在一个实施方式中，坯件的每个端部部分的横截面具有一对直的、相对的、平行面和一对相对的侧面，该一对相对的侧面几乎平行但位于稍微会聚的平面上。更优选地，坯件的每个端部部分的横截面是梯形横截面。
可选地，坯件的每个端部部分具有棱柱形状。在这种情况下，每个端部部分的横截面不沿着坯件的纵向轴线变化。优选地，坯件的端部部分之间的过渡部分可具有沿坯件的纵向轴线变化的横截面。优选地，过渡部分的横截面可以是大致四边形的，尽管在一些实施方式中，侧面特别地可以是稍微凹入的。
本发明还提供一种制造用于风力涡轮机叶片根部的一对插入件的方法，该方法包括：制造根据本发明的第一方面的坯件；以及通过穿过坯件主体进行对角线切割而将坯件切割成两个相等的零件。在实施方式中，可以穿过过渡部分进行对角线切割。在实施方式中，穿过坯件的对角线切割可以完全在过渡部分中。对角线切割可以限定平面，该平面横向地穿过坯件主体的相对的平行面，并且对角地穿过所述坯件主体的相对的侧面。
本发明还提供了一种制造坯件的方法，所述方法包括；将组件放置在灌注模具中；将基体材料注入到所述灌注模具中，使得所述基体材料灌注所述组件；固化所述基体材料；以及在所述基体材料已经固化之后，从所述灌注模具移除所述坯件。
在一个实施例中，所述灌注模具包括在分模线处相遇的第一模具部件和第二模具部件；其中，所述第一模具部件和所述第二模具部件中的每一个分别模制所述坯件的两个主表面；其中，所述第一模具部件模制所述坯件的两个相对的侧面中的一个和所述坯件的两个相对的平行面中的一个，而所述第二模具部件模制所述坯件的所述两个相对的侧面中的另一个和所述坯件的所述两个相对的平行面中的另一个。可选地，每个模具部件可以模制所述坯件的每个端面的一部分。优选地，模具分离描述了穿过所述坯件主体的大致四边形横截面的对角线平面。这种布置可以称为对角线分离模具。这种对角线分离模具布置使得固化的坯件能够容易地从模具移除。
通常，可以通过将衬套装配到芯的相对的端部，并且围绕衬套和芯装配两个或更多个纤维板条来形成组件。每个板条可以具有三角形横截面，以便板条给予坯件组件四边形横截面(通常为矩形或梯形)，并且基体材料在灌注模具中灌注纤维板条。
本发明的另一方面提供了一种用于风力涡轮机叶片根部的插入件，该插入件包括：端部部分，所述端部部分包括具有螺纹孔的衬套，其中，所述端部部分具有形成横截面的外围面，所述外围面包括主面、副面和一对侧面，所述主面比所述副面宽；以及延伸部分，所述延伸部分远离所述端部部分延伸到尖端；其中，所述延伸部分具有与所述端部部分的主面相遇的外面、与所述端部部分的副面相遇的内面、与所述端部部分的侧面相遇的一对侧面、以及在所述延伸部分的内面与外面之间的高度，该高度随着所述延伸部分远离所述端部部分延伸而减小的，其中，所述外面的宽度随着所述延伸部分远离所述端部部分延伸而减小。通过根据本公开的方法产生的坯件可以是大致棱柱形的，并且可以具有主要为四边形的横截面。因此，插入件远离其端部部分的变窄的程度可以是从端部部分到延伸部分的尖端仅几毫米的量级；可能仅为一毫米或两毫米。可能为三毫米或四毫米。
根据本发明的另一方面，将坯件切割成两个部件通常产生一对相等的匹配的插入件。该插入件具有都朝向尖端向内渐缩的高度和宽度。
高度可以以一系列台阶或以另一种不均匀的方式减小，但更优选地，随着延伸部分远离端部部分延伸，高度均匀地减小。
内面优选地是平面的。这使得能够例如通过利用诸如转锯的切割工具切割坯件而容易地形成内面。
延伸部分的每个侧面可以包括一个或多个基本上平面的小面。或者，延伸部分的每个侧面可以是弯曲的。
插入件的端部部分的侧面可以是弯曲的，但是更优选地，它们可以是平面的，使得多个插入件在并排布置时形成连续的环，其中相邻插入件的平面侧面彼此接触。
端部部分的平行的、相对的主面和副面可以优选地是平面的并且优选地是平坦的。
优选地，插入件的端部部分具有多边形横截面，该多边形横截面具有基本上直的边，例如，该端部部分可以具有梯形横截面，该梯形横截面具有四个基本上直的边。或者，插入件的端部部分的横截面可具有一个或多个弯曲的边。
在一个实施方式中，插入件的端部部分的横截面具有一对直边，这对直边几乎平行但略微会聚。
可选地，插入件的端部部分具有棱柱形状，其中所有侧面都平行于坯件纵向轴线。在这种情况下，每个端部部分的横截面不沿着坯件的纵向轴线变化。相反，所述坯件的过渡部分可以具有几乎棱柱形状，换句话说，过渡部分可以具有沿着插入件的纵向轴线变化的横截面。
本发明的另一方面提供一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片包括：根部和尖端，所述风力涡轮机叶片从所述根部延伸到所述尖端；以及根据本发明的另一方面的嵌入在所述根部中的多个插入件。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的实施方式，其中：
图1示出了风力涡轮机；
图2示出了图1的风力涡轮机的叶片；
图3示出了图2的叶片的根部端部；
图4是图3的根部端部的一部分的放大端视图；
图5示出了风力涡轮机叶片根部插入件；
图6a是沿着缠绕有过渡层的双端部心轴组件的长度的横截面图；
图6b是穿过图6的组件的沿线y-y截取的横截面图，另外还示出了围绕过渡层的铺设元件；
图6c示出了横跨具有一系列浅的且蜿蜒的波峰和波谷的衬套的凹槽的截面轮廓；
图7是缠绕在过渡层中的衬套的示意性侧视图，并且示出了相邻凹槽之间的丝状材料的连接区段；
图8是示出两个凹槽和覆盖凹槽的过渡层的截面侧视图；
图9是示出两个凹槽和覆盖凹槽的替代过渡层的截面侧视图；
图10是示出两个凹槽和覆盖凹槽的另一替代过渡层的截面侧视图；
图11a示出了卷绕到心轴上以在材料缠绕层上形成一组缠绕物的丝状材料；
图11b示出了围绕心轴缠绕的纤维片材料；
图12示出了卷绕坯件组件以将其元件固定就位的丝状材料；
图13是示出了围绕衬套中的一个装配的拉挤板条的象征性的等距视图；
图14示出了一种替代布置，其中板条由玻璃杆形成；
图15示出了由不同横截面的玻璃杆形成的替代板条；
图16示出了灌注模制布置；
图17是坯件的等距视图；
图18是图17的坯件的侧视图；
图19是图17的坯件的平面图；
图20是图17的坯件的仰视图；
图21是图17的坯件的第二端部部分的横截面图；
图22是沿图17的坯件的半途的横截面图；
图23是图17的坯件的第一端部部分的横截面图；
图24是从图17的坯件切割的插入件的平面图；
图25是图24的插入件的仰视图；
图26是图24的插入件的侧视图；
图27示出了对角线分离灌注模具布置；
图28示出了穿过第一瓣状板条布置的横截面；
图29示出了穿过第二瓣状板条布置的横截面；
图30示出了包括嵌入式衬套的坯件的一个端部的对角线横截面图；
图31是端盖的等距视图；
图32示出了坯件；
图33示出了具有替代几何形状的坯件的外轮廓的等距视图。
具体实施方式
图1示出了水平轴线风力涡轮机10。风力涡轮机10包括支撑舱室14的塔架12，转子16安装到该舱室。转子16包括从中心轮毂19径向延伸的多个风力涡轮机叶片18。在该实施例中，转子16包括三个叶片18。
图2是叶片18中的一个的视图，叶片18在纵向“翼展”方向上从大致圆形的根部20延伸到尖端22，并且在横向“翼弦”方向上在前缘24和后缘26之间延伸。叶片18包括主要由纤维增强塑料(FRP)形成的壳体27。叶片18包括吸力表面28和压力表面29，吸力表面和压力表面限定了叶片的厚度尺寸。
叶片18从圆形轮廓过渡到翼型轮廓，从叶片18的根部20朝向叶片18的肩部25移动，该肩部是叶片18的最宽部分，在该处叶片具有其最大翼弦。叶片18具有在叶片18的外侧部分中厚度逐渐减小的翼型轮廓，该翼型轮廓从肩部25延伸到叶片18的尖端22。
图3示出了叶片18中的一个的根部20，图4是根部20的扇形部分的端视图。根部20优选地通过柱螺栓(未示出)附接到轮毂19，该柱螺栓可以从轮毂凸缘(未示出)或穿过轮毂凸缘延伸到金属衬套40中，图4中示出了金属衬套40中的四个。每个衬套在纵向方向上延伸，并具有内部轴向孔109。每个钢衬套40可以嵌入图5所示的插入件105中。插入件105具有衬套40嵌入其中的插入件主体108。插入件105可以具有四边形的，优选梯形的横截面，并且可以围绕根部20的圆周并排放置在环中，插入件105可以嵌入在壁41和42之间。这些壁41和42可以特别地由玻璃纤维增强复合材料制成。在所示实施方式中，复合壁41在叶片根部20处形成壳体27的外层，而复合壁42在根部20处形成壳体27的内层。插入件105可放置在模具中，然后通过树脂灌注模制过程例如真空灌注与叶片壳体27集成。为了实现这一点，插入件105可以被预制造并且通过将它们定位在用于壳体27的铺设材料上而被铺设到模具中。在灌注之前，附加的铺设材料可以被施加在模具中的插入件105上。
注意，在实施方式中，插入件105的侧面143优选地是平面的，使得插入件105可如图4所示布置在连续环中，其中相邻插入件105的平面侧面143彼此邻接接触。如果插入件105具有稍微梯形的形状，则相应的侧面143可以并排布置以形成如图3和图4所示的圆形布置，而不需要在它们之间的楔形间隔件。
图6a至图16示出了制造匹配的一对插入件105的优选方法。首先，可以设置双端部心轴167，在该双端部心轴167上可以形成过渡层102。有利地，两个衬套40可在纵向芯62的任一端部处纵向地间隔开以形成心轴167。所示心轴167包括具有截头锥形端部63的芯62和一对钢衬套40，每个钢衬套具有截头锥形凹部65，芯的端部63可以推入配合到该截头锥形凹部中，如图6a所示。芯62可由多种材料制成，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)泡沫、拉挤玻璃、玻璃纤维增强复合材料或木材。
参照图30，衬套40可用于在轮毂连接元件(例如柱螺栓(未示出))与衬套40之间传递载荷，以及在衬套40与插入件主体108之间传递载荷，插入件105嵌入风力涡轮机叶片根部20中。为了在轮毂连接元件与衬套40之间传递载荷，衬套可设有内孔109，内孔109继而具有用于与轮毂连接元件(未示出)接合的接合元件66。在所示的情况下，衬套40可具有内螺纹66，该内螺纹66用于与柱螺栓(未示出)接合，以便连接到风力涡轮机轮毂。另外，衬套40可具有纹理外表面(参见凹槽68)，以用于改善衬套40与插入件主体108之间的载荷传递。在图30中，衬套40的纹理外表面68邻近接合元件66轴向地延伸。这可以用于使衬套40表面上可用的区域最大化，以用于将载荷传递到插入件主体108。换句话说，在衬套40处的两个载荷传递布置可轴向地重合。为了提高衬套40的性能，可能希望轴向地分开执行相应的载荷传递功能的那些区域。这种轴向分开可以减小衬套40中的局部峰值载荷，并且在图6a中以实施例的方式示出。因此，衬套40可包括终止于衬套的根部端部处的平面端面61a中的端部区域61，以及从端部区域61延伸到衬套的相对的端部的主体区域59。端部区域61可以是无纹理的，即，它可以具有主要是光滑的外表面。光滑是指主要为圆柱形，优选没有外表面特征。光滑表面可以被粗糙化以更好地粘附到树脂，尽管这种粗糙化在本文中可能不被认为是表面特征。主体区域59可设有纹理外表面，用于在衬套40和插入件主体108之间接合。在这种布置中，在主体部分59的纹理外表面与根部端部区域61的光滑圆柱形外表面轴向地偏移的情况下，衬套40与插入件主体108之间的载荷传递可远离根部端部区域61而局部化。在实施方式中，内螺纹66或柱螺栓接合元件可定位在衬套40的根部端部区域61中。以此方式，如图6a中所示，轮毂连接元件与衬套40之间经由接合元件66的载荷传递可与衬套与插入件主体108之间的载荷传递轴向地分开。这可以减小衬套40承受的峰值载荷。在实施方式中，与主体区域59轴向地偏移的根部端部区域61可以呈现比端部区域61的最小外径更大的最小外径。这种布置可以确保在螺纹66与衬套40的纹理区域轴向地偏移的实施方式中，衬套40在螺纹66的区域中具有比在纹理外表面的区域中更大的壁厚。这继而可以改进衬套40承受通过接合元件66的高应力水平的能力，也许尤其是在瞬时高应力水平下。
因此，可选地，穿过衬套40的孔109中的内螺纹66可布置在端部区域61内。端部区域61可具有光滑(无凹槽)或凹槽的圆柱形外表面。与主体区域59偏移的端部区域61可以被构造成使得没有任何凹槽68环绕内螺纹66。以这种方式将凹槽68与螺纹66偏移使端部区域61的壁厚最大化，从而使其抗裂。它还将衬套40分开成两个轴向间隔开的功能区域：端部区域61和主体区域59。端部区域61在柱螺栓和衬套40之间传递载荷，而主体区域59经由过渡层102在衬套40和插入件主体108之间传递载荷。
衬套40的有效壁厚h(图6a)可以在最大值和最小值之间变化，该最大值在衬套40的最外部的程度和孔109的内壁之间测量，该衬套40的最外部的程度例如在其根部端部区域61处或在相邻凹槽之间的波峰69处，该最小值程度在内螺纹66的凹槽和波状轮廓的凹槽68之间。在螺纹孔处的较大的最小壁厚h使得在端部区域61处的高载荷传递的区域更耐应力。
图7是示出了在衬套40表面处的三个凹槽68的侧视图。图8是示出凹槽68中的两个的横截面图。如图7中最清楚地示出的，凹槽68和脊部69是环形的而不是螺旋形的，因此它们每个都垂直于心轴167的长度，即垂直于衬套40的轴向方向。
在心轴167已经设置好之后，过渡层102可以如图8所示围绕心轴构建。过渡层102可以包括纤维层片98，每个纤维层片覆盖有相应的相关联的一组缠绕物80。在图8所示的实施例中，过渡层102可以包括四个纤维层片98，每个纤维层片覆盖有四组缠绕物80中的相应的相关联的一组缠绕物。在图8中，四个纤维层片98被单独地编号为81至84，层片81是最内的层片。然而，纤维层片98的数量可以是两个或三个或四个或五个或更多。每个层片98优选地具有其自身相关联的一组缠绕物80。在图8中，四组缠绕物80被单独地编号为85至88，最内一组缠绕物85与最内层片81相关联。过渡层102可以是终止于心轴167的每个端部处的连续层。在实施方式中，过渡层102可终止于最后的凹槽68与衬套40的端部区域61相遇的位置，如图6a所示。或者，可以施加相应的过渡层102，使得其在所述心轴167的任一端部处围绕相应的衬套40。
层片98可包括纤维片材料164的片材，图11b中示出了一个片材164。例如，纤维片材料164可以包括玻璃纤维或合成材料纤维，例如高抗拉聚合材料纤维。这里使用术语纤维，尽管它可以包括由丝状材料例如玻璃纤维或其它挤压型连续丝状材料制成的纤维片。纤维片材料164可以选自以下一种或多种的组合：单向片、双轴片(例如，+45°/-45°)或三轴片(例如，+45°/0°/-45°)。例如，纤维片材料164可以是由单向纤维层制成的无纺织物，该单向纤维层以不同的定向堆叠并且通过全厚度缝合保持在一起。在实施方式中，外层片98的纤维片材料164的基重(g/sm)可高于内层片98的纤维片材料164的基重(g/sm)。在典型的构造中，构成层片98的纤维片164的基重可在大约400g/sm至1600g/sm之间。作为示例，在一个优选实施方式中，第一(最内)层片81可包括呈600克/平方米(g/sm)双轴片(+45°/-45°)形式的纤维片材料164，而其它层片98中的一个或多个可包括呈具有较高重量(例如1200g/sm)的双轴片(+10°/-10°)形式的纤维片材料164。或者，一些或所有的层片98可由多个片材构成，例如第一(最内)层片81可包括两个片材，其中每个片材具有300g/sm的基重。
图11a、图11b和图12示出了用于形成过渡层102的工具。心轴167可旋转地安装在一对轴承130之间。首先，如图11b所示，通过将最内纤维层片81从纤维片材料164的线轴136展开并将心轴167旋转至少一整圈，将最内纤维层片81卷绕到心轴167上。在实施方式中，两个或更多个完整的圈可以是优选的，使得最内的层片81由形成螺旋的多层纤维片材料164形成。最初，层片81具有如图11b所示的圆柱形轮廓，并覆盖凹槽68和芯62。在将一段长度的纤维片材料164围绕心轴167缠绕之后，片材料164可被切割，留下心轴167完全被至少一圈纤维片材料164缠绕。
接下来，如图11a所示，心轴167旋转，同时从线轴132进给诸如丝状丝束的丝状材料131的线。用于该目的典型丝状材料可以是例如碳纤维或玻璃纤维或高拉伸聚合材料。例子包括12K碳纤维丝束。“12K”表示丝状材料131是一束12,000根长丝的事实，尽管可以使用其它规格的丝束，例如在2K和40K之间的任何地方。最初，线轴132可以定位成与衬套40的端部处或附近的第一凹槽68对齐。例如，线轴132可以最初定位在衬套40的端部区域61处或附近。此后，心轴167旋转，使得丝状材料131卷绕到第一凹槽中，从而形成围绕最内层片81的缠绕物80，且将层片11的该部分结合到衬套的凹槽68中。在这个阶段，心轴167的圈数确定了凹槽68中丝状材料131的缠绕物80的数量。例如，心轴167可以进行一圈或两圈或三圈或四圈或更多圈，在凹槽68中相应地产生一圈或两圈或三圈或四圈或更多圈缠绕物80。优选地，线轴132可以沿着轨道134移动，直到丝状材料131与下一个凹槽68对齐。随着丝状材料131的线轴132在相邻的凹槽68之间逐渐移动，心轴167继续旋转，使得丝状材料131的成角度的连接区段70跨在凹槽68之间的脊部69上，如图7所示，并且将相邻的凹槽68中的缠绕物80连接在一起。然后该过程继续凹槽接着凹槽68进行，直到第一组缠绕物80就位。在图8中，第一组缠绕物被示出为数字85并且针对每个凹槽具有两个缠绕物。然后，丝状材料131在每个端部被打结，例如通过将其自身缠绕。
图8中的图示示出了第一组缠绕物85如何将相关联的第一层片81拉入衬套40的凹槽68中，使得其从圆柱形轮廓变形以采取图8中所示的起皱或波纹轮廓，包括如图8中所示的通过第一组缠绕物85锚定到凹槽68中的周向环形波纹。
接着，图8中用数字82表示将第二纤维层片98围绕心轴167缠绕，图8中用数字86表示将相关联的第二组缠绕物80围绕心轴167缠绕，将它结合或锚定到凹槽68中，这次例如针对每个凹槽68具有四个缠绕物80而不是图8中所示的两个缠绕物在最内层片81上。第二组缠绕物86将相关联的第二层片82拉入凹槽68中，使得层片82采取图8中所示的波状或波纹轮廓，包括通过缠绕物86锚定到凹槽68中的周向环形波纹。例如通过增加由附加的相关联的多组的缠绕物80(图8中用数字87和88表示)结合就位的另外的层片98(图8中用数字83和84表示)，可重复该过程以完成过渡层102。
该多组缠绕物80(在图8中示出为四组缠绕物85至88)沿着凹槽68延伸并且与覆盖凹槽68的纤维层片98(在图8中示出为四个纤维层片81至84)交替。最内层片98可以具有包括周向环形波纹的显著波状轮廓，该周向环形波纹通过它们的相关联的缠绕物80锚定到凹槽68中。该锚定提供了抵抗衬套40从完成的插入件主体108轴向拉出的强界面，并且是抗疲劳的。构成层片98的纤维片材料164可以以这样的方式围绕衬套40缠绕，即，以相对于凹槽68成诸如45°的倾斜角度施加横穿凹槽的纤维方向。另外或替代地，纤维片材料164可以围绕衬套40缠绕，以便施加横穿凹槽68的纤维方向的组合。这样，例如，一个层片98可以呈现45°的纤维方向，而另一个层片98可以呈现90°或60°或75°等的纤维方向。由于紧密卷绕的丝状材料131围绕纤维片164构成缠绕物80，因此横穿凹槽68延伸的层片98在它们通过缠绕物80锚定到凹槽68中时采用波纹形状或波纹。
波纹的幅度在远离衬套40表面的方向上逐层片逐渐减小，使得例如相对较外层片98中的波纹可以相对较浅，并且与第一、第二和第三层片98(在图8中示出为最内层片81至83)不同，相对较外层片例如第四层片98(在图8中以数字84示出)或随后的层片98的波纹几乎不延伸到凹槽68中。在实施方式中，覆盖层片98的缠绕物80的数量可在远离衬套40表面的径向方向上从一个层片到随后的层片逐渐增加。在可选实施方式中，过渡层102的最外纤维层片98(在图8中显示为层片89)可以以维持圆柱形的非波纹轮廓的方式围绕最外波纹层片80(在图8中显示为层片84)缠绕，因为没有缠绕物80围绕其施加。可选地，该圆柱形最外层片90可延伸以覆盖衬套40的端部区域61，这与波纹层片81至84不同。
缠绕物80可以通过使心轴167旋转形成，心轴167的每次旋转形成单个缠绕物80。每组缠绕物针对每个凹槽68所具有的缠绕物80的数量可以在远离衬套40表面的径向方向上增加。因此，图8中用数字85至88示出的多组缠绕物80可以针对每个凹槽68分别具有两圈、四圈、六圈和八圈。因此，每个凹槽68的长丝数量可由此在远离衬套40表面的径向方向上相应增加。例如，在单个凹槽68中的给定层片98上具有12K丝状丝束的两个缠绕物80的情况下，可以具有24,000个单独的长丝计数(例如，在图8中的最内的层片81上示出的最内的第一组缠绕物85)。这可以在随后的或最外的层片98(例如，图8中所示的第四层片84上的第四组缠绕物88)上针对每个凹槽68增加到例如96,000根长丝。
如上所述，周向凹槽68和脊部69优选为环形。术语“环形”在这里用来表示闭合的或环形的非螺旋形状，其可以是或可以不是圆形的。因此，可以有多个不连接的环形凹槽68，而不是连接的凹槽，这些连接的凹槽将共同形成沿衬套的主体区域59的整个长度延伸的单个螺旋外螺纹。环形凹槽形状使得多个缠绕物能够在线轴132的单次通过的情况下缠绕到每个凹槽中。在替代实施方式中，可使用螺旋外螺纹(未示出)，但在这种情况下，如果需要将多个缠绕物80缠绕到外螺纹中，则必须使用线轴132沿整个凹槽主体区域59的多次通过。
衬套40的外表面具有横跨凹槽68和脊部69的截面轮廓，该截面轮廓具有一系列波峰和波谷，如图6a、图6c和图8所示。波峰和波谷可以是如图6a所示的三角形，或者具有如图8所示的平坦波峰，但是在图6c中示出了更优选的蜿蜒截面轮廓。在这种情况下，截面轮廓具有圆形的凸形波峰(与脊部69相对应)。例如，圆形波峰的曲率半径可以为大约4至8mm，可选地为4至6mm，可选地为4或5mm，可选地为大约4.54mm。截面轮廓还具有圆形凹陷波谷(与凹槽68相对应)，其曲率半径为约4至8mm，可选地为4至6mm，可选地为4或5mm，可选地为约4.54mm。所示的凹槽68具有深度A，并且由间距P分开。在图6c的情况下，间距P是10mm，并且深度A是1.5mm。因此，凹槽相对较浅，并且比率A/P低，在这种情况下大约为1/6.7。这种低比率使得凹槽的壁不太陡峭，这使得易于将纤维层片锚定到凹槽中，特别是最内层片81，该最内层片81必须紧密地遵循如图8所示的衬套的蜿蜒轮廓。可以使用间距P和深度A的其它值。
图9示出了单独使用缠绕物形成的替代过渡层102a。在实施方式中，丝状材料131的初始组缠绕物90可以与衬套40的长度方向成第一角度延伸。例如，初始组缠绕物可以与衬套40的长度方向成90°的第一角度卷绕。丝状材料131的另外的缠绕物91可以以不同的角度，例如15°、30°、45°、60°或75°围绕衬套40卷绕。在实施方式中，丝状材料缠绕物90、91可以包括玻璃纤维或碳纤维丝束。图10示出了也是单独使用缠绕物形成的另一替代过渡层102b。在图10所示的情况下，单组缠绕物100以相对于衬套40的给定卷绕角度布置在凹槽68上，而没有附加的重叠的缠绕物91。作为实施例，所示缠绕物100的丝状材料131可以是玻璃或碳纤维。这些可以与衬套40的长度方向成90°延伸。
在上述方法中，形成过渡层102的每个层片98的片材料164可以几乎延伸心轴的整个长度，直到每个衬套40的端部区域61。在其它实施方式(未示出)中，每个层片98可以由并排铺设的多个片材形成，或者其可以通过将纤维材料的窄条或带卷绕到心轴167上而形成，从而以螺旋的方式覆盖衬套40和芯62的全部或一部分。
在上述实施例中，缠绕物80可以可选地由丝束形式的丝状材料131形成，例如碳丝束。在替代实施方式中，或许由于成本原因，丝状材料131可以由加捻纤维纱(未示出)代替，只要可以向其施加并维持必要的张力水平。
一旦过渡层102如上所述已经形成，两个或更多个纤维板条148可以围绕过渡层102定位以形成插入件主体108。这些板条可以优选地给予插入件主体108正方形或梯形的横截面。板条148可以具有不同的形式。这些板条可以包括例如：如图13所示的拉挤预制件150，或者分别如图14和图15所示的拉挤玻璃纤维杆160、170的组件。注意，在图13中，示出了衬套40，而未示出过渡层102。拉挤玻璃纤维杆可特别地以单个规格提供，例如如图14所示，或以规格的混合提供，如图15所示。在所有情况下，板条148允许在用于进一步形成插入件105的缠绕和/或模制步骤之前产生插入件主体108的期望横截面形状。纵向布置的板条148还为插入件主体108提供结构强度。在实施方式中，板条148可以是多孔的并且能够被树脂灌注。在一个实施方式(未示出)中，板条可以通过将多段长度的绳索沿着衬套40放置而形成，优选地沿着并邻近过渡层102放置。
如图13的实施例所示，预制件150可具有带有凹形的圆柱形内面151的三角形横截面。三角形可大致符合过渡层102的凸形的圆柱形外轮廓(参见例如图6b)，以及在凸形或外拐角或边缘153处相遇的一对外面152。在实施方式中，预制件150可由树脂基体中的拉挤纤维材料制成。或者，在实施方式中，预制件150可包括含有粘合剂材料但不含树脂的“干”拉挤纤维材料，因此其保持多孔。“干”纤维材料可以通过将纤维涂覆在粘合剂材料中，或者通过将粉末状粘合剂材料添加到纤维材料中，然后将它们拉过具有所需三角形横截面的加热模具而拉挤成型。粘合剂材料将纤维保持在一起，使得预制件150保持三角形横截面。在三角形或预制件的情况下，术语“纤维”旨在表示丝状材料，例如连续丝状材料，如玻璃纤维或碳纤维，或其它挤出丝状材料，如丝状聚合材料。
在图13或图6b中，插入件被示出具有拉挤预制件150形式的四个纤维板条148。每个预制件150优选地具有三角形横截面，该三角形横截面具有与过渡层102相邻并优选地接触的凹形内面151。注意，为了说明的目的，过渡层102在图13中未示出，以使得能够看到衬套的凹槽外表面。还应注意，在该实施例中，外表面中的凹槽示出为几乎直到衬套的根部端部，这与图6a中衬套的端部区域61没有凹槽不同。
该对外面152在三角形预制件150的外拐角153处相遇。每个预制件150可具有相同的横截面。这样，三角形预制件150给予插入件主体108正方形横截面。在图14的替代实施例中，插入件主体108可以仅具有两个板条148，每个板条成形为具有两个三角形瓣状部的半沙漏形状的形式。
多个拉挤杆160或170可以聚集或组装在一起形成近似三角形的形状。在一个实施方式中，如图14所示，可以是相同规格的拉挤杆160可以聚集以形成纵向延伸的三角形形状。然后，这些聚集的杆160可沿着缠绕的衬套40放置，以产生具有期望的横截面形状和期望的结构特性的插入件主体108。
在另外的实施方式(未示出)中，多段长度的绳索可以用于形成板条148，而不是拉挤预制件150或杆160、170。这种绳索可以是多孔的。多段长度的绳索可以大致如图14的实施方式所示定位，尽管优选使用单根较大规格的绳索，该绳索是柔顺的，可以形成为三角形形状，沿着缠绕的衬套40占据相应的空间。
使用四个分开的纤维板条148(如图13中)可以优于使用两个板条148(如图14中)，因为它们可以独立地来回移动以更好地符合围绕衬套40并提供“楔入”效果，这可以改善最终模制产品的固结。
图15示出了另一替代的三角形纤维板条148，在这种情况下，该三角形纤维板条由具有不同圆形横截面区域的多孔玻璃纤维杆170的组件形成，从而它们形成所需的三角形横截面。杆170可以通过附接到围绕过渡层缠绕的网171，或者通过将它们放置在模型中并在离散位置将它们结合在一起而稳定。横截面近似于三角形形状，因此板条给予部件方形横截面。根据图15中所示的实施方式，大规格的拉挤杆170可定位在插入件主体108的纵向延伸的拐角位置处。较小规格的拉挤杆170可以定位在邻近拐角杆170的侧面区域中。在一些实施方式中，侧面杆也可以是变化规格的。侧面杆170的横截面尺寸可在远离较大规格的拐角杆170的方向上减小。
与使用拉挤预制件150相比，使用绳索或杆160、170用于板条148的优点在于，作为原料产品的绳索或杆160、170可以以低成本获得并且不需要定制的拉挤模具。
板条148可以沿着衬套和芯62的整个长度延伸，不仅覆盖过渡层102，而且覆盖衬套的端部区域61。或者，板条148可终止于主体区域59的端部处，在该端部处主体区域59与端部区域61相遇。因此，单件式端盖(下面参照图31讨论)可装配在端部区域61上，端盖具有插入件主体108的所需的方形或梯形外轮廓。
过渡层102的最外层片89的圆柱形轮廓确保了与上述的三角形板条148相互作用的光滑连接表面。在板条148已经被装配之后，由纤维片材料164的片材构成的外壳层186(在图6B中示出)可以围绕组件缠绕，从而将板条148和缠绕的衬套40的组件结合在一起。外壳层186可以从而形成插入件主体108的外部区域。外层186的纤维片164可以包括单向纤维或双轴或三轴纤维层。外壳层186的纤维片材料可以可选地具有围绕衬套40的过渡层102的层片98中的一个或多个更高的基重。或者，外壳层186的纤维片材料可以可选地具有与围绕衬套40的过渡层102的层片98中的一个或多个相同的材料或类型。可选地，外壳层186的纤维片材料164可通过从线轴136展开材料164并使心轴167旋转所需的圈数来施加。在实施方式中，可施加单圈，但可优选地施加两圈或三圈或更多圈的片材料164以构成外壳层186。最后，外壳层186可以通过将丝状材料131围绕其卷绕而固定就位，如图12所示。围绕外壳层186的丝状丝束131可以与过渡层102的层片98上的缠绕物80的丝状材料131相同或不同类型。可选地，在施加外壳层186的片材之前，12K碳纤维丝束可围绕三角形板条148缠绕，以便将板条148保持到衬套40和芯62。
一旦纤维片材料164和丝状材料131围绕衬套40和芯62的卷绕过程已经完成，图12所示的最终组件120然后可以从轴承130移除。
如图6a所示，衬套40可具有堵塞其内孔109的插塞75。可选地，插塞75可以定位在截头锥形凹部65和孔109之间。插塞75可以防止基体材料在灌注过程期间从凹部66流入孔109中。可选地，插塞75可以与衬套成一体。或者，插塞可以作为单独的元件添加到孔109中。
组件120中的每个拉挤预制件150可以包括“干”纤维材料，该“干”纤维材料包含粘合剂材料但不含树脂，因此其是多孔的并且在灌注模具中灌注有环氧树脂。在一个替代实施方式中，组件120中的各个拉挤预制件150可作为固化的纤维增强复合材料-例如固化的乙烯基酯树脂中的纤维材料来供应。
在其已经在模具腔中模制并固化之后，图17至图20中所示的中间产品可以从灌注模具移除。图17至图20的中间产品在下面被称为坯件190。模具腔的壁182、183、185可以给予坯件190期望的外轮廓，图17至图20示出了该外轮廓的实施例。应当注意，在图17至图20和整个说明书中，为了清楚起见，拉入角度，即坯件190的侧面343、344在其相应端面312a、312b处的会聚角度被极大地夸大了。实际上，在两个侧面343、344之间，与直角的偏离可以是大约一度或二度或三度。
通过在纵向芯材料62的任一端部处放置两个衬套40以形成心轴167的方法来制造插入件105的目的是优化和合理化插入件105的形成过程。该过程被优化，因为它允许由单个坯件190通过将双端部坯件190分成两个部件以形成两个插入件来制造两个插入件105。换句话说，坯件190的单个模制或成形过程可用于制造两个插入件105。当使用RTM过程形成坯件190时，出现的问题在于，通过这种方法难以获得插入件105的最佳形状。通过RTM模制可以获得矩形棱柱，尽管在不使用可移除的模具插入件的情况下可能难以从它的RTM模具提取平行边的模制棱柱，该棱柱是可移除的侧壁部分的形式，该侧壁部分可以是锥形的以允许它与模制的坯件一起从模具移除。然后，可以在模具外部从可移除模具插入件释放模制坯件。当模制具有底切的部件时，可以使用相同的技术。但是，当利用树脂灌注技术时，使用模具的可移除壁部分会产生困难，因为树脂倾向于将按照推测可移除的模具元件粘合在一起，或者堵塞可分开的模具元件。在任何情况下，即使平行边的矩形棱柱形状被模制以形成双端部坯件190，由这种坯件产生的插入件105也将需要被机加工成稍微梯形的形状，以便能够在这些插入件105如图4中并排地对接时产生围绕叶片根部的插入件105的圆形布置。可以模制梯形形式的棱柱形状，其倾斜侧面将允许从RTM模具移除。但是如果梯形棱柱被分成两个相同的插入件105，则这种分割只能通过平分坯件190的纵向程度来实现。在根部插入件105的情况下，这产生了用于制造过程和用于在叶片根部20中的铺设的插入件105的次优形状。特别地，期望提供呈现锥形部分的插入件，该锥形部分在远离风力涡轮机叶片的根部面的方向上渐缩。插入件105的这种锥形形状允许在插入件105和风力涡轮机叶片壳体27的复合材料之间逐步的载荷传递。由双端部坯件190形成锥形插入件优选地需要穿过坯件190进行对角线切割，从而将坯件109分成两个相同的插入件105。当坯件190具有矩形棱柱地形状时，这种对角线切割产生两个相同的插入件105。另一方面，如果坯件具有梯形形状，则从对角线剖切切割产生的两个插入件105将是不相同的，如在左鞋和右鞋中等。这意味着，当由并排布置的锥形梯形插入件105形成圆时，一组插入件将使锥形面定向在与另一组插入件的锥形面的定向相反的方向上。换句话说，一组插入件将是不可用的。在任一情况下，无论模制矩形还是梯形坯件190，都需要在剖切的插入件105上执行附加的机加工步骤，以便产生能够装配在一起的插入件105以形成具有一致几何形状的一圈插入件105。为了克服这个问题，建议产生双梯形形状的坯件190。该双梯形形状的坯件190允许仅通过对角地剖切坯件190而形成两个相同的锥形插入件105，每个插入件具有略微梯形的横截面。这种插入件105可在风力涡轮机叶片18的根部部分20处铺设，而无需进一步机加工，并且优选地不需要在相邻插入件105之间插入楔形垫片。双梯形坯件190具有有利的形状，允许其被平分成两个相同或近似相同的插入件105。本发明的方面可以包括用于制造这种坯件190的过程以及坯件本身的方面，该过程以某些方式进行调整。
图32示出了具有细长坯件主体300的复合细长坯件190。坯件主体300在梯形端面312a、312b之间围绕纵向轴线(未示出)纵向延伸。所示端面包括第一端面312a和第二端面312b。每个端面312a、312b由限定其梯形形状的边缘界定。第一端面312a包括两个相对的平行边缘：第一副端部边缘361a和第二主端部边缘362a。第一端面312a包括两个不平行的相对侧边缘或相等或接近相等的长度：侧面，第三边缘363a和侧面，第四边缘364a。第二端面312b包括两个相对的平行边缘：主第一端部边缘361b和副第二端部边缘362b。第二端面312b包括两个非平行的相对侧边缘：侧面，第三边缘363b和侧面，第四边缘364b。坯件主体300具有四个主要的纵向外围面，包括第一外围面341、第二外围面342、第三外围面343和第四外围面344。每个所述外围面341至344在坯件190的纵向方向上延伸。每个所述纵向面341至344连接对应的成对的侧边缘361a和361b；362a和362b；363a和363b；364a和364b。所述第一外围面361，将副第一端部边缘361a与主第二端部边缘361b连接；所述第二外围面362将主第一端部边缘362a与副第二端部边缘362b连接；所述第三外围面363将第一端面312a的侧面第三边缘363a与第二端面312b的侧面第三边缘363b连接；所述第四外围面364将第一端面312a的侧面第四边缘364a与第二端面312b的侧面第四边缘364b连接。在图32所示的实施方式中，坯件主体300限定坯件190的过渡部分，坯件190的横截面沿着该过渡部分从过渡区域的第一端部312a处的梯形形状过渡到过渡部分200的第二端部312b处的倒置的梯形形状。在图32的实施方式中，过渡部分200在坯件190的端面312a、312b之间延伸。在其它实施方式中，过渡部分200可在所述端面312a、312b的纵向内侧在坯件主体300的端部部分192a、192b之间开始和结束。坯件190的第一和第二外围面341、342可以是平面的；优选地是平面的和平行的；优选地也是平坦的。侧面第三面343和侧面即第四面344可以是主要的，尽管不是严格的平面。侧面第三面343和侧面第四面344可主要为平面的且略微弯曲或弓形的。侧面343、344的部分可以是平面的。特别地，侧面343、344可以包括多于一个平面小面。过渡部分200可具有沿其长度可变的横截面。过渡部分可以具有沿其长度的大致四边形的横截面。过渡部分200的横截面可包括直的、平行的上边缘和下边缘以及不平行的侧边缘。横跨过渡部分200的横截面的侧边缘可以是部分凹形或稍微凹形的。每个端部部分192a和192b可以包括相应的嵌入式衬套(未示出)。第一端部部分192a的梯形横截面相对于第二端部部分192b的四边形横截面倒置。坯件主体200的上面341和下面342可以是平行的且平面的梯形，其在相反的方向上渐缩。侧面343、344可以是沿着坯件的长度扭转的非平面的连续弯曲表面。图32所示的坯件190可以被平分成相等的部件，特别地形成两个相等尺寸的插入件105。平分平面可横向地穿过坯件190。平分平面可以与侧面343、344对角地相交。该平分平面可与上面341和下面342相交于直的横向线。每个插入件可从根部面端部232延伸至嵌入端部236。
在一个替代实施方式中，参照图17至图23，坯件190优选地具有近似棱柱的形状。坯件190除了其过渡部分200之外还可以包括一对端部部分192a和192b，分别是第一端部部分192a和第二端部部分192b。每个端部部分192a和192b可以包含相应的衬套40。每个端部部分192a或192b优选具有四个外围面，所述外围面在四个边缘或拐角处相遇，以优选形成略微梯形的横截面。因此，例如，第一端部部分192a的面可以包括相应的第一端部部分主面194a；第一端部部分副面196a；以及一对第一端部部分侧面198a。另一方面，第二端部部分192b的面可以包括第二端部部分主面194b；第二端部部分副面196b；以及一对第二端部部分侧面198b。注意，在图17至图23中，端部部分侧面198a和198b所对的角度的会聚程度被夸大，以加强坯件190的该部分的梯形形状。优选地，端部部分192a、192b的所有外围面平行于穿过所述坯件190的纵向轴线延伸。在实施方式中，坯件190的靠近其相应端部的相对的、不平行的侧面198a、198b可以以小于五度、优选地小于四度、优选地三度或更小的角度发散。
在坯件190的相应的第一端部或第二端部处，坯件190的每个所述主面194a或194b比其相关联的副面196a或196b宽。通过比较图21和图23可以清楚地看出，坯件190的第一端部部分192a的梯形横截面相对于其第二端部部分192b的梯形横截面倒置。因此，第一端部部分192a的主面194a(图23中所示)位于坯件的下面342处，而第二端部部分192b的主面194b(图21中所示)位于其上面341处。类似地，第一端部部分192a的所述副面196a位于坯件的上面341处，而第二端部部分192b的所述副面196b位于坯件的下面342处。
在实施方式中，过渡部分200可以在坯件190的两个端部部分192a、192b之间延伸。如上所述，每个端部部分192a和192b可以包含相应的衬套40，并且每个端部部分192a、192b的梯形横截面优选地不沿着坯件的纵向方向变化，换句话说，每个端部部分具有平行边的棱柱形状。另一方面，过渡部分200具有优选地沿着坯件的纵向方向连续变化的横截面形状。因此，在图17至图23的实施方式中，过渡区域200限定了坯件190的一部分，沿着该部分在第一部分192a和第二部分192b的相互倒置的梯形横截面形状之间存在形状过渡。
过渡部分200可以包括一对相对的侧面343、344，其中的每个侧面在端部部分192a和192b中的每一个处与相应的端部部分侧面198a和198b相遇。过渡部分200的侧面343中的一个在图17中示出，并且对应的相对侧面344在图18中示出。坯件190的过渡部分200的每个侧面343、344可以是光滑的、连续的。或者，每个所述侧面可包括多个平面小面。例如，过渡区域200的侧面343、344可以具有两个平面三角形小面202a、202b。根据该实施方式，顶部小面202b可以在对角线边缘或拐角204处与底部小面202a相遇。图17的坯件190可以通过沿着横跨侧面343、344的对角线边缘204进行切割而被切割成匹配的一对插入件。
过渡部分200具有在图19中从上方示出的优选平面的上面206b，该上面206b与端部部分192a、192b的第二端部部分主面194b和第一端部区域副面196a相遇；以及在图20中从下面示出的优选平面的下面206a，该下面206a与端部部分192a、192b的第二端部部分次面196b和第一端部部分主面194a相遇。
图21至图23示出了坯件190的横截面如何沿其长度变化。在中点处，横截面具有图22中所示的腰形轮廓，其中对角线边缘或拐角204在上表面206b与下表面206a之间的中点处。
现在将使用与坯件190相同的附图标记来描述图24至图26中所示的插入件105，插入件可从坯件切割。图示的插入件105从根部面端部232延伸到嵌入端部236。它具有根部端部部分192a，该根部端部部分具有形成梯形横截面的面，这些面包括主面194a、副面196a和一对成角度的侧面198a。主面194a比副面196a宽。当其集成到风力涡轮机叶片20中时，主面194a在插入件105的环的外侧上，并且副面196a在内侧上。插入件105还具有由坯件190的过渡部分200的下半部形成的延伸部分200a，该延伸部分200a在其远离端部部分延伸到尖的尖端224a时在高度和宽度上向内渐缩。延伸部分200a具有与端部部分的主面194a相遇的外面206a(图25中所示)；在边缘处与端部部分的副面196a相遇的切割内面226a(图24和图26)；以及一对三角形侧面202a。三角形侧面202a可由坯件190的侧面343、344的下部小面形成。尽管图24中所示的插入件105示出为具有端部区域192a，该端部区域的所有外围侧面都平行于其纵向轴线，该纵向轴线也可平行于嵌入插入件中的衬套40的纵向轴线。
如图25所示，插入件105可在其根部面端部232处呈现最大宽度尺寸W1，最大宽度尺寸W1大于在其嵌入端部236处的最大宽度尺寸W2。随着插入件远离根部端面323朝向嵌入端部236在其尖端224处延伸，插入件的宽度可从W1均匀地减小至W2。或者，延伸部分200a的外面206a可具有随着延伸部分远离端部部分192a延伸到尖端224a而从W1到W2均匀减小的宽度。
插入件105在其上面341和下面342之间具有高度H1。在根部面端部232处的高度H1可在嵌入端部236处逐渐减小至零。在可选实施方式中，如图26所示，在端部部分192a处，在外面206a和内面226a之间的高度H1可从H1均匀减小到零，因为它远离端部部分192a延伸到延伸部分192a的尖端224a。
如上文参照图4所述，插入件220a可在玻璃纤维复合壁41与42之间集成到叶片根部20中，其中插入件的外面194a、206a结合到外部复合壁41，且插入件的内面196a、226a结合到内部复合壁42。插入件的延伸部分的外面206a与内面226a之间的锥角可在2度与20度之间；优选地在大约2度和15度之间；优选地在约2度和10度之间；优选地在大约3度和10度之间；优选地在大约4度和8度之间。在一个实施方式中，插入件的延伸部分的外面206a和内面226a之间的锥角可以是大约反正切(arctan)(0.1)-即大约6°(注意，该锥角在图26中被夸大)。这种小的锥角意味着内复合壁42的层片可以逐渐脱落。当载荷在插入件220a和叶片20之间传递时，这可以导致低的应力集中。例如，大约五个或十个或更多的层片可以沿着成角度的内面226a的长度掉落。
优选地，用于制造坯件190的组装元件可以放置在树脂传递模塑(RTM)灌注模具中，图16示出了该灌注模具的实施例。所示的灌注模具250可以包括具有相对侧壁182的基部180、底板185和盖181，它们一起限定模具腔。盖181可以具有与底板185相对的模制顶表面183。图16示出了模具250的包含插入件组件120的两个部件180、181。在装配盖181之后，将基体材料(例如环氧树脂)注入到灌注模具250中，使得基体材料穿过形成过渡层102的多孔纤维材料、围绕或穿过板条148和外壳层186灌注。组件120由此采用模具腔的轮廓。仍然参考图16：基部180的底板185和盖181的模制表面183可以接触并模制坯件190的侧面343和344。基部的侧壁182可接触并模制其上面341(或包括194a、206a、196b)和下面342(或包括196a、206b、194b)。注意，为了说明的目的，上表面183和下表面185的角度在图16中可能被夸大。
在完成的坯件190中，为了实现坯件190的端部部分的梯形横截面，上面341和下面342可以是平行的。然而，根据图16，为了在具有固定的相对侧壁182和固定的底板表面185的凹陷模具中模制坯件，基部180的侧壁182可能需要以小拉入而不是平行来形成，以便允许从模具基部180移除模制坯件190。可选地，然后可以对坯件190进行机加工以移除由小的不平行的、发散的拉入引起的多余材料，使得上面343和下面344平行，以使端部部分192a、192b的横截面精确地变成梯形。
四个板条148可以优选地是相似的或相同的，因此当组件120装配到如图16所示的灌注模具180中时，组件120的外部轮廓可以是正方形的而不是梯形的。可选地，玻璃纤维粗纱的股线或辫状物可以在梯形截面的宽部分处放置在模具基底180的下拐角188中，优选地在构成壳体186的任何非定向玻璃纤维片材的下面。类似地，可以将玻璃纤维粗纱的股线或辫状物放置在梯形截面的宽部分处的上拐角189中。玻璃粗纱可放置在构成壳体186的一片或多片不定向玻璃纤维片材料的下面。这些股线/辫状物在模制之前给予组件120略微梯形形状，且促进到模具拐角中的较大顺应性。
一旦坯件190已经固化并从模具250移除，就可以将其对角地切割成两个尺寸相等的部件。如本文所述，提供具有双梯形形状的坯件190，其中一个梯形端部192a相对于另一个梯形端部192b倒置，确保了由于将坯件190平分而形成的两个插入件105具有相等尺寸并且基本上相同。在实施方式中，可以沿着对角线边缘204进行切割以提供匹配的一对插入件105。匹配对的插入件105中的一个在图24至图26中示出。
图27示出了用于灌注和成形来自组件120的坯件190的替代灌注模具250。模具250包括在分模线259处相遇的第一和第二模具部件：即基部251和盖252。基部251具有一对模制面254、255，盖252具有一对模制面256、257。
与图16的灌注模具不同，每个模具部件251、252接触并模制坯件190的相应侧面343、344。因此，基部的模制面255可以接触一个侧面343，并且盖的对角相对的模制面256可以接触另一个侧面344。
作为实施例，坯件190的下面342可以由基部251的模制面254接触；并且坯件190的上面341可以由盖252的对角相对的模制面257接触。基部251可由此模制第二端部部分的副面196b和第一端部部分的主面194a，并且盖252可模制第二端部部分的主面194b和第一端部部分的副面196a。
基部251和盖252之间的分模线与坯件190的四边形横截面的对角线基本上重合，这是坯件的最大横截面尺寸。因此，这种对角线分离模具布置具有固有的拉入角，该拉入角使得固化的坯件190能够以其最终形状从模具中移除，而在从模具移除后不需要任何机加工，这与图16的布置不同。对角线分离模具因此不需要在用于叶片根部20铺设之前对坯件或插入件进行额外的机加工。
因此，图27的对角线分离模具250的模具腔优选地在每个端部处具有梯形横截面，因此模制和固化的坯件190的端部部分具有所述的梯形横截面。在另一替代模制布置中，图27的对角线分离模具250的模具腔可具有正方形或矩形横截面形状而非双梯形。然后，在对角线切割该模制和固化的坯件以提供匹配的一对插入件之前，可以对该模制和固化的坯件进行机加工以给予其图17至图23中所示的双梯形形状，尽管该变型不是优选的。
图14示出了两板条的布置，其中每个板条148可选地具有一对瓣状部。瓣状部可由拉挤纤维预制件150形成，或者例如由玻璃纤维杆160形成。图28和图29示出了由拉挤预制件150形成的类似的瓣状板条装置。根据图28所示的实施方式，两个预制件150可具有通过连接部分接合的第一和第二瓣状部。瓣状板条148可以被布置在组件120的相对的侧面上，以构成插入件105的主体108的一部分。仍然可替换地，如图29所示，以预制件150的形式的两瓣状板条148可以被布置在组件120的顶部和底部上。每个瓣状部优选具有三角形横截面，其具有接触过渡层102的凹形内面和在凸形拐角262处相遇的一对外面261。
板条148可以沿着衬套和芯62的整个长度延伸，直到衬套40的根部端部。图30示出了这种布置的实施例。在这种情况下，衬套40可具有沿其整个长度形成的波状，这与图6a的实施方式不同，其中衬套具有根部端部区域61，该根部端部区域具有没有波状的光滑圆柱形外表面。
可能希望轴向地分开一方面在轮毂连接螺栓与衬套40之间传递载荷的功能以及另一方面在衬套40与插入件主体108之间传递载荷的功能。因此，可能期望的是，使螺纹66或衬套40的孔109内的其它连接特征的位置与过渡层102轴向偏移，这提供了衬套与插入件主体108之间的锚定。为此，如上所述，过渡层102可轴向终止于衬套40的根部端面的内侧。同时，孔109内的螺纹66或其它连接特征可定位在衬套40的与过渡层102轴向偏移的端部区域处。同时，在实施方式中，板条148可终止于主体区域59的端部处，在该端部处板条与端部区域61相遇。特别地，在插入件坯件190的主体108中的板条148可终止得未达到插入件或衬套40的根部面端部232。在这种情况下，单件式柔性端盖310可被装配在端部区域61上。端盖可特别地具有插入件主体108的所需的方形或梯形外轮廓。在实施方式中，优选地，插入件主体108的梯形横截面形状可具有垂直于其平行边延伸的对称轴线。
图31示出了这种端盖310的实施例。所示端盖310可具有带有所需三角形横截面的四个拐角瓣状部312，以及具有光滑圆柱形内表面311的孔，该内表面与衬套端部区域61的光滑圆柱形外表面邻接，端盖310可防止水或油进入插入件主体108。
优选地，端盖310可由低模量塑料材料形成。例如，端盖310可以由具有小于1GPa的模量的材料形成，该模量远小于板条148的模量(通常为大约40GPa)。端盖310的相对低的模量确保了简单的应力场，其中从内螺纹66到板条148中的主载荷路径是经由主体区域59和过渡层102，而不是经由端盖310。端盖310可以可选地被粘合在适当的位置。
图33示出了具有另一替代几何形状的坯件190。在图33中所示的实施方式中，每一三角形小面202a、202b可仅沿着过渡部分200的长度的一半延伸直到竖直边缘205。
本文中的术语梯形表示具有一对平行边和一对非平行边的四边形形状。
尽管上面已经参考一个或多个优选实施方式描述了本发明，但是应当理解，在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以进行各种改变或修改。

Claims (23)

1.一种用于风力涡轮机叶片根部(20)的插入件(105)的复合材料坯件(190)，所述复合材料坯件(190)包括在第一端面(312a)和第二端面(312b)之间延伸的细长坯件主体(300)；
所述坯件主体(300)在平行于其纵向轴线的纵向方向上延伸，并且具有四个外围侧面(341，342，343，344)；
所述第一端面(312a)和第二端面(312b)中的每一个具有限定梯形形状的边缘(361a-364a；361b-364b)；
其中，所述坯件主体(190)的所述外围侧面(341，342，343，344)将所述第一端面(312a)的所述边缘(361a-364a)与所述第二端面(312b)的所述边缘(361b-364b)连接；
并且其中，梯形的所述第一端面(312a)相对于梯形的所述第二端面(312b)倒置。
2.根据权利要求1所述的坯件(190)，所述坯件主体(300)呈现由两个非平行的侧面(343，344)接合的两个平坦面(341，342)。
3.根据权利要求1或2所述的坯件(190)，所述坯件(190)成形为当沿着横向于所述坯件(190)的所述纵向轴线的平面被平分时产生两个相同尺寸的部件。
4.根据权利要求1所述的坯件(190)，所述坯件包括风力涡轮机叶片根部第一衬套(40)和风力涡轮机叶片根部第二衬套(40)。
5.根据权利要求1所述的坯件(190)，所述坯件主体(300)包括第一端部部分(192a)和第二端部部分(192b)。
6.根据权利要求4所述的坯件，其中，所述坯件主体(300)包括第一端部部分(192a)和第二端部部分(192b)，所述第一衬套(40)布置在所述坯件主体(300)的所述第一端部部分(192a)中，并且所述第二衬套(40)布置在所述坯件主体(300)的所述第二端部部分(192b)中。
7.根据权利要求5所述的坯件(190)，其中，沿着所述第一端部部分(192a)和所述第二端部部分(192b)的长度，所述坯件主体(300)的所述四个外围侧面(341，342，343，344)是平面的并且平行于所述坯件(190)的所述纵向轴线延伸。
8.根据权利要求7所述的坯件(190)，所述坯件(190)还包括过渡区域(200)，在所述过渡区域中，所述坯件主体(300)的两个所述侧面(343，344)不平行于所述纵向轴线。
9.根据权利要求2所述的坯件(190)，其中，每个所述侧面(343，344)包括两个或更多个大致平面的小面(202a，202b)。
10.根据权利要求4所述的坯件(190)，其中，所述坯件(190)还包括围绕所述衬套(40)的两个或更多个纤维板条(148)，并且其中，每个板条(148)具有三角形横截面，使得所述板条(148)给予所述坯件主体(300)四边形横截面。
11.根据权利要求7所述的坯件(190)，其中，每个所述端部部分(192a，192b)具有棱柱形状。
12.根据权利要求4所述的坯件(190)，其中，所述第一衬套(40)和所述第二衬套(40)被布置成彼此相对地定向。
13.一种制造用于风力涡轮机叶片根部(20)的一对插入件(105)的方法，所述方法包括：生产根据前述权利要求中任一项所述的坯件(190)；以及通过穿过所述坯件主体(300)进行对角线切割而将所述坯件(190)切割成两个相等的零件。
14.根据权利要求13所述的方法，所述对角线切割限定了横向地穿过所述坯件主体(300)的相对的平行面(341，342)并且对角地穿过所述坯件主体(190)的相对的侧面(343，344)的平面。
15.一种制造根据权利要求1至12中任一项所述的坯件(190)的方法，所述方法包括：将组件(120)放置在灌注模具(250)中；将基体材料注入到所述灌注模具(250)中，使得所述基体材料灌注所述组件(120)；固化所述基体材料；以及在所述基体材料已经固化之后，从所述灌注模具(250)移除所述坯件(190)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述灌注模具(250)包括在分模线(259)处相遇的第一模具部件(251)和第二模具部件(252)；其中，所述第一模具部件(251)和所述第二模具部件(252)中的每一个分别模制所述坯件(190)的两个主表面；其中，所述第一模具部件(251)模制所述坯件的两个相对的侧面(343，344)中的一个和所述坯件(190)的两个相对的平行面(341，342)中的一个，而所述第二模具部件(252)模制所述坯件(190)的所述两个相对的侧面(343，344)中的另一个和所述坯件(190)的所述两个相对的平行面(341，342)中的另一个。
17.一种用于风力涡轮机叶片根部(20)的插入件(105)，所述插入件(105)包括：端部部分(192a)，所述端部部分(192a)包括具有螺纹孔(109)的衬套(40)，其中，所述端部部分(192a)具有形成横截面的外围面，所述外围面包括主面(194a)、副面(196a)和一对侧面(198a)，所述主面(194a)比所述副面(196a)宽；以及延伸部分(200a)，所述延伸部分(200a)远离所述端部部分(192a)延伸到尖端(224a)；其中，所述延伸部分(200a)具有与所述端部部分(192a)的所述主面(194a)相遇的外面(206a)、与所述端部部分(192a)的所述副面(196a)相遇的内面(226a)、与所述端部部分(192a)的所述侧面(198a)相遇的一对侧面(202a)以及在所述延伸部分的内面与外面之间的高度(H1)，所述高度(H1)随着所述延伸部分远离所述端部部分(192a)延伸而减小，其中，所述外面(206a)的宽度(W1)随着所述延伸部分(200a)远离所述端部部分(192a)延伸而减小。
18.根据权利要求17所述的插入件(105)，其中，所述高度(H1)随着所述延伸部分(200a)远离所述端部部分(192a)延伸而均匀地减小。
19.根据权利要求17或18所述的插入件(190)，其中，所述内面(226a)是平面的。
20.根据权利要求17或18所述的插入件(105)，其中，所述插入件的每个侧面(202a)包括一个或多个大致平面的小面。
21.根据权利要求17或18所述的插入件，其中，所述插入件(105)的横截面是四边形的。
22.根据权利要求17或18所述的插入件，其中，所述插入件(105)的横截面是梯形的。
23.一种风力涡轮机叶片(18)，所述风力涡轮机叶片(18)包括：根部(20)和尖端(22)，所述风力涡轮机叶片(18)从所述根部延伸到所述尖端(22)；以及多个嵌入在所述根部(20)中的根据权利要求17至22中任一项所述的插入件(105)。
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