用于风力涡轮机叶片的增强结构制造技术

本发明专利技术涉及一种增强结构，诸如用于增强风力涡轮机叶片的增强结构，包括：包括至少两个碳纤维增强复合元件的第一复合元件层；包括一个或多个碳纤维增强复合元件的第二复合元件层；至少部分地夹在第一复合元件层与第二复合元件层之间的夹层，夹层包括电性地传导部分和包围传导部分的非传导部分，传导部分正好邻接被包括在第一复合元件层中的碳纤维增强复合元件中的两个。还提供了一种用于制造此类结构的方法。的方法。的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于风力涡轮机叶片的增强结构


[0001]本专利技术涉及一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，并且涉及一种用此类增强结构进行增强的风力涡轮机叶片。

技术介绍

[0002]风动力是一种清洁且环境友好的能源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱以及一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。现代风力涡轮机可以具有在长度上超过90米的转子叶片。
[0003]风力涡轮机叶片通常通过由编织的织物或纤维和树脂的层形成两个壳体部件或壳体半部（half）来制造。翼梁帽（spar cap）或主叠层（laminate）被放置或集成在壳体半部中，并且可以与抗剪腹板（shear web）或翼梁横梁（spar beam）组合以形成结构支撑构件。翼梁帽或主叠层可以接合到壳体的半部的内部，或集成在壳体的半部的内部之内。
[0004]随着风力涡轮机叶片的尺寸增加，从在操作过程中遭受到增大的力的此类叶片产生了各种挑战，需要改进的增强结构。大型的增强结构（诸如翼梁帽或翼梁横梁）的制造同样具有挑战性，特别是当拉挤（pultruded）碳纤维增强复合翼梁帽被用作增强构件时。碳纤维的体积典型地比玻璃纤维轻。因此，碳拉挤铺设通常会导致碳拉挤层轻微的重叠和/或错位，这可能会引起间隙。进一步地，拉挤不完全地对齐，并且因此单独的拉挤之间的间隙是一个问题。
[0005]碳纤维增强复合拉挤结构之间的间隙使得结构在闪电击中叶片和电流穿过叶片的情况下容易在拉挤结构之间闪络（flashover）。此类闪络可以损害到叶片的机械完整性。
[0006]因此，本专利技术的目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，其中，降低或者甚至消除了增强结构之内闪络的风险。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，其中，可以减轻或者甚至消除了由于闪电击中而导致的内部闪络的风险。
[0008]在第一方面中，本专利技术提供了一种增强结构，其包括：
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第一复合元件层，其包括至少两个碳纤维增强复合元件，
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第二复合元件层，其包括一个或多个碳纤维增强复合元件，
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夹层，其至少部分地夹在第一复合元件层与第二复合元件层之间，夹层包括电性地传导部分（electrically conductive portion）和包围传导部分的非传导部分（non
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conductive portion），传导部分正好（exactly）邻接被包括在第一复合元件层中的碳纤维增强复合元件中的两个。
[0009]增强结构可以例如是用于增强风力涡轮机叶片的结构。
[0010]在增强结构中，第一复合元件层中的两个碳纤维增强复合元件通过传导部分处于电连接中。这减少或者消除了在闪电击中过程中在增强结构之内发生闪络的问题。
[0011]重要的是，传导部分不延伸穿过夹层，而仅接触一层中的两个碳纤维增强复合元件，并且优选地延伸仅足以在那两个元件之间建立所期望的电导（conductance）。原因在于，传导部分可以包括不易渗透到液体树脂的材料。因此，在注入过程中难以创建复合增强结构以迫使液体树脂进入碳纤维增强复合元件之间的所有空隙中，尤其是传导部分附近。通过减小传导部分的范围，减少了这个问题。但是，传导部分的尺寸不应太小而使得电导不足以防止闪络。根据本说明书中提供的知识，本领域技术人员将认识到这是一个设计问题，并且传导部分的尺寸例如取决于为传导部分选择的一种材料或多种材料的电阻率。较高的电阻率将需要较大的传导部分来实现足够的电导。
[0012]碳纤维增强复合元件中的一个或多个（诸如所有）具有由重量%或者由体积%确定的至少50%的纤维含量，诸如至少60%，诸如至少65%。
[0013]碳纤维增强复合元件中的一个或多个（诸如所有）可以包括除碳以外的材料，诸如玻璃，诸如玻璃纤维。
[0014]在一些实施例中，传导部分的电导率为至少0.03 S/m，诸如至少0.0375 S/m，诸如至少0.05 S/m，诸如至少0.1 S/m。
[0015]在一些实施例中，传导部分进一步正好邻接被包括在第二复合元件层中的两个碳纤维增强复合元件。以此方式，传导部分在四个碳纤维增强复合元件之间提供电接触。此类实施例可以进一步降低闪络的风险。
[0016]在一些实施例中，传导部分正好邻接被包括在第一复合元件层中的碳纤维增强复合元件中的两个，并且正好邻接被包括在第二复合元件层中的一个碳纤维增强复合元件。这可以是增强结构的一部分中的情况，其中第二复合元件层中的一个元件（不是两个或更多个）与第一复合元件层中的两个元件重叠。
[0017]在一些实施例中，增强结构中的所有碳纤维增强复合元件通过如上所述配置的传导部分被电性地互连。这确保了在增强结构中存在从任何一个碳纤维增强复合元件通过传导部分到任何其他的碳纤维增强复合元件的传导路径。
[0018]夹层可以具有多个传导部分，传导部分被布置为在两个元件之间在超过一个点处传导电流。以此方式，可以增加从一个碳纤维增强复合元件到另一个的电导。
[0019]在一些实施例中，一个层中（诸如所有层中）的所有碳纤维增强复合元件被如上所述地连接。在一些实施例中，如上所述，传导部分尽可能连接四个碳纤维增强复合元件。关于碳纤维增强复合元件的边缘与同一层中的另一个碳纤维增强复合元件不相邻，这是不可能的。例如，在三个碳纤维增强复合元件的两个相邻堆叠中，传导部分可以仅在两个堆叠之间与正好四个碳纤维增强复合元件接触。在每个堆叠的自由侧上，传导部分可以仅在相邻层中的两个碳纤维增强复合元件之间提供电连接。
[0020]在一些实施例中，传导部分的厚度在非传导部分的厚度的50
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150%之内，诸如在非传导部分的厚度的80
‑
120%之内。当传导部分和非传导部分具有大致相同的厚度时，邻接的碳纤维增强复合元件中的应变被最小化。在一些实施例中，传导部分的厚度与非传导部分的厚度基本上相同，诸如相同。
[0021]在一些实施例中，传导部分被附接到锚定元件上，锚定元件从传导部分延伸，并且在包括在第一复合元件层中并且邻接传导部分的两个碳纤维增强复合元件之间延伸。此类锚定元件可以帮助将传导部分保持对齐，使得在铺设过程中，传导部分不会移动，最终可能
无法如所预期地将两个碳纤维增强复合元件连接在一个层中。在一些实施例中，锚定元件的厚度在0.05至2 mm范围内，诸如在0.05至1.5 mm范围内，诸如在0.05至1 mm范围内，诸如在0.1至0.5 mm范围内。这允许控制相应的碳纤维增强复合元件得到的靠近程度。
[0022]锚定元件可以例如由纤维增强复合材料或金属制成。还可以使用干纤维，例如缝合到传导部分。传导部分和锚定元件还可以通过折叠纤维（诸如纤维毡材料）来提供，以形成T形的元件、提供了锚定元件的T的杆和提供了传导部分的横杆。
[0023]在一些实施例中，非传导部分至少部分地由聚酯材料制成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种增强结构（300），诸如用于增强风力涡轮机叶片（10），包括：
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第一复合元件层，所述第一复合元件层包括至少两个碳纤维增强复合元件（301
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304, 801
‑
810），
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第二复合元件层，所述第二复合元件层包括一个或多个碳纤维增强复合元件（301
‑
304, 801
‑
810），
‑ꢀ
夹层（331, 831
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833），所述夹层至少部分地夹在所述第一复合元件层与所述第二复合元件层之间，所述夹层包括电性地传导部分（311, 811
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816）和包围所述传导部分的非传导部分（421, 821
‑
823），所述传导部分正好邻接被包括在所述第一复合元件层中的所述碳纤维增强复合元件中的两个。2.根据权利要求1所述的增强结构，其中，所述传导部分进一步正好邻接被包括在所述第二复合元件层中的两个碳纤维增强复合元件。3.根据权利要求1所述的增强结构，其中，所述传导部分正好邻接被包括在所述第一复合元件层中的所述碳纤维增强复合元件中的两个，并且正好邻接被包括在所述第二复合元件层中的一个碳纤维增强复合元件。4.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分的厚度在所述非传导部分的厚度的50
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150%之内。5.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分的厚度与所述非传导部分的厚度基本上相同，诸如相同。6.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分被附接到锚定元件上，所述锚定元件从所述传导部分延伸，并且在被包括在所述第一复合元件层中并且邻接所述传导部分的所述两个碳纤维增强复合元件之间延伸。7.根据权利要求6所述的增强结构，其中，所述锚定元件的厚度在0.1与1.5 mm之间。8.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述非传导部分至少部分地由聚酯材料制成，诸如聚酯薄膜，诸如编织的或非编织的聚酯薄膜。9.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分至少部分地由碳纤维制成。10.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分包括编织的碳纤维材料。11.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分包括碳纤维薄膜。12.根据前述权利要求中任一项所述的增强结构，其中，所述传导部分被缝合或钉合或胶合或粘合到所述非传导部分中的对应的...

【专利技术属性】
技术研发人员：K，
申请(专利权)人：叶片动力学有限公司，
类型：发明
国别省市：