具有增强结构的风力涡轮机叶片制造技术

本发明专利技术涉及一种包括长形增强结构(62)的风力涡轮机叶片(10)。增强结构(62)包括布置成邻近的条带的堆叠结构(66)的多个纤维增强聚合物的条带(63、64、65)，以及至少一个对准构件(68)。后者包括多个交替的水平节段(70)和竖直节段(72)，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下。竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口(84)以用于允许树脂从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。侧部流到竖直节段的另一侧部。侧部流到竖直节段的另一侧部。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有增强结构的风力涡轮机叶片


[0001]本专利技术涉及一种包括长形增强结构的风力涡轮机叶片并且涉及一种生产所述风力涡轮机叶片的方法。

技术介绍

[0002]风动力提供清洁和环境友好的能量源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和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。现代风力涡轮机可具有在长度方面超过90米的转子叶片。
[0003]风力涡轮机叶片通常通过由编织织物或纤维的层和树脂形成两个壳体部分或壳体半部来制造。翼梁帽或主层压体放置或集成在壳体半部中并且可以与抗剪腹板或翼梁桁杆组合以形成结构支撑构件。翼梁帽或主层压体可以接合到壳体的吸力半部和压力半部的内侧，或集成在壳体的吸力半部和压力半部的内侧内。
[0004]随着风力涡轮机叶片的尺寸增加，由于这样的叶片在操作期间经受增加的力而出现各种挑战，从而需要改进的增强结构。在一些已知的解决方案中，使用材料的拉挤纤维条带。拉挤是一种连续过程，在该过程中纤维被拉动通过供应的液体树脂并且然后在开放的腔室中被加热，树脂在该开放的腔室中固化。这种拉挤条带能够被切割成任何期望长度。
[0005]然而，以这种方式制造大的增强结构(诸如翼梁帽或翼梁桁杆)可能是具有挑战性的，特别是当被拉挤时，碳纤维增强翼梁帽被用作增强构件。碳纤维按体积计典型地比玻璃纤维更轻，并且具有改进的拉伸强度和压缩强度。在一些已知方法中单独的拉挤元件被用来形成增强结构，并且每个元件必须单独地定位在壳体的结构内。这能够容易地引起层压体缺陷，诸如空隙、褶皱或错位的纤维，其可对于机械性能具有不利的影响。因此，碳拉挤铺设通常导致轻微的重叠和/或碳拉挤层的移位。这种缺陷和错位通常仅在树脂灌注之后被识别。
[0006]WO 2001/088372 A1公开了一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其包括复合物桁杆，该复合物桁杆具有长形和刚性的单向强度元件或杆件的多个堆叠的预形成层，其中每个预形成层包括至少一个纤维纺织物结构，强度元件或杆件接合到该至少一个纤维纺织物结构以在单个层中保持强度元件或杆件。纤维纺织物结构包括互锁的纺织物纤维编织物和通过缝合制成的织物。纤维纺织物结构跨预形成层的横向宽度延伸并与单独的强度元件或杆件接连使得纤维编织物在单个预形成层中保持元件或杆件。
[0007]EP 3174704 A1涉及一种制造用于风力涡轮机叶片的长形增强结构的方法。长形增强结构包括布置成堆叠结构的多个纤维增强聚合物的条带和包括灌注促进层的多个条带中的至少邻近的一对，其中灌注促进层是包括多个扭结(twisted)纱线的织物。使用扭结纱线织物有助于控制通过叶片的灌注的速度。灌注促进层可以是玻璃纤维织物并且可以交错在多个条带中的每对之间以便遍及堆叠结构对灌注速度具有相同的影响。此外，在两个堆叠结构之间提供分隔层，其中灌注促进层的重叠边缘与分隔层接触。
[0008]尽管这些现有技术解决方案可以提供令人满意的树脂灌注路径，但它们受到使用
复杂的互锁或分隔结构的缺点的不利影响，该复杂的互锁或分隔结构需要昂贵的制造和堆叠的结构内的繁琐的布置。除此之外，由于各种材料和层被组合的事实，这些布置在树脂灌注期间易于出现不期望的移位，因此在完成的堆叠结构中造成错位和缺陷。
[0009]因而本专利技术的目的是向风力涡轮机叶片提供具有改进的稳定性的增强结构。
[0010]本专利技术的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，该增强结构容易制造、处理和组装。
[0011]本专利技术的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的增强结构，该增强结构避免或减少上文中讨论的错位和缺陷。
[0012]本专利技术的另一目的是提供一种用于风力涡轮机叶片的合适的增强结构，该增强结构具有简单的构造并且制造起来相对更便宜。

技术实现思路

[0013]已发现能够通过提供一种包括长形增强结构的风力涡轮机叶片来实现前述目标中的一个或多个，该增强结构包括多个纤维增强聚合物的条带，其布置成邻近的条带的堆叠结构，和至少一个对准构件，其包括多个交替的水平节段和竖直节段，其中对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中竖直节段中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂(优选地沿基本上弦向方向)从竖直节段的一个侧部流到竖直节段的另一侧部。
[0014]发现该解决方案大大地减少多个纤维增强聚合物的条带的不期望的重叠和/或移位，特别是如果使用碳拉挤层。因此，本专利技术的布置在沿着堆叠结构的长度维持条带的位置和需要的容差方面是有利的。除此之外，发现通过向竖直节段提供一个或多个孔口(例如在VARTM过程中)允许邻近的堆叠结构之间的树脂的改进的分布，而同时维持期望结构稳定性。
[0015]增强结构将典型地是翼梁帽或主层压体。在一些实施例中，增强结构包括盒形翼梁。在其他实施例中，增强结构包括翼梁桁杆。在优选的实施例中，长形增强结构是翼梁结构，诸如翼梁帽、翼梁桁杆或盒形翼梁。优选的是增强结构沿着叶片沿展向方向延伸。典型地，增强结构将在叶片长度的60
‑
95％上延伸。风力涡轮机叶片通常由两个壳体半部(压力侧壳体半部和吸力侧壳体半部)制造。优选地，根据本专利技术，该壳体半部两者均包括长形增强结构，诸如翼梁帽或主层压体。
[0016]多个条带将典型地沿叶片的展向方向延伸。因此，条带中的至少一些优选地具有对应于叶片长度的60
‑
95％的长度。特别优选的，每个条带包括拉挤纤维材料，诸如拉挤碳纤维材料。根据优选的实施例，纤维增强聚合物包括拉挤碳纤维。在一些实施例中，每个条带包含碳纤维材料。在其他实施例中，每个条带包含玻璃纤维材料。在其他实施例中，每个条带包含玻璃纤维材料和碳纤维材料。在一些实施例中，当在模具中铺设条带时条带可以不包含任何聚合物。在这种实施例中，聚合物树脂典型地在铺设之后被灌注到条带中。
[0017]每个条带的堆叠结构可以包括相继地布置在彼此的顶部上的2
‑
30个，诸如3
‑
20个条带。因此，每个堆叠结构将通常沿叶片的展向方向延伸。在根部端部和末梢端部之间的中
间区段中，每个堆叠结构可以包括8
‑
15层的条带，而朝向根部端部和朝向末梢端部叠层条带的数量可以减少至1
‑
3层。因此，条带的堆叠结构优选地朝向根部端部和远侧端部两者渐缩。这种配置有利地允许与壳体的厚度轮廓一致的轮廓。典型地，两个或更多个、或者三个或更多个条带的堆叠结构近邻彼此布置，沿基本上弦向方向邻近于彼此。在优选的实施例中，条带包括拉挤条带，优选地拉挤条带包括纤维材料，该纤维材料优选地为碳纤维。在一些实施例中，长形增强结构是翼梁结构，诸如翼梁帽、翼梁桁杆或盒形翼梁。
[0018]典型地，树脂将被灌注在包含纤维材料(诸如碳纤维材料)的条带的堆叠结构中以形成增强结构的纤维增强聚合物。这能够(例如)使用真空辅助树脂转移模制来完成。在其他实施例中，预浸料材料能本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有成型廓形的风力涡轮机叶片(10)，所述成型廓形包括压力侧和吸力侧以及具有弦的前边缘和后边缘，所述弦具有在所述前边缘和所述后边缘之间延伸的弦长度，所述风力涡轮机叶片在根部端部和末梢端部之间沿展向方向延伸，其中所述风力涡轮机叶片包括长形增强结构(62)，所述增强结构(62)包括多个纤维增强聚合物的条带(63、64、65)，其布置成邻近的条带的堆叠结构(66)，和至少一个对准构件(68)，其包括至少一个交替的水平节段(70)和至少一个竖直节段(72)，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下，其中所述竖直节段(72)中的至少一个包括一个或多个孔口以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中所述至少一个对准构件(68)包括多个交替的水平节段(70)和竖直节段(72)，其中所述对准构件的竖直节段布置在邻近的条带的堆叠结构之间，并且其中所述对准构件的水平节段布置在每个条带的堆叠结构的顶部上或之下。3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片，其中所述竖直节段(72)中的每个包括多个孔口(84)以用于允许树脂从所述竖直节段的一个侧部流到所述竖直节段的另一侧部。4.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述孔口(84)中的至少一个定位成邻近于条带的堆叠结构内的两个相邻条带之间的接口。5.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述孔口(84)具有矩形或椭圆形横截面。6.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述邻近的条带的堆叠结构(66)中的每个包括布置在相邻条带之间的夹层。7.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述夹层是树脂流动促进层。8.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件由片状金属、挤压金属、挤压或拉挤复合物、热塑性材料或者其混合物组成。9.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述对准构件包括至少三个水平节段和至少两个竖直节段。10.根据前述权利要求中的任一项所述的风力涡轮机叶片，其中所述水平节段处于基本上相同的平面中。11.根据前述权利要求中的...

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