用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫、风力涡轮机叶片和制造风力涡轮机叶片的方法技术

本发明专利技术涉及一种用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫。该结构垫包括粘合的纤维的两个或更多个组，所述纤维通过基本上防止所述纤维的相对运动的基质粘合在一起，其中所述组通过限制所述组的相对运动的连接装置彼此连接。本发明专利技术还涉及风力涡轮机叶片和用于制造风力涡轮机叶片的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫、一种风力涡轮机叶片和 一种制造风力涡轮机叶片的方法。
技术介绍
本领域已知的风力涡轮机通常包括风力涡轮机塔和设置在塔顶部的风力涡轮机 机舱。包括三个风力涡轮机叶片的风力涡轮机转子通过低速轴连接到机舱，该低速轴延伸 到机舱前端的外部，如图1所示。近年来，批量生产的风力涡轮机的发展已经转向使风力涡轮机的输出和尺寸越来 越大。该过程要求更佳和更经济的部件和制造方法，特别是在批量生产的风力涡轮机叶片 领域，该发展是意义深远的，原因在于，近年来批量生长的风力涡轮机叶片的平均长度已经 增长超过了一倍。本领域已知的风力涡轮机叶片通常由通过金属、木材或碳纤维增强的纤维玻璃制 成。通常，通过将两个叶片半部在两个单独的模具中模制来制造这些叶片，并且当硬化这两 个叶片半部时，这两个叶片半部连接在一起形成风力涡轮机叶片。为了确保操作风力涡轮机叶片的空气动力学特性，重要的是，叶片基本上是刚性 的并且例如在经受高风力荷载、离心力、重力等时基本上不改变形状。然而，同样重要的是，叶片具有少许柔性，使得当叶片经受突然的阵风等时可以略 微弯曲。沿着叶片的纵向长度延伸的纤维在赋予叶片所需的品质(无论是刚度还是挠度) 方面是非常有效的方式，但对于能够显著影响叶片的刚性的纤维，它首先必须刚性连接到 叶片或者一体成型于叶片中，其次它必须在纤维的整个长度上连续延伸并且基本上是直的 (即，没有折痕和皱纹)，特别是在它必须在风力涡轮机叶片的整个纵向长度上延伸的情况 下更是如此。然而，单个纤维的柔性使得其实际上不可能确保不出现折痕和皱纹同时纤维附连 到叶片的其他部分。例如，在美国专利申请公开No. 2007/0140861 A1中因此已知形成纵向延伸的纤维 的刚性板并且接着将该特别适用的板放置在叶片壳中以加强叶片。然而，该板将必须以低公差来制造以配合叶片壳，并且该板只适合特定的叶片类型。因此，本专利技术的目的在于提供用于加强风力涡轮机叶片的有利技术。
技术实现思路
本专利技术提供了一种用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫。该结构垫包括粘合 的纤维的两个或更多个组，所述纤维通过基本上防止所述纤维的相对运动的基质粘合在一起，其中，所述组通过限制所述组的相对运动的连接装置彼此连接。使用基质形成纤维的组是有利的，因为由此确保了单个纤维的位置和方向。但是对于将刚性连接到叶片结构的组，组的尺寸受如下事实的限制叶片浸渍树 脂必须能够完全环绕每个组并且还具有足够的流动性，以润湿标准的叶片织物(即，实心 垫等将是不利的)，并且这些组的截面面积还受如下事实的限制每个组必须能够适应于 复杂的叶片几何形状，并且如果需要一个组可以提供更高的刚度同时仍然具有足够的柔性 以适应于叶片几何形状，则因此有利的是通过连接装置将这些组彼此连接，从而简化叶片 制造工艺并且使得这些组彼此固定，由此进一步降低当垫被一体化到叶片中或者连接到叶 片时(特别是如果在浸渍工艺中通过树脂来进行)这些组出现错位或褶皱的风险。此外，有利的是，这些组通过连接装置彼此连接，因为其确保了组之间的间隙大致 保持在所需的尺寸，由此例如减少了使垫完全饱和的树脂量并由此防止了来自叶片浸渍树 脂的多余的放热反应。应该强调的是，术语“垫”应当理解为包括两个或多个相邻元件的形成任意种类的 垫状结构的任意类型的构造，所述垫状结构包括任意类型的带、绳、毯、衬垫或任意类型的 类似结构。还应该强调的是，术语“组”应当理解为元件的任意种类的纱束、束、群或集合。此外，应该强调的是，术语“纤维”应当理解为包括任意种类的天然纤维、金属纤维 或矿物纤维(例如，基于纤维素的纤维、聚合物纤维、玻璃、芳纶或碳纤维)的任意种类的细 丝或线状的材料。还应该强调的是，在该上下文中，术语“基质”应当理解为嵌入了复合物组的纤维 加强件的材料。例如，可以将热塑树脂或热固树脂系统以及金属和陶瓷用作基质。更进一步地，应该强调的是，术语“风力涡轮机叶片结构”应当理解为形成叶片外 部轮廓的叶片壳中的或者刚性附连到该叶片壳上的任意部分，其包括在叶片中延伸的叶片 腹板、横梁或翼梁的形式的单独的加强构件，并形成整个叶片结构基本上一体的部分。 在本专利技术的一个方面，所述基质是树脂。树脂是坚固和耐久的材料，这使得树脂非常适于粘合纤维以形成组。应该强调的是，术语“树脂”应当理解为任意类型的天然或合成树脂，例如环氧树 脂、热固树脂、不饱和聚酯树脂、离子交换树脂、三聚氰胺树脂以及更多的树脂。简言之，术 语“树脂”指的是能够硬化的任意粘性液体。在本专利技术的一个方面，每个组中的所述粘合的纤维基本上是单向的。每个组中的纤维越平行，所述组沿所述组的纵向方向的柔性越差。有利的是，粘合 每个组中的纤维使得它们基本上是单向的，其提供了适用于用来加强风力涡轮机叶片的垫 的坚固和刚性的组。在本专利技术的一个方面，所述两个或更多个组基本上平行布置在所述垫中。使这些组在垫中基本上平行地延伸的有利之处在于，其增大了沿着垫上的纵向长 度方向的垫的强度和刚性，这在用于加强风力涡轮机叶片时是有利的。另外，包括单向组的易于制造，并且因此更经济。在本专利技术的一个方面，所述组中的至少一个组被预固化或者基本上被预固化。通过预固化或者基本上预固化垫中的组，组的稳定性和刚性得以增加，由此消除或减小了在制造叶片期间组出现折痕或褶皱的风险。另外，预固化的组操纵起来比粘性树脂饱和的纤维束容易得多。在本专利技术的一个方面，所述结构垫基本上是干燥的。干燥垫是非粘性的或者存在不期望地开始固化等风险。这是有利的，因为叶片中 的操纵、存储和实施因此变得更简单得多。应该强调的是，术语“干燥”应当理解成垫没有包含液态或半液态物质，例如没有 被固化等的树脂，即，垫没有被未固化的树脂预先浸渍。在本专利技术的一个方面，所述结构垫包括两层或更多层所述组。使垫包括两个或更多个层的粘合的纤维组的有利之处在于，其提供了调节垫厚度 的简单方式，由此在不改变垫的宽度或组的形状的情况下建立垫的刚度。在本专利技术的一个方面，所述两个或更多个层中的一个或更多个层的组相对于所述 两个或更多个层中的一个或更多个其他层的组成一定角度。使垫的一层倾斜，使得垫的组与所述垫的另一层的组不平行的有利之处在于，可 以形成沿着更多方向坚固的垫。例如，如果垫的一层被布置成使得这些组和这些组中的绝 大部分基本上沿着叶片的纵向方向延伸，则垫的另一层可以布置成使组横过第一层的组延 伸，即相对于第一层成90°的角度。这样会增加垫的横向的刚度并且可以提供更稳定和均 勻的垫。在本专利技术的一个方面，所述两个或更多个层的所述组通过限制所述层的相对运动 的层连接装置连接。通过诸如绑结装置的连接装置使层与层连接的有利之处在于，其确保了更均勻的 垫并且垫变得更容易操纵。在本专利技术的一个方面，所述结构垫包括锥形的端部区域。为垫设置一个或更多个锥形的端部区域的有利之处在于，通过使垫厚度逐渐减 小，刚度也逐渐减小，并且减小或避免了潜在有害的应力集中。在本专利技术的一个方面，所述结构垫包括锥形的侧区域。同样，为垫提供一个或更多个锥形的侧区域的有利之处在于，垫厚度逐渐减小，由 此降低了潜在有害的应力集中的风险。在本专利技术的一个方面，所述纤维是碳纤维和/或玻璃纤维。碳纤维和玻璃纤维的特征在于，其质量轻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫，所述结构垫包括粘合的纤维的两个或更多个组，所述纤维通过基本上防止所述纤维的相对运动的基质粘合在一起，其中，所述组通过限制所述组的相对运动的连接装置彼此连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】DK 2007-11-9 PA200701587一种用于加强风力涡轮机叶片结构的结构垫，所述结构垫包括粘合的纤维的两个或更多个组，所述纤维通过基本上防止所述纤维的相对运动的基质粘合在一起，其中，所述组通过限制所述组的相对运动的连接装置彼此连接。2.根据权利要求1所述的结构垫，其中，所述基质是树脂。3.根据权利要求1或2所述的结构垫，其中，每个组中的所述粘合的纤维基本上是单向的。4.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述两个或更多个组基本上平行 地布置在所述结构垫中。5.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述组中的至少一个组被预固化 或者基本上被预固化。6.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述结构垫是基本上干燥的。7.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述结构垫包括两个或更多个层 的所述组。8.根据权利要求7所述的结构垫，其中，所述两个或更多个层中的一个或更多个层的 所述组相对于所述两个或更多个层中的一个或更多个其他层的所述组成一定角度。9.根据权利要求7或8所述的结构垫，其中，通过层连接装置连接所述两个或更多个层 的所述组，所述层连接装置限制所述两个或更多个层之间的相对运动。10.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述结构垫包括锥形的端部区域。11.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述结构垫包括锥形的侧区域。12.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述纤维是碳纤维和/或玻璃纤维。13.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，一个或更多个所述组形成有包括 三个或更多个不同对称轴的截面形状。14.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，所述组包括Imm2至100mm2、优选 为3mm2至40mm2、更优选为6mm2至25mm2的截面面积。15.根据前述权利要求中任一项所述的结构垫，其中，在所述组的整个纵向长度上，所 述组形成有...

【专利技术属性】
技术研发人员：安德鲁海戈斯，托马斯沃容斯基，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统有限公司，
类型：发明
国别省市：DK[丹麦]