在风力涡轮机翼梁中的优质纤维材料使用的优化制造技术

在风力涡轮机叶片的构造中使用优质材料可以提高叶片效率并且能够使用较薄的叶片。通过提供一种具有恒定厚度的优质材料的分段的翼梁帽，优质材料的使用可以被优化以更加有效地使用优质材料。可以在叶片根部附近添加可能比优质材料更便宜和更重的其它材料以给叶片提供额外的强度和刚度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及风力涡轮机叶片设计。
技术介绍
风力涡轮机叶片包括壳体和其它结构部件，所述其它结构部件可以在叶片的基部或根部附近最厚。这些部件在叶片中点附近的区域和越过叶片中点的区域中的重量成为减小叶片自重力矩的关键因素，而这些部件在叶片根部附近的重量较不重要。使用具有高刚度重量比或强度重量比的优质材料能够减小这些部件的重量，并且会显著地提高叶片的性能。然而，这些优质材料比其它材料贵。对这些优质材料的使用的优化会显著地节约成分以及提供较好的机械性能。借助于材料过渡区将优质纤维的板层(plies)连结到其它材料，可以仅在外部叶片中使用优质材料。这种材料过渡区难以构建到外侧叶片分段(section)的有限内部体积中，这是由于在材料重叠区域中需要额外的厚度以过渡工作应变并且克服来自起始材料层和结束材料层的应力集中源。
技术实现思路
在一个方面中，提供一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括叶片壳体和至少部分地位于所述叶片壳体内的主翼梁，该主翼梁包括第一翼梁帽(spar cap)、第二翼梁帽和在第一翼梁帽和第二翼梁帽之间延伸的至少一个抗剪腹板，其中第一翼梁帽包括：第一部件，所述第一部件包括第一材料，其中第一部件在沿着叶片壳体的至少一半长度延伸的翼梁帽的分段上具有基本恒定的厚度；和第二部件，所述第二部件定位成与第一部件相邻并且包括第二材料，其中第二材料与第一材料不同。在另一方面中，提供一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括叶片壳体和至少部分地位于所述叶片壳体内的主翼梁，该主翼梁包括第一翼梁帽、第二翼梁帽和在第一翼梁帽和第二翼梁帽之间延伸的至少一个抗剪腹板，其中第一翼梁帽包括：第一部件，所述第一部件包括第一材料；和第二部件，所述第二部件包括第二材料，第二材料与第一材料不同，其中第一部件包括多个第一材料板层，所述多个第一材料板层至少在叶片的内侧区域中的第一点和位于远离第一点超过叶片长度的50％处的第二点之间延伸。在又一个方面中，提供一种翼梁，所述翼梁包括第一翼梁帽、第二翼梁帽和在第一翼梁帽的内表面与第二翼梁帽的内表面之间延伸的至少一个抗剪腹板，其中第一翼梁帽包括：第一部件，所述第一部件包括恒定厚度的分段，所述恒定厚度的分段具有基本恒定厚度的第一材料；和第二部件，所述第二部件具有在第二部件的长度上变化的厚度，其中第一部件的基本恒定厚度的分段的长度大于第二部件的长度。附图说明图1是包括三个风力涡轮机叶片的风力涡轮机的立体图；图2是风力涡轮机叶片的俯视平面图；图3是图2的风力涡轮机叶片的剖视图；图4是可替代的风力涡轮机叶片的剖视图，其中主翼梁包括两个抗剪腹板；图5是示例性的翼梁结构的侧视图，其中翼梁帽主要由单种类型的材料形成；图6是另一个示例性的翼梁结构的侧视图，其中翼梁帽由优质材料和其它材料的混合物形成；以及图7是图5的示例性的翼梁结构的俯视图。具体实施方式图1绘制出示例性的风力涡轮机10，所述风力涡轮机10包括三个风力涡轮机叶片100，所述三个风力涡轮机叶片100从安装在塔40上的风力涡轮机毂30径向地延伸。风力涡轮机沿着方向20旋转，以便使叶片100的前缘110和后缘120如图1中所示定向。图2是图1的示例性的风力涡轮机叶片100的俯视平面图。叶片的弦长是在扭曲面内从前缘110开始测量到后缘120，所述扭曲面的外部部分位于叶片100在全功率设置中的旋转平面附近。该弦长最初随着与叶片根部130相距的距离增大而增大，直到达到最大弦长150为止，并且继而朝向叶片的尖端140减小。典型的现代风力涡轮机叶片的外表面(在本文中也称为壳体)包括内壳板(skin)、外壳板和稳定的芯部。典型地，这些壳板从叶片的前缘或鼻部延伸到叶片的后缘或尾部，以便最小化或者避免在中间点处切割或者连结织物的需要，从而简化叶片的构造。对于非常大的叶片而言，可能难以得到从鼻部延伸到尾部的足够宽的织物，从而需要连结织物分段，但是典型地最小化这些连结部。因此，这些壳板典型地沿着其长度提供恒定的机械性能，例如壳板的剪切模量。图3是沿着图2的线3-3得到的图2的叶片100的示例性剖视图。叶片100包括上壳体160a和下壳体160b以及位于上下壳体之间的内部加强结构，所述内部加强结构包括翼梁帽170a和170b以及抗剪腹板172。如上所述，壳体160a和160b是复合结构。特别地，壳体160a包括外壳板162a、内壳板164a和位于外壳板和内壳板之间的芯部166a。外壳板162a和内壳板164a可以包括具有适当厚度的玻璃纤维或其它适当的材料。外壳板162a和内壳板164a的特定厚度和性能可以在多种实施例中显著地改变。在本文中称为翼梁或主翼梁的内部加强结构包括：一对翼梁帽170a和170b，所述一对翼梁帽170a和170b与上下壳体的内壳板164a和164b相邻地延伸并且延伸了壳体的部分弦长；和抗剪腹板172，所述抗剪腹板172在翼梁帽170a和170b之间延伸。在所示的实施例中，翼梁帽170a和170b布置在壳体的内壳板和外壳板之间与芯部的分段相邻。在该实施例中，壳板可以在翼梁帽和芯部分段上方形成以形成壳体160a和160b，并且壳体可以继而被组装以形成叶片。然而，在可替代的实施例中，可以形成没有翼梁帽的壳体，以便使内壳板与外壳板接触，从而在芯部分段之间留有稍后可以放置翼梁帽的空隙。在所示的实施例中，单抗剪腹板172在翼梁帽170a和170b之间延伸以形成基本I形梁结构。在某些实施例中，抗剪腹板172以及翼梁帽170a和170b中的某些或全部包括诸如碳纤维的高性能材料，尽管这些结构件可以在结构件内的不同的位置处包括多种材料。在可替代的实施例中，涡轮机叶片可以包括多于一个的抗剪腹板，所述多于一个的抗剪腹板在上下翼梁帽之间延伸以形成可以提供额外刚度的大致盒状的翼梁，并且本文所述的实施例能够与这种结构一起使用。图4示出风力涡轮机叶片200的可替代的实施例，其中，主翼梁290包括两个翼梁帽270a和270b，所述两个翼梁帽270a和270b与上壳体260a和下壳体260b的内壳板264a和264b相邻地延伸。第一抗剪腹板272a在上翼梁帽270a的前缘和下翼梁帽270b的前缘之间延伸，并且第二抗剪腹板272b在上翼梁帽270a的后缘和下翼梁帽270b的后缘之间延伸。因此，翼梁290具有基本盒状的横截面。在可<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】2009.05.21 US 12/470,4351.一种风力涡轮机叶片，其包括：
叶片壳体；和
至少部分地位于所述叶片壳体内的主翼梁，所述主翼梁包括第一
翼梁帽、第二翼梁帽和在所述第一翼梁帽和所述第二翼梁帽之间延伸
的至少一个抗剪腹板，其中，所述第一翼梁帽包括：
第一部件，所述第一部件包括第一材料，其中所述第一部件
在沿着所述叶片壳体的至少一半长度延伸的所述第一翼梁帽的分
段上具有基本恒定的厚度；和
第二部件，所述第二部件定位成与所述第一部件相邻并且包
括第二材料，其中所述第二材料与所述第一材料不同。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一部件
的基本恒定厚度的分段包括多个所述第一材料的板层，所述多个第一
材料的板层沿着所述基本恒定厚度的分段的长度延伸。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一材料
的强度重量比大于所述第二材料的强度重量比。
4.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一材料
的刚度重量比大于所述第二材料的刚度重量比。
5.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一翼梁
帽的第一部件沿着所述叶片壳体的内表面延伸，并且其中，所述第一
部件布置在所述第一翼梁帽的第二部件的至少一部分与所述叶片壳体
的内表面之间。
6.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一翼梁
帽的第二部件的至少一部分沿着所述叶片壳体的内表面延伸，并且其
中，所述第二部件的所述至少一部分布置在所述第一翼梁帽的第一部
件与所述叶片壳体的内表面之间。
7.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第一材料
包括碳纤维。
8.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述第二材料
包括玻璃纤维。
9.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述翼梁帽的
第一部件的外侧端部位于所述第一翼梁帽的第二部件的外侧端部的外
侧。
10.一种风力涡轮机叶片，其包括：
叶片壳体；和
至少部分地位于所述叶片壳体内的主翼梁，所述主翼梁包括第一
翼梁帽、第二翼梁帽和在所述第一翼梁帽和所述第二翼梁帽之间延伸
...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·D·朱泰克，
申请(专利权)人：迈克尔·D·朱泰克，
类型：发明
国别省市：