CN111720260B - 风力涡轮机叶片和风力涡轮机 - Google Patents
风力涡轮机叶片和风力涡轮机 Download PDFInfo
- Publication number
- CN111720260B CN111720260B CN202010201455.5A CN202010201455A CN111720260B CN 111720260 B CN111720260 B CN 111720260B CN 202010201455 A CN202010201455 A CN 202010201455A CN 111720260 B CN111720260 B CN 111720260B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind turbine
- support structure
- reinforced plastic
- longitudinal support
- turbine blade
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
- F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
- F03D1/0641—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades of the section profile of the blades, i.e. aerofoil profile
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
- F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29D—PRODUCING PARTICULAR ARTICLES FROM PLASTICS OR FROM SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE
- B29D99/00—Subject matter not provided for in other groups of this subclass
- B29D99/0025—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings
- B29D99/0028—Producing blades or the like, e.g. blades for turbines, propellers, or wings hollow blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D80/00—Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
- F03D80/30—Lightning protection
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
- B29K2309/00—Use of inorganic materials not provided for in groups B29K2303/00 - B29K2307/00, as reinforcement
- B29K2309/08—Glass
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
- B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
- B29L2031/085—Wind turbine blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2230/00—Manufacture
- F05B2230/60—Assembly methods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05B2240/302—Segmented or sectional blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/40—Use of a multiplicity of similar components
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/02—Geometry variable
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2280/00—Materials; Properties thereof
- F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2280/00—Materials; Properties thereof
- F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05B2280/6003—Composites; e.g. fibre-reinforced
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2280/00—Materials; Properties thereof
- F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05B2280/6013—Fibres
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2280/00—Materials; Properties thereof
- F05B2280/60—Properties or characteristics given to material by treatment or manufacturing
- F05B2280/6015—Resin
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
本发明涉及风力涡轮机叶片和风力涡轮机。具体公开了一种风力涡轮机(1)的风力涡轮机叶片(10),该风力涡轮机叶片(10)包括外壳(20)和具有至少一个翼梁帽(40)的翼梁(30)。所述至少一个翼梁帽(40)中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件(41),借以所述至少两个纵向支撑结构元件(41)中的至少两个沿风力涡轮机叶片(10)的纵向方向(L10)布置成彼此相邻,并且至少一个纵向支撑结构(41)包括碳纤维增强塑料,且至少一个另外的纵向支撑结构(41)包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机的风力涡轮机叶片,所述风力涡轮机叶片包括外壳和具有至少一个翼梁帽(spar cap)的翼梁(spar)。此外,本发明涉及一种包括至少两个风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
背景技术
风力涡轮机叶片必须能够有效地将风转换成风力涡轮机叶片的自旋运动,使得风能可以转换成附接有风力涡轮机叶片的转子的旋转机械运动。优选的是,在风力涡轮机叶片中使用具有高的比模量(材料的每质量密度的弹性模量)的材料,该比模量也称为刚度重量比(stiffness to weight ratio)。这在风力涡轮机叶片的翼梁帽中特别重要,因为翼梁帽经受在风力涡轮机的操作中出现的高弯曲负载(也称为翼向负载)。
EP 2922690 A1涉及一种风力涡轮机叶片,其具有由玻璃纤维增强塑料制成的外壳和由碳纤维增强塑料制成的翼梁帽。碳纤维增强塑料的刚度和比模量显著高于玻璃纤维增强塑料。因此,对于用于翼梁帽而言,碳纤维增强塑料较玻璃纤维增强塑料是优选的,因为碳纤维增强塑料在相同重量下提供更大的抵抗力来对抗弯曲负载。然而,将碳纤维增强塑料引入风力涡轮机叶片的翼梁帽中而没有褶皱(wrinkle)是具有挑战性的。褶皱是在纺织复合材料增强成型过程期间出现的最常见的缺陷之一。因此,所提出的风力涡轮机叶片容易发生故障。
US2010/0104447 A1涉及一种包括压力侧翼梁帽和吸力侧翼梁帽的风力涡轮机叶片,其中,吸力侧翼梁帽由包括纤维增强基体的材料制造,该纤维增强基体包括嵌入共同基体材料中的至少一个玻璃纤维层和至少一个碳纤维层。通过在翼梁帽中使用复合碳玻璃(hybrid carbon-glass)材料,可以降低由于起皱导致故障的结构风险,同时增加比模量。由此,可以实现的刚度和重量在纯碳的刚度和重量与纯玻璃的刚度和重量之间。然而,将碳纤维用于复合材料混合物中的潜能并未得到最大程度的发挥。
因此,仍然需要具有高的比模量和低的结构故障风险的风力涡轮机叶片和风力涡轮机。
发明内容
该问题通过权利要求的主题解决。因此,该目的通过具有根据本发明的特征的风力涡轮机叶片以及通过具有根据本发明的特征的风力涡轮机来解决。本发明的另外的细节从其他权利要求以及说明书和附图中展现。关于风力涡轮机叶片讨论的特征和细节也与关于风力涡轮机讨论的特征和细节相关,反之亦然。
根据本发明的第一方面,该问题通过一种风力涡轮机的风力涡轮机叶片来解决,该风力涡轮机叶片包括外壳和具有至少一个翼梁帽的翼梁,借以所述至少一个翼梁帽中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件,借以所述至少两个纵向支撑结构元件中的至少两个沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置成彼此相邻,并且至少一个纵向支撑结构元件包括碳纤维增强塑料,且至少一个另外的纵向支撑结构包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料。
由此,可以在风力涡轮机叶片的特别容易发生故障且对褶皱的容许度极低的部分处利用与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料(诸如,玻璃纤维增强塑料)来设计风力涡轮机叶片的翼梁帽。可以利用碳纤维增强塑料来设计风力涡轮机叶片的翼梁帽的不太容易发生故障且对褶皱的容许度相对较高的其他部分,并且由此利用碳的高比模量以便提供整体上高刚度且轻重量的风力涡轮机叶片。
特别地,翼梁帽的纵向支撑结构元件是翼梁帽的这样的结构元件,即它们向翼梁帽提供承受翼向负载而不对风力涡轮机叶片造成损坏的能力。更特别地,翼梁帽由纵向支撑结构元件制成。
优选地,翼梁具有两个或四个或更多个翼梁帽,并且每个翼梁帽包括至少两个纵向支撑结构元件。特别地,至少一个翼梁帽中的两个面向彼此。面向彼此的两个翼梁帽可由至少一个翼梁腹板连接,所述翼梁腹板经受在风力涡轮机的操作期间出现的剪切负载。翼梁腹板可连接到翼梁帽的中间部分,由此提供工字梁式的翼梁。面向彼此的两个翼梁帽还可由连接到这些翼梁帽的侧部分的两个翼梁腹板连接,由此提供用于增加扭转支撑的盒式翼梁。
特别地,纵向支撑结构元件沿风力涡轮机叶片的纵向方向具有其最长的延伸部。纵向支撑结构元件沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置成彼此相邻特别地意指纵向支撑结构元件彼此触碰。优选地,相邻的纵向支撑结构元件彼此连接,并且更优选地,它们的纵向支撑结构元件或其部分彼此重叠。
例如,与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料可以是玻璃纤维增强塑料、玄武岩纤维增强塑料、凯夫拉尔纤维增强塑料或这些的复合组合物。包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料的纵向支撑结构可包括碳纤维增强塑料,其例如作为复合纤维增强塑料的一部分。然而,包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料的纵向支撑结构可仅包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料,或包括最多高达50%、优选地高达30%且更优选地高达20%的碳纤维增强塑料。
在本发明的优选实施例中,包括碳纤维增强塑料的至少一个纵向支撑结构中的至少一个主要包括碳纤维增强塑料作为纤维增强塑料,并且包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料的至少一个另外的纵向支撑结构中的至少一个主要包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料作为纤维增强塑料。
在本发明的另外的优选实施例中,至少两个相邻的纵向支撑结构元件借助于结构接头彼此连接。结构接头在相邻的纵向支撑结构元件之间提供牢固的连接。
特别优选的是,纵向支撑结构被合并到相邻的纵向支撑结构中以形成结构接头。特别地,来自纵向支撑结构元件中的一个的纤维增强塑料布置在形成于相邻的纵向支撑结构中的空间中,反之亦然,使得相邻的纵向支撑结构元件彼此合并。由此,结构接头由纵向支撑结构元件本身形成,并且即使使用不同的材料,也可以获得非常牢固的连接。
进一步地,特别优选的是,结构接头是树脂模制的。这在相邻的纵向支撑结构元件之间提供了甚至更牢固的连接,因为纵向支撑结构元件在结构接头处被树脂模制在一起。
在本发明的另一个优选实施例中,至少两个相邻的纵向支撑结构元件相对于彼此以0.5°≤α≤10°、特别地1°≤α≤7°的布置角度布置。布置角度是相邻的纵向支撑结构元件的中心纵向轴线之间的角度。该角度在三维空间中被定义,其“缘向分量(edgewisecomponent)”占主导地位。由此,即使当使用刚度相对大的碳纤维增强塑料材料时,也有可以容易地形成尖端后掠。
在本发明的又一优选实施例中,玻璃纤维增强塑料包括至少一个单向玻璃毡,和/或碳纤维增强塑料包括至少一个单向拉挤碳纤维元件。特别地,玻璃纤维增强塑料是单向玻璃毡,和/或碳纤维增强塑料是拉挤碳纤维元件。优选地,单向玻璃毡的单向玻璃纤维和/或拉挤碳纤维元件的单向碳纤维沿风力涡轮机叶片的纵向方向布置。
在本发明的另外的优选实施例中,至少两个相邻的纵向支撑结构元件的长度彼此不同。优选地,包括碳纤维增强塑料的支撑结构的长度大于包括至少一种不同的纤维增强塑料的支撑结构的长度。由此,对于恒定的尖端偏转,减小了翼梁帽的整体质量。
在本发明的又一优选实施例中,包括碳纤维增强塑料的支撑结构在距风力涡轮机叶片的尖端至少5m、优选地至少7m、且更优选地至少10m处终止。碳纤维增强塑料是导电的。通过将碳纤维增强塑料提供为与风力涡轮机叶片的尖端处的雷电受体相隔一距离,可以避免对碳纤维增强塑料的直接雷击,从而避免损坏翼梁帽。
在本发明的又一优选实施例中,至少两个纵向支撑结构元件中的至少一个的至少一个端部分是逐渐变细的,特别是沿其纵向方向和/或以0.2°≤β≤5°的锥度角、优选地以0.3°≤β≤2°的锥度角逐渐变细。支撑结构还可沿横向于纵向方向的方向(即,支撑结构的宽度方向)逐渐变细。借助于使支撑结构逐渐变细,便可以进一步控制翼梁帽的刚度。
根据本发明的第二方面,存在一种风力涡轮机,其包括根据本发明的第一方面的至少两个风力涡轮机叶片。因此,根据本发明的第二方面的风力涡轮机可以提供与针对根据本发明的第一方面的风力涡轮机叶片所描述的优点相同的优点。优选的是包括三个此类风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
附图说明
本发明的另外的优点、特征和细节从以下描述中展现,其中通过参考附图,详细描述了本发明的图1至图8的实施例。由此,来自权利要求的特征以及说明书中提到的特征在单独考虑时或以任何组合考虑时对于本发明来说都是必需的。在附图中,示意性地示出了:图1是根据本发明的风力涡轮机叶片的第一实施例的沿着横向平面的截面图,
图2是沿着风力涡轮机叶片的第一实施例的外壳平面的投影图,其中突出了翼梁帽元件,
图3是沿着图2的线III-III截成的沿着支撑结构的横向平面的分解截面图,
图4是沿着图2的线IV-IV截成的沿着支撑结构的横向平面的分解截面图,
图5是沿着图2的线V-V截成的沿着结构接头的纵向平面的分解截面图,
图6是根据本发明的风力涡轮机叶片的第二实施例的沿着外壳平面的投影图,该风力涡轮机叶片具有翼梁帽元件,
图7是根据本发明的风力涡轮机叶片的第三实施例的沿着外壳平面的投影图,该风力涡轮机叶片具有翼梁帽元件,
图8是根据本发明的风力涡轮机叶片的第四实施例的沿着外壳平面的投影图,该风力涡轮机叶片具有翼梁帽元件,以及
图9是包括根据本发明的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。
具体实施方式
图1至图9中的相同物体用相同的附图标记指示。如果在这些附图中的一者中同一类物体多于一个,则采用升序数字对物体进行编号,其中物体的升序数字与其原附图标记之间用点分隔。
图1是根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施例的沿着横向平面的截面图。横向平面横向于(特别是垂直于)风力涡轮机叶片10的纵向轴线L10,该纵向轴线在图2中指示。风力涡轮机叶片10具有后缘11和前缘12。风力涡轮机叶片10包括外壳20和翼梁30。翼梁30包括两个翼梁帽40.1、40.2,这两个翼梁帽面向彼此并借助于翼梁腹板50彼此连接。
图2是图1的风力涡轮机叶片10的第一实施例的沿着外壳平面的截面图。外壳平面是延伸穿过曲形外壳20的上部分和翼梁帽40.1的平面,其横向于(特别是垂直于)横向平面。风力涡轮机叶片10的翼梁帽40.1包括三个纵向支撑结构元件41.1、41.2、41.3。第一纵向支撑结构元件41.1和第三纵向支撑结构元件41.3由玻璃纤维增强塑料制成,并且第二纵向支撑结构41.2由碳纤维增强塑料制成。
第一纵向支撑结构41.1布置在风力涡轮机叶片10的根部处或布置成与根部相隔大约2m的距离,并且在该特定实施例中,其长度X41.1是风力涡轮机叶片10的长度X10的20%。从风力涡轮机叶片10的根部到尖端沿着纵向轴线L10测量风力涡轮机叶片10的长度X10。例如,第一纵向支撑结构41.1的长度X41.1可以是风力涡轮机叶片10的长度X10的10%至30%。第一支撑结构41.1使得翼梁帽40.1的刚度能够沿从风力涡轮机叶片10的根部到尖端的方向平滑地增加。此外,玻璃纤维增强塑料比碳纤维增强塑料更具成本效益,并且在靠近风力涡轮机叶片的根部处,刚度高到碳纤维增强塑料那样通常是不必要的。
第二纵向支撑结构41.2布置在风力涡轮机叶片10的中间部分中,并且布置在第一支撑结构41.1和第三支撑结构41.3之间。在该特定实施例中,第二支撑结构的长度X41.2是风力涡轮机叶片10的长度X10的50%。例如,第二纵向支撑结构41.1的长度X41.2可以是风力涡轮机叶片10的长度X10的30%至80%。第一纵向支撑结构41.1通过包含其质量而使得风力涡轮机叶片10的翼梁帽40.1的刚度能够得到整体增加。
第三纵向支撑结构41.3布置在风力涡轮机叶片10的根部处或与根部相隔5m的距离,并且布置成与第二纵向支撑结构41.2相邻。在该特定实施例中,第三纵向支撑结构41.3的长度X41.3是风力涡轮机叶片10的长度X10的30%。例如,第三纵向支撑结构41.1的长度X41.3可以是风力涡轮机叶片10的长度X10的10%至40%。当风力涡轮机叶片10的尖端被雷击时,第三纵向支撑结构41.3防止由碳纤维增强塑料制成的第二纵向支撑结构41.2被损坏。
第一纵向支撑结构41.1和第二支撑结构41.2借助于具有长度X42.1的第一结构接头42.1彼此连接,在第一结构接头中,第一纵向支撑结构41.1和第二纵向支撑结构41.2彼此重叠。进一步地,第二纵向支撑结构41.2和第三纵向支撑结构41.3借助于具有长度X42.2的第二结构接头42.2彼此连接,在第二结构接头42.2中,第二纵向支撑结构41.2和第三纵向支撑结构41.3彼此重叠。纵向支撑结构元件41.1、41.2、42.3借助于结构接头42.1、42.2彼此牢固地连接,所述结构接头在该特定实施例中是树脂模制的。
第二纵向支撑结构41.2相对于第三支撑结构41.3以α=5°的布置角度布置,该布置角度形成于第二纵向支撑结构41.2的纵向轴线和第三纵向支撑结构41.3的纵向轴线L41.3之间,在该特定实施例中,第二纵向支撑结构41.2的纵向轴线与风力涡轮机叶片10的纵向轴线L10重合。由此,形成尖端后掠S(从风力涡轮机叶片10的纵向轴线L10到尖端的距离)。
图3是沿着图2的线III-III截成的沿着第一纵向支撑结构41.1的横向平面的分解截面图。横向平面横向于(特别是垂直于)第一纵向支撑结构41.1的纵向轴线,在该特定实施例中,第一纵向支撑结构41.1的纵向轴线与风力涡轮机叶片10的纵向轴线L10重合。在该实施例中,两种不同类型的玻璃毡60、61被用于第一纵向支撑结构41.1,所述玻璃毡布置为第一类型的玻璃毡60.1、60.2、60.3、60.4、60.5、60.5和第二类型的玻璃毡61.1、61.2、61.3、61.4的交替层,具有宽度W60和厚度T60。宽度W60可在400mm至1200mm的范围内。厚度T60可在0.1mm至2.0mm的范围内。第一类型的玻璃毡60.1、60.2、60.3、60.4、60.5、60.5可以是双轴无卷曲(biax non-crimp)织物。第二类型的玻璃毡61.1、61.2、61.3、61.4可以是单向玻璃毡。
图4是沿着图2的线IV-IV截成的沿着第二纵向支撑结构41.2的横向平面的分解截面图。横向平面横向于(特别是垂直于)第二纵向支撑结构41.2的纵向轴线,在该特定实施例中,第二纵向支撑结构41.2的纵向轴线与风力涡轮机叶片10的纵向轴线L10重合。拉挤碳纤维元件70.1、70.2、70.3、70.4、70.5、70.6设置在第二纵向支撑结构41.2中。特别地,具有堆叠的碳纤维元件70.1、70.2、70.3的第一堆叠和具有堆叠的碳纤维元件70.4、70.5、70.6的第二堆叠设置成沿第二纵向支撑结构41.2的纵向方向彼此相邻。碳纤维元件具有W70的宽度,该宽度可在50mm至300mm的范围内。即,碳纤维元件的厚度可以在2mm至5mm的范围内。第一楔形元件72.1布置在包括碳纤维元件70.1、70.2、70.3的第一堆叠旁边,从而形成第二纵向支撑结构41.2的外长边。第二楔形元件72.2布置在包括碳纤维元件70.4、70.5、70.6的第二堆叠旁边,从而形成第二纵向支撑结构41.2的另一个外长边。例如,楔形元件72.1、72.2可包括玄武岩、轻木、泡沫材料或玻璃,或者由玄武岩、轻木、泡沫材料或玻璃制成。覆盖毡71包围碳纤维元件70.1、70.2、70.3、70.4、70.5、70.6和楔形元件72.1、72.2。覆盖毡71可包括多个覆盖毡或其部分。例如,覆盖毡可包括碳、玻璃、玄武岩或其复合组合物,或者由碳、玻璃、玄武岩或其复合组合物制成。
图5是沿着图2的线V-V截成的沿着结构接头42.2的纵向平面的分解截面图。第二纵向支撑结构41.2的碳纤维元件70.1、70.2、70.3被覆盖毡71.1、71.2、71.3、71.4、71.5、71.6、71.7、71.8包围,并且碳纤维元件70.1、70.2、70.3和覆盖毡71.1、71.2、71.3、71.4、71.5、71.6、71.7、71.8被合并(marge)到具有玻璃毡60、61的多个层的第三支撑结构41.3中,其中,仅指示出了玻璃毡60、61中的玻璃毡60.1和61.1。而且,第三纵向支撑结构41.3的玻璃毡60.1和61.1布置在碳纤维元件70.1、70.3和覆盖毡71.1、71.2、71.3、71.6、71.7、71.8之间的空间中,使得第三纵向支撑结构41.3被合并到第二纵向支撑结构41.2中。结构接头42.2是树脂模制的,树脂覆盖了整个结构接头42.2并且并未示出。在该特定实施例中,第二纵向支撑结构41.2(特别是碳纤维元件70.1、70.2、70.3中的每一个)沿其纵向方向以β=0.3°的锥度角逐渐变细。
图6是根据本发明的风力涡轮机叶片10的第二实施例的沿着外壳平面的截面图。风力涡轮机叶片10的翼梁帽40.1包括两个纵向支撑结构元件41.1、41.2。第一纵向支撑结构41.1由碳纤维增强塑料制成,并且第二纵向支撑结构41.2由玻璃纤维增强塑料制成。第一纵向支撑结构41.1和第二纵向支撑结构41.2相对于彼此以α=5°的布置角度布置,并且借助于结构接头42.1彼此连接。第一纵向支撑结构41.1的长度大于第二纵向支撑结构41.2的长度。
图7是根据本发明的风力涡轮机叶片10的第三实施例的沿着外壳平面的截面图。风力涡轮机叶片10的翼梁帽40.1包括两个纵向支撑结构元件41.1、41.2。第一纵向支撑结构41.1由玻璃纤维增强塑料制成,并且第二纵向支撑结构41.2由碳纤维增强塑料制成。第一纵向支撑结构41.1和第二纵向支撑结构41.2借助于结构接头42.1彼此连接。第一纵向支撑结构41.1的长度短于第二纵向支撑结构41.2的长度。进一步地,第一纵向支撑结构41.1比第二纵向支撑结构41.2宽。由碳纤维增强塑料制成的第二纵向支撑结构41.2在距风力涡轮机叶片10的尖端10m处终止,以避免由于雷击导致损坏。
图8是根据本发明的风力涡轮机叶片10的第四实施例的沿着外壳平面的截面图。风力涡轮机叶片10的翼梁帽40.1包括四个纵向支撑结构元件41.1、41.2、41.3、41.4。第一纵向支撑结构元件41.1、第三纵向支撑结构元件41.3和第四纵向支撑结构元件41.4由玻璃纤维增强塑料制成,并且第二纵向支撑结构41.2由碳纤维增强塑料制成。相邻的纵向支撑结构元件41.1、41.2、41.3、41.4借助于结构接头42.1、42.2、42.3彼此连接。第二纵向支撑结构41.2的长度大于其他纵向支撑结构元件41.1、41.3、41.4中的每一个。第二纵向支撑结构41.2和第三纵向支撑结构41.3相对于彼此以α=5°的布置角度布置。进一步地,第三纵向支撑结构41.3和第四纵向支撑结构41.4相对于彼此以α=5°的布置角度布置。由此,在不使纵向支撑结构元件41.1、41.2、41.3、41.4中的任一个过载的情况下,增大了风力涡轮机叶片10的整体尖端后掠S。
图9示意性地示出了包括根据本发明的风力涡轮机叶片10的风力涡轮机1。
Claims (10)
1.一种风力涡轮机(1)的风力涡轮机叶片(10),所述风力涡轮机叶片(10)包括外壳(20)和具有至少一个翼梁帽(40)的翼梁(30),其特征在于,所述至少一个翼梁帽(40)中的至少一个包括至少两个纵向支撑结构元件,借以所述至少两个纵向支撑结构元件中的一个纵向支撑结构元件布置在形成于相邻的支撑结构元件中的空间中,以便使得所述至少两个纵向支撑结构元件合并到一起,从而使得所述至少两个纵向支撑结构本身形成其间的结构接头,从而所述至少两个纵向支撑结构沿所述风力涡轮机叶片的纵向方向连接到彼此,并且至少一个纵向支撑结构包括碳纤维增强塑料,且至少一个另外的纵向支撑结构包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
包括碳纤维增强塑料的至少一个纵向支撑结构中的至少一个主要包括碳纤维增强塑料作为纤维增强塑料,并且包括与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料的至少一个另外的纵向支撑结构中的至少一个主要包括与碳纤维增强塑料不同的纤维增强塑料作为纤维增强塑料。
3.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
所述结构接头(42)是树脂模制的。
4.根据任一前述权利要求所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
至少两个相邻的纵向支撑结构元件相对于彼此以0.5°≤α≤10°的布置角度布置。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
与碳纤维增强塑料不同的至少一种纤维增强塑料是玻璃纤维增强塑料,其中,所述玻璃纤维增强塑料包括至少一个单向玻璃毡,和/或所述碳纤维增强塑料包括至少一个拉挤碳纤维元件(70)。
6.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
所述至少两个相邻的纵向支撑结构元件中的至少两个的长度(X41)彼此不同。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
包括碳纤维增强塑料的纵向支撑结构在距所述风力涡轮机叶片(10)的尖端至少5m处终止。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
所述至少两个纵向支撑结构元件中的至少一个的至少一个端部分是逐渐变细的。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片(10),
其特征在于
所述至少两个纵向支撑结构元件中的至少一个的至少一个端部分沿其纵向方向和/或以0.2°≤β≤5°的锥度角逐渐变细。
10.一种风力涡轮机(1),其包括根据前述权利要求中任一项所述的至少两个风力涡轮机叶片(10)。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19164335.2 | 2019-03-21 | ||
EP19164335.2A EP3712424B1 (en) | 2019-03-21 | 2019-03-21 | Wind turbine blade and wind turbine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN111720260A CN111720260A (zh) | 2020-09-29 |
CN111720260B true CN111720260B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=65894938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202010201455.5A Active CN111720260B (zh) | 2019-03-21 | 2020-03-20 | 风力涡轮机叶片和风力涡轮机 |
Country Status (6)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11549482B2 (zh) |
EP (1) | EP3712424B1 (zh) |
CN (1) | CN111720260B (zh) |
DK (1) | DK3712424T3 (zh) |
ES (1) | ES2962057T3 (zh) |
PT (1) | PT3712424T (zh) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11577475B2 (en) * | 2017-09-04 | 2023-02-14 | Lm Wind Power International Technology Ii Aps | Wind turbine blade and a method of manufacturing the wind turbine blade |
EP4143013A1 (en) * | 2020-04-28 | 2023-03-08 | LM Wind Power A/S | An interlayer, a spar cap and a wind turbine blade |
EP4143014A1 (en) * | 2020-04-28 | 2023-03-08 | LM Wind Power A/S | Optimized interlayer for a spar cap for a wind turbine blade |
CN112796935B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-08-30 | 中材科技风电叶片股份有限公司 | 一种风电叶片 |
CN113374628A (zh) * | 2021-06-02 | 2021-09-10 | 株洲时代新材料科技股份有限公司 | 一种风电叶片用轻量化主梁、主梁制作方法、风电叶片及其制作方法 |
CN113738572B (zh) * | 2021-10-13 | 2023-08-08 | 吉林重通成飞新材料股份公司 | 一种风电叶片主梁、风电叶片 |
US20240410332A1 (en) * | 2021-12-21 | 2024-12-12 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade |
ES2991969T3 (es) * | 2022-01-17 | 2024-12-05 | Lm Wind Power As | Fabricación de tapa de larguero de pala de turbina eólica |
GB2629782A (en) | 2023-05-09 | 2024-11-13 | Structeam Ltd | A spar for a wind turbine blade |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104061134A (zh) * | 2013-03-20 | 2014-09-24 | 西门子公司 | 具有分段支撑结构的转子叶片及制造所述转子叶片的方法 |
DE202013007886U1 (de) * | 2013-09-06 | 2014-12-08 | Nordex Energy Gmbh | Windenergieanlagenrotorblatt mit passiver Lastreduzierung |
Family Cites Families (27)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3101290A (en) * | 1957-04-01 | 1963-08-20 | Pneumatiques & Caoutchous Manu | Method of joining the ends of a multi-ply laminated belt |
US4976587A (en) * | 1988-07-20 | 1990-12-11 | Dwr Wind Technologies Inc. | Composite wind turbine rotor blade and method for making same |
DK175562B1 (da) * | 2002-03-19 | 2004-12-06 | Lm Glasfiber As | Vindmöllevinge med kulfibertip |
DK175275B1 (da) * | 2002-03-19 | 2004-08-02 | Lm Glasfiber As | Overgangsområde i vindmöllevinge |
DK1603735T3 (da) * | 2003-03-06 | 2007-07-09 | Vestas Wind Sys As | Forbindelse imellem kompositter med ikke-kompatible egenskaber samt fremgangsmåde til fremstilling |
ES2375564T3 (es) * | 2004-06-30 | 2012-03-02 | Vestas Wind Systems A/S | Aspas de turbinas eólicas constituidas por dos secciones separadas. |
US7802968B2 (en) * | 2005-07-29 | 2010-09-28 | General Electric Company | Methods and apparatus for reducing load in a rotor blade |
US7758313B2 (en) | 2006-02-13 | 2010-07-20 | General Electric Company | Carbon-glass-hybrid spar for wind turbine rotorblades |
US7427189B2 (en) * | 2006-02-13 | 2008-09-23 | General Electric Company | Wind turbine rotor blade |
US8231351B2 (en) * | 2007-12-27 | 2012-07-31 | General Electric Company | Adaptive rotor blade for a wind turbine |
GB2451192B (en) * | 2008-07-18 | 2011-03-09 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blade |
US20100143142A1 (en) * | 2008-12-11 | 2010-06-10 | Afroz Akhtar | Sparcap system for wind turbine rotor blade and method of fabricating wind turbine rotor blade |
US7891947B2 (en) * | 2008-12-12 | 2011-02-22 | General Electric Company | Turbine blade and method of fabricating the same |
GB201011539D0 (en) * | 2010-07-08 | 2010-08-25 | Blade Dynamics Ltd | A wind turbine blade |
EP2511477B1 (en) * | 2011-04-11 | 2014-06-04 | LM WP Patent Holding A/S | Wind turbine blade with transition region |
FR2980246B1 (fr) * | 2011-09-20 | 2018-08-17 | Arianegroup Sas | Dispositif de liaison de troncons d'ailes et procede d'assemblage de tels troncons |
US9140235B2 (en) * | 2012-08-22 | 2015-09-22 | General Electric Company | Variable length blade tip molds, tip assemblies and methods for manufacturing the same |
US10105913B2 (en) | 2012-11-20 | 2018-10-23 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blades and method of manufacturing the same |
EP2878806B1 (en) * | 2013-02-18 | 2016-10-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Manufacturing method of a wind turbine blade |
US9394881B2 (en) * | 2013-05-29 | 2016-07-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Wind turbine blade and method of fabricating a wind turbine blade |
EP2905464A1 (en) * | 2014-02-07 | 2015-08-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Blade root section made of prestressed concrete |
GB201410429D0 (en) * | 2014-06-11 | 2014-07-23 | Lm Wp Patent Holding As | A tip system for a wild turbine blade |
GB201509148D0 (en) * | 2015-05-28 | 2015-07-15 | Blade Dynamics Ltd | A method and tool for forming a scarf joint |
US10451030B2 (en) * | 2016-05-27 | 2019-10-22 | Blade Dynamics Limited | Wind turbine blade and a method of assembling a wind turbine blade and a spar cap connection piece |
US20180051672A1 (en) * | 2016-08-19 | 2018-02-22 | General Electric Company | Jointed rotor blade for wind turbine |
DK3501808T3 (da) | 2017-12-22 | 2022-08-01 | Siemens Gamesa Renewable Energy As | En præformet bjælkedækselanordning til indlejring i en vindmøllerotorvinge |
US10830207B2 (en) * | 2018-08-28 | 2020-11-10 | General Electric Company | Spar configuration for jointed wind turbine rotor blades |
-
2019
- 2019-03-21 EP EP19164335.2A patent/EP3712424B1/en active Active
- 2019-03-21 DK DK19164335.2T patent/DK3712424T3/da active
- 2019-03-21 PT PT191643352T patent/PT3712424T/pt unknown
- 2019-03-21 ES ES19164335T patent/ES2962057T3/es active Active
-
2020
- 2020-03-20 CN CN202010201455.5A patent/CN111720260B/zh active Active
- 2020-03-20 US US16/825,164 patent/US11549482B2/en active Active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104061134A (zh) * | 2013-03-20 | 2014-09-24 | 西门子公司 | 具有分段支撑结构的转子叶片及制造所述转子叶片的方法 |
DE202013007886U1 (de) * | 2013-09-06 | 2014-12-08 | Nordex Energy Gmbh | Windenergieanlagenrotorblatt mit passiver Lastreduzierung |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US11549482B2 (en) | 2023-01-10 |
EP3712424B1 (en) | 2023-08-16 |
EP3712424A1 (en) | 2020-09-23 |
US20200300216A1 (en) | 2020-09-24 |
CN111720260A (zh) | 2020-09-29 |
DK3712424T3 (da) | 2023-10-09 |
PT3712424T (pt) | 2023-10-27 |
ES2962057T3 (es) | 2024-03-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN111720260B (zh) | 风力涡轮机叶片和风力涡轮机 | |
EP2511477B1 (en) | Wind turbine blade with transition region | |
US11111904B2 (en) | Wind turbine blade and a wind turbine | |
US12064933B2 (en) | Wind turbine blade | |
EP3726049B1 (en) | Rotor blade and method for manufacturing a rotor blade | |
EP2971756A1 (en) | Wind turbine blades with layered, multi-component spars, and associated systems and methods | |
EP4010584B1 (en) | Wind turbine blade | |
WO2013010979A2 (en) | Wind turbine blade with transition region | |
WO2021165404A1 (en) | Lightning protection system for main laminate of rotor blade of wind turbine | |
US12202214B2 (en) | Interlayer, a spar cap and a wind turbine blade | |
US11428205B2 (en) | Beam for a wind turbine blade, wind turbine blade, wind turbine and method for manufacturing a beam for a wind turbine blade | |
EP4251410B1 (en) | Flow- enhancing fabric, spar cap and wind turbine blade and method for manufacturing a spar cap and wind turbine blade | |
EP2783981B1 (en) | Bar of composite matrix material | |
CN111794904B (zh) | 风力涡轮机叶片的梁、风力涡轮机叶片及其制造方法 | |
CN117795190A (zh) | 用于带接头的风力涡轮叶片的带翼的翼梁帽构造 | |
CN116601384A (zh) | 具有抗屈曲翼梁帽的风力涡轮机叶片 | |
KR102719754B1 (ko) | 풍력발전기의 블레이드 | |
EP4133178B1 (en) | A wind turbine blade, a wind turbine and a method for manufacturing a wind turbine blade | |
WO2024257699A1 (ja) | 風車ブレード | |
CN116669934A (zh) | 用于风力涡轮机叶片的传导性翼梁帽的混合拉挤板 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
GR01 | Patent grant | ||
GR01 | Patent grant |