CN114630959A - 风力涡轮机叶片 - Google Patents
风力涡轮机叶片 Download PDFInfo
- Publication number
- CN114630959A CN114630959A CN202080079051.1A CN202080079051A CN114630959A CN 114630959 A CN114630959 A CN 114630959A CN 202080079051 A CN202080079051 A CN 202080079051A CN 114630959 A CN114630959 A CN 114630959A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wind turbine
- reinforcement
- reinforcing
- structures
- layers
- 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.)
- Pending
Links
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims abstract description 116
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims abstract description 56
- 239000011347 resin Substances 0.000 claims abstract description 43
- 229920005989 resin Polymers 0.000 claims abstract description 43
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims abstract description 30
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 21
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 21
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 25
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 11
- 239000006260 foam Substances 0.000 claims description 5
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 3
- 239000002023 wood Substances 0.000 claims description 3
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 103
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 description 25
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 description 25
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 24
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 23
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 10
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 7
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 7
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 7
- 238000001802 infusion Methods 0.000 description 6
- 239000004744 fabric Substances 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 240000007182 Ochroma pyramidale Species 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 230000009471 action Effects 0.000 description 1
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 1
- 210000000746 body region Anatomy 0.000 description 1
- 239000003575 carbonaceous material Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 239000011796 hollow space material Substances 0.000 description 1
- 239000005340 laminated glass Substances 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- 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
- F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the 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
- F05B2240/20—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
- F05B2240/301—Cross-section characteristics
-
- 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
- F05B2280/70—Treatments or modification of materials
- F05B2280/702—Reinforcements
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)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Laminated Bodies (AREA)
Abstract
风力涡轮机叶片,具有大致中空的叶片主体(11),所述叶片主体(11)包括上部和下部半壳体(12、13)以及第一和第二细长腹板(16、17),所述第一和第二细长腹板(16、17)各自沿所述叶片(5)的纵向方向延伸,并且被设置在所述上部和下部半壳体(12、13)之间并连接到所述上部和下部半壳体(12、13),其中每个腹板(16、17)包括将相应的腹板(16、17)连接到相应的半壳体(12、13)的上部和下部凸缘(19、21),并且其中第一和第二腹板(16、17)相对于相应的半壳体(12、13)经由相应的第一和第二增强结构(27、28)来支撑,所述增强结构(27、28)被布置在所述上部和下部半壳体(12、13)的外层和内层(23、26)之间并沿所述叶片(5)的纵向方向延伸,由此,所述第一和第二增强结构(27、28)各自包括至少一个叠置件(29、30),所述叠置件(29、30)由灌注有树脂(43)的多个玻璃纤维层(45、46)构成,并且至少一个加强元件(31)被布置在所述第一和第二增强结构(27、28)之间,所述加强元件(31)平行于所述第一和第二增强结构(27、28)在它们的长度的至少一部分上延伸,所述加强元件(31)包括至少一个叠置件(32),所述叠置件(32)由包括碳纤维的多个拉挤复合条带(47)构成,其中所述条带(47)被固定在所述树脂(43)中。
Description
技术领域
本发明涉及一种风力涡轮机叶片,其具有大致中空的叶片主体,该叶片主体包括上部和下部半壳体以及第一和第二细长腹板,该第一和第二细长腹板各自沿叶片的纵向方向延伸,并且设置在该上部和下部半壳体之间并连接到该上部和下部半壳体,其中每个腹板包括将相应的腹板连接到相应的半壳体的上部和下部凸缘,并且其中第一和第二腹板相对于相应的半壳体经由相应的第一和第二增强结构来支撑,所述增强结构被布置在该上部和下部半壳体的外层和内层之间并且沿叶片的纵向方向延伸。
背景技术
如公知的,风力涡轮机叶片是用于产生电功率的风力涡轮机的一部分。风力涡轮机通常包括附接到轮毂的三个叶片,该轮毂被连接到布置在机舱中的发电机。这些叶片与经过的风相互作用,从而导致轮毂的旋转,最终驱动发电机。
涡轮机叶片通常包括具有上部半壳体和下部半壳体的中空叶片主体,该上部半壳体和下部半壳体通常分开生产并固定到彼此。在该中空叶片主体内布置有第一和第二细长腹板,该第一和第二细长腹板连接两个半壳体并支撑它们,同时还传递由于空气动力学原因和叶片在旋转时的圆周运动而作用在相应的壳体上的载荷。该载荷包括上部和下部半壳体上的压力和吸力载荷以及压缩和拉伸载荷。例如在EP 2 791 500 B1中公开了具有这种常见设置的风力涡轮机叶片。
为了支撑半壳体以及为了传递相应的载荷,每个细长腹板沿纵向方向延伸并且经由设置在相应的腹板侧处的凸缘来连接到相应的半壳体,该凸缘通过粘合剂来附接到上部半壳体和下部半壳体的内层。为了传递载荷或相应地支撑相应壳体,每个腹板都相对于相应的半壳体经由相应的第一和第二增强结构来支撑。这样的增强结构通常也称为翼梁帽。与相应的腹板和它们的凸缘一样,这些增强结构或翼梁帽也沿叶片的纵向方向延伸。如例如也在EP 2 791 500 B1中公开的,这些增强结构由包括分开的碳纤维拉挤条带(pultrusion strip)的叠置件制成,这些拉挤条带布置在彼此之上并固定在树脂基体中。在这样的拉挤条带的制造期间,碳纤维被拉动通过液体树脂的供应装置,然后该树脂被加热并固化,从而最终形成相应的拉挤条带。这些拉挤碳纤维条带在承受相应的载荷和分配载荷方面表现出优异的机械性能,并且还吸收在叶片旋转期间产生的高弯矩。
在如例如在EP 2 791 500 B1中公开的已知的风力涡轮机叶片设计中,叶片包括第一和第二腹板,它们几乎完全在叶片的长度上延伸,并且被布置在中央主体区域中,即布置于在水滴状剖面中观察的上部半壳体和下部半壳体具有很大距离的区域中。还可提供第三腹板,该腹板靠近叶片的后缘布置。该第三腹板仅沿后缘的一部分延伸,该后缘在此部分中通常具有特定的边缘设计并且经受特定的载荷,这些载荷由该腹板承受或相应地分配。
所有腹板都包括细长的腹板主体,其具有布置在腹板主体的端部处的凸缘。每个腹板由两个增强结构、即翼梁帽支撑,使得总共六个翼梁帽被布置在两个壳体中以用于支撑这三个腹板。如果仅设置第一和第二腹板,则需要整合四个翼梁帽,如果设置三个腹板,则需要整合六个翼梁帽。由碳条带制成的翼梁帽是预制的,并且被布置在壳体模具中以用于其整合。由于需要整合两个或三个腹板以及四个或六个翼梁帽,这种已知的涡轮机叶片的总质量很高,但是由于使用碳纤维拉挤叠置件,翼梁帽本身的质量有所减小,另一方面,该碳纤维拉挤叠置件需要在壳体外部制造并且是昂贵的。
因此,需要一种改进的风力涡轮机叶片设计,其允许适当的载荷支撑并且具有不那么复杂和昂贵的设计。
发明内容
为了解决这个问题,如上面提到的风力涡轮机叶片的特征在于,第一和第二增强结构各自包括由灌注有树脂的若干玻璃纤维层构成的至少一个叠置件,并且至少一个加强元件被布置在第一和第二增强结构之间,该加强元件平行于第一和第二增强结构在它们的长度的至少一部分上延伸,该加强元件包括至少一个叠置件,该叠置件由包括碳纤维的若干个拉挤复合条带构成,其中所述条带被固定在树脂中。
本发明的风力涡轮机的特征在于用于支撑第一和第二腹板的整合在上部和下部半壳体中的支撑结构的特定布局或设计,该第一和第二腹板被布置在中空主体的两个壳体彼此显著隔开的部分中。与现有技术中一样,两个腹板都由整合在壳体的外层和内层之间的分开的第一和第二增强结构来支撑。与已知的叶片设计不同,这些增强结构仅由玻璃纤维层叠置件制成,这些玻璃纤维层灌注有树脂,并且因此嵌入树脂基体中。因此,没有使用碳纤维拉挤条带(protruded strip)或相应的预制碳条带叠置件来构建相应的增强结构,这些增强结构是昂贵的且难以修复,或相应地阻止在需要的情况下修复相邻区域,如粘合剂区域。替代的是,使用简单的玻璃纤维层复合叠置件,其可容易地直接构建在用于生产半壳体的相应壳体中,这是通过简单地将用于构建相应叠置件的相应玻璃纤维层与生产半壳体所需的其他部件布置在一起。由于包括灌注有树脂以用于构建相应的上部和下部壳体层的若干纤维层的半壳体最终以树脂灌注,因此在该单一灌注步骤中玻璃纤维层叠置件也被灌注以树脂。因此,第一和第二增强结构同时被灌注,并且因此在半壳体的其余部分也被灌注和构建时被构建。
由于第一和第二腹板与之相邻地附接到相应壳体的内层的这些增强结构由嵌入树脂基体中的玻璃纤维层制成,因此这种设置的另一个优点是简化接头修复的可能性,在那里腹板或相应的凸缘被附接到内层,因为可以从叶片的外部钻穿这些玻璃纤维增强结构并通过玻璃层压件注入粘合剂,这是当使用碳纤维拉挤增强结构时不可能的动作,因为它们不能被钻孔。
因此,使用本发明的基于玻璃纤维的增强结构显示出若干优点。首先,它们在设计上简单,并且它们的生产简单,并可与相应壳体的生产一起实现。其次,由于第一和第二增强结构不包括任何碳纤维条带,因此大大减小了昂贵的基于碳纤维的增强措施的质量。并且第三,给出了尤其是在接头区域中修复这些区域的可能性,因为基于玻璃纤维的增强结构可被钻孔。
本发明的涡轮机叶片的特征不仅在于使用基于玻璃纤维的第一和第二增强结构,而且还在于在第一和第二增强结构之间整合特定的加强元件。此外,该加强元件也被整合在相应半壳体中的上层和下层之间。设置至少一个加强元件,其在第一和第二增强结构的长度的至少一部分上延伸。该加强元件包括至少一个叠置件,其由包括碳纤维的若干个拉挤复合条带构成。这些条带也被嵌入树脂中,其中还嵌入基于玻璃纤维的第一和第二增强结构。
总的来说,本发明提出了一种单一的增强装置,其包括与腹板直接相邻的第一和第二增强结构,以及布置在两个增强结构之间的加强装置,其中整个增强装置被注入或嵌入树脂或相应的树脂基体中。因此,该增强装置可被视为支撑两个腹板的单个翼梁帽。
由于仅在加强元件中存在碳纤维,因此减小了碳拉挤材料的总质量。此外,考虑到载荷或相应的载荷分布,可以将加强装置定位在相应壳体的轮廓内的最佳位置,因为该加强装置显示出增强的机械性能,由此,直接经由树脂基体连接的第一和第二增强结构也参与。
加强元件优选地包括布置在每对条带之间的玻璃和/或碳纤维层,这些层灌注有树脂。这些中间的玻璃或碳纤维层或织物允许在相邻的拉挤条带之间以树脂灌注,在固化树脂之后,这些拉挤条带被牢固地固定到彼此。这样的加强元件可被生产为预制元件并且被插入到相应的壳体模具中,在该壳体模具中,壳体被生产,并且当壳体被灌注以树脂时可被嵌入树脂基体中。另一方面,也可以直接在相应的壳体模具中构建该加强元件,就像增强结构一样,这是简单地通过将单独的条带和中间纤维层或纤维织物布置在壳体模具中,并与整体壳体灌注一起提供树脂灌注。这使得可将加强元件直接构建在壳体模具中,并且因此,在一个单一的树脂灌注步骤中连同相关的壳体部件的整体灌注一起构建包括增强结构和加强元件在一起的整个增强装置。
优选地,夹在两个相邻的碳拉挤条带之间的玻璃和/或纤维层是双轴层。双轴纤维层或织物包括以0°的角度布置的纤维,而其他纤维以例如±45°的角度布置。这样的双轴层是有利的,因为其允许承受不同方向的或相应地不同类型的载荷,例如来自叶片的挥舞(flapwise)或摆振(edgewise)弯曲的载荷。
在本发明的另一优选实施例中,第一和第二增强结构以及加强元件经由从第一增强结构通过加强元件延伸到第二增强结构的至少一个玻璃或碳纤维层来机械地连接。增强结构和加强元件不仅嵌入共同的树脂基体中,而且还通过至少一个玻璃或碳纤维层机械地连接,该玻璃或碳纤维层延伸通过增强装置的所有这些元件或相应的部分。该共同的纤维层用于增强装置布置结构的甚至增强的机械稳定性和刚度,并允许甚至更好的载荷支撑和载荷分布。
优选地,加强元件的玻璃或碳纤维层中的至少一个延伸到第一和第二增强结构的两个叠置件中。因此,机械连接由至少一个玻璃或碳纤维层提供,该玻璃或碳纤维层被夹在两个相邻的碳拉挤条带之间,并且因此是加强元件叠置件的整体部分。该玻璃或碳纤维层向两侧延伸到相应的玻璃纤维叠置件中,然后该玻璃纤维叠置件包括该延伸的加强元件层作为叠置件的整体层。如果该延伸的层是玻璃纤维层,则每个增强结构都是仅包括玻璃纤维的元件。如果延伸的纤维层是碳纤维层,则增强元件几乎完全由玻璃纤维层构成,仅有一个或少数夹在中间的碳纤维层。
即使当仅一层延伸通过两个增强结构和加强元件时,贯穿增强装置实现了改进的机械布局,也优选的是,加强元件的所有玻璃或碳纤维层都延伸到第一和第二增强结构的两个叠置件中。因此,存在将增强结构与加强元件连接的若干个机械连接平面,这更进一步增强了该增强装置的机械性能。
在第一个创造性的替代方案中,仅设置一个加强元件,其在第一和第二增强结构的至少70%、优选为至少80%上并且尤其是在整个长度上延伸。因此,两个增强结构仅通过一个加强元件机械耦接,该加强元件优选地在增强结构长度的大部分上延伸,优选地在它们的整个长度上延伸,使得也可称为混合增强装置或混合翼梁帽的整个增强装置在此特定设置中在几乎整个叶片长度上延伸。
在另一个替代方案中,可以设置两个或更多个加强元件,其中每一个仅在第一和第二增强结构的长度的一部分上延伸。在该实施例中,设置两个或更多个分开的且较短的加强元件,它们在纵向方向上跟随彼此但彼此间隔开,使得在纵向叶片方向上看,在加强元件之间存在间隙。该间隙例如可填充有树脂或重量轻但刚硬的芯元件,该芯元件例如由木材或聚合物等制成,该芯元件也被嵌入整个增强装置的树脂基体中。该实施例允许甚至更大程度地减少所使用的碳材料,并且因此更进一步降低总成本。
在一个优选实施例中,第一和第二增强结构的叠置件包括双轴和单轴玻璃纤维层。如已经提到的,双轴纤维层包括以0°的角度布置的纤维和以例如±45°的角度布置的其他纤维。替代的是,单轴纤维层仅包括平行纤维,它们沿纵向叶片方向延伸,就像双轴层的0°纤维一样。双轴层允许承受不同方向或相应的不同类型的载荷,即由于叶片的挥舞和摆振弯曲而产生的载荷,而单轴纤维或层尤其增强了抵抗挥舞弯曲的刚度。这些不同的层类型可按照交替的方式布置,其中单轴层之后是双轴层,之后是单轴层等。但是,也可以堆叠例如两个或三个单轴层,之后是一个或两个双轴层,再之后是三个单轴层等。因此,关于不同层类型的布置的特定设计是可能的。
此外,优选地,芯元件与第一和第二增强结构相邻地设置在相应的上部和下部半壳体的外层和内层之间。用于也在靠近壳体整合的增强装置的区域中进一步调整叶片的机械性能的这些芯元件也被夹在相应的上部和下部半壳体的外层和内层之间。这些芯元件例如可由泡沫、木材或聚合物制成,而此列举也不是最终的。
本发明还涉及一种风力涡轮机,其包括若干如所述的涡轮机叶片,优选为三个涡轮机叶片。
附图说明
通过结合附图考虑的以下详细描述,本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而,附图仅是仅出于说明的目的而设计的原理图,并且不限制本发明。附图示出了:
图1:风力涡轮机的原理图,
图2:沿线II-II的图1的叶片的剖面图,以及
图3:图2的部段III的放大视图。
具体实施方式
图1示出了风力涡轮机1的原理图,该风力涡轮机1包括塔架2、安装在塔架2的顶部上的机舱3和转子4,该转子4包括附接到轮毂的三个风力涡轮机叶片5,该轮毂被操作性地耦接到布置在机舱3中的发电机,该发电机由转子4的旋转能驱动,以用于产生如公知的电功率。
每个涡轮机叶片5包括用于将叶片5附接到轮毂6的根部7和处于另一端处的末梢8。此外,它还包括前缘9和后缘10。
本发明涉及风力涡轮机叶片5的设置。
图2示出了沿图1的线II-II截取的涡轮机叶片5的原理性剖视图。叶片5包括中空主体11,其由上部半壳体12和下部半壳体13制成,该上部半壳体12和下部半壳体13利用粘合剂14固定到彼此并且包围中空空间15。在该空间15中布置第一腹板16和第二腹板17。两个腹板16、17被布置在上半部12和下半部13分别具有很大距离的区域中,在那里叶片具有大的厚度。两个腹板16、17几乎平行地延伸,并且几乎在叶片5的整个长度上延伸,从而与根部7相邻开始,并且与末梢8相邻结束。
第一和第二腹板16、17两者都用于支撑叶片壳体12、13,并且用于承受和分配置于叶片5上的相应载荷,该载荷由转子4的旋转引起的空气动力学状况和叶片5自身的重量引起的机械状况造成。
第一腹板16包括腹板主体18以及在其端部处一体地附接到腹板主体18的两个凸缘19。相同的H形设计也在第二腹板17处实现,该第二腹板17包括腹板主体20以及一体地附接到腹板主体20的两个末端凸缘21。
通过这些凸缘19、21,两个腹板16、17借助于粘合剂24、25附接到内层23的内侧22,也参见图3。如图3中所示,该内层23是相应的半壳体12、13的一部分。图3仅示出了上部半壳体12的一部分,即图2的部段III。要注意的是,在下部半壳体13处也给出了相同的设置。当内层23形成相应壳体12、13的内部部分时,外层26形成相应半壳体12、13的外部部分。该设计将关于图3进一步详细地论述。
由于两个腹板16、17通过粘合剂24、25附接到壳体12、13的内层23,因此它们需要由相应的壳体12、13来牢固地支撑。为了在每个壳体12、13中实现这种支撑,用于支撑第一腹板16的第一增强结构27和用于支撑第二腹板17的第二增强结构28被布置或相应地整合并夹在内层23和外层26之间。这些增强结构27、28由相应的叠置件29、30制成,该叠置件29、30由以树脂灌注的若干层玻璃纤维织物制成,该设置关于图3更详细地论述。
在布置在两个壳体12、13中的两个增强结构29、30之间,布置加强元件31,该加强元件31包括若干个碳纤维拉挤条带的叠置件,这些碳纤维拉挤条带也被嵌入树脂中,并且优选地嵌入如下树脂中,即:其中也嵌入玻璃纤维层叠置件29、30。总体上,两个增强结构27、28和加强元件31的组合形成单个混合增强装置或混合翼梁帽,由于相应的叠置件29、30和包括碳纤维拉挤条带的叠置件32的嵌入,该单个混合增强装置或混合翼梁帽是非常刚硬的元件,该元件沿叶片的纵向方向延伸并支撑两个腹板16、17。
如从图2可以看到的,加强元件31被布置在出现更高载荷的叶片区域中。通过插入这种基于碳纤维的加强元件与增强结构相结合,叶片壳体得到牢固地加强,该增强结构支撑另外的加强腹板,使得实现了非常刚硬的叶片区域和设计,其也能够承受和分配在风力涡轮机的操作期间产生的高载荷。
玻璃纤维基础增强结构27、28主要用于支撑腹板16、17,并且不需要由碳纤维拉挤条带叠置件制成。置于增强结构27、28之间的加强装置提供了对相关叶片区域的相应加强,并且还提供了对增强结构27、28的增强加强,这是因为它们通过共同的树脂基体牢固地附接到加强元件31。因此,本发明的叶片5包括碳纤维基础加强元件,其布置在关于载荷的出现的轮廓中的最佳位置,而主要用于支撑腹板16、17的增强结构27、28由省略碳纤维拉挤条带的玻璃纤维层制成。因此,在整体叶片设计中,碳拉挤材料的量被减少到提供所要求的机械性能所必需的量,而增强结构27、28由普通材料并且以如下所述的已知程序构建。
图3以剖面图示出了图2的部段III的放大原理图。其部分地示出了两个腹板16、17。优选地具有相同或类似的设置的两个腹板包括芯33、34,其例如由轻木或泡沫等制成,该芯33、34几乎在相应的腹板主体18、20的整个长度上延伸。它被包围在灌注有树脂37、38的玻璃纤维层35、36中。相应的凸缘19、21与相应的腹板主体18、20是一体的。所述凸缘还包括若干玻璃纤维层39、40,它们也被注入或嵌入树脂37、38中。尽管仅示出了一个相应的玻璃纤维层35、36和39、40,但是这些层中的若干层被设置用于构建相应的大且机械刚硬的外壳。尤其是构建相应凸缘19、21的中心部分的若干层39和40,还包括双轴玻璃纤维层和单轴玻璃纤维层,它们被注入或嵌入相应的树脂39、40中。此外,相应的腹板主体18、20处的若干层35、36也可包括单轴和双轴玻璃纤维层,就像在凸缘19、21中一样,它们可按照任意顺序叠置。
如图3还示出的,相应的凸缘19、21借助于粘合剂层24、25牢固地固定到内层23的内表面22。这提供了非常坚固的接头,这是必要的,因为通过该接头传递了相应的载荷。
图3的放大视图还示出了两个增强结构27、28以及加强元件31。明显的是,增强结构27、28和加强元件31两者都被夹在内层23和外层26之间,该层23、26包括若干玻璃纤维层41、42,该玻璃纤维层41、42被注入或嵌入树脂43中,该树脂43被注入遍及整个相应的壳体12、13,并且还嵌入例如由泡沫或轻木制成的芯元件44,该芯元件44与增强结构27、28相邻布置在相应的壳体区域中。不用说,每一层23、26当然可包括远多于仅两个玻璃纤维层41、42,如图3的原理图中所示。
如所提到的,增强结构27、28被夹在内层23和外层26之间。每个增强结构27、28由包括一定数量的玻璃纤维层45、46的叠置件29、30构成,该玻璃纤维层45、46中的一些在图3中示出。这些玻璃纤维层45、46包括单轴层和双轴层,它们也可按照任意顺序布置。这些玻璃纤维层45、46也被注入或嵌入树脂43中。
如图3进一步示出的,加强元件31被直接布置在增强结构27、28旁边。它包括叠置件32,该叠置件32包括若干碳纤维拉挤条带47。这些条带47的宽度对应于增强结构27、28的相应玻璃纤维叠置件29、30之间的间隙,使得增强结构27、28直接连接到加强元件31。
在两个条带47之间设置一个或多个玻璃纤维层48,该玻璃纤维层48优选地是双轴玻璃纤维层或织物,其用于在两个相邻的条带47之间灌注树脂,以便牢固地固定它们。如从图3很明显的,加强元件31的玻璃纤维层48在加强元件31的两侧上延伸并且延伸到增强结构27、28的相应的玻璃纤维层叠置件29、30中。这意味着延伸的玻璃纤维层48也形成相应的玻璃纤维层叠置件29、30的一部分。由于加强元件31也被注入或嵌入整体树脂43中,因此不仅树脂43提供增强结构27、28和加强元件31的机械连接,而且嵌入的玻璃纤维层48也延伸或伸展通过加强元件31和两个增强结构27、28。虽然图3仅示出了夹在两个条带47之间的一个玻璃纤维层48,但显然可存在更多这样的层,同时当然也可设置多于三个条带47。优选地,加强元件31的所有这些夹在中间的玻璃纤维层48都延伸到增强结构27、28的相应的玻璃纤维叠置件29、30中,使得可通过这些共同的玻璃纤维层来实现许多连接平面。
如图3示出的,基于玻璃纤维的增强结构27、28处于腹板16、17的直接延伸部中。这允许在需要的情况下在增强结构27、28处、在腹板16、17处并且尤其是在粘合剂24、25的相应接头处执行修复工作,因为这些基于玻璃纤维的增强结构27、28可被钻孔。可能在这些增强结构中钻出孔或类似物,出于修复原因,可通过所述孔或类似物压入或灌注树脂,以便修复增强元件树脂基体或粘合剂接头等。这是可能的,因为增强结构27、28在该实施例中仅由玻璃纤维层构成。
即使在碳纤维拉挤叠置件32中使用碳纤维层48并且它们在相应的玻璃纤维叠置件29、30中延伸,它们也不会妨碍上面提到的修复可能性,因为这些薄的碳纤维层48也可被钻孔,并且这些层中只有少数延伸到相应的玻璃纤维叠置件29、30中。
包括加强元件31和增强结构27、28的混合增强装置或混合翼梁帽可仅包括一个加强元件31,该加强元件31平行于增强结构27、28在叶片5的几乎整个长度上延伸。除了仅设置一个加强元件31之外,还可以布置两个或更多个分开但较短的加强元件31,它们沿叶片5的纵向方向一个接一个地布置,而在它们之间具有一定的间隙。该间隙可填充有芯元件,例如泡沫元件等,从而允许进一步减少使用的碳纤维质量,同时还提供足够的刚度,这是因为若干个加强元件31仍牢固地嵌入树脂43的整个共同基体中,并且优选地还通过延伸的玻璃纤维层48来机械地连接到增强结构27、28。
尽管参考优选实施例详细地描述了本发明,但本发明并不受所公开的示例限制,在不脱离本发明的范围的情况下,技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。
Claims (12)
1.一种风力涡轮机叶片,具有大致中空的叶片主体(11),所述叶片主体(11)包括上部和下部半壳体(12、13)以及第一和第二细长腹板(16、17),所述第一和第二细长腹板(16、17)各自沿所述叶片(5)的纵向方向延伸,并且被设置在所述上部和下部半壳体(12、13)之间并连接到所述上部和下部半壳体(12、13),其中每个腹板(16、17)包括将相应的腹板(16、17)连接到相应的半壳体(12、13)的上部和下部凸缘(19、21),并且其中第一和第二腹板(16、17)相对于相应的半壳体(12、13)经由相应的第一和第二增强结构(27、28)来支撑,所述增强结构(27、28)被布置在所述上部和下部半壳体(12、13)的外层和内层(23、26)之间并沿所述叶片(5)的纵向方向延伸,其特征在于,所述第一和第二增强结构(27、28)各自包括至少一个叠置件(29、30),所述叠置件(29、30)由灌注有树脂(43)的多个玻璃纤维层(45、46)构成,并且至少一个加强元件(31)被布置在所述第一和第二增强结构(27、28)之间,所述加强元件(31)平行于所述第一和第二增强结构(27、28)在它们的长度的至少一部分上延伸,所述加强元件(31)包括至少一个叠置件(32),所述叠置件(32)由包括碳纤维的多个拉挤复合条带(47)构成,其中所述条带(47)被固定在所述树脂(43)中。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述加强元件(31)包括布置在每对条带(47)之间的玻璃和/或碳纤维层(48),所述层(48)灌注有所述树脂(43)。
3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述玻璃和/或纤维层(48)是双轴层。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述第一和第二增强结构(27、28)和所述加强元件(31)通过从所述第一增强结构(27)通过所述加强元件(31)延伸到所述第二增强结构(28)的至少一个玻璃或碳纤维层(48)机械地连接。
5.根据权利要求2或3以及权利要求4所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述加强元件(31)的所述玻璃或碳纤维层(48)中的至少一个延伸到所述第一和第二增强结构(27、28)的两个叠置件(29、30)中。
6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述加强元件(31)的所有玻璃或碳纤维层(48)都延伸到所述第一和第二增强结构(27、28)的两个叠置件(29、30)中。
7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,仅设置一个加强元件(31),所述加强元件(31)在所述第一和第二增强结构(27、28)的至少70%、优选为至少80%上并且尤其是在整个长度上延伸。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,设置两个或更多个加强元件(31),所述加强元件(31)中的每一个仅在所述第一和第二增强结构(27、28)的一部分长度上延伸。
9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,所述第一和第二增强结构(27、28)的所述叠置件(29、30)包括双轴和单轴玻璃纤维层(45、46)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,芯元件(44)与所述第一和第二增强结构(27、28)相邻地设置在相应的上部和下部半壳体(12、13)的所述外层和内层(23、26)之间。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片,其特征在于,另外的芯元件(44)由泡沫、木材或聚合物制成。
12.一种风力涡轮机,包括多个根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(5)。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP19380021.6 | 2019-09-13 | ||
EP19380021 | 2019-09-13 | ||
EP19380028.1A EP3792480A1 (en) | 2019-09-13 | 2019-11-15 | Wind turbine blade |
EP19380028.1 | 2019-11-15 | ||
PCT/EP2020/075537 WO2021048398A1 (en) | 2019-09-13 | 2020-09-11 | Wind turbine blade |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN114630959A true CN114630959A (zh) | 2022-06-14 |
Family
ID=69581851
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202080079051.1A Pending CN114630959A (zh) | 2019-09-13 | 2020-09-11 | 风力涡轮机叶片 |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US11911987B2 (zh) |
EP (2) | EP3792480A1 (zh) |
CN (1) | CN114630959A (zh) |
BR (1) | BR112022004355A2 (zh) |
DK (1) | DK4010584T3 (zh) |
ES (1) | ES2989143T3 (zh) |
PT (1) | PT4010584T (zh) |
WO (1) | WO2021048398A1 (zh) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
WO2024125747A1 (en) * | 2022-12-15 | 2024-06-20 | Vestas Wind Systems A/S | Family of wind turbine blades |
WO2024125748A1 (en) * | 2022-12-15 | 2024-06-20 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade |
WO2025017009A1 (en) * | 2023-07-17 | 2025-01-23 | Lm Wind Power A/S | Spar cap structures comprising lightning connector assemblies and conductive assemblies |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120093656A1 (en) * | 2009-07-09 | 2012-04-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine blade and method of manufacturing wind turbine blade |
US20160177920A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Acciona Windpower, S.A. | Blade for a Wind Turbine and Wind Turbine Comprising Said Blade |
US20180223798A1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-09 | General Electric Company | Methods for Manufacturing Spar Caps for Wind Turbine Rotor Blades |
CN108700028A (zh) * | 2015-12-23 | 2018-10-23 | Lm Wp 专利控股有限公司 | 风力涡轮机叶片及相关制造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2497578B (en) | 2011-12-16 | 2015-01-14 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blades |
US20140271217A1 (en) * | 2013-03-15 | 2014-09-18 | Modular Wind Energy, Inc. | Efficient wind turbine blade design and associated manufacturing methods using rectangular spars and segmented shear web |
US10465653B2 (en) * | 2017-06-21 | 2019-11-05 | General Electric Company | Wind turbine blade with hybrid spar cap and associated method for making |
EP3692257B1 (en) * | 2017-10-02 | 2021-12-01 | Vestas Wind Systems A/S | Improvements relating to structural components for wind turbine blades |
-
2019
- 2019-11-15 EP EP19380028.1A patent/EP3792480A1/en not_active Withdrawn
-
2020
- 2020-09-11 DK DK20780947.6T patent/DK4010584T3/da active
- 2020-09-11 PT PT207809476T patent/PT4010584T/pt unknown
- 2020-09-11 US US17/640,935 patent/US11911987B2/en active Active
- 2020-09-11 CN CN202080079051.1A patent/CN114630959A/zh active Pending
- 2020-09-11 BR BR112022004355A patent/BR112022004355A2/pt unknown
- 2020-09-11 EP EP20780947.6A patent/EP4010584B1/en active Active
- 2020-09-11 WO PCT/EP2020/075537 patent/WO2021048398A1/en unknown
- 2020-09-11 ES ES20780947T patent/ES2989143T3/es active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20120093656A1 (en) * | 2009-07-09 | 2012-04-19 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Wind turbine blade and method of manufacturing wind turbine blade |
US20160177920A1 (en) * | 2014-12-19 | 2016-06-23 | Acciona Windpower, S.A. | Blade for a Wind Turbine and Wind Turbine Comprising Said Blade |
CN108700028A (zh) * | 2015-12-23 | 2018-10-23 | Lm Wp 专利控股有限公司 | 风力涡轮机叶片及相关制造方法 |
US20180223798A1 (en) * | 2017-02-09 | 2018-08-09 | General Electric Company | Methods for Manufacturing Spar Caps for Wind Turbine Rotor Blades |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20220332074A1 (en) | 2022-10-20 |
DK4010584T3 (da) | 2024-09-16 |
EP4010584A1 (en) | 2022-06-15 |
PT4010584T (pt) | 2024-09-30 |
BR112022004355A2 (pt) | 2022-05-31 |
WO2021048398A1 (en) | 2021-03-18 |
US11911987B2 (en) | 2024-02-27 |
EP4010584B1 (en) | 2024-07-03 |
EP3792480A1 (en) | 2021-03-17 |
ES2989143T3 (es) | 2024-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US12064933B2 (en) | Wind turbine blade | |
CN114630959A (zh) | 风力涡轮机叶片 | |
CN114630957A (zh) | 风力涡轮机叶片 | |
CN101878367B (zh) | 风车翼及使用该风车翼的风力发电装置 | |
CN205330872U (zh) | 转子叶片构件和转子叶片 | |
US10077758B2 (en) | Corrugated pre-cured laminate plates for use within wind turbine rotor blades | |
GB2497578A (en) | Wind turbine blade structure | |
JP2011137386A5 (zh) | ||
ES2913285T3 (es) | Refuerzo longitudinal para una pala de rotor de un aerogenerador formada a partir de placas laminadas precuradas de grosores variables | |
JP2011137386A (ja) | 風車回転翼および風車回転翼の製造方法 | |
KR20110100192A (ko) | 풍력 터빈 날개 및 이를 사용하는 풍력 터빈 발전장치 | |
US20230182405A1 (en) | Pultruded bibre-reinforced strip for a reinforced structure, such as a spar cap | |
US12221951B2 (en) | Wind turbine blade | |
JP7608349B2 (ja) | セグメント化された風力タービンブレードの製造 | |
JP5427597B2 (ja) | 風車回転翼 | |
JP2011137388A5 (zh) | ||
CN116669933A (zh) | 流动增强织物、翼梁帽和风力涡轮机叶片及制造翼梁帽和风力涡轮机叶片的方法 | |
US20240018938A1 (en) | Wind turbine blade having buckling-resistant spar caps | |
CN117795190A (zh) | 用于带接头的风力涡轮叶片的带翼的翼梁帽构造 | |
CN115485127A (zh) | 风力涡轮机叶片 | |
EP3825544A1 (en) | Wind turbine blade | |
CN117581013A (zh) | 用于风轮机的叶片 |
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 |