[发明专利]带有不同纤维类型的风力涡轮转子叶片壳

说明书

一种用于风力涡轮的转子叶片包括带有至少一个限定翼型件表面的壳部件的至少一个叶片节段。(多个)壳部件包括夹层面板构造，该夹层面板构造具有一个或多个内蒙皮层、芯材料和一个或多个外蒙皮层。(多个)外蒙皮层包括一根或多根第一纤维，而(多个)内蒙皮层包括一根或多根不同的第二纤维。此外，(多个)外蒙皮层的(多根)第一纤维具有比(多个)内蒙皮层的(多根)第二纤维更高的弹性模量。

技术领域

本公开总体上涉及风力涡轮，并且更特别地涉及具有不同纤维类型的风力涡轮转子叶片壳。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、对环境最友好的能源之一，并且在这方面，风力涡轮已得到越来越多的关注。现代的风力涡轮典型地包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱以及具有带有一个或多个转子叶片的可旋转毂的转子。转子叶片使用已知的翼型件原理来捕获风的动能。转子叶片将动能以旋转能的形式传送，以便使将转子叶片联接到齿轮箱或在未使用齿轮箱的情况下将转子叶片直接地联接到发电机的轴转动。然后，发电机使机械能转换成可部署到公用电网的电能。

转子叶片大体上包括典型地使用模制过程来形成的吸力侧壳和压力侧壳，吸力侧壳和压力侧壳在沿着叶片的前缘和后缘的结合线处结合在一起。此外，压力壳和吸力壳是相对轻量的，并且具有并非构造成承受在操作期间施加于转子叶片上的弯曲力矩和其它载荷的结构性质(例如，刚度、抗屈曲性以及强度)。因此，为了提高转子叶片的刚度、抗屈曲性以及强度，典型地使用接合壳半部的内压力侧表面和内吸力侧表面的一个或多个结构构件(例如，相对的翼梁帽，在其之间构造有抗剪腹板)来增强主体壳。转子叶片壳典型地由具有夹层面板构造的层压件构成，该层压件包括低刚度玻璃纤维。

随着风力涡轮在尺寸上持续增大，转子叶片也在尺寸上增大。因此，较大的转子叶片可以以可在一个或多个接头处在现场被组装的节段构成。较长的转子叶片使得质量较高、刚度较大且较轻但较贵的材料的使用更加必要。接头的额外的重量也增加了对较轻的材料的需要，以对接头的额外的重量进行补偿。然而，当前的转子叶片仅能够在翼梁帽中使用较轻且刚度较大的材料，因为这样的材料在构成叶片壳时典型地不允许纤维无波铺层。照此，可能的最大的刚度被由构成壳的过程引入的波的纵横比限制。

因此，本公开针对一种具有不同纤维类型的改进的风力涡轮转子叶片壳及其制造方法，该壳包括刚度较大且较轻的材料，但将这样的材料限制于壳的可以以所要求的无波铺层质量生产的区域。

发明内容

本发明的方面和优点将在以下描述中得到部分阐述，或可根据描述而为显然的，或可通过实践本发明而了解。

在一个方面，本公开针对一种用于风力涡轮的转子叶片。转子叶片包括具有至少一个限定翼型件表面的壳部件的至少一个叶片节段。(多个)壳部件包括夹层面板构造，其具有一个或多个内蒙皮层、芯材料和一个或多个外蒙皮层。(多个)外蒙皮层包括一根或多根第一纤维，而(多个)内蒙皮层包括一根或多根不同的第二纤维。此外，(多个)外蒙皮层的(多根)第一纤维具有比(多个)内蒙皮层的(多根)第二纤维更高的弹性模量。

在一个实施例中，(多个)外蒙皮层的(多根)第一纤维中的每根具有比(多个)内蒙皮层的(多根)第二纤维中的每根更轻的密度。更具体地，在某些实施例中，(多根)第一纤维可为碳纤维或芳纶纤维，而(多根)第二纤维可为玻璃纤维、聚合物纤维、木纤维、竹纤维、陶瓷纤维、纳米纤维或金属纤维。在另一个实施例中，芯材料可为例如泡沫或木材。

在另外的实施例中，(多个)叶片节段可至少包括从弦向接头在相反方向上延伸的第一叶片节段和第二叶片节段。在这样的实施例中，第一叶片节段可包括纵向延伸的梁结构，其经由接纳区段与第二叶片节段在结构上连接。在额外的实施例中，转子叶片还可包括多个弦向接头。