[发明专利]风力涡轮机叶片和其它结构的制造方法

说明书

技术领域

本申请大体而言涉及有关于风力涡轮机转子叶片结构和构造的方法、系统和/或设备。更具体而言，但并无限制意义，本申请涉及有关于改进的结构配置的方法、系统和/或设备和有关于风力涡轮机转子叶片的翼面(airfoil)和其它结构的构造方法。

背景技术

风力涡轮机是将风的动能转换成机械能的机器。如果该机械能直接由机械使用，诸如用于抽水或磨麦，那么风力涡轮机可被称作风车。同样，如果该机械能还变换成电能，那么该涡轮机可被称作风力发电机或者风力发电站。

风力涡轮机使用以“叶片”形式的一个或多个翼面来生成升力且从给予转子的移动空气俘获动量。每个叶片通常在其“根部”固定，且然后在径向“向外”“跨越”到自由“顶”端。叶片的前部或“前边缘”连接首先接触空气的叶片的最前点。叶片的后部或“尾边缘”是被前边缘分开的空气流动在经过叶片的吸力表面和压力表面后再接合的位置。“弦线”在典型空气流动经过叶片的方向连接叶片的前边缘与尾边缘。弦线长度简单地为“弦”。

风力涡轮机通常根据叶片旋转所绕的竖直轴线或水平轴线分类。一种所谓的“水平轴线风力发电机”在图1中示意性地示出且可购自GE Energy of Atlanta，Georgia，USA。这种风力涡轮机的特定配置2包括塔架4，塔架4支承具有转子8的传动系6，传动系6由被称作“机舱”的保护性封壳覆盖。叶片10布置于转子8的一端，在机舱外部，用以驱动齿轮箱12，齿轮箱12连接到在传动系6端部的发电机14以及控制系统16。

如在图2所示的叶片10的截面图中示出，风力涡轮机叶片通常被配置成具有在壳体30内在翼展方向延伸的一个或多个“翼梁”构件20以承载大部分重量和叶片上的气动力。翼梁20通常被配置成I形梁，具有在两个凸缘24(被称作“帽”或“翼梁帽”)之间延伸的腹板22，被称作“抗剪腹板”。翼梁帽24通常固定到壳体30的内表面上，壳体30内表面形成叶片的吸力表面和压力表面。

现代风力涡轮机叶片10变得较大使得即使具有上文所描述的常规结构特点，它们仍有结构缺陷。这些缺陷和与制造大型涡轮机叶片所需的特殊材料相关的成本考虑常常限制风力涡轮机的大小和/或构造新风电场的可行性。举例而言，用于大型叶片的常规壳体30构造需要“夹在”壳体外层38之间的壳体核芯34，如图3所示。虽然壳体外层38大体上由玻璃纤维制成，但使用轻木(balsa wood)或pvc材料来提供核芯34，如本领域技术普通人员所了解的那样，这是更昂贵的建筑材料。但是，为了叶片具有所需刚度，根据常规技术，壳体核芯34是必需的。应了解缺少足够刚度的叶片可能会遭受若干性能不足，包括增加的故障机会、低效、造成塔架碰撞的变形以及其它性能问题。因此，需要一种改进的结构系统来增强风力涡轮机转子叶片的刚度、强度和性能，特别是考虑对更大型风力涡轮机的持续需要，同时还维持成本效益。此外，还需要制造大型风力涡轮机叶片的改进方法使得可进一步改进成本效益，同时也生产出高品质的终端产品。

发明内容

因此本申请描述了一种制造用于结构的肋条加强壳体的方法，其中该肋条加强壳体包括由多个纤维肋条支承的表皮，纤维肋条包括基本上单向纤维的加厚条带，且其中纤维肋条包括交叉的图案，所述图案包括多个交叉点，交叉点包括两个或两个以上纤维肋条的相交，该方法包括以下步骤：配置凸模，其形状对应于该结构的表皮的轮廓；在凸模的凸表面中配置多个凹槽，其对应于纤维肋条的图案；将单向纤维铺设于凸模的凹槽中；以及，在凸模的凸表面上施加表皮。在一些实施例中，凸模包括风力涡轮转子叶片的至少一部分翼面的近似形状。

在一些实施例中，该方法包括在凹槽中铺设多层单向纤维的步骤。

在一些实施例中，该方法包括以下步骤：在凹槽中铺设多层单向纤维，直到凹槽被填充单向纤维至所需高度，且当在凹槽中铺设多层单向纤维时，使单向纤维层的纵向轴线与凹槽的纵向轴线基本上对准。

在一些实施例中，该方法包括以下步骤：在凹槽中铺设多层单向纤维，使得大部分单向纤维层通过交叉点中至少一个而连续；以及，使单向纤维层中的至少一些层在相交的纤维肋条处交织。

在一些实施例中，该方法包括以下步骤：在交叉点处终止预定百分比的单向纤维层，使得在交叉点处的厚度包括所需厚度。

在一些实施例中，该方法包括以下步骤：在交叉点之间，在单向纤维层之间铺设不连续材料层；其中该不连续材料包括止于交叉点处的材料；以及，施加多个表皮层直到实现表皮的所需厚度。