[发明专利]在风力涡轮机翼梁中的优质纤维材料使用的优化

说明书

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机叶片设计。

背景技术

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。

发明内容

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。