[发明专利]具有过渡区域的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及具有从叶片的根部区域延伸到尖部的纵向方向的风力涡轮机叶片，所述叶片包括由纤维增强复合材料形成的至少一个部件，该纤维增强复合材料包括聚合物基体和嵌入聚合物基体中的为玻璃纤维的第一纤维材料以及为碳纤维的第二增强纤维材料，所述叶片还包括第一区域、第二区域以及在第一区域与第二区域之间的过渡区域，第一区域主要以第一增强纤维材料增强，第二区域主要以第二增强纤维材料增强，第一增强纤维材料和第二增强纤维材料不同于彼此且具有不同的弹性模量（E-modulus）。

背景技术

风力涡轮机叶片典型地由纤维增强聚合物的两个叶片壳体半部制成。两个叶片壳体半部沿壳体半部的边缘胶合在一起，且此外，在纵向方向上延伸的一个或更多翼梁(spar)或腹板胶合到各个壳体半部上，以向叶片提供刚度。然而，还可能通过所谓的中空模制来模制叶片，以此使叶片仅由单个壳体结构制成。叶片或叶片半部典型地通过真空注入，尤其是真空辅助树脂传递模制(VARTM)或通过使用所谓的预浸材料(即，通过使用以树脂预浸渍的纤维材料)来制成。该纤维材料典型地呈粗纱的形式，即，纤维束、粗纱带或垫，其可为单纤维的毡垫或纤维粗纱的织造垫，从而该垫可为单向垫或多向垫。所使用的树脂或聚合物典型地为聚酯、环氧树脂或乙烯酯。增强纤维材料典型地为玻璃纤维。然而，还可使用碳纤维，由于它们比玻璃纤维更硬且具有更高的弹性模量，且从而提供了风力涡轮机叶片较高的刚度和/或较低的重量。此外，已知的是，金属纤维(即，金属细丝)与玻璃纤维或碳纤维结合使用。

其它类型的增强纤维为芳族聚酰胺纤维及其它类型的聚合物纤维，天然纤维(如，大麻纤维、亚麻纤维和竹纤维)也可用于制造风力涡轮机叶片。

WO2006/082479公开了一种风力涡轮机叶片和用于制备风力涡轮机叶片壳体构件的方法，该风力涡轮机叶片壳体构件包括多个固化的纤维增强片材的元件，如，碳纤维元件、玻璃纤维元件和/或木质纤维元件。

WO2010/006807公开了一种由纤维复合材料形成的风力涡轮机叶片，该纤维复合材料包括具有不同于彼此的弹性模量的两种或更多不同类型的碳纤维，且其中不同类型的碳纤维的比例在叶片的纵向方向上变化。

WO2003/078832公开了一种纤维增强聚合物的风力涡轮机叶片，该纤维增强聚合物包括第一刚度的第一类型的纤维(如，玻璃纤维)和不同刚度的第二类型的纤维(如，碳纤维)。在两种类型的纤维之间的过渡区域中，两种类型的纤维的数量比率在叶片的纵向方向上连续地变化。

未公布的欧洲专利申请第11161889.8号公开了一种如权利要求1的前序部分中所述的风力涡轮机叶片，其中过渡区域具有在第一增强纤维材料与第二增强纤维材料之间逐渐变化的比例。第一区域在叶片的根部区域中延伸，且第一增强纤维材料为金属。

具有不同刚度(即，弹性模量)的类型的纤维之间的突然过渡引起较强的应力集中。尤其是玻璃纤维与碳纤维之间的过渡可引起问题，因为玻璃纤维具有大约70GPa的弹性模量，而碳纤维的弹性模量为大约230GPa到600GPa或以上。通过在两种类型的纤维之间提供逐渐过渡，可缓和、减小或消除该应力集中。

为了补偿当在复合物中使用具有不同弹性模量的增强纤维时的应力集中，可能在两种不同纤维之间的过渡区中提供局部加厚，且从而限制由于应力集中引起的故障的风险。然而，此类解决方案的一个弊端在于由于在玻璃纤维与碳纤维之间的过渡区中纤维(例如，玻璃纤维)的增加的使用而引起重量增大。

发明内容

本发明的发明目的在于提供一种风力涡轮机叶片的新结构，其克服了现有技术的至少一个缺点或至少提供了有用的备选方案。