[发明专利]具有加强纤维的改进几何结构的风力涡轮机叶片

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机叶片。具体地，本发明涉及用于纤维加强叶片中的加强纤维的改进布置。

背景技术

常规风力涡轮机叶片由纤维加强复合材料建成。纤维加强复合部件的纤维材料可具体包括矿物纤维和聚合物纤维。因此，纤维材料可包括玻璃纤维、金属纤维或碳纤维。而且，纤维材料可包括所有种类的聚合物纤维，例如芬芳聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯或芳族聚酸胺纤维。纤维材料可包括不同类型的纤维材料并且可形成复合材料。可通过用纤维加强基质复合表皮覆盖芯核部件和梁盖（spar cap）来形成叶片。图1示出了在施加纤维加强基质之前的一种类型的叶片10。叶片10包括前段芯核12、梁盖18、腹板芯核22和后段芯核24，前段芯核12包括前段芯核前缘14和前段芯核后缘16，梁盖18包括梁盖前缘20和梁盖后缘21，腹板芯核22布置在梁盖18之间并且将梁盖18分开，后段芯核24包括后段芯核前缘26和后段芯核后缘28。前段芯核后缘16邻接梁盖前缘20以形成前段/梁盖结合部30。后段芯核前缘26和梁盖后缘22形成后段/梁盖结合部32。腹板芯核22形成腹板芯核/梁盖结合部34。

芯核部件可由木头制成或者由源自聚氯乙烯（PVC）、聚对苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氨酯（PU）的泡沫材料制成，或者由本领域普通技术人员已知的合适材料制成。梁盖可由纤维加强基质复合材料制成。在梁盖端部36处可看见梁盖纤维38。梁盖纤维38平行于梁盖18的长轴线40延伸并且以该方式定向，以便当叶片沿垂直于梁盖主表面44的方向42弯曲时处于张紧状态。腹板芯核22在叶片弯曲期间保持梁盖18适当地定位，并且梁盖18和相关联的腹板表皮（未示出）也预计在叶片弯曲期间将力从一个梁盖传递到另一个。每个叶片还包括压力侧46和吸力侧48。

可以用多种方式来施加叶片表皮。图2示出了前段外翼型表皮50、前段内翼型表皮52、腹板表皮54、后段外翼型表皮56以及后段内翼型表皮58。每个表皮可包括一层或多于一层的预成形纤维垫。可以在图2中看出外、内和腹板表皮是分离的而非连续的。在表皮是分离的情况下，表皮可重叠下面的结合部以提供足够的结构稳定性。例如，前段外翼型表皮50和芯段内翼型表皮52可重叠前段/梁盖结合部30。重叠的量可以例如是三英寸或更多。类似地，后段外翼型表皮56和后段内翼型表皮58可重叠后段/梁盖结合部32。在腹板芯核22和梁盖18的情况下，其中相交的部件不是平行的，当跨越腹板芯核/梁盖结合部34时，腹板表皮54的过渡部分60可从腹板芯核22的取向过渡到各自梁盖18的取向。例如，腹板表皮54的第一部分62可相对于梁盖18处于非零角，而过渡部分60可从非零角过渡到平行于梁盖18。

如图3所示，在替代构造中，前段外翼型表皮50和后段外翼型表皮56可形成连续的外翼型表皮70。类似地，前段内翼型表皮52和前腹板表皮72可形成连续的组合前段内表皮74。类似地，后段内翼型表皮58和腹板后表皮76可形成连续的组合后内表皮78。在这种情况中，可以看到每个结合部将会被覆盖表皮充分地跨越。

图4是叶片10的压力侧46或吸力侧48的视图，叶片10具有图2所公开的分离的翼型表皮区段。前段外翼型表皮50和后段内翼型表皮58通常包括以现有技术双轴图案（例如方格图案）布置的外翼型表皮纤维80。前段外翼型表皮50和后段内翼型表皮58可重叠梁盖18以形成外表皮/梁盖重叠部82。这些重叠部可以在至少2-3英寸长的范围内。可以看到平行于梁盖长轴线40延伸的梁盖纤维38与梁盖纤维38形成角α和β。图5是叶片10的压力侧46或吸力侧48的视图，叶片10具有图3所公开的现有技术的连续翼型表皮区段。连续的外翼型表皮70和相关联的外翼型表皮纤维80完全覆盖梁盖18，仍然与梁盖纤维38形成角α和β。

图6是腹板芯核22和梁盖18的视图，其中，如图2所公开的，腹板芯核54是分离的。可以在腹板芯核22遇到梁盖18的位置看到圆角90。腹板表皮54包括第一部分92和现有技术过渡部分94，第一部分92与梁盖18形成一角度，过渡部分94使腹板表皮54从第一部分92经过圆角90过渡到平行于梁盖18。过渡部分94通过腹板/梁盖重叠部96来重叠梁盖。这些重叠部也可以在至少2-3英寸长的范围内。在腹板表皮54中还可以看到腹板纤维98。可以看出，在腹板/梁盖重叠部96中，腹板纤维98再次地与梁盖纤维38形成角α和β。

在腹板表皮54是连续前段内翼型表皮74的一部分的情况中，连续内表皮74、78可以以类似于图5所示的方式重叠前段/梁盖结合部30和后段/梁盖结合部32，其中，连续外翼型表皮70完全覆盖梁盖18。

附图说明