[发明专利]用于风力涡轮机的转子叶片部件及其制造方法

说明书

本发明公开了用于风力涡轮机的转子叶片部件及其制造方法。更具体地，所述转子叶片部件包括容纳于封闭式主外壳内的多根挤拉成型杆。所述封闭式主外壳包括中空内部、根端和相对的尖部。因此，所述多根挤拉成型杆中的每一根被接纳在所述封闭式主外壳内并经由第一树脂材料固定在其中。此外，多根挤拉成型杆在主外壳内的布置以及多根挤拉成型杆中的每一根的最大尺寸与封闭式主外壳的最大尺寸的关系被构造成使转子叶片部件的柔韧性最大化。

技术领域

本公开的主题整体涉及风力涡轮机转子叶片，且更具体地涉及使用挤拉成型杆形成的风力涡轮机转子叶片部件。

背景技术

风力被认为是目前可用的最清洁、最环保的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已经获得越来越多的关注。现代风力涡轮机通常包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能，并通过旋转能量传输动能，以转动轴，该轴将转子叶片联接到齿轮箱，或者如果没有使用齿轮箱，则直接将转子叶片联接到发电机。发电机然后将机械能转换为可被部署到公用电网的电能。

风力涡轮机转子叶片一般包括由复合层压材料的两个壳体（shell）半部形成的主体壳体。壳体半部一般使用模制工艺（molding processes）制造，然后沿转子叶片的对应端部联接在一起。一般来讲，主体壳体相对重量轻并且具有多种结构特性（例如，刚度、抗弯性和强度），这些结构特性未被配置成在操作期间承受施加在转子叶片上的弯矩（bendingmoments）和其他负载。此外，风力涡轮机叶片变得越来越长以产生更多电力。因此，叶片必须更硬并因此更重，以便减轻转子上的负载。

为了增大转子叶片的刚度、抗弯性和强度，通常使用接合壳体半部的内表面的一个或多个结构部件（例如，相对的翼梁帽（spar caps），在两者间构造有抗剪腹板（shearweb））来增强主体壳体。翼梁帽可以由包括但不限于玻璃纤维层压复合物和/或碳纤维层压复合物的各种材料构成。然而，由于对干燥和预浸织物的处理以及灌注（infusing）大的层压结构的挑战，此类材料可能是难以控制的、易于出现缺陷的和/或高度劳动密集型的。

因此，翼梁帽也可以由可在较厚部段中产生且较不易受缺陷影响的预制的、预固化的（即，挤拉成型的）复合物构成。另外，在翼梁帽中使用挤拉成型件可以减轻翼梁帽的重量并且还可以增大翼梁帽的强度。因此，挤拉成型复合物可以消除与单独使用干燥织物相关联的各种顾虑和挑战。如本发明所用，术语“挤拉成型复合物”、“挤拉成型件”、“挤拉成型构件”或类似物一般涵盖用树脂材料浸渍（impregnated）并牵拉穿过固定模使得树脂通过增加热量或其他固化方法而固化或发生聚合的增强材料（例如，纤维或者机织股线或编织股线）。因此，制造挤拉成型复合物的工艺的特征通常在于：一种复合材料连续工艺，其产生具有恒定截面积的复合零件。然后可以将多个挤拉成型件接合在一起以形成翼梁帽和/或各种其他转子叶片部件。

因此，使用挤拉成型件形成的翼梁帽通常包括经由树脂材料结合在一起的挤拉成型层。更具体地，翼梁帽一般由在模具中结合在一起的多个堆叠的挤拉成型板形成。

尽管已经实现了在翼梁帽中使用挤拉成型板的益处，但此类板或层的固有特性存在设计挑战。例如，使用板状挤拉成型件来形成弯曲形状的部件。更具体地，许多挤拉成型件具有平坦横截面（例如，是正方形或矩形的），因为此类形状易于制造。尽管使用平坦挤拉成型件可以显著改进转子叶片部件的成本和可生产性，但此类挤拉成型件通常不会铺放到弯曲模具中而在挤拉成型件与模具形状之间没有间隙。由于风力涡轮机叶片从根部到尖部通常是弯曲的，因此形成随着叶片壳体弯曲的挤拉成型层存在挑战。当在同一部件中使用含有不同纤维的板时，模量不匹配可能成为问题。例如，板之间弹性模量的显著差异可能导致板之间出现分层。

通过将挤拉成型件切割成更薄的条带，可以在一定程度上实现与模具的一致性；然而，这增加了挤拉成型工艺的成本、机加工时间和/或将挤拉成型件放入模具中的难度。另外，挤拉成型层的使用造成了对裂纹传播的顾虑。更具体地，挤拉成型层中的裂纹倾向于在相对短的时间内从一端迁移到另一端。