[發明專利]具有加強纖維的改進幾何結構的風力渦輪機葉片

在審

• 申請號: 201310194537.1
• 申請日: 2013-05-23
• 公開（公告）號: CN103423102A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: K.席布斯拜
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D11/00
• 分類號: F03D11/00
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李晨;曹若

技術領域

本發明涉及風力渦輪機葉片。具體地，本發明涉及用于纖維加強葉片中的加強纖維的改進布置。

背景技術

常規風力渦輪機葉片由纖維加強復合材料建成。纖維加強復合部件的纖維材料可具體包括礦物纖維和聚合物纖維。因此，纖維材料可包括玻璃纖維、金屬纖維或碳纖維。而且，纖維材料可包括所有種類的聚合物纖維，例如芬芳聚酰胺、聚乙烯、聚氨酯或芳族聚酸胺纖維。纖維材料可包括不同類型的纖維材料并且可形成復合材料?？赏ㄟ^用纖維加強基質復合表皮覆蓋芯核部件和梁蓋（spar?cap）來形成葉片。圖1示出了在施加纖維加強基質之前的一種類型的葉片10。葉片10包括前段芯核12、梁蓋18、腹板芯核22和后段芯核24，前段芯核12包括前段芯核前緣14和前段芯核后緣16，梁蓋18包括梁蓋前緣20和梁蓋后緣21，腹板芯核22布置在梁蓋18之間并且將梁蓋18分開，后段芯核24包括后段芯核前緣26和后段芯核后緣28。前段芯核后緣16鄰接梁蓋前緣20以形成前段/梁蓋結合部30。后段芯核前緣26和梁蓋后緣22形成后段/梁蓋結合部32。腹板芯核22形成腹板芯核/梁蓋結合部34。

芯核部件可由木頭制成或者由源自聚氯乙烯（PVC）、聚對苯二甲酸乙二酯（PET）、聚氨酯（PU）的泡沫材料制成，或者由本領域普通技術人員已知的合適材料制成。梁蓋可由纖維加強基質復合材料制成。在梁蓋端部36處可看見梁蓋纖維38。梁蓋纖維38平行于梁蓋18的長軸線40延伸并且以該方式定向，以便當葉片沿垂直于梁蓋主表面44的方向42彎曲時處于張緊狀態。腹板芯核22在葉片彎曲期間保持梁蓋18適當地定位，并且梁蓋18和相關聯的腹板表皮（未示出）也預計在葉片彎曲期間將力從一個梁蓋傳遞到另一個。每個葉片還包括壓力側46和吸力側48。

可以用多種方式來施加葉片表皮。圖2示出了前段外翼型表皮50、前段內翼型表皮52、腹板表皮54、后段外翼型表皮56以及后段內翼型表皮58。每個表皮可包括一層或多于一層的預成形纖維墊?？梢栽趫D2中看出外、內和腹板表皮是分離的而非連續的。在表皮是分離的情況下，表皮可重疊下面的結合部以提供足夠的結構穩定性。例如，前段外翼型表皮50和芯段內翼型表皮52可重疊前段/梁蓋結合部30。重疊的量可以例如是三英寸或更多。類似地，后段外翼型表皮56和后段內翼型表皮58可重疊后段/梁蓋結合部32。在腹板芯核22和梁蓋18的情況下，其中相交的部件不是平行的，當跨越腹板芯核/梁蓋結合部34時，腹板表皮54的過渡部分60可從腹板芯核22的取向過渡到各自梁蓋18的取向。例如，腹板表皮54的第一部分62可相對于梁蓋18處于非零角，而過渡部分60可從非零角過渡到平行于梁蓋18。

如圖3所示，在替代構造中，前段外翼型表皮50和后段外翼型表皮56可形成連續的外翼型表皮70。類似地，前段內翼型表皮52和前腹板表皮72可形成連續的組合前段內表皮74。類似地，后段內翼型表皮58和腹板后表皮76可形成連續的組合后內表皮78。在這種情況中，可以看到每個結合部將會被覆蓋表皮充分地跨越。

圖4是葉片10的壓力側46或吸力側48的視圖，葉片10具有圖2所公開的分離的翼型表皮區段。前段外翼型表皮50和后段內翼型表皮58通常包括以現有技術雙軸圖案（例如方格圖案）布置的外翼型表皮纖維80。前段外翼型表皮50和后段內翼型表皮58可重疊梁蓋18以形成外表皮/梁蓋重疊部82。這些重疊部可以在至少2-3英寸長的范圍內。可以看到平行于梁蓋長軸線40延伸的梁蓋纖維38與梁蓋纖維38形成角α和β。圖5是葉片10的壓力側46或吸力側48的視圖，葉片10具有圖3所公開的現有技術的連續翼型表皮區段。連續的外翼型表皮70和相關聯的外翼型表皮纖維80完全覆蓋梁蓋18，仍然與梁蓋纖維38形成角α和β。

圖6是腹板芯核22和梁蓋18的視圖，其中，如圖2所公開的，腹板芯核54是分離的?？梢栽诟拱逍竞?2遇到梁蓋18的位置看到圓角90。腹板表皮54包括第一部分92和現有技術過渡部分94，第一部分92與梁蓋18形成一角度，過渡部分94使腹板表皮54從第一部分92經過圓角90過渡到平行于梁蓋18。過渡部分94通過腹板/梁蓋重疊部96來重疊梁蓋。這些重疊部也可以在至少2-3英寸長的范圍內。在腹板表皮54中還可以看到腹板纖維98。可以看出，在腹板/梁蓋重疊部96中，腹板纖維98再次地與梁蓋纖維38形成角α和β。

在腹板表皮54是連續前段內翼型表皮74的一部分的情況中，連續內表皮74、78可以以類似于圖5所示的方式重疊前段/梁蓋結合部30和后段/梁蓋結合部32，其中，連續外翼型表皮70完全覆蓋梁蓋18。

附圖說明