BR112018013009B1 - Lâminas de turbina eólica e métodos de fabricação relacionados - Google Patents
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Abstract
LÂMINAS DE TURBINA EÓLICA E MÉTODOS DE FABRICAÇÃO RELACIONADOS. A presente divulgação refere-se a uma Lâmina de turbina eólica. A Lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de transporte de carga feita de um material polimérico reforçado com fibra. A estrutura de transporte de carga compreende uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibra numa espessura da estrutura de suporte de carga. A pluralidade das ditas camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibras é feita de material híbrido compreendendo fibras de carbono e fibras de vidro e tendo uma relação de fibra de carbono. A proporção de fibra de carbono é definida como um volume das fibras de carbono dividido pelo volume total das fibras de vidro e fibras de carbono. Pelo menos um certo número das ditas camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra têm proporções de fibra de carbono diferentes, de tal modo que a relação de fibra de carbono do material de fibra varia através da espessura da estrutura de suporte de carga.
Description
[001] A presente divulgação refere-se ao campo das lâminas das turbinas eólicas, e mais especificamente às suas estruturas compósitas. A presente divulgação refere-se a lâminas de turbinas eólicas, e métodos de fabricação de pelo menos uma parte de uma lâmina de turbina eólica.
[002] Uma lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de transporte de carga que proporciona rigidez e rigidez à construção da lâmina. A estrutura de carga é tipicamente fabricada em um material de reforço de fibra. O material de reforço de fibra é muitas vezes empilhado formando uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas, alinhando ao mesmo tempo uma orientação das fibras com a direção longitudinal da estrutura de carga para proporcionar rigidez na direção longitudinal. Hoje, as camadas de fibra são selecionadas principalmente a partir de fibras de vidro ou fibras de carbono ou material híbrido, e o projeto é escolhido como um compromisso considerando tanto os custos diretos quanto o desempenho em termos de peso total e momento de massa. Uma camada de fibra feita de um material híbrido compreende fibras de carbono e fibras de vidro. As fibras de vidro fornecem uma rigidez diferente das fibras de carbono. Assim, uma camada de fibra feita de um material híbrido com uma relação de fibra de carbono estática ganha em rigidez. Contudo, a lâmina de turbina eólica pode beneficiar de vários graus de rigidez e de vários graus de compressão em várias posições da lâmina de turbina eólica, tal como uma região de raiz ou uma ponta. Uma relação de alta fibra de carbono é vantajosa em relação à ponta da lâmina de turbina eólica para minimizar a deflexão e reduzir o momento de massa, enquanto que um laminado de vidro de alta espessura é vantajoso na raiz que sofre grande esforço de compressão.
[003] Existe uma necessidade de um método de fabrico de uma lâmina de turbina eólica onde o processo de colocação possa ser simplificado e para uma lâmina onde a variação nos teores de fibra de carbono e fibra de vidro possa ser controlada e optimizada num grau mais elevado.
[004] É um objetivo da presente descrição proporcionar uma lâmina de turbina eólica e um método para fabricar uma parte de uma lâmina de turbina eólica que supere ou melhore pelo menos uma das desvantagens da técnica anterior ou que proporcione uma alternativa útil.
[005] A presente divulgação refere-se a uma lâmina de turbina eólica. A lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de transporte de carga feita de um material polimérico reforçado com fibras. A estrutura de suporte de carga compreende uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas, tais como esteiras de fibra, numa espessura da estrutura de suporte de carga. A pluralidade das ditas camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibras é feita de material híbrido compreendendo fibras de carbono e fibras de vidro e tendo uma relação de fibra de carbono. A proporção de fibra de carbono é definida como um volume das fibras de carbono dividido pelo volume total das fibras de vidro e fibras de carbono. Pelo menos um certo número das ditas camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra têm proporções de fibra de carbono diferentes, de tal modo que a relação de fibra de carbono do material de fibra varia através da espessura da estrutura de transporte de carga.
[006] Assim, a presente descrição proporciona uma lâmina, em que a rigidez apropriada na região de raiz da lâmina de turbina eólica, o peso apropriado na extremidade da extremidade e uma transição de rigidez gradual para um grau mais elevado podem ser alcançados entre as diferentes regiões da carga. estrutura de transporte. A presente divulgação também proporciona uma dimensão de controle adicional para otimizar a concepção e fabricação da lâmina de turbina eólica, nomeadamente permitindo personalizar a razão de fibra de carbono das camadas de fibra ou mantas de fibra que formam a estrutura de suporte de carga de modo a optimizar a rigidez da ponta / peso.
[007] Embora tenha sido descrito que as camadas de fibras empilhadas ou as esteiras de fibra variam na espessura da estrutura de transporte de carga, entende-se que isto pode ser o caso apenas para uma parte longitudinal da estrutura de transporte de carga. A parte longitudinal central pode, por exemplo, ter uma proporção de fibra de carbono variável através da espessura, enquanto que as partes de extremidade (por exemplo, próximo da ponta ou da raiz podem compreender material híbrido tendo apenas uma relação de fibra de carbono.
[008] A presente divulgação refere-se a um método de fabricação de pelo menos uma parte de uma lâmina de turbina eólica. A lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de transporte de carga. O método compreende o fornecimento de uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibra compreendendo ambas as fibras de carbono e fibras de vidro, tendo uma fibra de carbono. O método compreende organizar a pluralidade das referidas camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra num molde, de modo a obter uma proporção variável de fibras de carbono através da espessura da estrutura portadora de carga. O método compreende infundir a referida pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra com uma resina. O método compreende curar a referida resina para formar pelo menos parte de uma lâmina de turbina eólica.
[009] É claro que os aspectos acima mencionados da invenção podem ser combinados de qualquer maneira e estão ligados pelo aspecto comum de adaptar a proporção de fibra de carbono através da espessura da estrutura de suporte de carga da lâmina de turbina eólica.
[0010] Note-se que as vantagens enunciadas em relação à lâmina de turbina eólica se aplicam ao método de fabrico de uma parte da lâmina de turbina eólica.
[0011] Formas de realização da invenção serão descritas em maior detalhe a seguir em relação às figuras anexas. As figuras mostram uma maneira de implementar a presente invenção e não devem ser interpretadas como limitativas a outras modalidades possíveis dentro do escopo do conjunto de reivindicações anexado.
[0012] Fig. 1 mostra uma turbina eólica,
[0013] A Fig. 2 mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica de acordo com a divulgação,
[0014] A Fig. 3a mostra uma seção transversal através de um molde numa parte da região de aerofólio de uma lâmina acabada exemplificativa de acordo com esta divulgação,
[0015] A Fig. 3b mostra uma vista em perspectiva de uma parte da Lâmina de turbina eólica que compreende a estrutura de suporte de carga ao longo do comprimento da Lâmina de acordo com esta divulgação;
[0016] Fig. 4a mostra o armazenamento de camadas de fibra ou mantas de fibra que formam a estrutura de transporte de carga de acordo com a divulgação,
[0017] A Fig. 4b mostra uma vista esquemática de uma lâmina de turbina eólica compreendendo a estrutura de suporte de carga onde a razão de fibra de carbono do material de fibra varia através da espessura da estrutura de suporte de carga de acordo com esta divulgação,
[0018] A Fig. 5 mostra um fluxograma que ilustra um método de fabrico de pelo menos uma parte de uma lâmina de turbina eólica de acordo com esta descrição.
[0019] As modernas lâminas híbridas são geralmente projetadas considerando-se um compromisso entre a segurança de compressão na raiz por ter uma espessura aumentada para compensar a capacidade reduzida de compressão e espaço de cabeça de segurança, enquanto a ponta por outro lado é comprometida por não ser rígida ou ter uma sala de cabeça de segurança de compressão grande e desnecessária. É claro que a Lâmina de turbina eólica é formada como uma estrutura alongada com uma direção longitudinal. Tanto o invólucro aerodinâmico como a estrutura de suporte de carga são, portanto, também formados como estruturas alongadas ligadas umas às outras ao longo de uma superfície de conexão que se estende na direção longitudinal da lâmina. O invólucro aerodinâmico pode, com vantagem, ser formado como um invólucro fino ou relativamente fino. O primeiro material de reforço de fibra pode ser substancialmente composto por fibras de carbono e fibras de vidro. As fibras de vidro são compatíveis com resinas à base de poliéster, proporcionando assim uma boa ligação mecânica, enquanto as fibras de carbono têm uma melhor ligação a uma resina à base de epóxi. Além disso, a transição entre as seções de maior parte das fibras de vidro e as seções com maior relação de fibra de carbono é crucial e precisa ser o mais suave possível para evitar o risco de falha mecânica no estresse devido às concentrações de tensão.
[0020] Noutro desenho, uma Lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de suporte de carga feita de polímero reforçado com fibra incluindo um primeiro tipo de fibras, tais como fibras de vidro, de uma primeira rigidez e um segundo tipo de fibras, tais como fibras de carbono, de um segundo rigidez diferente da primeira rigidez. Em uma região de transição entre os dois tipos de fibras, a razão quantitativa dos dois tipos de fibras varia continuamente na direção longitudinal da lâmina. A estrutura de transporte de carga pode compreender, por exemplo, uma pluralidade de camadas de fibras ou mantas de fibra e camadas ou mantas com os primeiros tipos de fibras e camadas ou mantas com os segundos tipos de fibras podem ter diferentes razões de fibra de carbono, conseguindo uma maneira empilhada relação de fibra de carbono em uma determinada seção da estrutura de carga. Adicionalmente, os limites entre camadas ou esteiras de fibras tendo os primeiros tipos de fibras e camadas tendo os segundos tipos de fibras podem ser mutuamente deslocadas na direção longitudinal da lâmina de modo que uma transição afunilada da etapa seja alcançada. Verificou-se que uma transição tão cônica não é mecanicamente forte. A fim de compensar as concentrações de tensão quando se utilizam fibras com proporção variável de fibra de carbono, é possível fornecer um espessamento local na área de transição entre as duas fibras diferentes e, assim, limitar o risco de falha devido a concentrações de tensão. Uma desvantagem de tal solução é, no entanto, o aumento do peso devido ao aumento do uso de fibras, por exemplo fibras de vidro, na área de transição entre fibras de vidro e fibras de carbono. Portanto, a taxa variável de fibra de carbono ao longo do comprimento da lâmina alcançada por camadas ou mantas de fibra com diferentes relações de fibra de carbono proporciona uma transição suave com um risco minimizado de falha devido a tensão e também com um peso total reduzido.
[0021] As presentes divulgações abordam isto fornecendo uma Lâmina de turbina eólica onde a estrutura de carga compreende camadas de fibra ou mantas de fibra com uma relação de fibra de carbono variada empilhada para formar a estrutura de carga com uma proporção de fibra de carbono variando ao longo do comprimento da lâmina.
[0022] A presente divulgação refere-se a uma Lâmina de turbina eólica. Por conseguinte, a invenção refere-se preferencialmente a uma Lâmina de turbina eólica, bem como a uma estrutura alongada intermediária, com um comprimento total de pelo menos 30 metros, 40 metros, 45 metros ou 50 metros e uma espessura de 1-80 mm. A Lâmina de turbina eólica compreende uma estrutura de transporte de carga, tal como uma longarina, uma longarina, um laminado principal ou princípio. A estrutura de carga é feita de material polimérico reforçado com fibra.
[0023] A estrutura de transporte de carga compreende uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibras empilhadas numa espessura da estrutura de suporte de carga. As camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra são, por exemplo, esteiras ou camadas de tecido empilhadas. A pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibras é feita de material híbrido compreendendo fibras de carbono e fibras de vidro. A pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibra tem uma relação de fibra de carbono, que é definida como um volume das fibras de carbono dividido por um volume total das fibras de vidro e fibras de carbono. Uma camada de fibra ou manta de fibra pode ser substancialmente composta por fibras de carbono e / ou fibras de vidro de acordo com uma dada razão de fibra de carbono.
[0024] A camada de fibra ou manta de fibra feita de material híbrido permite colocar as camadas ou esteiras muito mais rapidamente durante a fabricação e controlar a orientação das fibras de carbono em comparação com as esteiras de fibra de carbono, onde pode ser difícil evitar o enrugamento.
[0025] Pelo menos um número de camadas de fibra ou mantas de fibra empilhadas têm diferentes proporções de fibra de carbono, de tal modo que a relação de fibra de carbono do material de fibra varia através da espessura da estrutura de suporte de carga.
[0026] As camadas de fibra ou mantas de fibra empilhadas compreendem vantajosamente um certo número de primeiras camadas de fibra ou primeiras esteiras de fibra tendo uma primeira relação de fibra de carbono e um número de segundas camadas de fibra ou segunda esteiras de fibra compreendendo uma segunda razão de fibra de carbono. Por outras palavras, as camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra compreendem vantajosamente em qualquer seco transversal do manta de fibras um número de primeiras camadas de fibra ou primeiras esteiras de fibra tendo uma primeira razão de fibra de carbono e um número de segundas camadas de fibra ou segundo esteiras de fibra compreendendo um segunda relação de fibra de carbono. Assim, as camadas de fibra ou mantas de fibra empilhadas compreendem pelo menos dois tipos diferentes de mantas de material híbrido. Numa modalidade, a primeira razão de fibra de carbono e a segunda razão de fibra de carbono diferem em pelo menos 10%, mas podem também ser pelo menos 15% ou 20%.
[0027] Em uma ou mais modalidades, pelo menos um número de camadas de fibra empilhadas ou de mantas de fibra empilhada são feitos de mechas de fibra de vidro dispostas num substrato de fibra de carbono. Por exemplo, pelo menos uma ou mais camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibras são feitas de mechas de fibra de vidro dispostas num substrato de fibra de carbono. O fornecimento de uma camada de fibra ou de esteiras de fibra com uma combinação de fibra de vidro e carbono que satisfaçam uma proporção específica de fibra de carbono permite facilidade de manuseio e disposição para a fabricação da Lâmina de turbina eólica. Um tal arranjo de mechas de fibra de vidro num substrato de fibra de carbono proporciona um desempenho melhorado em relação à técnica anterior, com testes mostrando que a estrutura acima proporciona 140% de resistência à compressão, quando comparada com o desempenho de materiais híbridos tradicionais em camadas. O substrato de fibra de carbono é uma camada plana de fibras de carbono. Num aspecto, o substrato de fibra de carbono é formado por pelo menos uma fibra de carbono esticada ou alongada numa camada relativamente fina.
[0028] Em uma ou mais modalidades, pelo menos um número de camadas de fibra de empilhamento ou de mantas de fibra com diferentes proporções de fibra de carbono é obtido pelas camadas de fibra ou mantas de fibra com diferentes espessuras de substrato de fibra de carbono. A proporção de fibra de carbono define a proporção de espessura do substrato de fibra de carbono para a pluralidade de mechas de fibra de vidro. Numa modalidade preferida, a proporção de espessura do substrato de fibra de carbono para a pluralidade de mechas de fibra de vidro é de aproximadamente 1: 2 - 1:10. Por exemplo, o substrato de fibra de carbono pode ter uma espessura de 0,1-0,7 mm, por exemplo, aproximadamente 0,2 mm, e a camada de fibra de fibra de vidro pode ter uma espessura ou diâmetro de 0,4 a 1,0 mm, por exemplo, aproximadamente 0,6 mm. A própria camada de material híbrido tem uma espessura entre 0,6 e 1,5 mm, com vantagem 0,8-1,2 mm.
[0029] De um modo preferido, a pluralidade de mechas de fibra de vidro está disposta como uma série de mechas paralelas que se prolongam longitudinalmente posicionadas no topo do substrato de fibra de carbono. De um modo preferido, o substrato de fibra de carbono compreende uma camada de fibras de carbono que se prolongam longitudinalmente.
[0030] Em um ou mais aspectos, a pluralidade de mechas de fibra de vidro é fornecida em um primeiro lado da camada de fibra ou manta de fibra, e o substrato de fibra de carbono é fornecido em um segundo lado da camada de fibra ou manta de fibra, em que pelo menos uma fibra de carbono O reboque é posicionado entre a pluralidade de mechas de fibra de vidro no topo do substrato de fibra de carbono.
[0031] Numa ou mais modalidades, a estrutura de transporte de carga compreende pelo menos uma primeira secção que se prolonga longitudinalmente. Uma relação global de fibra de carbono da estrutura de carga varia gradualmente na direção longitudinal da lâmina. A relação global de fibra de carbono (ou razão de fibra de carbono resultante) é definida como a razão entre o volume total de fibra de carbono e o volume total de fibra, formando a espessura da estrutura de suporte de carga. A estrutura de carga tem um comprimento ao longo de uma direção longitudinal da lâmina . A estrutura de transporte de carga prolonga-se, de um modo preferido, substancialmente numa direção longitudinal da lâmina de turbina eólica em direção entre uma extremidade de raiz e uma extremidade de ponta da lâmina. A pluralidade de camadas de fibra ou mantas de fibras empilhadas pode compreender fibras tendo uma orientação alinhada unidirecionalmente e vantajosamente substancialmente no sentido longitudinal. A direção longitudinal pode ser definida como a direção ao longo do comprimento da lâmina de turbina eólica, tal como a partir de uma extremidade da raiz da lâmina de turbina eólica para a extremidade da ponta da lâmina de turbina eólica, por exemplo na direção da ponta de uma lâmina de turbina eólica.
[0032] Numa ou mais modalidades, a proporção global de fibra de carbono aumenta gradualmente ao longo da primeira secção que se prolonga longitudinalmente na direção de uma extremidade de ponta da lâmina. Desse modo, uma transição gradual de rigidez é obtida através do comprimento da estrutura de transporte de carga. Além disso, os lados das camadas de fibras individuais ou dos mantas de fibra podem ser afunilados ou chanfrados.
[0033] De acordo com alguns aspectos desta descrição, a estrutura de transporte de carga é uma tampa de longarina, vantajosamente integrada num invólucro de lâmina da lâmina de turbina eólica. As lâminas das turbinas eólicas são muitas vezes fabricadas de acordo com um dos dois modelos de construção, designadamente um colete aerodinâmico fino é colado numa viga, ou um design onde as estruturas de carga como as longarinas são integradas na estrutura aerodinâmica.
[0034] Em um projeto, as estruturas de sustentação de carga (ou seja, as tampas das longarinas ou laminados principais) são integradas na carcaça e são moldadas juntamente com a carcaça aerodinâmica. A estrutura de suporte de carga compreende tipicamente um elevado número de camadas de fibra ou de esteiras em comparação com o restante da lâmina e pode formar um espessamento local do invólucro da turbina eólica, pelo menos no que diz respeito ao número de camadas de fibra ou esteiras. Assim, a estrutura de carga pode formar uma inserção de fibra na lâmina. Neste projeto, as estruturas de carga constituem a estrutura de carga. Os invólucros de lâmina são tipicamente concebidos com uma primeira estrutura de suporte de carga integrada na parte do invólucro do lado da pressão e uma segunda estrutura de suporte de carga integrada na parte do invólucro do lado de sucção. A primeira estrutura de suporte de carga e a segunda estrutura de suporte de carga são tipicamente conectadas através de uma ou mais telas de cisalhamento. Para lâminas muito compridas, as conchas de lâmina ainda ao longo de pelo menos uma parte da extensão longitudinal compreendem uma primeira estrutura de suporte de carga adicional no invólucro lateral de pressão, e uma segunda estrutura de transporte de carga adicional no invólucro lateral de sucção. Esta estrutura adicional de transporte de carga pode também ser conectada através de uma ou mais redes de cisalhamento. Este desenho tem a vantagem de ser mais fácil controlar a forma aerodinâmica da lâmina através da moldagem da parte da casca da lâmina.
[0035] De acordo com aspectos desta revelação, a proporção de fibra de carbono das camadas de fibras empilhadas ou das esteiras de fibra encontra-se num intervalo entre 5% e 80%. De acordo com uma modalidade vantajosa, a relação de fibra de carbono através ou mediada pelas camadas de fibra ou fibras empilhadas é de pelo menos 5%, ou pelo menos 10%, ou pelo menos 20%, ou pelo menos 25%, ou pelo menos 30% ou pelo menos 35%, ou pelo menos 40%, ou pelo menos 50%, ou pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 80% ao longo de pelo menos uma secção da estrutura portadora de carga.
[0036] Em uma ou mais modalidades, pelo menos um número de camadas de fibras ou de fibras tem uma relação de fibra de carbono entre 30% e 80%, tal como entre 35% e 65%. De acordo com uma modalidade vantajosa, uma camada de fibra ou manta de fibra compreende pelo menos 25%, ou pelo menos 30%, ou pelo menos 35%, ou pelo menos 40%, ou pelo menos 50%, ou pelo menos 60%, ou pelo menos 70%, ou pelo menos 80%, ou pelo menos 90% de fibras de carbono. A camada de fibra ou manta de fibra pode até ser totalmente constituída por fibras de carbono.
[0037] Numa modalidade vantajosa, uma proporção global de fibra de carbono através do comprimento da estrutura de suporte de carga desde a raiz até à ponta da lâmina de turbina eólica varia entre cerca de 0% a 20% na raiz até cerca de 50% a 70% na ponta.
[0038] Em uma ou mais modalidades, a camada de material híbrido é durante a fabricação fornecida como uma esteira de fibra seca, que é impregnada com uma resina líquida e endurecida ou curada para formar uma estrutura composta. Numa modalidade vantajosa, uma camada de fibra pode estar na forma de uma esteira híbrida compreendendo ambas as fibras de vidro e fibras de carbono de acordo com uma proporção de fibra de carbono que, quando empilhadas em conjunto com outras camadas de fibra com diferentes proporções de fibra de carbono, atinge uma média de fibra de carbono ou através da espessura das camadas de fibras empilhadas numa dada secção, isto é, em média sobre a camada de fibras empilhadas, formando a espessura da estrutura de suporte de carga na secção dada.
[0039] De acordo com alguns aspectos, a espessura da estrutura de suporte de carga é afunilada na direção longitudinal em direção a uma extremidade de ponta da lâmina, reduzindo o número de camadas de fibra empilhadas ou de mantas de fibra em direção à extremidade da ponta da lâmina. Na prática, isto pode ser realizado pelas faces finais de camadas empilhadas justapostas ou esteiras de fibra sendo deslocadas uma em relação à outra na direção longitudinal.
[0040] Numa ou mais modalidades, as camadas mais exteriores das camadas de fibra ou mantas de fibra empilhadas apresentam uma relação de fibra de carbono mais elevada do que as camadas mais internas das camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra. Isto proporciona uma maneira simples de aumentar a proporção global de fibra de carbono em relação à extremidade da ponta da lâmina, por exemplo, estendendo apenas as camadas mais externas em direção à ponta da lâmina. Assim, uma transição gradual é conseguida através da espessura da estrutura de transporte de carga. As camadas mais exteriores das camadas de fibras empilhadas correspondem a camadas de fibras proximais a um exterior da lâmina, enquanto as camadas de fibras mais internas correspondem a camadas de fibras distais ao exterior da lâmina. Se estiver usando moldes negativos, as camadas mais externas são empilhadas primeiro e as camadas mais internas são empilhadas no topo das camadas mais externas.
[0041] É claro que também é possível deixar que as camadas mais externas tenham uma proporção menor de fibra de carbono, por exemplo, se o conteúdo de fibra de carbono deve ser abaixado em direção à ponta da lâmina. Tal projeto pode ter vantagens em termos de proteção contra raios.
[0042] Esta divulgação refere-se ainda a um método de fabrico de pelo menos uma parte de uma lâmina de turbina eólica compreendendo uma estrutura de transporte de carga. O método compreende o fornecimento de uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibras, compreendendo ambas as fibras de carbono e fibras de vidro. Por exemplo, o método compreende empilhar uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra empilhando uma pluralidade de camadas de fibra ou organizando uma pluralidade de camada de fibra de modo que as camadas de fibra se sobreponham pelo menos parcialmente, de modo a formar a espessura da carga estrutura.
[0043] O método compreende arranjar a pluralidade das camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra num molde, de modo a obter uma proporção variável de fibras de carbono através da espessura da estrutura de suporte de carga. A relação de fibra de carbono é configurada para variar através da espessura, de modo a obter uma rigidez ideal. Numa ou mais modalidades, a disposição da pluralidade das camadas de fibras empilhadas ou das esteiras de fibra num molde compreende a disposição da pluralidade de camadas individuais de material híbrido. O passo de disposição pode ser realizado posicionando uma pluralidade de camadas de material híbrido, de tal modo que uma pluralidade de camadas de fibra ou de fibras se sobrepõe, pelo menos parcialmente, a uma pilha.
[0044] O método compreende infundir a pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra com uma resina; e curar a resina para formar pelo menos parte de uma lâmina de turbina eólica.
[0045] Infundindo a pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra com uma resina pode ser realizada utilizando infusão sob vácuo ou VARTM (vácuo assistida moldagem por transferência de resina) que é tipicamente utilizado para o fabrico de estruturas compósitas, tais como lâminas de turbina eólica que compreende uma fibra reforçada material de matriz. Durante o processo de preenchimento do molde, um vácuo, o vácuo nesta conexão sendo entendido como uma pressão negativa ou sob pressão, é gerado através de saídas de vácuo na cavidade do molde, onde o polímero líquido é arrastado para a cavidade do molde através dos canais de entrada a fim de preencher a cavidade do molde. Dos canais de entrada, o polímero dispersa em todas as direções na cavidade do molde devido à pressão negativa à medida que a frente de fluxo se move em direção aos canais de vácuo. Assim, é importante posicionar os canais de entrada e os canais de vácuo de forma otimizada para obter um preenchimento completo da cavidade do molde. A garantia de uma distribuição completa do polímero em toda a cavidade do molde é, no entanto, frequentemente difícil e, consequentemente, resulta frequentemente nos chamados pontos secos, isto é, áreas com material de fibra que não está suficientemente impregnado com resina. Assim, pontos secos são áreas onde o material fibroso não é impregnado e onde pode haver bolsas de ar, que são difíceis ou impossíveis de remover, controlando a pressão de vácuo e uma possível sobrepressão no lado de entrada. Em técnicas de infusão a vácuo empregando uma parte rígida do molde e uma parte resiliente do molde na forma de um saco a vácuo, os pontos secos podem ser reparados após o processo de preenchimento do molde perfurando o saco no respectivo local e retirando ar por exemplo por meio de uma agulha de seringa. Polímero líquido pode opcionalmente ser injetado na respectiva localização, e isto pode ser feito por exemplo através de uma agulha de seringa. Este é um processo demorado e cansativo. No caso de peças grandes de molde, a equipe deve ficar no saco de vácuo. Isto não é desejável, especialmente quando o polímero não endureceu, pois pode resultar em deformações no material de fibra inserido e, assim, num enfraquecimento local da estrutura, o que pode causar, por exemplo, efeitos de flambagem.
[0046] Na maioria dos casos, a resina ou polímero aplicado é poliéster, éster vinílico ou epóxi, mas também pode ser PUR ou pDCPD. Os epóxis têm vantagens em relação a várias propriedades, como o encolhimento durante a cura (por sua vez, potencialmente levando a menos rugas no laminado), propriedades elétricas e resistência mecânica e à fadiga. Os ésteres de poliéster e vinil têm a vantagem de proporcionarem melhores propriedades de ligação aos gelcoats. Desse modo, um gelcoat pode ser aplicado à superfície externa do invólucro durante a fabricação do invólucro aplicando um gelcoat ao molde antes que o material de reforço de fibra seja colocado no molde. Assim, várias operações de pós-moldagem, como a pintura da lâmina, podem ser evitadas. Além disso, poliésteres e ésteres de vinila são mais baratos que os epóxis. Consequentemente, o processo de fabricação pode ser simplificado e os custos podem ser reduzidos.
[0047] Muitas vezes as estruturas compitas compreendem um material de núcleo coberto com um material reforçado com fibra, tal como uma ou mais camadas de polímero reforçadas com fibras. O material do núcleo pode ser usado como um espaçador entre tais camadas para formar uma estrutura em sanduíche e é tipicamente feito de um material rígido e leve para reduzir o peso da estrutura composta. De modo a assegurar uma distribuição eficiente da resina líquida durante o processo de impregnação, o material do núcleo pode ser provido de uma rede de distribuição de resina, por exemplo, fornecendo canais ou ranhuras na superfície do material do núcleo.
[0048] Como por exemplo as lâminas para turbinas eólicas tornaram-se maiores e maiores com o passar do tempo e podem agora ter mais de 60 metros de comprimento, o tempo de impregnação em relação ao fabrico de tais lâminas aumentou, pois mais material de fibra tem que ser impregnado com polímero. Além disso, o processo de infusão tornou-se mais complicado, uma vez que a impregnação de grandes membros de casca, tais como lâminas, requer o controle das frentes de fluxo para evitar pontos secos, o controle pode incluir, por exemplo, um controle relacionado ao tempo dos canais de entrada e de vácuo. Isso aumenta o tempo necessário para atrair ou injetar polímero. Como resultado, o polímero tem que permanecer líquido por mais tempo, normalmente também resultando em um aumento no tempo de cura.
[0049] Alternativamente, a infusão da pluralidade de camadas de fibras empilhadas com uma resina pode ser realizada utilizando moldagem por transferência de resina (RTM) que é semelhante a VARTM. No RTM, a resina líquida não é arrastada para a cavidade do molde devido ao vácuo gerado na cavidade do molde. Em vez disso, a resina líquida é forçada para dentro da cavidade do molde por meio de uma sobrepressão no lado da entrada.
[0050] Além disso, a infusão da pluralidade de camadas de fibras empilhadas com uma resina pode ser realizada utilizando a técnica de moldagem de pré-impregnação, em que as fibras de reforço são pré- impregnadas com uma resina pré-catalisada. A resina é tipicamente sólida ou quase sólida à temperatura ambiente. Os pré-impregnados são dispostos à mão ou à máquina sobre uma superfície de molde, embalados a vácuo e depois aquecidos a uma temperatura, onde a resina é permitida refluir e eventualmente curar. Este método tem a principal vantagem de que o teor de resina no material de fibra é definido com precisão de antemão. Os pré- impregnados são fáceis e limpos de trabalhar e tornam a automação e a economia de mão-de-obra viáveis. A desvantagem dos prepregs é que o custo do material é maior do que para fibras não impregnadas. Além disso, o material do núcleo precisa ser feito de um material, que é capaz de suportar as temperaturas do processo necessárias para levar a resina ao refluxo. A moldagem de pré-impregnação pode ser usada em conexão com um processo RTM e VARTM.
[0051] A presente divulgação refere-se a uma turbina eólica compreendendo pelo menos uma lâmina de turbina eólica de acordo com um ou mais aspectos desta descrição.
[0052] A Fig. 1 ilustra uma turbina eólica moderna convencional a favor do vento de acordo com o chamado "conceito dinamarquês" com uma torre 4, uma barquinha 6 e um rotor com um veio de rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um cubo 8 e três lâminas 10 que se prolongam radialmente a partir do cubo 8, tendo cada uma delas uma raiz de lâmina 16 mais próxima do cubo e uma ponta de lâmina 14 mais distante do cubo 8. O rotor tem um raio denotado por R.
[0053] A Fig. 2 mostra uma vista esquemática de uma primeira modalidade de uma lâmina de turbina eólica 10 de acordo com a invenção. A lâmina de turbina eólica 10 tem a forma de uma lâmina de turbina eólica convencional e compreende uma região de raiz 30 mais próxima do cubo, uma região perfilada ou de aerofólio 34 mais afastada do cubo e uma região de transição 32 entre a região raiz 30 e a região de aerofólio 34. A lâmina 10 compreende um bordo dianteiro 18 voltado para o sentido de rotação da lâmina 10, quando a lâmina é montada no cubo, e um bordo posterior 20 voltado para o sentido oposto do bordo dianteiro 18.
[0054] A região de aerofólio 34 (também chamada de região perfilada) tem uma forma de lâmina ideal ou quase ideal em relação à geração de sustentação, enquanto a região de raiz 30 devido a considerações estruturais tem uma seção transversal substancialmente circular ou elíptica, o que facilita e mais seguro montar a lâmina 10 no cubo. O diâmetro (ou a corda) da região radicular 30 pode ser constante ao longo de toda a área da raiz 30. A região de transição 32 tem um perfil de transição que muda gradualmente da forma circular ou elíptica da região de raiz 30 para o perfil aerodinâmico da região de aerofólio 34. O comprimento da corda da região de transição 32 aumenta tipicamente com o aumento da distância r do cubo. A região de aerofólio 34 tem um perfil de aerofólio com uma corda estendendo-se entre a borda de ataque 18 e o bordo de fuga 20 da lâmina 10. A largura do acorde diminui com o aumento da distância r do hub.
[0055] Um ressalto 40 da lâmina 10 é definido como a posição, onde a lâmina 10 tem o seu maior comprimento de corda. O ombro 40 é tipicamente fornecido no limite entre a região de transição 32 e a região de aerofólio 34.
[0056] Deve-se notar que as cordas de diferentes seções da lâmina normalmente não estão em um plano comum, uma vez que a lâmina pode ser torcida e / ou curvada (ou seja, pré-dobrada), fornecendo assim o plano de corda com uma torção correspondente e / ou percurso curvo, sendo este o caso mais frequente para compensar a velocidade local da lâmina que depende do raio do cubo.
[0057] A lâmina é tipicamente feita a partir de uma parte do invólucro do lado da pressão 36 e uma parte do invólucro do lado da sucção 38 que são coladas umas às outras ao longo das linhas de ligação no bordo de ataque 18 e no bordo de fuga da lâmina 20.
[0058] A estrutura de transporte de carga prolonga-se de preferência substancialmente numa direção longitudinal da lâmina de turbina eólica 20 na direção entre uma região de raiz 30 e uma extremidade de ponta da região de aerofólio 18 da lâmina 20.
[0059] A Fig. 3a mostra uma seco transversal de uma lâmina de turbina eólica ao longo da linha I-I mostrada na Fig. 2. Como mencionado anteriormente, a lâmina 10 compreende uma parte 36 do invólucro do lado da pressão e uma parte 38 do invólucro do lado da sucção. A parte do invólucro do lado da pressão 36 compreende uma estrutura de transporte de carga 41, tal como a tampa do retentor ou um laminado principal, que constitui uma parte de suporte de carga da parte 36 do invólucro do lado da pressão. A estrutura de transporte de carga 41 compreende uma pluralidade de camadas de reforço de fibra ou de esteiras de fibra 42, tais como fibras unidirecionais alinhadas ao longo da direção longitudinal da lâmina, a fim de proporcionar rigidez à lâmina. A parte 38 do invólucro do lado de sucção também compreende uma estrutura de transporte de carga 45 compreendendo uma pluralidade de camadas de reforço de fibra 46. A parte 38 do invólucro do lado da pressão pode também compreender um material 43 do núcleo em sanduíche, tipicamente feito de polímero em forma de balsawood ou espuma e espremido entre várias camadas de revestimento reforçado com fibras. O material do núcleo do sanduíche 43 é utilizado para proporcionar rigidez ao invólucro para assegurar que o invólucro mantenha substancialmente o seu perfil aerodinâmico durante a rotação da lâmina. Similarmente, a parte 38 do invólucro do lado da sucção pode também compreender um material do núcleo em sanduíche 47.
[0060] A estrutura transportadora de carga 41 da parte do invólucro do lado da pressão 36 e a estrutura de suporte da carga 45 da parte do invólucro do lado da sucção 38 estão ligadas através de uma primeira tela de corte 50 e uma segunda banda de corte 55. As bandas de corte 50, 55 estão na modalidade mostrada em forma de teias substancialmente em forma de I. A primeira teia de cisalhamento 50 compreende um corpo de teia de cisalhamento e dois flanges de base da teia. O corpo de teia de cisalhamento compreende um material de núcleo em sanduíche 51, tal como polímero de balsawood ou espuma, coberto por um número de camadas de pele 52 feitas de vias camadas de fibras. A segunda banda de cisalhamento 55 tem um desenho semelhante com um corpo de teia de cisalhamento e duas flanges de base da teia, o corpo de teia de cisalhamento compreendendo um material de núcleo em sanduíche 56 coberto por um número de camadas de revestimento 57 feitas de várias camadas de fibra.
[0061] As conchas de lâminas 36, 38 podem compreender mais reforço de fibras no bordo de ataque e no bordo de fuga. Tipicamente, as partes de invólucro 36, 38 estão ligadas umas às outras através de flanges de cola, nas quais podem ser utilizados cabos de enchimento adicionais (não mostrados). Adicionalmente, lâminas muito longas podem compreender partes em corte com tampas adicionais, que são ligadas através de uma ou mais bandas de cisalhamento adicionais.
[0062] A Fig. 3b mostra uma vista em perspectiva de uma parte de invólucro de lâmina, a qual compreende uma parte de invólucro de lâmina 60 e uma estrutura de suporte de carga integrada 70, que forma uma tampa de longarina ou laminado principal da parte de invólucro de lâmina.
[0063] A Fig. 4a ilustra o processo de colocação envolvido na fabricação de uma estrutura de transporte de carga de uma lâmina de turbina eólica e mostra uma parte de uma secção transversal longitudinal de um molde de lâmina 80.
[0064] O processo envolve as etapas de colocação de um material primário de fibra em um molde 80. O material de fibra primária compreende um número de camadas de revestimento exterior 82, que formam uma parte externa da parte de invólucro de lâmina. As camadas de revestimento exterior 82 podem, por exemplo, ser feitas de fibras de vidro orientadas biaxialmente. Uma pluralidade de camadas de fibra 84, de preferência feitas de material híbrido (isto é, vidro e carbono híbrido) são empilhadas no topo das camadas de revestimento externo 82. As camadas de fibra 84 têm uma relação de fibra de carbono predefinida definida como um volume das fibras de carbono dividido por um volume total das fibras de vidro e fibras de carbono. A proporção de fibra de carbono é personalizada de acordo com a colocação da camada na estrutura de transporte de carga (a uma determinada distância da raiz ou da ponta). Cada camada de fibra ou esteira de fibra pode ser fabricada para sua região específica na estrutura de carga da lâmina (por exemplo, posição de partida / parada, região de raiz, região de ponta, borda de ataque, etc.) onde uma rigidez / compressão específica é necessária. As camadas de fibra ou mantas de fibra 84 são de preferência feitas de fibras híbridas dispostas unidirecionalmente, estendendo-se substancialmente na direção longitudinal da parte do invólucro de lâmina, a fim de proporcionar rigidez na direção de extensão da lâmina acabada. Cada camada de fibra ou manta de fibra tem uma relação de fibra de carbono definida (por exemplo, feita à medida, dedicada ou predeterminada). Um mínimo de um número de camadas de fibra ou mantas de fibra 84 compreende mechas de fibra de vidro dispostas num substrato de fibra de carbono, onde pelo menos um número das ditas camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra 84 tendo diferentes relações de fibra de carbono é obtido pelas ditas camadas de fibra ou esteiras de fibra com diferentes espessuras do substrato de fibra de carbono. A relação de fibra de carbono de cada uma das camadas de fibras empilhadas 84 situa-se num intervalo entre 5% e 80%.
[0065] As camadas de fibras ou mantas de fibras 84 são adicionadas ou costuradas, adicionando carbono gradualmente ao longo de todo o comprimento da lâmina. As camadas mais exteriores das camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibra 84 têm uma relação de fibra de carbono mais elevada do que as camadas mais internas de camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra 84. Isso proporciona uma maneira simples de aumentar a proporção global de fibra de carbono em direção à ponta da lâmina. Isto poderia ser realizado com uma transição gradual através da espessura da estrutura de transporte de carga.
[0066] O empilhamento das camadas de fibra ou mantas de fibra 84 com camadas ou mantas de fibra com diferentes proporções de fibra de carbono como mostrado na Fig. 4b pode fornecer uma transição suave de vidro puro para carbono total (ou de uma primeira relação de fibra de carbono para uma segunda relação de fibra de carbono) e uma relação de fibra de carbono de material de fibra que varia através da espessura da estrutura de carga .
[0067] A estrutura de suporte de carga pode ser construída total ou parcialmente a partir de tais camadas de fibra ou de fibra com várias relações de fibra de carbono ou várias rigidez. A relação global de fibra de carbono da estrutura de carga varia gradualmente na direção longitudinal da lâmina. Uma proporção global de fibra de carbono através do comprimento da estrutura de suporte de carga desde a raiz até à ponta da lâmina de turbina eólica varia entre 0% e 20% na raiz até 50% a 70% na ponta.
[0068] Em uma ou mais modalidades preferidas, é benéfico criar as camadas de fibra mais exteriores de tal modo que as camadas de fibra mais exteriores tenham uma primeira relação de fibra de carbono e as camadas de fibra mais internas para que as camadas de fibra mais internas tenham um segundo conteúdo de fibra de carbono. Camadas adicionais de fibra de vidro ou esteiras de fibra podem ser adicionadas na região da raiz. O material híbrido com uma terceira relação de fibra de carbono pode ser disposto em outras regiões.
[0069] Isso proporciona a vantagem e possibilidade de otimizar a segurança / rigidez através do comprimento da lâmina. Isso resulta na redução da massa geral e do momento de massa, enquanto otimiza a rigidez na ponta da lâmina. A relação global de fibra de carbono está aumentando gradualmente ao longo da estrutura de transporte de carga em direção a uma extremidade de ponta da lâmina.
[0070] As seções finais da pluralidade de camadas de fibra ou de esteiras de fibra podem ser de preferência afuniladas e dispostas de modo a formar uma secção cônica 86. Embora a Fig. 4a represente uma seção de conicidade muito acentuada, reconhece-se que a seção de afunilamento pode prolongar-se ao longo de vários metros da estrutura de transporte de carga.
[0071] Um certo número de camadas internas da pele 88 estão dispostas no topo das camadas de fibras ou mantas de fibra . As camadas internas da pele também podem ser feitas de fibras de vidro orientadas biaxialmente. As camadas internas da pele 88 podem ser colocadas sobre as extremidades das camadas de fibra ou mantas de fibra 84, de modo que as camadas internas da pele façam parte da seção cônica 86, como mostrado na Fig. 4a.
[0072] Subsequentemente, um certo número de entradas de resina (não mostradas) e saídas de vácuo (não mostradas) estão dispostas no topo do material de fibra primária, e finalmente um saco de vácuo (não mostrado) está disposto no topo. Então o material de fibra primária é infundido com uma resina primária, vantajosamente uma resina de poliéster, através de um processo VARTM, e a resina é curada de modo a formar um elemento de lâmina curada. Na modalidade mostrada, as camadas exteriores da pele 86 fazem parte do invólucro aerodinâmico da lâmina de turbina eólica acabada, enquanto que as camadas de fibra ou as esteiras de fibra 84 fazem parte de um laminado de raiz da lâmina de turbina eólica.
[0073] A Fig. 4b mostra uma vista esquemática de topo de uma parte de invólucro de lâmina ilustrando a estrutura de suporte de carga com a razão variável de fibra de carbono ao longo do comprimento da parte de invólucro de lâmina de acordo com esta divulgação. A Fig. 4b mostra ainda, na parte inferior, uma vista lateral esquemática de um empilhamento exemplificativo das camadas de fibra ou tapetes de fibra em que pelo menos algumas camadas de fibra ou tapetes de fibra t uma relação de fibra de carbono diferente de outras camadas de fibra ou tapetes de fibra . Por exemplo, as camadas de fibras mais externas ou as esteiras de fibra 92 (por exemplo, 3-4) são feitas com uma proporção de fibra de carbono de cerca de 60-80% e se estendem da região de raiz da lâmina para a região de ponta da lâmina. Em outras palavras, as camadas de fibra ou esteiras de fibra mais externas são tão longas quanto o comprimento da estrutura de transporte de carga. As próximas camadas de fibra ou mantas de fibra 96, que estão dispostas no seu interior, são feitas com uma proporção de fibra de carbono de cerca de 30-40% e estendem-se desde a região de raiz da lâmina até à região de ponta da lâmina mas são deslocadas em relação às camadas ou esteiras de fibra 92 para alcançar uma certa relação de fibra de carbono (como cerca de 30-35% de fibra de carbono) que evolui suavemente na direção longitudinal, por exemplo, principalmente de vidro para principalmente carbono (ou pelo menos duas relações de fibra de carbono diferentes % E CF-D%). Cada camada de fibra entre a camada de fibra ou mantas de fibra 96 é deslocada em relação uma à outra, sendo a camada de fibra superior ou a manta de fibra mais curta que a camada de fibra inferior ou a manta de fibra . Isto mostra como as camadas mais exteriores das referidas camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibras têm uma relação de fibra de carbono mais elevada do que as camadas mais internas das referidas camadas de fibras empilhadas ou mantas de fibra . Esteiras de fibra de vidro adicionais 94 são colocadas no topo das primeiras camadas de fibra ou esteiras de fibra 92 na região da raiz de modo a alcançar uma razão de fibra de carbono inferior CF-A (tal como cerca de 5-10% de razão de fibra de carbono) na região de raiz , uma razão de fibra de carbono de transição CF-B (tal como cerca de 11-15% de relação de fibra de carbono) na região de transição, uma relação de fibra de carbono intermediária CF-C na região do aerofólio enquanto as primeiras camadas de fibra ou mantas de fibra são deixadas descobertas na região da ponta para fornecer uma proporção de fibra de carbono elevada CF-D (tal como cerca de 60-80% de relação de fibra de carbono) na região da ponta. A espessura da estrutura de suporte de carga pode ser afunilada na direção longitudinal em direção a uma extremidade da ponta da lâmina, reduzindo o número de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibras na extremidade da ponta da lâmina. Isto pode ser realizado pelas faces finais de camadas empilhadas justapostas ou esteiras de fibra sendo deslocadas uma em relação à outra na direção longitudinal.
[0074] A Fig. 5 é um fluxograma ilustrando um método exemplificativo 500 de fabrico de pelo menos uma parte de uma lâmina de turbina eólica compreendendo uma estrutura de transporte de carga. O método 500 compreende proporcionar a S1 uma pluralidade de camadas de fibra empilhadas ou esteiras de fibra compreendendo ambas as fibras de carbono e fibras de vidro. Por exemplo, o método compreende proporcionar a S1 uma pluralidade de camadas de fibras empilhadas ou de mantas de fibra. As camadas de fibra ou mantas de fibra compreendem fibra de carbono e / ou fibra de vidro com várias proporções de fibra de carbono.
[0075] O método compreende organizar S2 a pluralidade das camadas de fibras empilhadas ou esteiras de fibra num molde, de modo a obter uma proporção variável de fibra de carbono através da espessura da estrutura de suporte de carga. A relação de fibra de carbono é configurada para variar através da espessura, de modo a obter uma rigidez ideal. Dispor S2 compreendendo colocar ou empilhar uma pluralidade de fibras ou mantas de fibra de modo a que as camadas de fibra ou de fibra se sobreponham, pelo menos parcialmente, de modo a formar a espessura da estrutura de suporte de carga. Numa ou mais modalidades, a disposição da pluralidade das camadas de fibras empilhadas ou das esteiras de fibra num molde compreende a disposição da pluralidade de camadas individuais de material híbrido. O passo de disposição S2 pode ser realizado posicionando uma pluralidade de camadas de material híbrido, de tal modo que uma pluralidade de camadas de fibra se sobrepõe, pelo menos parcialmente, a uma pilha. Um exemplo de disposição da pluralidade de camadas de fibras empilhadas é dado na Fig. 3b. Por exemplo, arranjar S2 compreendendo colocar primeiro como a camada mais externa a camada ou camada de fibra mais longa com a maior proporção de fibra de carbono, seguindo com uma camada de fibra mais curta, e uma camada de fibra ainda mais curta, etc. Isto proporciona uma lâmina compreendendo uma ponta feita com uma relação de fibra de carbono aumentada, simplesmente colocando um número de camadas (por exemplo, de um a seis) com uma relação de fibra de carbono mais alta. Isso é possível porque o esforço de compressão não é tão alto nas seções da ponta quanto as áreas de alta tensão ao redor do ombro. A estrutura de carga no ombro tem uma proporção de fibra de carbono predominantemente baixa (tal como 3035%), pois apenas algumas (por exemplo, uma a seis) camadas de fibra de elevada proporção de fibra de carbono formam a extremidade primária da estrutura de carga. A relação de fibra de carbono no ombro pode ser em torno de 20-50%.
[0076] O método 500 compreende infundir S3 a pluralidade de camadas de fibras empilhadas com uma resina; e curar S4 a resina para formar pelo menos parte de uma lâmina de turbina eólica. Infusão de S3 pode compreender infusão a vácuo ou VARTM (moldagem por transferência de resina assistida por vácuo), e / ou técnicas pré-preg, como descrito acima.
[0077] O método 500 proporciona um layout de camada de fibra ou camada contínua com gotas reduzidas e desalinhamentos entre as camadas de fibra.
[0078] A invenção foi descrita com referência a uma modalidade preferida. No entanto, o âmbito da invenção não está limitado à modalidade ilustrada, e as alterações e modificações podem ser realizadas sem se desviar do âmbito da invenção.
Claims (13)
1. Lâmina de turbina eólica compreendendo uma estrutura de transporte de carga feita de um material polimérico reforçado com fibra, em que a estrutura de transporte de carga compreende uma pluralidade de mantas de fibra empilhadas em uma espessura da estrutura de carga, em que uma pluralidade das referidas mantas de fibras empilhadas é feita de material híbrido compreendendo fibras de carbono e de vidro e tendo uma relação de fibra de carbono, que é definida como um volume das fibras de carbono dividido por um volume total das fibras de vidro e fibras de carbono, caracterizada pelo fato de que - pelo menos, um certo número das referidas esteiras de fibra empilhadas têm diferentes proporções de fibra de carbono, de tal modo que a relação de fibra de carbono do material de fibra varia através da espessura da estrutura de suporte de carga.
2. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as esteiras de fibra empilhadas compreendem, numa seção transversal, um número de primeiras esteiras de fibra tendo uma primeira razão de fibra de carbono e um número de esteiras de fibra segundo compreendendo uma segunda razão de fibra de carbono.
3. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a primeira razão de fibra de carbono e a segunda razão de fibra de carbono diferem em pelo menos 10%.
4. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que, pelo menos, um certo número dos mantas de fibra empilhados compreende mechas de fibra de vidro dispostas num substrato de fibra de carbono.
5. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 4, caracterizada pelo fato de que, pelo menos, um número das ditas esteiras de fibra de empilhamento tendo diferentes propores de fibra de carbono é obtido pelas ditas esteiras de fibra tendo diferentes espessuras de substrato de fibra de carbono.
6. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a estrutura de suporte de carga é uma tampa de longarina, vantajosamente integrada numa concha de Lâmina da Lâmina de turbina eólica.
7. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a razão de fibra de carbono das mantas de fibra empilhada se encontra num intervalo entre 5% e 80%.
8. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que uma razão total de fibra de carbono através do comprimento da estrutura portadora de carga desde a raiz até a ponta da Lâmina de turbina eólica varia entre 0% a 20% na raiz a 50% a 70% na ponta, vantajosamente com uma transição gradual numa direção longitudinal entre a raiz e a ponta.
9. Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo fato de que a espessura da estrutura portadora de carga é afunilada na direção longitudinal em direção a uma extremidade de ponta da lâmina, reduzindo o número de mantas de fibras empilhadas em direção à extremidade da ponta da lâmina.
10. Lâmina de turbina eólica de acordo com a reivindicação 8, caracterizada pelo fato de que as camadas mais exteriores das referidas camadas de fibras empilhadas têm uma relação de fibra de carbono mais elevada do que as camadas mais internas das referidas mantas de fibras empilhadas.
11. Método de fabricação de pelo menos uma parte de uma Lâmina de turbina eólica compreendendo uma estrutura de suporte de carga, o método caracterizado pelo fato de que compreende: empilhamento de uma pluralidade de mantas de fibras, compreendendo fibras de carbono e de vidro, tendo uma fibra de carbono, arranjar a pluralidade das referidas esteiras de fibra empilhadas num molde, de modo a obter uma razão variável da fibra de carbono através da espessura da estrutura portadora de carga; infundir a referida pluralidade de mantas de fibras empilhadas com uma resina; e curar a referida resina para formar pelo menos parte de uma lâmina de turbina eólica.
12. Método de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a manta de material híbrido é proporcionado como um manta de fibra seca.
13. Turbina eólica caracterizada pelo fato de que compreende pelo menos uma Lâmina de turbina eólica de acordo com qualquer uma das reivindicações 1-10.
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