CN101564897A - 复合风力涡轮机塔架及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及复合风力涡轮机塔架及其制造方法。公开了一种用于制造供风力涡轮机使用的塔架(12)或其构件的方法。该方法包括：编织在形状上与塔架或构件的形状相对应的纤维束(52)，以形成柔性织物预制件(36)；并对该柔性织物预制件进行层压以形成复合壳体(26，34)。还公开了一种包括复合风力涡轮机塔架和联接至该塔架的风力涡轮的风力涡轮机组件(10)。

Description

复合风力涡轮机塔架及其制造方法

技术领域

本发明公开的领域大致涉及风力涡轮机塔架，并且更具体地说，涉及一种复合风力涡轮机塔架和用于制造它的方法。

背景技术

已知的风力涡轮机包括转子，其包括多个叶片。转子安装在定位于桁架或管状塔架的顶部上的外壳或吊舱中。转子叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的旋转力或扭矩，发电机通常但不总是通过变速箱而以旋转的方式联接在转子上。在使用变速箱的情形下，变速箱为发电机提高涡轮机转子的固有的低转速，以使得机械能能够高效地转换成电能。在其它情形中，低速发电机用于在不使用变速箱的条件下产生功率。

为了增加风力涡轮机功率产出，并降低能量成本，至少某些已知的风力涡轮机使用大型(例如长度为50米或更长)叶片。较大的叶片尺寸导致涡轮机额定功率的增加和更有效的能量产出。较大的叶片需要具有相应增加的高度和尺寸的支承塔架。然而，较大的风力涡轮机塔架的生产受到塔架基部处的水平尺寸、对更厚(更重的)板的需求以及增加的制造成本的限制。目前大多数已知的涡轮机塔架是焊接的管状钢板结构。这种钢板结构通常使用大量的钢，其增加了材料成本。另外，大的管状塔架需要特别的制造设备，并且可能较为笨重且难以从制造场所运送到涡轮机组装场所。

发明内容

在一个方面，本发明公开涉及用于制造供风力涡轮机使用的塔架或其构件的方法。该方法包括编织具有与塔架或构件的形状相对应的形状的纤维束，以形成柔性织物预制件；并对柔性织物预制件进行层压，以形成复合壳体或其区段。

在另一方面，本发明公开涉及风力涡轮机组件，其包括复合风力涡轮机塔架和联接在该塔架上的风力涡轮。该塔架包括第一织物复合物层、第二织物复合物层和芯部材料层。该塔架具有大约5GPa至大约300GPa的拉伸模量。

附图说明

图1是示例性风力涡轮机的透视图。

图2是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性多层复合壳体的截面图。

图3是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性单层复合壳体的截面图。

图4是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性单层多边形复合壳体的截面图。

图5是心轴上的示例性单层柔性织物预制件的截面图。

图6是示于图5中且铺平的柔性织物预制件的截面图。

图7是示于图6中且处于折叠或“折起”构造的柔性织物预制件的截面图。

图8是被装载到运输推车上的折起的柔性织物预制件的侧视图，其中推车的推车臂被降低。

图9是被装载到运输推车上的折起的柔性织物预制件的图示，其中推车的推车臂被升高。

图10是卡车拖车的截面侧视图，其中柔性织物预制件被装载到处于安装在卡车拖车内部和相对侧上的轨道中的滚子推车上。

图11是在制造预制件时的卡车拖车的截面图，其中柔性织物预制件形成于卡车拖车中，并装载到处于安装在卡车拖车内部和相对侧上的轨道中的滚子推车上。

图12是示例性三轴编织物的放大图示。

图13是示例性织物复合物三维层的一部分的放大图示。

部件列表：

10风力涡轮机组件；

12塔架；

14支承面；

16吊舱；

18转子；

20毂部；

22转子叶片；

24中心线；

26复合壳体；

28单个织物复合物层；

30内层织物复合物；

32芯部材料；

34单层复合壳体；

36柔性织物预制件；

38心轴；

40集装箱或卡车拖车；

42运输推车；

44推车臂；

46滚子推车；

48轨道；

50编织机；

52纤维束；

54相对的上侧；

56箭头；

58装载轨道；

具体实施方式

图1是示例性风力涡轮机组件10的透视图。在该示例性实施例中，风力涡轮机组件10是横轴风力涡轮机。或者，风力涡轮机组件10是竖轴风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机组件10包括自支承面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的吊舱16以及联接在吊舱16上的转子18。转子18包括可旋转的毂部20和多个联接在毂部20上的风力涡轮或转子叶片22。在该示例性实施例中，转子18包括三个转子叶片22。在一个备选实施例中，转子18包括超过或少于三个转子叶片22。中心线24延伸穿过吊舱16和毂部20。各个转子叶片22包括梢部26。在该示例性实施例中，塔架12是由碳纤维、玻璃纤维或使得塔架12能够如本文所述起作用的任何其它合适的材料制成的复合塔架，并且可包括在支承面14和吊舱16之间延伸的腔体(图1中未显示)。塔架12的高度是基于本领域中所已知的因素和条件进行选择的。叶片22分散在转子毂部20周围，以利于旋转的转子18将来自风的动能转换成可使用的机械能，且随后转换成电能。

在图2-4中大致显示了塔架12的示例性截面图。在该示例性实施例中，塔架12包括复合壳体26和34，其可利用一层或多层织物复合物28和30制成，织物复合物28和30利用树脂(未显示)进行层压，这些树脂为例如但不限于环氧树脂、乙烯基酯、聚酯树脂、酚醛树脂、聚丙烯或它们的组合。如本文所用，用语“织物复合物”指通过将一种或多种合适的材料编织在一起而形成的复合材料，这些材料为例如但不限于金属、塑料、木材和/或纤维(例如但不限于如本文所述的玻璃纤维(即玻璃丝)、碳纤维和/或芳族聚酸胺纤维)。复合壳体26还可包括由一个或多个织物复合物层28和30层压的其它构件层。例如，如图2中所示，复合壳体26可以是多层复合壳体，其包括夹在内部织物复合物层30和外部织物复合物层28之间的芯部材料32，其有助于加强复合壳体26和/或塔架12抵抗由于风力或操作负荷所引起的弯曲。

虽然图2显示了包括三层-即外部织物复合物28、内部织物复合物30和夹在复合物28和30之间的芯部材料32-的多层复合壳体26，但是复合壳体26可备选地包括层的任何组合，包括任意数量的织物复合物层(例如层28或30)和/或芯部材料层(例如芯部材料层32)。例如，虽然图2中只显示了一个芯部材料层32，并且虽然芯部材料32显示为夹在两个相邻的织物复合物28和30之间，但是多层复合壳体，例如复合壳体26可包括使得复合壳体26能够如本文所述起作用的任意数量的芯部材料层32。

例如，在一个备选实施例中，复合壳体可以是单层复合壳体34，如图3和图4中所示。在这种示例性实施例中，复合壳体34可包括单个织物复合物层28或30，而没有芯部材料32。

在一个实施例中，一种用于制造风力涡轮机塔架12的方法包括围绕心轴38编织纤维束，其具有与复合壳体的所需形状相对应的形状，以形成柔性织物预制件。柔性织物预制件是复合壳体的前身，且因此通常具有与复合壳体相同的某些构造。例如，取决于复合壳体所需的构造，柔性织物预制件可包括单层材料(例如织物复合物)，例如图5中所示的柔性织物预制件36，或者备选地可包括两层或更多层材料(未显示)。然后将柔性织物预制件运送至塔架组装场所，在该场所对其进行层压以形成复合壳体。复合壳体可单独用作复合风力涡轮机塔架，或者可用作复合风力涡轮机塔架的一部分。

或者，柔性织物预制件可以只是一段复合壳体的前身。例如，柔性织物预制件可与复合壳体的下部区段、中间区段和/或上部区段相对应，或者可采用板的形式，可对其进行层压以形成复合壳体的一侧或多侧(或侧面的一部分)。例如，在一个实施例中，柔性织物预制件对应于多边形复合壳体的一侧，如图4中所示。当柔性织物预制件对应于一段复合壳体时，可通过围绕心轴编织纤维束来形成预制件，该心轴具有与正形成的复合壳体区段的形状相对应的形状。或者，可在不使用心轴的情况下通过将纤维束编织成相对较平的形状(例如可形成复合壳体的侧面或侧面的一部分的板的形状)而形成预制件。一经层压，就可组装这些区段以形成复合壳体。

如上所述，在一个示例性实施例中，可通过围绕心轴38编织纤维束来形成柔性织物预制件，以形成例如织物复合物。如本文所用，用语“纤维束”指围绕心轴编织以形成织物复合物的材料细丝束。用于形成纤维束的材料可包括用于形成织物复合物28和/或30的任何适合的材料，包括但不限于金属、塑料、木材和/或纤维(例如但不限于玻璃纤维(即，玻璃丝)、碳纤维、芳族聚酸胺纤维或其组合)。合适的碳纤维的特定的示例包括T300碳纤维、AS2C碳纤维、AS4碳纤维、AS4C碳纤维、AS4D碳纤维、AS7碳纤维、IM9碳纤维等等。在一个实施例中，碳纤维是T300碳纤维。可用于纤维束的合适的材料的其它示例包括

49、SCS-6、S2玻璃、E玻璃、碳化硅纤维例如Nicalon^TM纤维(可从Nippon Carbon公司得到)、氧化铝和其组合。通常，纤维束将具有大约1,000至大约80,000的尺寸，并且更典型地具有大约12,000至大约80,000的尺寸(即，其将是包含大约12,000至大约80,000条细丝的细丝束)。

编织纤维束所用的具体机构不做特别的限定，但通常取决于具有特定的几何形状的复合壳体所设计为要承受的负荷。优选将纤维束编织成使得织物复合物(和柔性织物预制件)在从心轴38上除去时基本上保持其形状(即不会散开)。通常，这种织法通过以或双轴或三轴的方式编织纤维束而实现。图12中显示了三轴编织物的结构的示例性图示。取决于所需的塔架12的特性，该纤维束还可编织成二维层和/或三维层的形式。合适的编织机在本领域中是已知的，并且是商业上可得到的。

图13显示了示例性织物复合物三维层的一部分。织物复合物的三维层将通常包括具有恒定或均匀变化的交织样式和/或纵向方向L(即与由织物复合物形成的塔架或复合壳体的高度相对应的方向)上的尺寸的区域。织物复合物的三维层的交织样式和/或尺寸可沿着纵向方向L依据高度而变化。例如，织物复合物的三维层在将要成为复合壳体的下部(基部)区段(或其一部分)的织物复合物部分中可具有与将要变成复合壳体的上部(顶部)区段(或其一部分)的层的部分所不同的尺寸和/或交织样式。通常，在沿着纵向方向L的任何给定的高度，织物复合物的三维层将包括围绕织物复合物圆周或周边的、具有恒定深度D的均匀的重复交织样式。

如上所述，在该示例性实施例中，柔性织物预制件是复合壳体的前身，且因此将大体具有与复合壳体相同的层结构。例如，在复合壳体34只包括单层(例如单个织物复合物)的实施例中，如图3和图4中所示，柔性织物预制件也将只包括由编织的纤维束形成的单层织物复合物。在复合壳体26包括多层的实施例中，如图2中所示，柔性织物预制件也将包括由编织的纤维束和/或芯部材料层形成的多层织物复合物。

当柔性织物预制件只包括单层织物复合物时，该层通常优选是三维层，例如图13中所示。通常，在这种实施例中，层将为至少2mm厚，并且更典型地为大约3mm至大约10mm。该层优选将为大约6mm至大约8mm厚。在这种实施例中，由柔性织物预制件形成的复合壳体34将通常不包括芯部材料，而是将只包括单层织物复合物。

在另一实施例中，柔性织物预制件包括多层。例如，柔性织物预制件可包括至少两层织物复合物。这种多层预制件可通过围绕心轴编织第一内层而形成。然后可围绕第一内层编织第二层以形成多层预制件。应该懂得，可以可选地围绕第二层编织额外的层，以形成包括多层织物复合物的预制件。在某些实施例中，可通过将层的端部缝合在一起而将组成预制件的层保持在一起。这种缝合利于防止层在运送到塔架组装场所期间滑动或散开。多层预制件的层可以是二维的或三维的。在一个实施例中，多层预制件包括两个或更多个二维层。多层预制件中的各层织物复合物的厚度可与预制件中的其它层相同或不同，但通常各层织物复合物具有至少大约2mm的厚度，并且更典型地为大约3mm至大约10mm。多层预制件中的织物复合物层优选将具有大约6mm至大约8mm的厚度。

在某些实施例中，多层预制件包括一层或多层芯部材料。芯部材料可定位在一层或多层织物复合物之间。芯部材料通常是一种实心轻量的刚性或半刚性的材料，其支承复合壳体中的织物复合物层。用于形成复合壳体的合适的芯部材料，包括但不局限于轻木、聚氯乙烯(PVC)泡沫、苯乙烯丙烯腈(SAN)(styrene acryl nitrate)泡沫、聚乙烯(PE)泡沫、金属蜂窝(例如但不局限于铝蜂窝)、织品(例如但不局限于聚脂芯垫)及它们的组合。存在于柔性织物预制件中的芯部材料层可具有使得芯部材料能够如本文所述起作用的任何合适的厚度。例如在一个实施例中，芯部材料层典型地为大约5mm至大约100mm。

一层或多层芯部材料可按照任何合乎需要的定向或构造而定位在一层或多层织物复合物之间，以形成多层柔性织物预制件。例如，在一个实施例中，柔性织物预制件可包括第一内层织物复合物、第二外层织物复合物以及至少一层定位在内层织物复合物和外层织物复合物之间的芯部材料。图2中显示了由这种柔性织物预制件形成的复合壳体的截面图。这种预制件可通过围绕心轴编织第一层以形成第一内层织物复合物来形成。然后可使一层或多层芯部材料邻近第一内层而定位。芯部材料可利用任何合适的机构而邻近第一内层织物复合物保持就位。例如，在一个实施例中，可将芯部材料缝合到第一内层上。备选地，或作为缝合的补充，还可利用粘合剂和/或其它结合材料使芯部材料保持邻近第一内层织物复合物。

如上面提到的那样，芯部材料通常是一种实心的刚性或半刚性的材料。虽然这种刚性有益于为复合壳体提供支承，但是将这种材料结合到预制件结构中可能会降低这种柔性织物预制件的整体柔性。因此，根据芯部材料的刚性，预制件可能难以弯曲和/或折叠。这可能是有问题的，尤其是在可能需要折起和/或折叠预制件的预制件运送期间。因而，在某些实施例中，预制件中的各层芯部材料可包括多个未连接的芯部材料件。通常，相邻的芯部材料件将充分地间隔开足够远，以便使预制件能够沿着芯部材料件之间的空间弯曲或折叠，从而改善柔性织物预制件的柔性。通过由多个未连接的芯部材料件而非单个连续的芯部材料件形成芯部材料层，可增加最终柔性织物预制件的柔性，因为预制件可沿着相邻的芯部材料件之间所限定的空间进行弯曲或折叠。芯部材料层中的各个芯部材料件可利用任何合适的机构而定位成邻近第一内层织物复合物。此外，在芯部材料层中所使用的芯部材料件的数量并不关键，而是将根据柔性织物预制件的所需的柔韧度而变化。

一旦已经邻近第一内层织物复合物而定位了芯部材料层，就可围绕芯部材料编织第二层织物复合物以形成柔性织物预制件。这种类型的预制件可用于形成复合壳体，例如图2中所示的复合壳体。应该懂得，本发明公开的多层柔性织物预制件并不只局限于三层结构，而是备选地还可包括一个或多个以任何合适的层构造而并入到预制件中的额外的织物复合物层和/或芯部材料层。例如，在一个实施例中，围绕第一内层织物复合物编织一个或多个额外的织物复合物层，并邻近该一个或多个额外的织物复合物层而定位芯部材料层。在另一实施例中，围绕第二层织物复合物编织一个或多个额外的织物复合物层。在又一实施例中，邻近第一芯部材料层而定位一层或多层芯部材料，并围绕外层芯部材料缠绕第二外层织物复合物，以形成多层柔性织物预制件。在其它实施例中，第二层芯部材料邻近第二层织物复合物而定位，然后围绕第二层芯部材料编织第三层织物复合物，以形成柔性织物预制件。还可使用其它合适的层构造。

在形成柔性织物预制件之后，可将柔性织物预制件运送到塔架组装场所，以用于形成复合壳体。在一个实施例中，在运送之前可从心轴上除去柔性织物预制件。因为预制件是柔性的，所以一旦从心轴上除去，就可以很容易将其折起、折叠、堆叠或以其它方式操纵，以利于运送到塔架组装场所。在这种实施例中，在到达塔架组装场所之后，如以下所述使柔性织物预制件滑到第二心轴上，并进行层压，以形成复合壳体。

在一个备选实施例中，柔性织物预制件围绕可膨胀的心轴而形成。在将柔性织物预制件运送到塔架组装场所之前，使心轴瘪缩而不从该心轴上除去预制件。使心轴瘪缩容许更容易地操纵和运送预制件。一旦处于组装场所，如以下所述，就使心轴再次膨胀，并且对柔性织物预制件进行层压，以形成复合壳体。

图5至图11中显示了柔性织物预制件至塔架组装场所的运送。具体地说，图5是柔性织物预制件36的截面图，其可用于形成圆形塔架并且包括围绕心轴38而编织的单层材料，例如织物复合物。柔性织物预制件36已经标有基准点1-8，以显示了柔性织物预制件36的示例性折叠。一旦从心轴38上除去，就可折起柔性织物预制件36以放平。图6是放平的示例性柔性织物预制件36的截面图。如图6中所示，在该示例性实施例中，基准点8与基准点6对准，基准点1与基准点5对准，基准点2与基准点4对准，并且基准点3和7形成折起的柔性织物预制件36的端部。一旦折起，就可在运送到塔架组装场所之前以任何合适的构造来折叠柔性织物预制件36。图7描绘了以示例性构造折叠的柔性织物预制件36的截面图。

柔性织物预制件36可例如通过卡车、船舶、铁路等等或其组合而运送到塔架组装场所。柔性织物预制件36还可被运送至集装箱或卡车的拖车40中，以便运送到塔架组装场所。在一个实施例中，利用运输推车42将柔性织物预制件36运送到集装箱或卡车拖车40中，如图8-9中所示。具体地说，如图8中所示，当放低推车臂44时，将柔性织物预制件36放置在一连串单独的运输推车42上。当放置在运输推车42上时，折起柔性织物预制件36，并且可如图6中所示展开它，或者可如图7中所示以任何合适的构造进行折叠。在一个实施例中，推车臂44利用受控的液压促动而同时旋转到竖直位置，使得各个运输推车42支承柔性织物预制件36的一部分，如图9中所示。或者，可利用电动化的伸缩撑杆(未显示)而升高推车臂44。支承柔性织物预制件36的运输推车42可移动到集装箱或卡车拖车40中，以便将柔性织物预制件36运送到塔架组装场所。如图9中所示，当运输推车42移动而靠近在一起以便装载到集装箱或卡车拖车40中时，柔性织物预制件36的跨越在两个相邻的运输推车42之间的部分变成折叠的。用于运送柔性织物预制件36的运输推车42的数量并不关键，但通常使用足够数量的运输推车，以确保柔性织物预制件36的折叠后高度H不超过集装箱或卡车拖车40的标准高度。例如，在一个实施例中，使用了十二至十四个推车42。在另一实施例中，使用了十三个推车42。各个运输推车38可支承大约1吨至大约3吨重的柔性织物预制件36，这取决于柔性织物预制件36的形状和柔性织物预制件36的壁厚变化。

或者，可使用起重臂或桥式吊车和折叠的起重梁(未显示)将柔性织物预制件36定位在运输推车42上。例如，当折叠的起重梁使柔性织物预制件36的端部升高时，竖直的运输推车42定位在起重梁的下方。然后降低起重梁，并将柔性织物预制件36运送到运输推车42上。对其余的运输推车42重复该过程。利用这个过程使得柔性织物预制件36能够在各个升高循环期间进行折叠，并消除了对推车的液压装置或电动伸缩撑杆的需求。

在其它实施例中，柔性织物预制件36可由安装在轨道48中并沿着轨道48而运行的多个协同的滚子推车46来支承，轨道48安装在集装箱或卡车拖车40的内部和相对的上侧54上，如图10中所示。在一个实施例中，利用例如起重器或其它合适的机构将折起的或折叠的柔性织物预制件36放置在装载轨道58和滚子推车46上。然后可将滚子推车46安装到集装箱或卡车拖车40中的轨道48上。或者可将滚子推车46预安装在集装箱或卡车拖车40中的轨道48上，并可通过使柔性织物预制件36在预安装到轨道48上的滚子推车46上沿着图10中所示箭头56所指示的方向滚动而将柔性织物预制件36装载到卡车拖车40中。当滚子推车46移动而靠近在一起时，柔性织物预制件36的跨越在相邻的滚子推车46之间的部分变得折叠起来。装载轨道58在运送之前被移除。

在一个备选实施例中，柔性织物预制件36可在将其装载到集装箱或卡车拖车40中时形成，如图11中所示。在这种实施例中，可将编织机50定位在集装箱或卡车拖车40内部，如图11中所示，或者定位在集装箱或卡车拖车40外部(未显示)。将纤维束52供入编织机50，在此处将其缠绕在便携式心轴(未显示)上，以形成柔性织物预制件36。在这个实施例中，便携式心轴将典型地不与柔性织物预制件36的所需长度一样长。因而，为了形成具有比便携式心轴更长的长度的柔性织物预制件36，可使柔性织物预制件36的已经成形的部分脱离便携式心轴的端部，从而暴露出便携式心轴的另一端。从而可围绕便携式心轴的裸露端而继续编织纤维束52。可继续这个过程直至获得所需的柔性织物预制件36的长度。在这种实施例中，当从便携式心轴上除去柔性织物预制件36的已形成的端部时，其可由滚子推车46或备选地由运输推车(未显示)来支承。

一旦装载到集装箱或卡车拖车40中，就将柔性织物预制件36运送到塔架组装场所，以使得能够形成复合壳体。如以下所述，一旦处于组装场所，就从集装箱或卡车拖车40中卸载柔性织物预制件36，使其滑到第二心轴上，并进行层压，以形成复合壳体。或者，在使用可膨胀的心轴的实施例中，从集装箱或卡车拖车40中卸载柔性织物预制件36，使心轴再膨胀，并对柔性织物预制件36进行层压以形成复合壳体。

一旦已经使柔性织物预制件36滑到第二心轴上，或者备选地已经使可膨胀的心轴再膨胀，就用树脂浸渍(infuse)柔性织物预制件36，或者以其它方式将树脂应用于柔性织物预制件36上，并对柔性织物预制件36进行层压，以便使预制件36的层结合在一起，从而形成塔架12的复合壳体。可使用任何合适的层压工艺，例如但不限于树脂传递模塑(RTM)工艺、树脂膜熔渗(RFI)工艺、真空辅助的树脂传递模塑(VARTM)工艺，在任何合适的温度下对树脂浸渍的预制件加热任何合适的时间和/或对树脂浸渍的预制件施加压力。在某些实施例中，利用例如供树脂传递模塑工艺使用的压力、热、和/或真空袋系统而将树脂浸渍到预制件36中。此外，在某些实施例中，在编织和/或定位到心轴上之前可使存在于预制件36中的编织的预制件层和/或芯部材料层涂覆树脂。用于层压预制件36的树脂可包括任何热塑性或热固性的树脂，包括例如聚脂、酚醛树脂、聚丙烯、乙烯基酯、环氧树脂、其它相似的树脂或其组合。在一个实施例中，在层压之前将体积百分比为复合壳体的大约45％至大约48％的树脂应用于预制件36上。

在层压之后，可利用任何合适的技术从心轴上除去复合壳体。例如，在使柔性织物预制件在心轴上滑动之前可使心轴涂敷释放膜，以有助于从心轴上除去复合壳体。合适的释放膜的非限制性的示例包括各种水溶性聚合物/蜡乳化液。在另一实施例中，例如当心轴是可膨胀的心轴时，该心轴可瘪缩，且从瘪缩的心轴上除去复合壳体。在其它实施例中，可在层压之后将心轴保留在复合壳体内部，并成为完成后的复合风力涡轮机塔架的一部分。

如以上提到的那样，在某些实施例中，柔性织物预制件是一段复合壳体的前身。在这种实施例中，一旦运送到塔架组装场所，就利用任何合适的技术对柔性织物预制件前身区段进行层压，且然后进行组装以形成复合壳体。

利用本文所述方法形成的复合壳体可用于形成复合风力涡轮机塔架。这里所述的复合风力涡轮机塔架可用于支承任何大小的风力涡轮机，包括例如GE Energy的4-7MW设计。有利的是，复合风力涡轮机塔架具有可比拟于钢质塔架的强度特征。例如，在某些实施例中，本发明公开的复合风力塔架将有利地容许有介于大约70MPa至大约900MPa范围内的屈服强度。这种塔架的实际强度可取决于壁厚、纤维含量、纤维定向和纤维材料而变化。通常，复合风力涡轮机塔架还比传统的钢质塔架重量更轻，同时仍然具有良好的强度。例如，利用本文所述方法生产的复合风力涡轮机塔架可具有大约5GPa至大约300GPa的拉伸模量，并且更典型地具有大约20GPa至大约200GPa的拉伸模量，同时具有非常轻的塔架重量。复合风力涡轮机塔架的改进的拉伸模量还导致具有增加的频率范围的塔架，其使塔架在变化的涡轮机操作和风力负荷下较少地倾向于激励模式。通常，用于复合风力涡轮机塔架的第一固有频率为大约0.1Hz至大约2Hz，并且更典型地为大约0.2Hz至大约0.6Hz。

复合壳体的壁厚将根据用于形成复合壳体的材料而变化。在一个实施例中，复合壳体由单层柔性织物预制件形成，并且具有至少大约10毫米的壁厚，并且更典型地为至少大约20毫米。在其它实施例中，复合壳体由多层柔性织物预制件形成，并且具有至少大约20毫米的壁厚，并且更典型地具有大约20毫米至大约150毫米的壁厚。复合壳体的壁厚还可在单个复合壳体中变化。例如，形成复合塔架的基部的复合壳体底端将通常比复合壳体的顶端更厚。

复合壳体可具有任何合适的形状。在一个示例性实施例中，复合壳体大体为圆锥形，并且具有圆形截面轮廓，如图2和图3中所示。在其它实施例中，复合壳体具有多边形的截面轮廓，如图4中所示。复合壳体的精确的尺寸对于描述本发明并不是关键的。然而，复合壳体在基部处通常将具有大约2米至大约20米、且更典型地为大约3.5米至大约5米的直径，并且在顶部处具有大约2米至大约6米、且更典型地为大约2.5米至大约3.5米的直径。在一个示例性实施例中，复合壳体可具有大约10米至大约150米、且更典型地为大约80米至大约100米的长度(高度)。利用本文所述方法形成的复合壳体的重量将根据复合壳体尺寸和用于形成柔性的纤维束预制件的材料而变化，但通常将是大约40公吨至大约500公吨、且更典型地为大约50公吨至大约90公吨。柔性的纤维束预制件在层压之前的重量可为大约30公吨至大约320公吨，并且更典型地为大约30公吨至大约70公吨。

在另一方面，本发明公开还提供一种风力涡轮机组件，例如图1中所示。风力涡轮机组件包括复合风力涡轮机塔架，其包括如本文所述的复合壳体，且包括风力涡轮。风力涡轮联接在塔架上，以形成风力涡轮机组件。

通过利用如本文所述的这种风力涡轮机塔架和生产风力涡轮机塔架的方法，可生产可以容易地在塔架安装和组装场所进行组装的风力涡轮机塔架。此外，如上面提到的那样，通过以这种方式生产风力涡轮机塔架，可以更高效地且以比传统的风力涡轮机塔架(传统的塔架需要大量的钢并且具有昂贵的材料和制造成本)更低的成本来生产塔架。另外，将柔性织物预制件运送到塔架组装场所并对预制件进行现场层压以生产复合风力涡轮机塔架，其比运送预制造的塔架更为容易，且成本更低。在某些实施例中，本文所述的风力涡轮机塔架消除了对于中间凸缘连接件的需求，并消除了通常与钢质塔架相关联的安装及寿命期检查和维护成本。另外，还消除了在涡轮机操作寿命期间对分开的喷涂操作、再喷涂、或润色的需求以及对钢质塔架通常所需要的相关联的费用的需求。

上面详细地描述了风力涡轮机塔架和制造该风力涡轮机塔架的方法的示例性实施例。这些风力涡轮机塔架和用于制造这些风力涡轮机塔架的方法并不局限于本文所述的特定的实施例，相反，风力涡轮机塔架的构件可与本文所述的其它构件独立且分开地进行利用。例如，上述风力涡轮机塔架和制造风力涡轮机塔架的方法可具有其它工业或消费应用，并且不局限于仅在本文所述的那些应用中使用。相反，本发明公开可结合许多其它产品以及在其它环境中进行实现和利用。

虽然已经关于各种特定的实施例描述了本发明，但是本领域中的技术人员应该认识到可利用属于权利要求的精髓和范围内的变型来实施本发明。

Claims (10)

1.一种用于制造供风力涡轮机(10)使用的塔架(12)或其构件的方法，所述方法包括：

编织在形状上与所述塔架或构件的形状相对应的纤维束(52)，以形成柔性织物预制件(36)；且

层压所述柔性织物预制件，以形成复合壳体(26，34)或其区段。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行层压之前将所述柔性织物预制件(36)运送到塔架组装场所。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维束(52)围绕心轴(38)进行编织。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述心轴(38)是第一心轴，并且所述方法还包括：

在进行运送之前从所述第一心轴上除去所述柔性织物预制件(36)；且

在进行层压之前使所述柔性织物预制件滑到第二心轴上。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括在进行层压之前利用树脂浸渍所述柔性织物预制件(36)。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括围绕所述心轴(38)编织所述纤维束(52)以形成第一层织物复合物(28)，并围绕所述第一层织物复合物编织所述纤维束以形成第二层织物复合物(30)。

7.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括围绕所述心轴(38)编织所述纤维束(52)以形成第一层织物复合物(28)，邻近所述第一层织物复合物而定位芯部材料层(32)，并围绕所述芯部材料层编织所述纤维束以形成第二层织物复合物(30)。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述芯部材料(32)包括选自由轻木、聚氯乙烯泡沫塑料、苯乙烯丙烯腈泡沫、聚乙烯泡沫或它们的组合所构成的组的材料。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述柔性织物预制件(36)利用选自由树脂传递模塑和真空辅助树脂传递模塑构成的组的工艺进行层压。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述纤维束(52)包括玻璃纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维，或者它们的组合。

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