CN116171218A - 用于风力涡轮机叶片的优化的翼梁帽结构 - Google Patents

用于风力涡轮机叶片的优化的翼梁帽结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其包括多个预固化纤维增强元件和多个夹层。多个预固化纤维增强元件包括第一预固化纤维增强元件和第二预固化纤维增强元件，并且多个夹层包括第一夹层，第一夹层包括嵌入第一固化树脂中的第一多个纤维。第一夹层布置在第一预固化纤维增强元件与第二预固化纤维增强元件之间。第一多个纤维具有第一弹性模量，第一固化树脂具有第二弹性模量，第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件具有第三弹性模量，并且第一夹层具有第四弹性模量。第一弹性模量与第二弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间，和/或第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间。

Description

用于风力涡轮机叶片的优化的翼梁帽结构
技术领域
本发明涉及用于风力涡轮机叶片的翼梁帽和包括该翼梁帽的风力涡轮机叶片，以及用于制造该翼梁帽的方法。
背景技术
现代风力涡轮机的叶片通过使用复杂叶片设计(其被创建以最大化效率)来捕获动能。风力涡轮机发展的主要趋势是增加尺寸以减少能源的杠杆成本。存在对可能长度超过80米和宽度超过4米的大型风力叶片的增加的需求。叶片典型地由纤维增强的聚合物材料制成，并且包括压力侧壳半部和吸力侧壳半部。典型的叶片的横截面轮廓包括用于产生空气流的翼型件，以导致两侧之间的压力差。所得的升力生成扭矩来用于产生电力。
风力涡轮机叶片的壳半部通常使用叶片模具制造。首先，将叶片凝胶涂层或底漆施加到模具。随后，将纤维增强材料逐层放入到模具中，然后在壳半部内布置其它元件，诸如芯元件、承载翼梁帽、内部抗剪腹板等。所得壳半部被树脂灌注并且通过基本上沿叶片的弦平面胶合或螺栓连接在一起而组装。
翼梁帽可与其它纤维增强元件一起直接放置在风力涡轮机叶片模具中，或放置在单独的离线模具中，在那里它们被树脂灌注，并且然后随后提升到主叶片壳模具中，然后用树脂灌注。
翼梁帽可包括多个堆叠的拉挤碳纤维元件或型材(profile)和布置在拉挤碳纤维元件之间的夹层。拉挤型材之间夹层的存在是用于用树脂对拉挤碳纤维元件的堆叠的可灌注性(infusibility)。夹层通常由玻璃纤维或碳纤维的片材构成，以在相邻拉挤型材之间的间隙中提供结构桥接和强度。然而，夹层中的高纤维体积也导致低的断裂韧性，断裂韧性是构造用于风力涡轮机叶片的可靠翼梁帽的关键方面之一。
因此，具有增加的断裂韧性的用于风力涡轮机叶片的翼梁帽和用于制造此类翼梁帽的方法将是有利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种至少改善上述问题中的一些，或提供有用备选方案和/或超过现有技术的改进性能的用于风力涡轮机叶片的翼梁帽。特别地，本公开的目的在于提供一种与现有技术相比具有增加的断裂韧性的用于风力涡轮机叶片的翼梁帽。
本发明人已经发现，所述目的中的一个或多个可在本发明的第一方面中实现，该第一方面涉及一种用于风力涡轮机叶片的翼梁帽，其包括：
-多个预固化纤维增强元件，其包括第一预固化纤维增强元件和第二预固化纤维增强元件，
-多个夹层，其包括第一夹层，该第一夹层包括嵌入第一固化树脂中的第一多个纤维，并且布置在第一预固化纤维增强元件与第二预固化纤维增强元件之间，
其中第一多个纤维具有第一弹性模量，第一固化树脂具有第二弹性模量，第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件具有第三弹性模量，并且第一夹层具有第四弹性模量；
其中第一弹性模量与第二弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间，和/或第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间。
本发明人已经发现，当夹层中的多个纤维的弹性模量与第一树脂的弹性模量之间的差异降低时，翼梁帽的断裂韧性增加。此外，本发明人已经发现，当夹层的弹性模量与预固化纤维增强元件的弹性模量之间的差异降低时，翼梁帽的断裂韧性增加。这可能是由于翼梁帽中不同材料之间，并且特别是非常坚硬的预固化纤维增强元件之间的内部应力降低。
优选地，夹层中的第一多个纤维和第一树脂的弹性模量应基本相同，即具有接近1:1的比率。同样地，夹层和预固化纤维增强元件的弹性模量应基本相同。然而，在风力涡轮机行业中，除了断裂韧性之外，还需要考虑诸如结构集成性、粘附性能、材料的价格等的其它因素。因此，可能并不总是可能使第一多个纤维和第一树脂具有基本相同的弹性模量。对于夹层和预固化纤维增强元件，甚至更难进行其中第三弹性模量和第四弹性模量基本相同的优化设计。然而，本发明人已经发现，与现有技术相比，在1:4与4:1之间的第二弹性模量与第一弹性模量之间的比率也增加翼梁帽的断裂韧性，其中夹层通常包括具有比典型地用于翼梁帽中的树脂高得多的弹性模量的碳纤维或玻璃纤维。此外，与现有技术相比，在1:4与4:1之间的第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率也增加翼梁帽的断裂韧性，并且同时允许优化翼梁帽的其它因素。
在优选实施例中，第一弹性模量与第二弹性模量之间的比率在1:3与3:1之间，优选在1:2与2:1之间，更优选在1:1.5与1.5:1之间，诸如1:1。在一些实施例中，第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率在1:3与3:1之间，优选在1:2与2:1之间，更优选在1:1.5与1.5:1之间，诸如1:1。
在一些实施例中，第一弹性模量为第二弹性模量的50％与200％之间，诸如50％与150％之间，诸如70％与130％之间，诸如80％与120％之间，诸如90％与110％之间。
在一些实施例中，第一弹性模量和/或第二弹性模量和/或第三弹性模量和/或第四弹性模量小于10GPa，诸如小于8GPa，诸如小于7GPa，诸如小于6GPa，优选小于5GPa。在现有技术中，翼梁帽中使用具有高于10GPa的弹性模量的夹层。
第一弹性模量和/或第二弹性模量和/或第三弹性模量和/或第四弹性模量高于0，诸如高于0.1GPa，诸如高于1GPa，诸如高于1.5GPa。
第一弹性模量优选在0.1与10GPa的范围内，诸如在1与5GPa之间。
在一些实施例中，第二弹性模量小于5GPa。
在一些实施例中，第二弹性模量在1-5GPa之间，诸如在1.5-4.5GPa之间，诸如在2-4GPa之间。
在一些实施例中，第一弹性模量等于第二弹性模量或与第二弹性模量相差小于5GPa，诸如小于2GPa，优选小于1GPa，诸如小于0.5GPa，诸如小于0.3GPa，诸如小于0.2GPa，诸如小于0.1GPa，诸如小于0.05GPa，诸如小于0.025GPa。在一些实施例中，第三弹性模量等于第四弹性模量或与第四弹性模量相差小于5GPa，诸如小于2GPa，优选小于1GPa，诸如小于0.5GPa，诸如具有小于0.3GPa，诸如小于0.2GPa，诸如小于0.1GPa，诸如小于0.05GPa，诸如小于0.025GPa。
在一些实施例中，第一固化树脂包括环氧树脂或聚酯树脂或乙烯基酯树脂。
在一些实施例中，第一夹层是包括一层或多层的纤维片材，其中每层选自由以下组成的组：单向织物、双向织物或三向织物、包括随机定向纤维的纱和包括编织纤维的网状物。
夹层中的一个或多个可为单向片材，其包括全都沿第一方向布置的第一纤维。第一夹层可为双轴片材，其包括沿第一方向布置的第一纤维和沿例如垂直于第一方向的第二方向布置的第二纤维。第一夹层也可为三轴片材或包括随机布置的纤维的片材。
每个夹层中的第一多个纤维可缝合在一起或由粘合剂保持在一起。粘合剂保持第一多个纤维相对于彼此的布置。备选地或附加地，第一多个纤维可缝合或编织在一起以保持第一多个纤维相对于彼此的布置。
夹层中的一个或多个可为编织片材，即包括一种、两种或三种不同类型纤维的网状物。
在一些实施例中，第一多个纤维是聚合物纤维或丝。聚合物纤维可为聚酯丝、聚丙烯丝和/或聚乙烯丝。聚合物丝可为热塑性丝，诸如热塑性聚酯丝、热塑性聚丙烯丝和/或热塑性聚乙烯丝。在夹层中使用聚合物丝促进树脂灌注，提供碳拉挤件之间的区域的润湿，并且减少缺陷的数量。在优选实施例中，多个第一纤维是聚酯纤维。
夹层中的一个或多个可为聚酯纱或聚酯网。聚酯纱是基本上由随机布置的聚酯纤维构成的蓬松材料的薄层。聚酯纱具有高渗透性，促进树脂灌注，并且具有良好的黏合性能。在优选实施例中，第一夹层是聚酯纱或网或促进树脂的流动的另一种开放网形结构。
夹层中的一个或多个(包括第一夹层)具有沿纵向方向的长度、沿宽度方向的宽度和沿厚度方向的厚度。长度可长于宽度并且宽度可大于厚度。长度可在2-150米之间，诸如4-100米之间。宽度可在20-200mm之间，诸如50-150mm之间，诸如100mm。高度可在2-10mm之间，诸如5mm。
夹层中的每个进一步具有沿纵向方向和宽度方向延伸的下夹层表面和上夹层表面。夹层中的每个具有沿纵向方向和沿厚度方向延伸的第一侧表面和第二侧表面。夹层中的每个进一步具有沿宽度方向和厚度方向延伸的第一端部表面和第二端部表面。
上夹层表面和下夹层表面可限定为夹层片材的两个最大表面。上夹层表面可与下夹层表面相对。
在一些实施例中，多个预固化纤维增强元件包括增强纤维和第二固化树脂。优选地，增强纤维是碳纤维。在一些实施例中，多个预固化纤维增强元件是拉挤元件，诸如包括碳纤维和第二固化树脂的碳拉挤板。在一些实施例中，多个预固化纤维增强元件是包括碳纤维和第二固化树脂的挤制元件。
预固化纤维增强元件中的一个或多个(包括第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件)可具有沿纵向方向的长度、沿宽度方向的宽度，以及沿厚度方向的厚度。长度可长于宽度并且宽度可大于厚度。长度可在2-150米之间，诸如4-100米之间。宽度可在20-200mm之间，诸如50-150mm之间，诸如100mm。高度可在2-10mm之间，诸如5mm。
多个预固化纤维增强元件中的每个可具有沿纵向方向和宽度方向延伸的下表面和上表面。多个预固化纤维增强元件中的每个可具有沿纵向方向和厚度方向延伸的第一侧表面和第二侧表面。多个预固化纤维增强元件中的每个，诸如多个拉挤碳元件中的每个，可具有沿宽度方向和厚度方向延伸的第一端部表面和第二端部表面。
第一预固化纤维增强元件和第二预固化纤维增强元件可布置成使得第一预固化纤维增强元件的下表面面向第二预固化纤维增强元件的上表面。夹层可布置在第一预固化纤维增强元件的下表面与第二预固化纤维增强元件的上表面之间，使得上夹层表面或下夹层表面面向第一预固化纤维增强元件的下表面，并且上夹层表面或下夹层表面面向第二预固化纤维增强元件的上表面。
翼梁帽优选地包括布置成阵列的多个预固化纤维增强元件，该阵列包括布置在彼此的顶部上的多排预固化纤维增强元件。每排包括彼此相邻布置的多个预固化纤维增强元件。这些排由一个或多个夹层隔开。
夹层可沿宽度方向(水平)布置在预固化纤维增强元件之间和/或沿厚度方向(垂直)布置在元件之间。第一预固化纤维增强元件和第二预固化纤维增强元件可为沿厚度方向或沿宽度方向的相邻元件。
第一弹性模量和/或第二弹性模量和/或第三弹性模量和/或第四弹性模量可通过确定材料的弹性模量的任何已知的方法来确定。由于本发明的发明构想在于翼梁帽的不同元件的弹性模量之间的差异，因此重要的是用相同的方法确定不同元件的弹性模量。
第一弹性模量(即第一夹层中第一多个纤维的弹性模量)优选沿第一多个纤维的长度方向测量，即第一弹性模量优选是纤维材料常数。因此，对于包括第一多个纤维中的一个或多个的样品，第一弹性模量应当在第一多个纤维布置在夹层中之前沿第一多个纤维的纵向方向测量。
对于固化的第一树脂的样品，第二弹性模量(即第一树脂的弹性模量)应当在第一多个纤维嵌入第一树脂中之前测量。由于树脂是基本上各向同性的材料，因此可沿固化树脂的任何方向测量第二弹性模量。
对于夹层的样品，第三弹性模量(即包括嵌入第一固化树脂中的第一多个纤维的夹层的弹性模量)应当沿厚度方向测量。
对于第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件的样品，第四弹性模量(即第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件的弹性模量)应当沿厚度方向测量。
存在若干不同的测试，诸如3点测试或拉伸测试，以确定材料的弹性模量。基本上是制备样品，并且对其施加力，并且测量偏斜或拉伸。需要关注于样品制备、条件(诸如温度)、基体和纤维和/或编织物的密度，使得样品的弹性模量与使用中的翼梁帽中使用的夹层和固化树脂的弹性模量相结合。因此，所提供的弹性模量也在20摄氏度下提供。
在第二方面，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其包括具有根据本发明的第一方面的翼梁帽的叶片壳，该翼梁帽与叶片壳集成地形成或附接到叶片壳。
风力涡轮机叶片可包括根据如本文中所公开的翼梁帽的两个翼梁帽。例如，风力涡轮机叶片可包括第一叶片壳部分中的第一翼梁帽和第二叶片壳部分中的第二翼梁帽。第一翼梁帽可为压力侧叶片壳部分的压力侧翼梁帽。第二翼梁帽可为吸力侧叶片壳部分的吸力侧翼梁帽。
在一些实施例中，风力涡轮机叶片根据包括与叶片的压力侧集成地形成或附接到压力侧的第一翼梁帽、与叶片的吸力侧集成地形成或附接到吸力侧的第二翼梁帽，以及连接在第一翼梁帽与第二翼梁帽之间的一个或多个抗剪腹板。
在第三方面，本发明涉及一种制造翼梁帽的方法，包括以下步骤：
a)提供多个预固化纤维增强元件，其包括第一预固化纤维增强元件(30)和第二预固化纤维增强元件(40)；
b)提供多个夹层，其包括第一夹层(20)，第一夹层包括第一多个纤维，
c)将第一夹层(20)布置在第一预固化纤维增强元件(30)与第二预固化纤维增强元件(40)之间，使得预固化纤维增强元件(30、40)由第一夹层(20)隔开；
d)在多个预固化纤维增强元件与多个夹层之间灌注第一树脂；
e)固化树脂以便形成翼梁帽(10)，
其中第一多个纤维(20)具有第一弹性模量，第一固化树脂具有第二弹性模量，第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件(40)具有第三弹性模量，并且第一夹层(20)具有第四弹性模量；
其中第一弹性模量与第二弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间，和/或第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间。
在一些实施例中，多个预固化纤维增强元件提供为拉挤元件、挤制元件或其它预制元件。
拉挤元件可通过拉挤成型工艺提供，其中使增强材料(如纤维或编织或编造的线股)浸渍有第二，可能然后是单独的预成型系统，并且拉过加热的固定装置，树脂在其中进行聚合。浸渍可通过将增强物拉过浴槽来完成，或通过将第二树脂注入到典型地连接到型模的注入室中来完成。许多树脂类型可用于拉挤成型中，包括聚酯、聚氨酯、乙烯基酯和环氧树脂。
挤制元件可由挤制工艺提供。
在一些实施例中，制造翼梁帽的步骤c)包括将多个预固化纤维增强元件和夹层布置在预成型模具中。
在一些实施例中，制造翼梁帽的步骤c)包括将多个预固化纤维增强元件和夹层布置在风力涡轮机叶片模具中。
在一些实施例中，步骤d)包括用诸如真空袋的覆盖物覆盖预成型模具中的多个预固化纤维增强元件和夹层，以形成模具腔并且将第一树脂供应到模具腔中。
在一些实施例中，步骤d)包括用诸如真空袋的覆盖物覆盖风力涡轮机叶片模具，以形成模具腔并且将第一树脂供应到模具腔中。
用树脂灌注叶片模具腔的步骤优选地基于真空辅助树脂传递模制(VARMT)。当期望的元件已经布置在预成型模具或风力涡轮机叶片模具中时，真空袋可布置在模制表面上所布置的元件的顶部上，并且真空袋相对于叶片模具密封。然后，密封的真空袋内的叶片模具腔可用树脂灌注。可选地，树脂灌注的步骤之后是固化。
在一些实施例中，第一固化树脂和第二固化树脂是相同类型，即预固化纤维增强元件的固化树脂与嵌入预固化纤维增强元件和预固化纤维增强元件之间的夹层的固化树脂是相同类型。
在其它实施例中，第一固化树脂和第二固化树脂是不同类型的树脂。
在第三方面，本发明涉及一种制造根据本发明的风力涡轮机叶片的方法，包括在风力涡轮机叶片的基本整个长度上制造压力侧壳半部和吸力侧壳半部，并且随后将壳半部闭合并且连结以获得闭合壳的步骤，其中制造压力侧壳半部或吸力侧壳半部包括以下步骤：
-提供用于叶片壳部件的叶片模具，该叶片模具包括模制表面；
-在叶片模制表面上布置多个纤维增强层；
-提供根据本发明的第一方面的预制翼梁帽并且将预制翼梁帽布置在叶片模具中的纤维增强层上；或在叶片模具中的纤维增强层上堆叠多个预固化的纤维增强元件，其中包括第一多个纤维的夹层布置在每个纤维增强元件之间；
-用覆盖物覆盖叶片模具中的多个预固化纤维增强元件和夹层以形成腔并且用第一树脂灌注腔；
-可选地固化树脂以形成叶片壳部件，
其中第一多个纤维(20)具有第一弹性模量，第一固化树脂具有第二弹性模量，第一预固化纤维增强元件和/或第二预固化纤维增强元件(40)具有第三弹性模量，并且第一夹层(20)具有第四弹性模量；
其中第一弹性模量与第二弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间，和/或第三弹性模量与第四弹性模量之间的比率在1:4与4:1之间。
同样，用树脂灌注叶片模具腔的步骤可基于真空辅助树脂传递模制(VARMT)。
将理解，上述特征中的任何都可组合在本发明的任何实施例中。特别地，关于翼梁帽描述的实施例也可应用于风力涡轮机叶片，并且反之亦然。此外，关于翼梁帽和风力涡轮机叶片描述的实施例也可应用于制造翼梁帽或风力涡轮机叶片的方法，并且反之亦然。
附图说明
下面将参考附图更详细地描述本公开的实施例。附图示出了实现本公开的一种方式，并且不应理解为限制落入所附权利要求集的范围内的其它可能的实施例。
图1是图示风力涡轮机的示意图，
图2是图示风力涡轮机叶片和布置在风力涡轮机叶片内的翼梁帽结构的示意图，以及
图3是图示包括布置在预固化纤维增强元件之间的夹层的翼梁帽的横截面视图的示意图。
具体实施方式
下文在相关时参考附图描述各种示例性实施例和细节。应当注意，附图可或可不按比例绘制，并且贯穿附图类似结构或功能的元件由相似的参考标记表示。还应当注意的是，附图只是旨在便于描述实施例。它们不旨在作为本发明的详尽描述或作为对本发明范围的限制。另外，所图示的实施例不需要具有所示的所有方面或优点。结合特定实施例描述的方面或优点不必需限于该实施例并且能够在任何其它实施例中实践，即使未如此图示或即使未如此明确描述。
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机，其具有塔架400、机舱600和具有基本水平的转子轴的转子。转子包括毂800和从毂800径向延伸的三个叶片1000，叶片各自具有最接近毂的叶片根部1600和最远离毂800的叶片末梢1400。
图2A示出了风力涡轮机叶片1000的第一实施例的示意图。风力涡轮机叶片1000具有常规风力涡轮机叶片的形状，并且包括最接近毂的根部区域3000、最远离毂的成型或翼型区域3400，以及根部区域3000与翼型区域3400之间的过渡区域3200。叶片1000包括当叶片安装在毂上时面向叶片1000的旋转方向的前缘1800，以及面向前缘1800的相反方向的后缘2000。
翼型区域3400(也称为成型区域)具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域3000出于结构考虑具有基本圆形或椭圆形的横截面，例如这使得更容易并且更安全地将叶片1000安装到毂。根部区域3000的直径(或弦)可沿整个根部区域3000是恒定的。过渡区域3200具有从根部区域3000的圆形或椭圆形逐渐变化到翼型区域3400的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域3200的弦长典型地随着距毂的距离r的增加而增加。翼型区域3400具有翼型轮廓，翼型轮廓具有在叶片1000的前缘1800与后缘2000之间延伸的弦。弦的宽度随着距毂的距离r的增加而降低。
叶片1000的肩部4000限定为叶片1000具有其最大弦长的位置。肩部4000典型地设在过渡区域3200与翼型区域3400之间的边界处。
应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯曲)，因此为弦平面提供了对应扭曲和/或弯曲的路线，这是为了补偿取决于距毂的半径的叶片的局部速度的最常见情况。
图2B是图示示例性风力涡轮机叶片1000的横截面视图的示意图，例如风力涡轮机叶片1000的翼型区域的横截面视图。风力涡轮机叶片1000包括前缘1800、后缘2000、压力侧2400、吸力侧2600、第一翼梁帽10a和第二翼梁帽10b。风力涡轮机叶片1000包括前缘1800与后缘2000之间的弦线3800。风力涡轮机叶片1000包括抗剪腹板4200，诸如前缘抗剪腹板和后缘抗剪腹板。备选地，抗剪腹板4200可为具有诸如后缘翼梁侧和前缘翼梁侧的翼梁侧的翼梁箱。翼梁帽10a、10b可包括碳纤维，而壳部分2400、2600的其余部分可包括玻璃纤维。
图3A是图示布置在第一预固化纤维增强元件30和第二预固化纤维增强元件40(诸如第一拉挤碳纤维元件和第二拉挤碳纤维元件)之间的夹层20的横截面视图的示意图。夹层和预固化纤维增强元件各自具有沿纵向方向的长度、沿宽度方向的宽度和沿厚度方向的厚度。长度长于宽度，并且宽度大于厚度。在图3A中，能够看到夹层和预固化纤维增强元件的宽度和厚度，但在长度方面看不到。如图2中所图示的，第一预固化纤维增强元件30和第二预固化纤维增强元件40和夹层20可形成布置在风力涡轮机叶片中的翼梁帽10的部分，诸如风力涡轮机叶片1000的翼梁帽10a、10b。
图3B是图示布置在第一预固化纤维增强元件30与第二预固化纤维增强元件40之间的夹层20的分解视图的示意图。在所图示的实例中，夹层20是具有上夹层表面21和下夹层表面22的夹层片材。同样地，第一预固化纤维增强元件30具有第一上表面31和第一下表面32，并且第二预固化纤维增强元件40具有第二上表面41和第二下表面42。
第一预固化纤维增强元件30和第二预固化纤维增强元件40布置成使得第一预固化纤维增强元件50的第一下表面32面向第二预固化纤维增强元件40的第二上表面41。夹层20布置在第一预固化纤维增强元件30的下表面32与第二预固化纤维增强元件40的上表面41之间，例如使得上夹层表面21与第一下表面32接触，并且下夹层表面22与第二上表面41接触。
图3C是图示纤维增强复合材料(例如翼梁帽10或翼梁帽的部分)的横截面视图的示意图，其包括诸如拉挤碳纤维元件的多个预固化纤维增强元件，包括第一预固化纤维增强元件30和第二预固化纤维增强元件40。多个预固化纤维增强元件30、40布置在阵列中，该阵列具有彼此相邻布置的三排预固化纤维增强元件。每排包括彼此相邻布置的三个预固化纤维增强元件。这些排由夹层20隔开。当然清楚的是，翼梁帽10可包括其它数量的层和并置的预固化纤维增强元件。
如图2中所图示的，纤维增强复合材料可形成布置在风力涡轮机叶片1000中的翼梁帽的部分，诸如风力涡轮机叶片1000的翼梁帽10a、10b。尽管未具体示出，但夹层也可设在沿宽度方向相邻的元件之间，以便于元件之间的树脂流动也沿该方向。
参考编号列表
200风力涡轮机
400塔架
600机舱
800毂
1000叶片
1400叶片末梢
1600叶片根部
1800前缘
2000后缘
2200俯仰轴线
2400压力侧
2600吸力侧
3000根部区域
3200过渡区域
3400翼型区域
4000肩部/最大弦的位置
4200抗剪腹板
10翼梁帽
10a第一翼梁帽
10b第二翼梁帽
20夹层
21上夹层表面
22下夹层表面
30第一预固化纤维增强元件
31第一上表面
32第一下表面
40第二预固化纤维增强元件
41第二上表面
42第二下表面

Claims (16)

1.用于风力涡轮机叶片的翼梁帽(10)，包括：
-多个预固化纤维增强元件，其包括第一预固化纤维增强元件(30)和第二预固化纤维增强元件(40)；
-多个夹层，其包括第一夹层(20)，所述第一夹层包括嵌入第一固化树脂中的第一多个纤维，并且布置在所述第一预固化纤维增强元件(30)与所述第二预固化纤维增强元件(40)之间；
其中所述第一多个纤维(20)具有第一弹性模量，所述第一固化树脂具有第二弹性模量，所述第一预固化纤维增强元件和/或所述第二预固化纤维增强元件(40)具有第三弹性模量，并且所述第一夹层(20)具有第四弹性模量；
其中所述第一弹性模量与所述第二弹性模量的比率在1:4与4:1之间，和/或所述第三弹性模量与所述第四弹性模量的比率在1:4与4:1之间。
2.根据权利要求1所述的翼梁帽(10)，其中所述第一弹性模量与所述第二弹性模量之间的所述比率在1:3与3:1之间，优选在1:2与2:1之间，更优选在1:1.5与1.5:1之间，诸如1:1，和/或所述第三弹性模量与所述第四弹性模量之间的所述比率在1:3与3:1之间，优选在1:2与2:1之间，更优选在1:1.5与1.5:1之间，诸如1:1。
3.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第一弹性模量和/或所述第二弹性模量和/或所述第三弹性模量和/或所述第四弹性模量小于10GPa，诸如小于8GPa，诸如小于7GPa，诸如小于6GPa，优选小于5GPa。
4.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第二弹性模量在1-5GPa之间，诸如在1.5-4.5GPa之间，诸如在2-4GPa之间。
5.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第一弹性模量等于所述第二弹性模量或与所述第二弹性模量相差小于5GPa，诸如小于2GPa，优选小于1GPa，诸如小于0.5GPa，诸如小于0.3GPa，诸如小于0.2GPa，诸如小于0.1GPa，诸如小于0.05GPa，诸如小于0.025GPa。
6.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第三弹性模量等于所述第四弹性模量或与所述第四弹性模量相差小于5GPa，诸如小于2GPa，优选小于1GPa，诸如小于0.5GPa，诸如小于0.3GPa，诸如小于0.2GPa，诸如小于0.1GPa，诸如小于0.05GPa，诸如小于0.025GPa。
7.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第一固化树脂包括环氧树脂或聚酯树脂或乙烯基酯树脂。
8.根据前述权利要求中任一项所述的夹层片材(20)，其中所述第一夹层是包括一层或多层的纤维片材，其中每层选自由以下组成的组：单向织物、双向织物或三向织物、包括随机定向纤维的纱和包括编织纤维的网状物。
9.根据前述权利要求中任一项所述的夹层片材(20)，其中所述第一纤维层(30)和/或所述第二纤维层(40)和/或所述第三纤维层(50)中的所述纤维由粘合剂相对于彼此和/或其它纤维层保持，或由线缝合在一起。
10.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第一多个纤维是聚合物纤维，优选聚酯纤维。
11.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述夹层(20)是聚酯纱或聚酯网。
12.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述多个预固化纤维增强元件是拉挤元件，诸如包括碳纤维和第二固化树脂的碳拉挤板。
13.根据前述权利要求中任一项所述的翼梁帽(10)，其中所述第一固化树脂和所述第二固化树脂是相同类型或不同类型的树脂。
14.风力涡轮机叶片(1000)，包括具有根据权利要求1-13中任一项所述的翼梁帽(10)的叶片壳，所述翼梁帽与所述叶片壳集成地形成或附接到所述叶片壳。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机叶片(1000)，包括与所述叶片的压力侧(2400)集成地形成或附接到所述叶片的压力侧(2400)的第一翼梁帽(10a)、与所述叶片(1000)的吸力侧(2600)集成地形成或附接到所述叶片(1000)的吸力侧(2600)的第二翼梁帽(10b)，以及连接在所述第一翼梁帽(10a)与所述第二翼梁帽(10b)之间的一个或多个抗剪腹板(4200)。
16.制造根据权利要求1-13中任一项所述的翼梁帽(10)的方法，包括以下步骤：
a)提供多个预固化纤维增强元件，其包括第一预固化纤维增强元件(30)和第二预固化纤维增强元件(40)；
b)提供多个夹层，其包括第一夹层(20)，所述第一夹层包括第一多个纤维，
c)将所述第一夹层(20)布置在所述第一预固化纤维增强元件(30)与所述第二预固化纤维增强元件(40)之间，使得所述预固化纤维增强元件(30、40)由所述第一夹层(20)隔开；
d)在所述多个预固化纤维增强元件与所述多个夹层之间灌注第一树脂；
e)固化所述树脂以便形成所述翼梁帽(10)；
其中第一多个纤维(20)具有第一弹性模量，所述第一固化树脂具有第二弹性模量，所述第一预固化纤维增强元件和/或所述第二预固化纤维增强元件(40)具有第三弹性模量，并且所述第一夹层(20)具有第四弹性模量；
其中所述第一弹性模量与所述第二弹性模量的比率在1:4与4:1之间，和/或所述第三弹性模量与所述第四弹性模量的比率在1:4与4:1之间。
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