CN116669933A - 流动增强织物、翼梁帽和风力涡轮机叶片及制造翼梁帽和风力涡轮机叶片的方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及一种在纵向方向(6)上和横向方向(8)上延伸的流动增强织物(1)，织物包括多个纤维层(10、20)，多个纤维层包括布置在彼此上的第一纤维层(10)和第二纤维层(20)，第一纤维层(10)包括在第一纤维方向(16)上平行定向的第一多个纤维束并且包括多个第一玻璃纤维束(14)和数个第一碳纤维束(13)，并且第二纤维层包括在不同于第一方向(16)的第二纤维方向(26)上平行定向的第二多个纤维束并且包括多个第二玻璃纤维束(24)和数个第二碳纤维束(23)，使得至少数个第一碳纤维束(13)与数个第二碳纤维束(23)相交并且接触，并且该织物进一步包括沿织物的横向方向布置在第一纤维层与第二纤维层之间的多根单丝(30)，多根单丝(30)各自在它们之间具有相互的间隔(31)。

Description

流动增强织物、翼梁帽和风力涡轮机叶片及制造翼梁帽和风 力涡轮机叶片的方法
技术领域
本公开涉及一种流动增强织物。本公开还涉及包括流动增强织物作为夹层的翼梁帽，并且涉及包括此类翼梁帽的风力涡轮机叶片。
背景技术
风能提供了一种清洁并且环境友好的能量的源。风力涡轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或多个转子叶片。风力涡轮机叶片使用已知的翼型原理捕获风的动能。现代风力涡轮机可具有长度超过100米的转子叶片。
风力涡轮机叶片通常通过由树脂和纤维的层形成两个壳部分或壳半部来制造。翼梁帽或主层压件放置或集成在壳半部中，并且可与抗剪腹板或翼梁桁杆组合以形成结构支承部件。翼梁帽或主层压件可连结到壳的吸力半部和压力半部的内侧或集成在壳的吸力半部和压力半部的内侧内。
随着风力涡轮机叶片的大小增加，从此类叶片(器在操作期间受到增加的力)产生各种挑战，这需要改进的增强结构。特别是在预固化的碳纤维增强的翼梁帽用作增强部件时，制造诸如翼梁帽或翼梁桁杆的大型增强结构同样具有挑战性。碳纤维按体积计通常比玻璃纤维轻，并且具有改进的拉伸强度和压缩强度。然而，诸如空隙、褶皱或未对准纤维的层压件缺陷可能对机械性能具有不利影响。
碳拉挤成型件由嵌入基质材料中的单向碳纤维构成。因此，碳拉挤成型件在纵向方向上坚固并且刚硬，但在横向方向上相对弱并且屈从。通常，带有翼梁帽的风力涡轮机叶片包括堆叠在彼此的顶部上的若干碳拉挤成型件。当堆叠拉挤成型件时，夹层材料放置在碳拉挤成型件之间。然后，翼梁帽被树脂灌注以将碳拉挤成型件结合到彼此。在叶片树脂灌注期间和之后，夹层材料具有多种目的，诸如增强碳拉挤成型件之间的树脂流动。
碳拉挤成型件之间的优化夹层应提供：碳拉挤成型件之间的好的粘附性(即高断裂韧性)、雷电性能(即高导电性)、强度和好的渗透性。文献中已经建议了对于夹层材料的不同候选者。然而，它们都不能满足对于优化夹层的所有要求，并且夹层材料的选择是不同特性(粘附性、渗透性、结构、雷电)之间的权衡。因此，在风力涡轮机行业中存在对改进的夹层的需要。
发明内容
本公开的一个目的在于提供一种流动增强织物，其提供优于现有技术的改进的性能。特别地，本发明的一个目的在于提供一种包括流动增强织物作为两个预固化纤维增强元件之间的夹层的翼梁帽，并且提供包括此类翼梁帽的风力涡轮机叶片。
因此，在第一方面中，本发明涉及一种在纵向方向上和横向方向上延伸的流动增强织物，织物包括多个纤维层，多个纤维层包括布置在彼此上的第一纤维层和第二纤维层，第一纤维层包括在第一纤维方向上平行定向的第一多个纤维束并且包括多个第一玻璃纤维束和数个第一碳纤维束，并且第二纤维层包括在不同于第一方向的第二纤维方向上平行定向的第二多个纤维束并且包括多个第二玻璃纤维束和数个第二碳纤维束，使得至少数个第一碳纤维束与数个第二碳纤维束相交并且接触，并且该织物进一步包括沿织物的横向方向布置在第一纤维层与第二纤维层之间的多根单丝，多根单丝各自在它们之间具有相互的间隔。
当流动增强织物用作翼梁帽中的夹层时，碳纤维束在流动增强织物中的布置出于若干原因是有利的。首先，碳纤维束在横向方向上为织物提供导电性。其次，第一碳纤维束与第二碳纤维束之间在交点处的物理相交也提供了穿过织物的厚度的传导路径。当流动增强织物布置在翼梁帽中的两个拉挤碳元件之间时，流动增强织物的碳纤维在夹着流动增强织物的两个碳元件之间提供传导路径，并且进一步提供两个碳元件之间的电位均衡。以此方式，流动增强织物保护碳元件免受雷电袭击和闪络。
第一纤维层与第二纤维层之间的单丝沿织物的横向方向的布置为织物提供了好的渗透性能。这是因为当第一纤维层和第二纤维层围绕单丝压在一起时，由于单丝之间的相互的间隔，因此单丝的每侧上将存在空隙，允许了流体特别是在沿横向方向的单丝的方向上流动到空隙中并且通过流动增强织物。因此，当流动增强织物布置在翼梁帽中的两个拉挤碳元件之间并且该结构被树脂灌注时，树脂能够流动通过与单丝相邻的空隙，因为在树脂润湿纤维增强堆叠的同时，单丝可基本上保持其横截面形状。能够通过定制单丝之间的间隔和/或通过调整单丝的直径以获得更大的空隙来调整渗透性。
在一些实施例中，第一纤维方向和第二纤维方向中的每个相对于织物的纵向方向之间的角度在20-70度的范围内，优选45度。在一些实施例中，第一纤维方向与第二纤维方向之间的角度在70-110度之间，优选90度。通过使玻璃纤维束和碳纤维束以此方式布置，改进了具有碳拉挤成型件的翼梁帽的横向失效强度，即拉伸横向强度和刚度。
在一些实施例中，玻璃纤维束是包括多根玻璃纤维的玻璃纤维纱线。在一些实施例中，碳纤维束是包括多根碳纤维的碳纤维丝束。
在一些实施例中，第一纤维层和/或第二纤维层包括交替的玻璃纤维束和碳纤维束。在一些实施例中，第一纤维层和/或第二纤维层包括用于每X个玻璃纤维束的碳纤维束，其中X在2-50的范围内，诸如2-20，优选2-10之间。
在一些实施例中，织物中的纤维中的至少一些用一根或多根线缝合和/或编织在一起，使得包括第一玻璃纤维束和第二玻璃纤维束以及第一碳纤维束和第二碳纤维束的纤维束，以及单丝相对于彼此通过缝合样式保持。织物可包括用于保持多根纤维的布置的多个缝合排，多个缝合排包括沿第一缝合方向布置的第一缝合排。备选地，或除此之外，织物中的纤维中的至少一些相对于彼此由粘合剂保持。在一些实施例中，粘合剂是neoxil。
尽管本公开描述了布置在彼此上并且包括布置在两层之间的多根单丝的第一纤维层和第二纤维层，但是不需要通过首先制造第一纤维层和第二纤维层并且然后将它们布置在彼此的顶部上其中单丝在其之间来制造织物。织物也可通过在将纤维束缝合和/或编织和/或粘合在一起以保持期望布置之前按期望布置所有纤维束来制成。
在一些实施例中，单丝是聚合物丝，优选热塑性单丝，诸如聚酯丝、聚丙烯丝、聚乙烯丝、PET丝、玻璃或其它合成材料。优选地，单丝和玻璃纤维束中的玻璃纤维优选具有基本相同的热膨胀。在一些实施例中，单丝是传导性材料，诸如碳纤维、铜纤维或钢纤维。这进一步增强了导电性并且仍然提供了好的横向渗透性。重要的特征是在树脂润湿材料的同时单丝基本上保持其横截面形状。
尽管参考碳纤维描述了优选实施例，但在本公开的范围内，这些可在备选实施例中由其它传导性纤维(诸如钢纤维)代替或与其混合。
第一纤维层具有第一上纤维表面和第一下纤维表面。以相同的方式，第二纤维层具有第二下纤维表面和第二上纤维表面。在一些实施例中，第一纤维层和第二纤维层布置在彼此上，使得第一下纤维表面的至少部分与第二上纤维表面接触。优选地，仅第一下纤维表面的不与第二上纤维表面接触的部分是围绕单丝的区域。
该织物具有上织物表面和下织物表面。上织物表面和下织物表面可限定为流动增强织物的两个最大表面。上织物表面可与下织物表面相对。在一些实施例中，第一上纤维表面是上织物表面，并且第二下纤维表面是下织物表面。在其它实施例中，第二上纤维表面是上织物表面，并且第一下纤维表面是下织物表面。
在一些实施例中，流动增强织物的面积重量在50-500g/m2的范围内，优选在100-300g/m2的范围内，诸如100-250g/m2。当在翼梁帽中使用流动增强织物时，该面积重量是在树脂灌注之前。
在一些实施例中，流动增强织物的厚度在树脂灌注时在0.2mm-0.5mm的范围内，诸如0.3mm。
在优选实施例中，纤维纱线的平均单丝直径最多为50微米，优选最多25微米，甚至更优选最多20微米。
在另一个优选实施例中，单丝的平均直径在100与1000微米之间，优选在150与500微米之间，例如大约250微米或350微米。
单丝之间的相互的间隔优选在1000微米与5000微米之间，优选在1500微米与3500微米之间，甚至更优选在2000微米与2500微米之间。
在第二方面中，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，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，其中根据本发明的第一方面的流动增强织物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。多个预固化纤维增强元件优选包括导电材料，例如导电增强纤维，诸如碳纤维。
在一些实施例中，多个预固化纤维增强元件中的每个具有纵向方向上的长度、横向方向上的宽度和厚度方向上的高度，其中长度长于宽度，并且宽度长于高度。长度可以超过20米，诸如超过40米，诸如超过70米。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在纵向方向和横向方向上延伸的下表面和上表面。多个元件中的每个(诸如多个预固化纤维增强元件中的每个)可具有在纵向方向和厚度方向上延伸的第一侧表面和第二侧表面。多个元件中的每个(诸如多个预固化纤维增强元件中的每个)可具有在宽度方向和厚度方向上延伸的第一端表面和第二端表面。流动增强织物可布置在多个预固化纤维增强元件之间，以将所有预固化纤维增强元件从彼此分开。流动增强织物可在宽度方向(水平)上布置在预固化纤维增强元件之间。然而，其也可在厚度方向(竖直)上布置在预固化纤维增强元件之间。
第一预固化纤维增强元件具有在纵向方向和横向方向上延伸的下表面和上表面，并且第二预固化纤维增强元件具有在纵向方向和横向方向上延伸的下表面和上表面。
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元件的上表面，流动增强织物布置在第一预固化纤维增强元件的下表面与第二预固化元件的上表面之间。
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厚度方向上的相邻元件或宽度方向上的第一个。
在一些实施例中，流动增强织物布置成使得流动增强织物的纵向方向与翼梁帽的长度基本上平行，并且流动增强织物的横向方向与翼梁帽的宽度基本上平行。
在优选实施例中，预固化纤维增强元件是拉挤碳元件。
在第三方面中，本发明涉及一种包括根据本发明第二方面的翼梁帽的风力涡轮机叶片。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。
制造根据本发明的第二方面的用于风力涡轮机叶片的翼梁帽的方法，包括以下步骤：
-提供多个预固化纤维增强元件和根据本发明的第一方面的多个流动增强织物；
-布置多个预固化纤维增强元件以提供期望的翼梁帽结构，其中多个流动增强织物布置在多个预固化纤维增强元件之间以增强多个预固化纤维增强元件之间的树脂流动；
-用树脂灌注翼梁帽结构；以及
-固化树脂以形成翼梁帽。
在一些实施例中，翼梁帽在翼梁帽模具中制造，并且该方法进一步包括以下步骤：
-提供翼梁帽模具，该翼梁帽模具包括模制表面；以及
-在翼梁帽模具中布置多个预固化纤维增强元件，并且堆叠它们以提供期望的翼梁帽结构，其中多个流动增强织物布置在多个预固化纤维增强元件之间以增强多个预固化纤维增强元件之间的树脂流动。
在一些实施例中，翼梁帽直接在叶片壳部件模具中制成。
在一些实施例中，用树脂灌注翼梁帽结构的步骤是真空辅助树脂传递模制(VARTM)。
在优选实施例中，预固化纤维增强材料是拉挤碳元件。
制造包括根据本发明的第二方面的翼梁帽的风力涡轮机壳部件的方法，包括以下步骤：
-提供包括模制表面和模制腔的叶片壳部件模具；
-在叶片壳部件模具内布置诸如纤维层的数个纤维增强元件；
-将根据本发明的第一方面的翼梁帽布置在纤维增强元件的翼梁帽区域上；
-用树脂灌注叶片模制腔；以及
-固化树脂以形成叶片壳部件。
在一些实施例中，翼梁帽是如上所述制造的预制翼梁帽。
在一些实施例中，翼梁帽不是预制的，而是直接铺设在叶片模具中。
在一些实施例中，用树脂灌注叶片模制腔的步骤是真空辅助树脂传递模制(VARTM)。
在优选实施例中，预固化纤维增强材料是拉挤碳元件。
在一些实施例中，纤维增强元件是玻璃纤维增强塑料(GRP)的层或碳纤维增强塑料(CRP)的层或其组合。这些元件一起形成叶片壳部件的主要部分。
使用的树脂可为热固性或热塑性树脂，优选热固性树脂。在本发明的实施例中，热固性树脂选自诸如不饱和聚酯树脂、乙烯基酯树脂或聚氨酯(甲基)丙烯酸酯树脂的酯基树脂。在另一个实施例中，树脂可为热塑性树脂，诸如尼龙、PVC、ABS、聚丙烯或聚乙烯。在优选的实施例中，树脂包括聚酯，诸如不饱和聚酯。不饱和聚酯树脂可由有机过氧化物分解时形成的自由基固化。分解引发反应，通过该反应不饱和聚酯分子与苯乙烯聚合而形成三维结构。
应当理解，上述特征中的任何都可在本发明的任何实施例中组合。特别地，关于织物描述的特征和实施例也可适用于翼梁帽、风力涡轮机叶片以及制造翼梁帽和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，并且不应解释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是示出风力涡轮机的示意图，
图2是示出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，
图3是示出根据本发明的实施例的第一纤维层或第二纤维层的示意图，
图4是示出根据本发明的实施例的流动增强织物的示意图，
图5是示出根据本发明的流动增强织物的优选实施例的示意图，以及
图6是示出布置在预固化纤维增强元件之间的流动增强织物的横截面视图的示意图。
具体实施方式
下文将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，附图可以或可以不按比例绘制，并且类似结构或功能的元件贯穿所有附图由相似的参考标记表示。还应当注意，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，所示出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一定限于该实施例并且能够在任何其它实施例中实践，即使未如此示出或即使未如此明确描述。
图1示出了根据所谓的“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沿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包括当叶片安装到毂上时面向叶片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由于结构考虑具有基本圆形或椭圆形横截面，这例如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恒定。过渡区域3200具有从根部区域3000的圆形或椭圆形形状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的弦长通常随着距毂的距离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的增加而减小。
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通常设在过渡区域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)，因此向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是示出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7400和第二翼梁帽7600。风力涡轮机叶片1000包括前缘1800和后缘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7400、7600可包括碳纤维，而壳部件2400、2600的其余部分可包括玻璃纤维。
图3是示出构造成形成根据本发明的流动增强织物1的部分的第一纤维层10或第二纤维层20的实施例的示意图。图3A示出了三维视图，图3B示出了顶部视图，并且图3C示出了沿图3B中所示出的虚线的横截面视图。
纤维层10、20在纵向方向6上和横向方向8上延伸。纤维层10、20包括在纤维方向16、26上平行定向的多个纤维束13、14、23、24。白色纤维束为玻璃纤维束14、24，并且黑色纤维束为碳纤维束13、23。在图3A和3B中，纤维层10、20包括用于每五个玻璃纤维束14、24的碳纤维束13、23。然而，在其它实施例中，玻璃纤维束14、24相对于碳纤维束13、23的数目可不同。纤维方向16、26相对于织物的纵向方向6之间的角度优选为大约45度。然而，其可在10-80度之间。在图3B中，角度为60度。
即使在图3中不可见，织物中的不同纤维也可相对于彼此通过缝合和/或使用粘合剂和/或编织来保持。
图4A是根据本发明的实施例的流动增强织物1的沿纵向方向6的分解横截面视图的示意图。流动增强织物1包括构造成布置在彼此上的第一纤维层10和第二纤维层20。第一纤维层10具有第一上纤维表面11和第一下纤维表面12。以相同的方式，第二纤维层20具有第二下纤维表面21和第二上纤维表面22。此外，流动增强织物1包括沿横向方向8布置在第一纤维层10和第二纤维层20之间的多根单丝30。单丝30布置成在它们之间具有相互的间隔31。
图4B是沿图4A中的流动增强织物的纵向方向的横截面视图的示意图。第一纤维层10和第二纤维层20布置在彼此上，使得第一下纤维表面12的部分与第二上纤维表面21的部分接触，并且使得流动增强织物1的上织物表面2也是第一纤维层10的第一上纤维表面11，并且流动增强织物1的下织物表面4是第二纤维层20的第二下纤维表面22。
多根单丝30布置在第一纤维层10与第二纤维层20之间，它们之间具有相互的间隔31。通过沿流动增强织物的横向方向8在第一纤维层10与第二纤维层20之间布置单丝，其中流体能够流动的空隙32与单丝30相邻形成，如图3C中所示(以放大的方式)，图3C是图4B的流动增强织物1的部分的近视图。
图5是根据本发明的流动增强织物1的优选实施例的示意图。
如图5中能够看到的，流动增强织物1在纵向方向6上和横向方向8上延伸。该织物包括布置彼此上的第一纤维层10和第二纤维层20。第一纤维层10包括在第一纤维方向16上平行定向的第一多个纤维束，并且第二纤维层20包括在不同于第一方向的第二纤维方向26上平行定向的第二多个纤维束。第一纤维层10中的白色纤维束为第一玻璃纤维束14，并且灰色纤维束为第一碳纤维束13。以相同的方式，第二纤维层20中的白色纤维束为第二玻璃纤维束24，并且灰色纤维束为第二碳纤维束23。
在图5中，第一纤维层10和第二纤维层20各自包括用于每九个玻璃纤维束的碳纤维束。然而，在第一纤维层10和/或第二纤维层20中玻璃纤维束相对于碳纤维束的数目可不同。
在图5中的优选实施例中，第一纤维方向16相对于织物的纵向方向6之间的角度为-45度。类似地，第二纤维方向26相对于织物的纵向方向6之间的角度为45度。此外，第一纤维方向16与第二纤维方向26之间的角度为90度。以此方式，第一碳纤维束13在多个交点9中与第二碳纤维束23相交并且接触，从而允许在厚度方向上穿过流动增强织物1的导电性。纤维束13、14、23、24也可以不同的角度布置，只要至少数个第一碳纤维束13与数个第二碳纤维束23相交并且接触即可。
该织物进一步包括沿织物的横向方向8布置在第一纤维层10与第二纤维层20之间的多根单丝30。如图5中能够看到的，多根单丝30各自在它们之间具有相互的间隔31。通过在单丝30之间具有这种间隔，如图4C中所示，当第一纤维层10和第二纤维层20受压缩时，将在单丝30的每侧存在空隙32，从而允许流体流动到空隙32中，并且在横向方向8上沿单丝30穿过流动增强织物1。
即使在图5中不可见，织物中的不同纤维可相对于彼此通过缝合和/或使用粘合剂和/或编织来保持。
图5中的流动增强织物构造成用作用于风力涡轮机叶片的翼梁帽中的夹层。流动增强织物1构造成布置成使得流动增强织物1的纵向方向6与翼梁帽的长度方向基本上平行，并且使得流动增强织物1的横向方向8与翼梁帽的宽度方向基本上平行。
图6A和6B是布置在第一预固化纤维增强元件50与第二预固化纤维增强元件60之间的流动增强织物1(诸如图5的流动增强织物)的横截面视图的示意图。图6A是分解视图，而图6B是组装视图。
第一预固化纤维增强元件50和第二预固化纤维增强元件60布置成使得第一预固化纤维增强元件50的下表面52面向第二预固化元件60的第二上表面61。诸如图5的流动增强织物的流动增强织物1布置在第一预固化纤维增强元件50的下表面52与第二预固化元件60的上表面61之间，例如使得上织物表面2与第一纤维增强元件50的第一下表面52接触，并且下织物表面4与第二纤维增强元件60的第二上表面61接触。预固化纤维增强元件50、60和流动增强织物可形成布置在风力涡轮机叶片中的翼梁帽100(诸如如图2中所示的风力涡轮机叶片1000的第一翼梁帽7400和第二翼梁帽7600)的部分。
图6C是示出纤维增强复合材料100(例如，翼梁帽或翼梁帽100的部分)的横截面视图的示意图，纤维增强复合材料包括多个预固化纤维增强元件，多个预固化纤维增强元件包括第一预固化纤维增强元件50和第二预固化纤维增强元件60。多个预固化纤维增强元件布置成阵列，其中三排预固化纤维增强元件彼此相邻布置。每排预固化纤维增强元件由根据本发明的流动增强织物1分开。纤维增强复合材料100可形成布置在风力涡轮机叶片中的翼梁帽100(诸如如图2中所示的风力涡轮机叶片1000的第一翼梁帽7400和第二翼梁帽7600)的部分。尽管未具体示出，但流动增强织物1也可在宽度方向上设在相邻的预固化纤维增强元件之间。
参考标记
1流动增强织物
2上织物表面
4下织物表面
6纵向方向
8横向方向
9交点
10第一纤维层
11第一上纤维表面
12第一下纤维表面
13第一碳纤维束
14第一玻璃纤维束
16第一纤维方向
20第二纤维层
21第二上纤维表面
22第二下纤维表面
23第二碳纤维束
24第二玻璃纤维束
26第二纤维方向
30单丝
31单丝之间的间隔
32空隙
50第一预固化纤维增强元件
51第一上表面
52第一下表面
60第二预固化纤维增强元件
61第二上表面
62第二下表面
100翼梁帽
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
3800弦线
4000肩部/最大弦的位置
4200抗剪腹板
7400第一翼梁帽
7600第二翼梁帽

Claims (25)

1.一种在纵向方向(6)上和横向方向(8)上延伸的流动增强织物(1)，所述织物包括多个纤维层，所述多个纤维层包括布置在彼此上的第一纤维层(10)和第二纤维层(20)，所述第一纤维层(10)包括在第一纤维方向(16)上平行定向的第一多个纤维束并且包括多个第一玻璃纤维束(14)和数个第一碳纤维束(13)，并且所述第二纤维层(20)包括在不同于所述第一方向的第二纤维方向(26)上平行定向的第二多个纤维束并且包括多个第二玻璃纤维束(24)和数个第二碳纤维束(23)，使得至少数个第一碳纤维束(13)与数个第二碳纤维束(23)相交并且接触，并且所述织物进一步包括沿所述织物的所述横向方向(8)布置在所述第一纤维层(10)与所述第二纤维层(20)之间的多根单丝(30)，所述多根单丝(30)各自在它们之间具有相互的间隔(31)。
2.根据权利要求1所述的织物(1)，其中所述第一纤维方向(16)和所述第二纤维方向(26)中的每个相对于所述织物的所述纵向方向(6)之间的角度在20-70度的范围内，优选45度。
3.根据权利要求1所述的织物(1)，其中所述第一纤维方向(16)与所述第二纤维方向(26)之间的角度在70-110度之间，优选90度。
4.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述第一纤维层(10)和/或所述第二纤维层(20)包括交替的玻璃纤维束(14、24)和碳纤维束(13、23)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述第一纤维层(10)和/或所述第二纤维层(20)包括用于每X个玻璃纤维束(14、24)的碳纤维束(13、23)，其中X在2-50的范围内，诸如2-20，优选2-10之间。
6.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述织物中的所述纤维中的至少一些用一根或多根线缝合在一起，使得包括所述第一玻璃纤维束(14)和所述第二玻璃纤维束(24)以及所述第一碳纤维束(13)和所述第二碳纤维束(23)的所述纤维束，以及所述单丝(30)相对于彼此通过缝合样式保持。
7.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中包括所述第一玻璃纤维束(14)和所述第二玻璃纤维束(24)以及所述第一碳纤维束(13)和所述第二碳纤维束(23)的所述织物中的所述纤维中的至少一些，以及所述单丝(30)相对于彼此由诸如neoxil的粘合剂保持。
8.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述单丝(30)是聚合物丝，优选热塑性单丝，诸如聚酯丝、聚丙烯丝、聚乙烯丝、PET丝、玻璃或其它合成材料，或传导性纤维，诸如碳纤维、铜纤维或钢纤维，或它们的任何组合。
9.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述第一纤维层(10)具有第一上纤维表面(11)和第一下纤维表面(12)，并且其中所述第二纤维层(20)具有第二下纤维表面(22)和第二上纤维表面(21)，并且其中所述第一纤维层(10)和所述第二纤维层(20)布置在彼此上，使得所述第一下纤维表面(12)的至少部分与所述第二上纤维表面(21)接触。
10.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述织物(1)具有上织物表面(2)和下织物表面(4)，并且其中所述第一上纤维表面(11)是上织物表面(2)，并且所述第二下纤维表面(22)是下织物表面(4)。
11.根据前述权利要求中任一项所述的织物(1)，其中所述流动增强织物的面积重量在50-500g/m2的范围内，优选在100-300g/m2的范围内，诸如100-250g/m2。
12.一种用于风力涡轮机叶片(1000)的翼梁帽(100、7400、7600)，包括多个导电预固化纤维增强元件，所述多个导电预固化纤维增强元件包括第一预固化纤维增强元件(50)和第二预固化纤维增强元件(60)，其中根据前述权利要求中任一项所述的流动增强织物(1)布置在所述第一预固化纤维增强元件(50)与所述第二预固化纤维增强元件(60)之间。
13.根据权利要求13所述的翼梁帽(100、7400、7600)，其中所述多个预固化纤维增强元件中的每个具有纵向方向上的长度、横向方向上的宽度和厚度方向上的高度，其中所述长度长于所述宽度，并且所述宽度长于所述高度，其中所述第一预固化纤维增强元件(50)具有在所述纵向方向和所述宽度方向上延伸的下表面(52)和上表面(51)，并且所述第二预固化纤维增强元件(60)具有在所述纵向方向和所述宽度方向上延伸的下表面(62)和上表面(61)，并且其中所述第一预固化纤维增强元件(50)和所述第二预固化纤维增强元件(60)布置成使得所述第一预固化纤维增强元件(50)的所述下表面(52)面向所述第二预固化元件(60)的所述上表面(61)，并且其中所述流动增强织物(1)布置在所述第一预固化纤维增强元件(50)的所述下表面(52)与所述第二预固化元件(60)的所述上表面(61)之间。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的翼梁帽(100、7400、7600)，其中所述流动增强织物(1)布置成使得所述流动增强织物(1)的所述纵向方向(6)与所述翼梁帽的所述长度基本上平行，并且所述流动增强织物(1)的所述横向方向(8)与所述翼梁帽的所述宽度基本上平行。
15.根据权利要求12至权利要求14中任一项所述的翼梁帽(100、7400、7600)，其中所述预固化纤维增强元件(50、60)是拉挤碳元件。
16.根据权利要求12至权利要求15中任一项所述的翼梁帽(100、7400、7600)，其中所述翼梁帽被树脂灌注。
17.根据权利要求12至权利要求16中任一项所述的翼梁帽(100、7400、7600)，其中所述流动增强织物的所述厚度在树脂灌注时在0.2mm-0.5mm的范围内，诸如0.3mm。
18.一种包括根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的翼梁帽(100、7400、7600)的风力涡轮机叶片(1000)。
19.制造根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的用于风力涡轮机叶片的翼梁帽的方法，包括以下步骤：
-提供多个预固化纤维增强元件和根据本发明的第一方面的多个流动增强织物；
-布置所述多个预固化纤维增强元件以提供期望的翼梁帽结构，其中所述多个流动增强织物布置在所述多个预固化纤维增强元件之间以增强所述多个预固化纤维增强元件之间的树脂流动；
-用树脂灌注所述翼梁帽结构；以及
-固化所述树脂以形成所述翼梁帽。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述翼梁帽在翼梁帽模具中制成，并且所述方法进一步包括以下步骤：
-提供翼梁帽模具，所述翼梁帽模具包括模制表面；以及
-在所述翼梁帽模具中布置所述多个预固化纤维增强元件，并且堆叠它们以提供期望的翼梁帽结构，其中所述多个流动增强织物布置在所述多个预固化纤维增强元件之间以增强所述多个预固化纤维增强元件之间的树脂流动。
21.根据权利要求19所述的方法，其中所述翼梁帽结构直接在叶片壳部件模具中制成。
22.根据权利要求19至权利要求21中任一项所述的方法，其中用树脂灌注所述翼梁帽结构的步骤是真空辅助树脂传递模制(VARTM)。
23.制造包括根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的翼梁帽的风力涡轮机壳部件的方法，包括以下步骤：
-提供包括模制表面和模制腔的叶片壳部件模具；
-在所述叶片壳部件模具内布置诸如纤维层的数个纤维增强元件；
-将根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的翼梁帽布置在所述纤维增强元件的翼梁帽区域上；
-用树脂灌注所述叶片模制腔；以及
-固化所述树脂以形成所述叶片壳部件。
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述翼梁帽是根据权利要求19至权利要求22中任一项制造的预制翼梁帽。
25.根据权利要求23所述的方法，其中所述翼梁帽不是预制的，而是直接铺设在所述叶片模具中。
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