CN201376388Y - 预成型件以及包括增强结构的翼梁 - Google Patents

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Abstract

本实用新型公开了一种包括多个纤维束层的预成型件，每个纤维束层都设置在树脂层中。纤维束层和树脂层限定至少12mm的厚度。该预成型件能够作为增强结构使用，其形式例如为用于风轮机叶片的翼梁的板层。由于大的厚度，该预成型件能够代替现有技术中的多个增强结构，在现有技术中必须在翼梁中分别设置这些增强结构，以提供所要求的强度。因此所需要的生产翼梁的制造步骤减少。此外，生产预成型件所使用的生产设备的利用能力被大大扩展。

Description

预成型件以及包括增强结构的翼梁
技术领域
本实用新型涉及树脂层中含有纤维的半成品部件，也就是熟知的预成型件。本实用新型还涉及一种用于风轮机叶片的翼梁，该翼梁包括由这种预成型件形成的增强结构。
背景技术
当生产大型风轮机叶片时，叶片中有时会包括作为负荷承载元件的翼梁。这种翼梁可以是一种沿叶片的纵轴布置的细长件，并限定大体上为矩形的中空横截面。该翼梁可设有多个增强结构，也称为板层，其形式例如为预成型件。经常使用多个，例如三个，相邻布置的预成型件以提供给翼梁足够的强度。当预成型件设置在玻璃纤维翼梁中时，它们被单独设置，并且玻璃纤维缠绕在预成型件之间。翼梁的生产因此包括较多的加工步骤。而且，用于生产预成型件的生产系统的能力未以最佳方式被利用。
之前在风轮机叶片生产领域的普通技术人员之间普遍存在这样的观点：不可能生产厚度大于约7mm的板层，因为较厚的结构不会具有足够高的质量。这主要是因为随着板层厚度-由此板层数量-的增加，从结构中排出气体变得越来越困难。因此，认为翼梁的足够强度只能通过在翼梁中分别设置大量的板层来实现。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种单个的预成型件，该预成型件能够为用于风轮机叶片的翼梁提供足够的强度。
本实用新型的另一个目的是提供一种用于风轮机叶片的翼梁，该翼梁能够通过与现有技术相比缩减的生产步骤来制造，而且不损坏翼梁的强度。
根据本实用新型的第一方面，提供了一种包括多层纤维的预成型件，每层纤维都设置在树脂层中，其中纤维层和树脂层限定至少12mm的厚度。
在本申请中，术语“预成型件”应解释为表示一种设置在树脂层中的纤维结构，该结构已经预固结而形成能被移动和贮存的独立单元。也可将该预成型件形成期望的形状以实现特定的目的，并且当得到最终的形状后，该预成型件需要被固化。
纤维可以是例如单独的纤维、纤维束、纤维束预浸渍料或预浸渍坯的形式。纤维可以在每一层中定向，或者可以以任意的方向设置在层内。
纤维层和树脂层限定的厚度至少为15mm。厚度的测量优选基本垂直于纤维层，例如为两个最外纤维层之间的最小距离。
如上所述，在风轮机叶片生产领域的普通技术人员之间普遍存在的观点是不可能生产出其厚度大于约7mm的、用于增强结构的预成型件，例如板层(板块，平板)。
与此形成对比，本实用新型的发明人惊奇地发现，通过仔细地选择生产工艺以及各种工艺参数有可能生产出具有更大厚度的这种结构，例如至少12mm，例如至少15mm，例如至少18mm，例如至少20mm，例如至少25mm或甚至更厚。这样，有可能生产出厚度足以为风轮机叶片的翼梁提供所需强度的预成型件。因此，为了得到所要求的强度，仅需要在翼梁中设置单个增强结构。这具有很大的优势，因为不必在翼梁中单独地设置彼此之间具有玻璃纤维中间缠绕层的多个增强结构。因此翼梁的生产工艺的工艺步骤数量大大缩减，并且生产过程容易进行。
此外，生产预成型件所使用的生产设备的生产力将被利用到更大的程度，这是因为在结构预固结以及从生产设备上移走之前有可能生产出大量的增强结构。例如，如果所生产的一个预成型件的厚度足以代替三个现有技术的预成型件，则可省去两个预固结步骤和两个移走步骤。
至少一些纤维可为碳纤维。替代性地或者附加地，也可根据预成型件的最终使用来采用其它类型的纤维，例如玻璃纤维、合成纤维、天然纤维、矿物纤维以及金属纤维。
所述树脂层中的至少一个可以是热固性树脂，即，随着上升的温度高于一给定树脂的特定温度点而发生固化的树脂。树脂可为一种液态有机聚合体，当转变为所使用的最终形状时，固结并且至少部分地或全部地变成固体。例如，树脂可为环氧基树脂或聚酯基树脂，但也可使用其它类型的树脂。此外，也可使用一种或多种不同类型树脂来生产预成型件。如果使用不同类型的树脂，使用相容性树脂会更好。
预成型件可包括至少20个纤维层，例如至少25个纤维层，例如至少28个纤维层，例如至少30个纤维层，例如至少32个纤维层，例如至少35个纤维层，例如至少38个纤维层，例如至少40个纤维层。层数应当足够多，以提供给预成型件所需的厚度。
纤维可以以纤维束的形式来应用。在本申请中，术语“纤维束”应当解释为大量单独纤维的捆。
在每一纤维层中纤维被设置成基本上平行的。根据这个实施方式，沿着平行的纤维，纤维限定了预成型件的纵向方向。沿着这个方向，预成型件将会是非常结实并且基本上不可压缩的。
根据本实用新型的第二方面，提供了一种用于风轮机叶片的翼梁，该翼梁包括两个增强结构，每个增强结构都由根据本实用新型第一方面的预成型件构成。
如上所述，当给翼梁提供相同的增强时，根据本实用新型第一方面的预成型件的厚度足以代替约三个现有技术的增强结构或板层。因此，不再要求在翼梁中分别设置大量的彼此之间具有玻璃纤维中间缠绕层的增强结构，因此，与现有技术中生产类似的翼梁相比，用更少的工艺步骤就可生产翼梁。
除了增强结构以外，该翼梁可以由玻璃纤维材料制造。玻璃纤维材料可缠绕在形状限定元件上以形成所需形状的翼梁。
翼梁具有基本为矩形的中空横截面，并且增强结构可设置在限定矩形中空横截面的两个相对的壁上。所述两个相对的壁可以是分别面对设有翼梁的叶片的提升侧和拖拽侧的壁部分。
根据一个实施例，每个增强结构可设置在翼梁材料的内层与外层之间，该内层限定朝向中空横截面的空腔的分界面，该外层限定翼梁的外表面。
根据该实施方式，翼梁可有利地按照下述制造。首先围绕形状限定部件缠绕一层翼梁材料，从而限定基本为矩形的中空横截面形状。然后，沿矩形形状的两个相对的边设置两个增强结构，围绕形状限定部件、第一翼梁材料层和所述两个增强结构缠绕另一翼梁材料层。由此将增强结构固定并定位在翼梁内。
翼梁材料可为玻璃纤维材料。
根据本实用新型的第三方面，提供了一种风轮机叶片，该叶片包括根据本实用新型第二方面所述的翼梁。
应当指出，本领域技术人员很容易理解，在本实用新型的第一方面中描述的任何特征都可以与本实用新型第二方面或第三方面结合，在本实用新型的第二方面中描述的任何特征也可以与本实用新型的第一方面或第三方面结合，在本实用新型的第三方面描述中描述的任何特征也可以与本实用新型的第一方面或第二方面结合。
附图说明
下面参考附图对本实用新型进一步详细地描述。
图1是现有技术的用于风轮机叶片的翼梁的横截面图，以及
图2是按照本实用新型一个实施例的用于风轮机叶片的翼梁的横截面图。
具体实施方式
图1是现有技术的用于风轮机叶片的翼梁1的横截面图。该翼梁1限定具有中空部分2的基本为矩形的横截面。翼梁1包括玻璃纤维材料的内层3以及玻璃纤维材料的外层4。沿着矩形横截面的第一壁部分5，在玻璃纤维材料的内层3和玻璃纤维材料的外层4之间设有三个独立的板层6。在这些独立的板层6之间，设有玻璃纤维材料的中间层7。
类似地，沿着相对设置的第二壁部分8，设有三个独立的板层6和玻璃纤维的中间层7。
图1所示的翼梁1可按照下面的方法制造。首先围绕一形状限定元件缠绕玻璃纤维材料的内层3。沿着第一壁部分5设置一个板层6，沿着第二壁部分8设置一个板层6，并且围绕所述板层6和玻璃纤维材料的内层3缠绕玻璃纤维材料的中间层7。随后，分别沿第一壁部分5和第二壁部分8在纤维玻璃材料的中间层7的顶部设置两个附加板层6。然后沿附加板层6和第一个玻璃纤维材料的中间层7的缠绕另一个玻璃纤维材料的中间层7。最后，分别沿第一壁部分5和第二壁部分8在第二个玻璃纤维材料的中间层7的顶部设置最后两个板层6，并且围绕所述板层6和第二个玻璃纤维材料的中间层7缠绕玻璃纤维材料的外层4。
从上面的描述可以清楚的看出，现有技术中生产设置有现有板层6的翼梁1需要很多处理步骤。
图2是根据本实用新型的一个实施方式的翼梁的横截面图，在其中设置有两个根据本实用新型实施方式的板层6。
该翼梁1限定了具有中空部分2的基本为矩形的横截面。该翼梁1包括一个玻璃纤维材料的内层3以及一个玻璃纤维材料的外层4。沿着矩形横截面的第一壁部分5，在玻璃纤维材料的内层3和玻璃纤维材料的外层4之间设有单个板层6。类似地，沿矩形横截面的相对设置的第二壁部分8，在玻璃纤维材料的内层3和玻璃纤维材料的外层4之间设有单个板层6。
将图1的翼梁和图2的翼梁相比，可以清楚的看出，如图2所示的根据本实用新型的板层6远厚于如图1所示的现有技术的板层6。
图2所示的翼梁1按照下面的方法制造。首先围绕一形状限定元件缠绕玻璃纤维材料的内层3。沿着第一壁部分5设置一个板层6，并且沿着第二壁部分8设置一个板层6。随后，围绕所述板层6和玻璃纤维材料的内层3缠绕玻璃纤维材料的外层4。很清楚，生产图2的翼梁1需要的步骤比生产图1的现有技术的翼梁1需要的步骤要少得多。然而，图2的翼梁1中设置的板层6对翼梁1的增强作用与图1的翼梁1中设置的板层6对翼梁1的增强作用大致相同。因此生产翼梁1的过程更加容易，而且没有降低所生产的翼梁1的强度。

Claims (11)

1.一种预成型件，包括多个纤维层，每个纤维层都设置在一树脂层中，其特征在于，纤维层和树脂层限定至少12mm的厚度。
2.如权利要求1所述的预成型件，其特征在于，至少一些纤维是碳纤维。
3.如权利要求1或2所述的预成型件，其特征在于，树脂层中的至少一个层的树脂为热固性树脂。
4.如权利要求1或2所述的预成型件，其特征在于，该预成型件包括至少20个纤维层。
5.如权利要求1或2所述的预成型件，其特征在于，纤维以纤维束的形式提供。
6.如权利要求1或2所述的预成型件，其特征在于，纤维基本平行地设置在每个纤维层中。
7.一种用于风轮机叶片的翼梁，该翼梁包含两个增强结构，所述增强结构中的每一个都由如前述权利要求之一所述的预成型件构成。
8.如权利要求7所述的翼梁，其特征在于，该翼梁限定基本为矩形的中空横截面，其中该增强结构设置在限定出矩形的中空横截面的两个相对的壁内。
9.如权利要求8所述的翼梁，其特征在于，每个增强结构都设置在翼梁材料的内层和翼梁材料的外层之间，所述内层限定朝向中空横截面的中空部分的分界面，该外层限定翼梁的外表面。
10.如权利要求9所述的翼梁，其特征在于，翼梁材料是玻璃纤维材料。
11.一种风轮机叶片，包括如权利要求7-10之一所述的翼梁。
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