DK178292B1 - Metoder og apparat til at reducere last i et rotorblad - Google Patents

Abstract

Blad (24) indbefattende en flerhed af første fibre, hvor hver af flerheden af første fibre (34) er vinklet mellem omkring 50 og omkring 35° i for hold til en tværakse (30) af bladet, og en flerhed af andre fibre (36), hvor hver af flerheden af andre fibre er vinklet mellem omkring 95° og omkring 125° i forhold til tværaksen af bladet.

Description

Opfindelsen angår overordnet blade, som kan være anvendeligesom vindturbinerotorblade, og rotorer og vindturbiner, der benytter så¬danne blade.

Vindturbiner har været genstand for forøget opmærksomhedsom mulige miljøsikre og relativt billige alternative energikilder. Med så¬dan voksende interesse er der blevet gjort betydelig indsats for at ud¬vikle vindturbiner, som er pålidelige og effektive.

Overordnet indbefatter en vindturbine en rotor med flere blade.Rotoren er monteret på et hus eller en celle, der er placeret på toppenaf et afstivningstårn eller et rørformet tårn. Vindturbiner, der anvendestil elnettet, (dvs. vindturbiner designet til at tilvejebringe elektrisk strømtil et elnet) kan have store rotorer (f.eks. 30 m eller mere i diameter).Blade på disse rotorer transformerer vindenergi til et rotationsmomenteller en rotationskraft, som driver en eller flere generatorer, overordnet,men ikke altid roterende koblet til rotoren via en gearkasse. Gearkassenoptransformerer den iboende lave rotationshastighed af turbinerotorentil generatoren for effektivt at konvertere mekanisk energi til elektriskenergi, der tilføres et elnet. Der eksisterer også gearløse direkte drev¬turbiner.

En diameter af vindturbinerotorer er nogle gange begrænset aflasterne påført rotoren af vinden. For eksempel kan store vindbelastnin¬ger under drift af rotoren få rotorer over en forudbestemt diameterog/eller andre komponenter af vindturbinen til at fejle. Derud over kanstore vindbelastninger, når rotoren ikke er i drift (dvs. ikke drejer),samt overordnet slid fra store vindlaster over tiden også få rotorer overen forudbestemt diameter og/eller andre komponenter til at fejle. Passivstigningsstyring af rotorblade (dvs. vridningsbøjet kobling eller twist-bend coupling; TBC) er blevet anvendt til at placere vindturbinerotor-bladelaster, og derfor tillades større diameter af rotorer. Navnlig reduce¬rer vridning af sektioner af bladet en angrebsvinkel af sådanne sektioneri forhold til vinden for derved at reducere store tværgående belastnin¬ger, som bladet oplever. TBC kan imidlertid forøge en vægt og/eller enomkostning af vindturbineblade, som kan overstige enhver driftsmæssigfordel fra en rotor af større diameter. Visse kendte rotorblade, der be- nytter TBC, er f.eks. fremstillet ved anvendelse af kulfibre med en vinkelmellem omkring 5° og omkring 35° i forhold til en pitch-akse af bladet ien skal eller bjælke af bladet. Sådanne kendte blade, der indbefatterkulfiber, kan imidlertid kræve en forøget tykkelse af skallen eller bjæl¬ken for at tilvejebringe tilstrækkelig stivhed, således at bladet ikke bøjerog slår ind i et tårn af vindturbinen. Tilføjelsen af flere fibre vinklet mel¬lem omkring 5° og omkring 35° i forhold til pitch-aksen for at forøge entykkelse af skallen eller bjælken kan forøge en vægt af bladet og/elleren omkostning af bladet pga. det ekstra materiale, der skal anvendes tilat forøge tykkelsen. Tilføjelsen af mere kulfiber, navnlig ved en vinkel iforhold til pitch-aksen, på sådanne blade kan yderligere forøge omkost¬ninger af rotorbladet pga. de dyre kulfibre.

Pilformede/swept rotorblade er også blevet anvendt til at redu¬cere laster i vindturbinerotorblade. En vridningsstivhed af pilforme¬de/swept rotorblade kan imidlertid modstå den ønskede vrid-ning/bøjning af rotorbladet. Visse kendte pilformede/swept rotorblade erfremstillet med en reduceret bæreplantykkelse for at reducere vrid-ningsstivheden af bladet og derved tillade, at bladet kan vride/bøje. Re¬duktion af tykkelsen af bæreplanet af sådanne pilformede/swept rotor¬blade kan imidlertid kræve mere materiale for at tilvejebringe tilstræk¬kelig styrke og stivhed til at modstå forskydningsbelastninger, hvorvedomkostninger og/eller vægten af bladet muligvis forøges yderligere pga.det ekstra materiale.

US 3,883,267 A viser et blad for en fluid dynamik maskine om¬fattende overlagte lag af komposit-fiber materiale. Fibrene kan være afkulstof eller Bor. I de indre lag kan fibrene kan være lagt med en vinkeltil en pitchakse af bladet på mellem 50 og 60 grader sådan at fibrene inabolag har samme numeriske vinkel men med modsat fortegn. Medhensyn til de ydre lag nævnes det at vinkelen skal være mellem 0 og 20grader i forhold til aksen, sådan at fibrene i nabolag har samme numeri¬ske vinkel men med modsat fortegn. For at imødegå bøjningskræfterspecificeres det at de ydre lag skal have en vinkel på 0 grader.

I ét aspekt indbefatter et blad en flerhed af første fibre, hvorhver af flerheden af første fibre er vinklet mellem omkring 5° og om¬ kring 25° i forhold til en pitch-akse af bladet, og en flerhed af andre fib¬re, hvor hver af flerheden af andre fibre er vinklet mellem omkring 95°og omkring 125° i forhold til pitch-aksen af bladet.

I et andet aspekt indbefatter en vindturbine en rotor med etnav og mindst ét blad, der strækker sig udad i forhold til navet. Bladetindbefatter en flerhed af første fibre, hvor hver af flerheden af første fib¬re er vinklet mellem omkring 5° og omkring 35° i forhold til en pitch-akse af bladet og en flerhed af andre fibre, hvor hver af flerheden af an¬dre fibre er vinklet med mellem omkring 95° og omkring 125° i forholdtil pitch-aksen af bladet.

I endnu et andet aspekt er der tilvejebragt en metode til atfremstille et blad ved anvendelse af en støbeform med en facon svaren¬de til en forudbestemt facon af bladet. Metoden indbefatter at lægge enflerhed af første fibre i støbeformen, således at hver af flerheden af før¬ste fibre er vinklet mellem omkring 5° og omkring 35° i forhold til enpitch-akse af den forudbestemte facon af bladet og at lægge en flerhedaf andre fibre i støbeformen, således at hver af flerheden af andre fibreer vinklet mellem omkring 95° og omkring 125° i forhold til pitch-aksenaf bladet.

I det følgende vil opfindelsen blive beskrevet i detaljer medhenvisning til den medfølgende tegning, på hvilken fig. 1 er et perspektivbillede af et eksempel på en udførelses¬form for en vindturbine, fig. 2 er et perspektivbillede af et eksempel på en udførelses¬form af et rotorblade til anvendelse med en vindturbine vist i fig. 1, fig. 3 er et skematisk billede af et afsnit af rotorbladet vist i fig.

2, fig. 4 er et skematisk billede af et afsnit af rotorbladet vist i fig.

2, fig. 5 er et tværsnit af én udførelsesform af et rotorblad vist ifig. 2 efter linjen 5-5, fig. 6 er en grafisk repræsentation af én udførelsesform af etrotorblad vist i fig. 1, fig. 7 er en grafisk repræsentation af en anden udførelsesform af et rotorblad vist i fig. 1, og fig. 8 er et flowchart-diagram, der illustrerer et eksempel på enudførelsesform for en metode til at fremstille rotorbladet vist i fig. 1.

Til hinanden svarende henvisningstal indikerer tilsvarende delepå tegningens billeder.

Som anvendt heri skal med udtrykket "blad" forstås hvad somhelst, der tilvejebringer reaktiv kraft, når det er i bevægelse i forhold tilet omgivende fluid. Som anvendt heri henviser udtrykket "pilfor-met'yswept til en vinkel af en elastisk akse i forhold til et pitch-akse afbladet, hvor den "elastiske akse" henviser til en geometrisk sted afpunkter, der definerer et vridningscenter eller bøjecenter ved hverspændvise sektion af bladet. Som anvendt heri skal med udtrykket"vindturbine" forstås hvad som helst, som genererer rotationsenergi udfra vindenergi og navnlig konverterer kinetisk energi fra vind til meka¬nisk energi. Som anvendt heri skal udtrykket "vindgenerator" forståssom en vindturbine, som genererer elektrisk strøm fra rotationsenergigenereret fra vindenergi og navnlig konverterer mekanisk energi kon¬verteret fra kinetisk energi fra vind til elektrisk strøm. Som anvendt heriskal udtrykket "vindmølle" forstås som en vindturbine, som anvenderrotationsenergi genereret ud fra vindenergi og navnlig mekanisk energikonverteret fra kinetisk energi af vind til et forudbestemt formål, deradskiller sig fra at generere elektrisk strøm, såsom, men ikke begrænsettil, at pumpe et fluid og/eller at male en substans.

Med henvisning til tegningen og navnlig fig. 1 er et eksempel påen udførelsesform for en vindturbine i sin helhed betegnet med henvis¬ningstal 10. Vindturbinen 10 beskrevet og illustreret heri indbefatter envindgenerator (overordnet betegnet 12) til at generere elektrisk strømud fra vindenergi. I visse udførelsesformer kan vindturbine 10 imidlertidud over eller som alternativ til vindgeneratoren 12 indbefatte enhver ty¬pe af vindturbine, såsom, men ikke begrænset til, en vindmølle (ikkevist). Vindturbinen 10 beskrevet og illustreret heri indbefatter derudover en horisontal akse-konfiguration. I visse udførelsesformer kanvindturbinen 10 ud over eller som alternativ til horisontal akse¬konfiguration imidlertid indbefatte en vertikal akse-konfiguration (ikke vist). Selvom kun én vindturbine er vist i fig. 1, kan en flerhed af vind¬turbiner 10 i visse udførelsesformer være grupperet sammen, noglegange betegnet en "vindmøllepark".

Som vist i fig. 1 er vindgeneratoren 12 i visse udførelsesformermonteret på et tårn 14 (hvoraf kun et afsnit er vist i fig. 1); i visse ud¬førelsesformer indbefatter vindturbinen 10 imidlertid ud over eller alter¬nativt i forhold til en tårnmonteret vindgenerator 12 en vindgenerator(og/eller en anden type af vindturbine) tilstødende jord og/eller en over¬flade af vand. Højden af tårnet 14 kan vælges baseret på faktorer ogforhold, der er kendte indenfor teknikken. Vindgeneratoren 12 indbefat¬ter en krop (overordnet betegnet 16), der indimellem betegnes som en"celle" (Engelsk: "nacelle"), og en rotor (overordnet betegnet 18) mon¬teret på kroppen 16 til rotation omkring en rotationsakse 20. Rotoren 18indbefatter et nav 22 og en flerhed af blade 24 (indimellem betegnet"bæreplaner"), der strækker sig radialt udad fra navet 22 til at konver¬tere vindenergi til rotationsenergi. Rotoren 18 er beskrevet og illustreretheri som havende tre blade 24. Rotoren 18 kan imidlertid have et antalblade 24. Bladene 24 kan hver have enhver længde (hvad enten den erbeskrevet heri eller ej). I visse udførelsesformer er et eller flere blade24 f.eks. omkring 0,5 m lange, mens et eller flere blade 24 i visse udfø¬relsesformer er omkring 50 m lange. Andre eksempler på længder afblade 24 indbefatter 10 m eller mindre, omkring 20 m, omkring 37 m ogomkring 40 m. Endnu andre eksempler indbefatter blade, der er mellem50 og 100 m lange. Uanset hvordan bladene 24 er illustreret i fig. 1,kan rotoren 18 derud over have blade af enhver facon, og den kan haveblade af enhver type og/eller konfiguration, hvad enten en sådan facon,type og/eller konfiguration er beskrevet ovenfor eller heri. Et eksempelpå en anden type, facon og/eller konfiguration af bladene 24 og rotoren18 er en kanalrotor (ikke vist) med en turbine (ikke vist) indeholdt in¬den i en kanal (ikke vist). Et andet eksempel på en anden type, faconog/eller konfiguration af bladene 24 og rotoren 18 er en darrieus-vindturbine, der indimellem betegnes en "ægpisker"-turbine. Endnu etandet eksempel på en anden type, facon og/eller konfiguration af blade¬ne 24 og rotoren 18 er en savonius-vindturbine. Endnu et andet eksem- pel på en anden type, facon og/eller konfiguration af bladene 24 og ro¬toren 18 er en traditionel vindmølle til at pumpe vand, såsom men ikkebegrænset til, 4 bladede rotorer med trævinger og/eller stofsejl. Vind¬turbinen 10 kan endvidere i visse udførelsesformer være en vindturbine,hvor rotoren 18 overordnet vender opvinds for at høste vindenergiog/eller kan være en vindturbine, hvor rotoren 18 vender nedvinds forat høste energi. I enhver udførelsesform behøver rotoren 18 naturligvisikke vende nøjagtig opvinds og/eller nedvinds, men kan vende overord¬net ved enhver vinkel (der kan være variabel) i forhold til en retning afvinden for at høste energien derfra.

Vindgeneratoren 12 indbefatter en elektrisk generator (ikkevist) monteret på legemet 16 og er operativt forbundet til rotoren 18 tilat genere elektrisk strøm fra rotationsenergi generet af rotoren 18.Overordnet drift af den elektriske generator til at genere elektrisk strømfra rotationsenergien af rotoren 18 er kendt inden for teknikken og vilderfor ikke blive beskrevet i flere detaljer heri.

I visse udførelsesformer kan vindturbinen 10 indbefatte en ellerflere styringsindretninger (ikke vist) monteret på kroppen 16 og opera¬tivt forbundet til nogle eller alle af komponenterne af vindgeneratoren12 til overordnet at styre driften af vindgeneratoren 12 og/eller nogleeller alle komponenterne deraf (hvad enten sådanne komponenter erbeskrevet og/eller illustreret heri eller ej). For eksempel kan styrings¬indretningen (-indretningerne) anvendes til overordnet systemovervåg¬ning og styring indbefattende f.eks. stignings- og hastighedsregulering,højhastighedsaksel- og drejebremseanvendelse, dreje- og pumpemotorog fejlovervågning. Alternative fordelte eller centraliserede styringsarki¬tekturer kan anvendes i visse udførelsesformer. I visse udførelsesformerkan vindgeneratoren 12 indbefatte en bremse (ikke vist) monteret påkroppen 16 til at bremse rotationen af rotoren 18 for f.eks. at reduceregenereringen af elektrisk strøm fra den elektriske generator. I visse ud¬førelsesformer kan vindgeneratoren 12 endvidere indbefatte et dreje-drev (ikke vist) til at rotere vindgeneratoren 12 omkring en rotationsak¬se 26, til at ændre en drejning af rotoren 18 og navnlig til at ændre enretning, hvorimod rotoren 18 vender, til f.eks. at justere en vinkel mel¬ lem retningen, hvorimod rotoren 18 vender, og en vindretning. I visseudførelsesformer kan vindgeneratoren 12 derud over indbefatte et ane¬mometer (ikke vist) til at måle vindhastighed. Anemometeret kan i visseudførelsesformer være operativt forbundet med styringsindretningen(-indretningerne) for at sende målinger til styringsindretningen til be¬handling deraf. I visse udførelsesformer indbefatter vindgeneratoren 12en vindskovl (ikke vist) til at måle vindretningen. Vindskovlen kan i vis¬se udførelsesformer være operativt forbundet med styringsindretningen(-indretningerne) og/eller drejedrevet til at ændre drejningen af rotoren18. I visse udførelsesformer indbefatter vindgeneratoren 12 et variabeltbladstignings-drev (ikke vist) til at styre en stigning af rotorbladene 24.Det variable bladstigningsdrev kan være operativt forbundet med sty¬ringsindretningen (-indretningerne) for at blive styret deraf. I visse ud¬førelsesformer er stigningerne af bladene 24 individuelt styret af blad¬stigningsdrevet. Overordnet drift af vindturbinen 10 og navnlig af vind¬generatoren 12 er kendt inden for teknikken og vil derfor ikke blive be¬skrevet i flere detaljer heri.

I visse udførelsesformer er et eller flere af bladene 24 bøjnings¬vridningskoblet til rotoren 18, således at bladet (bladene) 24 ændrer sit(sine) aerodynamiske vridning, når det belastes. For eksempel indbefat¬ter et blad 24, som vist i fig. 2, en vridning-bøjningskoblet (TBC-) sekti¬on (overordnet betegnet 28). TBC-sektionen 28 kan omfatte hele, stør¬stedelen af eller et mindre afsnit af den totale længde af bladet 24.Vindlaster, der virker på TBC-sektionen 28, skaber en momentkraft F,der virker på TBC-sektionen 28, hvilken vrider TBC-sektionen 28 om¬kring en pitch-akse 30, der strækker sig langs længden af bladet 24. Ensådan vridning omkring pitch-aksen 30 reducerer en angrebsvinkel afbladet 24 og navnlig af TBC-sektionen 28 i forhold til vinden for dervedat reducere spidsbelastninger oplevet af TBC-sektionen 28 og/eller an¬dre afsnit af bladet 24. TBC-sektionen 28 kan vride i enhver retning om¬kring pitch-aksen 30 afhængig af forløbet af retningen af vinden og ori¬enteringen af bladet 24 i forhold dertil.

I visse udførelsesformer er bladet 24 fremstillet ved anvendelseaf et eller flere laminerede fiberlag, såsom, men ikke begrænset til, ind¬ befattende glas og/eller kulfibre, som danner en skal 32 af bladet 24.Som vist i fig. 3 indbefatter et afsnit af skallen 32, der danner TBC-sektionen 28, som vist i fig. 3 en flerhed af fibre (overordnet betegnet34) vinklet mellem omkring 5° og 35° omkring pitch-aksen 30 af bladet24 og en flerhed af fibre, overordnet betegnet 36, vinklet mellem om¬kring 95° og 125°, hvilket også kan betegnes som mellem omkring -85°og omkring -55° i forhold til pitch-aksen 30. Selv om fibrene 34 og 36kan indbefatte enhver type fibre, indbefatter fibrene 34 og/eller 36 i vis¬se udførelsesformer glas og/eller kulfibre. Fibrene 34 og 36 kan væreindeholdt i separate lag af skallen 32, som er lamineret sammenog/eller kan være vævet sammen med hinanden til et lag af skallen 32.

I visse udførelsesformer overlapper nogle eller alle fibrene 34og 36 endvidere hinanden, mens fibrene 34 og 36 i andre udførelses¬former ikke overlapper hinanden. I visse udførelsesformer, hvor fibrene34 og 36 er indeholdt inden i separate lag af skallen 32, kan alle eller etafsnit af lagene f.eks. overlappe hinanden. Orienteringen af fibrene 34og 36 i forhold til pitch-aksen 30 og hinanden letter vridning af bladet24 omkring pitch-aksen 30 under vindlast for derved at reducere be¬lastning oplevet af TBC-sektionen 28 og/eller andre afsnit af bladet 24.Fibrene 34 og 36 vinklet i forhold til pitch-aksen 30 er derfor f.eks. vink¬let i forhold til en bøjningsretning af bladet 24, således at elastisk for¬skydning af lagene indbefattende fibrene 34 og 36 bevirkes for dervedat bevirke, at bladet 20 vrider.

I visse udførelsesformer er fibrene 34 vinklet mellem omkring15° og omkring 25° i forhold til pitch-aksen 30 og bladet 24, og fibrene36 er vinklet mellem omkring 105° og omkring 115° (hvilket også kanbetegnes som mellem -65°) i forhold til pitch-aksen 30. Som vist i fig. 3og som eksempel er fibrene 34 vinklede omkring 20° i forhold til pitch-aksen 30 og bladet 24, og fibrene 36 er vinklet omkring 110° (hvilketogså kan betegnes som omkring -70°) i forhold til pitch-aksen 30. Selvom TBC-sektionen 28 kan vride omkring pitch-aksen 30 med ethvert in¬terval og enhver vinkel, vrider TBC-sektionen 28 i visse udførelsesfor¬mer mellem omkring 2° og omkring 15° omkring pitch-aksen 30 fra sinubelastede orientering i forhold til pitch-aksen 30 under vindbelastnin- ger.

For yderligere at lette vridning af TBC-sektionen 28 omkringpitch-aksen 30 kan nogle eller alle fibrene 34 i visse udførelsesformervære kraftigere/tungere end nogle eller alle fibrene 36. I visse udførel¬sesformer kan den overordnede vægt af fibrene 34 inden i bladet 24f.eks. være tungere end en overordnet vægt af fibrene 36 inden i bladet24 pga. f.eks. en højere koncentration af fibre 34, en større størrelse afhvert af fibrene 34 og/eller en tykkelse af et lag (hvad enten vævetsammen med fibrene 36 eller dannende et separat lag) af fibre 34. Dentungere vægt af fibrene 34 kan yderligere lette vridning af bladet 24omkring pitch-aksen 30 under vindlast for derved at reducere belastnin¬ger oplevet af TBC-sektionen og/eller andre afsnit af bladet 24. Fordifibrene 34 er mere tæt vinklede i forhold til pitch-aksen 30, kan fibrene34 f.eks. opleve mere bøjningsspænding og derfor udøve en højere be¬lastning end fibrene 36. Da fibrene 36 oplever mindre bøjningsspændingend fibrene 34, kan fibrene 36 være lettere og derved tilvejebringe min¬dre modstand mod vridning af bladet 24 omkring pitch-aksen 30.

Skallen 32 af bladet 24 kan også være fremstillet ved anven¬delse af andet lamineret fiber eller andre (f.eks. plastiske eller metalli¬ske) lag ud over fibrene 34 og 36 for at tilvejebringe yderligere strukturtil skallen 32. For eksempel indbefatter skallen 32 i visse udførelsesfor¬mer som vist i fig. 4 ud over fibrene 34 og 36 (indeholdt inden i et ellerflere laminerede lag og vist i fig. 3) et eller flere fiberlag (overordnet be¬tegnet 38) med fibre (overordnet betegnet 40), der strækker sig om¬trent parallelt med pitch-aksen 30, for at lette forøgelse af en flapvisstivhed af bladet 24. Fibrene 34 og 36 indbefatter lag deraf (hvad entende er separate eller indeholder både fibrene 34 og 36 eller ej), og et¬hvert andet lag af skallen 32 kan have enhver konfiguration, således athvert lag kan være anbragt hvor som helst på bladet 24 indbefattendehvor som helst inden i en lamineret stak af lag, der danner skallen 32. Ivisse udførelsesformer indbefatter skallen 32 som vist i fig. 5 f.eks. lag38 indskudt mellem to lag 42 og 43 af fibre 34 og 36 (fig. 3) og to lag44 og 45 af fibrene 34 og 36. Som det kan ses af fig. 5, er laget 38 ivisse udførelsesformer smallere end en kordelængde L af bladet 24.

Som vist i fig. 4 kan noget eller hele laget 38 imidlertid også strækkesig overordnet ens med kordelængden L af bladet 24. Igen med henvis¬ning til fig. 5 kan bladet 24 også indbefatte en anden struktur, f.eks.kernemateriale 47, der kan være indskudt mellem lagene 42 og 43 oglagene 44 og 45, og/eller en eller flere tappe (ikke vist) til overordnet atunderstøtte og/eller at styrke bladet 24. En sådan anden struktur kanf.eks. understøtte skallen 32 indad mod f.eks. at bule ud under vindlast.

For yderligere at lette vridning af TBC-sektionen 28 omkringpitch-aksen 30 indbefatter skallen 32 i visse udførelsesformer ikke mereend omkring 10 vægt% af en flerhed af fibre (indbefattende resin bun¬det dertil) vinklet mellem omkring 40° og omkring 50° (og/eller mellemomkring 130° og omkring 140°, der også kan benævnes mellem om¬kring -40° og omkring -50°) i forhold til pitch-aksen 30 mellem omkringen 25% og omkring en 95% spændvis længde af bladet 24 (hvad entensådanne fibre er indeholdt inden i et andet lag, f.eks. et lag indeholden¬de fibrene 34 og/eller 36, eller sit eget separate lag eller ej). For ek¬sempel kan fibre vinklet mellem omkring 40° og omkring 50° og fibrevinklet mellem omkring 130° og 140° modstå vridning af bladet 24 om¬kring pitch-aksen 30, fordi resinforskydning mellem fibrene overordneter symmetrisk. Når fibrene vinklet mellem omkring 40° og omkring 50°endvidere overordnet er af samme vægt som fibrene vinklet mellemomkring 130° og omkring 140°, deler fibrene overordnet samme last forderved yderligere at modstå vridning af bladet 24.

Selv om TBC-sektionen 28 er beskrevet og illustreret heri somen passiv TBC-sektion, kan bladet 24 i visse udførelsesformer indbefatteaktive indretninger til styring af vridning af TBC-sektionen 28 omkringpitch-aksen 30. For eksempel indbefatter bladet 24 i visse udførelses¬former en eller flere indre dæmpere (ikke vist) for at svække vridning afTBC-sektionen 28, en eller flere begrænsere (ikke vist) for at begrænsevridning af TBC-sektionen 28 og/eller en eller flere indre aktuatorer (ik¬ke vist) for aktivt at vride TBC-sektionen 28 omkring pitch-aksen 30.

Selv om bladet (bladene) 24 som beskrevet ovenfor kan væreaf enhver egnet type, facon og/eller konfiguration, er et eller flere blade24 i visse udførelsesformer et "lige" blad, som ikke indbefatter nogen pilform/sweep, som vist i fig. 6. Som diskuteret ovenfor letter oriente¬ringen af fibrene 34 og 36 (fig. 3) i forhold til pitch-aksen 30 og hinan¬den vridning af bladet 24 omkring pitch-aksen under vindlast for dervedat reducere lasterne oplevet af TBC-sektionen 28 og/eller andre afsnit afbladet 24. Selv om orienteringen af fibrene 34 og 36 kan lette vridningaf TBC-sektionen 28 omkring pitch-aksen 30 gennem ethvert interval afvinkler, producerer orienteringen af fibrene 34 og 36 i visse udførelses¬former, hvor bladet 24 er et lige blad, vridning af TBC-sektionen 28mellem omkring 2° og omkring 5° omkring pitch-aksen 30 under vind¬belastning.

Selv om bladet (bladene) 24 som beskrevet ovenfor kan væreaf enhver egnet type, facon og/eller konfiguration, er et eller flere blade24 i visse udførelsesformer et "pilformet"/swept blad, som er pilfor-met/swept i forhold til en elastisk akse E (i et rotationsplan af rotoren18 vist i fig. 1), hvorpå et eksempel er vist i fig. 7. Selv om bladet 24er vist i fig. 7 som overordnet indbefattende en fremadgående og enbagudgående pilform/sweep, indbefatter bladet 24 i visse udførelses¬former kun en bagudgående eller kun en fremadgående pilform/sweep.Det særlige blad 24 vist i fig. 7 er specifikt kun ment som et eksempel.Bladet 24 kan være af enhver anden type, konfiguration, vinkel og/ellerfacon af pilformen/sweep, hvad enten det er beskrevet og/eller illustre¬ret heri eller ej. Afhængig af typen, konfigurationen og/eller faconen afpilformen/sweep kan pilformen/sweep af bladet 24 lette vridning af bla¬det 24 omkring pitch-aksen 30 under vindlast. Selv om pilformen/sweepaf bladet 24 kan lette vridning af TBC-sektionen 28 omkring pitch-aksen30 gennem ethvert interval af vinkler, producerer pilformen/sweep afbladet 24 i visse udførelsesformer, hvor bladet 24 er et pilformet/sweptblad, vridning af TBC-sektionen 28 mellem 2° og omkring 5° omkringpitch-aksen 30 under vindbelastning. Orienteringen af fibrene 34 og 36(fig. 3) i forhold til pitch-aksen 30 og/eller hinanden letter som beskre¬vet ovenfor også vridning af bladet 24 omkring pitch-aksen 30 undervindlast. Selv om orienteringen af fibrene 34 og 36 kan lette vridning afTBC-sektionen 38 omkring pitch-aksen 30 gennem ethvert interval afvinkler, producerer orienteringen af fibrene 34 og 36 i visse udførelses- former, hvor bladet 24 et pilformet/swept blad, vridning af TBC-sektionen 28 mellem omkring 2° og omkring 5° omkring pitch-aksen 30under vindbelastning.

I visse udførelsesformer kan orienteringen af fibrene 34 og 36 iforhold til pitch-aksen 30 mindske en vridningsstivhed af bladet 24. Vis¬se pilformede/swept blade 24 kan overordnet have en vridningsstivhed,som modstår vridning omkring pitch-aksen 30. For at reducere vrid-ningsstivheden kan visse kendte rotorblade være fremstillet med en re¬duceret bladtykkelse. Reduktion af tykkelsen af bladet 24 for at reduce¬re vridningsstivheden af bladet 24 kan imidlertid få bladet 24 til at blivebeskadiget og/eller at fejle under vindlaster, der virker på bladet 24overordnet vinkelret på pitch-aksen 30 ("forskydningslaster"). Oriente¬ringen af fibrene 34 og 36 i forhold til pitch-aksen 30 kan tilsvarendelette reduktion af vridningsstivheden af bladet 24 uden at reducere tyk¬kelsen af bladet 24. Selv om orienteringen af fibrene 34 og 36 kan lettereduktion af vridningsstivheden af bladet 24, således at TBC-sektionen28 vrider omkring pitch-aksen 30 gennem ethvert interval af vinkler,reducerer orienteringen af fibrene 34 og 36 i visse udførelsesformer,hvor bladet 24 er et pilformet/swept blad, vridningsstivheden af bladet24, således at den reducerede vridningsstivhed af bladet 24 producerervridninger af TBC-sektionen 28 mellem omkring 2° og omkring 5° om¬kring pitch-aksen 30 under vindbelastning. I visse udførelsesformer,hvor bladet 24 er et pilformet/swept blad, kan den yderligere produktionaf vridning fra pilformen/sweep af bladet 24, orienteringen af fibrene 34og 36 i forhold til pitch-aksen 30 og/eller hinanden og den reduceredevridningsstivhed af bladet 24 under orienteringen af fibrene 34 og 36tilsvarende producere vridning af TBC-sektionen 28 mellem omkring 2°og omkring 15° omkring pitch-aksen 30 under vindbelastning.

Fig. 8 er et flowchart-diagram, der illustrerer et eksempel på enudførelsesform af en fremgangsmåde 100 til at fremstille rotorbladet 24(fig. 1 til 6). Metoden 100 indbefatter at lægge 102 fibre 34 (fig. 3) i enstøbeform (ikke vist) med en facon, der svarer til en forudbestemt faconaf bladet 24, således at fibrene 34 hver er vinklet mellem omkring 5° ogomkring 35° i forhold til pitch-aksen 30 (fig. 3) og at lægge 104 fibrene 36 i støbeformen, således at fibrene 36 hver af vinklet mellem omkring95° og omkring 125° i forhold til pitch-aksen 30. I visse udførelsesfor¬mer indbefatter metoden 100 også at lægge 106 en flerhed af fibre 40(fig. 4) i støbeformen, således at fibrene 40 hver er vinklet mindre endomkring 5° i forhold til pitch-aksen 30, og at laminere 108 fibrene 34 og36 med fibrene 40 (og/eller andre lag/strukturer) for at danne skallen32 af bladet 24.

Visse udførelsesformer indbefatter at lægge 102 fibrene 34 ogat lægge 104 fibrene 36, at fastgøre 110 fibrene 34 til fibrene 36 og atlægge 112 de fastgjorte fibre 34 og 36 i støbeforme. I visse udførelses¬former indbefatter at fastgøre 110 fibrene 34 til fibrene 36 endvidere atvæve fibrene 34 med fibrene 36.

At lægge 102 fibrene 34 indbefatter i visse udførelsesformer atlægge fibrene 34 i støbeforme, således at fibrene 34 hver er vinkletmellem omkring 15° og omkring 25° i forhold til pitch-aksen 30. Atlægge 104 fibrene 36 indbefatter i visse udførelsesformer at lægge fib¬rene 36 i støbeformen, således at fibrene 36 hver er vinklet mellem om¬kring 105° og omkring 115° i forhold til pitch-aksen 30.

Metoderne og bladene beskrevet og/eller illustreret heri kan let¬te omkostningseffektiv, pålidelig og sikker reduktion af belastning indeni et rotorblad. Fibre orienteret inden i en skal af rotorblade som beskre¬vet eller illustreret heri kan f.eks. lette vridning af bladet omkring enpitch-akse deraf under vindbelastninger. Sådan vridning kan lette enreduktion af laster inden i bladet pga. en ændring i en angrebsvinkel afbladet i forhold til en vindretning. Orienteringen af en fiber som og illu¬streret heri kan lette sådan vridning samt lette tilvejebringelse af bladetmed en styrke, som tillader, at bladet kan vride som sådan uden at bli¬ve beskadiget og/eller at fejle. Orienteringen af fibre som beskrevet ogillustreret heri kan f.eks. lette forøgelse af en flapvis stivhed af bladetfor at styrke bladet imod f.eks. forskydningslaster. Orienteringen af fibresom beskrevet og illustreret heri kan tilsvarende lette tilvejebringelse afen forudbestemt vridning uden at forøge en tykkelse af skallen af bladetfor derved muligvis at mindske og bevare omkostningerne og vægten afbladet. Når glasfibre anvendes i stedet for dyrere fibre såsom, men ikke begrænset til, kulfibre kan styrken tilvejebragt af orienteringen af fibre¬ne beskrevet og illustreret heri endvidere muligvis mindske eller bevareomkostningerne og vinklen af bladet. I pilformede/swept blade kan fi¬berorienteringen beskrevet og illustreret heri endvidere reducere envridningsstivhed af bladet uden at mindske en tykkelse af bladet, somkan føre til beskadigelse og/eller fejl under vingebelastninger.

Udførelsesformer for metoder og blade ifølge den foreliggendeopfindelse er beskrevet og illustreret heri med hensyn til en vindturbineog navnlig en vindgenerator. Udførelsesformer (hvad enten beskrevetog/eller illustreret heri eller ej) af metoderne og bladene ifølge den fore¬liggende opfindelse er imidlertid ikke begrænset til vindgeneratorer ellervindturbiner generelt. Udførelsesformer (hvad enten beskrevet og/ellerillustreret heri eller ej) af metoderne eller bladene ifølge den foreliggen¬de opfindelse kan snarere anvendes til hvad som helst med et eller flereblade.

Eksempler på udførelsesformer for den foreliggende opfindelseer beskrevet og/eller illustreret heri i detaljer. Udførelsesformerne er ik¬ke begrænset til de specifikke udførelsesformer beskrevet heri, mensnarere kan komponenter og trin af hver udførelsesform benyttes uaf¬hængigt og separat fra andre komponenter og trin beskrevet heri. Hverudførelsesforms komponenter og trin kan også anvendes i kombinationmed andre udførelsesformers (hvad enten de er beskrevet og/eller illu¬streret heri) komponenter og/eller trin.

Når elementer af udførelsesformerne ifølge den foreliggendeopfindelse introduceres, skal artiklerne "en", "et", "den", "det" og"nævnte" forstås som, at der er et eller flere af elementerne. Udtrykket"omfatter", "indbefatter" og "har" skal forstås som inklusive med denbetydning, at der kan være yderligere elementer end de oplistede ele¬menter. Anvendelsen af udtrykket "afsnit" i forhold til noget er endvide¬re beregnet til at betegne noget af eller hele den pågældende ting.

Mens opfindelsen er blevet beskrevet med henblik på forskelligespecifikke udførelsesformer, vil fagmanden anerkende, at udførelses¬former (hvad enten beskrevet og/eller illustreret heri eller ej) ifølge denforeliggende opfindelse kan praktiseres med modifikation inden for ån- den og bredden af kravene.

Henvisningstalliste

Claims (16)

1. Blad (24) omfattende en skal (32) dannet af et eller flerelaminerede fiberlag, hvor det ene eller flere laminerede fi¬berlag omfatter: en flerhed af første fibre (34), hvor hver af flerheden af førstefibre er vinklet mellem 5° og 35° i forhold til en pitch-akse (30) af bla¬det; og en flerhed af andre fibre (36), hvor hver af flerheden af andrefibre er vinklet mellem 95° og 125° i forhold til pitch-aksen (30) af bla¬det, kendetegnet ved at flerheden af de første fibre (34) er kraftigere end flerheden afandre fibre (36), og hvor flerheden af de første fibre (34) og flerheden af andrefibre (36) er orienteret for at lette vridning af bladet (24) omkring pitch-aksen (30) under vindlast.

2. Blad (24) ifølge krav 1, hvor hver af flerheden af første fibre(34) er vinklet mellem 15° og 25° i forhold til pitch-aksen (30) af bla¬det, og hver af flerheden af andre fibre (36) er vinklet mellem 105° og115° i forhold til pitch-aksen af bladet.

3. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor flerheden afde første fibre (34) omfatter mindst én af glasfibre eller kulfibre.

4. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor flerheden afde andre fibre (36) omfatter mindst én af glasfibre og kulfibre.

5. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor bladet er kon¬figureret sådan at orienteringen af flerheden af første fibre (34) og fler¬heden af andre fibre (36) i forhold til pitch-aksen 30 og/eller hinandenproducerer vridning af bladet mellem 2° og 15° omkring pitch-aksen(30) under vindbelastning.

6. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor bladet omfat¬ter et swept blad.

7. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor bladet omfat¬ter et vindturbinerotorblad.

8. Blad (24) ifølge et af de foregående krav, hvor bladet i et afde laminerede fiberlag omfatter en tredje flerhed af fibre og resin bun¬det til nævnte flerhed af fibre mellem 25% og 95% spændvis længde afbladet, hvor den tredje flerhede af fibre er vinklet mellem 40° og 50° iforhold til pitch-aksen (30) af bladet.

9. Blad (24) ifølge krav 8, hvor den tredje flerhed af fibre højstomfatter 10 vægt% af en skal af bladet (24).

10. Blad (24) ifølge et af de foregående krav hvor flerheden afde første fibre (34) er kraftigere end flerheden af andre fibre (36) ved atflerheden af de første fibre (34) er tungere end flerheden af andre fibre(36).

11. Blad (24) ifølge et af de foregående krav hvor flerheden afde første fibre (34) er kraftigere end flerheden af andre fibre (36) ved atden overordnede vægt af flerheden af de første fibre (34) er tungereend den overordnede vægt af flerheden af andre fibre (36), ved entenen højere koncentration af fibre (34), en større størrelse af hvert af fib¬rene (34) og/eller en tykkelse af et lag, hvad enten vævet sammen medfibrene (36) eller dannende et separat lag, af fibrene (34), end af af fib¬rene (36).

12. Blad (24) ifølge et af de foregående krav hvor flerheden afførste fibre (34) og flerheden af andre fibre (36) kan være indeholdt iseparate lag af skallen (32) og/eller kan være vævet sammen med hin¬anden i et lag af skallen (32).

13. Vindturbine (10), omfatte en rotor (18) med et nav (22) ogmindst ét blad (24), der strækker sig udad fra navet, hvor bladet omfat¬ter en skal (32) dannet af et eller flere laminerede fiberlag, og hvor detene eller flere laminerede fiberlag omfatter: en flerhed af første fibre (34), hvor hver af flerheden af førstefibre er vinklet mellem 5° og 35° i forhold til en pitch-akse (30) af bla¬det; og en flerhed af andre fibre (36), hvor hver af flerheden af andrefibre er vinklet mellem 95° og 125° i forhold til pitch-aksen af bladet, kendetegnet ved at flerheden af de første fibre (34) er kraftigere end flerheden afandre fibre (36), og hvor flerheden af de første fibre (34) og flerheden af andrefibre (36) er orienteret for at lette vridning af bladet (24) omkring pitch-aksen under vindlast.

14. Vindturbine (10), ifølge krav 13, hvor flerheden af de førstefibre (34) er kraftigere end flerheden af andre fibre (36) ved at flerhe¬den af de første fibre (34) er tungere end flerheden af andre fibre (36).

15. Vindturbine (10), ifølge krav 13 eller 14, hvor flerheden afde første fibre (34) er kraftigere end flerheden af andre fibre (36) ved atden overordnede vægt af flerheden af de første fibre (34) er tungereend den overordnede vægt af flerheden af andre fibre (36), ved entenen højere koncentration af fibre (34), en større størrelse af hvert af fib¬rene (34) og/eller en tykkelse af et lag, hvad enten vævet sammen medfibrene (36) eller dannende et separat lag, af fibre (34), end af af fibre¬ne (36).

16. Vindturbine (10), ifølge et af kravene 13-15 hvor flerhedenaf de første fibre (34) og flerheden af andre fibre (36) kan være inde¬holdt i separate lag af skallen (32) og/eller kan være vævet sammenmed hinanden i et lag af skallen (32).