NO331759B1

NO331759B1 - Wind turbine blade with carbon tip.

Info

Publication number: NO331759B1
Application number: NO20044401A
Authority: NO
Inventors: Peter Grabau; Lars Fuglsang Andersen
Original assignee: Lm Glasfiber As
Priority date: 2002-03-19
Filing date: 2004-10-18
Publication date: 2012-03-19
Also published as: NO20044401L

Abstract

Oppfinnelsen angår et vindturbindblad (14) av fiberforsterket polymer. Bladet (14) er delt i en indre endedel (15) med bladroten og fremstilt vesentlig av glassfiberforsterket polymer og en ytre endedel (17) med bladspissen fremstilt vesentlig av karbonfiberforsterket polymer.The invention relates to a wind turbine blade (14) of fiber-reinforced polymer. The blade (14) is divided into an inner end portion (15) of the leaf root and made substantially of glass fiber reinforced polymer and an outer end portion (17) of the blade tip made substantially of carbon fiber reinforced polymer.

Description

Oppfinnelsen angår et vindturbinblad ifølge innledningen til krav 1. The invention relates to a wind turbine blade according to the introduction to claim 1.

Vindturbinblader er typisk fremstilt av tobladskallhalvdeler av fiberforsterket polymer. Under støpingen blir de to halvdeler limt sammen langs kantene og via to avstivere som tidligere har blitt limt til indre flaten av en av bladskallhalvdelene. Den andre bladskallhalvdel blir så anordnet på toppen av avstiverne og limt dertil langs kantene. Wind turbine blades are typically made from two-blade shell halves of fiber-reinforced polymer. During casting, the two halves are glued together along the edges and via two stiffeners that have previously been glued to the inner surface of one of the leaf shell halves. The other leaf shell half is then arranged on top of the braces and glued thereto along the edges.

Bladskallhalvdelene som sådan fremstilles typisk ved vakuuminfusjon hvor jevnt fordelte fibere, fibermatter, som kan være fiberbunter, bånd eller matter kan være filtmatter eller enkeltfibere eller vevd matte av fiber, blir lagt i en støpedel og dekket av en vakuumpose. Ved å frembringe vakuum (typisk 80-90 %) i hulrommet mellom indre flaten av støpedelen og vakuumposen, blir resin suget inn i og fyller hulrommet med fibermateriale. For å oppnå optimal fordeling av resinet, blir såkalte fordelingslag og fordelingskanaler ofte brukt mellom vakuumposen og fibermaterialet. The leaf shell halves as such are typically produced by vacuum infusion where evenly distributed fibers, fiber mats, which can be fiber bundles, ribbons or mats can be felt mats or single fibers or woven fiber mats, are placed in a mold and covered by a vacuum bag. By creating a vacuum (typically 80-90%) in the cavity between the inner surface of the casting part and the vacuum bag, resin is sucked into and fills the cavity with fiber material. To achieve optimal distribution of the resin, so-called distribution layers and distribution channels are often used between the vacuum bag and the fiber material.

Den brukte polymer er typisk polyester eller epoksy og fiberforsterkningen er vanligvis basert på glassfiber. Det er også kjent å bruke karbonfibere som er stivere enn glassfibere, mens som har en mindre bruddforlengelse enn glassfibrene. Karbonfibrene kan tilsettes for å oppnå en høyere grad av stivhet og/eller lavere vekt. Det er således mulig å la en del av fibersterkningen bestå av karbonfibere for minske vekten av bladet uten at bladet mister for mye av stivheten. Karbonfibere har imidlertid den ulempe at de er vesentlig dyrere enn glassfibere, hvilket er en av årsakene til hvorfor vindturbinblader av karbonfiberforsterket polymer ikke brukes i stor utstrekning. The polymer used is typically polyester or epoxy and the fiber reinforcement is usually based on fiberglass. It is also known to use carbon fibers which are stiffer than glass fibres, while having a smaller elongation at break than the glass fibres. The carbon fibers can be added to achieve a higher degree of stiffness and/or lower weight. It is thus possible to let part of the fiber reinforcement consist of carbon fibers to reduce the weight of the blade without the blade losing too much of its stiffness. However, carbon fibers have the disadvantage that they are significantly more expensive than glass fibers, which is one of the reasons why wind turbine blades made of carbon fiber reinforced polymer are not widely used.

Fra WO 00/14405, er det kjent å forsterke et vindturbinblad av glassfiberpolymer med langsgående bånd av karbonfiberforsterket polymer. From WO 00/14405, it is known to reinforce a wind turbine blade of glass fiber polymer with longitudinal bands of carbon fiber reinforced polymer.

US 6 287 122 beskriver fremstillingen av langstrakte komposittprodukter, hvor en variasjon av produktets stivhet langs lengden oppnås ved å endre fiberinnholdet eller vinklingen av flettede fibere. US 6,287,122 describes the production of elongated composite products, where a variation of the product's stiffness along the length is achieved by changing the fiber content or the angle of braided fibers.

US 5 520 532 beskriver en støpedel av fiberforsterket polymer av varierende stivhet som oppnås ved å variere antall fibermattelag. US 5,520,532 describes a casting part of fiber-reinforced polymer of varying stiffness, which is obtained by varying the number of fiber mat layers.

US 4 077 740 beskriver et rotorblad for et helikopter av fiberkomposittmateriale, idet stivheten av bladet varierer i den langsgående retning. Dette oppnås ved å variere fibertetningen for å oppnå forbedret vibrasjonsdempning. US 4,077,740 describes a rotor blade for a helicopter made of fiber composite material, the stiffness of the blade varying in the longitudinal direction. This is achieved by varying the fiber seal to achieve improved vibration damping.

Egenvekten av moderne glassfiberblader utgjør et problem ved at et høyt egenvektmoment krever høy tretthetsmotstand i bladets kantretning. Dette problemet øker med bladenes lengde. The self-weight of modern fiberglass blades poses a problem in that a high self-weight moment requires high fatigue resistance in the edge direction of the blade. This problem increases with the length of the leaves.

Formålet med oppfinnelsen er å løse ovennevnte problem på en enkel og rimelig måte. The purpose of the invention is to solve the above-mentioned problem in a simple and reasonable way.

Ifølge oppfinnelsen oppnås formålet ved at bladet deles i en indre endedel med bladroten og som er vesentlig fri for glassfiberforsterket polymer, og en ytre endedel med bladspissen og som vesentlig er fremstilt av karbonfiberforsterket polymer. Vekten blir således redusert i den ytterste del, hvorved egenvektmomentet minimeres. Mindre materiale og/eller et mindre tverrsnitt er således nødvendig i den innerste del av bladet og belastningen på turbinnavet reduseres. Den ytterste del av bladet kan videre være forsynt med en økt stivhet slik at risikoen for at bladet bøyer seg såpass mye at bladspissen slår mot turbintårnet reduseres. Et slikt vindturbinblad er rimeligere å fremstille enn et blad som bare er fremstilt av karbonfiberforsterket polymer. According to the invention, the purpose is achieved by dividing the blade into an inner end part with the leaf root and which is essentially free of glass fiber reinforced polymer, and an outer end part with the blade tip and which is essentially made of carbon fiber reinforced polymer. The weight is thus reduced in the outermost part, whereby the self-weight moment is minimised. Less material and/or a smaller cross-section is thus required in the innermost part of the blade and the load on the turbine hub is reduced. The outermost part of the blade can also be provided with increased stiffness so that the risk of the blade bending so much that the blade tip hits the turbine tower is reduced. Such a wind turbine blade is less expensive to manufacture than a blade made only of carbon fiber reinforced polymer.

Ved en viss grad av stivhet kan egenvekten reduseres ved å bruke karbonfibere i ytre enden, hvorved de dynamiske lastene på bladskallet og bladroten også kan reduseres siden delene delvis er følsom for dynamiske laster. With a certain degree of stiffness, the specific weight can be reduced by using carbon fibers at the outer end, whereby the dynamic loads on the leaf sheath and the leaf root can also be reduced since the parts are partly sensitive to dynamic loads.

Ved å endre karbonfiberinnholdet i den ytre enden, eller lengden derav, kan stivheten og de naturlige frekvenser varieres. Stivheten og de naturlige frekvenser kan således optimeres til de spesifikke forhold. By changing the carbon fiber content of the outer end, or the length thereof, the stiffness and the natural frequencies can be varied. The stiffness and the natural frequencies can thus be optimized for the specific conditions.

En relativt stiv ytre endedel og en relativt stiv indre endedel fører til en fordelaktig avbøyningsform når det gjelder aerodynamisk dempning, idet dempningen er avhengig av den integrerte avbøyning langs bladet under en vibrasjon. En økt aerodynamisk dempning er fordelaktig ved at den aerodynamiske last således blir redusert. A relatively stiff outer end part and a relatively stiff inner end part lead to an advantageous deflection shape in terms of aerodynamic damping, the damping being dependent on the integrated deflection along the blade during a vibration. An increased aerodynamic damping is advantageous in that the aerodynamic load is thus reduced.

Sammenliknet med et blad som bare er fremstilt av glassfiberforsterket polymer eller blad fremstilt bare av karbonfiberforsterket polymer, gir et blad ifølge oppfinnelsen et optimalt stivhets/kostnadsforhold. Compared to a blade made only of glass fiber reinforced polymer or a blade made only of carbon fiber reinforced polymer, a blade according to the invention provides an optimal stiffness/cost ratio.

Ifølge en utførelse utgjør den ytre endedelen mellom 25 % og 50 % av bladets hele lengde. According to one embodiment, the outer end part constitutes between 25% and 50% of the entire length of the blade.

Den ytre endedelen kan imidlertid utgjøre 5 %, 10 %, 15 %, 20 %, 25 %, 30 %, 35 %, 40 %, 45 %, 50 %, 55 %, 60 %, 65 %, 70 %, 75 %, 80 %, 85 % eller til og med 90 % av bladets lengde. However, the outer end part can be 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 35%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75% , 80%, 85% or even 90% of the blade's length.

Ifølge en foretrukket utførelse kan den ytre endedelen motstående blad spissen omfatte en overgangssone hvor karbonfibrene gradvis erstattes av glassfibere. Som resultat unngås en brå endring i bladstivheten i overgangsområdet mellom karbonfibrene og glassfibrene. Ved tunge dynamiske eller statiske belastninger, vil en brå overgang mellom karbonfibrene og glassfibrene forårsake en konsentrasjon av belastning, idet karbonfibrene typisk er 3-4 ganger stivere enn glassfibrene. Dette kan føre til en risiko for at bladet ødelegges. Ved å bruke en slik overgangssone unngås en tung belastningskonsentrasjon ved grenseflaten mellom karbonfibrene og glassfibrene. According to a preferred embodiment, the outer end part opposite the blade tip can comprise a transition zone where the carbon fibers are gradually replaced by glass fibers. As a result, an abrupt change in the blade stiffness in the transition area between the carbon fibers and the glass fibers is avoided. In case of heavy dynamic or static loads, an abrupt transition between the carbon fibers and the glass fibers will cause a concentration of load, as the carbon fibers are typically 3-4 times stiffer than the glass fibers. This may lead to a risk of the blade being destroyed. By using such a transition zone, a heavy load concentration at the interface between the carbon fibers and the glass fibers is avoided.

Ifølge en utførelse kan lengden av overgangssonen være mellom 0,5 og 1 meter. Er lengdepunktet 10 meter eller mer enn 10 meter kan imidlertid også være foretrukket. According to one embodiment, the length of the transition zone can be between 0.5 and 1 meter. However, if the longitudinal point is 10 meters or more than 10 metres, it may also be preferred.

Ifølge oppfinnelsen kan de to fibertypene fordeles slik i polymermatrisen at karbonfibere eller karbonfiberbunter av varierende lengde strekker seg fra en første ende av overgangssonen, og glassfibrene eller glassfiberbuntene strekker seg fra den motstående ende av overgangssonen, hvorved det åpnes en særlig jevn stivhetsovergang. According to the invention, the two fiber types can be distributed in the polymer matrix in such a way that carbon fibers or carbon fiber bundles of varying length extend from a first end of the transition zone, and the glass fibers or glass fiber bundles extend from the opposite end of the transition zone, whereby a particularly even stiffness transition is opened.

Ifølge en annen utførelse kan overgangssonen dannes av et laminat av flere fiberlag, idet hvert fiberlag har en grenseflate ved en posisjon i den langsgående retning, idet fiberlaget omfatter karbonfibere på den ene side av grenseflaten og glassfibere på den andre side av grenseflaten, idet grenseflatene av hvert fiberlag er forskjøvet i forhold til hverandre i bladets langsgående retning. Som et resultat oppnås en gradvis endring i stivhet i overgangssonen på en særlig enkel måte. According to another embodiment, the transition zone can be formed by a laminate of several fiber layers, each fiber layer having an interface at a position in the longitudinal direction, the fiber layer comprising carbon fibers on one side of the interface and glass fibers on the other side of the interface, the interfaces of each fiber layer is offset relative to each other in the blade's longitudinal direction. As a result, a gradual change in stiffness in the transition zone is achieved in a particularly simple way.

Ifølge en utførelse kan grenseflatene være taggete i et snitt parallelt med fiberlagene. En enda jevnere overgang i stivhet oppnås således i overgangssonen. Spissene av de taggete grenselag kan forskyves i forhold til hverandre i bladets tverretning. Som resultat oppnås en ekstra jevn variasjon i overgangssonens stivhet. According to one embodiment, the interface surfaces can be jagged in a section parallel to the fiber layers. An even smoother transition in stiffness is thus achieved in the transition zone. The tips of the serrated boundary layers can be displaced in relation to each other in the transverse direction of the blade. As a result, an extra even variation in the stiffness of the transition zone is achieved.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet i detalj under henvisning til eksempler på utførelser og vedlagte tegninger, hvor The invention will now be described in detail with reference to examples of embodiments and attached drawings, where

figur 1 viser en vindturbin med tre blader, figure 1 shows a wind turbine with three blades,

figur 2 viser et blad ifølge en utførelse av oppfinnelsen, figure 2 shows a blade according to an embodiment of the invention,

figur 3 viser en kontinuerlig variasjon av det kvantitative forhold av karbonfibere i forhold til glassfibere ifølge en særlig utførelse av oppfinnelsen, figure 3 shows a continuous variation of the quantitative ratio of carbon fibers in relation to glass fibers according to a particular embodiment of the invention,

figur 4 viser en kontinuerlig variasjon av det kvantitative forhold mellom glasskarbonfibere og glassfibere ifølge en annen utførelse av oppfinnelsen, figure 4 shows a continuous variation of the quantitative ratio between glass carbon fibers and glass fibers according to another embodiment of the invention,

figur 5 viser en kontinuerlig variasjon av det kvantitative forhold av karbonfibere i forhold til glassfibere ifølge en tredje, særlig utførelse av oppfinnelsen, figure 5 shows a continuous variation of the quantitative ratio of carbon fibers in relation to glass fibers according to a third, particular embodiment of the invention,

figur 6 viser skjemaer hvordan det kvantitative forhold av karbonfibere i forhold til glassfibere kan varieres i overgangssonen. figure 6 shows schematics how the quantitative ratio of carbon fibers in relation to glass fibers can be varied in the transition zone.

Figur 1 viser en moderne vindturbin med et tårn 12 med et nav 13 og tre vindturbinblader 13 som strekker seg fra navet. Figur 2 viser en utførelse av et vindturbinblad ifølge oppfinnelsen, hvor en indre endedel 15 med bladroten er fremstilt vesentlig av glassfiberforsterket polymer og hvor en ytre endedel 17 med bladspissen er vesentlig fremstilt av karbonfiberforsterket polymer. Mot den indre endedel 15, omfatter den ytre endedel 17 en overgangssone 16 hvor karbonfibrene gradvis erstattes av glassfibere, slik at det oppnås en gradvis endring i bladets stivhet. Figur 3 er et snitt av overgangssonen, hvor det kvantitative forhold mellom karbonfibere og glassfibere gradvis endres. Karbonfibrene 1 strekkes seg fra den venstre side av snittet i form av bunter eller enkle fibere av forskjellig lengde. Glassfibrene 2 er ikke synlige på figur 3, men de kompletterer karbonfibrene 1. Overgangen mellom de to fibertypene er således diffuse, slik at det oppnås en jevn overgang fra den ytre endedelen 17, som er vesentlig forsterket med karbonfiber 1, til den indre endedelen 15, som er vesentlig forsterket glassfibere 2. Figur 4 viser en andre utførelse hvor fibermatter av ikke-vevde fibere eller strikkede fiberbunter har blitt punchet, og forsynt med tagger i de indre endene. To matter av karbonfibere og/eller glassfibere i det samme fiberlaget har tilsvarende formede tagger og blander seg således med hverandre. To stablede fiberlagtagger kan være forskjøvet i forhold til hverandre, som vist på figur 4, hvorved dette oppnås med en jevn overgang mellom stivheten i området med karbonfibere vist på venstre side og stivheten i området med glassfibere vist på høyre side. Figur 4 viser skjematisk to stablete karbonfiberlag 3, 4 og tilsvarende glassfiberlag i området 5. Også vist på figur 4, er spissene 12 til taggene 11 av de to karbonfiberlagene 3, 4 forskjøvet i tverretningen for å sikre en jevn stivhetsovergang. En overgangssone mellom området med karbonfibere og områdene med glassfibere avgjøres således av taggenes lengde. Følgelig kan overgangssonen variere etter behov enten ved å forkorte eller forlenge taggenes lengde. Figur 5 viser en særlig enkel utførelse av overgangssonen mellom den ytre endedelen og den indre endedelen. Figur 5 viser skjematisk fire stablede fiberlag med et karbonfiberlag 6 og et glassfiberlag 7. Hvert fiberlag har en grenseflate 10 hvor karbonfibrene erstattes av glassfibere, idet en overgangssone av en viss lengde oppnås i den grenseflatene 10 er forskjøvet i forhold til hverandre. Lengden av overgangssonen kan naturligvis varieres etter behov ved å forskyve grenseflatene mer eller mindre i forhold til hverandre og/eller ved å bruke flere fiberlag. Figur 6 er et skjematisk riss av det kvantitative forhold mellom karbonfibrene og glassfibrene i bladets langsgående retning. Den første sone I tilsvarer den ytre endedelen 17 og den andre sone III tilsvarer den indre endedelen 15 av bladet. En overgangssone II er tilveiebrakt mellom de to soner, idet forholdet mellom glassfibrene 9 i nevnte sone gradvis øker fra nivået i den første sone I til nivået i den andre sone III. Figur 6a viser således en utførelse hvor den første sone I bare er dannet av karbonfibere 8 og den andre sone III bare er dannet av glassfibere 9. Figur 6b viser en utførelse hvor den første sone I bare er fremstilt av karbonfibere 8 og den andre sone III omfatter en konstant, mindre mengde av karbonfibere 8 og en konstant større mengde glassfibere 9. Figur 6c viser en utførelse hvor den første sone I omfatter en konstant større mengde av karbonfibere 8 og en konstant mindre mengde glassfiber 9, og hvor den andre sone III bare er fremstilt av glassfibere 9. Figur 6d viser en utførelse hvor den første sone I omfatter en konstant større del av karbonfibere 8 og en konstant mindre mengde glassfibere 9, og hvor den andre sone III omfatter en mindre, konstant mengde av karbonfibere og en større konstant mengde glassfibere 9. Figur 6a viser skjematisk en foretrukket utførelse av et vindturbinblad hvor den første sone I tilsvarer den ytre endedelen av bladet med bladspissen og hvor den andre sone III tilsvarer den indre endedelen av bladet med bladroten. Forsterkningsmaterialet for den ytre endedelen er således bare fremstilt av karbonfibere, mens den indre endedelen av bladroten bare er fremstilt av glassfibere. Følgelig kan den ytre endedelen Figure 1 shows a modern wind turbine with a tower 12 with a hub 13 and three wind turbine blades 13 extending from the hub. Figure 2 shows an embodiment of a wind turbine blade according to the invention, where an inner end part 15 with the blade root is made essentially of glass fiber reinforced polymer and where an outer end part 17 with the blade tip is made essentially of carbon fiber reinforced polymer. Towards the inner end part 15, the outer end part 17 comprises a transition zone 16 where the carbon fibers are gradually replaced by glass fibers, so that a gradual change in the stiffness of the blade is achieved. Figure 3 is a section of the transition zone, where the quantitative ratio between carbon fibers and glass fibers gradually changes. The carbon fibers 1 extend from the left side of the cut in the form of bundles or single fibers of different lengths. The glass fibers 2 are not visible in figure 3, but they complement the carbon fibers 1. The transition between the two fiber types is thus diffuse, so that a smooth transition is achieved from the outer end part 17, which is substantially reinforced with carbon fiber 1, to the inner end part 15 , which is substantially reinforced with glass fibers 2. Figure 4 shows a second embodiment where fiber mats of non-woven fibers or knitted fiber bundles have been punched and provided with tags at the inner ends. Two mats of carbon fibers and/or glass fibers in the same fiber layer have similarly shaped tags and thus mix with each other. Two stacked fiber layer tags can be offset in relation to each other, as shown in figure 4, whereby this is achieved with a smooth transition between the stiffness in the area with carbon fibers shown on the left side and the stiffness in the area with glass fibers shown on the right side. Figure 4 schematically shows two stacked carbon fiber layers 3, 4 and corresponding glass fiber layers in the area 5. Also shown in Figure 4, the tips 12 of the tags 11 of the two carbon fiber layers 3, 4 are offset in the transverse direction to ensure a smooth stiffness transition. A transition zone between the area with carbon fibers and the areas with glass fibers is thus determined by the length of the tags. Consequently, the transition zone can vary as needed either by shortening or lengthening the length of the tags. Figure 5 shows a particularly simple embodiment of the transition zone between the outer end part and the inner end part. Figure 5 schematically shows four stacked fiber layers with a carbon fiber layer 6 and a glass fiber layer 7. Each fiber layer has an interface 10 where the carbon fibers are replaced by glass fibers, with a transition zone of a certain length being obtained in which the interfaces 10 are offset in relation to each other. The length of the transition zone can of course be varied as needed by displacing the boundary surfaces more or less in relation to each other and/or by using several fiber layers. Figure 6 is a schematic view of the quantitative ratio between the carbon fibers and the glass fibers in the blade's longitudinal direction. The first zone I corresponds to the outer end part 17 and the second zone III corresponds to the inner end part 15 of the blade. A transition zone II is provided between the two zones, the ratio between the glass fibers 9 in said zone gradually increases from the level in the first zone I to the level in the second zone III. Figure 6a thus shows an embodiment where the first zone I is only formed of carbon fibers 8 and the second zone III is only formed of glass fibers 9. Figure 6b shows an embodiment where the first zone I is only made of carbon fibers 8 and the second zone III comprises a constant, smaller quantity of carbon fibers 8 and a constantly larger quantity of glass fibers 9. Figure 6c shows an embodiment where the first zone I comprises a constantly larger quantity of carbon fibers 8 and a constantly smaller quantity of glass fibers 9, and where the second zone III only is made of glass fibers 9. Figure 6d shows an embodiment where the first zone I comprises a constantly larger part of carbon fibers 8 and a constantly smaller quantity of glass fibers 9, and where the second zone III comprises a smaller, constant quantity of carbon fibers and a larger constant amount of glass fibers 9. Figure 6a schematically shows a preferred embodiment of a wind turbine blade where the first zone I corresponds to the outer end part of the blade with the blade tip and where the second zone III corresponds to the inner terminal part of the leaf with the leaf root. The reinforcement material for the outer end part is thus only produced from carbon fibres, while the inner end part of the leaf root is only produced from glass fibres. Consequently, the outer end part can

omfatte en overgangssone II, hvor karbonfibrene og glassfibrene gradvis erstatter hverandre. Denne overgangssone II kan ha en begrenset lengde på for eksempel 0,5-1 meter. Bladet kan imidlertid også være utført ifølge utførelsene vist på figur 6b-6d. include a transition zone II, where the carbon fibers and glass fibers gradually replace each other. This transition zone II can have a limited length of, for example, 0.5-1 meter. However, the blade can also be made according to the designs shown in Figures 6b-6d.

En overgangssone kan være tilveiebrakt til bladet under fiberleggingen som sådan i støpedelen. Det er imidlertid også mulig å bruke prefabrikkerte overgangslaminater fremstilt ifølge prinsippene vist på figur 3, 4 og 5. Slike prefabrikkerte overgangslaminater er fordelaktig under fremstillingen, ved at fiberleggingstiden vesentlig er den samme som ved produksjon av konvensjonelle vindturbinblader ved at samme materiale brukes i hele bladets langsgående retning. A transition zone may be provided to the blade during the fiber laying as such in the casting part. However, it is also possible to use prefabricated transition laminates produced according to the principles shown in figures 3, 4 and 5. Such prefabricated transition laminates are advantageous during production, in that the fiber laying time is essentially the same as in the production of conventional wind turbine blades, in that the same material is used throughout the blade's longitudinal direction.

Hvis en eksisterende vindturbin skal forsynes med lengre blader, kan dette oppnås ved å erstatte den ytterste delen av bladet av en overgangssone med en eller flere overgangslaminater og en karbonfiberspiss. Vekten av bladet er ikke eller kun litt øket sammenliknet med de opprinnelige bladene fremstilt bare av glassfiberforsterket polymer. Eventuelt kan helt nye blader fremstilles for en eksisterende vindturbin, eller den ytterste delen av bladene kan kuttes av og erstattes av en karbonfiberspiss med eller uten en overgangssone. If an existing wind turbine is to be provided with longer blades, this can be achieved by replacing the outermost part of the blade by a transition zone with one or more transition laminates and a carbon fiber tip. The weight of the blade is not or only slightly increased compared to the original blades made only of glass fiber reinforced polymer. Alternatively, completely new blades can be fabricated for an existing wind turbine, or the outermost part of the blades can be cut off and replaced by a carbon fiber tip with or without a transition zone.

Fordeler ifølge oppfinnelsen er især oppnådd ved å fremstille de lastbærende deler av den ytre endedelen vesentlig av karbonfiberforsterket polymer. De lastbærende deler omfatter hovedlaminater i form av langsgående fiberforsterkede polymerbånd i bladskallets suge- og trykksider som befinner seg lengst bort fra bladets tverrsnitt. Laminatene som forsterker bladet i kantretningen ved bladets fremre og bakre kant, kan også med fordel være fremstilt av karbonfiberforsterket polymer i bladets ytre endedel. Advantages according to the invention have been achieved in particular by producing the load-bearing parts of the outer end part essentially from carbon fiber reinforced polymer. The load-bearing parts comprise main laminates in the form of longitudinal fibre-reinforced polymer bands in the suction and pressure sides of the blade shell which are located farthest from the blade's cross-section. The laminates which reinforce the blade in the edge direction at the front and rear edge of the blade can also advantageously be made of carbon fiber reinforced polymer in the outer end part of the blade.

Hovedlaminatene kan fortrinnsvis være tilveiebrakt som hybridmatter hvor jevnt fordelte matter eller bunter enten av glassfiber eller karbonfibere er fordelt over hele tverrsnittsarealet. The main laminates can preferably be provided as hybrid mats where evenly distributed mats or bundles of either glass fiber or carbon fibers are distributed over the entire cross-sectional area.

For å beskytte seg mot tordenvær kan det være fordelaktig å gjøre den ytterste del av bladspissen helt av glassfiber for å sikre at lynnedslag når en spesielt bygget lynmottaker og ikke det elektrisk ledende karbonfibermateriale. To protect against thunderstorms, it can be advantageous to make the outermost part of the blade tip entirely of fiberglass to ensure that lightning strikes reach a specially built lightning receiver and not the electrically conductive carbon fiber material.

Prøver har vist at de ytterste deler av karbonfibrene i overgangssonen kan brytes ved bøyning av overgangssonen, men dette er ikke en helt uønsket effekt ettersom den bidrar til ytterligere utjevning av stivhetsovergangen. Hyppigheten av brutte fibere kan således være høy, men ikke kritisk, ettersom de omgis av mer bøyelige glassfibere. Imidlertid vil de brutte fibrene fremdeles bidra til å redusere bøyningen og således brekkasjen av andre fibere. Den gradvis og jevne overgang mellom egenskapene av komposittmaterialet, som er basert på glassfibere og karbonfibere, oppnår således av to faktorer. Den faktor er fordelingen av stive og bøyelige fibere for å oppnå en jevn overgang fra det stive til det bøyelige området. Den andre faktor er ikke-kritisk brekkasje som ytterligere jevner ut overgangen. En annen utførelse som ikke er vist, av et vindturbinblad ifølge oppfinnelsen, kan oppnås ved hjelp av en såkalt besprutningsprosess. I denne fremgangsmåte brukes sprøytepistol for polymermaterialet og en blanding av kappede fibere av de to typer blir ført inn i en resinstrøm og sprøytet inn i formen. Ved å variere blandingsforholdet under besprutningen, kan den tiltenkte overgangssone oppnås. Tests have shown that the outermost parts of the carbon fibers in the transition zone can break when bending the transition zone, but this is not a completely undesirable effect as it contributes to further smoothing the stiffness transition. The frequency of broken fibers can thus be high, but not critical, as they are surrounded by more flexible glass fibers. However, the broken fibers will still contribute to reducing the bending and thus the breakage of other fibers. The gradual and smooth transition between the properties of the composite material, which is based on glass fibers and carbon fibers, is thus achieved by two factors. That factor is the distribution of rigid and flexible fibers to achieve a smooth transition from the rigid to the flexible area. The second factor is non-critical breakage which further smooths the transition. Another embodiment, not shown, of a wind turbine blade according to the invention, can be achieved by means of a so-called spraying process. In this method, a spray gun is used for the polymer material and a mixture of chopped fibers of the two types is fed into a resin stream and sprayed into the mold. By varying the mixing ratio during spraying, the intended transition zone can be achieved.

Bruddforlengelsen for glassfibere er typisk omtrent 4,8 %, mens den typisk varierer mellom 0,3 % og 1,4 % for karbonfibere. Youngs Modulus av glassfibere er omtrent 73 000 MPa, mens Youngs Modulus av karbonfibere (gjennomsnittmodul) er typisk 245 000 MPa. Karbonfibere er typisk 3-4 ganger stivere enn glassfibere. Tettheten av glass er omtrent 2,54 g/cm<3>, mens tettheten for karbon er omtrent 1,75 g/cm<3>. The elongation at break for glass fibers is typically about 4.8%, while it typically varies between 0.3% and 1.4% for carbon fibers. The Young's Modulus of glass fibers is approximately 73,000 MPa, while the Young's Modulus of carbon fibers (average modulus) is typically 245,000 MPa. Carbon fibers are typically 3-4 times stiffer than glass fibers. The density of glass is about 2.54 g/cm<3>, while the density of carbon is about 1.75 g/cm<3>.

Claims

1. Wind turbine blade (14) of fiber-reinforced polymer, characterized in that they are divided into an inner part (15) with the blade root and made essentially of glass fiber-reinforced polymer, and an outer part (17) with the blade tip essentially made of carbon fiber-reinforced polymer.

2. Wind turbine blade (14) according to claim 1, characterized in that the outer end part (17) constitutes between 25 and 50% of the entire length of the blade (14).

3. Wind turbine blade (14) of fiber-reinforced polymer according to claim 1 or 2, characterized in that the outer end part (17) opposite the blade tip comprises a transition zone (16) where the carbon fibers are gradually replaced by glass fibers.

4. Wind turbine blade (14) according to claim 3, characterized in that the length of the transition zone (16) is between 0.5 and 1 meter.

5. Wind turbine blade (14) according to claim 3 or 4, characterized in that two types of fibers are distributed in the polymer matrix in such a way that the carbon fibers or carbon fiber bundles (1) of varying length extend from a first end of the transition zone (II) and the glass fibers or glass fiber bundles (2) extend itself from the opposite end of the transition zone (II).

6. Wind turbine blade (14) according to claim 3 or 4, characterized in that the transition zone (II) is formed by a laminate of several fiber layers (6, 7) where each fiber layer has an interface (10) at a position in the longitudinal direction, the fiber layer comprises carbon fibers (6) on one side of the interface and glass fibers (7) on the other side of the interface, the interfaces (10) of each fiber layer being offset relative to each other in the longitudinal direction of the blade (14).

7. Wind turbine blade (14) according to claim 6, characterized in that the boundary surfaces (11) are serrated in a section parallel to the fiber layers (3,4, 5).

8. Wind turbine blade (14) according to claim 7, characterized in that the tips (12) of the serrated boundary surfaces (11) are offset relative to each other in the transverse direction of the blade (14).