RS67232B1

RS67232B1 - Glavna greda za lopaticu vetroturbine i način njene izrade

Info

Publication number: RS67232B1
Application number: RS20250924A
Authority: RS
Inventors: Yuan Liang; Lars Overgaard; Jianxu Sun; Lei Zhuang
Original assignee: Envision Energy Tech Pte Ltd
Priority date: 2020-02-18
Filing date: 2020-02-18
Publication date: 2025-10-31
Also published as: AU2020430267A1; AU2020430267B2; US20230074942A1; PL4108908T3; ES3040236T3; WO2021163875A1; SA522440165B1; BR112022016449A2; EP4108908A4; CN113544379A; EP4108908B1; EP4108908A1; US11905921B2; EP4108908C0

Description

Opis

Oblast tehnike

[0001] Predmetni pronalazak se generalno odnosi na oblast vetroturbina, a posebno na glavnu gredu za lopaticu vetroturbine. Nadalje, predmetni pronalazak se odnosi na postupak za izradu ove glavne grede.

Stanje tehnike

[0002] U poslednjim godinama, kako zemlje posvećuju sve veću pažnju zaštiti životne sredine, u svetu je primećen trend brzog razvoja u oblasti čiste energije. Čista energija, kao novi tip energije, ima prednosti široke raspodeljenosti, obnovljivosti i manjeg zagađenja životne sredine u poređenju sa tradicionalnim fosilnim gorivima. Kao najperspektivniji predstavnik čiste energije, primena vetroturbina je u porastu i očekuje se da će dalje zamenjivati tradicionalnu fosilnu energiju.

[0003] Lopatice vetroturbine su važni delovi vetroturbine za hvatanje energije vetra. Lopatice postavljene na glavčinu vetroturbine rotiraju se pod uticajem energije vetra kako bi generisale uzgonsku silu, koja se dalje pretvara u obrtni moment putem prenosnog lanca u gondoli da bi se pokrenuo generator i proizvela električnu energiju. Pod istim okolnostima, što je veći impeler sastavljen od lopatica, više energije vetra može biti uhvaćeno, zbog čega lopatice vetroturbine postaju sve duže i duže.

[0004] Kako lopatice postaju sve duže, prostor ispod lopatice (udaljenost od vrha lopatice vetroturbine do tornja, što je važan sigurnosni parametar) postaje usko grlo, te je neophodno razviti nove materijale za lopatice ili dizajn lopatica kako bi se povećao ovaj prostor. Glavna greda lopatice je komponenta koja doprinosi oko 90% krutosti zamaha, što u osnovi određuje veličinu dostupnog prostora ispod lopatice.

[0005] Dokumenti US 2013/340385 A1, US 2017/218918 A1 i EP 2778 393 A2 opisuju primere lopatica vetroturbina i njihove postupke sklapanja. Nadalje, dokument CN 108284 623 A opisuje glavnu gredu za lopaticu vetroturbine, konstruisanu bez vakuumske infuzije.

[0006] Ugljenična vlakna su materijal visokog modula i velike čvrstoće, ali su istovremeno i skupa. Stoga, način razumnog uvođenja ugljeničnih vlakana u lopatice kako bi se povećao razmak do tornja i minimizirali troškovi lopatica predstavlja važnu istraživačku temu za velike kompanije u oblasti vetroenergije. Zbog visoke cene glavne grede od čistih ugljeničnih vlakana i dugog vremena povraćaja ulaganja, pojavljuju se razni hibridni materijali sa ugljeničnim vlaknima u skladu sa zahtevima vremena. Hibridni materijali sa ugljeničnim vlaknima formiraju se dodavanjem određene količine ugljeničnih vlakana tradicionalnim materijalima od staklenih vlakana. Hibridni materijali sa ugljeničnim vlaknima mogu pokušati da balansiraju performanse i troškove.

[0007] Međutim, trenutni hibridni materijali sa ugljeničnim vlaknima uglavnom imaju sledeća ograničenja.

[0008] 1. Postupak mešanja hibridnih materijala sa ugljeničnim vlaknima se pretežno sprovodi na nivou materijala. Na primer, ugljenična vlakna i staklena vlakna se mešaju i tkaju u istom sloju tkanine u različitim proporcijama snopova vlakana, ili se mešaju sloj ugljeničnih vlakana i sloj staklenih vlakana. Ovaj način mešanja ima izuzetno ograničenu slobodu dizajna, a proporcija mešanja vlakana je potpuno kontrolisana od strane dobavljača materijala. Za različite tipove lopatica, mogu se birati samo materijali sa fiksnim odnosom mešanja, što ne može zadovoljiti potrebe za prilagođavanjem za svaki model.

[0009] 2. Konačna mehanička svojstva ugljeničnih vlakana su u velikoj meri pod uticajem procesa, tako da je stabilan proces proizvodnje ključan za stabilnost performansi krajnjeg proizvoda. Hibridni materijali od ugljeničnih i staklenih vlakana (tj. smeša ugljeničnih i staklenih vlakana) generalno koriste proces infuzije, pri čemu se višeslojni hibridni materijali od ugljeničnih i staklenih vlakana preklapaju i infuzuju zajedno, ili se nekoliko slojeva ugljeničnih vlakana i nekoliko slojeva tkanine od staklenih vlakana preklapaju i infuzuju zajedno. Međutim, proces infuzije ovog materijala je sklon nedostacima kao što su mehurići i nabori, što u velikoj meri ugrožava konačna svojstva.

[0010] Postoji potreba za novom glavnom gredom vetroturbine ili materijalom za glavnu gredu koji bar delimično eliminiše gore navedena ograničenja.

SUŠTINA PREDMETNOG PRONALASKA

[0011] Cilj predmetnog pronalaska je da obezbedi glavnu gredu za lopaticu vetroturbine i postupak njene izrade, pri čemu se kroz glavnu gredu i/ili postupak mogu podešavati različita svojstva lopatice, kao što je krutost, uz smanjenje količine ugljeničnih vlakana. Istovremeno, poboljšava se sposobnost glavne grede da prati zakrivljeni kalup, a nedostaci poput mehurića i nabora se smanjuju, čime se poboljšava potrebna krutost i radni vek glavne grede.

[0012] U prvom aspektu predmetnog pronalaska, navedeni cilj je rešen glavnom gredom za lopaticu vetroturbine, koja sadrži:

jedan ili više pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana, pri čemu svako od pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana sadrži jedan ili više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana, a pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana su složeni duž pravca debljine pultrudiranih tela, pri čemu se pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana formiraju očvršćavanjem prvog infuzioneg materijala;

jedan ili više umetaka, koji su raspoređeni pored pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana u pravcu koji je normalan na pravac debljine glavne grede;

jedan ili više nadslojeva, koji prekrivaju samo pultrudirane elemente od ugljeničnih vlakana sa obe strane u pravcu debljine glavne grede; i

drugi infuzioni materijal, koji impregnira pultrudirana tela od ugljeničnih vlakana, umetke i nadslojeve.

[0013] Umetci sadrže:

glavno telo umetaka, čija je debljina d1 manja ili jednaka zbiru D debljina susednih pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana i nadslojeva; i

prelazni deo umetaka, koji je raspoređen između glavnog tela umetaka i susednih pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana kako bi se formirao prelaz debljine, pri čemu debljina d2 varira između nule i D-d1 od glavnog tela umetaka do pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana.

[0014] Ovim tehničkim rešenjem može se postići bolja prilagodljivost glavne grede kalupu. Razlog je, prvo, što kada postoji prelazni deo na gornjem delu umetaka, nadslojevi treba da prekrivaju samo pultrudirana tela od ugljeničnih vlakana, čime se obezbeđuje veća pokretljivost u pravcu debljine glavne grede; drugo, budući da su umetci u pravcu debljine glavne grede sastavljeni od glavnog tela i prelaznog dela, obezbeđuje se veća pokretljivost u pravcu koji je normalan na pravac debljine glavne grede, kao što je pravac gornje linije. Ova pokretljivost olakšava formiranje željenog oblika površine, kao što je zakrivljena površina, materijala glavne grede pre infuzije, a oblik površine se može očvrsnuti i održati nakon infuzije.

[0015] U kontekstu predmetnog pronalaska, izraz „glavna greda” odnosi se na izduženu strukturu sa obe strane lopatice za ojačanje lopatice. Obično su glavne grede sa obe strane povezane sa rebrima koja se nalaze unutar lopatice kako bi podržala unutrašnji prostor lopatice. Izraz „umetak” odnosi se na strukturu određenog oblika ugrađenu u glavnu gredu. Izraz „pultrudirani list od ugljeničnih vlakana” odnosi se na materijal od ugljeničnih vlakana impregnirana infuzionim materijalom, dok izraz „pultrudirano telo od ugljeničnih vlakana” označava kompozitno telo sastavljeno od više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana i infuzionog materijala između njih. Poželjno je da umetak, pultrudirano telo od ugljeničnih vlakana u glavnoj gredi i nadsloj formiraju kontinualnu površinu glavne grede koja, po potrebi, ima željenu zakrivljenost. Izraz „impregnirati” odnosi se na infuziju infuzionog materijala u objekat infuzije i bar delimično vezivanje sa njim, a zatim na konačno očvršćavanje. Pored toga, materijal za infuziju od staklenih vlakana između pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana može biti drugi infuzioni materijal, tj. infuzija pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana i infuzija drugog infuzionog materijala mogu se obaviti u istom procesu, što može uštedeti proces. Međutim, materijal za infuziju od staklenih vlakana između pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana takođe može biti različit od drugog infuzionog materijala i biti infuziran u različitom procesu od drugog infuzionog materijala. Pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana i umetci mogu biti raspoređeni jedan pored drugog u pravcu koji je normalan na debljinu glavne grede, kao što su pravci dužine i širine glavne grede, kako bi formirali površinu glavne grede. U slučaju kada su pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana i umetci u obliku traka, pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana i umetci mogu biti raspoređeni jedan pored drugog u pravcu gornje linije glavne grede. Ovde izraz „pravac gornje linije” označava pravac koji je normalan na debljinu glavne grede i normalan na dužinu lopatice.

[0016] U poželjnom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, jedan ili više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana sadrže više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana, pri čemu je materijal za infuziju od staklenih vlakana obezbeđen između najmanje dva od više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana.

[0017] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, pultrudirana tela od ugljeničnih vlakana sadrže m pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana, a glavna greda sadrži n pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana, p umetaka i q nadslojeva, pri čemu su m, n, p i q celi brojevi od 1 do 100. Na primer, jedan ili više umetaka može biti postavljen na jednu ili obe strane svakog od pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana. Time se ne samo može podesiti broj umetaka, već se mogu podesiti i krutost i fleksibilnost umetaka kako bi se postigla željena prilagodljivost nakon sekundarne infuzije sa pultrudiranim telima od ugljeničnih vlakana, radi bolje formacije željene zakrivljene površine.

[0018] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, prvi infuzioni materijal sarži jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliestersku smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu. Pod učenjima predmetnog pronalaska, mogući su i drugi infuzioni materijali.

[0019] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, termoplastična smola sadrži jednu ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil hloridnu smolu, polistirensku smolu, kopolimer akrilonitril-butadien-stirensku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenilensulfidnu smolu. Pod učenjima predmetnog pronalaska, moguće su i druge termoplastične smole.

[0020] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, nadsloj sadrži tkaninu od staklenih vlakana ili netkani materijal od staklenih vlakana.

[0021] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, umetci sadrže jedan ili više od sledećih materijala: PVC penu, PET penu, PMI penu, drvo, saće-sendvič materijal, pultrudirani list od staklenih vlakana, tkaninu od staklenih vlakana, netkani materijal od staklenih vlakana i predivo od staklenih vlakana. Pod učenjima predmetnog pronalaska, mogući su i drugi materijali za umetke.

[0022] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, drugi infuzioni materijal sadrži jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliestersku smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu.

[0023] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, termoplastična smola sadrži jednu ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil-hloridnu smolu, polistirensku smolu, kopolimer akrilonitril-butadien-stirensku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenilensulfidnu smolu.

[0024] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, poprečni presek glavnog tela umetaka je pravougaonog oblika, a poprečni presek prelaznog dela umetaka je trougaonog oblika. U zavisnosti od različitih primena, mogu se koristiti različiti oblici glavnog tela umetaka i prelaznog dela umetaka. Na primer, oblik glavnog tela umetaka i prelaznog dela umetaka može se odrediti u skladu sa željenim konačnim oblikom glavne grede.

[0025] U drugom aspektu predmetnog pronalaska, navedeni cilj je rešan postupkom za izradu glavne grede za lopaticu vetroturbine, pri čemu postupak obuhvata sledeće korake:

obezbeđivanje jednog ili više pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana, pri čemu svako od pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana sadrži jedan ili više pultrudiranih listova od ugljeničnih vlakana, gde su pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana naslagani duž pravca debljine, pri čemu se pultrudirani listovi od ugljeničnih vlakana formiraju očvršćavanjem prvog infuzionog materijala, pri čemu je materijal za infuziju od staklenih vlakana raspoređen između svaka dva pultrudirana lista od ugljeničnih vlakana; raspoređivanje jednog ili više umetaka pored pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana u pravcu koji je normalan na pravac debljine glavne grede;

raspoređivanje jednog ili više nadslojeva na pultrudirana tela od ugljeničnih vlakana i/ili umetke sa obe strane u pravcu debljine glavne grede; i

impregniranje pultrudiranih tela od ugljeničnih vlakana, umetaka i nadslojeva drugim infuzionim materijalom.

[0026] Raspoređivanje jednog ili više umetaka pored ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela u pravcu koji je normalan na pravac debljine glavne grede obuhvata sledeće korake:

raspoređivanje glavnog tela umetaka pored pultrudovanih tela vlakana, pri čemu je debljina d1 glavnog tela umetaka manja ili jednaka zbiru D debljina susednih ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela i nadslojeva; i

raspoređivanje prelaznog segmenta umetaka između glavnog tela umetaka i susednih ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela da bi se formirao prelazni segment umetka sa prelazom u debljini, pri čemu debljina d2 prelaza umetaka varira između nule i D–d1.

[0027] Ovim tehničkim rešenjem može se postići bolja sposobnost oblikovanja glavne grede. Razlog za to je, prvo, kada postoji prelaz na gornjem delu umetaka, nadslojevi treba da pokriju samo ugljenična vlaknasta pultrudovana tela, čime se obezbeđuje veća pokretljivost u pravcu debljine glavne grede; drugo, pošto su umetci sastavljeni od glavnog tela i prelaza u pravcu debljine glavne grede, obezbeđena je veća pokretljivost u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede, kao što je pravac gornje grede; pokretljivost olakšava formiranje željenog oblika površine, kao što je zakrivljena površina, materijala glavne grede pre infuzije, i time omogućava očvršćavanje uz zadržavanje oblika površine nakon infuzije.

[0028] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, raspoređivanje jednog ili više umetaka pored ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede obuhvata sledeće korake:

postavljanje umetaka sa obe strane svakog od ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela radi formiranja kontinualne kompozicije.

[0029] U proširenom tehničkom rešenju predmetnog pronalaska, obezbeđivanje jednog ili više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela obuhvata sledeće korake:

raspoređivanje jednog ili više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova naslaganih jedan na drugi duž pravca debljine, pri čemu su ugljenični vlaknasti pultrudovani listovi impregnisani i očvrsnuti prvim infuzionim materijalom; i

postavljanje infuzionog sloja od staklastih vlakana između svaka dva ugljenična vlaknasta pultrudovana lista radi sekundarne infuzije.

[0030] Predmetni pronalazak ima najmanje sledeće korisne efekte: (1) pronalazak bolje rešava problem mehurića vazduha i nabora u ugljeničnom vlaknastom mešanom materijalu putem dve infuzije, tj. infuzije ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i infuzije glavne grede. To je zato što se u predmetnom pronalasku samo ugljenično vlaknasto pultrudovano telo formira infuzijom više naslaga, dok se druga infuzija prvenstveno koristi za sekundarnu infuziju već impregniranog ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i umetka. Ovaj postupak je manje podložan mehurićima i naborima, jer se u ovom postupku impregnira značajno manji broj slojeva u poređenju sa stanjem tehnike u kome su ugljenični vlaknasti listovi i slojevi od staklastih vlakana raspoređeni jedan preko drugog. Budući da ugljenično vlaknasto pultrudovano telo zamenjuje većinu hibridnih vlaknastih naslaga, rizik od defekata kao što su mehurići vazduha i nabori u glavnoj gredi znatno je smanjen. (2) U predmetnom pronalasku, polaganjem ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i umetka u međusobnom kontaktu poboljšava se sposobnost oblikovanja izrađene glavne grede, tako da ona može bolje da nalegne na kalup i formira željeni oblik, kao što je zakrivljena površina. (3) Pošto se materijal, krutost, fleksibilnost, oblik i drugi parametri umetka mogu lako podešavati, različite fizičke i dimenzione karakteristike glavne grede, kao što su krutost, debljina, širina itd., mogu se lako i precizno podešavati. (4) Mešanje ugljeničnih i staklastih vlakana može se vršiti u razmeri projektovanja strukture greda, i nije ograničeno dobavljačima materijala. Odnos mešanja i oblik mogu se slobodno prilagođavati različitim modelima greda. Istovremeno, ugljenična vlakna se koriste u pultrudovanom obliku, dok staklasta vlakna mogu biti u obliku staklene vlaknaste tkanine. Putem sekundarne infuzije i zajedničkog očvršćavanja obezbeđuje se da se ugljenična vlakna koriste u obliku pultrudovanog materijala, čime se poboljšavaju performanse glavne grede.

DETALJAN OPIS CRTEŽA

[0031] Predmetni pronalazak je dalje opisan u nastavku sa pozivanjem na priložene crteže u vezi sa specifičnim tehničkim rešenjima.

Slika 1A – Slika 1D prikazuju različita tehnička rešenja glavnih greda prema predmetnom pronalasku.

Slika 2 prikazuje šematski dijagram vetroturbine koja koristi glavnu gredu prema predmetnom pronalasku.

Slika 3 prikazuje tok procesa postupka za izradu glavne grede za vetroturbinsku lopaticu prema predmetnom pronalasku.

OPIS TEHNIČKIH REŠENJA

[0032] Treba napomenuti da su različite komponente na različitim slikama mogu biti prikazane uvećane radi ilustracije i ne nužno u skladu sa razmerom. Na različitim slikama, identične ili funkcionalno identične komponente i ne nužno u skladu sa razmerom.

[0033] U predmetnom pronalasku, osim ako nije drugačije naznačeno, izrazi „raspoređeno na”, „raspoređeno preko” i „ raspoređeno preko” ne isključuju slučaj kada se između dve komponente nalazi međusloj. Pored toga, „raspoređeno na ili iznad” označava samo relativni položaj između dve komponente, i u određenim okolnostima, kao što je promena orijentacije proizvoda, može se takođe tumačiti kao „raspoređeno ispod ili niže” i obrnuto.

[0034] U predmetnom pronalasku, svako tehničko rešenje je namenjeno samo da ilustruje rešenje predmetnog pronalaska i ne traba ga tumačiti kao ograničavajuće.

[0035] U predmetnom pronalasku, osim ako nije drugačije naznačeno, kvantifikatori „a” i „an” ne isključuju scenario više elemenata.

[0036] Takođe treba istaći da se u tehničkim rešenjima predmetnog pronalaska, radi jasnoće i jednostavnosti, može prikazati samo deo komponenti ili sklopova, ali prosečni stručnjaci u ovoj oblasti mogu razumeti da se, prema učenju predmetnog pronalaska, potrebni delovi ili komponente mogu dodati prema specifičnim scenarijima.

[0037] Takođe treba istaći da u okviru predmetnog pronalaska izrazi „isti”, „jednak” i „jednak sa” ne znače da su dve vrednosti apsolutno iste, već dozvoljavaju određenu razumnu grešku, tj. ovi izrazi obuhvataju i značenja „suštinski isti”, „suštinski jednaki”, „suštinski jednaki sa”. Na sličan način, u predmetnom pronalasku, izrazi „normalno na”, „paralelno sa” i slični u pravcu tabele takođe obuhvataju značenja „suštinski normalno na” i „suštinski paralelno sa”.

[0038] Pored toga, numerisanje koraka svakog postupka prema predmetnom pronalasku ne ograničava redosled izvršavanja koraka postupka. Osim ako nije drugačije naznačeno, različiti koraci postupka mogu se izvršavati u drugačijem redosledu.

[0039] Predmetni pronalazak je dalje opisan u nastavku sa pozivanjem na priložene crteže u vezi sa specifičnim tehničkim rešenjima.

[0040] Slika 1A prikazuje prvo tehničko rešenje koje nije deo predmetnog pronalaska.

[0041] U prvom tehničkom rešenju, glavna greda 100 ima n ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela 101, p umetaka 102 i q nadslojeva 103, pri čemu je n=2, p=1 i q=2. Treba napomenuti da su brojevi n, p i q dati samo kao primer, i u drugim tehničkim rešenjima mogu biti postavljene različite vrednosti za n, p i q.

[0042] Konkretno, glavna greda 100 sadrži sledeće komponente:

Ugljenično vlaknasto pultrudovano telo 11, koje ima više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova 101a i drugi infuzioni materijal 101b, pri čemu su ugljenični vlaknasti pultrudovani listovi 101a raspoređeni tako da se preklapaju u pravcu debljine A glavne grede 100 i razdvojeni su drugim infuzionim materijalom 101b. Drugi infuzioni materijal 101b je, na primer, staklena vlaknasta tkanina ili netkana tkanina. U ovom tehničkom rešenju, staklena vlaknasta infuzija između ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova 101a predstavlja drugi infuzioni materijal 101b, što znači da su infuzija ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova 101a i infuzija drugog infuzionog materijala deo istog procesa, što može uštedeti proces. Međutim, u drugim tehničkim rešenjima, staklena vlaknasta infuzija između ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova 101a može biti različita od drugog infuzionog materijala 101b i može se infuzirati u posebnom procesu od drugog infuzionog materijala. Ovde je ugljenični vlaknasti pultrudovani list 101a, na primer, formiran očvršćavanjem određene količine ugljeničnih vlakana pomoću prvog infuzionog materijala (nije prikazano). Prvi infuzioni materijal ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog lista 101a može sadržati, na primer, jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliestersku smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu. Termoplastična smola može sadržati, na primer, jedno ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil hloridnu smolu, polistirensku smolu, akrilonitril-butadien-stiren kopolimersku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenil-sulfidnu smolu.

[0043] Umetak 102, koji je raspoređen pored ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela 101 u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede 100, kao što je pravac gornje linije B glavne grede 100. Ovde, izraz „pravac gornje linije” označava pravac normalan na debljinu glavne grede i normalan na dužinu lopatice. U ovom tehničkom rešenju, umetak 102 je raspoređen između i u ravni sa dva ugljenična vlaknasta pultrudovana tela 12. U drugim tehničkim rešenjima, umetak 102 može imati razliku u debljini u odnosu na ugljenično vlaknasto pultrudovano telo 12, a razlika u debljini može se kompenzovati prelaznim segmentom umetka ili prekrivača. Umetak 102 može sadržati, na primer, jedno ili više od sledećeg: PVC penu, PET penu, PMI penu, drvo, saćastisendvič materijal, stakleni vlaknasti pultrudovani list, staklenu vlaknastu tkaninu, staklenu vlaknastu netkanu tkaninu i staklenu vlaknastu nit. Parametri umetka 102, kao što su materijal, krutost, fleksibilnost, oblik i slično, mogu se podešavati u skladu sa specifičnom primenom, čime se različite fizičke i dimenzijske karakteristike glavne grede, kao što su krutost, debljina, širina itd., mogu lako i precizno podešavati.

[0044] Nadsloj 103, koji prektiva ugljenično vlaknasto pultrudovano telo i/ili umetak sa obe strane glavne grede 100 u pravcu debljine A. Nadsloj 103 može sadržati, na primer, staklenu vlaknastu tkaninu ili staklenu vlaknastu netkanu tkaninu. Nadsloj 103 se koristi, na primer, za formiranje površine lopatice vetroturbine i za zaštitu unutrašnjeg materijala od oštećenja usled spoljnog okruženja. Ovde su prikazana dva nadslojeva 103, koja prekricvaju kako ugljenično vlaknasto pultrudovano telo 101, tako i umetak 102 sa obe strane glavne grede 100 u pravcu debljine A. U drugim tehničkim rešenjima, nadsloj 103 može prekriti samo ugljenično vlaknasto pultrudovano telo 101.

[0045] Drugi infuzioni materijal 101b, koji impregniše ugljenična vlaknasta pultrudovana tela, umetke i nadslojeve. Drugi infuzioni materijal može sadržati, na primer, jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliester smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu. Termoplastična smola može sadržati, na primer, jedno ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil hloridnu smolu, polistirensku smolu, akrilonitril-butadien-stiren kopolimersku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenil sulfidnu smolu.

[0046] Odabirom materijala i svojstava umetka 102 može se poboljšati sposobnost oblikovanja glavne grede 100 uz očuvanje njene krutosti, a defekti, kao što su mehurići vazduha i nabori, u glavnoj gredi 100 mogu se u suštini izbeći. Stoga glavna greda 100 prema predmetnom pronalasku predstavlja značajno tehničko poboljšanje u poređenju sa konvencionalnom glavnom gredom.

[0047] Slika 1B prikazuje drugo tehničko rešenje koje nije deo predmetnog pronalaska.

[0048] U drugom tehničkom rešenju, glavna greda 100 ima n naslaga ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela 101, p umetaka 102 i q nadslojeva 103, pri čemu je n=3, p=3 i q=2. Treba napomenuti da su brojevi n, p i q dati samo kao primer, i u drugim tehničkim rešenjima mogu biti postavljene različite vrednosti za n, p i q.

[0049] U drugom tehničkom rešenju raspoređeno je više umetaka 102, pri čemu svaki umetak 102 ima manju širinu nego u prvom tehničkom rešenju, čime se obezbeđuje veća krutost i bolja drapiranost. U drugim tehničkim rešenjima mogu se rasporediti umetci 102 manje širine, čime se postiže veća krutost i bolja drapiranost.

[0050] Slika 1C prikazuje treće tehničko rešenje prema predmetnom pronalasku.

[0051] U trećem tehničkom rešenju, umetak 102 sadrži:

Glavno telo umetka 102a, čija je debljina d1 manja od zbira D debljina susednog ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela 101 i nadslojeva 103. Poprečni presek glavnog tela umetka 102a može biti, na primer, pravougaonog oblika.

[0052] Prelazni segment umetka 102b, čija debljina d2 varira između nule i D–d1, pri čemu je prelazni segment umetka 102b raspoređen između glavnog tela umetka i susednog ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela kako bi se formirao prelaz debljine. Poprečni presek prelaznog segmenta umetka 102b je, na primer, trouglastog oblika.

[0053] Raspoređivanjem glavnog tela umetka 102a i prelaznog segmenta umetka 102b može se postići bolja sposobnost oblikovanja glavne grede. Razlog za to je, pre svega, što u slučaju kada se na gornjem delu umetka 102 nalazi prelazni segment umetka 102b, nadsloj 103 treba da pokrije samo ugljenično vlaknasto pultrudovano telo 101, čime se obezbeđuje veća pokretljivost u pravcu debljine A glavne grede 100; zatim, pošto se umetak 102 sastoji iz više delova glavnog tela umetka 102a i prelaznog segmenta umetka 102b u pravcu debljine glavne grede 100, obezbeđuje se veća pokretljivost u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede, kao što je pravac gornje linije B glavne grede 100; ove pokretljivosti olakšavaju formiranje željenog oblika površine, kao što je zakrivljena površina, materijala glavne grede pre infuzije, tako da očvršćavanje nakon infuzije održava oblik površine.

[0054] Slika 1D prikazuje četvrto tehničko rešenje prema predmetnom pronalasku.

[0055] Razlika između četvrtog tehničkog rešenja i trećeg tehničkog rešenja je u tome što su glavno telo umetka 102a i prelazni segment umetka 102b postavljeni sa obe strane ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela 101 oblikujući simetrični prelaz oblika. Ovaj simetrični prelaz oblika povoljan je za formiranje zadebljanja materijala glavne grede, pri čemu je zadebljana oblast pogodna za formiranje specijalne zakrivljene površine glavne grede ili za kompenzaciju slabih delova materijala.

[0056] Slika 2 prikazuje šematski dijagram lopatice 200 vetroturbine koje koristi glavnu gredu 100 prema predmetnom pronalasku.

[0057] Kao što je prikazano na Slici 2, lopatica 200 ima prednju ivicu 206 i zadnju ivicu 203. Deo lopatice 200 između prednje ivice 206 i zadnje ivice 203 je podeljen na stranu 201 okrenutu vetru i leđnu stranu 204. Grede zadnje ivice 202 su postavljene u blizini zadnje ivice 203 radi povećanja čvrstoće zadnje ivice. Glavna greda 100 je raspoređena na stranu 201 okrenutu vetru i leđnu stranu 204, redom, između prednje ivice 206 lopatice i zadnje ivice 203 lopatice. Glavne grede 100 povezane su rebrima 205 radi povećanja stabilnosti lopatce i sprečavanja unutrašnjeg kolapsa. Sa glavnom gredom 100 prema predmetnom pronalasku, može se poboljšati krutost lopatica 200 i poboljšati sposobnost oblikovanja materijala glavne grede, čime se unapređuju aerodinamičke performanse i vek trajanja lopatica.

[0058] Slika 3 prikazuje tok procesa postupka 300 za izradu glavne grede za lopaticu vetroturbine prema predmetnom pronalasku.

U koraku 302, obezbeđuje se jedno ili više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela, pri čemu svako ugljenično vlaknasto pultrudovano telo sadrži više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih listova, koji su naslagani u pravcu debljine, pri čemu su ugljenični vlaknasti pultrudovani listovi formirani očvršćavanjem prvog infuzionog materijala, pri čemu je infuzioni materijal od staklenih vlakana postavljen između svaka dva ugljenična vlaknasta pultrudovana lista;

U koraku 304, raspoređuje se jedan ili više umetaka pored ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede;

U koraku 306, raspoređuje se jedan ili više nadslojeva na ugljenično vlaknasto pultrudovano telo i/ili na umetak sa obe strane u pravcu debljine glavne grede; i

U koraku 308, impregnišu se ugljenična vlaknasta pultrudovana tela, umetci i nadslojevi drugim infuzionim materijalom.

[0059] Predmetni pronalazak ima bar sledeće korisne efekte: (1) pronalazak bolje rešava probleme mehurića vazduha i nabora u mešanom materijalu od ugljeničnih vlakana putem dve infuzije, tj. infuzije ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i infuzije glavne grede. Razlog je što se u predmetnom pronalasku samo ugljenično vlaknasto pultrudovano telo formira infuzijom više naslaga, dok se druga infuzija uglavnom koristi za sekundarnu infuziju već infuzovanog ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i umetka. Ovaj proces je manje podložan stvaranju mehurića i nabora, jer se u ovom procesu infuzira znatno manji broj slojeva u poređenju sa laminatima iz stanja tehnike, u kojima se listovi ugljeničnih vlakana i slojevi staklenih vlakana postavljaju jedan preko drugog. Pošto ugljenično vlaknasto pultrudovano telo zamenjuje većinu naslaga mešanih vlakana, rizik od defekata, kao što su mehurići vazduha i nabori u glavnoj gredi, značajno se smanjuje. (2) U predmetnom pronalasku, postavljanjem ugljeničnog vlaknastog pultrudovanog tela i umetka u dodir jedan sa drugim poboljšava se sposobnost oblikovanja proizvedene glavne grede, tako da se bolje prilagođava kalupu i formira željeni oblik, kao što je zakrivljena površina. (3) Pošto se materijal, krutost, fleksibilnost, oblik i drugi parametri umetka mogu lako podešavati, različite fizičke i dimenzijske karakteristike glavne grede, kao što su krutost, debljina, širina itd., mogu se lako i precizno prilagoditi. (4) Mešanje ugljeničnih i staklenih vlakana može se vršiti u razmeri dizajna strukture lopatice i nije ograničeno dobavljačima materijala. Odnos mešanja i oblik mogu se slobodno prilagođavati različitim modelima lopatica. Istovremeno, ugljenična vlakna koriste proces pultruzije, a staklena vlakna mogu biti u obliku staklene tkanine. Kroz sekundarnu infuziju i zajedničko očvršćavanje osigurava se da se ugljenična vlakna koriste u obliku pultruzije, čime se poboljšava performansa glavne grede.

[0060] Iako su neka tehnička rešenja pronalaska opisana u ovom dokumentu, stručnjaci u ovoj oblasti razumeće da su ova rešenja prikazana samo kao primer. Brojne modifikacije, alternative i poboljšanja mogu biti izvedene od strane stručnjaka u oblasti u skladu sa učenjem ovog pronalaska, a da se pri tome ne odstupi od obima predmetnog pronalaska. Namera je da priloženi patentni zahtevi definišu obim pronalaska i da postupci i strukture koje spadaju u obim ovih zahteva budu obuhvaćene njima.

Claims

Patentni zahtevi

1. Glavna greda (100) za lopaticu vetroturbine, koja sadrži:

jedno ili više pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana, pri čemu svako od pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana sadrži jedan ili više pultrudovanih listova od ugljeničnih vlakana, koji su naslagani duž pravca debljine pultrudovanih tela od ugljeničnih vlakana, pri čemu su pultrudovani listovi (101a) od ugljeničnih vlakana formirani očvršćavanjem prvog infuzionog materijala;

jedan ili više umetaka (102), koji su raspoređeni pored pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede (100);

jedan ili više nadslojeva (103), koji prekrivaju samo pultrudovana tela (101) od ugljeničnih vlakana sa obe strane u pravcu debljine glavne grede (100); i

drugi infuzioni materijal (101b), koji impregniše pultrudovana tela (101) od ugljeničnih vlakana, umetke (102) i nadslojeve (103), pri čemu jedan ili više umetaka (102) sadrži glavno telo umetaka (102a), čija je debljina d1 manja ili jednaka zbiru D debljina susednih pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana i nadslojeva (103);

prelazni segment umetaka (102b) raspoređen između glavnog tela umetaka (102a) i susednih pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana da bi se formirao prelaz debljine, pri čemu debljina d2 varira od nule do D–d1 od glavnog tela umetaka (102) do pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana.

2. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu jedan ili više pultrudovanih listova (101a) od ugljeničnih vlakana sadrži mnoštvo pultrudovanih listova od ugljeničnih vlakana, a materijal za infuziju staklenih vlakana je postavljen između najmanje dva od više pultrudovanih listova (101a) od ugljeničnih vlakana.

3. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 2, pri čemu su infuzioni materijal od staklenih vlakana i drugi infuzioni materijal (101b) isti materijal.

4. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu pultrudovana tela (101) od ugljeničnih vlakana sadrže m pultrudovanih listova (101a) od ugljeničnih vlakana, a glavna greda (100) ima n pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana, p umetaka (102) i q nadslojeva (103), pri čemu su m, n, p, q celi brojevi od 1 do 100.

5. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu prvi infuzioni materijal (101a) sadrži jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliestersku smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu.

6. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 5, pri čemu termoplastična smola sadrži jedno ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil hloridnu smolu, polistirensku smolu, akrilonitril-butadien-stiren kopolimersku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenil-sulfidnu smolu.

7. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu svaki od nadslojeva (103) sadrži tkaninu od staklenih vlakana ili netkanu tkaninu od staklenih vlakana.

8. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu svaki od umetaka (102) sadrži jedno ili više od sledećeg: PVC penu, PET penu, PMI penu, drvo, saće-sandvič materijal, pultrudovani list od staklenih vlakana, tkaninu od staklenih vlakana, netkanu tkaninu od staklenih vlakana i nit od staklenih vlakana,

pri čemu drugi infuzioni materijal (101b) sadrži jedno ili više od sledećeg: termoreaktivnu epoksidnu smolu, vinilnu smolu, nezasićenu poliester smolu, fenolnu smolu i termoplastičnu smolu,

pri čemu termoplastična smola sadrži jedno ili više od sledećeg: polipropilensku smolu, polietilensku smolu, polivinil hloridnu smolu, polistirenskua smolu, akrilonitril-butadienstiren kopolimersku smolu, poliamidnu smolu, polietereterketonsku smolu i polifenilsulfidnu smolu.

9. Glavna greda (100) prema patentnom zahtevu 1, pri čemu je poprečni presek glavnog tela umetaka (102a) pravougaonog oblika, a poprečni presek prelaznog segmenta umetaka (102b) trouglastog oblika.

10. Postupak za proizvodnju glavne grede (100) za lopaticu vetroturbine, koji obuhvata sledeće korake:

obezbeđivanje jednog ili više ugljeničnih vlaknastih pultrudovanih tela (101), pri čemu svako od pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana sadrži jedan ili više pultrudovanih listova (101a) od ugljeničnih vlakana, pultrudovani listovi (101a) od ugljeničnih vlakana su naslagani duž pravca debljine, pri čemu su pultrudovani listovi (101a) od ugljeničnih vlakana formirani očvršćavanjem prvog infuzionog materijala, pri čemu je infuzioni materijal od staklenih vlakana postavljen između svaka dva pultrudovana lista (101a) od ugljeničnih vlakana;

raspoređivanje jednog ili više umetaka (102) pored pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede (100);

raspoređivanje jednog ili više nadoslojeva (103) na pultrudovana tela (101) od ugljeničnih vlakana sa obe strane u pravcu debljine glavne grede (100); i

impregniranje pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana, umetaka (102) i nadoslojeva (103) drugim infuzionim materijalom (101b), pri čemu raspoređivanje jednog ili više umetaka (102) pored pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede (100) obuhvata sledeće korake:

postavljanje glavnog tela umetaka (102a) pored pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana, pri čemu je debljina d1 glavnog tela umetaka (102a) manja od zbira D debljina susednih pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana i nadoslojeva (103); i raspoređivanje prelaznog segmenta umetaka (102b) između glavnog tela umetaka (102a) i susednih pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana da bi se formirao prelazni segment umetaka (102b) sa prelazom debljine, pri čemu debljina d2 prelaznog segmenta umetaka (102b) varira od nule do D–d1 od glavnog tela umetaka (102) do pultrudovanim tela (101) od ugljeničnih vlakana.

11. Postupak prema patentnom zahtevu 10, pri čemu raspoređivanje jednog ili više umetaka (102) pored pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana u pravcu normalnom na pravac debljine glavne grede (100) obuhvata sledeće korake:

postavljanje umetaka (102) sa obe strane svakog od pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana da bi se formirao kontinuirani kompozit.

12. Postupak prema patentnom zahtevu 10, pri čemu obezbeđivanje jednog ili više pultrudovanih tela (101) od ugljeničnih vlakana obuhvata sledeće korake:

raspoređivanje jednog ili više pultrudovanih listova (101a) od ugljeničnih vlakana naslaganih jedan na drugi duž pravca debljine, pri čemu su pultrudovani listovi (101a) od ugljeničnih vlakana impregnirani i očvrsnuti prvim infuzionim materijalom; i

postavljanje sloja infuzionog materijala od staklenih vlakana između svaka dva pultrudovana lista (101a) od ugljeničnih vlakana za sekundarnu infuziju.

13. Vetroturbina, koja sadrži glavnu gredu (100) prema jednom od patentnih zahteva 1 do 9.