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    关 键 词:
    减小 转子 叶片 中的 负荷 方法 装置
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    摘要
    申请专利号:

    CN200610110045.X

    申请日:

    2006.07.31

    公开号:

    CN1904353A

    公开日:

    2007.01.31

    当前法律状态:

    授权

    有效性:

    有权

    法律详情: 授权|||实质审查的生效|||公开
    IPC分类号: F03D11/00(2006.01) 主分类号: F03D11/00
    申请人: 通用电气公司;
    发明人: E·M·雅各布森
    地址: 美国纽约州
    优先权: 2005.07.29 US 11/192689
    专利代理机构: 中国专利代理(香港)有限公司 代理人: 肖春京
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    法律状态
    申请(专利)号:

    CN200610110045.X

    授权公告号:

    1904353B||||||

    法律状态公告日:

    2012.07.18|||2008.09.17|||2007.01.31

    法律状态类型:

    授权|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    叶片(24),包括多个第一纤维和多个第二纤维(36),其中每个第一纤维(34)相对所述叶片的间距轴(30)所成的角度在大约5°和大约35°之间,每个第二纤维相对所述叶片的间距轴(30)所成的角度在大约95°和大约125°之间。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种叶片(24),包括:
    多个第一纤维(34),其中每个所述第一纤维相对所述叶片的间距轴(30)所成的角度在大约5°和大约35°之间;和
    多个第二纤维(36),其中每个所述第二纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约95°和大约125°之间。

    2.  如权利要求1所述的叶片(24),其中每个所述第一纤维相对所述叶片的间距轴(30)所成的角度在大约15°和大约25°之间,以及每个所述第二纤维(36)相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约105°和大约115°之间。

    3.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述多个第一纤维(34)比所述多个第二纤维(36)更重。

    4.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述多个第一纤维(34)包括玻璃纤维和碳纤维中的至少一种。

    5.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述多个第二纤维(36)包括玻璃纤维和碳纤维中的至少一种。

    6.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述叶片配置成围绕间距轴(30)扭转大约2°至大约15°。

    7.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述叶片包括偏移的叶片。

    8.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述叶片包括风轮机的转子叶片。

    9.  如权利要求1所述的叶片(24),其中所述叶片包括不超过大约10%重量的多个第三纤维和沿所述叶片的翼展方向的大约25%至大约95%长度范围内结合到所述多个第三纤维中的树脂,其中所述多个第三纤维相对所述叶片的间距轴(30)的角度在大约40°和50°之间。

    10.  一种风轮机(10),包括具有轮毂(22)的转子(18)和从轮毂向外延伸的至少一个叶片(24),所述叶片包括:
    多个第一纤维(34),其中每个所述第一纤维相对所述叶片的间距轴(30)所成的角度在大约5°和大约35°之间;和
    多个第二纤维(36),其中每个所述第二纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约95°和大约125°之间。

    说明书

    说明书减小转子叶片中的负荷的方法和装置
    技术领域
    本发明一般涉及用作风轮机转子叶片的叶片、转子以及使用该叶片的风轮机。
    背景技术
    由于环境安全和相对廉价的可替换能源,风轮机已经越来越受到注意。随着这种兴趣的增加,已经作出了相当的努力来研究可靠而有效的风轮机。
    一般地,风轮机包括具有多个叶片的转子。转子安装在位于外壳或机舱上,所述机舱位于支架或管状塔架的顶部。实用等级的风轮机(即设计成向市政电网提供电能的风轮机)具有较大的转子(例如直径为30米或者更大)。这些转子上的叶片将风能转换成驱动一个或多个发电机的转动扭矩或转动力,所述发电机通常但不总是可转动地通过变速箱与转子耦合。变速箱可以用于提高发电机的涡轮转子固有的低转速,从而有效地将机械能转变成电能,把所述电能输送到市政电网中?;勾嬖谖蕹萋值闹苯忧轿新只?。
    风轮机装置的直径有时由风力驱动的转子负荷限制。例如峰值风力负荷在转子的工作过程中会使超过预定直径的转子和/或风轮机的其它构件发生故障。附加地,在转子没有工作(即没有转动)且由于峰值风力负荷而随时间疲劳时,峰值风力负荷还可能使超过预定直径的转子和/或其它部件发生故障。转子叶片的被动间距控制(即扭转弯曲的耦合,或TBC)已经用于减小风轮机转子叶片的负荷,并因此允许更大直径的转子。特别地,多个叶片部段的扭转会减小这些部段相对风的迎角,由此减小叶片承受的峰值瞬载。然而,TBC可能增大风轮机叶片的重量和/或成本,这胜过从较大直径的转子获得的任何工作利益。例如,可使用碳纤维制造一些应用TBC的已知转子叶片,所述碳纤维相对外壳中叶片的间距轴或叶片的梁的角度在大约5°和大约35°之间。然而,这种包括碳纤维的已知叶片需要增大的外壳或梁厚度以提供足够的刚度,从而叶片不会弯曲和冲击风轮机的塔架。增加相对间距轴所成的角度在大约5°和大约35°之间的更多纤维以增大外壳或梁的厚度可能会由于用来增大厚度的额外材料而增大叶片重量和/或叶片成本。在这种叶片上增加更多的碳纤维尤其是以一定角度相对间距轴的增加可能会因更昂贵的碳纤维而进一步增大转子叶片的成本。
    偏移的转子叶片还被用于减小风轮机中转子叶片的负荷。然而,偏移的转子叶片的抗扭刚度可以抵抗转子叶片的期望扭转/弯曲。一些已知的偏移转子叶片制造成具有减小的桨叶厚度,以便减小叶片的抗扭刚度并由此允许叶片扭转/弯曲。然而,这种桨叶厚度减小了的偏移转子叶片可能需要更多的材料来提供足够的强度和刚度,从而承受剪切负荷,由此可能会因为额外的材料而进一步增大成本和/或叶片重量。
    发明内容
    在一个方面,一种叶片包括多个第一纤维和多个第二纤维,其中每个第一纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约5°和大约35°之间,每个第二纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约95°和大约125°之间。
    在另一方面,一种风轮机包括具有轮毂的转子和从轮毂向外延伸的至少一个叶片。所述叶片包括多个第一纤维和多个第二纤维,其中每个第一纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约5°和大约35°之间,每个第二纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约95°和大约125°之间。
    在又一方面,提供一种使用模型制造叶片的方法,所述模型具有的形状相应于预定的叶片形状。所述方法包括将多个第一纤维布置在模型中,使得每个第一纤维相对预定的叶片形状的间距轴所成的角度在大约5°和大约35°之间,然后在模型中布置多个第二纤维,使得每个第二纤维相对所述叶片的间距轴所成的角度在大约95°和大约125°之间。
    附图说明
    图1是风轮机的示例性实施例的透视图。
    图2是和图1中示出的风轮机一起使用的转子叶片的示例性实施例的透视图。
    图3是图2中示出的部分转子叶片的示意图。
    图4是图2中示出的部分转子叶片的示意图。
    图5是图1中示出的转子叶片的一个实施例沿线5-5截开的截面。
    图6是图1中示出的转子叶片的一个实施例的图解表示。
    图7是图1中示出的转子叶片的另一个实施例的图解表示。
    图8是示出了用于制造图1中示出的转子叶片的方法的一个示例性实施例的流程图。
    在整个附图中相应的参考符号表示相应的部件。
    具体实施方式
    如这里所使用的,术语“叶片”表示当相对周围流体运动时可提供反作用力的任何部件。如这里所使用的,术语“偏移”表示弹性轴相对叶片的间距轴所成的角度,其中“弹性轴”表示点的轨迹,所述轨迹限定了在叶片的翼展方向部段中扭转或弯曲的中心。如这里所使用的,术语“风轮机”表示可从风能中产生转动能的任何装置,更加具体地,是可以将风的动能转变成的机械能的任何装置。如这里所使用的,术语“风力发电机”表示由风能产生的转动能转变成电能的任何装置,更加具体地,是将由风的动能转换来的机械能转变成电能的任何装置。如这里所使用的,术语“风车”表示可使用从风能产生的转动能的风轮机,更加具体地,是使用从风中的动能转变的机械能的风轮机,其用于不同于产生电能的预定目的,例如但不限于泵送流体和/或粉碎物质。
    现在参考附图,特别地参考图1,一风轮机的示例性实施例用参考数字10表示其整体。这里描述和示出的风轮机10包括用于从风能中产生电能的风力发电机(通常用12表示)。然而,在一些实施例中,除了或者可选择风力发电机12,风轮机10还包括任何类型的风轮机,例如但不限于风车(未示出)。此外,这里描述和示出的风轮机10包括水平轴的结构。然而,在一些实施例中,除了或者可选择水平轴结构,风轮机10还包括竖直轴结构(未示出)。尽管在图1中仅示出了一种风轮机10,但是在一些实施例中,可以将多个风轮机10组合在一起,有时称为“风力发电场”。
    如图1所示的,在一些实施例中,风力发电机12安装在塔架14上(图1中仅示出了一部分塔架),但是在一些实施例中,除了或者可选择塔架安装式风力发电机12,风轮机10还包括接近地面和/或水面的风力发电机(和/或其它类型的风力发电机)。塔架14的高度可根据本领域中已知的多种因素和条件进行选择。风力发电机12包括本体(通常用16表示),其有时称为“机舱”,和安装在本体16上围绕旋转轴20旋转的转子(通常用18表示),转子18包括轮毂22和多个从轮毂22径向向外延伸的叶片24(有时称为“桨叶”),所述叶片用于将风能转变成转动能。这里描述和示出的转子18具有三个叶片24。但是,转子18可以具有任何数量的叶片24。每个叶片24可以具有任何长度(无论是否是这里描述的)。例如,在一些实施例中一个或多个叶片24大约为0.5米长,而在一些实施例中一个或多个叶片24大约为50米长。叶片24的长度的其它实例包括10米或更小,大约20米、大约37米、以及大约40米。其它实例包括50至100米长的叶片。此外,尽管在图1中示出了一定形状叶片24,但是转子18可以具有任何形状的叶片,以及具有任何类型和/或任何结构的叶片,无论这种形状、类型和/或结构是否在这里描述和/或示出。转子18的另一种类型、形状和/或结构的叶片24的一个实例是具有包含在管道(未示出)内的涡轮(未示出)的管道式转子(未示出)。转子18的另一种类型、形状和/或结构的叶片24的另一个实例是打蛋器形风轮机,有时称其为“打蛋器式”涡轮机。转子18的另一种类型、形状和/或结构的叶片24的又一个实例是桶形风轮机。转子18的另一种类型、形状和/或结构的叶片24的又一个实例是用于泵送水的传统风车,其例如但不限于具有木制挡板和/或织物帆的四叶片式转子。此外,在一些实施例中风轮机10可以是其中转子18通常朝向逆风方向以获得风能的风轮机,和/或风轮机可以是其中转子18朝向顺风方向以获得风能的风轮机。当然,在任何实施例中,转子18可以不完全朝向逆风和/或顺风方向,而是其通常以任意角度(该角度是可变的)相对风的方向定向从而获得风能。
    风力发电机12包括安装在本体16上并可操作地与转子18连接的发电机(未示出),其用于从转子18产生的转动能中产生电能。从转子18的转动能中产生电能的发电机的通常操作在本领域中是已知的,因此在此不再详细地进行描述。
    在一些实施例中,风轮机10包括一个或多个控制器(未示出),其安装在本体16上并可操作地与风力发电机的一些或所有部件连接,用于总体地控制风力发电机12的操作和/或其一些或所有部件(无论在此是否描述和/或示出)。例如,控制器可以用于全面的系统监控和控制,所述控制例如是间距和速度调节、高速轴和偏转制动器应用、偏转和泵电机应用以及故障监控。在一些实施例中可以使用可替换的分布式或集中式控制结构。在一些实施例中,风力发电机12可以包括安装在本体16上的制动器(未示出),用于制动转子18的旋转,从而例如减小从发电机中产生的电能。此外,在一些实施例中,风力发电机12可以包括偏转驱动器(未示出),其用于使风力发电机12围绕旋转轴26旋转以改变转子18的偏转,更加具体地是改变转子18面对的方向,从而例如调节转子18面对的方向和风向之间的角度。此外,在一些实施例中,风力发电机12可以包括用于测量风速的风速记(未示出)。在一些实施例中,风速记可操作地与一个(多个)控制器连接,用于将测量结果发送给控制器以对其进行处理。在一些实施例中,风力发电机12包括用于测量风向的风向标(未示出)。在一些实施例中,风向标可操作地与一个(多个)控制器和/或用于改变转子18的偏转的偏转驱动器连接。在一些实施例中,风力发电机12包括可变的叶片间距驱动器(未示出),其用于控制转子叶片24的间距。该可变叶片间距驱动器可操作地与一个(多个)控制器连接并由此进行控制。在一些实施例中,叶片24的间距由叶片间距驱动器单独地进行控制。风轮机10更加具体地是风力发电机12的总体操作在本领域中是已知的,因此在此不详细地进行描述。
    在一些实施例中,一个或多个叶片24弯曲扭转地与转子18连接,使得一个(多个)叶片24在其被加载时可改变其气动力扭转。例如,如图2所示,叶片24包括弯曲扭转的连接(TBC)部段(通常用28表示)。TBC部段28可以包括所有、大多数、或者一些较小部分的总叶片24长度。作用在TBC部段28上的风力负荷可形成作用在TBC部段28上的扭矩力F,该扭矩力可使TBC部段28围绕沿叶片24的长度延伸的间距轴30扭转。这种围绕间距轴30的扭转可减小叶片24相对风的迎角,更加具体地是减小TBC部段28相对风的迎角,由此减小TBC部段28和/或叶片24的其他部分承受的峰值负荷。根据风向以及叶片24相对风向的定向,TBC部段28可以围绕间距轴30沿任何方向扭转。
    在一些实施例中,使用一个或多个叠置的纤维层制造叶片24,所述纤维层例如包括但不限于玻璃和/或碳纤维,它们可形成叶片24的外壳32。如图3所示,为了有利于TBC部段28的扭转,形成TBC部段28的部分外壳32包括多个相对叶片24的间距轴30成大约5°至大约35°的纤维(通常用34表示)和多个相对叶片24的间距轴30成大约95°至大约125°(其还可以表示为大约85°至大约-55°)的纤维(通常用36表示)。尽管纤维34和36可以包括任何类型的纤维,但是在一些实施例中纤维34和/或36包括玻璃和/或碳纤维。纤维34和36可以包含在叠置在一起的外壳32的单独层中,和/或可以编织在一起而成为外壳32的一个层。此外,在一些实施例中,一些或所有的纤维34和36彼此重叠,而在其它实施例中纤维34和36彼此不重叠。例如,在一些实施例中,其中纤维34和36包含在外壳32的单独层内,所有的或者一部分这些层可以彼此重叠。纤维34和36相对间距轴30以及相对彼此的定向有利于使叶片24在风力负荷下围绕间距轴30扭转,由此减小TBC部段28和/或叶片24的其他部分承受的负荷。例如,相对间距轴30成一角度的纤维34和36因此会相对叶片24的弯曲方向成一角度,使得产生包括纤维34和36的弹性剪切层,从而促使叶片20扭转。
    在一些实施例中,纤维34相对叶片24的间距轴30的角度在大约15°至大约25°之间,而纤维36相对间距轴30的角度在大约105°至大约115°之间(其还可以表示为在大约-65°至大约-75°之间)。如图3所示,例如,纤维34相对叶片24的间距轴30的角度例如是大约20°,而纤维36相对间距轴30的角度是大约110°(其还可以表示为大约-70°)。尽管TBC部段28可以围绕间距轴30以任何范围的角度扭转,但是在一些实施例中,TBC部段28从其无载定向相对在风力负荷作用下的间距轴30围绕间距轴30扭转大约2°至大约15°。
    为了进一步有利于TBC部段28围绕间距轴30扭转,在一些实施例中一些或者所有的纤维34可以比一些或者所有的纤维36更重。例如,在一些实施例中,叶片24内纤维34的总重量比叶片24内纤维36的总重量大,例如由于纤维34的密度更高、每个纤维34的尺寸更大和/或更厚的纤维34层(无论是用纤维36编织还是形成一个单独层)。更大重量的纤维34有利于进一步使叶片24在风力负荷作用下围绕间距轴30扭转,由此减小TBC部段28和/或叶片24的其他部分承受的负荷。例如,因为纤维34相对间距轴30更近地成一角度,所以纤维34可承受更大的弯曲应力,因此可承载比纤维36更高的负荷。当纤维36承受比纤维34更小的弯曲应力时,纤维36可以更轻,并由此提供对叶片24围绕间距轴30的扭转的更小抵抗力。在一些实施例中,一些或者所有纤维36比一些或所有纤维34更重。
    除纤维34和36之外,还可以使用其他叠置的纤维或其他(例如塑料或金属)层来制造叶片34的外壳32,从而提供外壳32的附加结构。例如,如图4所示,在一些实施例中,除纤维34和36之外(包含在一个或多个叠置的层内并如图3所示),外壳32包括一个或多个纤维层(通常用38表示),其具有大体上平行于间距轴30延伸的多个纤维(通常用40表示),以便有利于增大叶片24在副翼方向的刚度。包括多层(单独地或者都包含纤维34和36)的纤维34和36以及外壳32的任何其他层可以具有任何结构,使得每个层定位在叶片24上的任何位置,包括形成外壳32的叠置堆叠的多个层内的任何位置。例如,如图5所示,在一些实施例中,外壳32包括夹在纤维34和36(图3)的两个层42、43以及纤维34和36的两个层44、45之间的层38。正如从图5中所看到的,在一些实施例中,层38比叶片24的弦长L短。然而,如图4所示,一些或所有的层38还可以延伸到等于叶片24的弦长L。再次参考图5,叶片24还包括其他结构,例如芯材料47,其夹在层42、43和层44、45之间,和/或还包括一个或多个支柱(未示出),所述支柱通常用于支撑和/或加强叶片24。例如,这种其他结构可以整体地支撑外壳32从而例如抵抗由于风力负荷引起的弯曲。
    为了进一步有利于TBC部段28围绕间距轴30的扭转,在一些实施例中,外壳32包括不超过10%的重量的多个纤维(包括与其结合的树脂),其在叶片24翼展方向的大约25%至大约95%长度上(无论这种纤维是包含在另一层中,例如包括纤维34和/或36的层,或者包含在其本身的单独层中)相对间距轴30的角度在40°至大约50°之间(和/或在大约130°至大约140°之间,其也可以称为在大约-40°至大约-50°之间)。例如所成角度在大约40°至大约50°的纤维以及所成角度在大约130°至大约140°的纤维可以抵抗叶片24围绕间距轴30的扭转,因为纤维之间的树脂剪切通常是对称的。此外,当所成角度在大约40°至大约50°之间的纤维通常具有与所成角度在大约130°至大约140°之间的纤维相同的重量。所述纤维通?;峋窒嗤母汉?,由此进一步抵抗叶片24的扭转。
    尽管这里将TBC部段28描述和示出为被动TBC部段,但是在一些实施例中叶片24可以包括主动器件,其用于控制TBC部段28围绕间距轴30的扭转。例如,在一些实施例中叶片24包括一个或多个减弱TBC部段的扭转的内部阻尼器(未示出),一个或多个限制TBC部段28的扭转的内部限制器(未示出),和/或一个或多个主动地使TBC部段28围绕间距轴30扭转的内部致动器(未示出)。
    如上所述,尽管叶片24可以具有任何合适的类型、形状和/或结构,但是在一些实施例中,一个或多个叶片24是“直”叶片,其不包括任何偏移,如图6所示。如上所述,纤维34和36(图3)相对间距轴30以及相对彼此的定向有利于使叶片24在风力负荷作用下围绕间距轴30扭转,由此减小TBC部段28和/或叶片24的其他部分承受的负荷。尽管纤维34和36的定向有利于TBC部段28围绕间距轴30以任何范围的角度扭转,但是在一些实施例中其中叶片24是直叶片时,纤维34和36的定向可使TBC部段28在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转大约2°至大约5°。
    如上所述,尽管叶片24可以具有任何合适的类型、形状和/或结构,但是在一些实施例中一个或多个叶片24是“偏移”叶片,其相对弹性轴E偏移(在转子18的旋转平面中,如图1所示),图7中示出了它的一个实例。尽管叶片24如图7所示通常包括前部和尾部偏移,但是在一些实施例中叶片24仅包括尾部偏移或仅包括前部偏移。具体地,图7所示的特定叶片24仅仅是示例性的。叶片24可以具有任何类型、结构、角度和/或形状的偏移,无论是否在这里描述和示出。根据偏移的类型、结构和/或形状,叶片24的偏移可以有利于使叶片24在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转。尽管叶片24的偏移有利于使TBC部段28围绕间距轴30以任何范围的角度扭转,但是在一些其中叶片24是偏移叶片的实施例中,叶片24的偏移可使TBC部段28在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转大约2°至大约5°。如上所述,纤维34和36(图3)相对间距轴30和/或相对彼此的定向有利于使叶片24在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转。尽管纤维34和36的定向有利于使TBC部段28围绕间距轴30以任何范围的角度扭转,但是在一些其中叶片24是偏移叶片的实施例中,纤维34和36的定向可使TBC部段28在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转大约2°至大约5°。
    在一些实施例中,纤维34和36相对间距轴30的定向可能减小叶片24的抗扭刚度。一些偏移叶片24通常具有抵抗围绕间距轴30扭转的抗扭刚度。为了减小抗扭刚度,可以使用减小厚度的叶片制造一些已知的转子叶片。然而,减小叶片24的厚度来减小叶片24的抗扭刚度可能导致叶片24在风力负荷的作用下被损坏和/或发生故障,所述风力负荷通常垂直于间距轴30(“剪切负荷”)作用在叶片24上。因此,纤维34和36相对间距轴30的定向会有利于减小叶片24的抗扭刚度,而不会减小叶片24的厚度。尽管纤维34和36的定向有利于减小叶片24的抗扭刚度,使得TBC部段28可以围绕间距轴30以任何范围的角度扭转,但是在一些其中叶片24是偏移叶片的实施例中,纤维34和36的定向会减小叶片24的抗扭刚度,使得叶片24的减小的抗扭刚度会使TBC部段28在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转大约2°至大约5°。因此,在一些其中叶片24是偏移叶片的实施例中,从叶片24的偏移附加产生的扭转、纤维34和36相对间距轴30和/或相对彼此的定向以及由于纤维34和36的定向而减小的叶片24的抗扭刚度会使TBC部段28在风力负荷的作用下围绕间距轴30扭转大约2°至大约5°。
    图8是示出了用于制造转子叶片24(图1-6)的方法100的一个示例性实施例的流程图。方法100包括将多个纤维34(图3)布置102在模型(未示出)中,所述模型具有的形状相应于预定的叶片24的形状,使得每个纤维34相对间距轴30的角度在大约5°和大约35°之间(图3),然后在模型中布置104多个纤维36,使得每个纤维36相对间距轴30的角度在大约95°和大约125°之间。在一些实施例中,方法100还包括将多个第一纤维40(图4)布置106在模型中,使得每个纤维40相对间距轴30的角度小于大约5°,然后将纤维34和36与纤维40(和/或其他层/结构)叠置108,从而形成叶片24的外壳32。
    在一些实施例中,布置102纤维34和布置104纤维36包括使纤维34和纤维36连接110,然后将连接的纤维34和36布置112在模型中。此外,在一些实施例中,使纤维34和纤维36连接110包括用纤维36编织纤维34。
    在一些实施例中,布置102纤维34包括将纤维34布置在模型中,使得每个纤维34相对间距轴30的角度在大约15°和大约25°之间。在一些实施例中,布置104纤维36包括将纤维36布置在模型中,使得每个纤维36相对间距轴30的角度在大约105°和大约115°之间。
    这里描述和/或示出的方法和叶片有利于节约成本、可靠并且安全地减小转子叶片内的负荷。例如,如这里描述和示出的位于转子叶片的外壳内部的纤维有利于使叶片在风力负荷的作用下围绕其间距轴扭转。由于改变了叶片相对风向的迎角,因此这种扭转有利于叶片中负荷的减小。如这里描述和示出的纤维定向有利于这种扭转和有利于提供具有一定强度的叶片,从而允许叶片这样扭转而不会受到损坏和/或发生故障。例如,如这里描述和示出的纤维定向有利于增大叶片在副翼方向的强度,从而加强叶片例如抵抗剪切负荷。因此,如这里描述和示出的纤维的定向有利于提供预定的扭转而不会增大叶片外壳的厚度,由此可能减小或保持叶片的成本和重量。此外,当使用玻璃纤维代替更昂贵的纤维时,代替例如但不限于碳纤维时,由这里描述和示出的纤维定向提供的强度可减小或保持叶片的成本和重量。此外,在偏移叶片中,这里描述和示出的纤维定向有利于减小叶片的抗扭刚度,而不会减小叶片的厚度,当叶片厚度减小时可能会在风力负荷的作用下导致损坏和/或发生故障。
    这里对风轮机更加具体地是对风力发电机描述和示出了本发明的方法和叶片的实施例。然而,本发明的方法和叶片的实施例(无论这里是否描述和/或示出)不限于风力发电机,也不限于通常的风轮机。此外,本发明的方法和叶片的实施例(无论这里是否描述和/或示出)可以应用于具有一个或多个叶片的任何装置。
    这里已经详细描述和/或示出了本发明的示例性实施例。所示实施例不限于这里描述的具体实施例,而是可以独立地应用每个实施例中的部件和步骤,并且每个实施例中的部件和步骤可以与这里描述的其他部件和步骤分离。每个实施例的部件和步骤也可以结合其他实施例(无论这里是否描述和/或示出)的部件和/或步骤一起使用。
    当引入本发明中实施例的元件时,冠词“一”、“一个”、“该”和“所述”表示一个或多个元件。术语“包括”、“包含”和“具有”表示包括并且还可能存在不同于所列出元件的额外元件。此外,相对某部件使用的术语“部分”表示一些或所有的部件。
    尽管本发明已经描述了各种具体实施例,但是本领域技术人员将认识到,在权利要求的精神和范围内可以对(这里描述和/或示出的)本发明的实施例实施修改。
    标号列表
    10 风轮机
    12 风力发电机
    14 塔架
    16 本体
    18 转子
    20 旋转轴
    22 轮毂
    24 转子叶片
    26 旋转轴
    28 TBC(扭转弯曲连接)部段
    30 间距轴
    32 外壳
    34 纤维
    36 纤维
    38 层
    40 纤维
    42 层
    43 层
    44 层
    45 层
    47 芯材料
    100 方法
    102 将纤维34布置在模型中,使得纤维34相对间距轴所成的角度在大约5度至大约35度
    104 将纤维36布置在模型中,使得纤维36相对间距轴所成的角度在大约95度至大约125度
    106 将纤维40布置在模型中,使得纤维40相对间距轴所成的角度小于大约5度
    108 使纤维34和36与纤维40叠置
    110 将纤维34固定到纤维36
    112 将固定的纤维布置在模型中

    关于本文
    本文标题:减小转子叶片中的负荷的方法和装置.pdf
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