PL206703B1 - Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem - Google Patents
Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknemInfo
- Publication number
- PL206703B1 PL206703B1 PL370864A PL37086403A PL206703B1 PL 206703 B1 PL206703 B1 PL 206703B1 PL 370864 A PL370864 A PL 370864A PL 37086403 A PL37086403 A PL 37086403A PL 206703 B1 PL206703 B1 PL 206703B1
- Authority
- PL
- Poland
- Prior art keywords
- fibers
- blade
- wind turbine
- turbine blade
- fiber
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 38
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title abstract description 4
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 title abstract description 4
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims abstract description 13
- 229920002430 Fibre-reinforced plastic Polymers 0.000 claims abstract description 11
- 239000011151 fibre-reinforced plastic Substances 0.000 claims abstract description 9
- 239000004917 carbon fiber Substances 0.000 claims description 62
- 229920000049 Carbon (fiber) Polymers 0.000 claims description 61
- 239000003365 glass fiber Substances 0.000 claims description 56
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 43
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 7
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 2
- 239000004918 carbon fiber reinforced polymer Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 3
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 3
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 3
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 3
- 239000002657 fibrous material Substances 0.000 description 2
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 description 2
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 2
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 1
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 229920003023 plastic Polymers 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 229920000728 polyester Polymers 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000009617 vacuum fusion Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
- B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
- B29L2031/00—Other particular articles
- B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers
- B29L2031/082—Blades, e.g. for helicopters
- B29L2031/085—Wind turbine blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
- Reinforced Plastic Materials (AREA)
- Moulding By Coating Moulds (AREA)
- Carbon And Carbon Compounds (AREA)
Description
Rzeczypospolitej Polskiej (21) Numer zgłoszenia: 370864 (22) Data zgłoszenia: 19.03.2003 (86) Data i numer zgłoszenia międzynarodowego:
19.03.2003, PCT/DK03/000185 (87) Data i numer publikacji zgłoszenia międzynarodowego:
25.09.2003,WO03/078833 (11) 206703 (13) B1 (51) Int.Cl.
F03D 1/06 (2006.01) F03D 1/00 (2006.01) F03D 3/06 (2006.01) (54)
Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem
| (30) Pierwszeństwo: 19.03.2002, DK, PA200200424 | (73) Uprawniony z patentu: LM GLASFIBER A/S, Lunderskov, DK |
| (43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.05.2005 BUP 11/05 | (72) Twórca(y) wynalazku: PETER GRABAU, Kolding, DK LARS FUGLSANG ANDERSEN, Odense S, DK |
| (45) O udzieleniu patentu ogłoszono: | (74) Pełnomocnik: rzecz. pat. Anna Słomińska-Dziubek |
| 30.09.2010 WUP 09/10 |
PL 206 703 B1
Opis wynalazku
Wynalazek dotyczy łopatki turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem.
Łopatki turbiny wiatrowej są zwykle wykonane z dwóch połówek skorupy łopatek z polimeru wzmocnionego włóknami. Po ukształtowaniu te dwie połówki są sklejane ze sobą wzdłuż krawędzi i za pośrednictwem dwóch wsporników, które przed tym są przyklejone do wewnętrznej powierzchni czołowej jednej połówki skorupy łopatki. Druga połówka skorupy łopatki jest potem umieszczona na wierzchu wsporników i przyklejana do nich i wzdłuż krawędzi.
Połówki skorupy łopatki jako takie są zwykle wykonane przez topienie w próżni, w którym równomierne rozłożone włókna, niedoprzędy, które są wiązkami włókien, wstęgami niedoprzędów lub matami, które mogą być matami filcowymi z pojedynczych włókien lub matami włókninowymi z niedoprzędów włókien, są osadzane warstwą w części formy i przykrywane torbą podciśnieniową. Poprzez wytwarzanie podciśnienia (zwykle 80-90%) we wnęce pomiędzy wewnętrzną powierzchnią czołową części formy i torbą podciśnieniową jest zasysana żywica wypełniająca wnękę zawierającą materiał włóknisty. W celu uzyskania optymalnego rozłożenia żywicy, stosuje się często pomiędzy torbą podciśnieniową i materiałem włóknistym tak zwane warstwy rozprowadzające i kanały rozprowadzające.
Stosowanym polimerem jest zwykle tworzywo poliestrowe lub epoksydowe, a wzmocnienie włókniste jest zwykle oparte na włóknach szklanych. Znane jest jednak także stosowanie włókien węglowych, które są sztywniejsze niż włókna szklane, ale mają mniejsze wydłużenie przy rozrywaniu. Włókna węglowe mogą być dodane dla uzyskania wyższego stopnia sztywności i/lub niższego ciężaru. Jest więc. możliwe ukształtowanie części wzmocnienia włóknistego z włókien węglowych w celu zmniejszenia ciężaru łopatki bez zbytniej utraty sztywności łopatki. Włókna węglowe mają jednak wadę związaną z tym, że są znacznie droższe niż włókna szklane, co jest jednym z powodów nie stosowania szeroko łopatek turbin z polimeru wzmocnionego włóknami węglowymi.
Z WO 00/14405 jest znane wzmocnienie ł opatek turbiny wiatrowej z polimeru z wł óknem szklanym z wzdłużnymi wstęgami polimeru wzmocnionego włóknami węglowymi.
US 6,287,122 ujawnia wytwarzanie wydłużonych produktów kompozytowych, w których zmiana sztywności produktu na jego długości jest uzyskana poprzez zmianę zawartości włókien lub kąta orientacji splecionych włókien.
US 5,520,532 ujawnia część formy z polimeru wzmocnionego włóknem o zmieniającej się sztywności, która to sztywność jest uzyskana poprzez zmianę liczby warstw maty włóknistej.
US 4,077,740 ujawnia łopatkę wirnika śmigłowca z włóknistego materiału kompozytowego, przy czym sztywność łopatki zmienia się w kierunku wzdłużnym. Ta cecha jest uzyskana poprzez zmianę orientacji włókien tak, że uzyskuje się zwiększone tłumienia drgań.
Ciężar własny nowoczesnych łopatek z włókien szklanych stanowi problem, ponieważ wysoki moment od ciężaru własnego wymaga wysokiej odporności na zmęczenie w kierunku krawędzi łopatki. Ten problem zwiększa się z długością łopatek.
Celem wynalazku jest rozwiązanie powyższego problemu w prosty i niedrogi sposób.
Według wynalazku, łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem, charakteryzuje się tym, że jest podzielona na wewnętrzną część końcową obejmującą nasadę łopatki i wykonaną z polimeru wzmocnionego przynajmniej w wię kszej iloś ci wł óknem szklanym i zewnę trzną część koń cową obejmującą końcówkę łopatki i wykonaną z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej ilości włóknem węglowym.
Korzystnie, zewnętrzną część końcową stanowi pomiędzy 25% i 50% całkowitej długości łopatki.
Zewnętrzna część końcowa, przeciwległe do końcówki łopatki, zawiera strefę przejściową, w której stosunek iloś ci wł ókien wę glowych do wł ókien szklanych zmienia się stopniowo w kierunku wzdłużnym łopatki.
Długość strefy przejściowej jest pomiędzy 0,5 i 1 metr.
Włókna węglowe i włókna szklane są rozłożone w matrycy polimerowej, przy czym włókna węglowe lub wiązki włókien węglowych o zmiennej długości rozciągają się od pierwszego końca strefy przejściowej, a włókna szklane lub wiązki włókien szklanych rozciągają się od przeciwnego końca strefy przejściowej.
Strefa przejściowa jest ukształtowana z laminatu kilku warstw włókien, w którym każda warstwa włókien ma powierzchnię graniczną w położeniu w kierunku wzdłużnym, przy czym warstwy włókien stanowią warstwy włókien węglowych po jednej stronie powierzchni granicznej i warstwy włókien
PL 206 703 B1 szklanych po drugiej stronie powierzchni granicznej, a powierzchnie graniczne każdej warstwy włókien są przesunięte względem siebie w kierunku wzdłużnym łopatki.
Powierzchnie graniczne mają ząbki w przekroju równoległym do warstw włókien.
Końcówki ząbków powierzchni granicznych są przemieszczone względem siebie w kierunku poprzecznym łopatki.
Cel wynalazku jest osiągnięty poprzez łopatkę według wynalazku, której ciężar jest zmniejszony w najbardziej zewnę trznej części, wskutek czego jest zminimalizowany moment od ciężaru wł asnego. Jest więc wymagana mniejsza ilość materiału i/lub mniejszy przekrój poprzeczny w najbardziej wewnętrznej części łopatki i zmniejszone jest obciążenie na piastę turbiny. Najbardziej zewnętrzna część łopatki może ponadto mieć większą sztywność, wskutek czego zmniejsza się ryzyko uchylenia łopatki tak silnie, że końcówka łopatki uderza w wieżę turbiny. Taka łopatka turbiny wiatrowej jest mniej kosztowna do wytwarzania niż łopatka wykonana jedynie z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym.
Przy danym stopniu sztywności, ciężar własny może być zmniejszony przy wykorzystaniu włókien węglowych w zewnętrznej części, wskutek czego mogą być także zmniejszone dynamiczne obciążenia na skorupę łopatki i nasadę łopatki, a wspomniane części są szczególnie czułe na obciążenia dynamiczne.
Poprzez zmianę zawartości włókien węglowych w zewnętrznej części końcowej lub jej długości może być zmieniana sztywność, jak również częstotliwość drgań własnych. Sztywność i częstotliwość drgań własnych może więc być optymalizowana do szczególnych warunków.
Stosunkowo sztywna zewnętrzna część końcowa i stosunkowo mniej sztywna wewnętrzna część końcowa powoduje korzystny kształt ugięcia ze względu na tłumienie aerodynamiczne, które to tłumienie aerodynamiczne zależy od łącznego ugięcia wzdłuż łopatki podczas drgań. Zwiększone aerodynamiczne tłumienie jest korzystne, ponieważ powoduje zmniejszenie obciążenia aerodynamicznego.
W porównaniu z łopatką wykonaną jedynie z polimeru wzmocnionego włóknem szklanym lub łopatką wykonaną jedynie z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym, łopatka według wynalazku ma optymalny stosunek sztywności do kosztów.
Według przykładu wykonania, zewnętrzna część końcowa może stanowić od 25% do 50% całej długości łopatki.
Zewnętrzna część końcowa może jednak stanowić 5%, 10%, 15%, 20%, 25%, 30%, 40%, 45%, 50%, 55%, 60%, 65%, 70%, 75%, 80%, 85% lub nawet 90% długości łopatki.
Ukształtowanie w łopatce strefy przejściowej, w której włókna węglowe są stopniowo zastępowane włóknami szklanymi, pozwala na uniknięcie nagłej zmiany sztywności łopatki w obszarze przejściowym pomiędzy włóknami węglowymi i włóknami szklanymi. Przy dużych dynamicznych lub statycznych naprężeniach, nagłe przejście pomiędzy włóknami węglowymi i włóknami szklanymi powoduje koncentracje naprężeń, ponieważ włókna węglowe są zwykle 3-4 razy sztywniejsze niż włókna szklane. Poprzez wytworzenie takiej strefy przejściowej unika się dużej koncentracji naprężeń na powierzchni granicznej pomiędzy włóknami węglowymi i włóknami szklanymi.
Według przykładu wykonania długość strefy przejściowej jest pomiędzy 0,5 i 1 metr. Długość do 10 metrów lub nawet więcej niż 10 metrów jest także zalecana.
Szczególnie łagodną zmianę sztywności uzyskuje się według wynalazku poprzez to, że włókna węglowe i włókna szklane są rozłożone w matrycy polimerowej tak, że włókna węglowe lub wiązki włókien węglowych o zmiennej długości rozciągają się od pierwszego końca strefy przejściowej, a włókna szklane lub wiązki włókien szklanych rozciągają się od przeciwnego końca strefy przejściowej, a także dzięki zastosowaniu kilku warstw włókien przesuniętych i/lub wyciętych odpowiednio.
Wynalazek jest objaśniony bardziej szczegółowo poniżej na podstawie różnych przykładów wykonania wynalazku uwidocznionych na rysunku, na którym, schematycznie: fig. 1 ukazuje turbinę wiatrową z trzema łopatkami, fig. 2 ukazuje łopatkę według przykładu wykonania wynalazku; fig. 3 ukazuje ciągłą zmianę stosunku ilości włókien węglowych do włókien szklanych według szczególnego przykładu wykonania, fig. 4 ukazuje ciągłą zmianę stosunku ilości włókien węglowych do włókien szklanych według drugiego przykładu wykonania wynalazku, fig. 5 ukazuje ciągłą zmianę stosunku ilości włókien węglowych do włókien szklanych według trzeciego przykładu wykonania wynalazku, fig. 6 ukazuje wykresy przedstawiające jak stosunek ilości włókien węglowych do włókien szklanych może być zmieniany w strefie przejściowej.
Fig. 1 pokazuje turbinę wiatrową nowej generacji wraz z wieżą 12, piastą 13 oraz trzema łopatkami 14 turbiny wiatrowej rozchodzącymi się z piasty 13.
PL 206 703 B1
Fig. 2 ilustruje przykład wykonania łopatki 14 turbiny wiatrowej według wynalazku, w której wewnętrzna część końcowa 15, zawierająca nasadę łopatki, jest wykonana z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej części włóknem szklanym, a zewnętrzna część końcowa 17, zawierająca końcówkę łopatki, jest wykonana z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej części włóknem węglowym. Na granicy z wewnętrzną częścią końcową 15 zewnętrzna końcowa część 17 ma strefę przejściową 16, w której włókna węglowe są stopniowo zastępowane włóknami szklanymi w taki sposób, że uzyskiwana jest stopniowa zmiana sztywności łopatki.
Fig. 3 jest widokiem przekroju strefy przejściowej, w której stopniowo zmienia się stosunek ilości włókien węglowych do włókien szklanych. Włókna węglowe 1 rozpościerają się od lewej strony rzutu przekroju w formie wiązek lub pojedynczych włókien o różnych długościach.
Włókna szklane 2 nie są widoczne na Fig. 3, ale dopełniają włókna węglowe 1. Przejście pomiędzy dwoma typami włókien jest więc rozmyte, dzięki czemu otrzymuje się łagodne przejście od zewnętrznej części końcowej 17, która jest wzmocniona przynajmniej w większej części włóknami węglowymi 1, do wewnętrznej części końcowej 15, która jest wzmocniona przynajmniej w większej części włóknem szklanym 2.
Fig. 4 ilustruje drugi przykład wykonania wynalazku, w którym maty włókninowe z włókien nietkanych lub z wiązek włókien dzianych zostały nacięte, dzięki czemu posiadają ząbkowanie na jednym ze swoich końców. Dwie maty, odpowiednio z włókien węglowych oraz z włókien szklanych, mają w tej samej warstwie włókien odpowiednio do siebie pasujące ząbki, dzięki którym zazębiają się. Dwie znajdujące się jedna nad drugą warstwy włókien mogą być przesunięte względem siebie jak pokazano na Fig. 4, dzięki czemu otrzymywane jest łagodne przejście pomiędzy sztywnością w obszarze włókien węglowych, pokazanym po lewej stronie, a włókien szklanych, pokazanym po stronie prawej. Fig. 4 jest schematycznym rzutem dwóch znajdujących się jedna nad drugą warstw 3, 4 włókien węglowych i odpowiadających im warstw włókien szklanych znajdujących się w obszarze 5. Jak również pokazano na Fig. 4 końcówki 12 ząbkowanej powierzchni granicznej 11 dwóch warstw włókien węglowych 3, 4 są przesunięte w poprzecznym kierunku, by zapewnić łagodną zmianę sztywności. Strefa przejścia pomiędzy obszarem włókien węglowych, a obszarem włókien szklanych jest. więc uzależniona od długości ząbków powierzchni granicznych 11.
Odpowiednio, strefa przejściowa może się zmieniać w zależności od potrzeby poprzez skracania lub wydłużenia ząbków powierzchni granicznych 11.
Fig. 5 pokazuje szczególnie proste wytworzenie strefy przejściowej pomiędzy zewnętrzną częścią końcową 17 i wewnętrzną częścią końcową 15. Fig. 5 jest schematycznym widokiem czterech umieszczonych w stosie warstw włókien zawierających warstwę włókien węglowych 6 i warstwę włókien szklanych 7. Każda warstwa włókien ma powierzchnię graniczną 10, w której włókna węglowe są zastępowane włóknami szklanymi, i uzyskuje się strefę przejściową o pewnej długości, ponieważ powierzchnie graniczne 10 są przesunięte względem siebie. Długość strefy przejściowej może oczywiście być zmieniana według potrzeby poprzez przesuwanie powierzchni granicznych bardziej lub mniej względem siebie i/lub poprzez zastosowanie więcej warstw włókien.
Fig. 6 jest schematycznym widokiem stosunku ilości włókien węglowych do włókien szklanych w kierunku wzdłużnym łopatki. Pierwsza strefa I odpowiada zewnętrznej części końcowej 17, a druga strefa III odpowiada wewnętrznej części końcowej 15 łopatki. Strefa przejściowa II występuje pomiędzy tymi dwiema strefami, a stosunek włókien szklanych 9 w tej strefie stopniowo zwiększa się od poziomu w pierwszej strefie I do poziomu w drugiej strefie III.
Fig. 6a ukazuje przykład wykonania, w którym pierwsza strefa I jest ukształtowana jedynie z włókien węglowych 8, a druga strefa III jest ukształtowana jedynie z włókien szklanych 9.
Fig. 6b ukazuje przykład wykonania, w którym pierwsza strefa I jest ukształtowana jedynie z włókien węglowych 8, a druga strefa III zawiera stałą mniejszą ilość włókien węglowych 8 i stałą większą ilość włókien szklanych 9.
Fig. 6c ukazuje przykład wykonania, w którym pierwsza strefa I zawiera stałą większą ilość włókien węglowych 8 i stałą mniejszą ilość włókien szklanych 9, a druga strefa III jest ukształtowana jedynie z włókien szklanych 9.
Fig. 6d ukazuje przykład wykonania, w którym pierwsza strefa I zawiera stałą większą ilość włókien węglowych 8 i stałą mniejszą ilość włókien szklanych 9, a druga strefa III zawiera małą stałą ilość włókien węglowych 8 i dużą stałą ilość włókien szklanych 9.
Fig. 6a ilustruje więc schematycznie korzystny przykład wykonania łopatki turbiny wiatrowej, w którym pierwsza strefa I odpowiada zewnętrznej części końcowej stanowiącej końcówkę łopatki,
PL 206 703 B1 a druga strefa III odpowiada wewnętrznej części końcowej łopatki stanowiącej nasadę. Materiał wzmocniony na zewnętrzną część końcową jest więc wykonany jedynie z włókien węglowych, zaś wewnętrzna część końcowa nasady łopatki jest wykonana jedynie z włókien szklanych. Wskutek tego, zewnętrzna część końcowa może zawierać strefę przejściową II, w której włókna węglowe i włókna szklane stopniowo są wzajemnie wymieniane. Ta strefa przejściowa II może mieć ograniczoną długość, na przykład 0,5-1 metr. Łopatka jednak może także być wykonana, jak pokazano na fig. 6b-6d.
Strefa przejściowa Π może być wykonana w łopatce podczas układania włókien w częściach formy. Jest jednak także możliwe stosowanie wstępnie wytworzonych laminatów przejściowych według zasad pokazanych na fig. 3, 4 i 5. Takie prefabrykowane laminaty przejściowe są korzystne ze względów wytwarzania, ponieważ czas procesu układania włókien jest w przybliżeniu taki sam jak przy wytwarzaniu typowych łopatek turbiny, w których jest stosowany ten sam materiał na całej długości łopatki.
Jeżeli istniejąca turbina wiatrowa ma być wyposażona w dłuższe łopatki, można to uzyskać poprzez zastąpienie najbardziej zewnętrznej części łopatki strefą przejściową zawierającą jeden lub więcej laminatów przejściowych i końcówką z włókna węglowego. Ciężar łopatki nie zwiększa się lub tylko w niewielkim stopniu w porównaniu z pierwotnymi łopatkami wykonanymi całkowicie z polimeru wzmocnionego włóknem szklanym. Alternatywnie, można wykonać całkowicie nowe łopatki dla istniejącej turbiny wiatrowej lub najbardziej zewnętrzna część łopatek może być odcięta i zastąpiona końcówką z włókna węglowego z/lub bez strefy przejściowej.
Szczególne korzyści według wynalazku uzyskuje się poprzez wytwarzanie części przenoszących obciążenie zewnętrznej części końcowej z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej części włóknem węglowym. Części przenoszące obciążenie zawierają główne laminaty w postaci wzdłużnych wstęg polimeru wzmocnionego włóknem, umieszczonych w obszarach po stronie zasysania i sprężania skorupy łopatki i oddalonych od środka przekroju poprzecznego łopatki. Laminaty wzmacniające łopatkę w kierunku zgodnym z krawędziami na krawędzi natarcia i spływu łopatki mogą korzystnie być także wykonane z polimeru wzmocnionego włóknem węglowym w zewnętrznej części końcowej łopatki.
Główne laminaty mogą korzystnie być wykonane jako hybrydowe maty, w których, na powierzchni przekroju poprzecznego, są równomiernie rozmieszczone niedoprzędy lub wiązki albo włókien szklanych, albo włókien węglowych.
Ze względu na wyładowania atmosferyczne, może być korzystne wykonanie najbardziej zewnętrznej części końcówki łopatki całkowicie z włókna szklanego tak, aby zapewnić, że wyładowania atmosferyczne będą uderzały w celowo skonstruowany odbiornik, a nie w elektrycznie przewodzący materiał włókna węglowego.
Testy wykazały, że najbardziej zewnętrzne części włókien węglowych w strefie przejściowej mogą pękać przy odkształceniu strefy przejściowej, ale nie jest to całkowicie niepożądany efekt, ponieważ sprzyja to dalszemu złagodzeniu zmiany sztywności. Częstotliwość pękania włókien może być więc wysoka ale nie krytyczna, ponieważ są one otoczone bardziej podatnymi włóknami szklanymi. Złamane włókna dalej sprzyjają zmniejszeniu uchylenia i łamaniu się dalszych włókien. Stopniowe i równomierne przejście pomiędzy właściwościami materiału kompozytowego, który jest oparty na włóknach szklanych i włóknach węglowych, jest więc uzyskane dzięki dwóm czynnikom. Pierwszym czynnikiem jest rozłożenie sztywnych i bardziej podatnych włókien w celu uzyskania łagodnego przejścia od obszaru sztywnego do podatnego. Drugim czynnikiem jest niekrytyczne łamanie, które dalej łagodzi to przejście. Dodatkowy, niepokazany przykład wykonania łopatki turbiny wiatrowej według wynalazku może być uzyskany za pomocą tak zwanego procesu natryskiwania. W tym procesie stosuje się pistolet natryskujący do materiału polimerowego, a do strumienia żywicy wtryskuje się mieszaninę posiekanych włókien tych dwóch typów i rozpyla się ją do formy. Poprzez zmianę stosunku mieszania podczas procesu rozpylania można uzyskać strefę przejściową.
Wydłużenie do rozerwania dla włókien szklanych jest zwykle około 4,8%, zaś dla włókien węglowych zwykle w zakresie od 0,3% do 1,4%. Moduł Young'a włókien szklanych jest około 73,000 MPa, zaś moduł Young'a włókien węglowych (moduł średni) zwykle jest około 245,000 MPa. Włókna węglowe są zwykle 3-4 razy sztywniejsze niż włókna szklane. Gęstość szkła jest około 2,54 g/crn3, zaś gęstość węgla jest około 1,75 g/cm3.
PL 206 703 B1
Claims (8)
- Zastrzeżenia patentowe1. Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem, znamienna tym, że jest podzielona na wewnętrzną część końcową (15) obejmującą nasadę łopatki i wykonaną z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej ilości włóknem szklanym i zewnętrzną część końcową (17) obejmującą końcówkę łopatki i wykonaną z polimeru wzmocnionego przynajmniej w większej ilości włóknem węglowym.
- 2. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 1, znamienna tym, że zewnętrzną część końcową (17) stanowi pomiędzy 25% i 50% całkowitej długości łopatki (14).
- 3. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że zewnętrzna część końcowa (17), przeciwlegle do końcówki łopatki, zawiera strefę przejściową (16,II), w której stosunek ilości włókien węglowych do włókien szklanych zmienia się stopniowo w kierunku wzdłużnym łopatki (14).
- 4. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 3, znamienna tym, że długość strefy przejściowej (16) jest pomiędzy 0,5 i 1 metr.
- 5. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 3 albo 4, znamienna tym, że włókna węglowe i włókna szklane są rozłożone w matrycy polimerowej, przy czym włókna węglowe lub wiązki włókien węglowych (1) o zmiennej długości rozciągają się od pierwszego końca strefy przejściowej (II), a włókna szklane lub wiązki włókien szklanych (2) rozciągają się od przeciwnego końca strefy przejściowej (II).
- 6. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 3 albo 4, znamienna tym, że strefa przejściowa (11) jest ukształtowana z laminatu kilku warstw (3, 4) włókien, w którym każda warstwa (3, 4) włókien ma powierzchnię graniczną (10) w położeniu w kierunku wzdłużnym, przy czym warstwy (3, 4) włókien stanowią warstwy włókien węglowych (6) po jednej stronie powierzchni granicznej (10) i warstwy włókien szklanych (7) po drugiej stronie powierzchni granicznej (10), a powierzchnie graniczne (10) każdej warstwy (3, 4) włókien są przesunięte względem siebie w kierunku wzdłużnym łopatki (14).
- 7. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 6, znamienna tym, że powierzchnie graniczne (11) mają ząbki w przekroju równoległym do warstw (3, 4) włókien.
- 8. Łopatka turbiny wiatrowej według zastrz. 7, znamienna tym, że końcówki (12) ząbków powierzchni granicznych (11) są przemieszczone względem siebie w kierunku poprzecznym łopatki (14).
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DK200200424A DK175562B1 (da) | 2002-03-19 | 2002-03-19 | Vindmöllevinge med kulfibertip |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| PL370864A1 PL370864A1 (pl) | 2005-05-30 |
| PL206703B1 true PL206703B1 (pl) | 2010-09-30 |
Family
ID=27837991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PL370864A PL206703B1 (pl) | 2002-03-19 | 2003-03-19 | Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem |
Country Status (12)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20050180853A1 (pl) |
| EP (1) | EP1485611B1 (pl) |
| CN (1) | CN100376790C (pl) |
| AT (1) | ATE468484T1 (pl) |
| AU (1) | AU2003218632B2 (pl) |
| CA (1) | CA2479608C (pl) |
| DE (1) | DE60332606D1 (pl) |
| DK (1) | DK175562B1 (pl) |
| ES (1) | ES2346199T3 (pl) |
| PL (1) | PL206703B1 (pl) |
| PT (1) | PT1485611E (pl) |
| WO (1) | WO2003078833A1 (pl) |
Families Citing this family (43)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| AU2003229708A1 (en) | 2003-03-06 | 2004-09-28 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blade, spar for wind turbine blade and method of preparing these |
| CA2517951C (en) * | 2003-03-06 | 2008-08-05 | Vestas Wind Systems A/S | Pre-form and method of preparing a pre-form |
| US7331764B1 (en) * | 2004-04-19 | 2008-02-19 | Vee Engineering, Inc. | High-strength low-weight fan blade assembly |
| DK200401225A (da) | 2004-08-13 | 2006-02-14 | Lm Glasfiber As | Metode til afskæring af laminatlag, eksempelvis et glasfiber- eller kulfiber-laminatlag i en vindmöllevinge |
| US7802968B2 (en) * | 2005-07-29 | 2010-09-28 | General Electric Company | Methods and apparatus for reducing load in a rotor blade |
| US7438533B2 (en) * | 2005-12-15 | 2008-10-21 | General Electric Company | Wind turbine rotor blade |
| US7758313B2 (en) * | 2006-02-13 | 2010-07-20 | General Electric Company | Carbon-glass-hybrid spar for wind turbine rotorblades |
| DE102006022279B4 (de) * | 2006-05-11 | 2016-05-12 | Aloys Wobben | Rotorblatt für eine Windenergieanlage |
| US7918653B2 (en) * | 2007-02-07 | 2011-04-05 | General Electric Company | Rotor blade trailing edge assemby and method of use |
| US8393850B2 (en) | 2008-09-08 | 2013-03-12 | Flodesign Wind Turbine Corp. | Inflatable wind turbine |
| CN100494695C (zh) * | 2007-07-20 | 2009-06-03 | 南京航空航天大学 | 复合材料空腔风扇叶片 |
| GB2451192B (en) * | 2008-07-18 | 2011-03-09 | Vestas Wind Sys As | Wind turbine blade |
| DE102008054323A1 (de) * | 2008-11-03 | 2010-05-12 | Energiekontor Ag | Rotorblatt mit Blattspitzenverlängerung für eine Windenergieanlage |
| CN102308083B (zh) | 2008-12-05 | 2016-04-13 | 模组风能公司 | 高效风轮机叶片 |
| US7942640B2 (en) * | 2009-03-19 | 2011-05-17 | General Electric Company | Method and apparatus for use in protecting wind turbine blades from lightning damage |
| WO2010117262A1 (en) | 2009-04-10 | 2010-10-14 | Xemc Darwind B.V. | A protected wind turbine blade, a method of manufacturing it and a wind turbine |
| US8079819B2 (en) * | 2009-05-21 | 2011-12-20 | Zuteck Michael D | Optimization of premium fiber material usage in wind turbine spars |
| US20110052404A1 (en) * | 2009-08-25 | 2011-03-03 | Zuteck Michael D | Swept blades with enhanced twist response |
| US8702397B2 (en) | 2009-12-01 | 2014-04-22 | General Electric Company | Systems and methods of assembling a rotor blade for use in a wind turbine |
| US8142164B2 (en) | 2009-12-31 | 2012-03-27 | General Electric Company | Rotor blade for use with a wind turbine and method for assembling rotor blade |
| ES2401511B1 (es) * | 2011-07-06 | 2014-04-14 | Gamesa Innovation & Technology S.L. | Método de fabricación de palas de aerogeneradores de longitud variable. |
| EP2543874A1 (en) | 2011-07-06 | 2013-01-09 | LM Wind Power A/S | A wind turbine blade |
| IN2012DE00573A (pl) * | 2012-02-29 | 2015-06-05 | Gen Electric | |
| US9470205B2 (en) * | 2013-03-13 | 2016-10-18 | Vestas Wind Systems A/S | Wind turbine blades with layered, multi-component spars, and associated systems and methods |
| US9297357B2 (en) | 2013-04-04 | 2016-03-29 | General Electric Company | Blade insert for a wind turbine rotor blade |
| ES2605930T3 (es) | 2013-06-18 | 2017-03-17 | Nordex Energy Gmbh | Procedimiento y herramienta de moldeo para fabricar un segmento de larguero de una pala de rotor de aerogenerador |
| GB201311008D0 (en) | 2013-06-20 | 2013-08-07 | Lm Wp Patent Holding As | A tribrid wind turbine blade |
| CN105473847B (zh) * | 2013-07-09 | 2018-05-29 | 维斯塔斯风力系统有限公司 | 具有结合在一起的多个分段的风轮机叶片 |
| US9506452B2 (en) | 2013-08-28 | 2016-11-29 | General Electric Company | Method for installing a shear web insert within a segmented rotor blade assembly |
| MX391494B (es) * | 2014-01-31 | 2025-03-21 | Lm Wp Patent Holding As | Parte del aspa de una turbina eolica fabricada en dos pasos. |
| MX382577B (es) * | 2014-01-31 | 2025-03-13 | Lm Wp Patent Holding As | Aspa de turbina eólica con una transición de fibra mejorada. |
| CA2945652C (en) | 2014-05-05 | 2020-11-03 | Horton, Inc. | Composite fan |
| WO2017129686A2 (de) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | Wobben Properties Gmbh | Holmgurt und herstellungsverfahren |
| EP3558648B1 (en) * | 2016-12-26 | 2024-10-30 | Continental Structural Plastics, Inc. | Combined primary fiber and carbon fiber component for production of reinforced polymeric articles |
| FR3087701B1 (fr) * | 2018-10-30 | 2021-11-26 | Safran Aircraft Engines | Hybridation des fibres du renfort fibreux d'une aube de soufflante |
| FR3087699B1 (fr) * | 2018-10-30 | 2021-11-26 | Safran Aircraft Engines | Hybridation des fibres du renfort fibreux d'une aube |
| DK3712424T3 (da) * | 2019-03-21 | 2023-10-09 | Siemens Gamesa Renewable Energy As | Vindmøllevinge og vindmølle |
| DE102019118317A1 (de) | 2019-07-05 | 2021-01-07 | Wobben Properties Gmbh | Rotorblatt für eine Windenergieanlage, Rotorblattsegment, Windenergieanlage und Verfahren zur Herstellung eines Rotorblattes |
| WO2021129913A1 (en) * | 2019-12-23 | 2021-07-01 | Vestas Wind Systems A/S | Modular wind turbine blade with vibration damping |
| FR3108666B1 (fr) * | 2020-03-27 | 2022-04-01 | Safran Aircraft Engines | Texture fibreuse pour aube de turbomachine en matériau composite |
| CN116412060B (zh) * | 2021-12-29 | 2024-05-31 | 江苏金风科技有限公司 | 叶片的腹板及叶片 |
| CN114347576B (zh) * | 2021-12-29 | 2023-06-27 | 江苏金风科技有限公司 | 叶片的主梁及叶片 |
| WO2023123712A1 (zh) * | 2021-12-29 | 2023-07-06 | 江苏金风科技有限公司 | 叶片的腹板及叶片 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1262704A (en) * | 1968-08-10 | 1972-02-02 | Messerschmitt Boelkow Blohm | Helicopter rotor blade |
| GB1526433A (en) * | 1975-08-06 | 1978-09-27 | Secr Defence | Helicopter rotor blades |
| US4000956A (en) * | 1975-12-22 | 1977-01-04 | General Electric Company | Impact resistant blade |
| GB2012698B (en) * | 1978-01-03 | 1982-02-10 | Secr Defence | Aerofoils |
| GB2164309B (en) * | 1984-09-11 | 1987-09-09 | Secr Defence | Helicopter rotor blades |
| US4976587A (en) * | 1988-07-20 | 1990-12-11 | Dwr Wind Technologies Inc. | Composite wind turbine rotor blade and method for making same |
| FR2740380B1 (fr) * | 1995-10-30 | 1998-01-02 | Eurocopter France | Procede de fabrication d'une pale a pas variable en materiau composite pour rotor d'helicoptere |
| DK173460B2 (da) * | 1998-09-09 | 2004-08-30 | Lm Glasfiber As | Vindmöllevinge med lynafleder |
| DK175275B1 (da) * | 2002-03-19 | 2004-08-02 | Lm Glasfiber As | Overgangsområde i vindmöllevinge |
| DE20206942U1 (de) * | 2002-05-02 | 2002-08-08 | REpower Systems AG, 22335 Hamburg | Rotorblatt für Windenergieanlagen |
-
2002
- 2002-03-19 DK DK200200424A patent/DK175562B1/da not_active IP Right Cessation
-
2003
- 2003-03-19 AT AT03711858T patent/ATE468484T1/de not_active IP Right Cessation
- 2003-03-19 CN CNB038064111A patent/CN100376790C/zh not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-19 EP EP03711858A patent/EP1485611B1/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-19 CA CA2479608A patent/CA2479608C/en not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-19 PL PL370864A patent/PL206703B1/pl not_active IP Right Cessation
- 2003-03-19 ES ES03711858T patent/ES2346199T3/es not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-19 PT PT03711858T patent/PT1485611E/pt unknown
- 2003-03-19 WO PCT/DK2003/000185 patent/WO2003078833A1/en not_active Ceased
- 2003-03-19 DE DE60332606T patent/DE60332606D1/de not_active Expired - Lifetime
- 2003-03-19 US US10/508,379 patent/US20050180853A1/en not_active Abandoned
- 2003-03-19 AU AU2003218632A patent/AU2003218632B2/en not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2346199T3 (es) | 2010-10-13 |
| PL370864A1 (pl) | 2005-05-30 |
| ATE468484T1 (de) | 2010-06-15 |
| WO2003078833A1 (en) | 2003-09-25 |
| AU2003218632B2 (en) | 2009-01-08 |
| EP1485611A1 (en) | 2004-12-15 |
| DK175562B1 (da) | 2004-12-06 |
| EP1485611B1 (en) | 2010-05-19 |
| PT1485611E (pt) | 2010-07-16 |
| CN1697924A (zh) | 2005-11-16 |
| AU2003218632A1 (en) | 2003-09-29 |
| DK200200424A (da) | 2003-09-20 |
| CN100376790C (zh) | 2008-03-26 |
| DE60332606D1 (de) | 2010-07-01 |
| CA2479608A1 (en) | 2003-09-25 |
| US20050180853A1 (en) | 2005-08-18 |
| CA2479608C (en) | 2013-01-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| PL206703B1 (pl) | Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknem | |
| PL206772B1 (pl) | Łopatka turbiny wiatrowej z polimeru wzmocnionego włóknami i prefabrykowany półwyrób skorupy przejściowej do wytwarzania łopatki turbiny wiatrowej | |
| US9920630B2 (en) | Wind turbine blade with transition region | |
| KR101713882B1 (ko) | 윈드 터빈 로터 블레이드 컴포넌트 및 그것을 만드는 방법 | |
| CN103958835B (zh) | 具有过渡区域的风力涡轮机叶片 | |
| US8529717B2 (en) | Structural mat for reinforcing a wind turbine blade structure, a wind turbine blade and a method for manufacturing a wind turbine blade | |
| EP2318703A2 (en) | Wind turbine blade | |
| EP2204576A2 (en) | Sparcap for wind turbine rotor blade and method of fabricating wind turbine rotor blade | |
| EP4453296B1 (en) | Woven fabric, vacuum induced resin infusion process and fibre reinforced composite | |
| NO331759B1 (no) | Vindturbinblad med karbontupp. | |
| CN119585520A (zh) | 风力涡轮机叶片翼梁帽及制造风力涡轮机叶片翼梁帽的方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Decisions on the lapse of the protection rights |
Effective date: 20130319 |