复合风力涡轮机塔架及其制造方法技术

本发明专利技术涉及复合风力涡轮机塔架及其制造方法。公开了一种用于制造供风力涡轮机使用的塔架（１２）或其构件的方法。该方法包括：编织在形状上与塔架或构件的形状相对应的纤维束（５２），以形成柔性织物预制件（３６）；并对该柔性织物预制件进行层压以形成复合壳体（２６，３４）。还公开了一种包括复合风力涡轮机塔架和联接至该塔架的风力涡轮的风力涡轮机组件（１０）。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开的领域大致涉及风力涡轮机塔架，并且更具体地说， 涉及一种复合风力涡轮机塔架和用于制造它的方法。
技术介绍
已知的风力涡轮机包括转子，其包括多个叶片。转子安装在定位 于桁架或管状塔架的顶部上的外壳或吊舱中。转子叶片将风能转换成 驱动一个或多个发电机的旋转力或扭矩，发电机通常但不总是通过变 速箱而以旋转的方式联接在转子上。在使用变速箱的情形下，变速箱 为发电机提高涡轮机转子的固有的低转速，以使得机械能能够高效地 转换成电能。在其它情形中，低速发电机用于在不使用变速箱的条件 下产生功率。为了增加风力涡轮机功率产出，并降低能量成本，至少某些已知的风力涡轮机使用大型(例如长度为50米或更长)叶片。较大的叶片尺 寸导致涡轮机额定功率的增加和更有效的能量产出。较大的叶片需要 具有相应增加的高度和尺寸的支承塔架。然而，较大的风力涡轮机塔 架的生产受到塔架基部处的水平尺寸、对更厚(更重的)板的需求以及 增加的制造成本的限制。目前大多数已知的涡轮机塔架是焊接的管状 钢板结构。这种钢板结构通常使用大量的钢，其增加了材料成本。另 外，大的管状塔架需要特别的制造设备，并且可能较为笨重且难以从 制造场所运送到涡轮机组装场所。
技术实现思路
在一个方面，本专利技术公开涉及用于制造供风力涡轮机使用的塔架 或其构件的方法。该方法包括编织具有与塔架或构件的形状相对应的形状的纤维束，以形成柔性织物预制件；并对柔性织物预制件进行层 压，以形成复合壳体或其区段。在另一方面，本专利技术公开涉及风力涡轮机组件，其包括复合风力 涡轮机塔架和联接在该塔架上的风力涡轮。该塔架包括第一织物复合物层、第二织物复合物层和芯部材料层。该塔架具有大约5GPa至大 约300GPa的拉伸模量。附图说明图1是示例性风力涡轮机的透视图。图2是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性多层复合壳体 的截面图。图3是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性单层复合壳体 的截面图。图4是可供图1中所示的风力涡轮机使用的示例性单层多边形复合壳体的截面图。图5是心轴上的示例性单层柔性织物预制件的截面图。 图6是示于图5中且铺平的柔性织物预制件的截面图。 图7是示于图6中且处于折叠或"折起"构造的柔性织物预制件的截面图。图8是被装载到运输推车上的折起的柔性织物预制件的侧视图， 其中推车的推车臂被降低。图9是被装载到运输推车上的折起的柔性织物预制件的图示，其 中推车的推车臂被升高。图10是卡车拖车的截面侧视图，其中柔性织物预制件^L装载到 处于安装在卡车拖车内部和相对侧上的轨道中的滚子推车上。图11是在制造预制件时的卡车拖车的截面图，其中柔性织物预 制件形成于卡车拖车中，并装载到处于安装在卡车拖车内部和相对侧 上的轨道中的滚子推车上。图12是示例性三轴编织物的放大图示。图13是示例性织物复合物三维层的一部分的放大图示。 部件列表10风力涡轮才几组件； 12塔架； 14支承面； 16吊舱；18转子；20毂部；22转子叶片；24中心线；26复合壳体；28单个织物复合物层；30内层织物复合物；32芯部材料；34单层复合壳体；36柔性织物预制件；38心轴；40集装箱或卡车拖车；42运输推车；44推车臂；46滚子推车；48轨道；50编织才几；52纤维束；54相对的上侧;56箭头；58装载轨道；具体实施方式图1是示例性风力涡轮^i且件10的透^L图。在该示例性实施例 中，风力涡轮机组件10是横轴风力涡轮机。或者，风力涡轮机组件 IO是竖轴风力涡轮机。在该示例性实施例中，风力涡轮机组件10包 括自支承面14延伸的塔架12、安装在塔架12上的吊舱16以及联接 在吊舱16上的转子18。转子18包括可旋转的毂部20和多个联接在 毂部20上的风力涡轮或转子叶片22。在该示例性实施例中，转子18 包括三个转子叶片22。在一个备选实施例中，转子18包括超过或少 于三个转子叶片22。中心线24延伸穿过吊舱16和毂部20。各个转 子叶片22包括梢部26。在该示例性实施例中，塔架12是由碳纤维、 玻璃纤维或使得塔架12能够如本文所述起作用的任何其它合适的材 料制成的复合塔架，并且可包括在支承面14和吊舱16之间延伸的腔 体(图1中未显示)。塔架12的高度是基于本领域中所已知的因素和条 件进行选择的。叶片22分散在转子毂部20周围，以利于旋转的转子 18将来自风的动能转换成可使用的机械能，且随后转换成电能。在图2-4中大致显示了塔架12的示例性截面图。在该示例性实施 例中，塔架12包括复合壳体26和34,其可利用一层或多层织物复合 物28和30制成，织物复合物28和30利用树脂(未显示)进行层压， 这些树脂为例如但不限于环氧树脂、乙烯基酯、聚酯树脂、酚醛树脂、 聚丙烯或它们的组合。如本文所用，用语"织物复合物"指通过将一 种或多种合适的材料编织在一起而形成的复合材料，这些材料为例如 但不限于金属、塑料、木材和/或纤维(例如但不限于如本文所述的玻 璃纤维(即玻璃丝)、碳纤维和/或芳族聚酸胺纤维)。复合壳体26还可 包括由一个或多个织物复合物层28和30层压的其它构件层。例如， 如图2中所示，复合壳体26可以是多层复合壳体，其包括夹在内部 织物复合物层30和外部织物复合物层28之间的芯部材料32,其有助虽然图2显示了包括三层-即外部织物复合物28、内部织物复合 物30和夹在复合物28和30之间的芯部材料32 -的多层复合壳体26, 但是复合壳体26可备选地包括层的任何组合，包括任意数量的织物 复合物层(例如层28或30)和/或芯部材料层(例如芯部材料层32)。例 如，虽然图2中只显示了一个芯部材料层32，并且虽然芯部材料32 显示为夹在两个相邻的织物复合物28和30之间，但是多层复合壳体， 例如复合壳体26可包括使得复合壳体26能够如本文所述起作用的任 意数量的芯部材料层32。例如，在一个备选实施例中，复合壳体可以是单层复合壳体34, 如图3和图4中所示。在这种示例性实施例中，复合壳体34可包括 单个织物复合物层28或30,而没有芯部材料32。在一个实施例中， 一种用于制造风力涡轮机塔架12的方法包括 围绕心轴38编织纤维束，其具有与复合壳体的所需形状相对应的形 状，以形成柔性织物预制件。柔性织物预制件是复合壳体的前身，且 因此通常具有与复合壳体相同的某些构造。例如，取决于复合壳体所 需的构造，柔性织物预制件可包括单层材料(例如织物复合物)，例如 图5中所示的柔性织物预制件36,或者备选地可包括两层或更多层材 料(未显示)。然后将柔性织物预制件运送至塔架组装场所，在该场所 对其进行层压以形成复合壳体。复合壳体可单独用作复合风力涡轮机 塔架，或者可用作复合风力涡轮机塔架的一部分。或者，柔性织物预制件可以只是一段复合壳体的前身。例如，柔 性织物预制件可与复合壳体的下部区段、中间区段和/或上部区段相对 应，或者可采用板的形式，可对其进行层压以形成复合壳体的一侧或 多侧(或侧面的一部分)。例如，在一个实施例中，柔性织物预制件对 应于多边形复合壳体的一侧，如图4中所示。当柔性织物预制件对应 于一段复合壳体时，可通过围绕心轴编织纤维束来形成预制件，该心轴具有与正形成的复合壳体区段的形状相对应的形状。或者，可在不 使用心轴的情本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造供风力涡轮机（１０）使用的塔架（１２）或其构件的方法，所述方法包括：　编织在形状上与所述塔架或构件的形状相对应的纤维束（５２），以形成柔性织物预制件（３６）；且　层压所述柔性织物预制件，以形成复合壳体（２６，３４）或 其区段。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：LD维利，郭书敬，郑大年，
申请(专利权)人：通用电气公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]