具有分层的多部件翼梁的风轮机叶片及相关系统和方法_3

文档序号:9457388阅读:来源:国知局
25a可以具有约4mm的厚度,第二层125b可以具有约1.8mm的厚度,并且粘合剂126可以具有约0.76mm的厚度,组合总体厚度T2为6.6mm0在该实施方式的又一特定方面中,第一板条121a的第三层125c可以具有弹性模量为El的组合物(例如,单向玻璃纤维),该弹性模量El介于第二板条121b的第一层125a的弹性模量和第二层125b的弹性模量之间。
[0030]在一示例中,第一板条121a被形成为拉挤成型件,例如具有嵌入在树脂基质中的单向玻璃纤维或单向碳纤维。在这种情况下,第一板条121a由单个拉挤层125c形成。第二板条121b也形成为拉挤成型件,并且通过共拉挤各自的第一层125a和第二层125b来形成,以形成拉挤成型的板条121。
[0031 ] 图6B至图6G连同表示作为穿过板条的厚度的函数的剪切应力的相关曲线图,图示了由各种不同材料形成的有代表性的重叠板条。图6B图示了与第二板条121b重叠和相邻的第一板条121a,两个板条由相同的材料形成,具有代表性的17Psi的弹性模量El和E2。第一板条121a的厚度为Tl,而第二板条121b的厚度为T2。在此特定实施方式中,Tl和T2等于0.25英寸。相应地,El XTl的乘积等于E2XT2的乘积,例如为2.5X 16镑/英寸。
[0032]图6C是示出作为两个板条被相互结合后穿过两个板条的厚度T的函数的代表性剪切应力值的曲线图。因此,该曲线图图示了从第一板条121a的下缘或第一边缘130a经第二板条121b的上缘或第二边缘130b的剪切应力。如图6C所示,(分别在第一边缘和第二边缘处的)峰值剪切应力值显著高于穿过重叠板条的平均剪切应力值。为清晰起见,在图6C中这被示为3倍平均值,但对于图6C以及图6E和6G所示的曲线图,峰部的数值仅作为示例给出以说明此概念,在其它实施方式中,峰值应力可以具有其它值。另外,图6C、图6E和图6G中的曲线图忽略了板条末端的配置(例如,几何形状)变化(例如,通过倒角和/或其它技术)以减小应力峰值幅度的影响。这种技术可以与本文中描述的技术特征一起应用。
[0033]在图6D中,第一板条121a和第二板条121b同样具有相同的厚度(0.25英寸),但第二板条121b的弹性模量E2是第一板条121a的弹性模量El的三倍。接下来参考图6E,所得到的剪切应力曲线表示,在重叠板条的第一边缘130a处的最大剪切应力现在是组合板条的平均剪切应力的五倍,并且在第二边缘130b处的应力是平均应力的两倍。由于结构的失效往往依赖于最高应力,在第一边缘130a处的最大剪切应力可以因此限制该接头的强度,因而有利的是修改设计以减小最高峰值剪切应力(具体地减少在第一边缘130a处的应力)。本技术的实施方式针对具有不同弹性模量的不同材料的重叠板条的EXT乘积的均等或至少近似均等,以便减少结合中的峰值剪切应力。
[0034]现在参照图6F,第一板条121a具有0.25英寸的厚度Tl,并且由弹性模量El为17Psi的单个第一层125c形成。因此,El X Tl等于2.5 X 106。第二板条121b的第一层125a为0.17英寸的厚度T2a以及15Psi的弹性模量E2a。第二板条121b也包括具有0.08英寸的厚度T2b以及3 X 17Psi的弹性模量的第二层125b。在一个实施方式中,第二层125b可以在第一层125a “上方”(以图6F所示的方位);在其它实施方式中,第二层125b可以在第一层125a“下方”。在任一实施方式中,前述的弹性模量代表单向玻璃纤维(对于E1)、双轴玻璃纤维(对于E2a)和碳纤维(对于E2b)。因此,双轴玻璃纤维比单向玻璃纤维更具柔性,单向玻璃纤维比单向碳纤维更具柔性。第二板条121b的弹性模量和厚度的合成复合乘积[(E2aXT2a) + (E2bXT2b)]等于2.57X 16镑/英寸。这近似等于第一板条121a的ElXTl的乘积,(例如,约等于2.5X106)。如上面所讨论的,可以预期,这样的布置将使横过重叠板条的剪切应力均等,如图6G所示。具体地说,图6G示出在第一边缘130a和第二边缘130b两者处,剪切应力大约是横过重叠板条厚度的平均剪切应力的三倍,这与当121a和121b的材料相同时的情况一样。如上面也讨论过的,选择第一层125a的厚度T2a,使得当增加第二层125b的厚度T2b时,总厚度与第一板条125a的厚度Tl相同。另外,如上所述,选择第一层125a的弹性模量E2a使之产生弹性模量和厚度的复合乘积,例如选择小于El的弹性模量,以“补偿”第二层125b的大于El的弹性模量E2b。
[0035]上述布置的一个特征是,尽管两个板条的组合物存在差异,但是第一板条121a的厚度和总体弹性模量E的乘积可以与第二板条121b的厚度和总体弹性模量E的乘积至少近似相同。具体地说,第一层125a可以作为第二板条121b的“填料”进行操作,以使第二板条121b和第一板条121a具有近似相等的厚度。如本文所用,术语“大约/近似/大致”指的是厚度变化充分小,使得它们不产生由于厚度差异导致的显著制造问题或结构强度降低。在【具体实施方式】中,有代表性的厚度变化为基本厚度的± Imm内,或±10%、±5%、±2%、±1%或 ±0.5% 内。
[0036]上述特征的优点是,它可以便于特别在风轮机叶片的具体部分中使用高强度、低重量的材料,其中这些材料的优点超过成本,而不会影响或显著损害在这种复合材料之间的界面处结合在这种构造中的部件的强度。这种布置反过来可以减少或消除叶片将撞击承载它的塔架,或者在负载下经受其它不可接受的偏移的可能性,同时保持有竞争力的叶片成本。
[0037]虽然上述相等的厚度在接头119处是期望的,但是在接头119外侧的位置处,可以通过减薄或省除第一层125a来降低第二板条121b的厚度,留下第二层125b来承载结构性负载。图7是根据代表性实施方式的第二板条121b的外侧部分的示意性侧视等距图,图示了第一层125a渐缩并且在中间位置128处终止。在中间位置128的外侧,第二板条121b可以仅包括第二层125b。
[0038]图8是第二翼梁元件120b的局部示意性侧视图,其包括多个第二板条121b。在一般情况下,每个第二板条121b均可以包括第一层125a和第二层125b。在一些情况下,相邻的第二板条121b可以直接彼此接合。相应的第二层125b之间的第一层125a在外侧方向上渐缩(例如,渐缩至零厚度,如上面参考图7所述),以使相邻的第二层125b在第二翼梁元件120b的更外侧位置处直接彼此接合。因此,第二翼梁元件120b在外侧位置处仅包括第二层125b而无第一层125a。如图8所示,第二翼梁元件120b的总体厚度可以从初始厚度T3渐缩至最终厚度T4。在【具体实施方式】中,一些第二层125b (例如,朝向第二翼梁元件120b的上侧和下侧的那些)可在第二翼梁部分120b的长度上与相邻的第二层直接接触。对于任何给定的第二板条121b,如上面参考图6G描述的,第二层125b可以在第一层125a的下方或“上方”。
[0039]根据前述内容,可以理解,出于说明的目的,本技术的【具体实施方式】已经在本文描述,但可做出各种修改而不偏离本技术。例如,在翼梁帽的背景下描述了若干上述多部件板条。在其它实施方式中,相同或类似的技术可以用于形成风轮机叶片中的其它结构,例如其它纵向延伸的结构。在【具体实施方式】的背景下描述的本技术的某些方面在其它实施方式中可被组合或省除
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