专利名称：透明风塔系统技术的制作方法
技术领域：
本发明提供一种具有复合纤维加强聚合物(FRP)转子叶片的风塔系统，FRP外覆在机舱和钢质支撑塔身上。更特别地，本发明提供一种对公知风塔系统的部件制造的改进， 这种改进利用了可替换的材料和制造方法并形成具有优良的透明复合物以制造实用尺寸的风塔系统的转子叶片，其在透明的同时还能够保持其结构完整性及特性需求，并且实现一套完整的透明风塔产品，该产品相对传统风塔系统的产品更轻、价格更便宜、制作所需的时间短、步骤少且部件少。
背景技术：
2009年末，美国风力发电机的装机客量起过35，000兆瓦(MW)，且来自10，000个涡轮机。这使美国在2009年处于世界领先的地位，并且风力发电仅占美国发电量的1. 2%。 在2010年，中国超越美国成为风力发电涡轮机的最大用户。截止到2010年，风能是世界上增长最快的能源，从2006年底的73. 9GW开始，世界风能协会期望在世界范围内安装160GW的风能容量。这表明预计的年净增长率超过21%。 截止到2009年底，美国的风塔系统设备比2008年增长39%。最近，许多国家已建立目标或要求将风电发电量增长至该国家电力需求的20%或更多。当前美国仅生产了占其电量1.2%的风力发电量。因此，需要建设更多的风塔以满足这些要求、目标并满足可再生清洁风能的需求。由于现有技术或工业上使用的常见的现有构造方法，视觉污染及影子摇曳污染将会剧增。风能总体上被认为是可再生的、高效的清洁能源。风能的主要问题在于用于将风能转化为电能的风塔系统的庞大尺寸产生了显著的视觉环境污染。随着美国计划在2009 年的水平上将风塔系统的容量增加1000%，可以预见到由视觉环境污染引起的关注、资金投入、延迟、法律认定及资产流失变得更多和更严厉。更详细地，实用尺寸(utility sized) (1.5MW-5+MW)涡轮机的尺寸很大，接近 400+英尺高，并通常以很近的距离集中放置在风塔系统场中，例如，彼此的距离在1000英尺内。因此，某些地方大量的数以百计的白色风塔系统主导了风景，由于显著地遮蔽并永久地改变当地的风景而引起视觉环境污染。因此，并不令人惊讶的是，风能工业当前正经历迅速增长的且有组织化的对其实施的各种异议，包括各种宣称风塔系统由于巨大尺寸而导致对景观及绵延数公里的的风景破坏的权利诉求及诉讼。由于向人口聚集地靠近的风塔系统的增加，同样关于视觉污染以及在下文中详细说明的其它问题的抱怨也在增加。转子叶片是风塔涡轮机系统最重要的可视部件。通常，转子叶片的圆形扫掠区域
权利要求
1.一种风塔系统，包括多个风塔系统转子叶片，其包括基本上完全透明的复合纤维加强聚合物(FRP)、树脂及硬化剂聚合物；至少部分地由复合纤维加强聚合物或钢质材料制成的机舱；把所述多个风塔系统转子叶片连接到所述机舱上的毂部；塔身，机舱连接于其上；其中，所述风塔系统转子叶片包括用于在风塔系统活动运行期间使风的紊流最小化并因此使声音最小化的装置，并且所述风塔系统转子叶片自由地透光，以使叶片的光反射及由此的视觉可见度最小化，并且所述机舱和所述塔身被涂覆以减少视觉影响。
2.根据权利要求1所述的风塔系统，其中所述塔身由钢和纤维加强聚合物制成。
3.根据权利要求1所述的风塔系统，其中所述机舱内装有电子元器件、发电机、传动装置及用于发电的其他基础设备。
4.根据权利要求1所述的风塔系统，其中所述纤维加强聚合物、树脂及硬化剂包含基本不挡光的成分，以实现由其构建的部件透明且基本无杂质。
5.根据权利要求4所述的风塔系统，其中用在各复合部件中的纤维加强聚合物细丝、 聚合物树脂及硬化剂制造成具有特定公差及精确匹配的RI (折射率)，以生产基本上无杂质的、完全透明的复合结构。
6.根据权利要求5所述的风塔系统，其中纤维加强聚合物树脂、硬化剂及纤维细丝组合在一起形成纤维加强聚合物转子叶片，所述纤维加强聚合物转子叶片具有减轻的重量和一致的抗拉强度，且是无杂质和光学透明的。
7.根据权利要求6所述的风塔系统，其中所述纤维加强聚合物纤维细丝被制造成具有被称作“胶料”的化学添加剂的特定RI公差，所述特定RI公差被设计为与纤维细丝的RI相匹配。
8.根据权利要求7所述的风塔系统，其中所述胶料是偶联剂，其使纤维对特定的树脂的化学成分具有亲和力，从而改进树脂的湿润特性并加强纤维与基材交界处的粘合性，从而在不影响透光的情况下改善叶片的疲劳寿命。
9.根据权利要求1所述的风塔系统，其中每个塔身段都部分地由纤维加强聚合物、钢或其它材料构成，以在组装之后具有中空的中心部。
10.根据权利要求1所述的风塔系统，其中所述用于在风塔系统活动运行期间使风的紊流最小化并因此使声音最小化的装置位于各叶片的后缘上，其包括减少与紊流相关的噪音的消音透明毛边。
11.根据权利要求10所述的风塔系统，其中所述毛边将在所述后缘后方碰撞的两股空气流影响的区域分散成多个微紊流区域，并因此减轻与空气紊流相关的噪音。
12.—种风塔系统转子叶片的制造方法，包括在上、下叶片半部壳体模具中分别插入多层树脂浸渍纤维，所述上、下叶片半部壳体模具构造成使得当结合在一起时，两个叶片形成具有消音毛边的后缘；使用真空注入工艺将树脂注入到所述模具中，以使转子叶片充分透光；进行热固化及加压成型，以形成叶片的形状；进一步进行真空处理，以清除树脂浸渍纤维中的任何空气，以最优化洁净度、强度和透明度；以及进行加热以活化化学过程，从而固化树脂并调节折射率。
13.根据权利要求12所述的制造方法，其中所述多层树脂浸渍纤维相对于模具的纵向凹部以0度和90度之间的角度定向。
14.根据权利要求12所述的制造方法，进一步包括如下步骤除去上、下壳体，并使用内部骨架支撑结构将上、下壳体彼此固定相连，所述内部骨架支撑结构包括翼梁、翼梁盖梁、叶片末梢和结合各叶片半部的结合基部件。
15.根据权利要求14所述的制造方法，其中所述内部骨架支撑结构的部件由透明材料形成，所述透明材料与转子叶片壳体的折射率(RI)及透明度相匹配。
16.根据权利要求14所述的制造方法，其中所述内部骨架支撑结构以例如蜂巢图案的结合在一起的层状几何图案进行布置，以使整个结构支撑部件的强度和柔性最大化。
17.根据权利要求12所述的制造方法，进一步包括至少部分地由纤维加强聚合物 (FRP)或钢来构建塔身段，以在组装后实现中空的中心部，并且还包括由基于镜子的漫反射材料来构建不透光的盖部分。
18.根据权利要求17所述的制造方法，其中所述基于镜子的漫反射材料通过喷涂而施加。
19.根据权利要求12所述的制造方法，进一步包括在转子叶片的前、后侧上的若干位置处连接处于攻击模式的猛禽的黑色剪影贴花，以用于以阻止鸟类接近风塔系统。
20.根据权利要求12所述的制造方法，进一步包括毂部具有全息激光曲线贴花，所述贴花具有能够阻止和威慑鸟类接近风塔系统的形状和外观。
21.根据权利要求12所述的制造方法，进一步包括连接由风能驱动的发声装置，所述由风能驱动的发声装置能够发出一系列频率在80，000到120，OOOHz范围的声音，以干涉蝙蝠的回声定位能力并使蝙蝠转向远离风塔系统。
全文摘要
一种风塔系统，包括多个风塔系统转子叶片，所述叶片由基本上完全透明的复合纤维加强聚合物(FRP)、树脂及硬化剂聚合物形成；至少部分地由复合纤维加强聚合物或钢质材料制成的机舱；把所述多个风塔系统转子叶片连接到所述机舱上的毂部；以及塔身，机舱连接于其上。所述风塔系统转子叶片设计成在风塔系统活动运行期间使风的紊流最小化并因此使声音最小化，并且所述风塔系统转子叶片自由地透光，以使叶片的光反射及由此的视觉可见度最小化，并且所述机舱和所述塔身被涂覆以减少视觉影响。
文档编号G02B1/04GK102192080SQ201110137918
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月3日 优先权日2010年3月3日
发明者理查德·凯雷斯 申请人:理查德·凯雷斯