Лопасть ветроэнергетической установки, содержащая конструктивный элемент хвостового конца с пултрузионным элементом, имеющим переходный участок
Изобретение относится к конструктивному элементу хвостового конца лопасти ветроэнергетической установки. Техническим результатом является снижение опасности образования складок в зоне сопряжения для соединения лопасти и улучшение укладки волокнистого материала. Технический результат достигается конструктивным элементом (19) хвостового конца лопасти (5) ветроэнергетической установки, который проходит от хвостовика (7) лопасти до хвостового участка (14) оболочки (11) лопасти, образованной частью лопасти, имеющей внутреннюю поверхность (21), наружную поверхность (22) и соединительный край для соединения лопасти. Причем конструктивный элемент (19) содержит крепежные элементы (23), распределенные вдоль хвостового конца (7) части лопасти в окружном направлении. При этом каждый крепежный элемент (23) имеет первую внутреннюю поверхность (39), первую наружную поверхность (40) и обращенные в противоположных направлениях первые боковые поверхности (41a, 41b), каждая из которых проходит в продольном направлении. Причем между самым наружным крепежным элементом (23a) и соединительным краем (20a, 20b) для соединения лопасти и части лопасти расположен второй пултрузионный элемент (28') и, опционально, между парой крепежных элементов (23) расположен первый пултрузионный элемент (27). При этом каждый из пултрузионных элементов (27, 28), первый и второй, имеет вторую внутреннюю поверхность (34), вторую наружную поверхность (35) и обращенные в противоположных направлениях вторые боковые поверхности (33a, 33b), также проходящие в продольном направлении. Причем конструктивный элемент (19) дополнительно содержит несколько наружных слоев (44) волокнистого материала, проходящих вдоль наружной поверхности (22), и несколько внутренних слоев (29) волокнистого материала, проходящих вдоль внутренней поверхности (21). При этом второй пултрузионный элемент (28') образует переходный участок (31), проходящий от одной второй боковой поверхности (33b) к другой второй боковой поверхности (33a). Причем локальная толщина переходного участка (31) постепенно уменьшается к соединительному краю (20a, 20b) для соединения лопасти и/или к другой второй боковой поверхности (33a). 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 30 ил.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к конструктивному элементу хвостового конца, содержащему крепежные элементы и пултрузионные элементы, расположенные между каждым крепежным элементом, причем указанные крепежные элементы и пултрузионные элементы расположены между внутренним и наружным слоями волокнистого материала.
Кроме того, настоящее изобретение относится к лопасти ветроэнергетической установки, содержащей такой конструктивный элемент хвостового конца, и к способу изготовления такой лопасти ветроэнергетической установки.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Хвостовой конец лопастей ветроэнергетической установки изготавливают путем укладки некоторого количества слоев волокнистого материала внутри пресс-формы для образования наружной обшивки. Затем относительно указанной пресс-формы и указанных волокнистых слоев располагают крепежные элементы, причем отдельные крепежные элементы соединяют с пластиной хвостового конца, удерживающей их на месте во время изготовления. Затем между указанными отдельными крепежными элементами размещают удерживающие элементы. Кроме того, поверх указанных крепежных и удерживающих элементов укладывают слои волокнистого материала для образования внутренней обшивки. Затем полученную структуру покрывают материалом вакуумного мешка и вводят смолу с использованием метода вакуумной инфузии. В итоге, смола отвердевает с образованием первой лопасти ветроэнергетической установки. Аналогичным образом изготавливают вторую часть ветроэнергетической установки, после чего указанные две части лопасти ветроэнергетической установки соединяют друг с другом.
Во время вакуумной инфузии могут возникать движения во внутренней или наружной обшивках, что может привести к продольному смещению удерживающих элементов относительно наружной обшивки. Это может, в свою очередь, привести к появлению складок в переходной области обшивки на конце удерживающих элементов, что отрицательно повлияет на конструктивную характеристику хвостового конца.
В документе US 2015/0233160 А1 описана конфигурация хвостового конца, в которой между внутренней и наружной обшивками расположены втулки и клиновидные элементы в форме бабочки. Описаны различные формы поперечного сечения указанных втулок. Каждый клиновидный элемент содержит локальную внутреннюю поверхность и локальную наружную поверхность, а также противоположно обращенные локальные боковые поверхности, выполненные в виде профиля, соответствующего профилю локальных боковых поверхностей указанных втулок. Благодаря этому создается плотное прилегание и, таким образом, предотвращается любое перемещение указанных втулок относительно указанных клиновидных элементов.
В документе US 2013/0111752 А1 описана конфигурация хвостового конца, содержащая втулки, равномерно распределенные вдоль полукруглого конструктивного элемента хвостового конца, причем между отдельными втулками расположены пучки волокнистого материала. Каждый элемент-пучок проходит частично вдоль длины указанных втулок и находится в контакте с противоположными боковыми поверхностями смежных втулок. Внутренняя поверхность каждой втулки находится в непосредственном контакте с внутренними слоями волокнистого материала, проходящими вдоль внутренней поверхности конструктивного элемента хвостового конца. Кроме того, наружная поверхность каждой втулки находится в непосредственном контакте с наружными слоями волокнистого материала, проходящими вдоль наружной поверхности конструктивного элемента хвостового конца. Указанные наружные слои волокнистого материала проходят вдоль поверхности пресс-формы и далее вдоль краевой поверхности пресс-формы. Указанные внутренние слои волокнистого материала проходят вдоль указанной внутренней поверхности и вдоль свободно обращенной боковой поверхности самых верхних втулок и далее вдоль указанной краевой поверхности пресс-формы. Самые верхние втулки находятся в контакте только со смежными элементами-пучками на указанной противоположной боковой поверхности. Таким образом, самые верхние втулки образуют переходную контактную поверхность для укладки слоев внутренней обшивки на край пресс-формы.
В документе US 2013/0285284 А1 описана конфигурация хвостового конца, содержащая секции хвостового конца, каждая из которых содержит втулки, разнесенные друг от друга с помощью распорных элементов. Распорный элемент имеет участок в форме бабочки, проходящий по длине указанных втулок, и более широкий клиновидный участок, проходящий за указанные втулки в продольном направлении. Указанный распорный элемент содержит противоположно обращенные локальные боковые поверхности, находящиеся в контакте с соответствующими локальными боковыми поверхностями смежных втулок. Наружный диаметр втулок превышает локальную толщину распорного элемента, причем указанные локальные боковые поверхности каждого распорного элемента имеют криволинейный профиль, подогнанный к криволинейному профилю указанных втулок и таким образом образующий плотную посадку. Это предотвращает любое перемещение втулок относительно распорных элементов.
В документе ЕР 3121441 А1 описан конструктивный элемент хвостового конца, содержащий втулки, встроенные в пултрузионный элемент, причем эти встроенные втулки расположены между пултрузионными клиновидными элементами. Самый наружный клиновидный элемент расположен на соединительном крае для соединения лопасти на одном соединительном краю для соединения лопасти. Каждая из указанных встроенных втулок и каждый из указанных клиновидных элементов имеют поперечное сечение прямоугольного профиля и постоянной толщины.
ЗАДАЧА ИЗОБРЕТЕНИЯ
Задачей настоящего изобретения является создание конструктивного элемента хвостового конца, лопасти ветроэнергетической установки и способа изготовления такой лопасти ветроэнергетической установки, устраняющих вышеуказанные проблемы.
Еще одной задачей настоящего изобретения является создание конструктивного элемента хвостового конца, лопасти ветроэнергетической установки и способа изготовления такой лопасти ветроэнергетической установки, снижающих вышеупомянутую опасность образования складок в зоне сопряжения для соединения лопасти.
Другой задачей настоящего изобретения является создание конструктивного элемента хвостового конца, лопасти ветроэнергетической установки и способа изготовления такой лопасти ветроэнергетической установки, обеспечивающих улучшенную укладку волокнистого материала.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одна из задач изобретения решена с помощью конструктивного элемента хвостового конца лопасти ветроэнергетической установки, который проходит от хвостовика лопасти до участка хвостового конца оболочки лопасти, образованной по меньшей мере одной частью лопасти, содержащей внутреннюю поверхность, наружную поверхность и по меньшей мере один соединительный край для соединения лопасти, причем указанный конструктивный элемент хвостового конца содержит крепежные элементы, распределенные вдоль хвостового конца указанной по меньшей мере одной части лопасти в окружном направлении, при этом каждый крепежный элемент имеет первую внутреннюю поверхность, первую наружную поверхность и обращенные в противоположных направлениях первые боковые поверхности, каждая из которых проходит в продольном направлении, причем между самым наружным крепежным элементом и соединительным краем для соединения лопасти указанной по меньшей мере одной части лопасти расположен второй пултрузионный элемент, и, опционально, между по меньшей мере одной парой крепежных элементов расположен первый пултрузионный элемент, при этом каждый из пултрузионных элементов, первый и второй, имеет вторую внутреннюю поверхность, вторую наружную поверхность и обращенные в противоположных направлениях вторые боковые поверхности, также проходящие в продольном направлении, причем указанный конструктивный элемент хвостового конца дополнительно содержит несколько наружных слоев волокнистого материала, проходящих вдоль указанной наружной поверхности, и несколько внутренних слоев волокнистого материала, проходящих вдоль указанной внутренней поверхности, причем второй пултрузионный элемент образует переходный участок, проходящий от одной второй боковой поверхности к другой второй боковой поверхности, при этом локальная толщина переходного участка плавно уменьшается к указанному соединительному краю и/или к указанной другой второй боковой поверхности.
Такое решение обеспечивает создание усовершенствованного конструктивного элемента хвостового конца, снижающего опасность образования складок на соединительных концах для соединения лопасти благодаря наличию плавного перехода внутренних слоев над самым наружным пултрузионным элементом. Кроме того, это увеличивает конструктивную передачу нагрузки в указанной зоне сопряжения.
Указанные крепежные элементы, например, втулки, удерживаются в фиксированном продольном положении относительно наружных слоев, образующих наружную обшивку. Это может быть достигнуто с помощью временного крепления указанных втулок к пластине хвостового конца, установленной на указанном хвостовом конце. Указанная пластина может быть установлена или зафиксирована непосредственно на пресс-форме для лопасти или может удерживаться относительно пресс-формы для лопасти с помощью удерживающей конструкции.
Указанные удерживающие элементы, например вышеупомянутые пултрузионные элементы, расположены между внутренней обшивкой и наружной обшивкой, образующими, соответственно, внутреннюю и наружную поверхности оболочки лопасти. Внутренняя обшивка может быть образована некоторым количеством внутренних слоев волокнистого материала. Наружная обшивка может быть образована некоторым количеством наружных слоев того же волокнистого материала или другого волокнистого материала. Волокнистый материал может содержать волокна, изготовленные из стекла, углерода, арамида или любых их сочетаний. Каждая обшивка может содержать два, три, четыре или более отдельных слоев.
Каждая втулка имеет локальную первую внутреннюю сторону, обращенную к внутренней обшивке, и локальную первую наружную сторону, обращенную к наружной обшивке. Каждая втулка дополнительно содержит обращенные в противоположных направлениях локальные первые стороны, проходящие между указанными локальными внутренней и наружной сторонами. Аналогично, каждый пултрузионный элемент содержит локальную вторую внутреннюю сторону, обращенную к внутренней обшивке, и локальную вторую наружную сторону, обращенную к наружной обшивке. Каждый пултрузионный элемент дополнительно содержит обращенные в противоположных направлениях локальные вторые стороны, проходящие между указанными локальными внутренней и наружной сторонами. Втулка и пултрузионный элемент имеют локальную толщину, измеряемую между указанными внутренней и наружной сторонами, и локальную ширину, измеряемую между указанными двумя первыми или вторыми сторонами.
Между каждой парой смежных втулок может быть расположен пултрузионный элемент, то есть первый пултрузионный элемент. На одном или на обоих соединительных краях указанной части лопасти расположен другой пултрузионный элемент, то есть второй пултрузионный элемент, причем второй пултрузионный элемент расположен смежно с самой наружной втулкой, обращенной к соединительному краю для соединения лопасти. Это позволяет расположить все указанные втулки между отдельными пултрузионными элементами. Как вариант, втулки могут быть встроены в несъемные элементы, например, указанные первые пултрузионные элементы, и, таким образом, второй пултрузионный элемент может быть расположен смежно с самым наружным несъемным элементом, например, первым пултрузионным элементом. Как вариант, первые пултрузионные элементы могут отсутствовать и могут быть заменены другой разделительной конструкцией.
Внутренняя обшивка может проходить поверх второго пултрузионного элемента и далее вдоль краевой поверхности пресс-формы для лопасти во время вышеупомянутого процесса укладки. После отливания в пресс-форме части лопасти, например, до или после отверждения смолы, внутренняя и наружная обшивки могут быть обрезаны для образования соответствующих соединительных краев для соединения лопасти.
В соответствии с одним вариантом выполнения указанный переходный участок образует переходную контактную поверхность, находящуюся в контакте с внутренними слоями, причем указанная переходная контактная поверхность образует по меньшей мере часть второй внутренней поверхности.
Первый пултрузионный элемент может иметь углубление, образованное на обеих локальных вторых сторонах, причем каждое углубление выполнено с возможностью размещения в нем локальной первой стороны смежной втулки. Углубление может частично или полностью проходить вдоль указанных локальных вторых сторон. Углубление может иметь вторую боковую поверхность, образующую профиль, который соответствует профилю поверхности, образованному первой боковой поверхностью втулки. Как вариант, указанные первая и вторая боковые поверхности могут иметь различные профили.
Второй пултрузионный элемент может иметь такое же углубление, образованное в указанной локальной второй стороне, обращенной к самому наружному крепежному элементу. Противоположная локальная вторая сторона совместно с внутренними слоями может образовывать смежный соединительный край для соединения лопасти. Второй пултрузионный элемент может иметь максимальную ширину, которая равна максимальной ширине первого пултрузионного элемента или меньше нее. Например, максимальная ширина второго пултрузионного элемента может составлять от 25% до 75%, например, от 40% до 60%, например, 50%, от максимальной ширины первого пултрузионного элемента. Но также могут быть использованы и другие значения ширины.
Второй пултрузионный элемент содержит переходный участок, проходящий от соединительного края для соединения лопасти к самому наружному крепежному элементу. Указанный переходный участок имеет переходную контактную поверхность, форма которой обеспечивает формирование плавного перехода внутренних слоев. Переходный участок имеет локальную толщину, которая плавно уменьшается от максимальной толщины до минимальной толщины.
В соответствии с одним вариантом выполнения указанная переходная контактная поверхность дополнительно образует по меньшей мере часть второй боковой поверхности указанной одной стороны.
Указанный переходный участок может проходить вдоль части ширины второго пултрузионного элемента. Соответственно, смежно с этим переходным участком может располагаться первый непереходный участок, который может проходить вдоль остальной части ширины второго пултрузионного элемента. Указанный первый непереходный участок может иметь постоянную локальную толщину, например, соответствующую вышеуказанной максимальной толщине. Указанные переходный участок и первый непереходный участок совместно могут образовывать внутреннюю сторону второго пултрузионного элемента.
Переходный участок может проходить вдоль части толщины второго пултрузионного элемента. Соответственно, смежно с этим переходным участком может располагаться второй непереходный участок, который может проходить вдоль остальной части толщины второго пултрузионного элемента. Указанный второй непереходный участок может иметь локальную ширину, соответствующую максимальной ширине пултрузионного элемента, или переменную локальную ширину. Указанные переходный участок и второй непереходный участок совместно могут образовывать самую наружную вторую сторону второго пултрузионного элемента. Это обеспечивает образование относительно короткого перехода между указанной внутренней стороной и указанной второй стороной.
Как вариант, переходный участок может проходить вдоль всей ширины и/или всей толщины второго пултрузионного элемента. Таким образом, переходная контактная поверхность может образовывать всю внутреннюю сторону и/или самую наружную вторую сторону второго пултрузионного элемента. Таким образом, ширина второго пултрузионного элемента может плавно уменьшаться или изменяться по всей толщине, и наоборот. Это позволяет выполнить более длинный и плавный переход между указанной внутренней стороной и указанной второй стороной.
Предпочтительно, указанный переходный участок проходит вдоль части, составляющей от 10% до 100%, например, от 25% до 75%), например, 50%, указанной внутренней стороны и/или указанной второй стороны. Это улучшает сглаживаемость указанных внутренних слоев на крае пресс-формы для лопасти, поскольку второй пултрузионный элемент не образует каких-либо острых переходных контактных поверхностей.
В соответствии с одним вариантом выполнения второй пултрузионный элемент оканчивается на внутренней вершине в направлении по толщине, причем самый наружный крепежный элемент проходит за указанную внутреннюю вершину второго пултрузионного элемента в указанном направлении по толщине.
Углубления первого пултрузионного элемента могут проходить вдоль всей указанной второй стороны и, таким образом, могут пересекаться с указанными локальными внутренней и наружной сторонами. Как вариант, каждое углубление может проходить вдоль части второй стороны и, таким образом, может пересекаться с плоской боковой поверхностью, расположенной на противоположных сторонах указанного углубления. Отдельные углы первого пултрузионного элемента могут быть выполнены скругленными для образования плавного перехода между отдельными поверхностями.
Аналогично, углубления второго пултрузионного элемента могут проходить вдоль всей указанной второй стороны и, таким образом, могут пересекаться с указанными внутренней и наружной сторонами. Как вариант, указанное углубление может проходить вдоль части второй стороны и, таким образом, пересекаться с плоской боковой поверхностью, расположенной на противоположных сторонах указанного углубления. Отдельные углы второго пултрузионного элемента могут быть выполнены скругленными для образования плавного перехода между отдельными поверхностями.
Первый и второй пултрузионные элементы могут иметь одинаковую максимальную толщину и, таким образом, могут одинаковым образом проходить вдоль самой наружной втулки. Как вариант, второй пултрузионный элемент может иметь уменьшенную толщину по сравнению с толщиной первого пултрузионного элемента. Таким образом, второй пултрузионный элемент может проходить частично вдоль самой наружной втулки в направлении по толщине.
Таким образом, переходная контактная поверхность указанной внутренней боковой поверхности может пересекаться с второй боковой поверхностью углубления. Соответственно, точка пересечения может образовывать внутреннюю вершину, в которой может оканчиваться второй пултрузионный элемент. Это обеспечивает улучшенный контакт внутренних слоев с самой наружной втулкой.
В соответствии с одним вариантом выполнения переходный участок имеет плоской профиль, расположенный под углом относительно локальной наружной поверхности второго пултрузионного элемента.
Указанная переходная контактная поверхность может иметь плоский профиль, причем данная плоская поверхность может быть расположена под заданным углом относительно наружной боковой поверхности второго пултрузионного элемента.
Указанная плоская поверхность может проходить, например, перпендикулярно указанной наружной боковой поверхности. В данной конфигурации плоская поверхность может проходить от наружной стороны к вышеупомянутой внутренней вершине. В данной конфигурации указанная внутренняя сторона может быть образована внутренним краем, проходящим вдоль данной внутренней вершины в продольном направлении.
Как вариант, плоская поверхность может проходить под наклоном относительно наружной боковой поверхности, например от 30° до 90°, предпочтительно от 45° до 60°. Тем не менее, могут быть использованы и другие значения углов.
В соответствии с одним вариантом выполнения переходный участок имеет криволинейный профиль, предпочтительно, профиль дуги окружности или эллипса, имеющей заданный радиус.
Вместо этого указанная переходная контактная поверхность может иметь криволинейный профиль, имеющий заданную кривизну. Этот криволинейный профиль может быть, например, профилем в форме дуги окружности, выполненной с заданным радиусом. Такой профиль образует плавный переход над вторым пултрузионным элементом, благодаря чему предотвращается появление любых резких изгибов или резких переходов во внутренних слоях.
Указанный криволинейный профиль может быть, например, профилем в форме эллиптической дуги, имеющей заданные радиусы. Эти радиусы могут быть определены максимальным радиусом, измеряемым вдоль большой оси, и минимальным радиусом, измеряемым вдоль малой оси. Этот профиль также обеспечивает создание плавного перехода над вторым пултрузионным элементом, благодаря чему предотвращается появление любых резких изгибов или резких переходов во внутренних слоях.
В соответствии с одним вариантом выполнения переходный участок проходит частично или полностью вдоль длины второго пултрузионного элемента.
Первый и второй пултрузионные элементы могут иметь полную длину, соответствующую длине указанных втулок. Как вариант, первый и второй пултрузионные элементы могут иметь первый участок, имеющий локальную длину, соответствующую длине втулки, и второй участок, проходящий за указанные втулки по направлению к указанному концу-вершине. Указанный второй участок может иметь локальную длину, соответствующую длине разделительного элемента, размещенного на конце указанной втулки. Второй участок первого и второго пултрузионных элементов и указанный разделительный элемент могут иметь одинаковый продольный профиль, например, сужающийся профиль, для образования плавного перехода между хвостовым концом и остальной частью оболочки лопасти. В данной конфигурации первый и второй пултрузионные элементы могут иметь постоянную ширину вдоль данной полной длины.
Как вариант, разделительные элементы могут отсутствовать, и вторые участки второго пултрузионного элемента и последующего первого пултрузионного элемента могут проходить в данный промежуток, заполняя его. В данной конфигурации два пултрузионных элемента могут иметь первую ширину воль указанного первого участка и вторую ширину вдоль указанного второго участка. Это уменьшает общее количество частей, необходимых для образования конструктивного элемента хвостового конца.
В соответствии с одним вариантом выполнения второй пултрузионный элемент содержит первый компонент и по меньшей мере один второй компонент, расположенный соответственно относительно указанного первого компонента, причем указанные первый компонент и по меньшей мере один второй компонент проходят в указанном продольном направлении.
Первый пултрузионный элемент и/или второй пултрузионный элемент могут (может) быть выполнен(ы) в виде единой непрерывной детали, проходящей в указанном направлении по длине. Это уменьшает общее количество частей, необходимых для изготовления конструктивного элемента хвостового конца и позволяет упростить процесс укладки.
Первый пултрузионный элемент также может быть образован несколькими компонентами, проходящими в указанном направлении по длине, причем указанные компоненты расположены соотносительно друг с другом для образования поперечного сечения с профилем по существу в форме бабочки в направлении по ширине. Это позволяет выполнить альтернативный процесс укладки.
Как вариант или дополнительно, второй пултрузионный элемент также может быть образован несколькими компонентами, расположенными соотносительно друг с другом. Указанные компоненты вместе могут образовывать в поперечном сечении профиль по существу в форме полубабочки в направлении по ширине. Например, второй пултрузионный элемент может содержать по меньшей мере два компонента, расположенных симметрично относительно друг друга. Эти компоненты могут быть расположены тыльными или лицевыми сторонами друг к другу с образованием поперечного сечения с профилем в форме полу-бабочки.
Например, первый компонент может проходить в направлении по толщине и имеет поперечное сечение с профилем по существу прямоугольной формы в направлении по ширине. Относительно первого компонента соответственно может быть расположена группа вторых компонентов, которые могут выступать наружу от боковой поверхности указанного первого компонента. Каждый из вторых компонентов может иметь по существу поперечное сечение треугольного профиля. Второй компонент может быть расположен на указанной локальной внутренней стороне и на локальной наружной стороне, соответственно. Указанные первый и второй компоненты вместе образуют поперечное сечение с профилем в форме полу-бабочки.
Например, первый компонент может проходить в указанном направлении по толщине и имеет поперечное сечение с профилем по существу в форме параллелограмма в указанном направлении по ширине. Второй компонент может выступать наружу от боковой поверхности указанного первого компонента и может проходить в указанном направлении по толщине. Второй компонент может иметь поперечное сечение с профилем по существу прямоугольной формы в направлении по ширине. Третий компонент может выступать наружу от боковой поверхности второго компонента и может проходить в указанном направлении по толщине. Третий компонент может иметь поперечное сечение с профилем по существу треугольной формы в направлении по ширине. Данные три компонента вместе образуют поперечное сечение с профилем в форме полу-бабочки.
Указанный переходный участок может образовывать часть одного из вышеуказанных компонентов, например, первого компонента. Это позволяет обеспечить формирование указанного переходного участка в виде неотъемлемой части с помощью вышеуказанных компонентов. Как вариант, указанный переходный участок может быть образован в виде отдельного компонента, расположенного соотносительно с другим компонентом.
Одна задача изобретения решена благодаря созданию лопасти ветроэнергетической установки, причем указанная лопасть проходит от своего хвостовика до конца-вершины в продольном направлении и дополнительно от передней кромки к задней кромке в направлении хорды, при этом указанная лопасть содержит оболочку, образованную по меньшей мере двумя частями лопасти, каждая из которых имеет внутреннюю поверхность и наружную поверхность, причем указанные по меньшей мере две части лопасти соединены вдоль по меньшей мере одной зоны сопряжения для соединения лопасти в указанном продольном направлении, при этом каждая зона сопряжения образована первым соединительным краем одной части лопасти и вторым соединительным краем другой части лопасти, причем предложенная лопасть отличается тем, что указанные по меньшей мере две части лопасти содержат конструктивный элемент хвостового конца, выполненный так, как описано выше.
Это решение обеспечивает создание лопасти ветроэнергетической установки с вышеописанным усовершенствованным конструктивным элементом хвостового конца. Такой конструктивный элемент хвостового конца снижает опасность образования складок в переходной области обшивки на концах пултрузионных элементов. Переходный участок второго пултрузионного элемента обеспечивает улучшенную укладку внутренних слоев что, в свою очередь, улучшает конструктивную передачу нагрузки.
Указанная лопасть ветроэнергетической установки образована по меньшей мере двумя частями, каждая из которых образует сторону повышенного давления и сторону пониженного давления оболочки лопасти. Оболочка каждой части лопасти имеет внутреннюю поверхность, образованную указанными внутренними слоями, и наружную поверхность, образованную указанными наружными слоями. Указанные две части лопасти соединены друг с другом в зонах сопряжения для соединения лопасти, расположенных, соответственно, на указанной задней кромке и указанной передней кромке. Каждая зона сопряжения содержит первый соединительный край одной части лопасти и второй соединительный край другой части лопасти. Кроме того, указанные части лопасти могут быть соединены друг с другом посредством поперечных перемычек или балок коробчатого сечения, расположенных между указанными задней и передней кромками.
Кроме того, одна задача данного изобретения решена благодаря созданию способа изготовления лопасти ветроэнергетической установки, включающего этапы, на которых
укладывают несколько наружных слоев волокнистого материала вдоль поверхности пресс-формы для лопасти,
используют крепежные элементы, обеспечивающие возможность установки указанной лопасти в зоне сопряжения ступицы ротора или на блок подшипника осевого шарнира,
размещают указанные крепежные элементы относительно указанных наружных слоев (44) на хвостовом конце указанной лопасти,
размещают второй пултрузионный элемент между самым наружным крепежным элементом и соединительным краем для соединения лопасти указанной по меньшей мере одной части лопасти и, опционально, размещают первый пултрузионный элемент между по меньшей мере одной парой крепежных элементов,
дополнительно укладывают несколько внутренних слоев волокнистого материала вдоль указанных первого и второго пултрузионных элементов и указанных крепежных элементов для образования конструктивного элемента хвостового конца,
закрывают по меньшей мере указанный конструктивный элемент хвостового конца материалом вакуумного мешка,
вводят смолу в указанный волокнистый материал,
обеспечивают отверждение смолы с образованием отвержденной части лопасти,
причем во время указанной укладки внутренние слои проходят над переходной контактной поверхностью второго пултрузионного элемента и далее вдоль краевой поверхности пресс-формы.
Предложенный способ изготовления обеспечивает улучшенную укладку внутренних слоев. Вышеуказанный конструктивный элемент хвостового конца улучшает сглаживаемость внутренних слоев на краю пресс-формы для лопасти благодаря созданию гладкой переходной контактной поверхности над вторым пултрузионным элементом. Это устраняет любые острые углы и, таким образом, снижает упомянутую опасность образования складок на контактной поверхности соединения лопасти.
Указанная лопасть ветроэнергетической установки может быть изготовлена путем укладки нескольких наружных слоев вдоль поверхности пресс-формы для лопасти, причем данные наружные слои проходят далее вдоль краевой поверхности пресс-формы.
Указанные крепежные элементы, например, втулки, могут быть расположены относительно наружных слоев и могут удерживаться на месте относительно хвостового конца с помощью любого подходящего средства во время указанной укладки. Затем между отдельными втулками и, опционально, также на соединительных концах для соединения лопасти могут быть расположены удерживающие элементы, например, пултрузионные элементы. Такое расположение пултрузионных элементов может быть выполнено до перемещения всей указанной конструкции в необходимое положение относительно хвостового конца наружных слоев.
После этого вдоль локальных внутренних поверхностей втулок и/или пултрузионных элементов укладывают несколько внутренних слоев, причем эти внутренние слои проходят над самыми наружными втулками или пултрузионными элементами и далее вдоль краевой поверхности пресс-формы.
Затем поверх конструктивного элемента хвостового конца помещают материал вакуумного мешка и вводят смолу, например, с использованием любого типа системы пропитки смолой под давлением с помощью вакуума (VARTM-системы). Обеспечивают отверждение смолы с образованием отвержденной части лопасти. Указанный процесс повторяют для другой части лопасти.
В соответствии с одним вариантом выполнения указанные внутренние слои дополнительно проходят над участком самого наружного крепежного элемента.
Во время указанного процесса укладки внутренний слой может проходить над участком поверхности самой наружной втулки, если второй пултрузионный элемент имеет уменьшенную толщину по сравнению с самой наружной втулкой. Это позволяет расположить самую наружную втулку ближе к соединительному краю для соединения лопасти. Благодаря этому данный участок поверхности может образовывать более широкую переходную поверхность для внутренних слоев.
В соответствии с одним вариантом выполнения излишек волокнистого материала по меньшей мере указанных внутренних слоев обрезают после укладки или после формования.
Избыточные длины указанных внутренних и наружных слоев могут быть подрезаны на соединительных краях для соединения лопасти или около указанных соединительных краев перед соединением двух частей лопасти. Это может быть сделано после завершения процесса укладки или после формования. Внутренний и наружный слои могут быть обрезаны с помощью любого режущего инструмента или станка подходящего типа.
Затем указанные две части лопасти могут быть соединены друг с другом по указанной зоне сопряжения для образования лопасти ветроэнергетической установки.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Данное изобретение подробно поясняется ниже со ссылкой на варианты выполнения, проиллюстрированные на чертежах, на которых:
на фиг. 1 изображена ветроэнергетическая установка;
на фиг. 2 изображен примерный вариант выполнения лопасти указанной ветроэнергетической установки;
на фиг. 3 изображен примерный вариант выполнения конструктивного элемента хвостового конца;
на фиг. 4 изображено поперечное сечение первого варианта выполнения конструктивного элемента хвостового конца, расположенного в пресс-форме для лопасти;
на фиг. 5 изображено поперечное сечение второго варианта выполнения конструктивного элемента хвостового конца, расположенного в пресс-форме для лопасти;
на фиг. 6 изображен третий вариант выполнения второго пултрузионного элемента;
на фиг. 7а-с изображены три вида четвертого варианта выполнения второго пултрузионного элемента;
на фиг. 8 изображен пятый вариант выполнения второго пултрузионного элемента;
на фиг. 9а-b изображены два вида шестого варианта выполнения второго пултрузионного элемента;
на фиг. 10 изображен вид сбоку крепежного элемента;
на фиг. 11 изображен вид сбоку первого варианта выполнения первого пултрузионного элемента;
на фиг. 12 изображен вид сбоку второго варианта выполнения первого пултрузионного элемента;
на фиг. 13а-с изображены три вида конструктивного элемента хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент согласно третьему варианту выполнения;
на фиг. 14 изображен конструктивный элемент хвостового конца, содержащий первый пултрузионный элемент согласно четвертому варианту выполнения;
на фиг. 15а-b изображены два вида конструктивного элемента хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент согласно пятому варианту выполнения;
на фиг. 16 изображен шестой вариант выполнения первого пултрузионного элемента;
на фиг. 17а-b изображены два вида конструктивного элемента хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент согласно седьмому варианту выполнения;
на фиг. 18 изображен продольный вид конструктивного элемента хвостового конца со смещением наружных слоев относительного указанного первого пултрузионного элемента;
на фиг. 19 изображен продольный вид конструктивного элемента хвостового конца с первым пултрузионным элементом, приспособленным к форме наружных слоев; и
на фиг. 20 изображено поперечное сечение конструктивного элемента хвостового конца с первым пултрузионным элементом, расположенным между парой смежных крепежных элементов.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
1. Ветроэнергетическая установка
2. Башня ветроэнергетической установки
3. Обтекатель
4. Ступица
5. Лопасти ветроэнергетической установки
6. Подшипник осевого шарнира
7. Хвостовик лопасти
8. Конец-вершина
9. Передняя кромка
10. Задняя кромка
11. Оболочка лопасти
12. Сторона повышенного давления
13. Сторона пониженного давления
14. Хвостовой участок лопасти
15. Аэродинамический участок лопасти
16. Переходный участок
17. Длина лопасти ветроэнергетической установки
18. Хордовая длина лопасти ветроэнергетической установки
19. Конструктивный элемент хвостового конца
20а. Первый соединительный край для соединения лопасти
20b. Второй соединительный край для соединения лопасти
21. Внутренняя поверхность
22. Наружная поверхность
23. Крепежные элементы, втулки
23а. Самый наружный крепежный элемент, самая наружная втулка
24. Пресс-форма для лопасти
25. Поверхность пресс-формы для лопасти
26. Краевая поверхность пресс-формы
27. Первый пултрузионный элемент, удерживающий элемент
27а-b. Первый и второй участки
28. Второй пултрузионный элемент, удерживающий элемент
28а-с. Первый, второй и третий компоненты
29. Внутренние слои
30. Складки
31. Переходный участок
32. Переходная контактная поверхность
33а-b. Локальные вторые стороны
34. Локальная внутренняя сторона
35. Локальная наружная сторона
36. Углубление
37. Внутренняя вершина
38. Вторая боковая поверхность
39. Локальная внутренняя сторона
40. Локальная наружная сторона
41а-b. Локальные первые стороны
42. Наружные слои
43. Зазор
44. Первая боковая поверхность
45. Область контакта
46. Первый компонент
47. Второй компонент
48. Складки
49. Распорные элементы
Перечисленные выше ссылочные обозначения показаны на вышеуказанных чертежах, причем на одной фигуре для удобства иллюстрации показаны не все ссылочные обозначения. Одна и та же деталь или позиция, показанная на чертежах, имеет одинаковые ссылочные обозначения на разных фигурах.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 показана современная ветроэнергетическая установка 1, содержащая башню 2, обтекатель 3, расположенный в верхней части башни 2, и ротор, образующий плоскость ротора. Обтекатель 3 соединен с башней 2 ветроэнергетической установки, например, посредством блока подшипника рысканья. Ротор содержит ступицу 4 и несколько лопастей 5 ветроэнергетической установки. Здесь показаны три лопасти, но количество лопастей может быть больше или меньше. Ступица 4 соединена с трансмиссией, расположенной в ветроэнергетической установке 1, через вал вращения.
Ступица 4 содержит монтажную зону сопряжения для каждой лопасти 5. С данной зоной сопряжения и далее с хвостовиком лопасти 5 опционально соединен блок 6 подшипника осевого шарнира.
На фиг. 2 показано схематическое изображение лопасти 5, проходящей в продольном направлении от хвостовика 7 лопасти до конца-вершины 8. Кроме того, лопасть 5 проходит в направлении хорды от передней кромки 9 к задней кромке 10. Лопасть 5 содержит оболочку 11, имеющую две обращенные в противоположных направлениях боковые поверхности, образующие, соответственно, сторону 12 повышенного давления и сторону 13 пониженного давления. Кроме того, оболочка 11 лопасти образует хвостовой участок 14, аэродинамический участок 15 и переходный участок 16, находящийся между хвостовым участком 14 и аэродинамическим участком 15.
Хвостовой участок 14 имеет по существу круглое или эллиптическое поперечное сечение (обозначено пунктиром). Хвостовой участок 14 вместе с несущей конструкцией (не показана) выполнены с возможностью повышения конструктивной прочности лопасти 5 и передачи динамических нагрузок на ступицу 4. Указанная несущая конструкция проходит между стороной 12 повышенного давления и стороной 13 пониженного давления и далее в указанном продольном направлении.
Аэродинамический участок 15 лопасти имеет поперечное сечение аэродинамической формы (обозначено пунктиром), обеспечивающий создание подъемной силы. Профиль поперечного сечения оболочки 11 лопасти постепенно переходит из указанного круглого или эллиптического профиля в указанный аэродинамический профиль на переходном участке 16.
Лопасть 5 имеет продольную длину 17, составляющую по меньшей мере 35 метров, предпочтительно по меньшей мере 50 метров. Кроме того, лопасть 5 имеет длину 18 хорды, изменяющуюся по длине 17, причем максимальная длина хорды находится между аэродинамическим участком 15 и переходным участком 16. Кроме того, толщина лопасти 5 зависит от длины 18 хорды и измеряется между стороной 12 повышенного давления и стороной 13 пониженного давления.
На фиг. 3 показан примерный вариант выполнения конструктивного элемента 19 хвостового конца, образованного двумя частями лопасти, причем одна часть лопасти содержит два первых соединительных края 20а для соединения лопасти, а другая часть лопасти содержит два вторых соединительных края 20b для соединения лопасти. Указанные края 20а, 20b проходят в продольном направлении, и, будучи соединенными друг с другом, первый и второй края 20а, 20b образуют зону сопряжения передней кромки и, кроме того, зону сопряжения задней кромки.
Оболочка 11 лопасти конструктивного элемента 19 образует внутреннюю поверхность 21 и наружную поверхность 22. Вдоль хвостового конца 7 в первом окружном направлении распределены крепежные элементы 23. Относительно каждого из этих крепежных элементов 23 расположены удерживающие элементы (показаны на фиг. 4 и 5), причем крепежные элементы 23 и удерживающие элементы расположены между некоторым количеством внутренних слоев (показаны на фиг. 18-19) и некоторым количеством наружных слоев (показаны на фиг. 18-19).
На фиг. 4 показано поперечное сечение конструктивного элемента 19 хвостового конца, помещенного в пресс-форму 24 для лопасти. Пресс-форма 24 имеет поверхность 25 заданного профиля и краевую поверхность 26.
Наружные слои (показаны на фиг. 18-19) во время их укладки проходят вдоль краевой поверхности 26 пресс-формы для лопасти и далее вдоль поверхности 25 пресс-формы, но для иллюстрации не показаны на фиг. 4 и 5. Наружные слои формируют наружную обшивку оболочки 11 лопасти, образующую наружную поверхность 22.
Крепежные элементы 23 в данном случае выполнены в виде втулок, каждая из которых расположена между парой смежных удерживающих элементов. Удерживающие элементы в данном случае выполнены в виде пултрузионных элементов. Между парой смежных втулок 23 расположен первый пултрузионный элемент 27, в то время как самая наружная втулка 23а расположена между первым пултрузионным элементом 27 и вторым пултрузионным элементом 28.
Первый пултрузионный элемент 27 может быть выполнен в виде единого непрерывного элемента или может быть образован некоторым количеством компонентов. На фиг. 4 изображены два симметричных компонента, которые расположены встречно, как показано пунктиром. Первый пултрузионный элемент 27 имеет поперечное сечение с профилем в форме бабочки в направлении по ширине.
Второй пултрузионный элемент 28 имеет поперечное сечение с профилем в форме полу-бабочки в направлении по ширине. Второй пултрузионный элемент 28 расположен на первом и/или втором соединительном крае 20а, 20b. На фиг. 4 показан вариант выполнения второго пултрузионного элемента 28 согласно известному уровню техники, в котором между второй боковой поверхностью (см. фиг. 6) и второй внутренней поверхностью (см. фиг. 6) образован резкий переход. Из-за такого резкого перехода во внутренних слоях 29 на крае 20а, 20b соединения лопасти образуются складки 30.
Во время укладки внутренние слои 29 проходят вдоль локальных внутренних сторон (показанных на фиг. 6 и 16) первых пултрузионных элементов 27, над вторым пултрузионным элементом 28 и далее вдоль краевой поверхности 25 пресс-формы. Избыток материала внутреннего 29 и наружного слоев отрезают после отвердевания. Указанные внутренние слои 29 формируют внутреннюю обшивку оболочки 11 лопасти, образующей внутреннюю поверхность 21.
На фиг. 5 показано поперечное сечение конструктивного элемента 19 хвостового конца, размещенного в пресс-форме 24, причем конструктивный элемент 19 содержит второй пултрузионный элемент 28' согласно первому варианту выполнения.
В данном случае второй пултрузионный элемент 28' содержит переходный участок 31, образующий переходную контактную поверхность 32 для обеспечения контакта с внутренними слоями 29. Локальная толщина данного переходного участка 31 плавно уменьшается к указанной второй боковой поверхности (см. фиг. 6), обращенной к краю 20а, 20b. Локальная ширина переходного участка 31 далее плавно уменьшается к указанной второй внутренней стороне (показана на фиг. 6). Переходная контактная поверхность 32 образует плавный переход внутренних слоев 29, тем самым уменьшая опасность возникновения складок 30.
На фиг. 6 показан второй вариант выполнения второго пултрузионного элемента 28', в котором переходный участок 31' проходит по всей ширине этого элемента 28'. Указанная локальная толщина плавно уменьшается от одной второй стороны 33а к противоположной второй стороне 33b.
В данном случае переходный участок 31' проходит вдоль всей локальной внутренней стороны 34 второго пултрузионного элемента 28' и частично вдоль локальной второй стороны 33b. Переходный участок 31' может полностью проходить как вдоль локальной внутренней стороны 34, так и вдоль локальной второй стороны 33b. Кроме того, переходный участок 31' может проходить частично как вдоль указанной внутренней стороны 34, так и вдоль локальной второй стороны 33b, как показано на фиг. 5.
Кроме того, второй пултрузионный элемент 28' имеет локальную наружную сторону 35, обращенную к указанным наружным слоям.
На локальной второй стороне 33а второго пултрузионного элемента 28 и на обеих локальных вторых сторонах 33а, 33b первого пултрузионного элемента 27 образовано углубление 36. Эти углубления 36 выполнены с возможностью частичного размещения в них самой наружной втулки 23а, как показано на фиг. 4. Углубление 36 может проходить вдоль части локальной второй стороны 33а, как показано на фиг. 6 или, как вариант, вдоль всей локальной второй стороны 33а.
На фиг. 7а-с показаны три вида с изображением третьего варианта выполнения второго пултрузионного элемента 28'', в котором профиль второго пултрузионного элемента 28', 28'' оканчивается у локальной внутренней стороны 34 или у внутренней вершины 37, образующей внутренний край.
В соответствии с фиг. 7а, переходная контактная поверхность 32' имеет плоскую поверхность с профилем, проходящим перпендикулярно от локальной наружной стороны 35. Переходная контактная поверхность 32' пересекает вторую боковую поверхность 38 локальной второй стороны 33а, образуя тем самым уменьшенное углубление 36' для размещения самой наружной втулки 23а. Углубление 36 может иметь профиль полукруглой формы, в то время как углубление 36' может иметь профиль в форме сегмента круга. Таким образом, внутренние слои 29 могут находиться в контакте с участком (обозначен пунктиром) наружной поверхности самой наружной втулки 23а, как показано на фиг. 7а.
Как показано на фиг. 7b, переходная контактная поверхность 32'' имеет криволинейный профиль, проходящий от локальной наружной стороны 35 к внутренней вершине 37. В соответствии с фиг. 7с, переходная контактная поверхность 32' имеет профиль плоской поверхности, проходящий под наклоном относительно локальной наружной стороны 35.
На фиг. 8 показан четвертый вариант выполнения второго пултрузионного элемента 28''', содержащего несколько компонентов, которые вместе имеют поперечное сечение с профилем, имеющим по существу форму полу-бабочки в направлении по ширине. В направлении по толщине проходит первый компонент 28а, а из боковой поверхности первого компонента 28а выступает группа вторых компонентов 28b. В данном случае второй компонент 28b расположен как у локальной внутренней стороны 34, так и у локальной наружной стороны 35.
Отдельные компоненты 28а, 28b совместно образуют углубление 36 для частичного размещения в нем самой наружной втулки 23а.
На фиг. 9а-b показаны два вида пятого варианта выполнения второго пултрузионного элемента 28''', в котором переходный участок 31'' образован как неотъемлемая часть одного из компонентов 28а-с.
На фиг. 9а первый компонент 28а' имеет по существу прямоугольный профиль в указанном направлении по ширине, причем переходный участок 31'' обращен к локальной внутренней стороне 34. Вторые компоненты 28b имеют по существу треугольный профиль в направлении по ширине.
На фиг. 9b первый компонент 28а'' проходит в направлении по ширине и имеет профиль в форме параллелограмма. В данном случае переходный участок 31'' образует один конец первого компонента 28а''. Второй компонент 28b' проходит в направлении по толщине и имеет по существу прямоугольный профиль в направлении по ширине. Кроме того, из боковой поверхности второго компонента 28b выступает третий компонент 28с, имеющий по существу треугольный профиль в направлении по ширине.
На фиг. 10 показан вид сбоку крепежного элемента 23, 23а, имеющего заданную длину, измеряемую между локальным хвостовым концом 7' и противоположным концом. В данном случае крепежный элемент 23, 23а имеет поперечное сечение постоянного профиля в направлении по длине. Тем не менее, в отличие от этого, данный профиль поперечного сечения может изменяться или сужаться вдоль длины. Как показано на фиг. 4-5, крепежный элемент 23, 23а имеет поперечное сечение с круглым профилем. Тем не менее, крепежный элемент 23, 23а может иметь поперечное сечение с другим подходящим профилем, например, эллиптическим или многоугольным. Таким образом, крепежный элемент 23, 23а имеет постоянный или переменный наружный диаметр или постоянную или переменную толщину вдоль своей длины.
Крепежный элемент 23, 23а имеет локальную внутреннюю сторону 39, локальную наружную сторону 40 и две противоположно обращенные локальные первые стороны, как показано на фиг. 13b-с. В данном случае показана только одна локальная первая сторона 41а.
Наружная поверхность крепежного элемента 23, 23а дополнительно обернута волокнистым материалом, как показано пунктиром, причем намотанный волокнистый материал проходит вдоль по меньшей мере части длины крепежного элемента 23, 23а.
На фиг. 11-12 показан вид сбоку первого и второго вариантов выполнения первого пултрузионного элемента 27, имеющего первый участок 27а и второй участок 27b. Первый участок 27а проходит от локального хвостового конца 7'' к противоположному концу, в то время как участок 27b проходит от первого участка 27а к указанному противоположному концу.
Первый участок 27а имеет постоянную толщину вдоль своей локальной длины, как показано на фиг. 11-12. Локальная длина первого участка 27а по существу соответствует длине крепежного элемента 23, 23а, как показано на фиг. 18-19.
Второй участок 27b имеет сужающийся профиль, проходящий за крепежный элемент 23, 23а, причем локальная толщина плавно уменьшается от максимальной толщины до минимальной толщины. Как показано на фиг. 11, первый и второй участки 27а, 27b могут образовывать непрерывную локальную наружную сторону 35, причем второй участок 27b сужается от внутренней стороны 34 к локальной наружной стороне 35. Как показано на фиг. 12, второй участок 27b может образовывать наклонные локальные внутреннюю и наружную стороны 34, 35, при этом второй участок 27b сужается к локальной центральной линии.
Второй пултрузионный элемент 28 имеет конфигурацию, схожую с первым пултрузионным элементом 27, показанным на фиг. 11-12.
На фиг. 13а-с показаны три вида конструктивного элемента 19' хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент 27' согласно третьему варианту выполнения. На фиг. 13b-с показан упрощенный вид одного первого пултрузионного элемента 27', причем локальные первые стороны 41а, 41b пары смежных втулок 23 проходят к локальным вторым сторонам 33а, 33b первой пултрузионной втулки 27'.
Первый пултрузионный элемент 27' имеет толщину, превышающую наружный диаметр указанного крепежного элемента 23. Внутренние слои 29 проходят вдоль локальных внутренних сторон 34, а наружные слои 42 проходят вдоль локальных наружных сторон 35 первых пултрузионных элементов 27'.
Локальные вторые стороны 33а, 33b пары смежных первых пултрузионных элементов 27' могут находиться в контакте друг с другом, как показано на фиг. 13а или могут находиться на некотором расстоянии друг от друга, как показано на фиг. 14.
Между первой боковой поверхностью 44 втулки 23 и второй боковой поверхностью 38 первого пултрузионного элемента 27' образовано некоторое количество зазоров 43. В данном случае первый зазор 43' и второй зазор 43' образованы на противоположных сторонах втулки 23. Первый и второй зазоры 43' проходят в указанном продольном направлении и далее вдоль второго окружного направления, образованного второй боковой поверхностью 38.
В данном случае вторая боковая поверхность 38 имеет профиль эллиптической дуги, в то время как первая боковая поверхность 44 имеет круглый профиль. Вторая боковая поверхность 38 и указанные смежные локальные боковые поверхности могут образовывать резкий переход, как показано на фиг. 13b, или плавный переход, как показано на фиг. 13с.
Указанный профиль эллиптической дуги второй боковой поверхности 38 образует часть вписанного профиля, имеющего заданную высоту h2 и ширину w2, как показано на фиг. 13b). Кроме того, круглый профиль первой боковой поверхности 44 образует часть описанного профиля, имеющего заданную высоту h1 и ширину w1, что также показано на фиг. 13b.
В данном случае первый пултрузионный элемент 27 находится в контакте со смежными втулками 23 в области 45 контакта, образованной на второй боковой поверхности 38, как показано на фиг. 13b-с. Указанные первый и второй зазоры 43' имеют радиальное расстояние, которое изменяется вдоль второй боковой поверхности 38, как показано на фиг. 13а-с. Это позволяет расположить первый пултрузионный элемент 27 с возможностью регулировки в продольном направлении.
На фиг. 14 показан конструктивный элемент 19'' хвостового конца, содержащий первый пултрузионный элемент 27'' согласно четвертому варианту выполнения, причем первый пултрузионный элемент 27'' имеет локальную толщину, которая меньше, чем наружный диаметр втулок 23. Внутренний и наружный слои 29, 42 в данном случае находятся в контакте как с локальными внутренними сторонами 35 первых пултрузионных элементов, так и с локальными внутренними сторонами 43 втулок 23.
На фиг. 15а-b показаны два вида конструктивного элемента 19''' хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент 27''' согласно пятому варианту выполнения. На фиг. 15b показан упрощенный вид одного первого пултрузионного элемента 27''', причем пара смежных втулок 23 проходит частично в углублениях 36, выполненных в первой пултрузионной втулке 27'''.
В данном случае между первой и второй боковыми поверхностями 38, 44 образован центральный зазор 43'', причем радиальное расстояние изменяется вдоль первого окружного направления. Кроме того, между первой и второй боковыми поверхностями 38, 44 образованы первая область 45' контакта и вторая область 45'' контакта, причем втулки 23 находятся в контакте с пултрузионным элементом 27''' в первой и второй областях 45', 45'' контакта. Это позволяет расположить первый пултрузионный элемент 27''' с возможностью регулировки в направлении по ширине.
В данном случае вторая боковая поверхность 38 имеет альтернативный профиль в форме эллиптической дуги, а первая боковая поверхность 44 имеет круглый профиль.
На фиг. 16а-b показан шестой вариант выполнения первого пултрузионного элемента 27'''', в котором вторая боковая поверхность углублений 36 содержит плоский участок 38', расположенный между двумя криволинейными участками 38''. Криволинейные участки 38'' могут быть выполнены в форме сегментов дуги окружности, как показано на фиг. 16а. Внутренний сегмент дуги имеет первый радиус r1, а наружный сегмент дуги имеет второй радиус r2. Указанные первый и второй радиусы r1, r2 могут быть одинаковой или различной величины.
Криволинейные участки 38'' также могут быть выполнены в форме эллиптических или суперэллиптических дуговых сегментов, как показано на фиг. 16b. Указанные два сегмента эллиптической дуги имеют одинаковые или различные большой и малый радиусы.
Плоский участок 38' поверхности выполняет функцию областей контакта для контакта с втулками 23. В отличие от приведенных на фиг. 15 и 17 вариантов выполнения, зазоры 43 могут быть образованы с сохранением минимальной ширины между углублениями 36 в направлении по ширине, как показано пунктиром на фиг. 16а.
На фиг. 17а-b показаны три вида конструктивного элемента 19'''' хвостового конца, содержащего первый пултрузионный элемент 27 согласно седьмому варианту выполнения, в котором между первой и второй боковыми поверхностями 38, 44 образован непрерывный зазор 43'''.
Указанный зазор 43''' имеет постоянное радиальное расстояние вдоль второй боковой поверхности 38, как показано на фиг. 17b. Вторая боковая поверхность 38 может иметь профиль в форме дуги окружности, у которого высота hw равна ширине ww, причем первая боковая поверхность 44 может иметь круглый профиль, у которого высота hb равна ширине wb, как показано на фиг. 17b. Кроме того, первая и вторая боковые поверхности 38, 44 могут иметь профиль в форме эллиптической дуги, как показано на фиг. 17с. Указанные первая и вторая боковые поверхности 38, 44 имеют общую центральную точку, но различные радиусы. Это увеличивает эксплуатационную гибкость при расположении первого пултрузионного элемента 27''''' с возможностью регулировки.
В данном случае втулки 23 не находятся в надежном и плотном контакте с первым пултрузионным элементом 27''''', поскольку первый пултрузионный элемент 27''''' может перемещаться относительно указанных втулок как в направлении по толщине, так и в направлении по ширине.
На фиг. 18а-b показан другой альтернативный вариант выполнения первого пултрузионного элемента 27. В данном случае первый пултрузионный элемент 27 образован несколькими компонентами, расположенными соотносительно друг с другом.
Между парой смежных втулок 23 расположен первый компонент 46, имеющий поперечное сечение с прямоугольным профилем в направлении по ширине. У локальной внутренней стороны 34 расположена первая группа вторых компонентов 47, а у локальной наружной стороны 35 расположена вторая группа вторых компонентов 47. Отдельные вторые компоненты 47 каждой группы расположены на противоположно обращенных сторонах первого компонента 46.
В традиционном конструктивном элементе хвостового конца, как показано на фиг. 18а, все первый и вторые компоненты 46, 47 находятся в контакте с втулкой 23 для предотвращения любых относительных перемещений. Первый и вторые компоненты 46, 47 совместно образуют вписанный круглый профиль, имеющий одинаковые высоту и ширину.
В данном изобретении, как показано на фиг. 18b, только первый компонент 46 находится в контакте с втулкой 23, а вторые компоненты 47' находятся на расстоянии от втулки 23 для образования зазоров 43. Первый и вторые компоненты 46, 47' совместно образуют вписанный по существу эллиптический профиль, имеющий высоту h'', которая больше его ширины w''. В данном случае втулка 23 образует описанный круглый профиль, имеющий высоту h' и ширину w' одинаковой величины. Это также позволяет расположить первые пултрузионные элементы 27 с возможностью регулировки в продольном направлении.
На фиг. 19 показан вид в продольном разрезе конструктивного элемента 19 хвостового конца со смещением первого пултрузионного элемента 27 относительно наружных слоев 42 в продольном направлении. Это смещение приводит к образованию складок 48 в вышеупомянутой переходной области между внутренним и наружным слоями 29, 42.
Такое смещение может возникать при вакуумировании элемента 19 в процессе инфузии смолы с помощью вакуума.
На фиг. 20 показан вид в продольном разрезе конструктивного элемента 19 хвостового конца с первым пултрузионным элементом 27, подстроенным под форму наружных слоев 42. Такое подстраивание достигается благодаря наличию одного или более зазоров 43 между первой и второй боковыми поверхностями 38, 44. Зазоры 43, в свою очередь, позволяют первому пултрузионному элементу 27 перемещаться относительно втулок 23 (как показано стрелкой) во время инфузии смолы с помощью вакуума. Тем самым обеспечивается возможность пассивного приспособления (подгонки) продольного положения первых пултрузионных элементов 27 к наружным слоям 42 во время инфузии смолы с помощью вакуума.
На фиг. 21 показано поперечное сечение конструктивного элемента 19 хвостового конца с первым пултрузионным элементом 27, расположенным между парой смежных втулок 23.
В этом случае предотвращается перемещение первого пултрузионного элемента 27 в плоскости ширины (обозначенной стрелкой) относительно втулок 23 и распорных элементов 49, при этом обеспечивается возможность перемещения первого пултрузионного элемента 27 относительно втулок 23 в указанной плоскости толщины, как показано на фиг. 20.
Распорные элементы 49 расположены соотносительно с втулками 23 и проходят дальше в продольном направлении. Распорный элемент 49 имеет длину, по существу соответствующую локальной длине второго участка 27b первого пултрузионного элемента 27. Распорный элемент 49 имеет сужающийся в продольном направлении профиль, соответствующий сужающемуся профилю второго участка 27b. Зазоры 43 опционально проходят вдоль длины втулок 23 и далее вдоль по меньшей мере части длины распорного элемента 49.
Описанные выше варианты выполнения могут быть скомбинированы в любых сочетаниях без отступления от сущности данного изобретения.
1. Конструктивный элемент (19) хвостового конца лопасти (5) ветроэнергетической установки, проходящий от хвостовика (7) лопасти до хвостового участка (14) оболочки (11) лопасти, образованной по меньшей мере одной частью лопасти, имеющей внутреннюю поверхность (21), наружную поверхность (22) и по меньшей мере один соединительный край для соединения лопасти, причем указанный конструктивный элемент (19) содержит крепежные элементы (23), распределенные вдоль хвостового конца (7) указанной по меньшей мере одной части лопасти в окружном направлении, при этом каждый крепежный элемент (23) имеет первую внутреннюю поверхность (39), первую наружную поверхность (40) и обращенные в противоположных направлениях первые боковые поверхности (41a, 41b), каждая из которых проходит в продольном направлении, причем между самым наружным крепежным элементом (23a) и соединительным краем (20a, 20b) для соединения лопасти указанной по меньшей мере одной части лопасти расположен второй пултрузионный элемент (28') и, опционально, между по меньшей мере одной парой крепежных элементов (23) расположен первый пултрузионный элемент (27), при этом каждый из пултрузионных элементов (27, 28), первый и второй, имеет вторую внутреннюю поверхность (34), вторую наружную поверхность (35) и обращенные в противоположных направлениях вторые боковые поверхности (33a, 33b), также проходящие в продольном направлении, причем указанный конструктивный элемент (19) дополнительно содержит несколько наружных слоев (44) волокнистого материала, проходящих вдоль указанной наружной поверхности (22), и несколько внутренних слоев (29) волокнистого материала, проходящих вдоль указанной внутренней поверхности (21), отличающийся тем, что второй пултрузионный элемент (28') образует переходный участок (31), проходящий от одной второй боковой поверхности (33b) к другой второй боковой поверхности (33a), причем локальная толщина переходного участка (31) постепенно уменьшается к указанному соединительному краю (20a, 20b) для соединения лопасти и/или к указанной другой второй боковой поверхности (33a).
2. Конструктивный элемент по п.1, отличающийся тем, что указанный переходный участок (31) образует переходную контактную поверхность (32), находящуюся в контакте с внутренними слоями (29), причем указанная переходная контактная поверхность (32) образует по меньшей мере часть указанной второй внутренней поверхности (34).
3. Конструктивный элемент по п.2, отличающийся тем, что указанная переходная контактная поверхность (32) дополнительно образует по меньшей мере часть второй боковой поверхности (33b).
4. Конструктивный элемент по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что второй пултрузионный элемент (28'') оканчивается на внутренней вершине (37) в направлении по толщине, причем самый наружный крепежный элемент (23a) проходит за указанную внутреннюю вершину (37) второго пултрузионного элемента (28'') в указанном направлении по толщине.
5. Конструктивный элемент по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что переходный участок (31) имеет поверхность с плоским профилем, расположенную под углом относительно второй наружной поверхности (35) второго пултрузионного элемента (28'').
6. Конструктивный элемент по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что переходный участок (31) имеет криволинейный профиль, предпочтительно профиль дуги окружности или эллипса, имеющей заданный радиус.
7. Конструктивный элемент по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что переходный участок (31) проходит частично или полностью вдоль длины указанного второго пултрузионного элемента (28').
8. Конструктивный элемент по любому из пп.1-7, отличающийся тем, что второй пултрузионный элемент (28''') содержит первый компонент (28a) и по меньшей мере один второй компонент (28b), расположенный соотносительно с указанным первым компонентом (28a), причем указанные первый компонент (28a) и по меньшей мере один второй компонент (28b) проходят в продольном направлении.
9. Лопасть (5) ветроэнергетической установки, проходящая от своего хвостовика (7) до конца-вершины (8) в продольном направлении и от передней кромки (9) к задней кромке (10) в направлении хорды и содержащая оболочку (11), образованную по меньшей мере двумя частями лопасти, каждая из которых имеет внутреннюю поверхность (21) и наружную поверхность (22), при этом указанные по меньшей мере две части лопасти соединены вдоль по меньшей мере одной зоны сопряжения в продольном направлении, причем каждая зона сопряжения образована первым соединительным краем (20a) одной части лопасти и вторым соединительным краем (20b) другой части лопасти, отличающаяся тем, что указанные по меньшей мере две части лопасти содержат конструктивный элемент (19) хвостового конца, выполненный по любому из пп.1-8.
10. Способ изготовления лопасти ветроэнергетической установки, включающий следующие этапы:
укладку нескольких наружных слоев (44) волокнистого материала вдоль поверхности (26) пресс-формы для лопасти,
использование крепежных элементов (23), предназначенных для установки указанной лопасти (5) в зоне сопряжения ступицы ротора или на блоке подшипника осевого шарнира,
размещение указанных крепежных элементов (23) относительно указанных наружных слоев (44) на хвостовом конце (7) указанной лопасти (5),
размещение второго пултрузионного элемента (28') между самым наружным крепежным элементом (23a) и соединительным краем (20a, 20b) для соединения лопасти указанной по меньшей мере одной части лопасти и, опционально, размещение первого пултрузионного элемента (27) между по меньшей мере одной парой крепежных элементов (23),
дополнительную укладку нескольких внутренних слоев (29) волокнистого материала вдоль указанных первого и второго пултрузионных элементов (27, 28) и указанных крепежных элементов (23) с образованием конструктивного элемента (19) хвостового конца,
покрытие по меньшей мере указанного конструктивного элемента (19) хвостового конца материалом вакуумного мешка,
введение смолы в указанный волокнистый материал,
обеспечение отверждения смолы с образованием отвержденной части лопасти,
отличающийся тем, что во время укладки внутренние слои (29) проходят над переходной контактной поверхностью (32) указанного второго пултрузионного элемента (28') и далее вдоль краевой поверхности (25) пресс-формы, и излишек волокнистого материала по меньшей мере внутренних слоев (29) обрезают после укладки или после формования.
11. Способ по п.10, отличающийся тем, что указанные внутренние слои (29) дополнительно проходят над частью самого наружного крепежного элемента (23a).
