專利名稱：復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架結(jié)構(gòu)和用于形成復(fù)合式風(fēng)力 渦輪機塔架結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
近年來，作為環(huán)境安全和相對便宜的替代能源，風(fēng)力渦輪機已受 到日益增加的關(guān)注。隨著日益增長的興趣，人們已進行相當(dāng)大的努力 來開發(fā)穩(wěn)定且高效的風(fēng)力渦輪機。
通常，風(fēng)力渦輪機包括具有多個葉片的轉(zhuǎn)子。轉(zhuǎn)子安裝在位于桁 架或管狀塔架頂部的殼體或機艙上。公用級風(fēng)力渦輪機(即設(shè)計成提供
電力至公用電網(wǎng)上的風(fēng)力渦輪機)可具有大轉(zhuǎn)子(例如30米或更長)。另 外，風(fēng)力渦輪機通常安裝在至少60米高的塔架上。這些轉(zhuǎn)子上的葉片 將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為驅(qū)動一個或多個發(fā)電機的轉(zhuǎn)動力矩或力。當(dāng)風(fēng)轉(zhuǎn)動葉片 時，固有地產(chǎn)生噪聲。
隨著能量需求的增加，風(fēng)力渦4侖機的尺寸也在增加。另外，鋼材 和相關(guān)聯(lián)的制造工藝設(shè)備的體積變得出乎意料地昂貴。運輸大風(fēng)力渦 輪機塔架所需的時間和成本很高?，F(xiàn)在的風(fēng)力渦輪機塔架需要在遠程 工廠制造，在那里制成的構(gòu)件必須運輸?shù)浆F(xiàn)場并組裝。
現(xiàn)在的風(fēng)力渦輪機塔架通常由鋼板或用于制造管狀風(fēng)力渦輪機 塔架的類似金屬材料制成。這樣的材料沉重并且加工困難且昂貴。
需要一種風(fēng)力渦輪機塔架結(jié)構(gòu)，其能以降低的運輸要求部分或全 部就地組裝并且能提供輕質(zhì)且不太昂貴的塔架結(jié)構(gòu)，當(dāng)塔架尺寸和能 量需求增加時，該塔架結(jié)構(gòu)具有按比例增加至大尺寸的能力。

發(fā)明內(nèi)容
3本發(fā)明的一個方面包括具有第一層和第二層的復(fù)合式風(fēng)力渦輪 機塔架，第 一層和第二層均具有基體材料和設(shè)置在基體材料中的多個 增強纖維。該塔架還包括設(shè)置在第一層和第二層中間的芯層。該塔架
能部分或全部地在現(xiàn)場(on-site)制造。
本發(fā)明的另 一個方面包括用于形成風(fēng)力渦輪機塔架的方法。該方 法包括提供具有表面的心軸。通過在該表面上布置多個纖維以及對這 些纖維提供基體材料而形成第 一層。施加芯材料到第 一層上形成芯 層。第二層通過在芯層的至少一部分上布置多個纖維而施加到芯層 上，并且對這些纖維提供基體材料。該基體材料固化以形成復(fù)合式風(fēng) 力渦輪才幾塔架的至少 一部分。
本發(fā)明的又一個方面包括復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架形成裝置，其具 有同軸布置的第一心軸部分和第二心軸部分。第一心軸部分布設(shè)在第 二心軸部分之內(nèi)并且包括表面。纖維提供組件布設(shè)成用以提供增強纖
維到該表面上。固化組件布置在第一心軸部分和第二心軸部分中的一 個或二者中。各第一心軸部分和第二心軸部分均包括可變的直徑。
本發(fā)明的一個優(yōu)點在于由分層復(fù)合結(jié)構(gòu)所提供的改善的阻尼特 性，降低了風(fēng)振負(fù)載，使得風(fēng)力渦輪機的疲勞壽命因而延長。
本發(fā)明的另一個優(yōu)點為塔架制造過程可在現(xiàn)場進行。這樣的現(xiàn)場 生產(chǎn)降低了制造工廠的成本，在此制造設(shè)備裝配在標(biāo)準(zhǔn)卡車和集裝箱 中，降低了運輸成本。
根據(jù)下面優(yōu)選實施例的更詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它特 征和優(yōu)點將是明顯的，附圖通過實例顯示了本發(fā)明的原理。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機的側(cè)視圖。 圖2為根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機的正視圖。 圖3為根據(jù)本發(fā)明的實施例的風(fēng)力渦輪機的正視圖。 圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的在組裝復(fù)合材料期間纖維布置的示意圖。
圖5至圖8顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的在形成期間分層復(fù) 合物的局部剖切的頂透視圖。
圖9顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的分層復(fù)合式風(fēng)力渦輪機的局部剖
切的頂透4見圖。
圖10顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的分層復(fù)合式風(fēng)力渦輪機在圖9
的10-10方向上的截面圖。
圖11顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的塔架形成裝置。
圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的心軸的局部正一見圖。
圖13顯示了根據(jù)本發(fā)明的實施例的沿圖12中的13-13方向所截
耳又的截面圖。
圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的塔架形成裝置。
圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明另一個實施例的塔架形成裝置。
圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明另 一個實施例的心軸的局部剖切正視圖。
圖17顯示了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的塔架形成裝置。
圖18顯示了根據(jù)本發(fā)明的又一個實施例的塔架形成系統(tǒng)。
全部附圖中盡可能地使用相同的標(biāo)號來指代相同或相似的部件。
具體實施例方式
如圖1所示，風(fēng)力渦輪機100通常包括容納發(fā)電機(圖1未示出) 的機艙102。機搶102為安裝在塔架104頂部的殼體，在圖1中僅示 出其一部分。塔架104的高度基于本領(lǐng)域公知的因素和條件來選擇， 并且可延伸至高達60米或更高。風(fēng)力渦輪機100可安裝在任何獲得 具有期望風(fēng)力條件的區(qū)域的地形。該地形或會變化非常大，并且可包 括但不限于山地地形或沿海位置。風(fēng)力渦4侖4幾IOO還包括轉(zhuǎn)子106， 轉(zhuǎn)子106包括一個或多個附接到轉(zhuǎn)動輪轂110上的轉(zhuǎn)子葉片108。雖 然圖1示出的風(fēng)力渦輪機100包括3個轉(zhuǎn)子葉片108,但本發(fā)明所要 求的轉(zhuǎn)子葉片108的數(shù)量并沒有特殊限制。圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的風(fēng)力渦輪機100的布置， 其包括由復(fù)合材料制成的塔架104。風(fēng)力渦輪機100包括上文關(guān)于圖 1所顯示和論述的構(gòu)件。塔架104包括位于塔架104的低端201處的 第一直徑和位于塔架104的上端203處的第二直徑。塔架104還可包 括通過階梯或其它通過方法進入塔架104和機搶102的通道門205。 第一直徑比第二直徑大而形成漸縮形。漸縮形提供了風(fēng)力渦輪機100 所需的期望強度和操作特性。例如，雖然沒有如此限制，但漸縮形可 構(gòu)造為用以提供彎矩管理的組合來對風(fēng)力渦輪機100提供期望的支承 和穩(wěn)定性。進一步而言，該漸縮形可用來使位于機搶102基座處的承 載和承載結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，以便提供期望的承載表面，同時允許在維護和 /或檢查期間人員和設(shè)備進出機艙102。此外，該漸縮形可用來對轉(zhuǎn)動 葉片108提供在強陣風(fēng)時可能偏斜或彎曲的間隙。塔架104可安裝到 地基或其它結(jié)構(gòu)上，或可位于地上以提供結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例的風(fēng)力渦輪機100的布 置，其包括由復(fù)合材料制成的塔架104。風(fēng)力渦輪機100包括上文關(guān) 于圖1顯示和論述的構(gòu)件。塔架104包括含有從第一端201的大直徑 到第二端203處的較小直徑的漸縮形。另外，塔架104包括基座301, 基座301可由混凝土或其它適合支承風(fēng)力渦輪機100的結(jié)構(gòu)上有彈性 的材料制成。本發(fā)明不限于所示構(gòu)造并且可包括基座301的其它構(gòu)造， 包括備選的設(shè)計和幾何形狀。
圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明實施例的由增強纖維形成的復(fù)合材料制成 的塔架104。如圖所示，提供了心軸403。心軸403為圓柱形結(jié)構(gòu)。 然而，心軸103的截面幾何形狀可包括與塔架104的截面相對應(yīng)的任 何幾何形狀。心軸403可延伸至塔架104的全長或可相當(dāng)于纟荅架104 的僅部分長度，并且可移動以便在施加纖維時為纖維提供支承。纖維 401包括縱向纖維405和環(huán)形纖維407。纖維401可為自然的或人造 的纖維，如玻璃纖維、碳纖維、金屬纖維或其它適合形成復(fù)合材料的 任何纖維。環(huán)形纖維407施加在縱向纖維405上以形成增強結(jié)構(gòu)。纖
6維401的數(shù)量不受限制并且可包括適合于提供適于支承風(fēng)力渦輪機 100的重量和負(fù)載的復(fù)合材料的任何數(shù)量和任何密度。形成的增強結(jié) 構(gòu)包括纖維預(yù)制件409,樹脂或其它基體材料可施加到該纖維預(yù)制件 409上并固化。適當(dāng)?shù)幕w材料包括但不限于聚酯、聚乙烯、環(huán)氧化 物或其它適合形成復(fù)合材料的任何基體。
在一個實施例中，塔架104包括繞芯材料601設(shè)置的多個纖維增 強層。圖5至圖IO顯示了具有分層復(fù)合物的塔架104結(jié)構(gòu)。為了形 成分層復(fù)合式塔架104,提供了心軸403并且在基體中設(shè)置了增強纖 維401的第一復(fù)合層501。增強纖維401可為繞在表面上的單獨纖維， 或可以是纖維帶或纖維織物并被施加到心軸403的表面上，這些纖維 帶或纖維織物可為織造或非織造的。另外，增強纖維401可織造或編 織而成并被施加到心軸403的表面。在另一個實施例中，增強纖維401 可為預(yù)浸料坯和/或在施加增強纖維401時可包括樹脂涂層或基體材 料涂層?；w材料添加到增強材料401上?；w材料可通過紅外輻射、 紫外輻射、熱或其它固化方法來固化。在另一個實施例中，基體材料 可允許保留在表面上以接收另外的層。如圖6所示，芯材料601施加 到第一復(fù)合層501上。芯材料601可包括但不限于混凝土、泡沫材料 (如聚亞安酯泡沫材料)或適合在增強復(fù)合層之間形成中間層的其它材 料。芯材料601優(yōu)選地為輕質(zhì)且低成本的材料，并且對分層復(fù)合物提 供強度和剪切阻抗。另外，芯材料601優(yōu)選地為塔架104提供希望的 載荷承載特性和受控的壁厚。芯材料601可使用任何合適的施加技術(shù) 而施加到表面上，包括將芯材料601涂布、噴涂、涂敷或模制到表面 上。
在施加芯材料601后，將第二復(fù)合層701施加到芯材料601上。 第二復(fù)合層701包括增強纖維401并且可以是與第一復(fù)合層501相同 或不同的纖維構(gòu)造。第二復(fù)合層701還使用如上關(guān)于第一復(fù)合層501 所述相同的基體材料施加工藝而提供有樹脂或基體材料。
如圖8所示，第二復(fù)合層701可涂布或涂覆有外層801以便為塔
7架104提供環(huán)境保護或其它保護。在本發(fā)明的一個實施例中，將分層
復(fù)合物置于真空袋803內(nèi)或其它如VARTM的真空裝置內(nèi)，并根據(jù)已 知的復(fù)合物制造技術(shù)在真空下加熱以便分散并固化基體材料。如圖9 所示，最終得到的分層復(fù)合物從心軸403移除，并且可提供內(nèi)層IOOI 到第一復(fù)合層501的內(nèi)表面上。內(nèi)層1001可以與外層801相同的方 式形成。
圖IO顯示了塔架104的截面，包括內(nèi)層IOOI、第一復(fù)合層501、 設(shè)置在第一復(fù)合層501和第二復(fù)合層701中間的芯材料601以及外層 801。分層復(fù)合物通過面剪切提高強度，減少重量和成本，并且提供 了改善的夾層纖維復(fù)合物的阻尼特性，這將降低風(fēng)振負(fù)載使得渦輪機 械系統(tǒng)的疲勞壽命因此可得以改善。在另一個實施例中，芯材料601 可包括增強結(jié)構(gòu)，如鋼筋或其它提供額外強度的增強材料。
圖ll顯示了用于形成分層復(fù)合式塔架104的塔架形成裝置1100。 如圖11所示，裝置1100包括沿著正在形成的復(fù)合式塔架104的長度 布置的多個纖維線軸UOl。雖然只顯示了代表性的線軸1101和纖維 401的實例，但另外的沒有示出的線軸1101和纖維401繞正在形成的 塔架104沿周向地布置。例如，施加到心軸403上的第一層501的纖 維布置可包括纖維布置，例如圖4中顯示的纖維布置。纖維401和芯 材料601在心軸403上成層，以便提供分層復(fù)合式塔架104。根據(jù)期 望的纖維密度和塔架104的最終尺寸，裝置1100可包括大量的線軸 1101和纖維401。線軸1101提供纖維401，纖維401在施加到心軸 403上之前或之后浸有或以其它方式涂有基體材料1103。施加纖維401 到心軸403上可通過轉(zhuǎn)動心軸403和正在形成的^^架104,或通過轉(zhuǎn) 動線軸1101或線軸1101可附接于其上的其它結(jié)構(gòu)來提供。縱向纖維 405沿著正在形成的塔架104的長度提供。縱向纖維405可經(jīng)由基體 材料貯存器1105而提供有基體材料1103和/或一旦定位到心軸403上 便涂覆有基體材料1103。縱向纖維405靠近或緊密鄰近心軸403定位。 為了形成第一復(fù)合層501，將環(huán)形纖維407施加到心軸403和縱向纖維405上。如上所述，優(yōu)選地將多個環(huán)形纖維407繞心軸403沿周向 地施加。環(huán)形纖維407可以任何期望的沖莫式施加。例如，盡管沒有如 此限制， <旦環(huán)形纖維407可以單一層或部分層施加或可以織造的或編 織的復(fù)雜結(jié)構(gòu)來施加。施加環(huán)形纖維407的方法為提供足夠的纖維構(gòu) 造的方法，以便對形成的復(fù)合材料提供期望的機械特性。如果需要， 基體材料1103可另外通過噴嘴、刷子、輥或手動施加來施加，以提 供另外的基體材料。
固化燈1107沿著正在形成的塔架104的長度布置，并且提供輻 射如熱、紫外光、紅外光或其它能夠促進或有助于基體材料1103固 化的電磁能量。固化燈1107不限于示出的布置并且可包括多個燈或 其它器件或布置成用以提供固化的器件。除了固化燈1107,可將加熱 器件或輻射發(fā)射器件結(jié)合到心軸403中，以提供對基體材料1103的 附加固化。另外，心軸403構(gòu)造成用以促進或有助于基體材料1103 的固化。例如，心軸403可包括加熱器件或輻射源(如紅外線燈或紫外 線燈)以促進或有助于基體材料1103的固化，特別是在第一復(fù)合層501 內(nèi)。
芯材料601通過噴嘴1109或類似器件而提供到第一復(fù)合層501 上。芯材料601的施加提供了芯材料601。通過心軸403轉(zhuǎn)動塔架104 和/或轉(zhuǎn)動噴嘴1109對芯材料601纟是供了沿周向的施加。芯材料601 可為任何適當(dāng)?shù)男静牧?01，包括不需要固化的材料。芯材料601可 為可固化的材料，其中固化燈1107提供適合于促進或有助于芯材料 601固化的熱和/或輻射。
如圖11進一步顯示，第二組環(huán)形纖維407施加到芯材料601上 以形成第二復(fù)合層701。施加纖維401到心軸403上可通過轉(zhuǎn)動心軸 403和正在形成的塔架104來提供，或通過轉(zhuǎn)動線軸1101或線軸1101 可附接于其上的其它結(jié)構(gòu)來提供。如同第一復(fù)合層一樣，纖維401浸 有或以其它方式涂有基體材料1103。如圖所示，基體材料1103可通 過在基體材料貯存器1105中浸入基體材料來提供。雖然沒有示出，但可將附加的基體材料1103提供到環(huán)形纖維407上。固化燈1107提 供熱和/或輻射以促進和/或有助于第二復(fù)合層701的固化。第一復(fù)合 層501、芯材料601以及第二復(fù)合層701的分層結(jié)構(gòu)大致構(gòu)成了塔架 104。還可添加另外的層(圖11中未示出)。例如，由涂料或環(huán)氧材料 制成的外風(fēng)化層可施加到第二復(fù)合層701上。另外，包括涂料或其它 材料的內(nèi)層可施加到第一復(fù)合層501的內(nèi)表面上。也可提供用于附加 機械特性的附加層，例如增強層或阻隔層。
圖12顯示了包括心軸403的局部前視圖的本發(fā)明的備選實施例， 心軸403包括同軸的內(nèi)心軸403，或第一心軸部分以及外心軸403"或 第二心軸部分。復(fù)合物形成空間1202存在于內(nèi)心軸403'和外心軸 403"之間并且包括在其中形成復(fù)合物的區(qū)域。心軸403布置成包括構(gòu) 造成允許相對于彼此運動的多個心軸襯墊(pad)1201。心軸襯墊1201 包括可滑動的并且允許心軸襯墊1201運動的聯(lián)鎖件1203。當(dāng)塔架104 形成時，聯(lián)鎖件1203還提供密封以及與復(fù)合式塔架104鄰接接觸。 當(dāng)心軸襯墊1201移動得更為靠近時，心軸403的直徑至中心軸線1204 的距離便越小。中心軸線1204為包括共軸的內(nèi)心軸403，和外心軸 403"的圓柱形心軸403的中心。內(nèi)心軸403'和外心軸403"可包括如 上關(guān)于心軸403所述的結(jié)構(gòu)，包括促進或有助于基體材料1103固化 的加熱器件或輻射燈。
內(nèi)心軸403，和外心軸403"可以變化的、獨立的速度擴張(即在驅(qū) 使心軸襯墊1201彼此遠離時)或收縮(即在驅(qū)使心軸襯墊1201 —起更 加靠近時)。內(nèi)心軸403，和外心軸403，，的促動可由本領(lǐng)域中公知的促 動方法來提供，包括但不限于電動機構(gòu)造、液壓馬達構(gòu)造和/或機械組 件。內(nèi)心軸403，和外心軸403"的這種獨立^足動允許施加壓力到復(fù)合 物形成空間1202中的復(fù)合材料上。這種壓力減少了空穴的形成并且 提供具有期望的機械特性的復(fù)合物。另外，獨立促動還允許心軸403 選擇性地松開復(fù)合物并且行進以提供鄰接的處理。例如，當(dāng)在復(fù)合物 形成空間1202中固化了復(fù)合物的一部分時，內(nèi)心軸403，可縮回(即直
10徑減小)而外心軸403"可擴張(即直徑增大)，其中心軸403可在沿著中 心軸線1204的方向上行進以形成另外的復(fù)合材料。這種鄰接的工藝 過程允許高塔架104的形成。另外，內(nèi)心軸403，和外心軸403"的獨 立促動允許對形成的復(fù)合物的厚度和塔架104的整個直徑的改變和控 制。如上面關(guān)于圖2和圖3的論述，漸縮形的幾何形狀為風(fēng)力渦輪機 100提供了期望的機械和運轉(zhuǎn)特性。
圖13顯示了圖12中沿13-13方向所截^f又的心軸403。心軸403 包括如上關(guān)于圖12所顯示和論述的內(nèi)心軸403，和外心軸403"。圖13 還顯示了正在形成的復(fù)合式塔架104。如圖所示，復(fù)合式塔架包括第 一復(fù)合層501、芯材料601和第二復(fù)合層701?？v向纖維405和環(huán)形 纖維407(圖13中未示出)施加到心軸403的復(fù)合物形成部分1301上， 以便形成第一復(fù)合層501和第二復(fù)合層701。噴嘴1109或其它器件(圖 13中未示出)可用來提供芯材料601。另外,內(nèi)心軸403，和外心軸403" 可被加熱或設(shè)有輻射燈以促進或有助于形成復(fù)合物的基體材料1103 的固化。如果需要，外心軸403"可選^^地包括樹脂注射口 1303,以 便提供另外的基體材料。熱和壓力優(yōu)選地由內(nèi)心軸403，和外心軸403" 經(jīng)由固化區(qū)域1305來施加。固化區(qū)域1305可包括均勻的或非均勻的 熱和/或壓力。例如，固化區(qū)域1305可包括沿著復(fù)合物長度提高的溫 度，該復(fù)合物被固化以提供基本上無空穴并具有期望機械特性的固化 產(chǎn)物。當(dāng)需要時，可在安裝風(fēng)力渦輪機前對已形成的復(fù)合式塔架104 進4亍涂布或涂覆。
圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明的備選的利用編織方法的塔架形成裝置 1100。如圖所示，心軸403沿著纖維提供環(huán)1401的中心軸線1204行 進。纖維提供環(huán)1401優(yōu)選包括多個提供纖維401的線軸1101。纖維 401可涂有、浸有或以其它方式提供有基體材料1103。提供纖維401 并將其在心軸403上織造為構(gòu)成第一復(fù)合層501或第二復(fù)合層701的 三向(triaxial)纖維編織物?？商峁┝硗獾牟牧匣蛄硗獾睦w維提供環(huán) 1401來形成另外的層?？山?jīng)由固化燈1107(圖14中未示出)或通過其它熱或輻射提供器件來固化復(fù)合層501,701。
圖15顯示了根據(jù)本發(fā)明的備選的塔架形成裝置1100。圖15顯示 的布置為拉擠型方法，其中，提供纖維401到心軸403并且穿過已加 熱的模具1501拉動纖維401以便形成最終的復(fù)合物。如圖所示，心 軸403沿著中心軸線1204行進，其中縱向纖維405和環(huán)形纖維407 通過線軸1101而提供到心軸403上。纖維401布置可包括多個層(如 芯材料601)或可包括其它織造物或編織物構(gòu)造。另外，在纖維401被 拉動穿過模具1501之前，纖維401可涂有或以其它方式設(shè)有基體材 料1103(圖15未示出)。模具1501優(yōu)選對纖維401和基體材料1103 施加足以固化復(fù)合物并形成復(fù)合式塔架104的熱和壓力。
圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明另 一個實施例的心軸403。在此實施例中， 心軸403包括提供足夠的熱以促進或有助于基體材料固化的加熱器 件。心軸403包括沿著中心軸線1204定向的中心軸1601。多個支承 臂1603自中心軸1601延伸。軸承1605布置在支承臂1603的遠端。 軸承1605包括輥、引導(dǎo)件和/或其它能夠容納感應(yīng)帶1607且允許感應(yīng) 帶1607跨過或穿過軸承1605的任何結(jié)構(gòu)。雖然沒有如此限定，但感 應(yīng)帶1607優(yōu)選地為諸如鐵或鐵合金的具有高導(dǎo)^t率的金屬帶。支承 臂1603和軸承1605的布置在繞心軸403周邊的螺旋路徑上引導(dǎo)感應(yīng) 帶1607。感應(yīng)帶1607進一步脫離心軸403的末端并且由一組驅(qū)動4侖 1609驅(qū)動。驅(qū)動輪1609在方向1608上旋轉(zhuǎn)。在感應(yīng)帶1607旋轉(zhuǎn)時， 感應(yīng)帶1607引導(dǎo)穿過電磁體1611，穿過電磁體1611提供交流電(AC)。 電不茲體1611通過感應(yīng)力口熱來加熱感應(yīng)帶1607。被力o熱的感應(yīng)帶1607 沿著沿心軸周邊的螺旋路徑旋轉(zhuǎn)，在此感應(yīng)帶1607接觸或緊密鄰近 第一復(fù)合層501。來自感應(yīng)帶1607的熱加熱和促進或有助于第一復(fù)合 層501內(nèi)的基體材料的固化。當(dāng)感應(yīng)帶1607旋轉(zhuǎn)時，心軸403可沿 著中心軸線1204在加熱并形成另外的復(fù)合材料的方向上行進。如上 所述，本發(fā)明不限于單一的復(fù)合層并且可包括多層，包括芯層601和 另外的增強復(fù)合層。另外，本發(fā)明不限于如圖16所示的布置并且可包括感應(yīng)元件和/或用于感應(yīng)帶1607的路徑的備選布置。例如，類似 的布置可用來通過心軸襯墊1201之內(nèi)或上方的感應(yīng)帶1607來加熱圖 12和圖13中所示的外心軸403"。
圖17顯示了本發(fā)明的備選實施例，在此利用多個心軸403來同 時形成》荅架104。心軸403通過線軸1101 l是供有縱向纖維405和環(huán)形 纖維407。如上所述，雖然圖17只顯示了縱向纖維405和環(huán)形纖維 407的實例，但多個纖維405,407優(yōu)選周向地圍繞心軸403。施加足夠 數(shù)量的纖維405,407以形成期望的復(fù)合結(jié)構(gòu)。心軸403沿著中心軸線 1204在相反的方向上行進。如圖所示，在心軸403之間正在形成的塔 架104和待形成的塔架1701包括漸縮形。多個心軸403的利用允許 降低對單獨心軸403的直徑變化的要求。換句話說，較大的心軸403 可用于待形成的較大的塔架1701，而較小的心軸403可用于待形成的 較小塔架1701。還可使用有助于或促進塔架104形成的心軸403的其 它布置。
圖18顯示了用于復(fù)合式塔架104的現(xiàn)場組裝系統(tǒng)的平面圖。該 系統(tǒng)包括布置在可形成塔架104的可移動位置處的內(nèi)心軸403，和外心 軸403"。如圖所示，可提供多個供給卡車1801來供給纖維401和基 體材料。在示出的布置中，縱向纖維405由供給卡車1801供給并且 由纖維管理結(jié)構(gòu)1803來隔開和引導(dǎo)該縱向纖維405。同樣而言，環(huán)形 纖維407由供給卡車1801供給并且由纖維管理結(jié)構(gòu)1803來隔開和引 導(dǎo)環(huán)形纖維407?？v向纖維405和環(huán)形纖維407提供到心軸403上， 并且基體材料供應(yīng)源1805的基體材料從供給卡車1801施加到纖維 401上。固化燈1107或其它加熱或固化組件(圖18中未示出)布置為用 來促進基體材料的固化。當(dāng)形成塔架104時，調(diào)整該系統(tǒng)以允許形成 另外長度的塔架104。例如，心軸403可行進或塔架104可拉離或抽 離心軸403。本發(fā)明不限于所示的布置并且可包括允許現(xiàn)場供給纖維 和基體材料的任何布置。
雖然參考優(yōu)選實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的
13是，可進行各種變化并且可用等同物來代替其元件。另外，在不背離 本發(fā)明的本質(zhì)范圍的情況下可進行多種修改以使特定情形或材料適 應(yīng)本發(fā)明的教導(dǎo)。因此，本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為限于構(gòu)思為用于實施本發(fā)明 的最佳方式所披露的特定實施例，而應(yīng)認(rèn)為本發(fā)明包括落入附屬權(quán)利 要求內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架(104)，包括第一層(501)和第二層(701)，其包括基體材料；設(shè)置在所述基體材料中的多個增強纖維(401)；設(shè)置在所述第一層(501)和所述第二層(701)中間的芯層(601)；其中，所述塔架(104)能夠部分地或全部地現(xiàn)場制造。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104),其特征在于，所述增強纖 維(401)為織造帶。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104)，其特征在于，所述增強纖 維(401)為編織物。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104)，其特征在于，所述增強纖 維(401 )是以三向織法而織造的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104),其特征在于，所述增強纖 維(401)包括選自玻璃、碳、金屬及其組合的纖維材料。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104)，其特征在于，所述芯層(601) 選自泡沫材料、混凝土、增強材料及其組合。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104)，其特征在于，所述塔架還 包括位于所述第二層(701)上的外涂層(801)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的塔架(104),其特征在于，所述外涂層 (801)為涂料涂層或環(huán)氧涂層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的塔架(104),其特征在于，所述塔架還 包括位于所述第二層(701)上的外涂層(801)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的塔架(104)，其特征在于，所述塔架還 包括位于所述第二層(701)上的外涂層(801)。
全文摘要
本發(fā)明涉及復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架(104)、用于制造復(fù)合式風(fēng)力渦輪機塔架的方法以及用于形成風(fēng)力渦輪機塔架(104)的裝置。塔架(104)包括第一層(501)和第二層(701)，其均具有基體材料和設(shè)置在基體材料中的多個增強纖維(401)。塔架(104)還包括設(shè)置在第一層(501)和第二層(701)中間的芯層(601)。塔架(104)能夠部分地或全部地現(xiàn)場制造。
文檔編號F03D1/00GK101539095SQ20091011843
公開日2009年9月23日 申請日期2009年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月27日
發(fā)明者A·波塔, D·鄭, L·D·維利, T·德明特 申請人:通用電氣公司