BR112016000798B1

BR112016000798B1 - Método de fabricação de parte de uma pá de turbina de vento com esteira de material híbrido

Info

Publication number: BR112016000798B1
Application number: BR112016000798-0A
Authority: BR
Inventors: Michael Sch0Learth Koefoed; Flemming Kiel S0Rensen; Kim Ansholm Rasmussen; Klavs JESPERSEN; Morten Olesen
Original assignee: Lm Wp Patent Holding A/S
Priority date: 2013-07-26
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2022-02-08
Also published as: PL3024645T3; ES2972447T3; EP3024645A2; DK3024645T3; CN112248480A; US10850453B2; WO2015011137A3; EP4325049A2; CN105392621A; WO2015011137A2; EP4325049A3; EP3024645B1; US20160221272A1; BR112016000798A2

Abstract

esteira de material híbrido. uma esteira de material híbrido para utilização na fabricação de artigos compósitos de fibra, em particular partes de pás de turbinas de ventos são descritas. a esteira compreende uma pluralidade de mechas de fibra de vidro fornecidas por cima de um substrato planar relativamente fino de fibras de carbono. tal construção de esteira de material híbrido proporciona uma melhoria nas propriedades estruturais de um componente fabricado usando a esteira, bem como permitindo a facilidade de manuseamento e fabricação tanto da própria esteira e do componente.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[0001] A presente invenção relaciona-se com uma esteira de material híbrido para uso na fabricação de um artigo de compósito de fibra, tais como uma pá de turbina de vento, um método de fabricação de uma tal esteira, um método de fabricação de um artigo de fibra composta, utilizando uma tal esteira, e um artigo compósito de fibra que incorpora uma tal esteira, por exemplo, uma pá de turbina de vento.

ESTADO DA TÉCNICA

[0002] Artigos compósitos de fibra, tais como pás de turbinas de ventos, são geralmente formadas pela bandeja inicial de várias camadas de fibras em um molde em forma, as fibras posteriormente infundidas com uma resina que é curada. Por conseguinte, esta forma uma estrutura de camadas de fibras em suspensão em uma matriz de resina curada. Tais métodos de fabricação resultam em estruturas que são relativamente leves, e estruturalmente fortes. A seleção das fibras particulares utilizadas na fabricação pode determinar o desempenho estrutural final do artigo.

[0003] Tradicionalmente, fibras de vidro têm sido utilizadas na fabricação de compósitos de fibra, mas o uso de fibras de carbono para a fabricação de pá de turbina de vento é de interesse crescente, devido ao aumento da rigidez das fibras de carbono em comparação com fibras de vidro. No entanto, as fibras de carbono são consideravelmente mais caras do que as fibras de vidro.

[0004] A patente US No. 7.758.313 divulga um método de fabricação de uma tampa de longarina para uma pá de turbina de vento, em que a tampa da longarina é formada a partir de uma mistura de fibras de carbono e de vidro, proporcionando assim um efeito de aumento da rigidez híbrida do componente, com custo reduzido em comparação com uma pá de carbono puro.

[0005] A patente US No. 7.758.313 revela uma primeira forma de realização em que as fibras de vidro e fibras de carbono são misturadas de forma homogênea em uma matriz comum. Esta abordagem apresenta dificuldades de fabricação consideráveis, como a distribuição precisa mesmo de fibras de carbono de vidro e requer o uso de equipamento de manuseamento preciso para posicionar as fibras para assegurar o controle do processo adequado. No entanto, a aplicação de camadas de dois materiais diferentes para o molde requer a utilização de duas máquinas aplicadoras separadas, ou, pelo menos, dois processos de aplicação separados durante o processo de fabricação, que recebe as camadas a partir de fontes de materiais separadas, aumentando assim o tempo e / ou despesa envolvida no processo de fabricação.

[0006] Com referência à Fig. 5, que também é conhecido por proporcionar "em camadas" material híbrido 100, em que a camada de material 100 é proporcionada por uma série de mechas de fibras de vidro 102, com cabo de fibra de carbono 104 posicionadas em locais espaçados no interior da matriz entre as mechas de fibra de vidro 102. Embora essas construções tenham desempenho relativamente adequado, medidas adicionais devem ser tomadas para assegurar a compensação de potencial das fibras de carbono condutoras localizadas no material, bem como a introdução de complicações posteriores a processos de manipulação e fabricação.

[0007] É um objetivo do invento, proporcionar um material para a fabricação de um artigo compósito de fibra, em particular, uma pá de turbina de vento, o que elimina os problemas acima, e fornece para facilidade de fabricação do próprio material e do artigo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0008] Por conseguinte, é proporcionada uma esteira de material híbrido para uso na fabricação de um artigo compósito de fibra, tais como uma pá de turbina de vento, a esteira de material híbrido que compreende uma pluralidade de mechas de fibra de vidro fornecidas sobre um substrato de fibra de carbono.

[0009] Ao fornecer uma única esteira ou camada de material que tem uma combinação de fibras de vidro e de carbono, isso permite a facilidade de manuseamento e estiramento para a fabricação de artigos compostos de fibra. Uma tal disposição de mechas de fibras de vidro sobre um substrato de fibra de carbono proporciona um desempenho melhorado relativamente à técnica anterior, mostrando que o teste com a estrutura acima fornece 140 % de resistência à compressão, quando comparado com odesempenho dos materiais tradicionais em camadas híbridas. Além disso, a disposição das mechas de fibras de vidro no topo de uma camada fina de fibra de carbono permite a facilidade de fabricação do material de esteira.

[0010] Deve entender-se que a esteira de material híbrido é, de um modo preferido, fornecida como uma esteira de fibra seca.

[0011] Deve entender-se que o referido substrato de fibra de carbono é uma camada planar de fibras de carbono. Em um aspecto, o referido substrato de fibra de carbono é formado por pelo menos um cabo de fibra de carbono achatado ou alongado em uma camada relativamente fina.

[0012] De um modo preferido, a esteira de material híbrido é fornecida como uma camada de material flexível. De um modo preferido em que a proporção da espessura do substrato de fibra de carbono para a pluralidade de mechas de fibras de vidro é de aproximadamente 1: 10. Em um aspecto, o substrato de fibras de carbono é de cerca de 0,1 mm de espessura, com as mechas de fibra de vidro que têm uma espessura ou diâmetro de cerca de 1 mm. A própria esteira de material híbrido tem uma espessura entre cerca de 0,9 a 1.2 mm, De um modo preferido aproximadamente de 1 a 1.1 mm.

[0013] De um modo preferido, a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro é organizada como uma série de mechas paralelas que se estendem longitudinalmente posicionadas no topo do referido substrato de fibra de carbono. De um modo preferido, o referido substrato de fibras de carbono compreende uma camada de fibras de carbono que se estendem longitudinalmente.

[0014] Em um aspecto, a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro é fornecida a um primeiro lado da referida esteira de material híbrido, e o referido substrato de fibra de carbono é fornecido em um segundo lado da referida esteira de material híbrido, em que pelos menos um cabo de fibra de carbono está posicionado entre a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro no topo do dito substrato de fibra de carbono, o referido pelo menos um cabo de fibra de carbono para proporcionar uma compensação de potencial entre o referido primeiro lado e o referido segundo lado da referida esteira de material híbrido.

[0015] A fim de proporcionar um trajeto condutor entre os substratos de fibras de carbono em uma pilha das referidas esteiras de híbridos, um pequeno número de cabos de fibra de carbono podem ser posicionados na camada de mechas de fibras de vidro, para proporcionar material condutivo no referido primeiro lado da referida esteiras.

[0016] De um modo preferido, pelo menos, um cabo de fibra de carbono é posicionado entre a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro, de tal modo que a proporção de cabo de fibra de carbono em relação a mechas de fibras de vidro na referida esteira de material híbrido é entre aproximadamente 1: 50 - 1: 100, de um modo preferido aproximadamente 1: 80.

[0017] Em uma forma de realização, um cabo de fibras de carbono com um diâmetro ou espessura de aproximadamente 1 - 2 mm são fornecidos para aproximadamente a cada 80 mm de mechas de fibras de vidro.

[0018] De um modo preferido, a referida esteira de material híbrido é fornecida como um rolo de material de tecido flexível.

[0019] Fornecendo as esteiras de materiais como material flexível permite que o material híbrido possa ser armazenado como rolos de material de tecido, para facilidade de manuseamento e armazenamento.

[0020] De um modo preferido, a referida esteira de material híbrido compreende ainda um material de costura, a referida pluralidade de mechas de fibra de vidro costuradas ao referido substrato de fibra de carbono usando o referido material de costura.

[0021] O material de costura pode ser qualquer material fibroso adequado, utilizado para manter as mechas de fibra de vidro e fibra de carbono o referido substrato em uma única esteira.

[0022] Também é proporcionado um método de fabricação de uma esteira de material híbrido, compreendendo o método os passos de:comprimir pelo menos um cabo de fibra de carbono para formar um substrato de fibra de carbono achatada; efixar uma pluralidade de mechas de fibras de vidro ao referido substrato de fibra de carbono para formar uma esteira de material híbrido.

[0023] A estrutura da esteira de material híbrido permite a facilidade de fabricação da própria esteira, sendo formada a partir de um passo do processo relativamente simples para a fixação das mechas de fibras de vidro ao substrato de fibra de carbono.

[0024] De um modo preferido, o referido passo de fixar compreende costurar a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro ao referido substrato de fibra de carbono.

[0025] De um modo preferido, o referido passo de compressão compreende a divisão da referida pelo menos um cabo de fibras de carbono em uma pluralidade de porções separadas de cabo, e o achatamento da referida pluralidade de porções separadas de cabo de modo a formar uma camada de substrato achatada.

[0026] É ainda proporcionado um método de fabricação, pelo menos, parte de um artigo compósito de fibra, de um modo preferido, pelo menos, parte de uma pá de turbina de vento, o método que compreende:o fornecimento de uma esteira de material híbrido que compreende uma pluralidade de mechas de fibra de vidro fornecida sobre um substrato de fibra de carbono, a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro disposta em um primeiro lado da referida esteira de material híbrido e o referido substrato de fibra de carbono disposto sobre um segundo lado da referida esteira de material híbrido;a disposição de uma pluralidade da referida esteira de material híbrido em um molde;infundir a referida pluralidade de esteira de material híbrido com uma resina; ea cura da referida resina para formar, pelo menos, parte de um artigo compósito de fibra, de um modo preferido, pelo menos, parte de uma pá de turbina de vento.

[0027] Preferivelmente, o referido passo de dispor compreende o posicionamento de uma pluralidade de esteiras de material híbrido de tal modo que uma pluralidade das referidas esteiras de material híbrido, pelo menos, sobrepõe se parcialmente em uma pilha.

[0028] Em um aspecto, o método compreende o passo de proporcionar a referida esteira de material híbrido tendo pelo menos um cabo de fibra de carbono posicionada entre a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro sobre o referido substrato de fibra de carbono, em que o referido pelo menos um cabo de fibra de carbono proporciona um potencial de compensação entre o referido primeiro lado e o referido segundo lado da referida esteira de material híbrido.

[0029] Em um aspecto adicional ou alternativo, o referido passo de providenciar compreende:posicionar a referida pluralidade das referidas esteiras de material híbrido no referido molde, em que o referido primeiro lado da referida esteira de material híbrido é disposto de face para baixo no molde;dispor a referida pilha de esteiras de material híbrido pelo menos, parcialmente sobrepostas, em que, em uma borda da referida pilha, os pontos finais de uma pluralidade de esteiras na referida pilha são escalonados de tal forma que pelo menos uma porção do referido segundo lado da pluralidade de esteiras em referida pilha estão expostas; eposicionamento de um material condutor na extremidade da referida pilha, o referido material condutor que se estende entre as porções expostas da referida pluralidade de esteiras na referida pilha, de tal modo que o referido material condutor proporciona um potencial de compensação entre a referida pluralidade de esteiras de material híbrido na referida pilha.

[0030] Como uma abordagem alternativa para proporcionar compensação de potencial das camadas de esteiras de material híbrido, as esteiras podem ser posicionadas para apresentar uma porção para cada um dos substratos de fibra de carbono presentes na pilha de esteiras. Tais porções podem então ser condutivamente acopladas uma com a outra para proporcionar a compensação de potencial entre cada substrato.

[0031] De um modo preferido, o referido material condutor é fornecido como uma camada de material de fibra de carbono. Adicionalmente ou em alternativa, o referido material condutor pode compreender um condutor metálico.

[0032] De um modo preferido, as referidas esteiras de material híbrido são fornecidas com uma orientação das fibras primária, e em que o referido passo de dispor as referidas esteiras de material híbrido no referido molde compreende o alinhamento das esteiras de tal forma que a orientação da fibra primária das referidas esteiras é substancialmente paralela à direção longitudinal da parte de uma pá de turbina de vento.

[0033] É ainda proporcionada uma parte de uma pá de turbina de vento fabricada de acordo com o método acima.

[0034] É ainda proporcionado o uso de uma esteira de material híbrido compreendendo uma pluralidade de mechas de fibra de vidro fornecidas sobre um substrato de fibra de carbono na fabricação de uma pá de turbina de vento, de um modo preferido na fabricação de um laminado estrutural de uma pá de turbina de vento.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0035] Formas de realização da invenção serão agora descritas, por meio apenas de exemplo, com referência aos desenhos anexos, nos quais:

[0036] A Fig. 1 mostra uma turbina de vento que tem uma pluralidade de pás de turbina de vento;

[0037] A Fig. 2 mostra uma vista em perspectiva de uma pá de turbina de vento da Fig. 1;

[0038] A Fig. 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio da pá da Fig. 2;

[0039] A Fig. 4 mostra uma vista esquemática da pá de turbina de vento da Fig. 2, vista de cima e de lado;

[0040] A Fig. 5 mostra uma camada de material híbrido da técnica anterior;

[0041] A Fig. 6 mostra uma esteira de material híbrido de acordo com uma primeira forma de realização da invenção;

[0042] A Fig. 7 mostra uma esteira de material híbrido de acordo com uma segunda forma de realização da invenção;

[0043] A Fig. 8 mostra uma vista em corte transversal de uma pilha de esteiras de materiais híbridos do modelo de realização da Fig. 7;

[0044] A Fig. 9 mostra uma vista em corte transversal de uma pilha de esteiras de material híbrido em um arranjo de compensação de potencial.

[0045] Deve entender-se que os elementos comuns às diferentes formas de realização da invenção foram fornecidos com os mesmos números de referência nas Figuras.

[0046] A Fig. 1 ilustra uma turbina de vento moderna convencional contra o vento 2 de acordo com o chamado "conceito dinamarquês" com uma torre 4, uma nacela 6 e um rotor com um eixo do rotor substancialmente horizontal. O rotor inclui um centro 8 e três pás 10 que se estendem radialmente a partir do centro 8, cada pá que tem uma raiz 16 mais próxima do centro e uma ponta da pá 14 mais afastada do centro 8.

[0047] A Fig. 2 mostra uma vista esquemática de uma pá de turbina de vento 10. A pá de turbina de vento 10 tem a forma de uma pá de turbina de vento convencional e compreende uma região de raiz 30 mais próxima do centro, um perfilado ou uma região de aerofólio 34 mais afastada do centro e uma região de transição 32 entre a região da raiz 30 e a região de aerofólio 34. A pá 10 compreende uma borda de ataque 18 de frente para o sentido de rotação da pá 10, quando a pá é montada no centro, e uma borda de fuga 20 virada para o oposto da direção da borda de ataque 18.

[0048] A região de aerofólio 34 (também chamada a região perfilado) tem uma forma de pá ideal ou quase ideal no que diz respeito à geração de ascensor, enquanto que a região da raiz 30, devido a considerações estruturais, tem uma secção transversal substancialmente circular ou elíptica, que, por exemplo, faz com que seja mais fácil e mais seguro para montar a pá 10 com o centro. O diâmetro (ou corda) da região da raiz 30 é tipicamente constante ao longo de toda a área da raiz 30. A região de transição 32 tem um perfil de transição que muda gradualmente a partir da forma circular ou elíptica 40 da região da raiz 30 do perfil do aerofólio 50 da região do aerofólio 34. O comprimento da corda da região de transição 32, tipicamente aumenta substancialmente linearmente com o aumento r a partir da distância do centro.

[0049] A região de aerofólio 34 tem um perfil de superfície de sustentação 50, a Fig. 3, com uma corda que se estende entre a borda de ataque 18 e a borda de fuga 20 da pá 10. A largura da corda diminui com o aumento de r da distância do centro.

[0050] Deve notar - se que as cordas de diferentes secções da pá normalmente não se encontram em um plano comum, uma vez que a pá pode estar torcida e / ou curva (isto é, pré - dobrada), proporcionando, assim, o plano de corda com uma correspondentemente torcida e / ou curso curvo, sendo este o caso mais frequente, a fim de compensar a velocidade local da pá sendo dependente do raio a partir do centro.

[0051] A Fig. 3 mostra uma vista esquemática de um perfil de aerofólio 50 de uma pá típica de uma turbina de vento representada com os vários parâmetros, os quais são tipicamente utilizados para definir a forma geométrica de um aerofólio. O perfil de aerofólio 50 tem um lado de pressão 52 e um lado de sucção 54, que durante a sua utilização - isto é, durante a rotação do rotor - normalmente virada para o barlavento (ou contra o vento) e do lado de sotavento (ou a favor do vento) lateral, respectivamente. O aerofólio 50 tem uma corda 60 com um comprimento de corda c que se estende entre uma borda de ataque 56 e uma borda de fuga 58 da pá. O aerofólio 50 tem uma espessura t, que é definido como a distância entre o lado de pressão 52 e o lado de sucção 54. A espessura t do aerofólio varia ao longo da corda 60. O desvio de um perfil simétrico é dado por uma linha de curvatura 62, que é uma linha mediana através do perfil do aerofólio 50. A linha mediana pode ser encontrada selecionando círculos inscritos a partir da borda de ataque 56 para a borda de fuga 58. A linha mediana segue os centros dos referidos círculos inscritos e o desvio ou a distância a partir da corda 60 é chamado de curvatura f. A assimetria também pode ser definida pela utilização de parâmetros chamados a curvatura superior (ou lado de sucção de curvatura) e curvatura inferior (ou a curvatura do lado de pressão), as quais são definidas como as distâncias a partir da corda 60 e o lado de sucção 54 e o lado de pressão 52, respectivamente.

[0052] Perfis de aerofólio são frequentemente caracterizados pelos seguintes parâmetros: o comprimento da corda c, a curvatura máxima f a posição df da curvatura máxima f, a máxima espessura aerofólio t, que é o maior diâmetro dos círculos inscritos ao longo da linha de curvatura mediana 62, a posição dt da espessura máxima t, e um raio da ponta (não mostrada). Estes parâmetros são tipicamente definidos como razões para o comprimento da corda c. Assim, uma espessura da pá em relação t / C local é dada como a razão entre a espessura máxima t local e o comprimento da corda local, c. Além disso, a posição dp da curvatura máxima lado de pressão pode ser utilizada como um parâmetro de projeto, e também, naturalmente, a posição do máximo de curvatura no lado de sucção.

[0053] A Fig. 4 mostra alguns outros parâmetros geométricos da pá. A pá tem um comprimento total da pá L. Conforme mostrado na Fig. 2, a extremidade da raiz está localizada na posição r = 0, e a extremidade de ponta localizada em r = L. O ombro 40 da pá situa - se em uma posição r = Lw, e tem uma largura W do ombro, que é igual ao comprimento da corda no ombro 40. O diâmetro da raiz é definido como D. Além disso, a pá é dotada de uma pré-dobra, que é definida como Δy, que corresponde à deflexão fora do plano a partir de um campo de eixo 22 da pá.

[0054] A pá de turbina de vento 10 compreende geralmente uma concha feita de polímero reforçado com fibra, e é normalmente feita como um lado de pressão ou parte de concha contra o vento 24 e um lado de sucção ou parte de concha a favor do vento 26 que são coladas juntas ao longo de linhas de ligação 28 que se estendem ao longo da borda de fuga 20 e a borda de ataque 18 da pá 10. As pás de turbinas de ventos são geralmente formadas a partir de material plástico reforçado com fibras, por exemplo, fibras de vidro e / ou fibras de carbono, que são dispostas em um molde e curadas com uma resina para formar uma estrutura sólida. Pás de turbinas de ventos modernas muitas vezes podem ser superior a 30 ou 40 metros de comprimento, com diâmetros de raiz pá de vários metros. Pás para turbinas de ventos são geralmente projetadas para vidas relativamente longas e para resistir a carga estrutural e dinâmica considerável.

[0055] Com referência à Fig. 6, uma forma de realização de uma esteira de material híbrido de acordo com uma forma de realização da invenção é ilustrada em 110. O material de esteira 110 compreende uma pluralidade de mechas de fibras de vidro 112 que são fornecidas sobre um substrato fino 114 de fibra de carbono. As mechas de fibra de vidro de 112 são dispostas em um primeiro lado 110a de uma referida esteira de material híbrido 110 e o referido substrato de fibras de carbono 114 está disposto sobre um segundo lado 110b da referida esteira de material híbrido 110. Deve entender - se que a esteira de material híbrido é, de um modo preferido, fornecida como uma esteira de fibra seca.

[0056] Ao proporcionar as fibras de carbono como uma subcamada fina de material 114, sobre o qual as mechas de fibra de vidro 112 podem ser localizadas, a esteira 110 combina as propriedades vantajosas de ambas as fibras de vidro e de carbono em uma única camada de material que é facilmente fabricada, enquanto o equilíbrio do custo total dos materiais utilizados no fabricação dos componentes. O teste de laboratório demonstrou que a estrutura acima fornece 140 % de resistência à compressão, quando comparado com conhecidas esteiras de material híbrido em camadas. Além disso, proporcionando as fibras de vidro e fibras de carbono como parte de uma única camada de tecido facilita a bandeja e fabricação de artigos compósitos de fibra.

[0057] Com referência à Fig. 7, uma outra forma de realização de uma esteira de material híbrido de acordo com o invento é ilustrada em 111. Nesta forma de realização, pelo menos um cabo de fibra de carbono 116 está localizado entre as mechas de fibra de vidro 112 da esteira 1 11, o cabo de fibra de carbono 116 em contato condutor com o substrato de fibras de carbono 114. A presença do cabo de fibra de carbono 116 dentro da sub - camada de mechas de fibras de vidro 112 permite a compensação de potencial entre a esteira 111, entre o substrato de fibras de carbono 114 localizada no segundo lado 111b da esteira 111 e a superfície exposta do pelo menos um cabo de fibra de carbono 116 localizado sobre o primeiro lado 111a de uma esteira 111.

[0058] Deve entender - se que o pelo menos um cabo de fibra de carbono 116 pode ser uniformemente distribuída dentro da subcamada de mechas de fibra de vidro 112. Em um aspecto, a proporção de cabo de fibra de carbono com relação a mechas de fibra de vidro na referida esteira de material híbrido é entre aproximadamente 1: 50 - 1: 100, De um modo preferido cerca de 1: 80. Por exemplo, onde as referidas mechas e cabos sãoaproximadamente de 1 mm de diâmetro, para cada 80 mm ao longo da largura da esteira 111, um cabo de fibra de carbono é posicionado entre as mechas de fibra de vidro.

[0059] De um modo preferido, as mechas de fibra de vidro 112, e, possivelmente, o cabo de fibra de carbono 116, tem um diâmetro de aproximadamente 1 mm. De um modo preferido, o substrato de fibras de carbono 114 tem uma espessura de aproximadamente 0,1 mm.

[0060] Para formar o substrato de fibras de carbono 114, de um modo preferido, pelo menos, um cabo de fibra de carbono (não mostrado) é comprimido ou achatado para formar uma subcamada relativamente fina. O cabo de fibra de carbono pode ser proporcionado com uma secção transversal substancialmente circular de cerca de 1 - 2 mm de diâmetro, que pode ser comprimido em um sub - camada plana com uma espessura de aproximadamente 0,1 mm e uma largura de aproximadamente 30 mm. Em um aspecto, o pelo menos um cabo de fibra de carbono pode ser dividido em uma pluralidade de porções separadas de cabo, e subsequentemente achatadas ou distribuídas da referida pluralidade de porções separadas de cabo de modo a formar uma camada de substrato plana ou achatada 114. As mechas de fibra de vidro 112 e, possivelmente, pelo menos, um cabo de fibras de carbono 116, são então ligados ao substrato de fibra de carbono 114 usando qualquer método adequado, de um modo preferido por costura das mechas e do cabo com o substrato utilizando um material de costura.

[0061] Em um aspecto, a esteira de material híbrido 110, 111 está disposta de tal modo que a esteira compreende entre cerca de 2040% do volume de fibras de carbono, De um modo preferido cerca de 36%.

[0062] A esteira de material híbrido 110,110 pode então ser utilizada na fabricação de um artigo compósito de fibra, de um modo preferido, uma parte de uma pá de turbina de vento, colocando - se em uma pluralidade das referidas esteiras 110, 111 em um molde e infundir a referida pluralidade de esteiras 110, 111 com uma resina curável, para formar o referido artigo. No caso de uma pá de turbina de vento, as esteiras de material híbrido 110, 111 podem ser utilizadas para a fabricação de todo o escudo de uma pá de turbina de vento, ou podem ser utilizadas na fabricação de componentes de uma tal pá, por exemplo, como um laminado estrutural ou tampão de longarina de uma pá de turbina de vento.

[0063] Em muitos componentes para utilização no exterior e em pás de turbina de vento, em particular, a prevenção de danos por raios é uma preocupação primordial na fabricação e uso de tais componentes. Geralmente, isso envolve a incorporação de receptores e para raios-condutores no próprio componente, para fornecer um caminho seguro através dos condutores para baixo para o solo no caso de um curto-circuito no componente. No entanto, quando tais componentes compreendem materiais condutores em sua composição, é extremamente importante que todos esses materiais sejam potencialmente equalizados com os circuitos condutores de relâmpago para baixo, para evitar a possível ocorrência de flashes ou faíscas no caso de um relâmpago no componente.

[0064] Com referência à Fig. 8, uma primeira configuração de uma pluralidade de esteiras de material híbrido 111 é mostrada, em um arranjo para facilitar a compensação de potencial entre as esteiras individuais 111. Nesta configuração, uma pluralidade da segunda forma de realização de esteiras 111 é disposta em uma pilha dentro de um artigo, em que o cabo de fibra de carbono 116 de cada esteira de material híbrido 111 proporciona um percurso condutor entre os substratos de fibras de carbono 114 de cada esteira 111, garantindo assim que os elementos de fibra de carbono condutoras na pilha são mantidos ao mesmo potencial elétrico. Por conseguinte, a base da pilha ou qualquer subcamada do substrato de carbono pode ser condutivamente acoplada a um sistema de proteção contra relâmpagos adequado do artigo, de tal modo que o risco de uma descarga disruptiva entre diferentes elementos condutores do artigo é reduzido.

[0065] Deve entender-se que o arranjo mostrado na Fig. 8, que estabelece que os cabos de fibra de carbono 116 na pilha estão em alinhamento vertical é puramente ilustrativo, e que as esteiras 111 da pilha podem ser dispostas em qualquer orientação em camadas, por exemplo, em que os cabos de fibra de carbono 116 são dispostos em um arranjo substancialmente aleatório entre os substratos de fibras de carbono 114 de cada esteira 111 da pilha.

[0066] Na Fig. 9, uma configuração adicional ou alternativa de uma pluralidade de esteiras de material híbrido 110 é mostrada, em um arranjo para facilitar a compensação de potencial entre as esteiras individuais 110. Neste arranjo, as esteiras 110 são fornecidas em uma pilha 118, de tal modo que o primeiro lado 110a da esteira 110 está virado para baixo, com a seguinte esteira 110 na pilha 118 colocada em cima do segundo lado 110b da esteira precedente 110. As esteiras 110 são dispostas de tal modo que as bordas das sucessivas esteiras 110 na pilha 118 são escalonadas, em que uma porção de substrato de fibra de carbono 114 fornecido no segundo lado 110b de cada esteira 110 na pilha 1 18 está exposta na borda da pilha 118.

[0067] Um material condutor 120 encontra-se posicionado na borda da pilha 118, de tal modo que o material condutor 120 se sobrepõe pelo menos parcialmente, e contata as porções expostas dos substratos de fibras de carbono 114 na pilha 1 18. Desta maneira, um caminho condutor é facilmente fornecido entre os diferentes substratos de fibras de carbono 114 presente na pilha a18, que pode então ser facilmente ligada a uma ligação de terra adequada de um sistema de proteção contra relâmpagos.

[0068] O material condutor 120 pode compreender qualquer elemento condutor apropriado capaz de estabelecer uma ligação condutora entre os substratos de fibras de carbono 114. Em um aspecto, o material condutor 120 pode compreender uma camada de material de fibra de carbono estendida sobre a borda da pilha 118, o material de fibra de carbono é mantido em contato com as porções expostas dos substratos de fibras de carbono 114. Em um aspecto alternativo, o material condutor pode compreender um elemento metálico adequado para a fixação ou posicionamento no lado da pilha 118.

[0069] Na Fig. 9, as esteiras 110 são dispostas em uma escada ou um passo de configuração na extremidade da pilha 118, mas será entendido que as esteiras 110 podem ser dispostas em qualquer configuração adequada que permita o acesso aos substratos de fibras de carbono 114 contidos na pilha 118. Além disso, será entendido que a disposição de esteiras 110 mostrada na Fig. 9 pode ser utilizada em associação com a configuração mostrada na Fig. 8 com as esteiras 111 da segunda forma de realização da invenção.

[0070] Será entendido que o termo mechas na descrição acima pode ser utilizado para se referir a mechas de fibras individuais ou feixes de mechas de fibras. Uma única mecha pode ser entendida como sendo um feixe de fibras individuais. Quando são utilizados feixes de mechas de fibras, deve ser entendido que as mechas individuais do feixe de mechas podem ter dimensões diferentes, dependendo do material usado, por exemplo, cerca de 0,02 milímetros por mechas de fibra de vidro e cerca de 0,008 milímetros para mechas de fibra de carbono.

[0071] A utilização das esteiras de material híbrido 110,111 de acordo com a invenção fornece para a fabricação de artigos compósitos de fibra, e em particular as pás de turbina de vento, tendo melhorado as qualidades estruturais combinadas com o custo dos componentes manejável. Além disso, a construção particular das esteiras 110, 111 proporciona facilidade de fabricação das próprias esteiras, bem como uma melhor facilidade de manuseamento das esteiras durante a fabricação de artigos que compreendem as referidas esteiras. Além disso, a construção da esteira pode permitir a compensação de potencial de técnicas simples e eficazes para melhorar as qualidades de proteção contra raios do artigo acabado.

[0072] A invenção não se limita à forma de realização aqui descrita e pode ser modificada ou adaptada, sem nos afastarmos do escopo da presente invenção.

Claims

1. Método de fabricação de pelo menos parte de uma pá de turbina de vento, caracterizado por compreender:o fornecimento de uma esteira de material híbrido (110, 111) que compreende uma pluralidade de mechas de fibra de vidro (112) fornecidas sobre um substrato de fibra de carbono (114) constituído por uma camada plana de fibras de carbono, a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro (112) dispostas em um primeiro lado (110a) da referida esteira de material híbrido (110, 111) e o referido substrato de fibra de carbono (114) disposta sobre um segundo lado (110b) da referida esteira de material híbrido (110, 111);a disposição de uma pluralidade das referidas esteiras de material híbrido (110, 111) em um molde;a infusão da referida pluralidade de esteiras de material híbrido (110, 111) com uma resina; ea cura da referida resina para formar, pelo menos, parte de uma pá de turbina de vento.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pela referida esteira de material híbrido (110, 111) ser fornecida como uma esteira de fibra seca.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo método compreender o passo de proporcionar a referida esteira de material híbrido (110, 111) que tem pelo menos um cabo de fibra de carbono (116) posicionada entre a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro (112) sobre o referido substrato de fibra de carbono (114), em que o referido pelo menos um cabo de fibra de carbono fornece uma compensação de potencial entre o referido primeiro lado (110a) e o referido segundo lado (110b) da referida esteira de material híbrido (110, 111).

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pela referida, pelo menos, um cabo de fibra de carbono (116) estar posicionada entre a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro (112), de tal modo que a proporção de cabo de fibra de carbono (116) com relação a mechas de fibra de vidro (112) na referida esteira de material híbrido (110, 111) ser entre 1: 50 - 1: 100, De um modo preferido de 1: 80.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo referido passo de disposição compreender o posicionamento de uma pluralidade de esteiras de material híbrido (110, 111) de tal modo que uma pluralidade das referidas esteiras de material híbrido (110, 111) sobrepor, pelo menos, parcialmente em uma pilha.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo referido passo de dispor compreende:o posicionamento da referida pluralidade das referidas esteiras de material híbrido (110, 111) no referido molde, em que o ditoprimeiro lado (110a) das referidas esteiras de material híbrido (110, 111) são dispostas com a face para baixo no molde;a disposição da referida pilha das esteiras de material híbrido (110, 111) pelo menos, parcialmente sobrepostas, em que, em uma borda da referida pilha, os pontos finais de uma pluralidade de esteiras (110, 111) na referida pilha são escalonadas de tal forma que pelo menos uma porção do referido segundo lado da pluralidade de esteiras (110, 111) em referida pilha estão expostos; eo posicionamento de um material condutor na borda da referida pilha, o referido material condutor que se estende entre as porções expostas da referida pluralidade de esteiras na referida pilha, de tal modo que o referido material condutor proporciona um potencial de compensação entre a referida pluralidade de esteiras de material híbrido (110, 111) na referida pilha,o referido material condutor sendo fornecido como pelo menos uma camada de material de fibra de carbono.

7. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo referido passo de fornecimento de uma esteira de material híbrido (110, 111) compreender o fornecimento de uma esteira de material híbrido (110, 111) como uma camada de material flexível, de um modo preferido em que a proporção da espessura do substrato de fibra de carbono (114) para a pluralidade de mechas de fibras de vidro (112) é de 1: 10.

8. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo referido passo de fornecimento de uma esteira de material híbrido (110, 111) compreender dispor a referida pluralidade de mechas de fibras de vidro (112) como uma série de mechas paralelas que se estendem longitudinalmente posicionadas no topo do referido substrato de fibra de carbono (114), e em que o referido substrato de fibra de carbono compreende uma subcamada de fibras de carbono que se estendem longitudinalmente.

9. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo referido passo de fornecimento de uma esteira de material híbrido (110, 111) compreender o fornecimento de um material de costura, a referida pluralidade de mechas de fibra de vidro (112) costuradas ao referido substrato de fibra de carbono (114) usando o referido material de costura.

10. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pela referida esteira de material híbrido (110, 111) ser fornecida com uma orientação das fibras primária, e em que o referido passo de dispor a referidas pluralidade de esteiras de material híbrido (110, 111) no referido molde compreender o alinhamento das esteiras (110, 111) de tal modo que a orientação das fibras primária das referidas esteiras (110, 111) ser paralela à direção longitudinal da referida, pelo menos, parte de uma pá de turbina de vento.

11. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 10, caracterizado por compreender os passos de:comprimir pelo menos um cabo de fibra de carbono (116) para formar um substrato de fibra de carbono (114) achatada constituído por uma camada plana de fibras de carbono; efixar uma pluralidade de mechas de fibras de vidro (112) ao referido substrato de fibra de carbono (114) para formar uma esteira de material híbrido (110, 111).

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo referido passo de compressão compreender a divisão de referido pelo menos um cabo de fibra de carbono (116) para uma pluralidade de porções separadas de cabo e achatamento da referida pluralidade de porções separadas de cabo de modo a formar uma camada de substrato achatada (114).