将构件安装至风轮机叶片的附接方法及系统与流程

本公开内容大体上涉及风轮机转子叶片，并且更具体地涉及用于将诸如末梢延伸部、小翼和涡流发生器的构件附接至风轮机叶片的系统及方法。

背景技术：

风力认作是目前可用的最清洁的最环境友好的能源中的一种，且风轮机在此方面得到增大的关注。现代风轮机通常包括塔架、发电机、变速箱、机舱和一个或更多个转子叶片。转子叶片使用已知的翼型原理获得风的动能。转子叶片传送旋转能形式的动能，以便转动将转子叶片联接到变速箱上(或如果未使用变速箱，则直接地联接到发电机上)的轴。发电机然后将机械能转化成电能，电能可配置至公用电网。

在一些情况中，附属构件附接到风轮机的转子叶片上，以在风轮机的操作期间执行各种功能。例如，已知通过将凸起或其它结构加到叶片的表面上来改变风轮机转子叶片的空气动力特征，以便在风轮机的正常操作期间通过增大叶片的升力同时减小阻力来提高能量转换效率。例如，此构件包括小翼、末梢延伸部和涡流发生器。这些装置的目的和操作原理是本领域的技术人员公知的。

用于附接常规附加构件的安装技术和系统可能较昂贵且耗时，特别是对于现场安装。例如，典型的现场安装技术需要使用附接夹具和显著的停留时间来固化附接粘合剂。粘合剂通常认作是危险材料，且必须采取适合的预防和保护手段(设备和人员两者)。此外，在将附加构件推入就位的同时液体或穿过的粘合剂的沾染可导致不一致且非可预计的结果，特别是对于在现场推入现有叶片的末梢端上的末梢延伸附加物。

尤其对于末梢延伸物的加入，普遍的常规方法涉及切割现有叶片末梢，以便使延伸部与内部叶片结构整体结合。该过程耗时、昂贵，且具有破坏主叶片结构的风险。

本行业认识到双面应变隔离带提供用于附接附加构件的显著利益，但此带的使用由于一旦带与匹配表面进行接触就立即连结而对于精确地安装构件(尤其是较大的构件)有挑战性。部分的再定位可能很难(如果不是不可能)。

美国专利公开号2014/0328692描述了涡流发生器附件，其安装到风轮机叶片的吸力侧或压力侧中的任一者上，且包括底座部分和从底座部分向上延伸的凸起部件。附接层将底座部分连接到压力侧或吸力侧上。附接层具有低于底座部分的剪切模量，以允许底座部分与下覆吸力或压力侧之间的剪切滑移。附接层可为在其相对界面侧上具有粘合剂的基于泡沫的条部件。例如，该附接层可为非常高连结性(VHB™)或SAFT(太阳能丙烯酸泡沫带)的基于泡沫的条材料。

因此，本行业在不断寻找用于在快速且低成本操作中将附加构件安装到风轮机叶片上的方法，其还提供了再定位的机会来确保准确的附加构件放置。

技术实现要素：

本发明的方面和优点将在以下描述中阐明，或可从描述中清楚，或可通过实施本发明理解到。

按照本发明的各方面，提供了一种用于将附加构件安装在风轮机叶片的末梢上的方法。例如，附加构件可为附接到叶片末梢上的叶片末梢延伸部或小翼。附加构件具有翼展端、闭合的前缘和分离的后缘，且可滑动到叶片末梢上，以便重叠叶片末梢附近的风轮机叶片。该方法包括将双面的粘性带(本文中共同称为"带条(tape strip)")的一个或更多个条的粘合侧附接到叶片末梢附近的风轮机叶片的一个或两个表面(压力侧表面或吸力侧表面)上，或到附加构件的内表面上，带条具有其相对的露出侧上的释放衬层。各个带条均具有释放衬层的延伸尾部，其在附加构件放置和保持在风轮机叶片上的期望位置时延伸超过附加构件的翼展端。

该方法还包括使附加构件滑到叶片末梢上。然后，在附加构件保持在期望位置的情况下且从离分开的后缘最远的带条开始，将相应带条的延伸尾部和释放衬层相继拉过分离的后缘且成角远离附加构件，使得释放衬层沿带条的长度除去，同时以相对于风轮机叶片压制附加构件来将释放衬层下的露出粘合剂附接到风轮机叶片的表面或附加构件的内表面上。延伸尾部的其余部分然后可修剪，或留在叶片表面上。

在特定实施例中，附加构件的分离的后缘具有压力侧缘和吸力侧缘，该方法还包括在除去释放衬层之后密封或连结分离的后缘的边缘。分离的后缘的压力侧和吸力侧缘可延伸经过风轮机叶片的后缘，以向附加构件提供翼弦延伸方面，且在该位置处连结在一起。就该实施例而言，有可能限定分离的后缘的密封的压力侧缘和吸力侧缘中的空气动力特征，诸如锯齿边缘。

在备选实施例中，分离的后缘的压力侧缘和吸力侧缘偏移，使得一个沿翼弦方向延伸超过另一相应边缘，经过叶片的后缘。空气动力特征(诸如锯齿边缘)可限定在延伸超过另一相应边缘的压力侧缘或吸力侧缘中。例如，分离的后缘的吸力侧缘可延伸经过压力侧缘，其中空气动力特征限定在分离的后缘的吸力侧缘中。

在又一个实施例中，空气动力插入件可连结在延伸经过风轮机叶片的后缘的压力侧缘和吸力侧缘的部分之间。

在一个方法实施例中，带条具有其各个相对侧上的释放衬层，且通过从一侧完全除去释放衬层且将带条压制在风轮机叶片的表面上来附接到风轮机叶片的表面上。释放衬层(经由延伸尾部)然后经由分离的后缘从附加构件剥除，由此释放衬层下的粘合剂附接到附加构件的内表面上。就该实施例而言，带条应用到叶片末梢附近的风轮机叶片的吸力侧或压力侧中的一者或两者上。

本发明还包含结合附加构件的风轮机叶片的各种实施例，附加构件诸如为叶片末梢延伸部或小翼，其如上文所述附接且在本文中更详细描述。例如，本发明涵盖具有附接到其表面上的附加构件的风轮机叶片，风轮机叶片具有末梢、压力侧表面和吸力侧表面。附加构件滑到叶片末梢上，以便重叠压力侧表面和吸力侧表面。附加构件具有翼展端和后缘，其由分离的压力侧和吸力侧表面边缘限定，它们连结在一起且沿翼弦方向延伸超过风轮机叶片的后缘。双面的粘合带的条以限定图案附接在附加构件与风轮机叶片之间，带条间隔开且邻近末梢沿翼展方向延伸，带条将附加构件连结到风轮机叶片的压力侧表面或吸力侧表面中的任一者或两者上。

对于该方法和风轮机叶片实施例，应当认识到的是，本文所述的实例可利用一定数目的不同市售双面粘合带实施。这些带大体上具有小于附加构件的底座部分的剪切模量，以允许底座部分与下覆叶片表面之间的剪切滑移。例如，带条可为具有在其相对界面侧上的粘合剂的基于泡沫条的部件，诸如非常高连结性(VHB™)或SAFT(太阳能丙烯酸泡沫带)的基于泡沫的条材料。

本发明还包含附加构件的各种实施例作为独立装置以用于随后附接到风轮机叶片末梢上。附加构件可包括上文所述或下文更详细描述的任何特征。

本发明的第一技术方案提供了一种用于将附加构件安装到风轮机叶片的末梢上的方法，所述附加构件具有翼展端、闭合的前缘和至少部分分离的后缘，且可滑动到叶片末梢上，以便重叠所述叶片末梢附近的所述风轮机叶片，所述方法包括：将双面粘合带的一个或更多个条的粘合剂侧附接到所述叶片末梢附近的所述风轮机叶片的压力侧或吸力侧表面中的任一者或两者上，或到所述附加构件的内表面上，带条具有在其相对的露出侧上的释放衬层；所述带条中的每一个均具有从所述释放衬层的延伸尾部，其在所述附加构件放置和保持在所述风轮机叶片上的期望位置时延伸超过所述附加构件的所述翼展端；使所述附加构件滑动到所述叶片末梢上；以及在所述附加构件保持在所述期望位置的情况下，从离分离的后缘最远的所述带条开始，将相应带条的所述延伸尾部和释放衬层相继拉过所述分离的后缘且成角远离所述附加构件，使得所述释放衬层沿所述带条的长度除去，同时相对于所述风轮机叶片维持所述附加构件的位置来将从所述释放衬层下的露出粘合剂附接至所述风轮机叶片的表面或所述附加构件的所述内表面。

本发明的第二技术方案是在第一技术方案中，所述附加构件为末梢延伸部或小翼中的一者。

本发明的第三技术方案是在第一技术方案中，所述分离的后缘具有延伸经过所述风轮机叶片的后缘的压力侧缘和吸力侧缘，且还包括在除去所述释放衬层之后连结压力和吸力侧缘来限定后缘延伸部。

本发明的第四技术方案是在第三技术方案中，还包括将填料材料设在所述后缘延伸部处的所述压力侧缘与吸力侧缘之间，以减少从所述风轮机叶片的所述后缘到所述后缘延伸部的过渡点。

本发明的第五技术方案是在第三技术方案中，所述分离的后缘的所述压力侧和所述吸力侧缘偏移，使得一个边缘沿翼弦方向延伸超过另一相应边缘，且还包括限定沿翼弦方向延伸超过另一相应边缘的所述压力侧缘或吸力侧缘中的空气动力特征。

本发明的第六技术方案是在第一技术方案中，所述分离的后缘具有延伸经过所述风轮机叶片的后缘的压力侧缘和吸力侧缘，且还包括定位和连结延伸经过所述风轮机叶片的所述后缘的所述压力侧和吸力侧缘的部分之间的空气动力插入件。

本发明的第七技术方案是在第一技术方案中，所述带条首先附接至所述风轮机叶片的所述吸力侧或压力侧表面中的一者或两者，且当所述释放衬层经由所述分离的后缘拉离时，所述释放衬层下的粘合剂附接至所述附加构件的内表面。

本发明的第八技术方案是在第一技术方案中，还包括在所述附加构件附连至所述叶片末梢之后从所述带条修剪所述延伸尾部。

本发明的第九技术方案提供了一种具有附接至其表面的附加构件的风轮机叶片，包括：具有末梢、压力侧表面和吸力侧表面的风轮机叶片；滑动到所述末梢上以便重叠所述压力侧表面和所述吸力侧表面的附加构件；所述附加构件具有翼展端和后缘，其由分离的压力侧和吸力侧缘限定，它们连结在一起且沿翼展方向延伸超过所述风轮机叶片的后缘；附接在所述附加构件与所述风轮机叶片之间的双面粘合带的一个或更多个条，带条在所述末梢附近沿翼展方向延伸，所述带条将所述附加构件连结至所述风轮机叶片的所述压力侧表面或吸力侧表面中的任一者或两者。

本发明的第十技术方案是在第九技术方案中，所述附加构件为叶片末梢延伸部或小翼中的一者。

本发明的第十一技术方案是在第九技术方案中，还包括与附加构件后缘的连结的压力侧和吸力侧缘整体结合的空气动力特征。

本发明的第十二技术方案是在第十一技术方案中，所述附加构件的压力侧和吸力侧表面边缘偏移，使得一个沿翼弦方向延伸超过另一个相应边缘，以及还包括沿翼弦方向延伸超过另一个相应边缘的所述附加构件的压力侧缘或吸力侧缘中限定的空气动力特征。

本发明的第十三技术方案是在第十二技术方案中，所述附加构件后缘的所述吸力侧缘沿翼弦方向延伸经过所述附加构件的所述压力侧缘，所述空气动力特征限定在所述附加构件后缘的所述吸力侧缘中。

本发明的第十四技术方案是在第十一技术方案中，还包括连结在所述附加构件后缘的所述压力侧缘与所述吸力侧缘之间的空气动力插入件，所述空气动力插入件沿翼弦方向延伸超过所述附加构件后缘。

本发明的第十五技术方案是在第十三技术方案中，所述带条应用至所述叶片末梢附近的所述风轮机叶片的吸力侧或压力侧表面中的一者或两者。

本发明的第十六技术方案提供了一种用于风轮机叶片的附加构件，包括：本体，其具有压力侧表面和吸力侧表面、开口的翼展端、闭合的前缘，以及至少部分分离的后缘；以及其中所述附加构件可滑动到风轮机叶片末梢的末梢上，以便重叠所述叶片末梢附近的所述风轮机叶片。

本发明的第十七技术方案是在第十六技术方案中，所述后缘沿所述后缘的完整长度分离。

本发明的第十八技术方案是在第十六技术方案中，所述附加构件的压力侧和吸力侧表面边缘在分离的后缘处偏移，使得一个沿翼弦方向延伸超过另一个相应边缘，且还包括限定在沿翼弦方向延伸超过另一个相应边缘的所述压力侧缘或吸力侧缘中的空气动力特征。

本发明的第十九技术方案是在第十六技术方案中，还包括空气动力插入件，其具有一定长度，以便在压力侧与吸力侧缘之间连结，且一旦所述附加构件附接至所述风轮机叶片，则沿翼弦方向延伸超过所述后缘。

本发明的第二十技术方案是在第十六技术方案中，所述附加构件为叶片末梢延伸部或小翼中的一者。

本发明的这些及其它特征、方面和优点将参照以下描述和所附权利要求变得更好理解。并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，且连同描述用于阐释本发明的原理。

附图说明

包括针对本领域的技术人员的其最佳模式的本发明的完整且开放的公开内容参照附图在说明书中提出，在附图中：

图1为常规风轮机的透视图；

图2为按照本公开内容的具有附加构件的风轮机叶片的实施例的透视图；

图3为具有滑到叶片上的末梢延伸部的形式的附加构件的风轮机叶片的局部顶视图；

图4为附加构件滑到风轮机上的位置之后的图3的实施例的局部顶视图；

图5为图4的实施例的局部顶视图，绘出了经由附加构件的分离后缘从带条剥除的释放衬层；

图6为图5的实施例的局部顶视图，绘出了经由附加构件的分离后缘从带条剥除的最后释放衬层；

图7为风轮机叶片上附加构件的最终组装之后的图6的实施例的局部顶视图；

图8为风轮机转子叶片和附接的附加构件的局部顶视图，其中空气动力特征并入附加构件中；

图9为具有附接的附加构件和空气动力插入件的风轮机叶片的末梢的局部侧视图；以及

图10为具有附接的附加构件的风轮机叶片的末梢的局部侧视图，其中填料材料在至附加构件的后缘的过渡部处。

具体实施方式

现在将详细参照本发明的实施例，其一个或更多个实例在附图中示出。各个实例通过阐释本发明的方式提供，而不限制本发明。实际上，本领域的技术人员将清楚的是，可在本发明中制作出各种改型和变型，而不会脱离本发明的范围或精神。例如，示为或描述为一个实施例的一部分的特征可结合另一个实施例使用以产生又一个实施例。因此，期望本发明覆盖归入所附权利要求和其等同物的范围内的此类改型和变型。

图1为常规构造的风轮机10。风轮机10包括具有安装在其上的机舱14的塔架12。多个叶片16安装到转子毂18上，转子毂18继而又连接到主凸缘上，主凸缘转动主转子轴。风轮机发电和控制构件收纳在机舱14内。图1的视图仅出于示范性目的提供，以将本发明置于示例性使用领域。将认识到的是，本发明不限于任何特定类型的风轮机构造。

参看图2，示出了按照本发明的各方面的风轮机叶片组件100，其中附加构件102为附接到叶片16的表面24(例如，吸力侧表面)上的末梢延伸部的形式。叶片16具有在前缘26与后缘28之间延伸的压力侧22和吸力侧24，且从叶片末梢32延伸至叶片根部34。叶片16还限定关于转子毂18(图1)的桨距轴线(pitch axis)40，其通常垂直于转子毂18和转子根部34延伸穿过叶片根部34的中心。叶片16的桨距角或叶片桨距(即，确定转子叶片16相对于穿过风轮机10的空气流的透视的角)可通过叶片16围绕桨距轴线40的旋转限定。

风轮机叶片组件100限定翼弦42和翼展44。如图2中所示，翼弦42可在转子叶片16的整个翼展44中变化。因此，局部翼弦可对于叶片16限定在沿翼展44的叶片16上的任何点处。

应当认识到的是，通过附接附加构件102形成按照本发明的各方面的叶片组件100的本发明关于将任何构件附接到叶片16的任何外侧表面上。该方法特别用于附加构件，其滑动到叶片末梢32上，且重叠叶片16的压力侧表面22和吸力侧表面24的至少一部分。例如，参看图3，附加构件102具有大体上中空的本体109，其构造成叶片末梢延伸部115，具有翼展端103、闭合前缘104和分离的后缘106。后缘106分开，其中吸力侧缘105和压力侧缘107并未沿后缘106的长度的至少一部分连结或密封在一起，这允许了附加构件的压力侧和吸力侧拉开至使附加构件102滑到叶片末梢32上所需的程度。在如图中所示的某些实施例中，后缘106沿后缘的基本上整个长度分开，但这不是所有实施例必需的。

尽管图3绘出(通过箭头)了附加构件沿翼展方向线性地滑到叶片16上，应当认识到的是，该滑动可包括翼弦方向构件，其由后缘106的分离性质辅助。

参看图3至7的实施例，双面粘合带110的条以任何期望的图案或构造附连在叶片末梢32附近的叶片表面24(例如，吸力侧表面)上。应当认识到的是，带110的单个较大的条可替代多个条使用。尽管附图中未示出，但带条还可附连到压力侧表面22上。如图3中所示，带条110的图案可为翼展方向定向和间隔开。应当认识到的是，带条110可施加到叶片表面22,24的任一者或两者上。带条110具有附接到带110的露出侧上的释放衬层112，以保护下覆的粘合层111。

在图3的实施例中，带条110首先附连到叶片表面24上，其中附加构件102随后保持或另外维持在叶片上的期望位置(例如，通过压制带条110)，以用于从附加构件的下侧与带110之间随后除去释放衬层112。应当认识到的是，当释放衬层112除去时，在叶片上的期望位置处可存在附加构件102上的一定程度的固有"游隙"或移动。

在备选实施例中，带条110可以以上文所述的相同图案施加到附加构件102的内表面上，其然后压制叶片表面24,22，以用于从带110的相对侧随后除去释放衬层112(如下文更完整阐释)。

图3还绘出了附加方面，其可并入本文所述的任何其它实施例中。具体而言，粘合剂116绘制为下覆粘合带条110。在某些实施例中，可能期望涂布叶片的表面，其中附加构件将以液体或糊剂粘合剂(例如，和环氧树脂)116放置，例如，以在将带条110定位在叶片表面24上之前补偿例如由于加工公差引起的叶片表面与附加构件102之间的任何表面不规则或失配。带条110和附加构件然后可在粘合剂116固化之前附接，这提供了粘合剂116仍为液体或糊剂形式引起的附加构件102的定位调整程度。作为备选，粘合剂116(具有附接到其上的带条)可允许在附加构件放置之前固化。在任一情况下，该特定实施例还给出了与由带条110提供的剪切应力减小组合的粘合剂116提供的较强连结的优点。

在所示实施例中，各个带条110具有一定长度，以便限定延伸尾部113，其沿翼展方向延伸超过附加构件102的翼展端103。延伸尾部113的长度可变化。例如，相比于最接近后缘的带条110，最远离后缘106的条110可具有较长的延伸尾部113，以有助于经由后缘106拉动延伸尾部。作为备选，延伸尾部可包含任何其它材料或构件，其附接到带条上，诸如丝、线、丝带等。就所示实施例而言，如图4中所示，由于延伸尾部113由释放衬层112和下覆粘合剂组成，故在释放衬层112的除去之后，带条粘合剂111的其余粘合层如图5中所示保持，且可需要修剪。

参看图4至7，就从最远离的分离后缘106的带条110开始，保持在叶片末梢32上的期望位置处的附加构件102而言，相应的带条的延伸尾部113和释放衬层112拉过分离的后缘106，且成角远离附加构件102，使得整个释放衬层112沿带条110的长度除去，同时相对于叶片表面24保持附加构件102的位置，以将释放衬层112下的露出粘合剂111附接到风轮机叶片的表面24或附加构件的内表面上(取决于带条110在叶片表面24上或附加构件102的内表面上的初始放置)。

在所有释放衬层112以相继顺序从离分离的后缘106最远到最近除去之后，其余的粘合剂层111可修剪来提供图7中绘出的精整叶片。

参看图3至7，分离的后缘106的吸力侧缘105和压力侧缘107延伸穿过风轮机叶片的后缘28，以向附加构件102提供翼弦方向的延伸方面。这些边缘然后可在将附加构件102以上文所述的方式附接到叶片上之后连结在一起。边缘105,107可延伸穿过叶片后缘28相等的翼弦方向距离，或边缘105,107可偏移，使得一个边缘延伸穿过另一个。指出压力侧表面边缘107的虚线意思是绘出这两个构造。

参看图8，实施例包括连结的吸力侧表面105和压力侧表面107中的空气动力特征118，例如，锯齿边缘形式。如果边缘105,107未偏移，则该特征118可限定(例如，由激光切割)到连结表面105,107的组合中。在备选实施例中，为了减小空气动力特征118的厚度，特征可限定在沿翼弦方向延伸超过另一边缘的边缘105,107中的一个中。例如，在图8中绘出的实施例中，分离的后缘106的吸力侧表面边缘105延伸穿过压力侧表面边缘107，其中空气动力特征118限定在锯齿边缘形式的吸力侧表面边缘105中。

应当认识到的是，空气动力特征118示为锯齿轮廓，以仅用于图示目的，且空气动力轮廓118的任何设计都在本发明的范围和精神内。

在图9中绘出的备选实施例中，吸力侧表面边缘105和压力侧表面边缘107相等地延伸超过叶片末梢的后缘28，且空气动力插入件120连结在边缘105,107之间。该插入件120可为锯齿条的形式。

图10绘出了实施例，其中延伸的吸力侧表面边缘105和压力侧表面边缘107限定超过叶片的后缘28的后缘延伸部。该构造可为期望的，以便出于噪音考虑减小最终后缘的总体厚度。例如，如果边缘105,107与叶片后缘28共同端接，则后缘28处的总体厚度将显著增大，由此产生潜在的噪音生成问题。在此方面，使边缘105,107延伸穿过后缘28且连结边缘来产生后缘延伸部122将减小最终后缘的总体厚度。然而，就此构造而言，还可能期望出于噪音目的，通过提供更圆形的过渡点来最小化从叶片后缘28和附加构件边缘105,107的过渡处的"阶梯"轮廓。例如，这可通过提供边缘105,107之间的任何方式的填料材料124(例如，环氧树脂、糊剂、纤维或垫材料等)或通过在过渡点处加工附加构件的表面以提供更圆的过渡轮廓来实现。

应当认识到的是，本文所述的方法可利用一定数目的不同市售双面粘合带实施。这些带大体上具有小于附加构件的底座部分的剪切模量，以允许底座部分与下覆叶片表面之间的剪切滑移。例如，带条可为具有在其相对界面侧上的粘合剂的基于泡沫条的部件，诸如非常高连结性(VHB™)或SAFT(太阳能丙烯酸泡沫带)的基于泡沫的条材料。

本发明包括结合如上文所述附接的附加构件120的风轮机叶片组件100的实施例。

本书面描述使用了实例来公开本发明，包括最佳模式，且还使本领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制作和使用任何装置或系统，以及执行任何并入的方法。本发明的专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它实例。如果此类其它实施例包括并非不同于权利要求的书面语言的结构元件，或如果它们包括与权利要求的书面语言无实质差别的等同结构元件，则此类其它实例意图在权利要求的范围内。