本发明涉及用于风力涡轮机叶片的锯齿状后缘板、以及设置有这样的锯齿状后缘板的风力涡轮机叶片。
背景技术：
由于风能清洁并且能环境友好地产生能量，所以其越来越受欢迎。现代风力涡轮机的转子叶片通过使用被形成为使效率最大化的复杂叶片设计来捕获运动风能。然而，已经出现了与风力发电站的操作相关联的形成的噪声的抱怨。因此，越来越需要噪声减小装置和相关联的叶片设计。
对于风力涡轮机叶片设计的其中一个持续考虑因素是当这样的叶片旋转时所产生的操作噪声，特别是对于岸上风力涡轮机设施。这样的噪声的一部分是由在叶片后缘处离开风力涡轮机叶片的轮廓的气流产生的，并且通常被称为后缘噪声。
由于现代风力涡轮机叶片以越来越长的叶片长度进行制造，因此叶片的较长跨度导致由叶片经历的相对风速更高。因此，这可能会导致相对较大等级的后缘噪声。
为此，现代风力涡轮机叶片有时沿着叶片后缘设置有锯齿，以试图减小叶片后缘噪声和/或提高风力涡轮机叶片效率，如可以在ep1314885中看到的。通常通过在风力涡轮机叶片的后缘处附接锯齿状板来提供锯齿。虽然这样的锯齿的噪声减轻性能是有利的，但保留有多个缺点。通常，找出恰当的锯齿几何结构要在噪声减轻性能与结构要求之间进行折衷。这可能会导致需要厚的后缘区域，特别是在接近锯齿基部处。本发明已经发现该增加的厚度会成为附加噪声的潜在源头。
进一步地，板可能相当刚性（stiff），这可能会导致进入到叶片的层状结构中的剥离力和应力集中增加，特别是在板的纵向端处。
存在多种用于将板附接至叶片的后缘的方法。us2011/0142635a1描述了设置有切出安装部分的叶片扩展板，该切出安装部分用于将扩展板安装至叶片，使得叶片扩展与叶片的表面大体上齐平。切出部分限定凹口，该凹口被构造成相对于转子叶片来定位叶片扩展。然而，这样的实施例需要必须针对风力涡轮机叶片的特定部分来特定地设计切出部分。
因此，仍存在优化这样的锯齿或者后缘锯齿板的设计的需要，以便使噪声减轻最大化。
因此，本发明的目的是提供风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有改进的后缘构造以及用于布置在风力涡轮机叶片的后缘处的后缘锯齿板。
本发明的另一目的是提供具有锯齿以及后缘锯齿板的风力涡轮机叶片设计，该设计在操作期间提供改进的噪声减小。
技术实现要素：
根据本发明，提供了用于风力涡轮机叶片的锯齿状板，其中，所述板被构造成要被附接至叶片的后缘以在所述叶片的后缘处形成多个锯齿，其中，所述锯齿状板包括：
-基部部分，所述基部部分用于将所述板附接至所述叶片的后缘，所述基部部分具有：
-第一纵向端，所述第一纵向端用于布置成最接近所述风力涡轮机叶片的尖端；
-第二纵向端，所述第二纵向端用于布置成最接近所述风力涡轮机叶片的根端；
-第一侧，所述第一侧用于布置成最接近所述叶片的前缘；
-第二侧，所述第二侧用于布置成最远离所述叶片的前缘；
-附接表面，所述附接表面用于附接至所述风力涡轮机叶片的外表面；以及
-外表面，当所述锯齿状板被附接至所述风力涡轮机叶片时，所述外表面背对所述风力涡轮机叶片的外表面；以及
-多个锯齿，所述多个锯齿从所述基部部分的第二侧延伸，其中，所述锯齿包括靠近所述基部部分的第二侧的基部、以及远离所述基部部分的第二侧的顶点，其中，假想线从所述基部的中点延伸至所述顶点。
根据第一方面，所述基部部分的外表面包括在第一纵向端与第二纵向端之间的方向上的波纹表面，以使得所述外表面包括波峰和波谷，所述波峰与锯齿的基部的中点大体上对齐，所述波谷在锯齿之间大体上对齐。
该设计使得可能减小板的厚度和减小纵向刚度，这继而导致进入到叶片层状结构中的剥离力和应力集中减小，特别是在板的纵向端处。板的薄的部分（即，波谷）在经受例如来自叶片偏转的叶片应变时会使得较少的力被传递至板。板的厚的部分（即，波峰）为锯齿提供较高刚度以便确保锯齿承受气动负载和防止颤动。除此之外，已经出乎意料地发现，与在纵向方向上具有均匀厚度的锯齿状板相比，波纹设计提供更加有效的噪声减轻。
根据第二方面，锯齿包括形状并且相互间隔开以使得在邻近的锯齿之间形成狭缝，其中，狭缝中的每个包括在第一邻近锯齿处的第一侧壁和在第二邻近锯齿处的第二侧壁、以及在第一侧壁与第二侧壁之间延伸的连接表面，其中，连接表面是大体上平的或者平坦的，并且包括在第一侧壁处的第一圆形表面和在第二侧壁处的第二圆形表面。
换言之，狭缝在接近锯齿状板的基部部分处不具有完全圆形或者半圆形的端截面，而是包括在侧壁处具有圆形部分的平坦表面。平坦部分可以具有曲率半径（并且因此形成循环路径的部分）。然而，平坦部分的曲率半径大于第一圆形表面和第二圆形表面的曲率半径。已经出乎意料地发现，当风力涡轮机叶片由于压力波动而弯曲时，与常规锯齿状板相比，这样的设计能进一步减小锯齿之间的应力，并且因此降低对锯齿状板造成损坏的风险。
清楚的是，连接表面被布置成靠近基部部分的第二侧，并且第一侧壁和第二侧壁在远离基部部分的第二侧的方向上延伸。
根据第三方面，锯齿状板包括从锯齿状板的附接侧突出的两个分立对齐突出部，两个分立对齐凹口被构造成毗邻风力涡轮机叶片的后缘并且由此使锯齿状板相对于叶片的后缘对齐。增加正确地定位锯齿状板的可靠性确保了由于未对齐而引起的噪声缺陷更少，这继而确保了更好的总体噪声减小性能。
由此，提供了锯齿状板，该锯齿状板可以容易地与后缘对齐并且将有利于更容易且更快速地安装板。使用恰好两个分立对齐突出部确保了无论叶片的后缘的形状和弯曲如何，板都会配合到后缘的所有部段中。
根据第四方面，本发明提供了风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片具有包括压力侧和吸力侧的成型轮廓、以及前缘和后缘，具有弦长度的弦在前缘与后缘之间延伸，所述风力涡轮机叶片在顺翼展方向上在根端与尖端之间延伸，所述风力涡轮机叶片包括根据前述方面中任一方面的并且沿着所述叶片的后缘的至少一部分设置的至少一个锯齿状板。所述至少一个锯齿状板可以是根据第一方面、第二方面、或者第三方面的板中的任一者或者是其组合。
在下文中将描述多个有利实施例。这些实施例可以被应用于本发明的第一方面、第二方面、第三方面、以及第四方面中的任一者或者其组合。
根据第一实施例，基部部分包括在第一纵向端与第二纵向端之间的方向上延伸的最大厚度线，所述最大厚度线限定锯齿状板在横向截面图中具有最大厚度的位置。最大厚度线可以被定位成与基部部分的第一侧具有间隔。
在一个有利实施例中，基部部分从最大厚度线朝向基部部分的第一侧渐缩。这提供了至叶片的表面的平滑过渡。
基部部分可以例如包括大体上三角形的表面，该大体上三角形的表面从在基部部分的第一侧处的波谷延伸并且延伸到在最大厚度线处的波峰。
在另一有利实施例中，锯齿以及可选地基部部分从最大厚度线朝向锯齿的顶点渐缩。这提供了朝向锯齿的顶点的逐渐过渡，这对于刚度过渡和噪声减轻两者均是有利的。
波峰有利地从锯齿的基部部分延伸并且沿着锯齿的假想线延伸。
在有利实施例中，波峰的厚度与波谷的厚度之间的比率为至少3:2，并且优选地为至少2:1。在另一有利实施例中，波峰的厚度与波谷的厚度之间的比率为至多5:1。
在又另一实施例中，第一侧壁和第二侧壁包括这样的部段：第一侧壁和第二侧壁在该部段处大体上平行。
在一个实施例中，连接表面具有曲率半径（rb），该曲率半径（rb）大于第一圆形表面和第二圆形表面的曲率半径（r1、r2）。rb有利地是r1和r2的至少5倍大，更加有利地是至少7倍大，并且甚至更加有利地是至少10倍大。如果连接表面是笔直的，则rb接近无穷大。
在一个实施例中，两个分立对齐突出部被布置在基部部分的附接表面上。由此，对齐突出部可以被布置成使锯齿状板的附接部分与叶片的后缘非常准确地对齐。
在另一实施例中，两个分立对齐突出部被布置成接近基部部分的第二侧。由此，确保了仅锯齿本身从叶片的后缘延伸。
在又另一实施例中，第一分立突出部被布置成接近基部部分的第一纵向端，并且第二分立突出部被布置成接近基部部分的第二纵向端。由此，确保了锯齿状板可以沿着且大体上平行于后缘的很大一部分延伸。
原则上，突出部还可以被布置在锯齿上，优选地接近锯齿的基部。
锯齿状板可以由诸如聚氨酯或聚碳酸酯的聚合物材料制成，或者由纤维增强聚合物材料制成。
在有利实施例中，锯齿状板包括从基部部分的第二侧延伸的至少两个锯齿，更加有利地包括至少三个、四个、或者五个锯齿。
在有利实施例中，锯齿状板包括从基部部分的第二侧延伸的至多20个锯齿，更加有利地包括至多15个、12个、或者10个锯齿。
本发明还提供用于风力涡轮机的转子的风力涡轮机叶片，所述转子具有大体上水平的转子轴，所述转子包括毂，所述风力涡轮机叶片在被安装至所述毂时大体上在径向方向上从所述毂延伸，所述风力涡轮机叶片在平行于纵向轴线的纵向方向上延伸并且具有尖端和根端，
所述风力涡轮机叶片包括：包括压力侧和吸力侧的成型轮廓、以及前缘和后缘，具有弦长度的弦在所述前缘与所述后缘之间延伸，所述成型轮廓在受到入射气流的冲击时产生抬升（lift），
其中，所述风力涡轮机叶片进一步包括根据前述实施例中任一项的沿着叶片的后缘的至少一部分设置的至少一个锯齿状板。
附图说明
现在将参照附图仅仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
图1示出了风力涡轮机；
图2示出了根据本发明的风力涡轮机叶片的示意图；
图3示出了图2的叶片的翼轮廓的示意图；
图4示出了从上方和侧面看的图2的风力涡轮机叶片的示意图；
图5示出了根据本发明的锯齿状板的多个视图。
将理解的是，对于本发明的不同实施例来说共同的元件已经在附图中设置有相同的附图标记。
具体实施方式
图1图示了根据所谓的“丹麦概念”的常规现代逆风风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6、以及具有大体上水平的转子轴的转子。转子包括毂8以及从毂8径向地延伸的三个叶片10，每个叶片10具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片尖端14，叶片在顺翼展方向上在根部16与尖端14之间延伸。转子具有表示为r的半径。
图2示出了风力涡轮机叶片10的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成型区域或翼区域34、以及在根部区域30与翼区域34之间的过渡区域32。叶片10包括：当叶片被安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前缘18、以及面向前缘18的相反方向的后缘20。沿着叶片的后缘20的一部分设置后缘锯齿的阵列。通常，风力涡轮机叶片10上的气流在大体上横向方向或弦向方向上从前缘18延伸至后缘20。虽然在图2中锯齿被描绘为沿着叶片的外侧部分布置，但认识到的是，锯齿可以被布置成例如更接近叶片10的根部，或者锯齿可以沿着例如叶片10的整个翼区域34被布置。
根据本发明，锯齿被设置为呈锯齿状板70、70’的形式，该锯齿状板在叶片10的后缘20处附接至叶片10的表面。锯齿状板70、70’可以包括具有不同尺寸的锯齿。例如，如在图2中示出的，接近叶片10的尖端的锯齿可以比更接近叶片10的根部的锯齿具有更小的尺寸。
翼区域34（也被称为成型区域）具有关于产生抬升的理想或者几乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构考虑因素而具有大体上圆形或者椭圆形截面，这例如使得将叶片10安装至毂更容易且更安全。根部区域30的直径（或者弦）通常沿着整个根部区域30是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓42，该过渡轮廓从根部区域30的圆形或者椭圆形形状40逐渐地改变至翼区域34的翼轮廓50。随着与毂相距的距离r增加，过渡区域32的弦长度通常大体上线性地增加。
翼区域34具有翼轮廓50，翼轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。随着与毂相距的距离r增加，弦的宽度减小。
应注意的是，叶片的不同截面的弦通常不位于共同的平面中，因为叶片可能扭曲和/或弯曲（即，预弯），因此为弦平面提供对应地扭曲和/或弯曲的路线，这是以便补偿叶片的取决于距毂的半径的局部速度的最常见情况。
图3示出了用多个参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼轮廓50的示意图，这些参数通常用于限定翼的几何形状。翼轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，其在使用期间（即，在转子的旋转期间）通常分别面向迎风（或者逆风）侧和背风（或者顺风）侧。翼50具有弦60，弦60具有在叶片的前缘56与后缘58之间延伸的弦长度c。翼50具有厚度t，该厚度t被限定为在压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼的厚度t沿着弦60发生变化。距对称轮廓的偏差由弧线62给出，弧线62是穿过翼轮廓50的中线。可以通过从前缘56至后缘58绘制内切圆来找出中线。中线跟随这些内切圆的中心，并且距弦60的偏差或者距离被称为弧度f。也可以通过使用被称为上弧度（或者吸力侧弧度）和下弧度（或者压力侧弧度）的参数来限定非对称性，上弧度和下弧度分别被限定为吸力侧54和压力侧52距弦60的距离。
翼轮廓通常由如下参数来表征：弦长度c；最大弧度f；最大弧度f的位置df；最大翼厚度t，其是沿着中弧线62的内切圆的最大直径；最大厚度t的位置dt；以及球头半径（未示出）。这些参数通常被限定为与弦长度c的比率。因此，局部相对叶片厚度t/c被给出为局部最大厚度t与局部弦长度c之间的比率。进一步地，最大压力侧弧度的位置dp可以被用作设计参数，并且最大吸力侧弧度的位置当然也可以被用作设计参数。
图4示出了叶片的一些其它几何参数。叶片具有总叶片长度l。如在图2中示出的，根端被定位在位置r=0处，并且尖端被定位在r=l处。叶片的肩部40被定位在位置r=lw处，并且具有肩部宽度w，肩部宽度w等于在肩部40处的弦长度。根部的直径被限定为d。进一步地，叶片设置有预弯，该预弯被限定为δy，其对应于从叶片的浆距轴线22的平面外偏转。
风力涡轮机叶片10通常包括由纤维增强聚合物制成的外壳，并且通常被制造为沿着结合线28被粘合在一起的压力侧或逆风外壳部分24和吸力侧或顺风外壳部分26，粘结线28沿着叶片10的后缘20和前缘18延伸。风力涡轮机叶片通常由纤维增强塑料材料（例如，玻璃纤维和/或碳纤维）形成，这些材料被布置在模具中并且用树脂来固化以形成固体结构。现代风力涡轮机叶片在长度上通常可以超过30或40米，具有数米的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常被设计为具有相对长的寿命并且承受相当大的结构负载和动态负载。
图5示出了根据本发明的锯齿状板70的多个视图，其中，图5a示出了底视图，图5b示出了侧视图，图5c示出了顶视图，图5d示出了端视图，并且图5e示出了锯齿状板70的细节。
锯齿状板70（也被称为锯齿状后缘板）被构造成附接至叶片10的后缘20以在叶片的后缘处形成多个锯齿71且多个锯齿71从叶片的后缘凸出。锯齿状板70包括基部部分以用于将板附接至叶片的后缘。基部部分72具有：第一纵向端73，该第一纵向端73用于布置成最接近风力涡轮机叶片的尖端；第二纵向端74，该第二纵向端74用于布置成最接近风力涡轮机叶片的根端；第一侧75，该第一侧75用于布置成最接近叶片的前缘；第二侧76，该第二侧76用于布置成最远离叶片的前缘；附接表面77，该附接表面77用于附接至风力涡轮机叶片10的外表面；以及外表面78，当锯齿状板70被附接至风力涡轮机叶片10时，该外表面78背对风力涡轮机叶片10的外表面。
锯齿状板70进一步包括多个锯齿71，该多个锯齿71从基部部分72的第二侧76延伸。锯齿71各自包括靠近基部部分的第二侧76的基部79、以及远离基部部分72的第二侧76的顶点80，其中，假想线81从基部79的中点延伸至顶点80。
根据第一方面，基部部分的外表面78可以包括在第一纵向端73与第二纵向端74之间的方向上的波纹表面，以使得外表面包括波峰82和波谷83，波峰82与锯齿71的基部80的中点大体上对齐，波谷83在锯齿71之间大体上对齐。
该波纹设计使得可能减小板71的厚度和减小纵向刚度，这继而导致进入叶片层状结构中（特别是在板70的纵向端73、74处）的剥离力和应力集中减小。板70的薄的部分（即，波谷83）在经受例如来自叶片偏转的叶片应变时会使得较少的力被传递至板。板70的厚的部分（即，波峰82）为锯齿71提供较高刚度以便确保锯齿71承受气动负载和防止颤动。除此之外，已经出乎意料地发现，与在纵向方向上具有均匀厚度的锯齿状板相比，波纹设计提供更加有效的噪声减轻。
波纹表面例如可以是三角形或者锯齿形，例如，具有圆形波谷和波峰。波纹表面还可以大体上是正弦曲线。
锯齿状板70的基部部分72可以进一步包括在第一纵向端75与第二纵向端76之间延伸的最大厚度线84，其中，最大厚度线84限定锯齿状板在横向截面图中具有最大厚度的位置。最大厚度线可以被定位成与基部部分72的第一侧75具有间隔，并且基部部分72可以进一步从最大厚度线84朝向基部部分72的第一侧75渐缩，例如，如在图5d中的侧视图中示出的。由此，可以实现至风力涡轮机叶片的表面的平滑过渡。
如在图5c中示出的，基部部分72可以包括大体上三角形的表面部分，该大体上三角形的表面部分从基部部分72的第一侧75处的波谷82延伸并且延伸到在最大厚度线84处的波峰83。
如在图5d中的侧视图中示出的，锯齿71（以及可选地基部部分72）可以从最大厚度线84朝向锯齿71的顶点80渐缩。
如在图5c中示出的，波峰可以从锯齿71的基部部分76延伸并沿着锯齿71的假想线82延伸。
如在图5b中示出的，波峰的厚度被限定为tc，并且波谷的厚度被限定为tv。tc与tv之间（例如，在最大厚度线84处）的比率可以为至少3:2，并且有利地为至少2:1。锯齿71可以有利地进一步具有圆形边缘95。
根据第二方面，锯齿71可以包括形状并且相互间隔开，以使得在邻近的锯齿71之间形成狭缝85。图5e示出了这样的狭缝85的细节。狭缝85中的每个包括在第一邻近锯齿处的第一侧壁86和在第二邻近锯齿处的第二侧壁87，并进一步包括在第一侧壁86与第二侧壁87之间延伸的连接表面88。连接表面88是大体上平的或者平坦的，并且包括在第一侧壁86处的第一圆形表面89和在第二侧壁87处的第二圆形表面90。换言之，狭缝在接近锯齿状板的基部部分处不具有完全圆形或者半圆形的端截面，而是包括在侧壁处具有圆形部分的平坦表面。平坦部分可以具有曲率半径（并且因此形成圆形路径的部分）。然而，平坦部分的曲率半径大于第一圆形表面和第二圆形表面的曲率半径。已经出乎意料地发现，当风力涡轮机叶片由于压力波动而弯曲时，与常规锯齿状板相比，这样的设计进一步减小锯齿之间的应力，并且因此降低对锯齿状板造成损坏的风险。
在一个实施例中，连接表面88具有曲率半径（rb），该曲率半径大于第一圆形表面和第二圆形表面的曲率半径r1、r2。rb有利地是r1和r2的至少10倍大。
根据第三方面，锯齿状板70可以设置有从锯齿状板70的附接侧72突出的两个分立对齐突出部91、92。两个分立对齐凹口可以被构造成毗邻风力涡轮机叶片10的后缘20并且由此使锯齿状板70相对于叶片10的后缘20对齐。两个分立对齐突出部91、92可以布置成接近基部部分70的第二侧76。分立对齐突出部有利地被布置成分别接近基部部分72的第一纵向端73和基部部分72的第二纵向端74。
锯齿状板70的锯齿71可以相对于锯齿状板的基部部分72成角度，以使得基部部分72和锯齿71形成角度α。角度α可以为零度，在该情况下，锯齿状板70是笔直的。对于成角度的锯齿状板，角度α可以在2度与15度之间，通常为大约5度或者10度。
本发明不限制于本文所描述的实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下被修改或者改变。