用于风力涡轮机叶片的涡流发生器单元的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的涡流发生器单元，其中所述风力涡轮机叶片至少包括根端、末梢尖端、压力侧和吸力侧，所述压力侧和所述吸力侧与前缘和后缘构成空气动力学外形，下文称之为翼型，所述风力涡轮机叶片包括至少一系列涡流发生器单元，其包括翅片，该翅片大致垂直于所述翼型表面并且以大致从风力涡轮机叶片的前缘朝向后缘的方向伸出，其中所述翅片的高度为从具有一定宽度和厚度的底部垂直测量至自由端所得，这些涡流发生器单元各自包括连接至所述底部外侧的翅片，所述翅片从前缘侧向后缘侧逐渐变细，从而呈三角形，各个所述涡流发生器单元还包括位于所述底部内侧上并分布于底面上的粘合剂层。
[0002]本发明还涉及在风力涡轮机叶片上安装一系列涡流发生器单元的方法，乃至进一步涉及安装包括这种涡流发生器单元的风力涡轮机叶片的方法。
【背景技术】
[0003]更具成本效益的风力涡轮机的发展意味着风力涡轮机的尺寸和高度的作用越来越大。风力涡轮机叶片的尺寸近年来一直在增大，现今仍然如此。设计出高效的叶片变得越来越难，这是因为叶片变得更长更宽，同时也因为叶片必须就风速跨度以及其他将会对特定空气动力学外形的性能有所影响的因素而进行优化。因此，仍有必要根据特定的需求提升风力涡轮机叶片的空气动力学性能。这种需求通常通过理论或基于具体测量值计算得出，而且测量值可单独用作进行改进的输入数据。
[0004]风力涡轮机叶片通常包括翼型外壳，该翼型外壳通过使用内部强化结构来支撑。风力涡轮机叶片的翼型和内部结构通常设计得尽可能高效，但是在特定目标市场(风力范围和环境要求)内仍然着眼于尽可能低的能耗(C0E)。
[0005]因此，风力涡轮机叶片的翼型设计需要在产能、结构质量与成本、感生载荷、噪音与运输因素之间进行权衡。结果，叶片的效率通常也是一种权衡，因为其制造成本高昂，而且设计并制造每个特定条件下的叶片模具也耗时长久。因此，为了尽可能达到最优化，需要设计叶片、准备模具和制造叶片。
[0006]为获得更优化的方案，已知可将不同的设备，例如涡流发生器、古奈扰流板、带式后缘扩展器，附接至风力涡轮机叶片，使得上述权衡的不确定性更小，并由此使得特定的叶片设计在特定条件下表现得更好。
[0007]涡流发生器和古奈扰流板用于优化空气动力学性能，而带式后缘扩展器将会降低叶片产生的噪音。这种带非常柔韧，以至于其不能重新定向掠过叶片的气流的方向，因此其对叶片外形的升力系数没有影响。
[0008]美国专利申请US 2012/0257977 A1公开了一种包括两片翅片的涡流发生器，其中该涡流发生器的底部包括用于安装粘合垫的凹陷。这明显解决了现有技术方案中必须沿底部周长密封的问题，为了使得粘合垫与风力涡轮机叶片表面相接触，凹陷的深度小于粘合垫的厚度。这明显沿底部周长留下一道窄缝。
[0009]国际专利WO 2007/140771 A1公开了一种具有一个或多个涡流发生器的带，其中该带的底部宽度与凸起翅片的前缘和后缘相同。这种底部的宽前缘分开了绕涡流发生器边界层的气流，由此减弱了涡流发生器的效果。
[0010]发明目的
[0011]本发明的目的在于提供一种风力涡轮机叶片，其包括若干涡流发生器单元。本发明的另一目的在于提供一种设置并安装这种涡流发生器单元的方法。本发明的目的还在于提供一种用于风力涡轮机叶片的涡流发生器单元。本发明的再一目的在于提供一种涡流发生器，其相对于一个或多个涡流发生器单元的位置具有很大的自由度，并且其中一个或多个涡流发生器单元对其他涡流发生器单元的影响可单独调整。换言之，本发明的目的在于提供一种方案，其将会提高特定的风力涡轮机叶片的空气动力学性能，其中该特定的风力涡轮机叶片的产能具有可提升的空间。
【发明内容】
[0012]如上所述，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的涡流发生器单元，其中所述风力涡轮机叶片至少包括根端、末梢尖端、压力侧和吸力侧，所述压力侧和所述吸力侧与前缘和后缘构成空气动力学外形，下文称之为翼型，所述风力涡轮机叶片包括至少一系列涡流发生器单元，所述涡流发生器单元包括翅片，该翅片大致垂直于所述翼型表面并且以大致从风力涡轮机叶片的前缘朝向后缘的方向伸出，其中所述翅片的高度为从具有一定宽度和厚度的底部垂直测量至自由端所得，这些涡流发生器单元各自包括连接至所述底部外侧的翅片，所述翅片从前缘侧向后缘侧逐渐变细，从而呈三角形，各个所述涡流发生器单元还包括位于所述底部内侧上并分布于底面上的粘合剂层。
[0013]这种风力涡轮机涡流发生器单元的创新点在于，所述粘合剂层延伸至所述涡流发生器单元的底部外缘，其中该涡流发生器单元仅包括一片翅片，并且在底面上的所述涡流发生器单元底部具有翼型边缘，其包括圆滑的前缘，以及后缘。
[0014]将粘合剂分布于最外端的边缘，使得可不必如现有技术方案一般，沿底部周长进行额外的密封，进一步地，底部与风力涡轮机叶片表面之间不存在间隙(甚至没有窄缝)。无论间隙有多么小，明显地，随着时间推移，污物和杂物，例如沙和昆虫，将会塞满间隙，然后会造成祸流发生器松动并最终松脱也称之为剥尚效应。
[0015]如果风力涡轮机在温度低至零下的地区运行，任何湿的污物和杂物结冰时会膨胀，由此涡流发生器单元将会被从风力涡轮机表面抬升，这会是一个问题。而且位于温暖地带的风力涡轮机也会面临上述问题。风力涡轮机叶片所处的环境非常严酷，例如，所采用的涡流发生器是否有变松的趋势是至关重要的，但是随时间推移，上述条件会造成涡流发生器变松，并由于“剥离效应”而松脱。这些缺点可通过在涡流发生器单元底部的最外缘设置粘合剂来避免，这样任何物体都不能楔入该底部与该表面之间的间隙内。当然，粘合剂可由抗紫外线材料制成，另外，粘合剂可仅具有最小厚度，以便提供优良且强力的粘合，由于粘合剂和/或涡流发生器单元底部的弹性，这种粘合还可适用于风力涡轮机叶片的弯曲表面。
[0016]只包括一片翅片的涡流发生器单元具有100%独立的优势，因为所述一片翅片能够相对于其他涡流发生器单元设置于任意位置，也可以与其他涡流发生器不相关地设置。已知的涡流发生器单元通常包括面板，其中一块面板包括若干涡流发生器翅片，并通常是两片翅片成对设置，一块面板包括4对或多对翅片，甚至设置高达10对翅片也是正常的。由于面板成单行设置，通常位于风力涡轮机叶片表面的预制切口 /凹陷内，那么使用这种面板就不能以更独立和更适合的方式设置在涡流发生器单元上。由此，涡流发生器的位置可由切口或凹陷、或至少由面板处成对的涡流发生器来确定，而不会依据单个测量值或单独需求来确定。包括例如10对翅片的面板很有可能仅有一对翅片位于最佳位置，然而面板上其余的翅片对仅位于“接近”最佳的位置。使用本发明，所有涡流发生器单元可设置在特选的位置，以便于风力涡轮机叶片产生更多能量。
[0017]底部的翼型外缘，包括圆滑的前缘，以及后缘，对涡流发生器的空气动力学性能有极大的影响，因为底部的形状将会由于其本身形状，提升沿翼型表面边界层经过的气流。底部的翼型外缘可根据已知的翼型系列，例如国家航空咨询委员会(NACA)、太阳能研究所(SERI)、或其他适用的翼型系列来设计。
[0018]凭借翼型底部，边界层的气流得到优化，并且凭借分布于最外端的边缘的粘合剂，装置变得“持久”，并且无需密封底部边缘，并且不会存在如美国专利申请US2012/0257977A1所示的底部下的窄缝。
[0019]在本发明的风力涡轮机叶片涡流发生器单元的实施例中，前缘处的底部具有底面宽度(W前缘)，后缘处的底部具有底面宽度(W后缘)，其中W前缘小于W后缘。这样，底部在前缘处比在后缘处更窄。底部的前缘处面向风力涡轮机叶片的前缘区域，并且底部