用于风力涡轮机的转子叶片的升力影响装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种改变转子叶片的空气动力学特性的方式。具体而言，本发明涉及一种风力涡轮机的转子叶片，其中，所述转子叶片包括升力修改装置，并且涉及一种修改风力涡轮机的转子叶片的升力的方法。
【背景技术】
[0002]风力涡轮机的转子叶片通常包括:根部段，其被布置和准备用于附接到风力涡轮机的轮毂；以及翼型部段，其被布置和准备用于产生升力。关于所述翼型部段，压力侧、吸力侧、前缘和后缘能够被认为属于它。
[0003]在转子叶片的每个翼展位置处，能够确定弦线，所述弦线是连接后缘和前缘的直线。弦线和在前缘处冲击转子叶片的气流的方向之间的角度被称为攻角。如果实际的攻角等于预定的设计攻角，则能够从冲击转子叶片的气流提取最佳的功率。转子叶片被设计成使得对转子叶片的正常操作条件而言，翼型的形状和结构特性是最佳的。
[0004]然而，各种情况能够导致实际的攻角相对于设计攻角的偏差。这些偏差的原因是例如:气流中的湍流变化，因此风速突然增大或减小；风速突然改变方向的阵风；由于叶片的扭转而引起的攻角的改变；由于风切变和风顺转而引起的攻角的改变；具有偏航误差的风力涡轮机的操作。当转子叶片操作的攻角偏离最佳的攻角，即设计攻角时，转子叶片所产生的升力可偏离其最佳值。
[0005]此偏差一般而言能够对风力涡轮机具有两个作用:
第一，由于可通过风力涡轮机引起气流的高阻塞的高负载，或由于低负载并且因此导致低扭矩，有可能发生非最佳的功率提取。
[0006]第二，例如，由于风速和攻角的同时极端增加，有可能发生与部件设计针对的负载相比的部件的更高负载。
[0007]两个作用在原则上都是不希望的作用，这是因为它们降低了风力涡轮机的能量输出，减少了风力涡轮机的寿命，和/或引起风力涡轮机的主要部件的设计过于保守。
[0008]因此，需要优化转子叶片所产生的升力。
[0009]对于增加或减少转子叶片的升力，几种解决方案是已知的。
[0010]第一选择是提供格尼襟翼(Gurney flap)，其通常是附接在转子叶片的压力侧处的后缘处的附件。欧洲专利申请EP 2 004 989 A1中给出了这样的修改的示例，其也可以结合在翼型的设计中，使得不需要附接分离件。
[0011]用于影响转子叶片的升力的第二选择是提供连接到转子叶片的后缘部段或结合到所述后缘部段中的襟翼。丹麦实用新型DK 95 00009 U3中给出了这样的襟翼的示例。在此文档中，提出在后缘之后或后缘的上游的后缘部段处的压力侧处添加刚性或柔性的襟翼。
[0012]影响转子叶片的升力的再一种选择是提供安装到转子叶片的前缘部段的缝翼或其他附件。这种思想的概念和一些具体实施例例如公开在欧洲专利申请EP 2 078 852 A2中。
[0013]这些空气动力学附件可以是外部促动的。换言之，存在能够通过其来外部促动这些空气动力学装置的机构。促动可以通过机械机构、压电机构或液压机构来实施。例如，修改转子叶片的后缘部段的压电促动的升力的示例在欧洲专利申请EP 2 233 735 A2中公开。
[0014]然而，用于影响转子叶片的升力、特别是用于优化转子叶片的升力以使风力涡轮机能够产生的能量输出最大化的常规的方法和装置具有几个缺点。
[0015]—方面，可能需要外部促动器机构，这些外部促动器机构可能是实施非常昂贵，并且服务非常高价的。
[0016]此外，可能难以局部地影响转子叶片的升力。关于这点，重要的是理解可能发生如下情况，即:在转子叶片的第一部段处，实际的攻角很好地接近了设计攻角，而在转子叶片的不同的第二部段处，设计角度和实际的攻角不同。换言之，如果需要，能够局部地影响升力可能是有益的。现有的升力影响装置的另一个缺点在于通常它们能够或者增加升力或者减少升力。
[0017]因此，需要提供替代装置以影响转子叶片、特别是转子叶片的翼型部段的升力特性。优选地，这些替代装置克服所提到的现有的升力影响装置的缺点中的至少一些。
【发明内容】
[0018]此目标通过独立权利要求实现。有利的实施例通过从属权利要求描述。
[0019]根据本发明，提供了一种具有升力修改装置的风力涡轮机的转子叶片。所述转子叶片包括具有前缘的前缘部段和具有后缘的后缘部段。所述升力修改装置是后缘部段的一部分。所述升力修改装置被构造成使得在处于后缘部段的预定负载的情况下，空气通道打开从压力侧到吸力侧的流动路径，并且在后缘部段中反之亦然。因此，从前缘部段流动到后缘部段的气流至少部分地通过开放的空气通道偏转。这导致转子叶片的升力的修改。
[0020]所述转子叶片包括翼型部段。由于翼型部段的空气动力学设计，即空气动力学形状，转子叶片能够产生升力。所述升力转化成基本上垂直于转子叶片的弦平面的力，并且所述力远离吸力侧(即与压力侧相对)引导。所述升力修改装置被结合(或集成)到后缘部段中。
[0021]所述后缘部段围绕后缘。后缘部段具有小于弦长的20%的弦向延伸部。换言之，从前缘测量，后缘部段至多从弦长的80%延伸直到弦长的100%。长度称为弦长的弦线被限定为将前缘与后缘连接的直线，并且所述弦线基本上垂直于转子叶片的跨距(span)。
[0022]注意，在后缘部段包括与剩余的后缘部段分离的延伸部分的情况下，后缘需要被理解为是延伸部分的最远地下游的部段。这甚至适用于延伸部分和剩余的后缘部段被间隙分开的情况。此外，则后缘不需要被理解为剩余的后缘部段的最远地下游的部段，而是理解为延伸部分的最远地下游的部段。
[0023]在处于后缘部段的无负载或处于小于预定负载的负载的情况下，升力修改装置处于关闭状态。这意味着基本上没有气流经由升力修改装置从压力侧流动到吸力侧或相反。因此，从前缘流动到后缘部段的气流以两个单独的气流沿升力修改装置流动，一个处于压力侧处，并且一个处于吸力侧处。如果达到或超过预定负载，则升力修改装置打开空气通道，使得气流至少部分地通过开放的空气通道偏转。因此，升力修改装置突出到气流中，并且实现从压力侧到吸力侧或相反的至少小的流量。
[0024]预定负载需要被理解为作用在后缘部段上的特定的负载或压力或力。例如，预定负载可以被理解为特定阈值。如果达到或超过所述阈值，则开放的空气通道打开。
[0025]注意，空气通道的打开可以主动地或被动地发生。
[0026]主动机构被称为外部机构，例如机械机构、液压机构或压电机构等，其需要被促动以便在处于预定负载的情况下执行升力修改装置的构造改变。
[0027]被动机构被称为一种概念，其中，材料的选择和升力修改装置的设计允许其构造取决于升力修改装置上的负载而可逆地改变。
[0028]升力修改装置如何可被具体地构造的示例将在下文中更详细地描述。一般而言，材料的选择和升力修改装置如何连接到转子叶片的剩余部分的方式是确保空气通道在处于预定负载的情况下而不是在处于小于或大于预定负载的负载的情况下打开的重要方面。
[0029]作为示例，升力修改装置可以由具有给定范围的弹性模量的弹性材料(例如，橡胶)制成。合适的材料的其他示例是薄的塑料层或薄的韧性金属层。一般而言，具有足够高的延展性的金属材料和提供电气隔离的涂层可以很好地适于升力修改装置。
[0030]整个转子叶片的负载为升力修改装置的激活发挥作用。然而，特别是后缘部段的负载对于在后缘部段处打开或关闭空气通道的事实是关键的和决定性的。
[0031 ] 后缘部段也可以被表示为转子叶片的尾部。
[0032]通过仔细和合适地设计升力修改装置，能够