具有波浪形后缘的风力涡轮机叶片的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及一种风力涡轮机，其包括:
[0002]-风力涡轮机塔架，其具有顶端；
[0003]-机舱，联接至该风力涡轮机塔架的顶端；
[0004]-转子轮毂，可转动地安装至该机舱；
[0005]-至少一片风力涡轮机叶片，联接至该转子轮毂，其中该风力涡轮机叶片具有空气动力学外形，该空气动力学外形包括确定压力侧的第一表面和确定吸力侧的第二表面，两个表面通过前缘和后缘彼此连接，其中
[0006]-沿该风力涡轮机叶片后缘的至少一部分设置两个或多个第一元件，并在两个相邻的第一元件之间设置至少一个第二元件，其中该第一元件和第二元件形成沿该后缘延伸的连续侧面，其中各个元件沿翼弦方向伸向该前缘，各个第一元件以及各个相邻的第二元件确定该连续侧面的一段。
【背景技术】
[0007]众所周知，强化风力涡轮机叶片以承受载荷和应力。这可通过使用相对刚性的、覆盖有层压制件的元件，例如梁或管，或者通过将翼梁帽整合至层压制件的顶部和底部来完成，其中后者可通过将抗剪腹板置于翼梁帽之间来进一步强化。在局部变桨距风力涡轮机叶片或可变桨距风力涡轮机叶片中，最内侧的叶片段或叶片部分通常称为叶片延长器或轮毂延长器。在尝试提高升力并降低此叶片段的阻力时，通常在模具中沿其后缘整合了空气动力学外形。该空气动力学外形形成承载结构，其中由于来风作用在叶片上，特别是现代的大型风力涡轮机叶片，由此产生了大量的动载荷和应力。这会导致层压制件由于侧面的沿边弯曲而弯曲或破裂，特别是在最大弦长的区域。
[0008]爱纳康公司提出了对此问题的方案，其中将若干单独的附加元件安装至风力涡轮机叶片的后缘，彼此间隔为2米。若干狭缝切入后缘处的叶片侧面，并且将三角形凸起物覆至每道狭缝。这种设置在相邻凸起物之间形成了相对刚性的叶片侧面，使得应变力集中在各个凸起物上。这意味着凸起物承受较大的应变力，这增大了凸起物或各个凸起物附近的过渡区域失效，例如破裂或折断的风险。
[0009]国际专利申请WO2010/141720 A2公开了一种风力涡轮机叶片，其具有多个朝向压力侧的大型凸起物，其中这些凸起物的高度可随风力涡轮机叶片的长度而变化。这些凸起物形成大型的刚性侧面，该侧面被设计用于减小风力涡轮机后的气流所产生的尾流效应。这些凸起物并不是设计用于减小随叶片弯曲而在空气动力学外形上产生的应变力。产生于风力涡轮机叶片的应变力集中在各个凸起物上，意味着凸起物的层压制件很可能破裂或折断，尤其是在各个凸起物附近的过渡区域处。
[0010]国际专利申请WO2011/029882 A2公开了一种具有后缘襟翼的风力涡轮机叶片，该后缘襟翼通过两块可变形嵌板附接至叶片侧面。使用粘合剂，将这两块嵌板附接至叶片侧面的外壳部分、以及置于风力涡轮机叶片内的C型梁。这两块嵌板还粘附在后缘襟翼上。保护膜置于每块嵌板上，并粘附至各个外壳部分以及后缘襟翼。这种设置提供了相对复杂的方案，这需要额外的制造步骤和用于将襟翼附接至截端侧面并进行控制的控制元件。这增加了制造时间和生产成本。而且，嵌板具有波纹状外形，其中波浪沿边缘方向延伸，以允许襟翼转动。这样增加了叶片沿边缘方向的刚度，并且随着叶片沿边缘方向弯曲，增大了层压制件由于应变力而屈曲或断裂的风险。
[0011]欧洲专利EP1338793 Al公开了一种在后缘具有锯齿状侧面的风力涡轮机叶片。该锯齿形成了相对于后缘的平面内侧面，以减小后缘处产生的噪音和湍流。这种降噪侧面不减小风力涡轮机叶片产生的应变力，因此随着叶片沿边缘方向弯曲，仍然存在层压制件屈曲或断裂的风险。
[0012]国际专利申请WO2010/043645 A2公开了一种具有多个主动控制襟翼的风力涡轮机叶片，这些襟翼按一定间隔设置在后缘上，其中在相邻襟翼之间可设置弹性材料。如上所述，这种襟翼增加了叶片的复杂度和成本。
[0013]发明目的
[0014]本发明的目的在于，提供一种风力涡轮机叶片，其改进了上述现有技术中的缺点。
[0015]本发明的目的在于，提供一种风力涡轮机叶片，其减小后缘产生的应变力。
[0016]本发明的目的在于，提供一种风力涡轮机叶片，其节省材料并降低生产成本。
【发明内容】
[0017]本发明的目的由一种风力涡轮机叶片来实现，其中:
[0018]-至少第一元件成型为凸起物，该凸起物从两个表面之一向外伸出，并设置为沿边缘方向变形，其中该第一元件和该第二元件确定各段的长度和高度。
[0019]这提供了一种风力涡轮机叶片，其中通过凸起的第一元件的变形，空气动力学外形所承受的应变力增幅减小。随着风力涡轮机叶片至少沿边缘方向弯曲，该凸起的元件设置为从其初始形状开始变形，并且随着风力涡轮机叶片恢复其初始外形，该凸起的元件也恢复其初始形状。该凸起的元件设置为起到波纹的作用，通过这些元件的变形，使得空气动力学外形所产生的应变力被吸收，或至少减小。这些凸起的元件在后缘上形成连续的平面外侧面，随着风力涡轮机叶片沿边缘方向弯曲，该平面外侧面至少沿平面内方向变形。这减小了随着风力涡轮机叶片由于来风而弯曲，层压制件因而屈曲或断裂的风险。
[0020]这种设置特别适用于具有连续叶片段的可变桨距风力涡轮机叶片，和/或具有通过变桨距连接件联接至外叶片段的内叶片段的局部变桨距风力涡轮机叶片。该风力涡轮机叶片长度可达40米或更长。
[0021]连续侧面由例如为凸起元件的多个第一元件和多个第二元件来确定，这些元件以连续顺序设置。第一元件和第二元件可沿叶片长度确定若干段，例如若干波浪。各段的高度可确定为第一元件的顶点或平面至第二元件的顶点或平面的距离。各段的长度可由第一元件的长度和第二元件的长度来确定。这使得空气动力学外形产生的应变力连续减小，并且偏向的风力涡轮机叶片所承受的平均应变力减小。这进一步减小第一元件和第二元件的厚度，从而节省了材料。
[0022]根据一特定实施例，第二元件进一步成型为凸起物，该凸起物从两个表面之一向外伸出，并设置为沿边缘方向变形，其中两个元件的其中之一伸向压力侧，而另一个元件伸向吸力侧。
[0023]第一元件可设置为形成向外伸向压力侧的凸起物，第二元件可设置为形成向外伸向吸力侧的凸起物。第一元件和第二元件可设置为形成具有预定幅度即高度、以及预定频率即长度的波纹状后缘。该波纹状边缘可以是正弦状边缘、齿形或锯齿状边缘、梯形边缘或阶梯状边缘。第二元件可以是反向的，使得其从与第一元件相同的一侧向外伸出，反之亦然。这使得凸起元件仅伸向一侧。这样提供了更具弹性的后缘，使得整个后缘上的应变力减小。这还减小了侧面上各个元件的相对变形，以及应变力。
[0024]这两种元件可以为对称状、非对称状、或其组合。一个或多个第二元件的形状可不同于一个或多个第一元件。第二元件的幅度和/或频率可不同于，例如大于第一元件的幅度和/或频率。第二元件的形状可以不同，例如比起第一元件的形状，其形成平面元件。这使得连续侧面的结构以及由此第一元件以及第二元件的结构最优化。
[0025]根据一实施例，至少第一元件或第二元件的高度从后缘向前缘逐渐缩小，并且/或者沿边缘方向从第一位置向第二位置逐渐缩小。
[0026]第一元件和/或第二元件的高度可沿一个或两个方向逐渐缩小。该高度可从后缘向前缘逐渐缩小。这使得这些元件的尺寸和形状至少沿翼弦方向最优化，这是因为，由于风力涡轮机叶片沿边缘方向弯曲，应变力从最大厚度点向后缘增大。该高度可进一步地从第一位置，例如叶根，向第二位置，例如尖端，逐渐缩小。两个或多个第一元件和/或第二元件在后缘的高度可相同，而其他第一元件和/或第二元件的高度可向第二位置逐渐缩小。该高度可从中间位置同时向第一位置和第二位置逐渐缩小。这使得这些元件的尺寸和形状沿边缘方向进一步优化。
[0027]在一实施例中，一个或多个第一元件和/或第二元件可相对于翼弦方向成角度地设置，或者这些元件的频率，即长度可从后缘向前缘逐渐缩小。这也使得第一元件和第二元件的结构相对于风力涡轮机叶片的空气动力学外形和尺寸最优化。
[0028]根据一实施例，该段的高度和长度的比率至少为1:1。
[0029]连续侧面的结构以及由此第一元件和第二元件的结构可根据各段的高度和长度的比率来确定。或者，第一段中的该比率与第二段中的该比率可不同。该比率可至少是1:1，例如1:2、1:5、1:10或其间的任意比值。该比率可至少是1:1，例如2:1、5:1、10:1或其间的任意比值。该比率还可根据所需段的数目、连续侧面的相对长度、和/或风力涡轮机叶片的长度来确定。该比率可沿连续侧面的长度变化，即，一个预定区域的比率不同于至少第二预定区域的比率。该第一元件和/或第二元件的峰至面的幅度或峰至峰的幅度可在2厘米-15厘米之间。
[0030]根据一实施例，该连续侧面从第一位置，例如叶根或内叶片端，伸向第二位置，例如尖端或外叶片端。
[0031]该连续侧面可从第一位置，例如叶根或内叶片端，伸向第二位置，该第二位置位于距离第一位置预定距离处。第一元件和第二元件可朝叶根设置，例如在确定了风力涡轮机叶片