叶片及包括该叶片的风力发电机组的制作方法

本实用新型涉及一种叶片及包括该叶片的风力发电机组，更具体地，涉及一种其前缘的外表面上设置有前缘防护装置的叶片及包括该叶片的风力发电机组。

背景技术：

风力发电机组通过叶片捕捉风能，并通过发电机将风能转换成电能。叶片暴露在空气中，经受风霜雨雪灰尘砂砾的侵蚀和磨损，容易导致气动外形发生变化。因此，现有技术中通常在叶片表面进行防腐蚀处理。

叶片前缘是主要的切风部位，随着叶片向大型化发展，其叶尖速度会超过90m/s。在如此高速下，雨滴、风沙和粉尘等都会造成叶片前缘被严重损伤，这种损伤不仅造成气动效率降低而损失发电量，而且会危及叶片的服役寿命。为了增强叶片前缘的防护能力，现有技术中通常在叶片前缘粘贴防护膜，如图1所示，在叶片1的前缘粘贴有前缘防护膜2。

然而，现有技术中的这种叶片前缘防护结构仍然存在不能有效发挥防护膜的性能的问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述问题，本实用新型旨在提出一种叶片，其前缘的外表面上设置有厚度非均匀的前缘防护装置。

根据本实用新型，提供一种叶片，所述叶片的前缘的外表面上设置有前缘防护装置，在所述叶片的横截面上，所述前缘防护装置的厚度在对应于所述叶片的前缘滞止点的位置处最大，且沿着所述叶片的弦向方向朝向所述前缘防护装置的两端递减。

可选地，所述前缘防护装置可具有被构造为与所述叶片的前缘贴合的表面，所述表面可具有与所述前缘的外表面随形的形状，并且所述前缘防护装置的两端可与所述叶片的外表面光滑过渡。

可选地，所述叶片的前缘上可具有用于容纳所述前缘防护装置的凹进区域，以在所述前缘防护装置贴附到所述叶片的前缘上并设置在所述凹进区域中时，使得所述前缘防护装置的两端与所述叶片的外表面光滑过渡。

可选地，在所述叶片的横截面上，所述前缘滞止点可在距所述前缘的前缘端点为0％弦长至3％弦长的范围内。

可选地，在所述叶片的横截面上，所述前缘防护装置的一端可位于所述叶片的吸力面上距所述前缘的前缘端点为5％弦长至20％弦长的范围内，并且所述前缘防护装置的另一端可位于所述叶片的压力面上距所述前缘的前缘端点为5％弦长至20％弦长的范围内。

可选地，所述前缘防护装置的厚度可在0.02mm至10mm的范围内。

可选地，沿着所述叶片的展向方向，所述前缘防护装置可设置在距所述叶片的叶尖为2％～50％叶片长度的范围内。

可选地，沿着所述叶片的展向方向，所述前缘防护装置可包括彼此紧密邻接的多个子块。

可选地，所述前缘防护装置可为柔性膜、刚性构件或涂覆到所述前缘上的涂层。

根据本实用新型，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组包括如上所述的叶片。

本实用新型提供的上述叶片，通过优化前缘防护装置的外形，可以增强前缘防护装置的防护能力，同时减小前缘防护装置对叶片气动性能的影响。

附图说明

图1示出了现有技术中的贴附在叶片前缘的前缘防护膜的横截面示意图；

图2示出了根据本实用新型的实施例的设置有前缘防护装置的叶片的横截面示意图；

图3是示出叶片前缘雨蚀强度的示意图；

图4示出了根据本实用新型的实施例的设置有前缘防护装置的叶片的侧视示意图。

附图标记说明：

1-叶片；2-前缘防护膜；10-叶片；11-前缘端点；12-前缘滞止点；13-吸力面；14-压力面；15-叶尖；20-前缘防护装置；21-迎风面；22-贴合面；23-第一端；24-第二端；25-子块。

具体实施方式

为了使本领域技术人员能够更好地理解本实用新型的技术构思，下面将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述，在附图中，相同的标号始终表示相同的部件。

参照图2，本实用新型提供了一种具有叶片前缘防护装置的叶片。图2示出了根据本实用新型的实施例的设置有前缘防护装置20的叶片10的横截面示意图。如图2所示，在叶片10的前缘的外表面上设置前缘防护装置20(例如，前缘防护膜)，以对叶片前缘进行保护。

发明人通过研究发现，叶片的前缘损伤越靠近叶尖越严重，这与它的线速度有直接关系；此外，在叶片的横截面上，叶片前缘在不同的弦向位置遭受的雨蚀强度是不均匀的。图3中示意性地示出了叶片表面雨蚀强度，在叶片10的前缘驻点(前缘滞止点)12处，是叶片表面正对来流的位置，雨蚀最为严重，前缘滞止点12向两侧延伸的方向，雨蚀逐渐减小。在叶片10的横截面上，前缘滞止点12可以在距前缘的前缘端点11为0％弦长至3％弦长的范围内。此外，贴在叶片前缘的前缘防护装置的防护能力与其厚度呈正相关。如果将前缘防护装置的厚度设置为是均匀分布的，如参照图1描述的现有技术中的设置在叶片1上的前缘防护膜2，则厚度均匀的前缘防护膜不能充分发挥材料的性能，造成前缘损伤严重的区域防护膜厚度不足，而损伤较轻的区域防护膜厚度过大。前缘防护膜厚度过大，会影响叶片的气动性能。

为了充分发挥前缘防护装置的材料防护性能，本实用新型提出在叶片10的前缘上设置沿弦向厚度非均匀的前缘防护装置20。具体地，如图2所示，在叶片10的横截面上，前缘防护装置20的厚度在对应于叶片的前缘滞止点12的位置处最大，且沿着叶片10的弦向方向朝向前缘防护装置20的两端(第一端23和第二端24)递减，并在前缘防护装置20的两端(即，与叶片的外表面贴合的边缘处)处与叶片10的外表面光滑过渡。

本实用新型提出使前缘防护装置20的厚度在叶片10的前缘滞止点12处最大，且朝向压力面14和吸力面13的两侧逐渐递减的方案，可针对性地应对叶片上不同弦向位置的侵蚀，从而充分发挥前缘防护装置20的防护能力。

前缘防护装置20可具有被构造为与叶片10的前缘贴合的表面(也可称为贴合面22)，并且该表面具有与前缘的外表面随形的形状。前缘防护装置20的与贴合面22相对的一面为迎风面21。例如，前缘防护装置20可以是柔性膜或涂层，在将柔性膜粘贴或将涂层涂覆到叶片10的前缘上时，贴合面22将与叶片10的外表面紧密贴合。此外，前缘防护装置20也可以是刚性构件，在这种情况下，可使刚性构件预先成形以使其贴合面22形成为具有与叶片10的外表面随形的形状，从而在将刚性构件贴附(例如，通过粘接、焊接、铆接等)到叶片10的外表面时，使刚性构件的贴合面与叶片10的外表面紧密贴合。

在本实施例中，前缘防护装置20的厚度可在0.02mm至10mm的范围内，例如，在对应于叶片10的前缘滞止点12的位置处，前缘防护装置20的厚度可为1mm至5mm，而前缘防护装置20的两端23、24可具有非常小的厚度，例如0.05mm，以使前缘防护装置20在其两端23、24处与叶片10的外表面光滑过渡。

另外，前缘防护装置20的两端(边缘)处也可能由于工艺限制存在台阶，但台阶的存在并不影响防护装置的防护性能，但是会降低叶片的气动性能。因此，理想地是使前缘防护装置的边缘处与叶片的表面实现光滑过渡，从而使对叶片气动性能的影响最小化。

此外，图2中示出了前缘防护装置20直接贴附(例如，通过粘贴、焊接等方式)在叶片10的前缘的外表面上，可选地，为了使前缘防护装置20与叶片10的外表面实现光滑过渡，也可考虑在叶片10的前缘上预留出与前缘防护装置20的形状匹配的凹进区域(图中未示出)，以使得前缘防护装置20的两端与叶片10的外表面光滑过渡。通过在前缘防护装置20的边缘处与叶片10的外表面实现光滑过渡，可减小对叶片气动性能的影响。

在叶片的横截面上，前缘防护装置20的一端(起始位置)可位于叶片10的吸力面13上距前缘的前缘端点11为5％弦长至20％弦长的范围内，并且前缘防护装置20的另一端(终止位置)可位于叶片10的压力面14上距前缘的前缘端点11为5％弦长至20％弦长的范围内。优选地，前缘防护装置20的一端(第二端24)可位于叶片10的吸力面13上距前缘端点11为10％弦长的位置处，前缘防护装置20的另一端(第一端23)可位于叶片10的压力面14上距前缘端点11为10％弦长的位置处。

如图4所示，沿着叶片10的展向方向，前缘防护装置20可位于距叶片10的叶尖15为2％～50％叶片长度的范围内。

前缘防护装置20可作为一个整体贴附在叶片10的外表面上。此外，对于风力发电机的叶片而言，叶片的尺寸通常非常大，考虑到叶片的尺寸和前缘防护装置的制造工艺，前缘防护装置20可由沿叶片10的展向方向彼此紧密邻接的多个子块25组成，例如前缘防护装置20可以分割成多个子块25并使各个子块25分别贴附在叶片10的外表面上，并在贴附过程中确保各个子块25之间无台阶和缝隙。

本实用新型提供的前缘防护装置的厚度是不均匀的，在损伤严重的滞止点区域厚度大，并且厚度向两端渐进递减，实现前缘防护装置材料性能的最优化利用，同时对叶片气动性能的影响最小。

此外，本实用新型的前缘防护装置可以是具有上述厚度特征的柔性膜、刚性构件、涂覆到前缘上的涂层或其它适合的前缘防护材料，此外，本实用新型的前缘防护装置还可以由多种不同材料复合而成，例如由涂层、柔性膜层和刚性材料层复合而成。

上面对本实用新型的具体实施方式进行了详细描述，虽然已表示和描述了一些实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求限定其范围的本实用新型的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行组合、修改和完善(例如，可以对本实用新型的不同技术特征进行组合以得到新的技术方案)。这些组合、修改和完善也应在本实用新型的保护范围内。