具有可展开的空气动力学装置的风力涡轮机叶片的制作方法
【专利摘要】描述了一种风力涡轮机叶片以及用于风力涡轮机叶片的后缘板。挠性流调节装置（比如声学襟翼或多个锯齿部）设置在风力涡轮机叶片的后缘处，其中，该挠性装置联接至至少一个空气动力学装置、优选为涡流发生器。随着挠性装置在风力涡轮机叶片上的流的作用下弯曲，所述至少一个空气动力学装置展开以提供弯曲的挠性装置上的附着流。
【专利说明】
具有可展开的空气动力学装置的风力涡轮机叶片
技术领域
[0001]本发明涉及具有可展开的空气动力学装置的风力涡轮机叶片并且涉及用于附接至风力涡轮机叶片的后缘的具有可展开的空气动力学装置的后缘板。
【背景技术】
[0002]为了增大风力涡轮机叶片的升力或减少风力涡轮机叶片的阻力和/或噪音水平，通常在风力涡轮机叶片的后缘处使用了用于调整或调节在风力涡轮机叶片的尾流中的流的装置。这样的装置可以包括锯齿部、刷毛或声学襟翼(acoustic flaps)。这些装置通过流特性的改变而操作，和/或通过借助于所述装置在风的作用下的机械弯曲来吸收来自叶片上的空气流的能量而操作。
[0003]然而，这种装置的一个问题在于，这样的装置在风力涡轮机操作期间的弯曲由于在弯曲的装置的范围内的相对较高的迎角而可能会在装置的区域内导致流分离。这种流分离会导致针对风力涡轮机叶片的增大的阻力作用，和/或风力涡轮机叶片的增大的操作噪声。
[0004]本发明的目的是提供针对风力涡轮机叶片的解决方案，在该解决方案中，在不影响风力涡轮机叶片的正常操作的情况下，防止了在后缘装置的弯曲周期期间在后缘装置上的流分离。
【发明内容】
[0005]因此，提供了一种风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有前缘和后缘以及在前缘与后缘之间延伸的弦，所述叶片还包括:
至少一个挠性构件，所述至少一个挠性构件从叶片的后缘突出，
其中，所述至少一个挠性构件被设置成在风力涡轮机叶片上的空气流的作用下挠曲，
并且
其中，所述至少一个挠性构件的所述挠曲用于使优选为涡流发生器的至少一个空气动力学装置在风力涡轮机叶片的后缘处展开，以防止所述至少一个挠性构件上的流分离。
[0006]所述至少一个挠性构件可以包括设置在叶片后缘处的例如用于空气动力学和/或噪声的目的的任何适当的装置或多个装置。例如，所述至少一个挠性构件可以包括以下的任何组合:声学襟翼、锯齿部、刷毛等。空气动力学装置可以包括适于影响所述至少一个挠性构件的上的空气动力学流的任何装置。例如，所述至少一个空气动力学装置可以包括以下的任意组合:微片(microtabs )、微襟翼(microflaps )、祸流发生器等。
[0007]优选地，使所述至少一个空气动力学装置展开的所述步骤包括将所述至少一个空气动力学装置撬起或升起至所述风力涡轮机叶片的表面的上方。
[0008]在优选的实施方式中，提供了下述风力涡轮机叶片，该风力涡轮机叶片具有翼型轮廓，该翼型轮廓具有前缘和后缘以及在前缘与后缘之间延伸的弦，所述叶片还包括:
多个流调节装置，所述多个流调节装置从叶片的后缘突出， 其中，所述多个流调节装置设置成在风力涡轮机叶片上的空气流的作用下挠曲，并且其中，所述多个流调节装置的挠曲用于使涡流发生器在风力涡轮机叶片的后缘处展开，以防止所述流调节装置上的流分离。
[0009]在风力涡轮机的操作期间，风力涡轮机叶片的后缘装置可以在叶片上的风流的作用下偏转或弯曲。这种弯曲或偏转可以达到使后缘装置弯曲离开叶片翼型上的层流的方向的程度。这可能会导致后缘装置上的流分离，流分离可能导致增大的阻力。随着流调节装置(其优选地是涡流发生器)在流调节装置的弯曲作用下而展开，这提供了展开的设备的尾流中的附着流，由此防止了后缘装置上的流分离。
[0010]应当理解的是，所述涡流发生器的展开导致涡流发生器优选地从风力涡轮机叶片的表面的下方的凹入位置或从与风力涡轮机叶片的表面基本齐平的位置突出至风力涡轮机叶片的表面上方。在其中流调节装置作为可以与风力涡轮机叶片的表面附接的板或面板的一部分而提供的实施方式中，应当理解的是，所述涡流发生器的展开可导致涡流发生器突出至所述板或面板的表面上方。涡流发生器可以作为可以附接或安装至风力涡轮机叶片的或者可以与风力涡轮机叶片本身的结构一体地形成的独立元件来提供。
[0011]优选地，所述涡流发生器邻近于后缘定位，并且距离所述后缘在弦长的5%的范围内。
[0012]邻近于后缘设置涡流发生器允许涡流发生器的尾流中的附着流对后缘装置的作用被最大化。
[0013]优选地，所述涡流发生器的至少一部分与所述流调节装置的至少一部分一体地形成，其中，所述流调节装置的运动引起了所述涡流发生器的相应的运动。
[0014]流调节装置可以例如使用致动器而被机械地连接至可展开的涡流发生器，所述致动器能够操作成将所述涡流发生器从风力涡轮机叶片上的凹入位置升起至其中涡流发生器作用于风力涡轮机叶片上的空气流的位置。这可以是通过适当利用应变或弯曲传感器，或者流调节装置中的压电材料，其中，所述流调节装置的弯曲可以被检测到并用作对适当的致动器装置的输入。另外或替代性地，连接元件例如线材、棒或线缆可以在所述流调节装置与所述涡流发生器之间延伸，该连接元件设置成实现所述涡流发生器在所述流调节装置的弯曲作用下的展开。
[0015]在优选的实施方式中，风力涡轮机叶片包括用于附接至风力涡轮机叶片的后缘的后缘面板或板，所述面板包括:
基部，所述基部用于附接至风力涡轮机叶片的表面；以及
多个流调节装置，所述多个流调节装置从所述基部的一侧突出，所述流调节装置设置成从风力祸轮机叶片的后缘关出，
其中，所述后缘面板基本上由挠性材料形成，并且
其中，所述后缘面板的挠曲用于使所述板的所述基部上的涡流发生器展开。
[0016]优选地，使涡流发生器展开的所述步骤包括将所述涡流发生器撬起或升起至所述后缘面板的表面的上方。
[0017]优选地，所述多个流调节装置与所述基部至少部分地形成为一体。优选地，所述多个流调节装置包括锯齿部，所述锯齿部与所述基部一体地形成并从所述基部突出。
[0018]在一个方面中，后缘面板包括在所述流调节装置与所述涡流发生器之间延伸的多个增强元件，所述增强元件能够操作成将所述流调节装置的运动转换成所述涡流发生器的运动。
[0019]优选地，所述增强元件包括下列中的至少一者:至少部分地嵌入或连接在流调节装置与涡流发生器之间的线材或杆，和/或限定在所述后缘板上的在流调节装置与涡流发生器之间延伸的结构性肋。
[0020]优选地，所述基部包括具有大致平面构件，所述平面构件具有限定在所述平面构件上的多个局部切断部(CUt-OUt)段，所述多个局部切断部段勾勒出多个平面涡流发生器轮廓，其中，所述多个局部切断部段被设置成在后缘面板或流调节装置的弯曲或挠曲的作用下突出至风力涡轮机叶片的表面的上方，以形成涡流发生器，所述涡流发生器引起突出的平面涡流发生器轮廓的下游的尾流涡旋的形成。
[0021]应当理解的是，尽管平面涡流发生器轮廓被描述为通过局部切断部而形成，但后缘面板可以例如通过初始模制操作而在最初被形成为具有限定在板的本体中的所述多个局部切断部段。替代性地，切断部段可以最初设置为限定在面板的主体上的易碎或易断部分。
[0022]替代性地，在面板坯料的初始生产之后，可以在面板的本体中切出切断部段。
[0023]在一个方面中，涡流发生器可以具有V形或锯齿形轮廓。替代性地，涡流发生器可以被成形为具有大致雉堞(crenelated)状轮廓。
[0024]优选地，所述涡流发生器包括一对涡流发生器轮叶。优选地，所述涡流发生器轮叶包括平面本体，所述平面本体具有与所述风力涡轮机叶片上的流的方向基本一致的第一侧以及相对于所述流的方向成锐角设置的第二侧。
[0025]优选地，后缘面板包括在所述基部的至少一部分与所述局部切断部段的至少一部分之间延伸的至少一个连接构件。
[0026]优选地，所述至少一个连接构件包括挠性膜。
[0027]优选地，所述挠性膜被设置成当所述局部切断部段突出至所述风力涡轮机叶片的表面的上方时形成在所述基部与所述局部切断部段之间的空气动力学桥接部。
[0028]优选地，所述至少一个连接构件具有限定的长度。
[0029]优选地，所述至少一个连接构件被设置为限制所述局部切断部段突出至风力涡轮机叶片的表面上方的程度。由于连接构件可以提供切断部的侧部与基部的相邻表面之间的联动(link)，因此，可以防止切断部升起超出了对应于连接构件的最大延伸长度的限定距离。
[0030]很显然，空气动力学装置可有利地能够在非展开状态或静置状态与展开状态之间操作。同样明显的是，从叶片的后缘突出的所述至少一个挠性构件基本上沿着叶片的弦延伸。在一个实施方式中，挠性构件朝向叶片的压力侧或逆风侧的挠曲使空气动力学装置展开。这可以例如在挠性构件的端部弯曲到下述位置时发生:在该位置处，其设置在弦的压力侦U，挠性构件用于使空气动力学装置从叶片的吸入侧或顺风侧或者从挠性构件的基部展开。一般而言，很明显，空气动力学装置能够相对于挠性构件的基部展开。
[0031]还提供了一种后缘面板或板，该后缘面板或板用于附接至优选为风力涡轮机叶片的翼型件(airfoil)的后缘，其中，所述面板包括:
基部，该基部用于附接至翼型件的表面；以及至少一个挠性构件，所述至少一个挠性构件从所述基部的一侧突出，所述至少一个挠性构件待被设置在翼型件的尾流中，
其中，所述后缘面板基本上由挠性材料形成，并且
其中，所述后缘面板的挠曲用于使所述面板的所述基部上的至少一个空气动力学装置展开。
[0032]优选地，提供了一种后缘面板，该后面面板用于附接至优选为风力涡轮机叶片的翼形件的后缘，其中，所述面板包括:
基部，所述基部用于附接至翼形件的表面；以及
多个流调节装置，所述多个流调节装置从所述基部的一侧突出，所述流调节装置待被设置在翼型件的尾流中，
其中，所述后缘面板基本上由挠性材料形成，并且
其中，所述后缘面板的挠曲用于使所述面板的所述基部上的涡流发生器展开。
[0033]应当理解的是，如上所述的后缘面板可以使用任何适当的附接方法例如粘附、螺栓连接、铆接、焊接等而改型为现有的风力涡轮机叶。后缘面板可以由任何合适的材料形成，例如树脂玻璃、玻璃纤维、碳纤维、金属、热塑性塑料、热固性塑料等
还提供一种用于制造如上所述的后缘面板的方法，该方法包括以下步骤:
提供面板坯料，该面板坯料具有基部和从所述基部的一侧突出的至少一个挠性构件；
以及
在所述基部上形成至少一个元件，其中，所述至少一个元件设置成在所述至少一个挠性构件的挠曲作用下在所述基部的表面上展开。
[0034]形成的步骤可以包括在面板坯料上执行的用以形成所述至少一个元件的任意处理操作，其可以包括以下操作中的任一项:切削、蚀刻、模制、冲压。
[0035]还提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括至少一个如上所述述的风力涡轮机叶片。
[0036]尽管在流调节装置(特别是锯齿部)和涡流发生器的情况下描述了本发明，但应当理解的是，在上述实施方式中描述的本发明的原理可以应用于风力涡轮机叶片或后缘板的任何构型，例如通过使用至少一个挠性构件，比如声学襟翼、锯齿部、刷毛等，和/或适用于影响所述至少一个挠性构件上的空气动力学流的任何装置，比如微片、微襟翼、涡流发生器等。
【附图说明】
[0037]现在将参照附图仅通过示例的方式对本发明的实施方式进行描述，其中:
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的叶片的翼型轮廓的示意图；
图4示出了图2的风力涡轮机叶片的从上方和从侧面观察的示意图；
图5示出了根据本发明的一个方面的后缘板的俯视平面图；
图6不出了图5的后缘板的立体图；
图7示出了图5的后缘板在板弯曲之前和之后的侧视图； 图8示出了根据本发明的后缘板的替代性设计的俯视平面图；以及图9示出了图5的后缘板的替代性结构。
【具体实施方式】
[0038]应当理解的是，在附图中，本发明的不同实施方式的共同元件被设有相同的附图标记。此外，应当理解的是示出的图是代表性的，而并不按比例绘制或图示相对宽度和长度。
[0039]图1示出了根据所谓的“丹麦理念”的常规的现代逆风风力涡轮机2，该逆风风力涡轮机2具有塔架4、机舱6以及转子，转子具有大致水平的转子轴。转子包括毂部8和从毂部8沿径向延伸的三个叶片10，每个叶片具有最靠近毂部的叶片根部16和距毂部8最远的叶片梢部14。转子具有以R表示的半径。
[0040]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呈常规风力涡轮机叶片的形状并且包括最接近毂部的根部区域30、距毂部最远的轮廓或翼型区域34、以及在根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括当叶片安装在毂部上时面向叶片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。
[0041]翼型区域34(也被称为轮廓区域)具有相对于产生升力而言理想或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构上的考虑而具有大致呈圆形或椭圆形的截面，这例如使得将叶片10安装至毂部变得更容易且更安全。根部区域30的直径(或弦)沿着整个根部区域30通常是恒定的。过渡区域32具有过渡轮廓42，过渡轮廓42从根部区域30的圆形或椭圆形形状40逐渐变化至翼型区域34的翼型轮廓50。过渡区域32的弦长通常随着与毂部的距离r的增大而大致线性地增大。
[0042]翼型区域34具有翼型轮廓50，该翼型轮廓50具有在叶片10的前缘18与后缘20之间延伸的弦。弦的宽度随着与毂部的距离r增大而减小。
[0043]应当指出的是叶片的不同部段的弦通常并不位于共同的平面内，这是因为叶片可以是扭曲的和/或弯曲的(即，预弯曲的)，从而为弦平面提供相应扭曲的和/或弯曲的路线，这是最常出现的情形，以便补偿叶片的取决于距离毂部的半径的局部速度。
[0044]图3示出了风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，其描绘了通常用于限定翼型的几何形状的各种参数。翼型轮廓50具有压力侧52和吸入侧54，压力侧52和吸入侧54在使用期间(即在转子旋转期间)通常分别面向迎风(或逆风)侧和背风(或顺风)侧。翼型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C。翼型50具有厚度t，该厚度t被定义为压力侧52与吸入侧54之间的距离。翼型的厚度t沿弦60而变化。与对称轮廓的偏差由拱线62给出，拱线60是穿过翼型轮廓50的中位线。该中位线可以通过从前缘56至后缘58绘制内切圆而得到。该中位线沿着这些内切圆的中心并且从弦60的偏移量或距离被称为拱度f。不对称性也可以通过使用被称为上拱度(或吸入侧拱度)和下拱度(或压力侧拱度)的参数来定义，上拱度(或吸入侧拱度)和下拱度(或压力侧拱度)分别被定义为从弦60至吸入侧54的距离和从弦60至压力侧52的距离。
[0045]翼型轮廓通常由以下参数表征:弦长C、最大拱度f、最大拱度f的位置df、最大翼型厚度t(其为沿中间拱线62的内切圆的最大直径)、最大厚度t的位置dt以及鼻部半径(未示出)。这些参数通常定义为与弦长c的比率。因而，局部相对叶片厚度t/c作为局部最大厚度t与局部弦长C之间的比率而给出。另外，最大压力侧拱度的位置dP可以用作设计参数，当然，最大吸入侧拱度的位置也可以用作设计参数。
[0046]图4示出了叶片的另外一些几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图2所示，根端位于r=0的位置处，并且梢端位于r=L的位置处。叶片的肩部40位于r=Lw的位置处并且具有肩部宽度W，肩部宽度W等于肩部40处的弦长。根部的直径被定义为D。另外，叶片设置有预弯曲度，预弯曲度被定义为Δ y，其对应于从叶片的俯仰轴线(pitch axis)22的平面外偏转量。
[0047]风力涡轮机叶片10通常包括由纤维增强聚合物制成的壳体，并且通常制成为沿着结合线28被胶接在一起的压力侧或逆风壳体部分24和吸入侧或顺风壳体部分26，结合线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(例如设置在模具中并且与树脂一起固化以形成固态结构的玻璃纤维和/或碳纤维)形成。现代的风力涡轮机叶片的长度通常可以超过30米或40米，并具有几米的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常被设计成具有较长的寿命并且承受相当大的结构性和动态载荷。
[0048]为了减小风力涡轮机叶片的后缘操作噪声，设置有从叶片10的后缘20的至少一部分突出的至少一个构件、优选地至少一个挠性构件。这种构件可以包括声学襟翼、和/或一系列锯齿部、刷毛或其他突出的流调节装置。这种构件可以结合至风力涡轮机叶片10的结构中并且与风力涡轮机叶片10的结构一体地形成，或者这种构件可以作为可以在初始制造之后附接至风力涡轮机叶片10或可以被改型为现有叶片的单独元件来提供。
[0049]参照图5和图6，根据本发明的实施方式的后缘面板或板的实施方式以70指示。后缘面板70包括用于附接至风力涡轮机叶片10的表面的基部72、和从所述基部72突出的一系列锯齿部74。锯齿部74从基端74a延伸至梢端74b，梢端74b待设置在风力涡轮机叶片10的尾流中。因此，基部72设置在后缘面板70的前缘侧70a处，并且锯齿部74设置在面板70的后缘侧70b处。
[0050]参照图7(a)中图示的侧视图，锯齿部74可以大致在与基部72相同的平面内突出。替代性地，应当理解的是锯齿部74设置成相对于基部72的平面成一定角度突出，优选地以相对于基部72的平面在大约0-25度之间的角度突出。优选地，后缘面板70由具有足以在面板70上的流的作用下弯曲的挠性的材料形成。
[0051]在面板70的基部72上，设置有一系列突出元件76。在图5和图6的实施方式中，突出元件形成为由设置在基部72中的贯穿通道限定的局部切断部76，该通道勾勒了基部72中的局部切断部形状。元件或局部切断部76通常设置成具有朝向面板70的后缘侧70b定位的基端76a，以及朝向面板70的前缘侧70a定位的梢端76b。局部切断部76的基端76b优选地沿弯曲线78与面板70的基部72—体地形成。在图5和图6中示出的实施方式中，局部切断部76呈指向面板70的前缘侧70a的方向的V形突出部的形状。
[0052]由局部切断部限定的元件76设置成与突出锯齿部74大致对应。在图5和图6中示出的实施方式中，邻近于后缘面板70的每个锯齿部74的基端74a设置有三个元件76的基端76a，但应当理解的是可以对应于面板70的每个锯齿部74设置任意数量的元件76，例如，每个锯齿部74可以对应于单个元件76设置。
[0053]由局部切断部限定的元件76与突出锯齿部74有效地联动，使得锯齿部74的运动将引起联动的元件76的对应运动。在第一方面，锯齿部和至少一个元件可以通过后缘面板70的固有结构特性而联动，其中，后缘面板70自身的弯曲引起锯齿部与元件之间的联动的杠杆运动。这种结构性联动可以是由于面板自身的机械特性而引起的，例如在通过使用纤维复合材料形成的面板的情况下，这种面板中的纤维可以设置成使得主纤维方向大致横向于锯齿部的铰链轴线。此外，应当理解的是在锯齿部与联动的元件之间可以延伸有加强筋或波状结构，以提供锯齿部与元件之间的经改进的结构性联动。
[0054]另外或替代性地，可以在锯齿部74与一个或更多个元件76之间设置机械联动，例如使用嵌入面板70中的或设置在面板70上并且连接锯齿部与所述元件的连接线或连接杆。
[0055]尽管图5和图6的元件76示出为使基端76b朝向基部72的后缘侧70b定位并且与基部72的后缘侧70b间隔开，但应当理解的是元件76可以定位成使得基端76a朝向基部72的后缘侧70b定位并且与基部72的后缘侧70b间隔开，例如使得元件的基端76a与锯齿部74的基端74a相一致，从而大致限定锯齿部74与元件76之间的铰链或支点。
[0056]应当理解的是术语“切断部”用于限定下述元件:所述元件经由基端而与基部(base port1n)的本体部分地形成为一体并且由设置在基部中的围绕元件的剩余部分的外周的贯穿通道限定，使得所述元件可以相对于基部72的平面沿位于元件的基端处的弯曲线而偏转或弯曲。在此方面，“切断部”可以因作为模制操作的一部分的限定了周围通道的成型操作而与基部一体地形成；和/或切断部可以在基部72中(例如在后缘面板70的坯料中)切出或蚀刻出。另外，尽管图5和图6的实施方式的突出元件76被限定在基部72的本体中，但应当理解的是，在本发明的其他实施方式中，突出元件76可以设置成从面板70的基部72的前缘侧70a突出。
[0057]图7示出了图5和图6的面板70的侧视图，该面板70可以附接至风力涡轮机叶片10的后缘20(图7中未示出)。参照图7(a)，在静置状态下，锯齿部74在它们的法向平面中从面板70的基部72突出。在此状态下，基部72的元件或局部切断部76设置成使得元件76与面板70的相邻表面对准并且齐平，并且并未明显影响面板70的空气动力学性能。
[0058]在图7(b)中，面板70的锯齿部74例如由于从风力涡轮机叶片10上的空气流产生的力而从它们的静置位置偏转角度α。由于锯齿部74与元件76之间的联动，元件76被相应地撬起至展开位置中，在该展开位置中，元件76突出到面板70的基部72的表面的平面上方。在图7中示出的实施方式中，元件76被撬起了与锯齿部74的偏转角对应的角度α，但应当理解的是被撬起的角度之间的1:1对应关系是非限制性的，并且元件76可以被升起大于或小于α的角度。
[0059]在本发明的另一方面，应当理解的是可以在元件76的自由边缘与基部72的相邻表面之间设置连接部(未示出)。这种连接部可以呈挠性膜的形式，该挠性膜用于形成基部72的表面与突出元件76之间的空气动力学桥接部。通过利用基部72与元件76之间的挠性构件，风力涡轮机叶片10的总体表面与突出元件76之间的过渡部将是平滑的并且将防止空气流影响突出元件76下方的区域。
[0060]另外或替代性地，所述连接部可以设置成具有有限的长度，其中，防止了元件76升起至基部72的表面上方超过所述长度。
[0061]在替代性实施方式中，可以在后缘板70上设置覆盖层(未示出)，其中，应用了相对挠性的片材来覆盖所述基部72和所述元件76的至少一部分。所述元件76的升起或撬起随后将起作用以使覆盖层以在所述后缘20处限定涡流发生器形状的方式变形。
[0062]随着由局部切断部限定的元件76被升起至后缘面板70的表面的上方，所述元件76被引入风力涡轮机叶片10上的空气流中。元件76的形状被选择为使得突出元件76在空气流中用作涡流发生器，从而在突出元件76的梢端76b的下游产生梢涡(tip vortex)。梢涡用于吸引来自相对缓慢移动的边界层外侧的具有相对高的动量的空气流使其与锯齿部74的表面相接触，由此为沿着锯齿部的空气流的边界层重新提供能量并且延迟流分离。
[0063]由于涡流发生器仅在锯齿部74被偏转到足以使所述突出元件76撬起至迎面而来的空气流中的程度时才被有效地展开，因此，风力涡轮机叶片作为一个整体的空气动力特性不会针对操作条件而改变，其中，锯齿部例如对于其中后缘锯齿部上的流分离不是重要问题的低速风力情况基本上未从静置状态偏转。随着风力涡轮机叶片上的空气流的速度增大至锯齿部被偏转的程度，涡流发生器被撬起至相邻的表面水平的上方并且展开到空气流中。因此，涡流发生器具有基于风力涡轮机叶片上的空气流的动态展开，因为风速越大，则锯齿部偏转量更大，并且因此，该元件76将更高地突出至叶片的表面的上方以及突出至迎面而来的空气流中。
[0064]作为初始组装操作的一部分或作为对现有叶片的改型，后缘面板70被设置成附接至风力涡轮机叶片10的后缘20。可以使用任何合适的机构来附接面板70，例如通过粘合剂结合、螺栓连接、铆接、焊接、外部层压等。应该理解的是，后缘面板70以不妨碍锯齿部和/或突出元件的弯曲的方式而被附接至叶片。替代性地，锯齿部和/或突出元件可以在叶片壳的制造过程中被结合至叶片结构中，以提供能够基于后缘突出部(比如锯齿部)的偏转而从叶片的表面展开的涡流发生器。
[0065]尽管图5至图7的元件或局部切断部76呈箭头或V型突出部的形式，但应当理解的是可以使用任何合适的切断部形状。例如，可以使用雉堞状或方形元件。
[0066]参考图8，示出了本发明的一个实施方式，在该实施方式中，设置有下述元件:所述元件呈限定在后缘面板71的基部72的本体中的成对的涡流发生器轮叶80的形式。涡流发生器轮叶80包括沿着基端78a与面板70的基部72附接或一体地形成的平面本体，其中，轮叶80的梢端78b朝向面板70的前缘侧70a设置。轮叶80被设置成具有大致与所述风力涡轮机叶片上的流的方向相一致的第一侧82a以及相对于所述流的方向成锐角设置的第二侧82b。
[0067]参照图9，以73和75示出了根据本发明的实施方式的后缘面板的两个示例。在这些实施方式中，增强结构构件84在元件76与相邻的锯齿部74之间延伸，由此促进了元件76与相关联的锯齿部74之间的联动运动。增强结构构件84可以包括任何适当的连接构件，例如线材、支柱、杆等，所述连接构件可以设置成在元件76与锯齿部74之间延伸。优选地，构件84是相对挠性的和/或被结合至后缘面板70的结构中。
[0068]在图9(a)中，板73被构造成:其中，构件84从邻近于元件76的梢端76b的附接点沿与风力涡轮机叶片1上的流方向相一致的方向延伸，以使锯齿部7 4的本体上的附接点分开。如在图9(a)中可以看到的，这种附接点可以在后缘侧70b的方向上在沿锯齿部的不同长度处分布在锯齿部74的本体上。在图9(b)中，面板75被构造成:其中，构件84从邻近于元件76的梢端76b的附接点延伸至邻近的锯齿部74的朝向锯齿部74的梢端74b定位的共同附接点。
[0069]因此，锯齿部74的弯曲导致元件76的相应升高，从而用作从后缘面板70展开的涡流发生器。
[0070]尽管上述实施方式描述了提供用于元件76作为涡流发生器基于后缘锯齿部74的弯曲的被动致动和展开的系统，但应当理解的是，本发明可以进一步扩大到使用致动器或压电材料，所述致动器或压电材料可操作成使涡流发生器基于后缘锯齿部的检测到的偏转而在风力涡轮机叶片的后缘处展开。
[0071]尽管在上述实施方式中，后缘面板70包括锯齿部74，应当理解的是，可以在不偏离本发明的情况下使用任何其他后缘装置。例如，后缘面板70可以另外或替代性地包括声学襟翼和/或刷毛。这样的后缘装置可随后通过使用上述联动方式中的任一种而联接至面板的元件或多个元件76。此外，尽管优选的实施方式描述了在风力涡轮机叶片的后缘处使用可展开的涡流发生器，但本发明也可以涉及使用能够在风力涡轮机叶片的后缘处展开的其他空气动力学装置，比如微片、微襟翼等。
[0072]在叶片后缘处使用这种可展开的涡流发生器形成了用于防止后缘装置上的流分离的相对简单的机构，比如锯齿部，所述机构使可制造性和安装变得容易并且提供了叶片空气动力学性能基于风力涡轮机操作条件的动态调整。
[0073]本发明并不限于本文中所描述的实施方式，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行修改或调整。
【主权项】
1.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片具有翼型轮廓，所述翼型轮廓具有前缘和后缘以及在所述前缘与所述后缘之间延伸的弦，所述叶片还包括: 至少一个挠性构件，所述至少一个挠性构件从所述叶片的所述后缘突出， 其中，所述至少一个挠性构件被设置成在所述风力涡轮机叶片上的空气流的作用下挠曲，并且 其中，所述至少一个挠性构件的所述挠曲用于使优选为涡流发生器的至少一个空气动力学装置在所述风力涡轮机叶片的所述后缘处展开，以防止所述至少一个挠性构件上的流分呙。2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括: 多个流调节装置，所述多个流调节装置从所述叶片的所述后缘突出， 其中，所述多个流调节装置设置成在所述风力涡轮机叶片上的空气流的作用下挠曲，并且 其中，所述多个流调节装置的所述挠曲用于使涡流发生器在所述风力涡轮机叶片的所述后缘处展开，以防止所述流调节装置上的流分离。3.根据权利要求2所述的风力涡轮机叶片，其中，所述涡流发生器邻近于所述后缘定位，并且距离所述后缘在弦长的5%的范围内。4.根据权利要求2或3所述的风力涡轮机叶片，其中，所述涡流发生器的至少一部分与所述流调节装置的至少一部分一体地形成，其中，所述流调节装置的运动引起了所述涡流发生器的相应的运动。5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括用于附接至所述风力涡轮机叶片的所述后缘的后缘面板，所述面板包括: 基部，所述基部用于附接至所述风力涡轮机叶片的表面；以及 多个流调节装置，所述多个流调节装置从所述基部的一侧突出，所述流调节装置设置成从所述风力涡轮机叶片的所述后缘突出， 其中，所述后缘面板基本上由挠性材料形成，并且 其中，所述后缘面板的挠曲用于使所述板的所述基部上的涡流发生器展开。6.根据权利要求5所述的风力涡轮机叶片，其中，所述多个流调节装置与所述基部至少部分地形成为一体。7.根据权利要求5或6所述的风力涡轮机叶片，其中，所述后缘面板包括在所述流调节装置与所述涡流发生器之间延伸的多个增强元件，所述增强元件能够操作成将所述流调节装置的运动转换成所述涡流发生器的运动。8.根据权利要求7所述的风力涡轮机叶片，其中，所述增强元件包括以下中的至少一者:至少部分地嵌入或连接在流调节装置与涡流发生器之间的线材或杆，和/或限定在所述后缘板上的在流调节装置与涡流发生器之间延伸的结构性肋。9.根据权利要求5至8中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述基部包括大致平面构件，所述平面构件具有限定在所述平面构件上的多个元件，所述多个元件勾勒了多个平面涡流发生器轮廓，其中，所述多个元件被设置成在所述流调节装置的弯曲或挠曲的作用下突出至所述风力涡轮机叶片的表面的上方，使得所述多个平面涡流发生器轮廓形成突出至所述平面构件的所述表面的平面上方的涡流发生器，以形成所述突出的涡流发生器的下游的尾流涡旋。10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述平面涡流发生器轮廓具有V形或锯齿形轮廓。11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述平面涡流发生器轮廓包括一对涡流发生器轮叶，其中，所述涡流发生器轮叶包括平面本体，所述平面本体具有与所述风力涡轮机叶片上的流的方向基本一致的第一侧以及相对于所述流的方向以锐角设置的第二侧。12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片，其中，所述风力涡轮机叶片包括从所述叶片的所述后缘突出的多个流调节装置，其中，所述多个流调节装置包括锯齿部。13.—种后缘面板，所述后缘面板用于附接至优选为风力涡轮机叶片的翼型件的后缘，其中，所述面板包括: 基部，所述基部用于附接至翼型件的表面；以及 至少一个挠性构件，所述至少一个挠性构件从所述基部的一侧突出，所述至少一个挠性构件待被设置在所述翼型件的尾流中， 其中，所述后缘面板基本上由挠性材料形成，并且 其中，所述后缘面板的挠曲用于使所述面板的所述基部上的至少一个空气动力学装置展开。14.根据权利要求13所述的后缘板，其中，所述面板包括: 从所述基部的一侧突出的多个流调节装置优选为锯齿部，所述流调节装置待被设置在所述翼型件的尾流中。15.—种风力涡轮机，其包括至少一个根据权利要求1至12中任一项所述的风力涡轮机叶片。
【文档编号】F03D1/06GK105992870SQ201480075966
【公开日】2016年10月5日
【申请日】2014年12月18日
【发明人】C.阿塞, M.达尔, J.马德森
【申请人】Lm Wp 专利控股有限公司