CN102748203B - 用于风力涡轮机转子叶片的扰流器 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于风力涡轮机转子叶片的扰流器，所述扰流器包括：扰流器主体；以及至少一个安装带，其沿所述扰流器主体的纵向缘布置，用于将所述扰流器安装到所述转子叶片的表面上，所述安装带被实现为适应于所述转子叶片的表面的曲率；其中，所述扰流器主体和安装带形成为单个实体。本发明还描述了一种用于风力涡轮机的转子叶片，所述转子叶片包括这种被安装到所述转子叶片的表面上的扰流器。本发明还描述了一种风力涡轮机，其包括附接到轮毂的多个转子叶片，其中，至少一个转子叶片包括这种被安装到所述转子叶片的表面上的扰流器。

Description

用于风力涡轮机转子叶片的扰流器

技术领域

本发明描述了一种用于风力涡轮机转子叶片的扰流器。

背景技术

一般而言，风力涡轮机转子叶片不会具有均匀平坦的表面，而是形成为具有逐渐变化的曲率的翼面形式。此外，必须在实质上圆形的根部部分（用于与风力涡轮机轮毂上的圆形开口连接）和相对宽而窄的翼面部分之间形成过渡部分。由于在此“肩部”区域相对突然的形状变化，因此可以出现较高程度的湍流。通过对关键的肩部区域的转子叶片型面进行修改，可以改进转子叶片的空气动力特性。这种空气动力变化可以包括对转子叶片一侧的某种“延伸”，例如，从叶片吸力侧（即叶片的下风侧）延伸的扰流器。这可以用于降低在转子置换空气（所述转子通过所述空气移动）时产生的涡流量，和/或降低转子叶片所产生的噪声量。然而，在制造过程中对转子叶片的这种改进不易进行，这是由于转子叶片通常是在真空抽吸工艺中由玻璃纤维复合材料制成的，这使得它本身不适于形成转子叶片表面的薄平面延伸。然而，增加这种相对薄因而易破的部件使得运输转子叶片和将转子叶片安装到轮毂上更加困难，因此也更加昂贵。现有的替代方案是在转子叶片已安装到轮毂上之后，将扰流器附接到转子叶片上。这种现有技术的扰流器通常包括各种不同形状的部件，这些部件被成形为适合肩部区域转子叶片的各种不同弯曲表面。然而，由于这些部件必须精确地装配到转子叶片表面以确保空气在所结合的转子叶片/扰流器表面上平滑地行进，因此设计多种不同形状的部件成本很高。此外，由于必须为转子叶片的不同区域提供特定的替换部分，因此维护过程通常更加复杂。

发明内容

因此，本发明的一个目的是要提供一种用于风力涡轮机转子叶片的更简单和经济的扰流器。

本发明的目的通过权利要求1所述的用于风力涡轮机转子叶片的扰流器、权利要求11所述的转子叶片以及权利要求15所述的风力涡轮机实现。

根据本发明，一种用于风力涡轮机转子叶片的扰流器包括：扰流器主体；以及至少一个安装带，其沿所述扰流器主体的纵向缘布置，以便将所述扰流器安装到所述转子叶片的表面上，所述安装带被实现为适应于所述转子叶片的表面（尤其是沿所述转子叶片的外部纵向缘）的曲率；其中，所述扰流器主体和安装带被形成为单个实体（entity）。

根据本发明的扰流器的优点在于，其是相当简单但是有效的设计。通过将扰流器和适应于转子叶片表面曲率变化的安装带或附接带实现为单个的、实质上挠性的实体，不需要像在现有技术的已知扰流器技术方案中那样为不同的弯曲表面设计不同的扰流器部件。此外，由于扰流器实际上是仅包括单个部件的一个实体，因此工程技术人员易于将它附接到转子叶片上。特别地，对于当根据本发明的扰流器将被安装到转子叶片上时（该转子叶片已被连接到风力涡轮机的轮毂），工程技术人员不需要携带多种不同的小零件（诸如配件或紧固件），并且不需要在悬挂于绳子上时操作这些物品。

根据本发明，用于风力涡轮机的转子叶片包括根据本发明的扰流器，该扰流器被安装到转子叶片的表面上，优选被安装到转子叶片的压力侧。

根据本发明，包括附接到轮毂的多个转子叶片的风力涡轮机包括至少一个带有本发明扰流器的转子叶片，该扰流器被安装到所述转子叶片的表面上，优选被安装到压力侧。

根据本发明的转子叶片和风力涡轮机的优点在于，即使沿着曲率显著不同的转子叶片部分（例如，在叶片根部和翼面部分之间的肩部或过渡区域），也可以非常快速地将扰流器安装到转子叶片上，这是因为扰流器主体及其安装带的挠性实现方式使得扰流器沿扰流器长度适应于转子叶片的任意曲率变化。因此，不必安装多种不同类型的扰流器（每个所述扰流器被实现为适应于一定的转子叶片表面形状），而是可以使用单个扰流器或至少单一类型的扰流器。这节省了设计成本和安装成本。特别地，由于工程技术人员安装扰流器仅需相对短的停机时间，因此可以将已运行的风力涡轮机的转子叶片容易地和便宜地改装为具有本发明的扰流器。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，这将在下文的描述中披露。在一种权利要求类型的上下文中描述的特征，可以同样地应用于另一种权利要求类型中。可以适当地结合不同权利要求类型的特征，以获得进一步的实施例。

可以通过单个安装带（例如与扰流器本身实质上一样宽的安装带）将根据本发明的扰流器附接到转子叶片。然而，随着时间的流逝，单个安装带可能不足以承受作用在其上的力。此外，单个安装带可能不适应于转子叶片表面（尤其是在叶片的肩部区域）明显或显著的曲率变化。因此，在本发明的特别优选实施例中，扰流器包括沿扰流器主体的第一纵向缘布置的第一安装带和沿扰流器主体的第二纵向缘布置的第二安装带。由于扰流器实现为单个挠性实体，因此两个安装带的布置方式可以有利地适应于基本上任何曲率变化，甚至转子叶片的肩部区域上的曲率变化。

安装带可以简单地包括扰流器沿其纵向长度的外部带或条，从而使得安装带最初与扰流器主体在同一平面中。该条可被物理地（例如手动地）弯曲，以在利用安装带将扰流器主体安装到转子上时，获得扰流器主体相对于转子叶片表面的所需角度。然而，根据所使用的材料，可能难以物理弯曲安装带以保持所需角度，尤其是当材料显示一定程度的弹性时。此外，弯曲诸如塑料的材料会导致裂缝或其它压力损伤。因此，在本发明的另一优选实施例中，安装带包括扰流器主体的预制的成角度延伸部，所述成角度延伸部使得安装带和扰流器主体之间的角度基本对应于扰流器相对于转子叶片的所需角度或方位。例如，如果扰流器在其纵向缘之一和叶片压力侧之间将对应约160°的角，则在制造过程中沿该缘的安装带可以相对于扰流器主体沿预弯曲角线预制成或预弯曲160°。当然，由于扰流器的挠性特性，安装带仍根据需要适应于转子叶片表面，而不会沿预弯曲角线有任何压力损伤。例如，以160°角预弯曲的安装带可以容易地适应于表面弯曲，从而安装带与扰流器主体成130º、170º、180º等角度。

安装带也许能被定向成位于扰流器主体下方。然而，当扰流器将要附接到转子叶片时，这种布置方式会使得更加难以执行安装步骤。因此，优选将安装带预弯曲为从扰流器向外延伸。例如，在本发明的优选实施例中，将安装带布置为安装到转子叶片的压力侧上，优选地，沿着沿转子叶片尾缘的压力侧的边缘，换言之，即：沿叶片压力侧及其尾缘的交叉处。在本发明的另一优选实施例中，将安装带布置为安装到转子叶片的钝的或扁平的尾缘上。

可以用任意适合的方式（例如，利用传统类型的紧固件，如螺栓或螺钉）将扰流器安装到转子叶片上。然而，螺栓或螺钉头会突出到安装带之上，并且会对转子叶片的空气动力特性有不利影响。因此，在本发明的特别优选实施例中，转子叶片包括在安装带和转子叶片表面之间的粘合层，该粘合层用于与转子叶片表面粘合连接。粘合层可以有利地提供长期的牢固粘合。然而，热和冷可以损害粘合层的寿命。因此，为了保护粘合层可以沿安装带的外缘施加额外的浆液密封。当然，使用粘合层作为主要附接工具不排除使用多个紧固件（诸如螺钉、螺栓或铆钉）在不影响扰流器和转子叶片表面上方气流的区域与转子叶片表面额外地螺纹连接和/或铆接。

扰流器可有效地包括单个元件，其可被构想为被弯成扰流器形状的单个平面。优选利用挤压成型、铸造、注塑成型中的任一种来制造这种扰流器。当然，所述扰流器可具有更复杂的形式。例如，在本发明的优选实施例中，扰流器主体包括空气动力元件和被布置为从所述空气动力元件向外突起的增强元件。所述空气动力元件可以不过是稍微弯曲的箔片，该箔片被布置为平滑地延伸到转子叶片表面上方，而增强部件可以包括以直立方式（例如以直角）布置在空气动力元件和转子叶片表面之间的刚性“支柱”。在此实施例中，第一安装带优选形成为从空气动力元件延伸，第二安装带优选形成为从增强元件延伸。由于第二安装带被空气动力元件隐藏而不暴露于空气流，因此可利用诸如螺栓或螺钉等紧固件将第二安装带附接到转子叶片，同时，优选利用粘合层将第一安装带附接到转子叶片表面，从而可在转子叶片表面和扰流器表面之间获得有利的平滑过渡部分。

扰流器可同样好地包括闭合的扰流器主体，即扰流器可以是中空的，或者可以包括实心主体。在这种实现方式中，安装带可以形成为从扰流器主体向外延伸。或者，扰流器可以包括布置在共用扰流器主体表面上的第一安装带和第二安装带，所述扰流器主体表面放置为朝向转子叶片表面，例如转子叶片的压力侧。在这种实现方式中，可以在转子叶片表面、安装带的侧面和扰流器的下面（即布置成朝向转子叶片表面的扰流器表面）之间形成腔穴。然而，水、雪或冰晶会聚集在这种腔穴中，并且会导致损伤（例如，如果所聚集的水冻结或膨胀）或降低转子叶片的性能（由增加的重量所导致的）。因此，在本发明的另一实施例中，闭合的扰流器优选包括多个排泄孔，以从扰流器主体、安装带和转子叶片表面形成的腔穴中排出液体。排泄孔可以不过是扰流器一端（例如外端）的开口，从而通过叶片转动时作用在排泄孔上的离心力可以除去所有聚集的水。或者，排泄孔可以包括沿安装带特意形成的间隙。

为了获得最佳的空气动力特性，转子叶片表面应该尽可能平滑。因此附接到转子叶片表面的安装带优选是薄的，并且粘合层优选也是薄的。然而，这种薄的安装带可能并不特别牢固。因此，在本发明的优选实施例中，转子叶片包括凹部，该凹部至少沿转子叶片表面的将安装扰流器的长度延伸，该凹部被实现为至少部分容纳安装带。例如，凹部可以包括扁平凹槽（也许是几毫米深），从而粘合层可以覆盖凹部的“地面”并且从而可以将安装带压入所述凹部中。优选地，安装带被容纳在所述凹部中，从而使得安装带的外表面与叶片转子表面平齐。为此，凹部的深度被选择为容纳一定粘合层厚度和一定安装带厚度。

附图说明

根据下文的详细描述，并结合附图考虑，本发明的其它目的和特征将变得明显。然而，应该理解，附图仅是出于示例说明的目的而设计的，不应作为对本发明的限制。

图1示出了风力涡轮机的转子叶片；

图2示出了根据本发明第一实施例的扰流器的横截面；

图3示出了根据本发明第二实施例的扰流器的横截面；

图4示出了根据本发明第三实施例的扰流器的横截面；

图5示出了根据本发明第四实施例的扰流器的横截面；

图6示出了根据本发明第五实施例的扰流器的横截面；

图7示出了根据本发明的扰流器的示意图；

图8示出了根据本发明的风力涡轮机。

附图中，相同的附图标记始终表示相同的对象。图中的对象不一定是按比例绘制的。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机的转子叶片4。转子叶片4包括根部端44，所述根部端44通常具有圆形横截面并且附接到风力涡轮机轮毂的相应轴承。在从根部44到肩部区域45的过渡部分，叶片变得较宽和较扁平，之后朝向尖端46逐渐变得较窄和较薄。叶片4的较长部分被成形为具有与翼面横截面类似的横截面，从而使得风可以驱动转子叶片4，转子继而使得轮毂（以及发电机转子）旋转。为此，叶片4具有“吸力侧”40和“压力侧”，吸力侧40具有在叶片4转动时面向下风侧的实质上凸形的表面，压力侧具有当叶片4转动时面向迎风侧的实质上凹形的表面。当空气移动时出现的涡流或扰动会导致额外的不期望阻力和不适宜程度的噪声。当叶片4转动时，一个长缘43（前缘43）领先，而另一个长缘42“尾随”，因此被称作尾缘。

图2示出了根据本发明第一实施例的扰流器1的横截面。这里，扰流器1包括开口扰流器主体10A和两个安装带11A、12A，它们通过例如挤压成型制成为一个实体。扰流器1通过安装带11A、12A和转子叶片4外表面之间的粘合层2附接到转子叶片4上。为了保护粘合层2不受天气影响，浆液条3可被施加成作为用于粘合剂2的保护密封。在此例子中，扰流器1被安装到转子叶片4的压力侧40上。由于扰流器1具有相对高的挠性，因此能够适应转子叶片表面40典型的曲率变化。

图3示出了根据本发明第二实施例的扰流器1的横截面。这里，扰流器1包括闭合扰流器主体10B和形成为从扰流器主体10B突起的两个安装带11B、12B。同样，扰流器1通过安装带11B、12B和转子叶片4压力侧40之间的粘合层附接到转子叶片4上。可以形成第一安装带11B，从而使得扰流器主体10B的上表面与转子叶片表面以平滑过渡的方式（即没有任何明显的“拐角”）相遇，以便空气在所结合的转子/扰流器表面上平滑地穿过。这类扰流器的外端（图中未示出）可以是开口的，以防止雨水在扰流器主体10B和转子叶片表面40之间的腔穴中聚集。

图4示出了根据本发明第三实施例的扰流器1的横截面。这里，扰流器1包括开口扰流器主体10C，该扰流器主体10C由两个元件制成，即空气动力元件14和增强元件15。空气动力元件14包括单个弯曲表面并且延续到第一安装带11A中。增强元件15包括单个扁平条并且以某一角度延续到第二安装带12C。第一安装带11A通过粘合层2胶合到转子叶片表面，同时第二安装带11C通过合适的紧固件9栓接或拧到转子叶片表面40上。

图5示出了根据本发明第四实施例的扰流器1的横截面。这里，扰流器1包括与上面图2所示的扰流器主体类似的开口扰流器主体10D，和附接到转子叶片4的压力侧40的第一安装带11A。第一安装带11A位于凹部6中，该凹部6足够深，以容纳第一安装带11A和粘合层2。在此实施例中，第二安装带12D通过螺栓9或螺钉9附接到转子叶片4的钝的尾缘42上。根据本发明的这种扰流器1实现方式尤其易于安装到转子叶片上。

图6是根据本发明第五实施例的扰流器1的横截面，其具有与以上图5所示的结构类似的开口扰流器主体10E。这里，叶片4的尾缘不是钝的，因此对于安装目的来说太窄了，从而第二安装带12D转而附接到转子叶片4的吸力侧。安装带11A、12D和扰流器主体10E的挠性特性使得扰流器1适应于转子叶片4的各种弯曲表面。

图7示出了根据本发明的扰流器（例如图5或图6的扰流器）的示意图，该扰流器在叶片4的压力侧40上的开口扰流器主体和第一安装带11A，以及在叶片4的尾缘或吸力侧上的第二安装带（未示出）。如图所示，扰流器1可以在叶片4翼面部分方向上遵循从靠近叶片4根部44的区域沿过渡或肩部区域45的曲线形状。由于扰流器主体和安装带的挠性实现方式，使得这种弯曲形状成为可能。

图8示出了根据本方面的风力涡轮机。这里，将扰流器1安装到叶片4上，或者在维护步骤对已存在的扰流器1进行维修或替换。发电机已停止工作，因而轮毂不转动，并且因而将工作的叶片4指向下方。工程技术人员8已下降到该叶片4的肩部区域，并且可以增加、替换或移除扰流器。由于因扰流器主体和安装带的挠性特性可以将扰流器容易地附接到转子叶片4，因此维护过程可以很简短，从而可以有利地最小化风力涡轮机5的停机时间。

尽管以优选实施例和优选实施例的变型的方式公开了本发明，但是应该理解，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行许多额外的改进和变型。

为清楚起见，应注意，本申请中使用的表示英语不定冠词的用语“一”并不排除多个，并且用语“包括”并不排除其它步骤或元件。

Claims (13)

1.一种用于风力涡轮机（5）的转子叶片（4）的扰流器（1），所述扰流器（1）包括：

扰流器主体（10C），所述扰流器主体（10C）包括空气动力元件和被布置为从所述空气动力元件向外突起的增强元件；以及

沿所述扰流器主体（10C）的第一纵向缘（13A）布置的第一安装带（11A）和沿所述扰流器主体（10C）的第二纵向缘（13B）布置的第二安装带（12C），用于将所述扰流器（1）安装到所述转子叶片（4）的表面（40、42）上，其中，所述第一安装带（11A）和所述第二安装带（12C）被实现为适应于所述转子叶片的表面（40、42）的曲率；

其中，所述扰流器主体（1）、所述第一安装带（11A）和所述第二安装带（12C）被形成为单个实体；并且

其中，所述第一安装带（11A）与所述空气动力元件连接，并且所述第二安装带（12C）与所述增强元件连接，使得所述第二安装带（12C）被所述空气动力元件隐藏而不暴露于空气流并且被用紧固件附接到所述转子叶片，同时所述第一安装带（11A）被用粘合层附接到所述转子叶片，从而能够在转子叶片表面和扰流器表面之间获得平滑过渡部分。

2.根据权利要求1所述的扰流器，包括：沿所述扰流器主体（10A、10B、10C、10D、10E）的第一纵向缘（13A）布置的第一安装带（11A、11B）和沿所述扰流器主体（10A、10B、10C、10D、10E）的第二纵向缘（13B）布置的第二安装带（12A、12B、12C、12D）。

3.根据权利要求1或2所述的扰流器，其中，安装带（11A、11B、12A、12B、12C、12D）包括所述扰流器主体（10A、10C、10D、10E）的成角度延伸部。

4.根据权利要求1或2所述的扰流器，其中，安装带（11A、11B、12A、12B、12C、12D）被布置为安装到所述转子叶片（4）的压力侧（40）上。

5.根据权利要求1或2所述的扰流器，其中，安装带（11A、11B、12A、12B、12C、12D）被布置为安装到所述转子叶片（4）的尾缘（42）上。

6.根据权利要求1或2所述的扰流器，其中，所述扰流器（1）包括闭合的扰流器主体（10B）。

7.根据权利要求6所述的扰流器，包括：布置在一个扰流器主体表面上的第一安装带（11B）和第二安装带（12B），所述扰流器主体表面被设置为朝向转子叶片表面（40）。

8.根据权利要求1或2所述的扰流器，其是利用挤压成型、铸造、注塑成型中的任一种制造的。

9.一种用于风力涡轮机（5）的转子叶片（4），包括权利要求1至8之一所述的扰流器（1），所述扰流器（1）被安装到所述转子叶片（4）的表面（40、42）上。

10.根据权利要求9所述的转子叶片，包括处于安装带（11A、11B、12A、12B、12C、12D）和所述转子叶片表面（40、42）之间的粘合层（2），该粘合层（2）用于粘合连接到所述转子叶片表面（40、42）。

11.根据权利要求9或10所述的转子叶片，包括在转子叶片表面（40）中的凹部（6），所述凹部（6）被实现为至少部分地容纳安装带（11A、12C）。

12.根据权利要求11所述的转子叶片，其中，安装带（11A、12C）被容纳在所述凹部（6）中，从而使得所述安装带（11A、12C）的外表面与所述转子叶片表面（40）平齐。

13.一种风力涡轮机（5），包括附接到轮毂（7）的多个转子叶片（4），其中，至少一个转子叶片（4）包括权利要求1至8之一所述的扰流器（1），所述扰流器被安装到该转子叶片（4）的表面（40、42）上。