[发明专利]包含具有不变横截面的尾缘的风力涡轮机转子叶片

说明书

技术领域

本发明涉及用于叶片的至少一部分的剖面系列，其包括数个描述 为垂直于叶片纵轴线的叶片轮廓的剖面。本发明还涉及剖面系列的设 计方法以及以这种剖面系列为特征的叶片。

背景技术

用于飞机、直升机、风力涡轮机等的叶片或翼由剖面系列构成， 其描述了叶片/翼沿其长度方向的不同位置的横截面。这些剖面的确定 是基于诸如特定高/宽比下的最佳升力系数这样的参数的，或者对于风 力涡轮机的叶片，更普遍地是为了在特定的转速下提供最大的功率产 额。飞机的翼通常基于所有的横截面的外形相同但尺寸不同限定。风 力涡轮机的叶片不是这样的，其通常建立在一剖面系列上，所述剖面 系列在叶片的整个长度上具有多个不同的剖面，要在不同的剖面之间 进行插值或调和(blend)以便在这些剖面之间提供平滑过渡。这例如 在US-A1-4408 958(Schacle)的情况下，描述了用于风力涡轮机叶 片的翼面系列，其中最外部翼面为具有相对较低提升系数的传统翼面。 另一翼面的前边缘和后边缘由此进一步转动靠近毂。

无论是在叶片的设计、制造中，还是在其使用中，都存在与叶片 后边缘有关的特殊问题或考虑。因此，已知可将叶片设计成具有根据 需要被制成例如非常尖锐、锯齿状的后边缘，具有装配在叶片上的非 常小的剖面，或具有主要是为了减少叶片噪声的特殊表面。

此外，在运行过程中，叶片上的后边缘会暴露于大的失效载荷， 这会引起更多的磨损，继而需要得到修理。这是不方便的，特别是在 风力涡轮机叶片的情况下，这种修理不仅导致在较长的时间周期内功 率的产生不连续，而且还导致需要使用诸如起重机或直升机这样的提 升装置来修补损伤，除非实际上需要对叶片进行更换。

飞机和风力涡轮机的翼/叶片通常由叶片壳体构成，所述叶片壳体 最常见地是通过前边缘和后边缘处的接缝以胶粘的方式结合在一起。 在制造过程中，使壳体相互胶粘，并沿着清洗和上漆过的接缝将翼/ 叶片砂磨至所要求的程度。或者，可以如在EP 1184566中描述的那样， 通过贯穿翼/叶片的展开部分的主要部分围绕叶片壳体的后边缘牢固 夹紧的金属剖面将叶片壳体保持在一起。后边缘的最终构造因此存在 相当大的不准确性和大的公差，生产过程也是工作密集和费时的，而 且就胶粘的叶片部分而言，会因为砂磨过程中的灰尘而产生与工作环 境有关的问题。

此外，剖面/叶片的后边缘构成了一个相当易碎的部件，其在例如 运输和装配过程中易于和频繁地受损。

发明内容

本发明的目的是提供用于叶片的剖面系列，其具有良好的空气动 力学特性和涉及叶片后边缘构造的其他优点。

因此，本发明涉及用于叶片的至少一部分的剖面系列，其包括数 个描述为垂直于叶片纵轴线的叶片所需轮廓的不同剖面，其中所述剖 面系列中的至少一些剖面包含大致相同的剖面后边缘，所述剖面后边 缘描述了叶片后边缘的至少一部分。这使得能够以简单的方式将后边 缘制造成叶片整个长度或较长长度上的一个整体件，这样作是有利的， 因为从此能够例如采用拉挤成型或挤压成形工艺方便、廉价地制造后 边缘。通过独立地制造叶片后边缘，其构造和尺寸可以得到精确控制， 而这些对于现有的制造方法来说是极其困难和高成本的。所生产的叶 片后边缘因此能够被装配在叶片的其他部分上，或可选择地与叶片其 他部分一体地模制而成，从而能够避免传统生产过程中的费时和高成 本的生产阶段，诸如砂磨和上漆。类似地，本发明使得叶片的后边缘 能够用与叶片本身不同的另一种材料制成。例如，较轻的材料，从而 能够显著地减少叶片的总重量；或者柔性材料，诸如橡胶。选用后者 是有利的，因为一方面减少了叶片在使用时发出的噪声，另一方面使 得后边缘总体来说不太容易受到与运输和处理有关的刮伤和损伤。万 一后边缘损坏或磨损，其更换也比较简单。通过将后边缘构造成应用 在叶片结构的其他部分上的独立部件，还可以显著地减小后边缘上的 应力和拉力，叶片结构由此总体上得到了显著增强。此外，上述后边 缘还可以有利地根据猫头鹰翅膀(owl’s wing)的原理与叶片结合。此 时，由于柔性材料纤维以伸出后边缘的方式被施加到叶片上，因此叶 片的噪音排放量显著减小。这种叶片的主要缺陷是这种纤维或柔性材 料磨损地很快，因此需要得到维护或更换。然而，当使用具有根据本 发明的后边缘的叶片时，这就不再是主要问题了，因为在必要的时候 能够简单、快捷地更换叶片的整个后边缘。