CN106471246A - 用于空气动力学壳体扩展件的附接的型材楔形件 - Google Patents

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Abstract

描述了一种风力涡轮机叶片组件，其包括具有尖端和根端以及前缘和后缘的风力涡轮机叶片，前缘和后缘具有在其间延伸的弦长。风力涡轮机叶片组件还包括空气动力学壳体扩展件，空气动力学壳体扩展件包括用于附接到风力涡轮机叶片的轮廓的后缘侧的主体，主体具有第一端和第二后缘端，第一端用于附接到所述轮廓的后缘侧，第二后缘端形成用于风力涡轮机叶片的轮廓的一部分的扩展的翼型后缘轮廓。空气动力学壳体扩展件至少部分地使用至少一个型材楔形件附接到风力涡轮机叶片，所述至少一个型材楔形件成形为用于补偿风力涡轮机叶片的几何形状。

Description

用于空气动力学壳体扩展件的附接的型材楔形件
技术领域
本发明涉及一种包括风力涡轮机叶片和空气动力学壳体扩展件的风力涡轮机叶片组件。本发明还涉及一种相关的制造方法。
背景技术
空气动力学外壳——也称为空气动力学壳体或整流罩——可以用于试图为风力涡轮机叶片的多个部分呈现更符合空气动力学的翼型轮廓。国际专利申请公开WO 2013/092852示出了一种风力涡轮机叶片组件，其中叶片部分安装在圆柱形叶片扩展件部分上，该组件具有用于将圆柱形扩展件有效地转换成具有翼型轮廓的叶片部分的空气动力学壳体。
然而，虽然这种空气动力学壳体的使用可以改善风力涡轮机叶片部分的空气动力学性能，但是它们也会在一般风力涡轮机叶片结构中引入关于应力和应变分布方面的附加复杂性。特别地，由空气动力学壳体部分的端部形成的扩展的后缘在风力涡轮机操作期间定期地经受相对高的应力水平。因此，需要增加水平的加强材料以防止空气动力学壳体的失效，但这增加了使用这种空气动力学壳体的风力涡轮机叶片的最终重量和成本。
WO 2011/157849公开了一种叶片，其设置有用于叶片的外侧部分的预制后缘部分。在一个实施例中，该预制部分设置有在该部分的表面中形成的具有0mm至10mm的深度的通道，目的是使噪声最小化。
EP 1 338 793公开了一种叶片，其在叶片的外侧部分处设置有后缘锯齿以使噪声排放最小化。
WO 2010/043647公开了一种叶片，其沿着叶片的外侧部分设置有多个后缘部分，例如后缘襟翼，并且这些后缘部分是可单独控制的。
本发明的目的是提供一种相对柔性的空气动力学壳体结构，其被布置成当作为风力涡轮机叶片结构的一部分安装时更好地承受操作应力和应变。
发明内容
因此，提供了一种风力涡轮机叶片组件，其包括具有尖端和根端以及前缘和后缘的风力涡轮机叶片，其中前缘和后缘具有在其间延伸的弦长，
其中风力涡轮机叶片组件还包括空气动力学壳体扩展件，所述空气动力学壳体扩展件包括：
用于附接到风力涡轮机叶片的轮廓的后缘侧的主体，所述主体具有第一端和第二后缘端，第一端用于附接到所述轮廓的后缘侧，第二后缘端形成用于风力涡轮机叶片的轮廓的一部分的扩展的翼型后缘轮廓，其中
所述空气动力学壳体扩展件至少部分地使用至少一个型材楔形件（profile wedge）附接到所述风力涡轮机叶片，所述至少一个型材楔形件成形为用于补偿所述风力涡轮机叶片的几何形状。
“补偿几何形状”意指型材楔形件局部地改变叶片的几何形状，以对空气动力学壳体扩展件的主体提供更好的附接表面。因此，可以减小空气动力学壳体扩展件与风力涡轮机叶片之间的连接部上的应变或载荷。
型材楔形件优选地设置为具有基本上楔形横截面的纵向延伸件。
型材楔形件有利地布置在空气动力学壳体扩展件与风力涡轮机叶片之间，使得其在朝向叶片的前缘的方向上是渐缩的。因此，与直接在风力涡轮机上的附接相比，型材楔形件将附接表面改变至更小的角度，继而提供了降低所述连接部上的应变或载荷的简单方法。
在有利的实施例中，空气动力学壳体扩展件通过两个型材楔形件附接至风力涡轮机叶片。
型材楔形件有利地包括用于附接至风力涡轮机叶片的表面的内附接表面和用于附接至空气动力学壳体扩展件的外表面。
在第一有利实施例中，内附接表面具有第一曲率半径而外附接表面具有第二曲率半径，其中第一曲率半径小于第二曲率半径。因此，型材楔形件提供了用于附接的更平坦的表面，这特别是对于胶粘结合而言降低了连接部上的应变或载荷。
在第二有利实施例中，外附接表面具有比内附接表面更大的表面。因此，型材楔形件增大了结合表面，这继而提供了空气动力学壳体扩展件与风力涡轮机叶片之间的更强的胶粘结合。
在第三有利实施例中，外附接表面是基本上平面形的或平坦的。
叶片的内侧部件或部分优选地具有基本上圆柱形的部分，例如具有圆形、椭圆形或卵形横截面的部分。叶片的内侧部件或部分可以优选地形成为叶片的承载结构，并且可以进一步有利地形成为叶片扩展件，例如用于具有内侧扩展部分和外侧叶片部分的组装叶片。
叶片的内侧部件或部分有利地沿小于叶片的总长的40%、优选地小于35%延伸。因此，扩展件适于布置在从叶片的根端观察的叶片的内侧40%或35%内。
在一个有利实施例中，内侧部分是叶片扩展件。
在另一个有利实施例中，型材楔形件与风力涡轮机叶片一体地形成。
型材楔形件优选地形成为复合结构，例如芯材，如包裹在纤维加强蒙皮中的轻木或泡沫聚合物。
在一个实施例中，所述主体包括从所述第二后缘端延伸到朝向所述第一端定位的点的多个狭缝。
根据本发明，空气动力学壳体扩展件优选地适于装配到风力涡轮机叶片的轮廓的内侧部分。
叶片的内侧部件或部分优选地具有基本上圆柱形的部分，例如具有圆形、椭圆形或卵形横截面的部分。叶片的内侧部件或部分可以优选地形成为叶片的承载结构，并且可以进一步有利地形成为叶片扩展件，例如用于具有内侧扩展部分和外侧叶片部分的组装叶片。
提供开缝或开槽的扩展件允许扩展件的结构中具有一定程度的柔性，从而减少沿着扩展件的后缘端经受的应变水平。将理解的是，扩展件包括用于提供风力涡轮机叶片的一部分的改进的空气动力学轮廓的空气动力学壳体或整流罩。
优选地，所述多个狭缝形成为：所述狭缝的尺寸不会显著地影响扩展件的区域中的空气动力学性能。狭缝布置成对风力涡轮机叶片的正常操作而言在空气动力学上不重要。将理解的是，在空气动力学上不重要被认为意味着狭缝的尺寸相对于（例如在噪声、升力/阻力等方面）影响风力涡轮机叶片轮廓的空气动力学性能所需的尺寸要小。
扩展件可以有利地设置为均匀的结构。扩展件还可以设置为无源装置，即设置为没有用于控制叶片的空气动力学形状的有源部件的结构。
叶片的内侧部件或部分有利地沿小于叶片的总长的40%、优选地小于35%延伸。因此，扩展件适于布置在从叶片的根端观察的叶片的内侧40%或35%内。
在第一方面，每个狭缝的宽度小于狭缝区域中的边界层高度。在第二方面，每个狭缝的宽度小于狭缝区域中的层状子层的高度。
优选地，所述多个狭缝限定狭缝的相对边缘之间的间隙，其中所述间隙的宽度小于50mm，更优选地小于25mm。在一个实施例中，狭缝具有约15mm的间隙宽度。
附加地或替代地，空气动力学壳体扩展件包括设置在由所述多个狭缝限定的间隙中或上方的柔性材料。柔性材料可以包括可用于覆盖或密封间隙而不显著地影响空气动力学壳体扩展件的结构特性的任何合适的材料，例如橡胶、柔性塑料材料、帆布等。
附加地或替代地，空气动力学壳体扩展件包括设置在由所述多个狭缝限定的间隙处的刷子或刷毛。在狭缝处使用刷毛或刷子可以用于覆盖由狭缝限定的间隙，并且减少可能由在后缘处存在狭缝而导致的任何不利的空气动力学影响。
优选地，所述多个狭缝沿着从所述后缘端朝向所述第一端的所述空气动力学壳体扩展件的主体的深度或弦向长度的至少50%形成，优选地沿着从所述后缘端朝向所述第一端的主体的深度的50%至90%形成，优选地沿着从所述后缘端朝向所述第一端的主体的深度的大约80%形成。
优选地，空气动力学壳体扩展件包括形成扩展的翼型后缘轮廓的压力侧的压力侧面板和形成扩展的翼型后缘轮廓的吸力侧的吸力侧面板，其中，空气动力学壳体扩展件还包括位于扩展件的主体内部的加强元件，加强元件优选地在所述压力侧面板和所述吸力侧面板之间延伸。
将理解的是，空气动力学壳体扩展件可以包括具有相对凹入的外表面的压力侧面板，以形成后缘轮廓的外部压力侧表面的一部分。附加地或替代地，将理解的是，空气动力学壳体扩展件可以包括具有相对凸出的外表面的吸力侧面板，以形成后缘轮廓的外部吸力侧表面的一部分。
优选地，所述加强元件包括隔板，隔板优选地与扩展件的弦向方向对齐。将理解的是，在所述隔板中可以设置孔，例如以提供排水、压力平衡等。
优选地，加强元件被布置为：邻近所述多个狭缝中的每个狭缝都定位有加强元件；更优选地，加强元件布置成使得一对加强元件邻近所述多个狭缝中的狭缝定位，其中所述一对加强元件位于狭缝的两侧。
通过将加强元件或隔板定位在狭缝的两侧，因此空气动力学壳体扩展件被布置为沿着风力涡轮机叶片部分的长度的多个部分。
优选地，所述多个狭缝沿着扩展件的翼展方向长度彼此间隔开。
优选地，所述多个狭缝在相邻狭缝之间间隔开约1米至5米，更优选地在相邻狭缝之间间隔开约2米至3米。
在一个方面，风力涡轮机叶片包括外侧叶片部分和内侧扩展部分，其中所述空气动力学壳体扩展件沿着内侧扩展部分的一部分布置。
将理解的是，外侧叶片部分可以相对于内侧扩展部分可俯仰运动，例如使用设置在内侧扩展部分的外端处的叶片俯仰机构来进行。
优选地，内侧扩展部分包括基本上圆柱形的叶片扩展件。
通过提供空气动力学壳体扩展件以提供圆柱形叶片扩展件的扩展的后缘，可以提高内侧叶片扩展件的空气动力学性能。
优选地，空气动力学壳体扩展件至少部分地使用至少一个型材楔形件附接到风力涡轮机叶片，所述至少一个型材楔形件成形为用于补偿风力涡轮机叶片的几何形状。
优选地，所述至少一个型材楔形件被成形为为空气动力学壳体扩展件提供基本上平面形的结合表面。
将理解的是，风力涡轮机叶片可以包括成形表面或弯曲表面，其中型材楔形件成形为对应于所述成形表面或弯曲表面。
在扩展件附接到基本上圆柱形的叶片扩展件上的情况下，优选地，型材楔形件包括附接到扩展件的第一平面形表面和附接到叶片扩展件的第二凹入弯曲表面。
还提供了一种风力涡轮机，其包括如上述实施例中任一个所述的风力涡轮机叶片或风力涡轮机叶片组件。
还提供了一种具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片部分的组装方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有前缘侧和后缘侧的风力涡轮机叶片部分；
提供空气动力学壳体扩展件的压力侧面板；
提供空气动力学壳体扩展件的吸力侧面板；
将第一型材楔形件附接到所述风力涡轮机叶片部分的第一侧；
至少部分地使用所述第一型材楔形件将所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第一面板附接到所述风力涡轮机叶片部分；
将第二型材楔形件附接到所述风力涡轮机叶片部分的第二侧；以及
至少部分地使用所述第二型材楔形件将所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第二面板附接到所述风力涡轮机叶片部分，其中所述压力侧面板和所述吸力侧面板形成用于所述风力涡轮机叶片部分的空气动力学壳体后缘延伸部。
优选地，该方法还包括将加强元件附接到所述面板的所述第一面板的步骤；优选地，所述加强元件包括隔板。
优选地，附接所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第二面板的所述步骤包括将所述第二面板附接到所述加强元件。
优选地，该方法还包括以下步骤：将所述空气动力学壳体后缘延伸部从后缘端切割到朝向所述风力涡轮机叶片部分定位的点。
还提供了一种制造用于风力涡轮机叶片的轮廓的一部分的空气动力学壳体扩展件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供用于附接到风力涡轮机叶片的一部分的后缘、优选为风力涡轮机叶片的内侧部分的后缘的加固空气动力学壳体扩展件，所述扩展件具有第一端和第二后缘端，第一端用于附接到所述轮廓的后缘，第二后缘端形成用于风力涡轮机叶片的轮廓的所述一部分的扩展翼型后缘轮廓；以及
在所述加固空气动力学壳体扩展件中提供多个狭缝，所述多个狭缝中的每一个从所述第二后缘端延伸到朝向所述第一端定位的点。
优选地，提供狭缝的所述步骤包括在所述加固扩展件中从所述后缘端朝向所述第一端进行切割。
优选地，提供加固扩展件的所述步骤包括通过浸渍模制工艺形成扩展件主体。
优选地，所述狭缝形成为：所述狭缝的尺寸不显著地影响空气动力学壳体扩展件的区域中的空气动力学性能。狭缝布置成对风力涡轮机叶片的正常操作而言在空气动力学上不重要。将理解的是，在空气动力学上不重要被认为意味着狭缝的尺寸相对于例如在噪声、升力/阻力等方面影响风力涡轮机叶片轮廓的空气动力学性能所需的尺寸要小。
在第一方面，进行切割的步骤被配置为：通过切割形成的每个狭缝的宽度小于每个狭缝的区域中的边界层高度。在第二方面，优选地在风力涡轮机叶片的设计点处，每个狭缝的宽度小于每个狭缝的区域中的层状子层的高度。
优选地，进行切割的步骤被配置为：狭缝在狭缝的相对边缘之间具有小于50mm、优选小于25mm的间隙。在一个实施例中，狭缝具有约15mm的间隙宽度。
优选地，该方法包括在由所述多个狭缝限定的间隙中或上方布置柔性材料和/或在由所述多个狭缝限定的间隙处设置刷子或刷毛的步骤。柔性材料和/或刷子或刷毛可以包括可用于覆盖或密封间隙而不显著影响空气动力学壳体扩展件的结构特性的任何合适的材料，例如橡胶、柔性塑料材料、帆布等。
优选地，进行切割的步骤被配置为：所述多个狭缝沿着从后缘端朝向第一端的加固扩展件的深度或弦向长度的至少50%形成，优选地沿着从后缘端朝向第一端的加固扩展件的深度的50%至90%形成，优选地沿着从后缘端朝向第一端的加固扩展件的深度的大约80%形成。
优选地，进行切割的步骤包括在所述加固扩展件中形成、优选地钻孔形成至少一个孔，优选地为基本上圆形的孔，以及将所述加固扩展件的主体从后缘端切割到所述至少一个孔。
可替代地，形成至少一个孔的步骤可以在制造加固扩展件时进行，例如通过在模制过程中使用插入件来进行。
优选地，该方法包括在所述至少一个孔上或上方提供柔性材料和/或刷子或刷毛的步骤。
优选地，执行切割或狭缝的步骤被配置成：空气动力学壳体扩展件的主体上的狭缝沿着扩展件的翼展方向长度彼此间隔开。
优选地，狭缝在相邻狭缝之间间隔开约1米至5米，更优选地在相邻狭缝之间间隔开约2米至3米。
优选地，提供加固空气动力学壳体扩展件的步骤包括：
提供压力侧面板和提供吸力侧面板，所述面板形成主体;
在空气动力学壳体扩展件的主体内部提供加强元件，加强元件在相对的压力侧面板和吸力侧面板之间延伸。
优选地，加强元件包括隔板元件。
优选地，提供压力侧面板和吸力侧面板的步骤包括提供夹层板。
优选地，空气动力学壳体扩展件至少部分地使用型材楔形件附接到风力涡轮机叶片轮廓，其中所述型材楔形件被成形为为空气动力学壳体扩展件提供基本上平面形的结合表面。型材楔形件优选地设置为具有基本上楔形的横截面的纵向延伸件。
将理解的是，风力涡轮机叶片轮廓包括成形表面或弯曲表面，其中所述型材楔形件成形为对应于所述成形表面或弯曲表面。
优选地，风力涡轮机叶片轮廓包括基本上圆柱形的叶片扩展件。 在这种情况下，型材楔形件优选地包括附接到所述扩展件的平面形表面和附接到所述圆柱形叶片扩展件的凹入弯曲表面。
还提供了一种制造用于风力涡轮机叶片的轮廓的一部分的空气动力学壳体扩展件的方法，所述方法包括以下步骤：
提供压力侧面板；
提供吸力侧面板；
将多个加强元件附接到所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第一面板；以及
将所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第二面板附接到所述多个加强元件和所述第一面板，以形成加固空气动力学壳体扩展件。
优选地，加固空气动力学壳体扩展件包括要附接到风力涡轮机叶片的一部分的第一端并且包括第二后缘端，以形成用于风力涡轮机叶片的轮廓的所述一部分的扩展的翼型后缘轮廓，其中该方法包括以下步骤：将所述加固空气动力学壳体扩展件从所述第二后缘端切割到朝向所述第一端定位的点，以在所述空气动力学壳体的主体中提供多个狭缝，从而形成柔性空气动力学壳体扩展件。
优选地，所述多个加强元件包括隔板。
附图说明
现在将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中：
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示出了从上方和侧面观察的图2的风力涡轮机叶片的示意图；
图5至图8示出了根据本发明的一个方面的用于制造柔性空气动力学壳体扩展件的方法的一系列步骤的等轴测透视图；
图9示出了根据本发明的一个方面的具有空气动力学壳体扩展件的风力涡轮机叶片部分的横截面图；以及
图10示出了根据本发明的型材楔形件的横截面图。
将理解的是，本发明的不同实施例中共同的元件在附图中设有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了根据所谓的“丹麦概念”的常规的现代迎风式风力涡轮机2，其具有塔部4、机身6和具有大致水平的转子轴的转子。转子包括毂部8和从毂部8径向延伸的三个叶片10，每个叶片10具有最靠近毂部的叶片根部16和最远离毂部8的叶片尖端14。转子具有用R表示的半径。
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具有传统的风力涡轮机叶片的形状，并且包括：最靠近毂部的根部区域30；最远离毂部的成型或翼型区域34；以及位于根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。叶片10包括前缘18和后缘20，当叶片安装在毂部上时，前缘18面向叶片10的旋转方向，并且后缘20面向前缘18的相反方向。
翼型区域34（也称为成型区域）具有关于升力的产生方面的理想或近乎理想的叶片形状，而根部区域30由于结构方面的考虑则具有大致圆形或椭圆形横截面，例如使得能够将叶片10更容易且安全地安装至毂部。根部区域30的直径（或弦）一般是沿着整个根部区域30恒定的。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状40向翼型区域34的翼型轮廓50逐渐变化的过渡轮廓42。过渡区域32的弦长一般随着距毂部的距离r增加而大致线性地增加。
翼型区域34具有翼型轮廓50，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。弦的宽度随着距毂部的距离r增加而减小。
应当注意，叶片的不同区段的弦通常不位于共同的平面内，因为叶片可能扭转和/或弯曲（即，预弯），从而提供具有相应地扭转和/或弯曲的线路的弦平面，这最常见的是为了根据距毂部的半径补偿叶片的局部速度的情况。
图3示出了通过各种参数描绘的风力涡轮机的典型叶片的翼型轮廓50的示意图，这些参数一般用来限定翼型的几何形状。翼型轮廓50具有压力侧52和吸力侧54，压力侧52和吸力侧54在使用期间（即在转子的旋转期间）通常分别面向迎风（或逆风）侧和背风（或顺风）侧。翼型轮廓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。翼型轮廓50具有厚度t，厚度t限定为压力侧52与吸力侧54之间的距离。翼型的厚度t沿着弦60变化。与对称式轮廓的偏离由拱形线62表示，拱形线62是穿过翼型轮廓50的中位线。该中位线能够通过绘制从前缘56到后缘58的内切圆而得到。该中位线遵循这些内切圆的中心，并且与弦60的偏离或距离称为拱高f。也可以通过使用称为上拱高（或吸力侧拱高）和下拱高（或压力侧拱高）的参数来限定不对称性，其中上拱高和下拱高分别限定为从弦60到吸力侧54和压力侧52的距离。
翼型轮廓通常通过下列参数来表征：弦长c、最大拱高f、最大拱高f的位置df、最大翼型厚度t（其为沿着中位拱线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）。这些参数一般限定为与弦长c之比。因此，局部相对叶片厚度t/c给定为局部最大厚度t与局部弦长c之比。另外，最大压力侧拱高的位置dp可以用作设计参数，当然最大吸力侧拱高的位置也可以用作设计参数。
图4示出了叶片的一些其他几何参数。叶片具有总叶片长度L。如图2所示，根端位于位置r = 0处，并且尖端位于r = L处。叶片的肩部40位于位置r = Lw处并且具有肩宽W，其中肩宽W等于肩部40处的弦长。根部的直径限定为D。另外，叶片设置有预弯曲，预弯曲限定为Δy，其对应于相对于叶片的俯仰轴线22的平面外偏转。
风力涡轮机叶片10通常包括由纤维加强的聚合物制成的壳体，并且一般制造为沿着结合线28胶接在一起的压力侧或逆风侧壳体部件24和吸力侧或顺风侧壳体部件26，其中结合线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加强塑料材料例如玻璃纤维和/或碳纤维制成，这些材料布置在模具中并且用树脂固化以形成实心结构。当代的风力涡轮机叶片通常能够超过30或40米长，具有数米长的叶片根部直径。风力涡轮机叶片通常为了相对较长的寿命并且为了承受显著的结构载荷和动态载荷而设计。
风力涡轮机叶片10包括柔性空气动力学壳体扩展件，柔性空气动力学壳体扩展件附接到叶片的一部分以提供叶片的所述一部分的经调节的空气动力学轮廓。空气动力学壳体扩展件优选地用于为叶片的所述一部分提供扩展的后缘轮廓。
在特别有利的实施例中，风力涡轮机叶片形成为风力涡轮机叶片组件，其包括外侧叶片部分和内侧叶片部分，内侧叶片部分包括叶片扩展件和设置在叶片扩展件上的空气动力学壳体扩展件以形成扩展件后缘，例如，如国际专利申请公开No.WO 2013/092852中所描述的。
参照图5至图9，示出了根据本发明的实施例的制造空气动力学壳体扩展件的方法。
参照图5，提供了叶片的圆柱形叶片扩展件70或根端部分。叶片扩展件70可以由任何合适的材料形成，例如，由钢或另一种金属材料形成的金属扩展件，或者形成为纤维复合结构的扩展件，例如使用悬在固化树脂基质中的玻璃纤维和/或碳纤维而形成。将理解的是，在替代实施例中，叶片扩展件可以被提供为具有椭圆形或不对称的横截面轮廓。
提供第一扩展件面板72以形成空气动力学壳体扩展件的第一外表面。第一面板72包括面向外的表面73a和相反的面向内的表面73b，表面73a用于形成空气动力学壳体扩展件的扩展后缘的外表面的一部分。
参照图5和图9，提供了第一型材楔形件74，用于将第一扩展件面板72附接到圆柱形叶片扩展件70的表面。第一型材楔形件74用于提供合适的附接表面，例如粘合剂结合表面，以允许容易地将第一扩展件面板72附接到叶片扩展件70。第一型材楔形件74可以包括延伸主体，该延伸主体布置成沿着期望将空气动力学壳体扩展件附接至的叶片扩展件70的纵向方向延伸，和/或型材楔形件74可以包括多个楔形元件，这些楔形元件附接在沿着扩展件70的长度的多个位置处。
楔形件74包括用于楔形件74附接到叶片扩展件70的表面的第一成形表面75a，其中第一成形表面75a成形为对应于叶片扩展件70的表面轮廓。例如，在图5的实施例中，楔形件74可以包括用于附接到圆柱形扩展件70的弯曲表面的单曲面75a，但是应当理解，型材楔形件74可以包括用于附接到具有相对更复杂结构（例如风力涡轮机叶片的过渡区域）的表面的双曲面。楔形件74还包括与所述第一成形表面75a相反地定位的第二平面形表面75b，其中楔形件74布置成使得第二平面形表面75b呈现为相对平坦的平面形表面，适于用作粘合剂结合表面。
型材楔形件74的第一成形表面75a优选地使用粘合剂结合附接到叶片扩展件70的表面，但是可以使用任何其它合适的附接方法，例如螺栓连接、铆接等。相应地，型材楔形件74的第二表面75b提供了结合表面，第一扩展件面板72的第一端72a可以优选地使用粘合剂结合附接到该结合表面，但是任何其它合适的附接方法都可以使用，例如螺栓连接、铆接等。相应地，图5示出了叶片扩展件70，其具有经由第一型材楔形件74附接的空气动力学壳体扩展件的第一扩展件面板72，其中第一扩展件面板72在面板72的第一端72a处附接到型材楔形件74，面板72的第二后缘端72b从扩展件70向远端突出。
在图6中，第二型材楔形件76附接在叶片扩展件70的与第一型材楔形件74相反的一侧。类似于第一型材楔形件74，第二型材楔形件76可以包括延伸主体，该延伸主体布置成沿着期望将空气动力学壳体扩展件附接至的叶片扩展件70的纵向方向延伸，和/或型材楔形件76可以包括多个楔形元件，这些楔形元件附接在沿着扩展件70的长度的多个位置处。
参照图9，第二楔形件76包括用于将楔形件76附接到叶片扩展件70的表面的第一成形表面77a，其中第一成形表面77a成形为对应于叶片扩展件70的表面轮廓。例如，在图5的实施例中，楔形件76可以包括用于附接到圆柱形扩展件72的弯曲表面的单曲面77a，但是应当理解，第二型材楔形件76可以包括用于附接到相对更复杂结构（例如风力涡轮机叶片的过渡区域）的表面的双曲面。楔形件76还包括与所述第一成形表面77a相反地定位的第二平面形表面77b，其中楔形件76布置成使得第二平面形表面77b呈现为相对平坦的平面形表面，适于用作粘合剂结合表面。型材楔形件76的第一成形表面77a优选地使用粘合剂结合附接到叶片扩展件70的表面，但是可以使用任何其它合适的附接方法，例如螺栓连接、铆接等。
提供了多个加强元件78，其被附接到第一面板72的面向内的表面73b，并且还可以附接到叶片扩展件72的表面。图6的加强元件78设置为平面形面板元件，优选为隔板元件。加强元件78可以形成为夹层板结构，例如具有诸如轻木或具有外表层的低密度泡沫的芯材，但是应当理解，加强元件78可以另外地或替代地以交替的形式设置，例如设置为内部桁架结构、张力线缆、金属板等。加强元件78可以利用任何合适的附接方法、优选地使用粘合剂结合而附接到第一面板72和/或叶片扩展件70。
参照图7，提供第二扩展件面板80以形成空气动力学壳体扩展件的第二外表面。第二面板80包括用于形成空气动力学壳体扩展件的延伸后缘的外表面的一部分的面向外的表面81a以及相反的面向内的表面81b。
通过优选地利用粘合剂结合将第二面板80的第一端80a固定到型材楔形件76的第二表面77b而将第二扩展件面板80附接到组件。因此，第二扩展件面板80的第二端80b布置成形成空气动力学壳体扩展件的第二外表面的后缘端。
虽然将理解第一和第二面板72、80可以布置成使得第二后缘端72b、80b会合以形成空气动力学壳体扩展件的相对尖锐的后缘，但在图7所示的实施例中，空气动力学壳体扩展件具有钝的后缘82，其中后缘面板84在第一扩展件面板72的第二后缘端72b与第二扩展件面板80的第二后缘端80b之间延伸。将理解的是，后缘面板84可以设置为用于附接到第一和第二面板72、80的第二后缘端72b、80b和/或用于在空气动力学壳体扩展件的后缘侧82附接到所述多个加强元件78的单独部件。还将理解，后缘面板84可以与第一和第二面板72、80中的一个一体地形成，和/或后缘面板84可以由从第一扩展件面板72的后缘端72b突出的第一面板部分和从第二扩展件面板80的后缘端80b突出的第二面板部分形成。
图7示出了具有以附图标记86表示的加固的空气动力学壳体扩展件的叶片扩展件70，加固的空气动力学壳体扩展件86形成叶片扩展件70的扩展的后缘轮廓。加固的空气动力学壳体扩展件86可以通过在加固的空气动力学壳体扩展件86的主体中设置后缘狭缝或槽而转化为柔性空气动力学壳体扩展件。
参照图8，多个狭缝88形成在加固的空气动力学壳体扩展件86的主体中，优选地通过在空气动力学壳体主体中进行切割、特别是从加固的空气动力学壳体扩展件86的后缘82到后缘面板84和第一和第二扩展件面板72、80中的切割来形成。狭缝88从加固的空气动力学壳体扩展件86的后缘82延伸，并且延伸到朝加固的空气动力学壳体扩展件86的第一和第二面板72、80的第一端72a、82a定位的点88a。附加地或替代地，狭缝88可以通过从狭缝88的端点88a朝向加固的空气动力学壳体扩展件86的后缘82切割来完成。
优选地，所述多个狭缝88在相邻的狭缝88之间间隔约1米至5米，更优选地在相邻的狭缝88之间间隔约2米至3米。
通过以这种方式在加固的空气动力学壳体扩展件86的后缘82处设置狭缝88，空气动力学壳体的后缘82被有效地沿着空气动力学壳体的长度分成多个分开的部分。因此，形成相对柔性的空气动力学壳体扩展件90，因为开缝或开槽的后缘允许后缘82的多个分开的部分之间的相对弯曲或挠曲，而不沿后缘82引入相对大的弯曲应力。由于在风力涡轮机操作期间叶片结构的弯曲而导致的空气动力学壳体的多个分开的部分之间的类风琴式运动，狭缝88能够允许空气动力学壳体沿着翼展方向“打开”或“关闭”。结果，柔性空气动力学壳体扩展件90可以形成为具有较少的加强要求，导致比现有技术相对更轻和更灵活的构造，并且提供相对容易的构造和组装。
优选地，所述多个狭缝88沿着从所述后缘端82朝向第一和第二面板72、80的位于叶片扩展件70处的第一端72a、80a的空气动力学壳体扩展件90的主体的深度或弦向长度的至少50%形成。优选地，狭缝88沿着从所述后缘端82朝向所述第一端72a、80a的主体的深度的50%至90%延伸，优选地沿着主体的深度的大约80%延伸。
通过提供沿空气动力学壳体90的大部分深度延伸但小于深度的100%的狭缝88，因此提供了柔性空气动力学壳体90，其允许后缘变形和弯曲，并且同时牢固地附接到叶片扩展件70或其它风力涡轮机叶片部分。这还使得能够将空气动力学壳体提供为均匀的部件，该部件被翻新到叶片的内侧部分，这可以提供与叶片的内侧部分的相对简单的附接，同时仍然提供减轻负载的灵活解决方案。
狭缝88可以使用任何合适的切割动作形成，例如机加工、钻削、锯切等等。可替代地，将理解的是，面板70、80、84可以形成为具有在面板本身中预先形成的槽或孔，其中这种槽或孔在空气动力学壳体的组装期间对准，从而共同限定所述多个狭缝88。
优选地，狭缝88形成为使得限定在狭缝88的相对边缘之间的孔对于风力涡轮机叶片的正常操作而言在空气动力学上不重要。 应当理解，狭缝88的尺寸使得孔相对于例如在噪声、升力/阻力等方面影响风力涡轮机叶片轮廓的空气动力学性能所需的尺寸而言较小。
在一个有利的方面，发现狭缝88的尺寸优选地使得由狭缝提供的孔的宽度小于在狭缝的区域中所设计的边界层高度。
在第二个有利的方面，由狭缝提供的孔的宽度小于在狭缝的区域中的层状子层或粘性子层的高度。
将理解的是，取决于风力涡轮机叶片的沿着空气动力学壳体的长度的预测正常操作条件，狭缝88的尺寸可以沿着柔性空气动力学壳体86的纵向范围变化。优选地，由狭缝提供的孔的宽度小于50mm，更优选地小于25mm。在一个实施例中，狭缝具有约15mm的间隙宽度。
附加地或替代地，空气动力学壳体扩展件90可以包括设置在由所述多个狭缝88限定的孔或间隙中或上方的柔性材料（未示出）。柔性材料可以包括可用来覆盖或密封孔而不显著影响空气动力学壳体扩展件的结构特性的任何合适的材料，例如橡胶、柔性塑料材料、帆布等。附加地或替代地，空气动力学壳体扩展件90可以包括设置在由所述多个狭缝88限定的间隙处的刷子或刷毛（未示出）。在狭缝处使用刷毛或刷子可以用于覆盖由狭缝限定的间隙，并且减少可能由在后缘处存在狭缝而导致的任何不利的空气动力学影响。
可以在所述多个狭缝88中的每一个的端点88a处设置相对大的孔，优选为圆孔。
在一个方面，端点孔88a可以在切割所述多个狭缝88之前形成在面板72、80中，使得端点孔88a为操作者提供用于狭缝88的正确对准的对准点或视觉指示器。附加地或替代地，端点孔88a可以提供用于引入切割装置的进入点，该切割装置可以用于通过从所述端点孔88a到加固的空气动力学壳体扩展件86的后缘82切割出孔或槽而在加固的空气动力学壳体扩展件86的主体中切割出所述狭缝88。端点孔88a可以通过切割或机加工面板72、80而形成，和/或孔88a可以在制造所述面板72、80期间与面板72、80形成为一体。
在优选实施例中，多个加强元件78布置在空气动力学壳体扩展件的内部，其中一对加强元件78定位在所述多个狭缝88中的每一个狭缝的两侧并且紧邻狭缝。因此，每对加强元件78可以用于在狭缝88的两侧基本上密封柔性空气动力学壳体90的每个有效后缘部分，以防止碎屑等进入空气动力学壳体90的内部。另外，加强元件78可以用于为每个有效后缘部分提供结构强度。
尽管第一和/或第二面板可以被设置为基本平坦的平面形面板，但是应当理解，可以使用更复杂的形状。例如，面板72、80可以成形为形成适当弯曲的压力侧或吸力侧表面，例如通过提供具有相对凹入或凸出的外表面的面板来实现。参照图9所示的横截面图，能够看到，第一面板72设置成具有相对凹形的面向外的表面73a，以形成风力涡轮机叶片空气动力学壳体扩展件的压力侧的一部分。类似地，第二面板80可以被设置为平面形面板或具有相对小的曲率，以形成略微凸形的面向外的表面81a，从而形成风力涡轮机叶片空气动力学壳体扩展件的吸力侧的一部分。
另外，虽然加强元件78优选地设置为隔板元件以基本上密封空气动力学壳体90的多个部分，但是加强元件78可以设置有限定在其中的孔92，以允许加强元件78的相对侧之间的排水、压力平衡等。
应当理解，面板72、80、84和/或加强元件78可以形成为夹层板结构，例如，通过将多层纤维材料灌注为围绕内部芯材（例如，轻木和/或低密度泡沫芯材）的蒙皮来形成。
虽然所示的实施例示出了在圆柱形叶片扩展件上使用空气动力学壳体，但是应当理解，空气动力学壳体可以用在风力涡轮机叶片的任何其它部分上，例如在风力涡轮机叶片的根端处使用，沿着风力涡轮机叶片的后缘部分使用，等等。此外，虽然所示实施例示出了在圆柱形叶片扩展件上制造和组装空气动力学壳体，但是应当理解，空气动力学壳体可以单独地制造到现有的风力涡轮机叶片部件，该空气动力学壳体构造成随后翻新到现有部件，例如具有内侧圆柱形部分的风力涡轮机叶片，例如具有圆形、椭圆形或卵形横截面。
此外，尽管所示的实施例示出了使用附加的型材楔形件74、76来补偿叶片扩展件70和空气动力学壳体面板72、70的结合表面的差异，但是应当理解，这种补偿性的型材楔形件可以与风力涡轮机叶片的该部分（例如，叶片扩展件——期望将空气动力学壳体扩展件附接至该叶片扩展件）一体地形成。原则上，也可以将型材楔形件集成在空气动力学壳体扩展件中，这将减轻与风力涡轮机叶片的所述部分的表面的胶粘结合中的载荷。
所示的柔性空气动力学壳体扩展件叶片的制造和使用提供了具有这种柔性空气动力学壳体的风力涡轮机叶片的改进的操作，其在叶片的寿命期间更能够抵抗沿叶片后缘的操作弯曲力。
虽然已经参照设置有集成狭缝的扩展件描述了本发明，但是显然，型材楔形件可以用于所有类型的扩展件，以便实现更大的胶合结合表面。因此，型材楔形件也可用于没有狭缝的扩展件。根据本发明，型材楔形件优选地适于附接到叶片的曲率相对较大（或者换句话说，曲率半径相对较低）的内侧部分。
根据本发明的型材楔形件74在图10中更详细地示出。型材楔形件74附接到叶片扩展件70。型材楔形件74包括附接到叶片扩展件70的内表面97和用于附接扩展件90的主体的外表面98。内表面97具有内曲率半径Ri，并且外表面具有外曲率半径RO。型材楔形件74有利地设计成使得外曲率半径RO大于内曲率半径Ri。此外，外表面98可以具有比内表面97更大的面积。因而，可以提供更平坦、更大的结合表面以用于附接空气动力学壳体扩展件90。对于真正平坦的外结合表面，外曲率半径RO接近无穷大。型材楔形件74可以形成为具有包裹在纤维加强材料96（例如，玻璃纤维加​​强聚合物）中的芯材94（例如轻木或泡沫聚合物）的复合结构。
本发明不限于这里描述的实施例，而是可以在不脱离本发明的范围的情况下进行修改或改变。

Claims (15)

1.一种风力涡轮机叶片组件，包括具有尖端和根端以及前缘和后缘的风力涡轮机叶片，所述前缘和所述后缘具有在其间延伸的弦长，
其中所述风力涡轮机叶片组件还包括空气动力学壳体扩展件，所述空气动力学壳体扩展件包括：
用于附接到风力涡轮机叶片的轮廓的后缘侧的主体，所述主体具有第一端和第二后缘端，所述第一端用于附接到所述轮廓的后缘侧，所述第二后缘端形成用于所述风力涡轮机叶片的轮廓的一部分的扩展的翼型后缘轮廓，其特征在于，
所述空气动力学壳体扩展件至少部分地使用至少一个型材楔形件附接到所述风力涡轮机叶片，所述至少一个型材楔形件成形为用于补偿所述风力涡轮机叶片的几何形状。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述型材楔形件布置在所述空气动力学壳体扩展件与所述风力涡轮机叶片之间。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述空气动力学壳体扩展件通过两个型材楔形件附接至所述风力涡轮机叶片。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述型材楔形件包括用于附接至所述风力涡轮机叶片的表面的内附接表面和用于附接至所述空气动力学壳体扩展件的外表面。
5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述内附接表面具有第一曲率半径而所述外附接表面具有第二曲率半径，其中所述第一曲率半径小于所述第二曲率半径。
6.根据权利要求4或5所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述外附接表面具有比所述内附接表面更大的表面。
7.根据权利要求4至6中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述外附接表面是基本上平面形的或平坦的。
8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述风力涡轮机叶片包括内侧部分和外侧部分，并且其中所述空气动力学壳体扩展件附接至所述叶片的内侧部分。
9.根据权利要求8所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述风力涡轮机叶片的内侧部分形成为具有基本上圆形、椭圆形或卵形横截面，优选地形成为承载结构。
10.根据权利要求8或9所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述内侧部分为圆柱形。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述内侧部分为叶片扩展件。
12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述型材楔形件与所述风力涡轮机叶片一体地形成。
13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片组件，其中，所述型材楔形件形成为复合结构，例如芯材，如包裹在纤维加强蒙皮中的轻木或泡沫聚合物。
14.一种风力涡轮机，包括根据权利要求1至13中任一项所述的风力涡轮机叶片或风力涡轮机叶片组件。
15.一种具有后缘延伸部的风力涡轮机叶片部分的组装方法，所述方法包括以下步骤：
提供具有前缘侧和后缘侧的风力涡轮机叶片部分；
提供空气动力学壳体扩展件的压力侧面板；
提供空气动力学壳体扩展件的吸力侧面板；
将第一型材楔形件附接到所述风力涡轮机叶片部分的第一侧；
至少部分地使用所述第一型材楔形件将所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第一面板附接到所述风力涡轮机叶片部分；
将第二型材楔形件附接到所述风力涡轮机叶片部分的第二侧；以及
至少部分地使用所述第二型材楔形件将所述压力侧面板和所述吸力侧面板中的第二面板附接到所述风力涡轮机叶片部分，其中所述压力侧面板和所述吸力侧面板形成用于所述风力涡轮机叶片部分的空气动力学壳体后缘延伸部。
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