CN107269470A - 在安装期间降低风力涡轮机转子叶片的负载 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在安装风力涡轮机（10）期间降低风力涡轮机（10）转子叶片（20）的负载的方法，其中所述转子叶片（20）包括空气动力装置例如漩涡产生器（51）或降噪器（52）。所述方法包括步骤：在将转子叶片（20）提升到风力涡轮机（10）的塔顶部（112）之前将盖子（30）附接到转子叶片（20）上用于覆盖空气动力装置的至少一部分，和随后分离盖子（30）。本发明还涉及包括风力涡轮机（10）的转子叶片（20）和此种盖子（30）的布置（40）。

Description

在安装期间降低风力涡轮机转子叶片的负载

技术领域

本发明涉及在安装风力涡轮机期间降低风力涡轮机转子叶片负载的方法。此外，本发明涉及包括风力涡轮机转子叶片和盖子的布置。

背景技术

在安装风力涡轮机期间，可以实施风力涡轮机安装的最大风速是一个关键参数。这对于风力涡轮机的海上安装尤其如此。在海上，在升高水平的稳定风流是典型的。所述升高水平的稳定风流与偶发的阵风一起经常导致无法实施风力涡轮机安装的情形。这是一个挑战，特别是由于不得不推迟风力涡轮机的海上安装的每一天是非常昂贵的。因此，通常争取也在升高的风速下允许和保证风力涡轮机的安装。

已经在欧洲专利申请EP2669238A1中提出了在安装期间降低风力涡轮机转子叶片的阻力的一种方法。其中，通常通过覆盖整个转子叶片降低转子叶片的阻力系数。然而，所述方法具有一些缺点，例如其可能包含相当大的花费来用盖子整个地包封转子叶片和使盖子适合用于提升叶片的提升装置。

因此，存在提供可替代方法以便即使在升高的风速下允许安装风力涡轮机的期望。

发明内容

所述问题由独立权利要求的主题解决。有利修改和实施例在从属权利要求中公开。

根据本发明，提供在安装风力涡轮机期间降低风力涡轮机转子叶片的负载的方法。所述转子叶片包括空气动力装置，特别是布置在转子叶片表面处的漩涡产生器或降噪器或襟翼（flap）。所述方法包括步骤：将盖子附接到转子叶片上，从而空气动力装置的至少一部分由盖子覆盖；将转子叶片提升到风力涡轮机的塔的顶部；和将盖子从转子叶片分离。

本发明的关键方面是空气动力装置至少部分地由盖子“无效”，所述空气动力装置构造成在风力涡轮机的某些操作模式中提供转子叶片的额外升力。这意味着，至少减轻或者甚至完全消除在风力涡轮机的某些操作模式期间期望的和在安装风力涡轮机期间可能不期望的和有害的增加升力的效果。覆盖（即无效）这些空气动力装置的优点是降低风力涡轮机的转子叶片和其它部件上的负载。这是由于转子叶片的升力与由风力涡轮机的转子叶片和其它部件经历的负载相关的事实。因此，通过覆盖和“关闭”这些空气动力装置，减小由这些空气动力装置产生的升力，这意味着降低由转子叶片经历的负载。

在安装风力涡轮机期间覆盖这些空气动力装置的另一个优点是，覆盖所述空气动力装置并保护其免受损坏。

例如，所述空气动力装置是漩涡产生器或降噪器，例如锯齿状后缘。所述空气动力装置也可以是用于修改转子叶片升力系数的襟翼，例如Gurney襟翼。注意到锯齿状后缘可以充当降噪器和升力修改装置两者。漩涡产生器、降噪器或者襟翼典型地是薄的和易碎的部件，其在搬运和提升转子叶片期间特别地暴露于转子叶片的处理。因此，通过覆盖和保护这些空气动力装置，不仅减小转子叶片的升力，而且在运输和提升期间，此种转子叶片不易损坏。因而，易于搬运转子叶片。

空气动力装置布置在转子叶片的表面处。形成转子叶片表面部分的示例区域是转子叶片的压力侧和吸力侧。压力侧被限定为在转子叶片一侧上的前缘和后缘之间延伸的表面部分。转子叶片另一侧上的在前缘和后缘之间的区域被称为转子叶片的吸力侧。换句话说，空气动力装置例如漩涡产生器或降噪器可以被附接和安装到转子叶片的压力侧和/或吸力侧。

盖子可以被附接到空气动力装置自身或转子叶片的围绕空气动力装置的表面。鉴于空气动力装置经常是易碎部分的事实，可以有利地在围绕空气动力装置的表面区域处而不是在空气动力装置自身处附接盖子。

此外，所述盖子可以部分地或完全地覆盖空气动力装置。

对于提升过程，在风力涡轮机的陆上安装情况下，典型地将转子叶片从地面提升直到塔的顶部。在风力涡轮机的海上安装情况下，典型地将转子叶片从船提升至塔的顶部。

注意到转子叶片可以一个接一个被提升，即一个转子叶片接着另一个被提升并安装到风力涡轮机的轮毂，所述轮毂已经设置在塔顶部上并与机舱连接。所述方法也称为单叶片安装。

也存在首先在地面将转子叶片，特别是所有三个转子叶片安装到轮毂，随后将包括多个转子叶片和轮毂的整体组件从地面或船提升到塔顶部的方法。在此情况中，一旦具有转子叶片的轮毂与塔顶部的机舱连接，盖子有利地从空气动力装置分离。

由于盖子不仅具有通过无效空气动力装置减小转子叶片升力的效果，而且具有在搬运转子叶片期间保护空气动力装置免受损坏的效果，在将转子叶片运输到风力涡轮机的安装地点之前将盖子附接到转子叶片可能是有利的。换句话说，在制造包括空气动力装置的转子叶片之后，盖子可以在工厂地点已经附接到转子叶片，从而当将转子叶片从制造地点运输到风力涡轮机的安装地点时，盖子已经存在。

换句话说，当转子叶片储存在临时储存地点时，盖子可能已经被附接到转子叶片。此种临时储存地点的示例是制造转子叶片的工厂地点、不同于制造转子叶片的工厂地点的另一个工厂地点或者在将转子叶片运输到风力涡轮机的海上安装地点之前储存转子叶片的港口。

对于将盖子从转子叶片分离的步骤，一旦转子叶片被提升到塔顶部，存在将所述盖子从转子叶片分离的多种方式。一种方式是通过附接到盖子的绳子将盖子拉走。此种方法的优点是盖子以受控的方式分离。通过拉绳子分离盖子可能在维修人员刚刚将转子叶片连接到轮毂之后实施。所述连接经常由维修人员手动执行。

例如，被覆盖的空气动力装置可以位于与转子叶片的根部相对靠近的位置。随后，绳子可以被预布置并从覆盖空气动力装置的盖子排列，直到转子叶片的最根部。因此，在轮毂处工作并靠近转子叶片根部的维修人员可以易于拉绳子并将盖子分离。

将盖子从转子叶片分离的另一个方法是通过以足够高的转子速度旋转转子，从而盖子自己（即通过在转子旋转期间产生的离心力）从转子叶片飞出。这是特别容易和简洁的方法，因为一旦风力涡轮机投入运行，盖子自行分离。然而，需要注意的是，要非常仔细地实施盖子和尤其是盖子在转子叶片上的附接，以便正确布置盖子，从而在转子的预定旋转速度下，盖子实际上可靠地飞出。也需要记住的是，盖子随后飞到围绕风力涡轮机的地面上或者飞入围绕风力涡轮机的海中。

本发明也针对包括风力涡轮机的转子叶片和盖子的布置。转子叶片包括布置在转子叶片表面处的空气动力装置和覆盖空气动力装置的至少一部分的盖子，从而在盖子处使流动经过空气动力装置的空气流偏转。构造和布置盖子，从而在安装风力涡轮机期间，与转子叶片的最大升力系数相比，所述布置的最大升力系数减小。最后，盖子在安装风力涡轮机之后准备从转子叶片分离。

换句话说，构造和布置盖子，从而在安装风力涡轮机期间，仅与转子叶片的最大升力系数相比，所述布置的最大升力系数减小。

一个关键方面是，组件，即包括空气动力装置和盖子的转子叶片的布置，是本发明的一部分。此种盖子可以是由标准材料制成的标准装置-廉价且只要在形状上，并且对于必须承受的力适合于注定要覆盖的具体空气动力装置。

构造和布置盖子，从而所述布置的最大升力系数小于仅仅转子叶片的最大升力系数。

原则上，满足减小转子叶片升力系数的所述要求的盖子的任何形状和设计是可能的。实际上，多个不同形状和设计可能满足所述要求。举个例子，盖子的至少一部分可以包括凸形状的外部表面。所述形状的优点是其趋于以有利的方式使空气流偏转（即偏离），从而不仅转子叶片的阻力而且转子叶片的升力会减小。更特别地，在到转子叶片的安装状态中，盖子的横截面具有大体上椭圆形，特别是圆形的形状。注意到，盖子横截面的所述椭圆形，特别是圆形的形状指的是半椭圆或者所述椭圆的任何片段和部分。设计具有椭圆形形状的盖子的优点是，由于其是标准形状从而相对易于制造。

此外，即使在空气动力装置的设计变化期间，盖子的整体形状保持相同。这也利于和易于制造盖子。

可替代地，盖子也可以以盖子的横截面以坡道为特征的方式设计，所述坡道延伸离开转子叶片的表面，在盖子的上游部分具有大体恒定的斜率。在将被覆盖的漩涡产生器的示例中，漩涡产生器可以具有鳍状物的形状和设计，以从漩涡产生器的上游端朝着漩涡产生器的下游端向上走的斜率为特征。在此情况下，盖子也可以基本上跟随将被覆盖的漩涡产生器的横截面，而非椭圆形横截面。这保证了在离开转子叶片表面的垂直方向上的最小暴露并且也可以令人满意地实现本发明的目的，即减小转子叶片的升力系数。

可以用于盖子的第一可替代材料是可溶于水的材料。

其优点是，对于盖子自己（即通过转子旋转期间的离心力）从转子叶片飞出，且所述盖子掉下和落下到围绕风力涡轮机安装地点的地面或海上的情况，盖子分解且不会长时间遗留在环境中。

为盖子提供可溶于水的材料也提供了用于将盖子从转子叶片分离的又一种方法。具有此种可溶于水的盖子，也可以只要等待落在转子叶片上的第一场雨或雪，从而冲走盖子并因此将空气动力装置解放给转子叶片。

用于盖子的材料的另一选项是泡沫材料，其中空气动力装置浸入到盖子的泡沫材料中。

其优点是，一方面盖子很好地附接到将被覆盖的空气动力装置，另一方面，提供设计盖子的一种方式，从而盖子尽可能低地突出离开转子叶片的表面。

附图说明

现在由附图仅通过示例描述本发明的实施例，其中：

图1示出了风力涡轮机；

图2以顶视图示出了风力涡轮机的转子叶片；

图3示出了具有漩涡产生器的转子叶片翼型件；

图4示出了与图3中一样的翼型件，此时由盖子覆盖，用于使流动经过漩涡产生器的空气流偏转；

图5示出了盖子对翼型件升力系数的影响；

图6到8示出了覆盖安装到转子叶片表面的漩涡产生器的不同实施例；

图9示出了具有布置在转子叶片后缘部分处的降噪器的转子叶片；

图10和11分别示出了覆盖图9的降噪器的两个不同实施例；和

图12示出了不同的盖子对转子叶片升力系数的影响。

附图中的说明是示意性的。注意到在不同的附图中，相似的附图标记指的是本发明相似或相同的部分。

具体实施方式

图1示出了风力涡轮机10。所述风力涡轮机10包括塔11，风力涡轮机10通过所述塔安装在地面上或者在海上。塔11包括底部111和顶部112。机舱12可旋转地安装在塔11的顶部112。机舱12能够围绕大体上竖直的轴线（所谓的偏航轴线）旋转。所述机舱容纳用于将由风力涡轮机转子提供的旋转能量转换成电能量的发电机。风力涡轮机10还包括转子，其中转子轴线14从水平取向轻微倾斜。转子的一部分是风力涡轮机10的轮毂13。轮毂13相对于机舱12可旋转地连接。多个转子叶片20安装到轮毂13。每个转子叶片20包括倾斜轴线15，转子叶片20围绕所述倾斜轴线相对于轮毂13旋转或者至少枢转。在转子叶片旋转期间，离心力产生并被引导到离开轮毂13并沿着倾斜轴线15的方向16中。

图2示出了转子叶片20的顶视图。转子叶片20包括具有根部211的根部部分21和具有叶尖221的叶尖部分22。此外，转子叶片20包括具有后缘231的后缘部分23和具有前缘241的前缘部分24。此外，连接根部部分21和叶尖部分22的虚线称为转子叶片20的翼展25。又一组虚线称为转子叶片20的翼弦26。翼展25和翼弦26各自限定转子叶片20的翼展方向251和翼弦方向261。翼弦26的长度称为翼弦长度。转子叶片20的肩部27限定为其中翼弦长度最大的位置。

图3示出了转子叶片20的翼型件，即其示出了垂直于转子叶片翼展的横截面视图。前缘241和后缘231可见。连接后缘231和前缘241的直线被称为翼弦26。等同于翼型件轮廓线的转子叶片的表面可以分为吸力侧281和压力侧282。在图3的示例中，作为空气动力学装置示例的漩涡产生器51被安装并附接到转子叶片20的吸力侧281。漩涡产生器51的技术效果是在空气流44中产生漩涡，所述空气流从前缘部分流动至转子叶片的后缘部分。漩涡产生器51下游的这些漩涡具有重新激励漩涡产生器51下游边界层的效果。这延迟了空气流44的失速并增加翼型件的升力系数。由于升力和负载紧密关联，通过用盖子30覆盖漩涡产生器51，如图4中所示，漩涡产生器51不再有效。换句话说，与未覆盖的漩涡产生器相比，由盖子覆盖的漩涡产生器使空气流44不同地偏转。这是由于一旦被完全或者几乎完全覆盖，典型地成对安装的漩涡产生器51就不起作用的事实。因此，减小转子叶片上的升力以及负载。

这对于空气流44从前缘部分流动至后缘部分的情况是有效的，但如果空气流44来自另一个方向并不同地流动经过空气动力学装置，也是有效的。在任何情况下，覆盖升力产生装置例如漩涡产生器对于减小包括转子叶片和盖子的布置的负载可以具有有利的效果。

图4示出了盖子30，所述盖子或多或少模仿或跟随将被覆盖的空气动力装置的形状。换句话说，在图4的示例中，所述盖子具有坡道，其中可以在空气流44的方向看到直到漩涡产生器51顶部的大体恒定的斜率。随后突然地，盖子的轮廓线朝着转子叶片的表面下降。

然而，盖子30也可以具有不同的形状，例如图6和7中所示。在图6中，盖子30具有大体上椭圆形的形状，因此宽阔地覆盖漩涡产生器51。作为另一个示例，图7又示出了坡道状的盖子30，具有盖子的现在由几乎恒定的斜率跟随的上游部分和盖子30的不规则的下游部分32。

注意到在原则上，任何空气动力设备可以由根据本发明的盖子覆盖。例如图8示出了安装到转子叶片的压力侧而不是吸力侧的漩涡产生器51。又与图6相似，在图8的横截面视图中，所述盖子具有椭圆形的形状。

回到本发明的总体构思，图5示出了盖子对翼型件升力系数的影响。在图5中，将具有未覆盖的漩涡产生器的转子叶片的升力曲线431与具有覆盖的漩涡产生器的转子叶片的升力曲线432比较。具有覆盖的漩涡产生器的转子叶片在下文中也称为“第一布置”。所述第一布置指的是图4中所示的布置。升力曲线431指的是例如图3中所示的转子叶片。可以看出，对于小的和中等大小的攻角41，升力系数42几乎相同。然而，对于更高的攻角41，与具有未覆盖的漩涡产生器的转子叶片的升力系数相比，第一布置432的升力系数有相当大的减小。由于最大升力系数与转子叶片和风力涡轮机上的最大负载密切相关，降低所述最大升力系数对于由转子叶片支撑的最大负载来说是有利的。

图9示出了布置在转子叶片后缘部分23处的降噪器52。注意到翼型件的最远下游点代表翼型件的后缘231。降噪器52附接到转子叶片的压力侧282。其可以仅包括标准襟翼或锯齿状襟翼，所述锯齿状襟翼也称为后缘锯齿部或DinoTail。具有降噪器的转子叶片的升力曲线示出为图12中的曲线433。沿着转子叶片的压力侧282流动的空气流44在图9中示出。

图10和图11示出了覆盖降噪器52的盖子30的两个实施例。在第一选项（图10）中，盖子30仅覆盖降噪器52的压力侧部分，而在第二选项（图11）中，盖子30由两部分构成，一部分覆盖降噪器52的吸力侧，一部分覆盖降噪器52的压力侧。

在图12中示出了所述两个布置（即第一布置指的是图10中的盖子，第二布置指的是图11中的盖子）的升力系数的影响。与具有转子叶片和未覆盖的空气流44的升力曲线相比，升力曲线434和435两者有相当大的移位和减小。这是由于与图9中所示的未覆盖方案相比，空气流44也有相当大的偏转（换句话说，偏离）的事实。因此可以看出，通过设置覆盖空气动力装置的至少一部分的盖子30，可以实现最大升力系数的减小。因而，可以实现转子叶片和作为整体的风力涡轮机上负载的减小。与具有未覆盖的空气动力装置的转子叶片相比，这最终继而允许在甚至更高风速的情况下安装风力涡轮机，特别是将转子叶片提升到塔的顶部。

Claims (15)

1.一种在安装风力涡轮机（10）期间降低风力涡轮机（10）转子叶片（20）的负载的方法，其中，所述转子叶片（20）包括空气动力装置，特别是布置在转子叶片（20）表面处的漩涡产生器（51）、降噪器（52）或襟翼，且其中，所述方法包括步骤：

-将所述盖子（30）附接到转子叶片（20）上，从而空气动力装置的至少一部分由盖子（30）覆盖，

-将所述转子叶片（20）提升到风力涡轮机（10）的塔（11）的顶部（112），和

-将所述盖子（30）从转子叶片（20）分离。

2.如权利要求1所述的方法，其中，所述方法还包括步骤：

-在将所述转子叶片（20）提升到风力涡轮机（10）的塔（11）的顶部（112）之后，将转子叶片（20）安装到风力涡轮机（10）的轮毂（13）。

3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在将所述转子叶片（20）运输到风力涡轮机（10）的安装地点之前，实施将盖子（30）附接到转子叶片（20）的步骤。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，在将盖子（30）附接到转子叶片（20）的步骤之后和在将转子叶片（20）提升到塔（11）的顶部（112）的步骤之前，将转子叶片（20）储存在临时储存地点，特别是工厂地点或港口。

5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中，将所述盖子（30）从转子叶片（20）分离的步骤包括通过附接到盖子（30）的绳子将盖子（30）拉走。

6.如权利要求1到4中的任一项所述的方法，其中，将所述盖子（30）从转子叶片（20）分离的步骤包括以足够高的转子速度旋转转子，从而由于在转子叶片（20）的旋转期间作用在盖子（30）上的离心力，盖子（30）飞出。

7.一种包括风力涡轮机（10）的转子叶片（20）和盖子（30）的布置（40），其中，

-所述转子叶片（20）包括布置在转子叶片（20）的表面处的空气动力装置，

-所述盖子（30）覆盖空气动力装置的至少一部分，从而在盖子（30）处使流动经过空气动力装置的空气流（44）偏转，

-构造和布置所述盖子（30），从而在安装风力涡轮机（10）期间，与转子叶片（20）的最大升力系数（431、433）相比，所述布置（40）的最大升力系数（432、434、435）减小，和

-所述盖子（30）在安装风力涡轮机（10）之后准备从转子叶片（20）分离。

8.如权利要求7所述的布置（40），其中，所述空气动力装置是漩涡产生器（51）。

9.如权利要求7所述的布置（40），其中，所述空气动力装置是布置在转子叶片（20）后缘部分（23）处的降噪器（52）。

10.如权利要求7所述的布置（40），其中，所述空气动力装置是用于修改转子叶片（20）的升力系数（42）的襟翼。

11.如权利要求7到10中的任一项所述的布置（40），其中，所述盖子（30）的至少一部分包括凸形状的外部表面。

12.如权利要求7到11中的任一项所述的布置（40），其中，在到转子叶片（20）的安装状态中，所述盖子（30）的横截面具有大体上椭圆形的形状。

13.如权利要求7到11中的任一项所述的布置（40），其中，所述盖子（30）的横截面成形为离开转子叶片（20）表面的坡道，在盖子（31）的上游部分具有大体恒定的斜率。

14.如权利要求7到13中的任一项所述的布置（40），其中，所述盖子（30）由可溶于水的材料制成。

15. 如权利要求7到14中的任一项所述的布置（40），其中，

-所述盖子（30）由泡沫材料制成，和

-所述空气动力装置浸入到盖子（30）的泡沫材料中。