CN108474343B - 附接有空气动力装置的风轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于安装至风轮机叶片的外表面的空气动力装置。所述空气动力装置包括基板，所述基板具有限定安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面。所述安装区域借助粘合剂粘结至所述叶片的所述外表面；在所述基板的所述密封区域与所述叶片的所述外表面之间设置密封。所述密封至少部分环绕所述安装区域。所述密封与所述粘合剂之间设置屏障。所述屏障布置成基本防止所述密封与所述粘合剂之间的接触。

Description

附接有空气动力装置的风轮机叶片
技术领域
本发明总体涉及风轮机叶片，更具体地说，涉及具有安装至叶片的表面的空气动力装置的风轮机叶片。本发明还涉及用于安装至附接叶片的空气动力装置以及将空气动力装置安装至风轮机叶片的方法。
背景技术
公知在风轮机叶片的外表面上设置各种空气动力装置以便改进叶片的性能或者例如降低使用中由叶片产生的噪音水平。传统的空气动力装置包括诸如古奈(Gurney)襟翼之类的襟翼、扰流器以及诸如锯齿之类的尾缘装置。
这些装置可以与叶片的外壳形成一体，或者它们可以安装至叶片壳。这些装置通常被总体称作“附加件”并且可以在叶片制造过程中设置在叶片上或者在叶片制造过程之后作为叶片的改型而存在。
空气动力装置通常包括构造成用于安装至叶片的外表面的基板。基板支撑诸如襟翼、产生涡流的构形以及/或者锯齿之类的空气动力特征。基板通常借助粘合剂粘结至叶片的外壳。
叶片附加件应在风轮机的使用寿命期间保持牢固固定至叶片，风轮机的使用寿命通常在二十年以上。由于叶片在转子旋转时高速穿过空气，这些空气动力装置经受很大的力。因此，粘合剂的任何劣化都会在使用中存在装置从叶片的表面被扯开的风险。
因此，重要的是确保附加件的安装过程中以及此后风轮机在使用中时粘合剂不会受损。风轮机常暴露至恶劣环境条件并且经历温度的极端状态以及其它气候条件。重要的是使粘合剂免于暴露至这些条件，否则存在粘合剂在经过一段时间后会受损或者退化的风险。特别地，期望防止粘合剂接触水分、灰尘以及直接暴露于阳光下。
本申请人的欧洲专利EP2027390中描述了此问题的一种解决方案，其中，在涡流产生条带的外周处设置密封剂。密封剂用以使装置的边缘关于叶片的外表面密封。该密封防止水分以及灰尘进入叶片的表面与装置之间并因此保护将条带粘结至叶片的表面的粘合剂。
然而，在起初施加密封剂时，可能难以防止密封剂接触将装置粘结至叶片表面的粘合剂。因此，存在密封剂可能干扰粘结在装置与叶片之间的粘合剂的风险。密封剂在装置的边缘周围还保持可见，并因此密封剂本身在使用中暴露至水分以及灰尘，这可能在经过一段时间后导致密封剂劣化。
在此背景下，本发明的目的是解决这些问题中的至少其一。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种风轮机叶片，该风轮机叶片包括安装至所述叶片的外表面的空气动力装置，所述空气动力装置包括基板，所述基板具有限定安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面，其中，所述安装区域借助粘合剂粘结至所述叶片的所述外表面；所述基板的所述密封区域与所述叶片的所述外表面之间设置密封，所述密封至少部分环绕所述安装区域；并且所述密封与所述粘合剂之间设置屏障，所述屏障充分布置成防止所述密封与所述粘合剂之间的接触。
密封与粘合剂之间的屏障的设置有益地防止密封与粘合剂接触。因此，防止在装置初始安置至叶片时以及随后当在风轮机的寿命期间叶片处于使用中时该密封干扰装置与叶片之间的粘合剂粘结或者使其受损。
空气动力装置可以是任何叶片附加件，例如，它可以是襟翼或者诸如扰流器之类的涡流产生装置。这样的装置通常包括具有用于粘结至叶片表面的内表面的基板。基板的外表面可以包括诸如扰流器之类的一个或者多个涡流产生特征。另选地，襟翼可以从基板延伸。装置可以或者位于叶片的压力表面或者抽吸表面上，或者位于叶片的前缘或者尾缘处，或者位于叶片表面上的任何其它合适的位置处。在稍后详细论述的本发明的具体实施例中，装置是有锯齿的尾缘装置，该尾缘装置安装至叶片的尾缘并且包括从基板延伸的多个锯齿。
基板可以由任何合适的材料制成，但是基板优选由塑料材料制成。在优选实施方式中，基板是注塑成型部件。装置的诸如锯齿或者涡流产生特征之类的空气动力特征可以有益地与基板一体形成。同样地，在一些实施方式中，屏障可以与基板一体形成。这减少了零部件的数量并且减小了成本，并且增加了结构完整性以及安装装置的容易度。
基板可以是任何合适的形状，例如矩形或者大致矩形或者大致梯形。基板优选相当薄，通常厚度大约为几毫米。基板还优选大致平坦。因此，基板可以具有允许其符合叶片的外表面的轮廓的一些柔韧性。
基板的安装区域优选占据基板的内表面的相当大的一部分(例如，大部分)。使安装区域的面积最大化是有益的，因为这使基板与叶片之间的粘结面积最大化。安装区域可以是任何合适形状的，但是优选形状大致对应基板(例如，大致矩形或者梯形)并且位于基板的外周的内部。密封区域优选完全环绕安装区域并且占据基板的内表面的位于安装区域与基板的外周之间的面积。
密封可以是任何合适的密封件或者密封剂。密封用以在风轮机的寿命期间防止灰尘、水分或者其它污染物接触粘合剂。因此，密封保护粘合剂使得维持装置与叶片之间粘结的粘合剂的完整性。
在某些实施方式中，密封包括设置在基板与叶片的外表面之间的诸如橡胶垫之类的垫。屏障位于垫与粘合剂之间并且用以在装置初始安装至叶片期间以及随后叶片在使用中时保持垫并防止垫与粘合剂接触。
在其它实施方式中，以湿密封剂的形式提供密封，该湿密封剂随后硬化以形成密封。合适的密封剂包括硅密封剂以及聚氨酯(PU)密封剂，但是对于本领域中的普通技术人员而言其它合适的湿密封剂会是显而易见的。密封剂可以在装置安装至叶片之前应用至基板的密封区域以及/或者叶片表面，或者密封剂可以在将装置安装(例如粘结)至叶片之后应用(例如注入)在基板的密封区域与叶片表面之间。
湿密封剂在固化或者硬化之前流动或者扩散并且屏障布置成防止流动或者扩散的密封剂接触粘合剂。屏障可以有益地构造成限定密封剂与粘合剂之间的曲折路径。例如，并且如稍后将更详细地论述的，屏障可以布置成使流动或者扩散的密封剂的前进重定向或者以使湿密封剂在到达粘合剂之前固化或者硬化的方式放慢流动或者扩散的密封剂的前进。
用以将装置粘结至叶片的粘合剂可以是任何合适的粘合剂，例如可以使用环氧结构粘合剂或者甲基丙烯酸酯基结构粘合剂。然而，特别优选双面胶带。胶带优选包括压敏粘合剂。特别优选泡棉胶带(例如，包括压敏粘合剂的丙烯酸泡棉胶带)。胶带的使用特别便利并且有利于安装过程，因为避免了使用湿粘合剂，湿粘合剂更难以操控并且必须经历固化或者硬化过程。因此，胶带还特别便于用在装置关于现有风轮机的叶片改装的领域。
粘合剂可以首先应用至基板或者叶片的外表面。然而，特别优选将粘合剂首先应用至基板。例如，一层双面泡棉胶带可以应用至基板的安装区域，然后基板被按压成与叶片的外表面接触以活化压敏粘合剂从而确保牢固粘结。
屏障优选至少部分环绕基板的安装区域。更优选地，屏障完全或者至少实质上完全环绕安装区域。因此，屏障优选至少部分环绕粘合剂，或者更优选完全或者实质上完全环绕粘合剂。
屏障可以与基板分离或者与基板成一体。在本发明的优选实施方式中，屏障与基板是一体的，例如，屏障可以与基板一体形成。这有助于安装过程，因为这减少了零部件的数量并且固定屏障相对于基板的位置从而避免装置安装过程中的定位错误的可能性。这还有益地减少了装置的成本。在优选实施方式中，屏障包括从基板的内表面突出的一个或者多个特征。然而，在其它实施方式中，这些特征可以以单独零部件的形式提供。
形成屏障的一个或者多个特征可以包括诸如肋、脊、通道、唇或者其它合适特征或者这些特征的组合之类的特征。在一些实施方式中，屏障包括一个或者多个脊，稍后更详细地描述这些实施方式的实施例。
脊优选按尺寸设计成当装置安装至叶片时脊不触碰或者不接触叶片的外表面。因此，当安装装置时一个或者多个脊的梢部或者顶部与叶片的外表面之间优选限定间隙。因此可以根据安装区域与叶片表面之间的粘合剂的高度或者厚度适当选择脊(或者其它这样的屏障特征)的高度，以确保当装置起初粘结至叶片时脊不妨碍需要的压缩或者粘合剂的挤出。例如，脊可以稍微低于泡棉胶带的厚度，使得脊不干扰胶带的压缩以及压敏粘合剂的动作。
屏障可以包括一个或者多个脊。优选地，该脊或者各个脊完全环绕安装区域。在某些实施方式中，屏障可以包括多个脊，例如一系列脊。脊可以相互间隔开使得相邻脊之间限定通道。脊与脊间的通道优选完全环绕安装区域。在这样的布置中，屏障限定密封(例如湿密封剂)与粘合剂之间的曲折路径。脊之间的通道用以使流动或者扩散的湿密封剂重定向成平行于安装区域的边缘而不是朝向安装区域。因此，密封剂必须在到达粘合剂之前遵循更长并且更受限的路径。因此，一系列脊有效地放慢密封剂的速度，这考虑到装置安装至叶片期间密封剂到达粘合剂之前的固化的时间。
密封剂在硬化之前将倾向于填充最靠近基板的外周的脊之间的一个或者多个通道。因此，产生的密封可以包括位于屏障的至少一个通道内的硬化的密封剂。发现通道内硬化的密封剂的存在提供高度有效的密封，并且屏障的脊还用以在叶片的寿命期间维持并且稳定密封剂的位置。此构造中的屏障在叶片的使用寿命期间还对粘合剂提供额外的保护，因为屏障有效形成围绕粘合剂的第二密封并因此进一步限制水、灰尘或者其它污染物到达粘合剂的能力。在具体实施方式中，第二密封是迷宫式密封。
在其它实施方式中，屏障可以包括唇，该唇对叶片的外表面形成另一密封。唇优选完全环绕安装区域。唇优选是柔韧的并且能够当装置起初粘结至叶片时稍微偏斜，使得唇不妨碍粘合剂的压缩或者其它不利地影响基板与叶片之间最优粘合剂粘结的形成。唇优选从基板的内表面突出。
唇可以有益地朝基板的外周稍微倾斜，使得在安装/粘结过程中当基板压靠叶片的外表面时唇被促进沿此方向偏斜。这使得当装置安装至叶片时唇朝基板的外周倾斜。这是有益的，因为作用在唇上的湿密封剂的压力促使唇更紧密抵靠叶片的外表面从而增强密封作用。因此唇完全阻塞湿密封剂朝向粘合剂的通道并因此防止密封剂与粘合剂接触。
基板的密封区域优选包括裙部。裙部的内表面优选至少部分限定密封区域。裙部优选至少部分环绕安装区域，并且更优选完全或者实质上完全环绕安装区域。裙部优选相对于安装区域的平面倾斜，使得裙部朝叶片的外表面成角度。裙部优选形成基板的外周部分。因此，裙部的边缘优选限定基板的外周界。裙部的边缘优选基本接触叶片的外表面。因此，裙部可以限定至少部分环绕位于基板与叶片的外表面之间的粘合剂的封闭的或者大致封闭的体积。优选地，大致封闭的体积完全或者实质上完全环绕粘合剂。
密封优选位于大致封闭的体积内。因此，裙部可以完全或者至少基本覆盖密封。裙部保护密封并且防止密封直接暴露至阳光、水分、灰尘等。裙部还有益地用以隐蔽密封因而增强空气动力装置的美感，因为密封被裙部隐藏。裙部还增强装置的性能，因为裙部提供叶片的外表面与装置之间的平滑过渡并能够成形为提供关于气流的最优表面。
裙部优选与基板的其余部分一体形成并且可以由与基板的其余部分相同的材料(例如，塑料材料)制成，或者裙部可以由不同的材料制成。在尤其有益的构造中，裙部本身可以对叶片的外表面形成密封。裙部可以例如作用成垫。为此目的，裙部可以由诸如橡胶或者其它合适的材料之类的弹性材料制成。橡胶裙部可以经由例如注塑成型或者挤压成型而与塑料基板一体形成。
因此，本发明思想还包含一种包括安装至叶片的外表面的空气动力装置的风轮机叶片，空气动力装置包括基板，基板具有限定大致平坦的安装区域的内表面，基板进一步包括至少部分环绕安装区域并且相对于安装区域的平面倾斜的裙部，该裙部具有限定基板的外周界的边缘，其中，基板的安装区域借助粘合剂层粘结至叶片的外表面从而基板的安装区域借助粘合剂层与叶片的外表面间隔开；并且其中，裙部的边缘与叶片的外表面接触，使得裙部限定至少部分环绕位于基板与叶片的外表面之间的粘合剂层的大致封闭的体积。
空气动力装置可以包括一个或者多个抗剥离特征，这些抗剥离特征构造成进一步减小装置在使用中从叶片的表面被扯开的可能性。抗剥离特征适于装置安装至叶片的边缘的情况，并且尤其适于装置安装在叶片的尾缘处的情况。抗剥离特征可以从基板延伸并且布置成与叶片的供附接基板的表面相反的表面重叠。例如，如果基板附接至叶片的压力表面，则抗剥离特征将与叶片的抽吸表面重叠。叶片的压力表面与抽吸表面可另选地被分别称作压力侧与抽吸侧。
在具体实施方式中，抗剥离特征可以构造成指状物。例如，一系列不连续的指状物可以构造成与叶片的抽吸表面重叠。指状物可以沿基板以间隔隔开。另选地，连续的套筒可以提供成与抽吸表面重叠。抗剥离特征(例如指状物)优选布置成在指状物与基板的内表面之间有效限定狭槽。叶片的边缘(例如尾缘)被接纳在此狭槽中。指状物用以通过对叶片的与粘结基板的表面相反的表面施加压力而对抗作用在基板上的任何剥离力。
根据本发明的另一方面，提供一种用于安装至风轮机叶片的外表面的空气动力装置，所述装置包括基板，所述基板具有限定用于粘结至所述叶片的安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面，其中，所述密封区域包括从所述基板的所述内表面突出的屏障，所述屏障定位在所述安装区域与所述叶片的外周之间。
根据本发明的再一方面，提供一种将空气动力装置安装至风轮机叶片的外表面的方法，所述方法包括：
a.提供具有外表面的风轮机叶片；
b.提供空气动力装置，该空气动力装置具有基板，所述基板包括限定安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面；
c.借助施加在所述基板的所述安装区域与所述叶片的所述外表面之间的粘合剂将所述基板粘结至所述叶片的所述外表面；
d.在所述基板的所述密封区域与所述叶片的所述外表面之间设置密封，使得所述密封至少部分环绕所述安装区域；以及
e.借助布置在所述密封与所述粘合剂之间的屏障，充分防止所述密封接触所述粘合剂。
可以以任何合适的顺序进行所述方法的步骤。优选地，所述方法的步骤(c)包括将粘合剂应用至基板的安装区域。如已经论述的，这有助于安装过程。
所述方法可以包括在将基板粘结至叶片之前将湿密封剂应用至基板的密封区域，或者在将装置粘结至叶片以后在基板的密封区域与叶片的外表面之间提供湿密封剂。
如先前论述的，所述方法可以包括借助屏障放慢湿密封剂朝粘合剂前进的速度，使得密封剂在到达粘合剂之前固化或者硬化。因此，所述方法可以包括构造屏障使得屏障提供位于密封与粘合剂之间的曲折路径。所述方法可以进一步包括利用形成基板的外周部的裙部基本覆盖密封。
根据本发明的再一方面，提供一种制作风轮机叶片的方法，该方法包括根据上文描述的方法将空气动力装置安装至叶片的外表面。
根据本发明的再一方面，提供一种用于附接至风轮机叶片的尾缘的空气动力装置，所述装置包括基板，所述基板具有用于粘结至所述叶片的压力表面的内表面以及从所述基板延伸并且布置成当所述装置安装至所述叶片时与所述叶片的抽吸表面重叠的一个或者多个抗剥离特征。
在裙部本身起垫的作用或者提供针对叶片表面的密封的实施方式中，可以省掉所述密封以及/或者屏障。
因此，本发明进一步提供一种包括安装至所述叶片的外表面的空气动力装置的风轮机叶片，所述空气动力装置包括基板，基板具有限定大致平坦的安装区域的内表面，基板进一步包括至少部分环绕安装区域并且相对于安装区域的平面倾斜的裙部，该裙部具有限定基板的外周界的边缘，其中，基板的安装区域借助粘合剂层粘结至叶片的外表面从而基板的安装区域借助粘合剂层与叶片的外表面间隔开；并且其中，裙部的边缘与叶片的外表面接触使得裙部限定至少部分环绕位于基板与叶片的外表面之间的粘合剂层的大致封闭的体积。
本发明还提供一种用于安装至风轮机叶片的外表面的空气动力装置，所述空气动力装置包括基板，基板具有限定大致平坦的安装区域的内表面，基板还具有至少部分环绕安装区域的裙部，该裙部具有限定基板的外周界的边缘，其中，裙部相对于安装区域的平面倾斜，使得当基板安装至叶片的外表面时基板的安装区域借助粘合剂层与叶片的外表面间隔开并且裙部的边缘与叶片的外表面接触以限定至少部分环绕位于基板与叶片的外表面之间的粘合剂层的大致封闭的体积。
在前论述的抗剥离特征可以与本文中描述的任一实施方式结合使用或者被上文限定的发明理念包含，或者抗剥离特征可以配合其它合适的空气动力装置使用。
因此，本发明还提供一种用于附接至风轮机叶片的尾缘的空气动力装置，所述装置包括基板，所述基板具有用于粘结至所述叶片的压力表面的内表面以及从所述基板延伸并且布置成当所述装置安装至所述叶片时与所述叶片的抽吸表面重叠的一个或者多个抗剥离特征。如先前论述的，用于接纳叶片的尾缘的狭槽可以被限定在基板的内表面与一个或者多个抗剥离特征之间。在优选实施方式中，抗剥离特征包括布置成与叶片的抽吸表面重叠的一个或者多个指状物。
本发明还提供一种包括具有如本文中描述的空气动力装置的风轮机叶片的风轮机，空气动力装置安装至风轮机叶片。
上文已经关于本发明的第一方面详细论述了本发明的各种可选以及有益特征。要理解，这些特征同样可应用至本发明的其它方面，并且仅仅为了简明起见已经避免了重复这些特征。因此，在本申请的范围内，明显理应可以单独或以任一组合采用在前面的段落中、在权利要求中以及/或者下面的描述以及附图中陈述的各个方面、实施方式、实施例以及另选例(尤其它们的独特特征)。即，所有实施方式以及/或者任一实施方式的特征能以任何方式以及/或者任一组合结合，除非这些特征不相容。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个实施方式的风轮机；
图2是外表面安装有多个空气动力装置的风轮机叶片的平面图；
图3是根据本发明的第一实施方式的有锯齿的尾缘装置的立体图；
图3a是图3的有锯齿的尾缘装置的一部分的放大立体图；
图4是图3的有锯齿的尾缘装置在安装至风轮机叶片的尾缘时的剖面侧视图；
图4a是图4的一部分的放大图；
图5示出了邻近有锯齿的尾缘装置的周缘设置的密封剂；
图6示出了有锯齿的尾缘装置的第二实施方式；
图7示出了有锯齿的尾缘装置的第三实施方式；
图8示出了有锯齿的尾缘装置的第四实施方式；以及
图9示出了根据本发明的扰流器装置。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一个实施方式的风轮机10。风轮机10包括支撑机舱14的塔架12，转子16安装至机舱14。转子16包括从中央轮毂19径向延伸的多个风轮机叶片18。在此实施例中，转子16包括三个叶片18。
图2是风轮机10的叶片18中一者的平面图。叶片18沿纵向“翼展”方向S从根端20延伸至稍端22，并且沿横向“翼弦”方向C在前缘24与尾缘26之间延伸。叶片18包括主要由纤维加强塑料(FRP)形成的外壳27。外壳27限定叶片18的外表面28。外表面28包括位于叶片18的压力侧的压力表面29以及位于叶片18的抽吸侧的抽吸表面30。图2中仅压力表面29可见，但是例如图4中能看到两个表面29、30。如图2中示意性所示，多个空气动力装置34安装至叶片18的外表面28并沿尾缘26相隔一定距离隔开。
参照图3，该图是图2中示意性示出的、根据本发明的第一实施方式的空气动力装置34中一者的立体图。在此实施例中，装置34是有锯齿的尾缘附加件。装置34包括用于安装至叶片18的基板36。多个锯齿38从基板36延伸。锯齿38用以减少使用中由叶片18引起的噪音。锯齿38与基板36一体地形成。在此实施例中，装置34是由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯(ABS)形成的注塑成型的塑料部件，但是可以使用其它合适的材料或者制造过程。由于零部件的复杂形状而特别优选注塑成型。
基板36具有大体梯形的形状，该梯形形状包括第一以及第二大体梯形表面40和42，这两个表面还分别被称作“内”表面与“外”表面。图3的立体图中仅内表面40可见。内表面40包括用于粘结至叶片18的外表面28的安装区域44。在此实施例中，安装区域44大致平坦并且形状大体是梯形的，但是安装区域44也可以是矩形的。安装区域44占据基板36的内表面40的较大的中央部分。
基板36的周界46包括四个边缘：前缘48；尾缘50以及位于前缘48与尾缘50之间的两个横向边缘52、54。前缘48与尾缘50大致平行，前缘48比尾缘50稍短。横向边缘52、54随从基板36的尾缘50到前缘48的位置变动稍微聚拢以提供基板36的梯形形状。此形状在使用中优化基板36上方的气流。锯齿38从基板36的尾缘50附近向外延伸。
基板36的内表面40包括位于安装区域44与基板36的周界46之间的密封区域56。在此实施例中，密封区域56环绕安装区域44。密封区域56包括屏障58，该屏障包括一系列脊60。脊60从基板36的内表面40突出。脊60均布置成环绕安装区域44的大体的梯形环或者轨道。因此，各个脊60的一部分大致平行于基板36的四个边缘48、50、52以及54中的每一者延伸。图3a中更清晰地示出了脊60，图3a是图3中圈出的区域62的详细视图。这里可以看到总共有五个脊60，这五个脊在图3a中标号为60a至60e。脊60a至60e相互平行并且彼此间隔开，使得各个脊均以距安装区域44以及基板36的周界46的各个不同距离定位。
这系列脊60a至60e包括最靠近安装区域44定位的最里面的脊60a、最靠近基板36的周界46定位的最外面的脊60e以及位于最里面的脊60a与最外面的脊60e之间的三个中间脊60b、60c以及60d。在此实施例中，脊60a至60e间隔开大约0.4mm，使得脊60a至60e之间限定均具有大约0.4mm的宽度的一系列的四个通道72a至72d。如图3a中所示，这系列通道72a至72d包括最靠近安装区域44定位的最里面的通道72a、最靠近基板36的周界46定位的最外面的通道72d以及位于最里面的通道72a与最外面的通道72d之间的两个中间通道72b以及72c。
基板36的密封区域56包括裙部82，该裙部环绕一系列的脊60a至60e。因此，屏障58位于裙部82与安装区域44之间。裙部82的周缘83限定基板36的外周界46。裙部82相对于安装区域44的平面稍微倾斜使得当装置34安装至叶片18时基板36的周界46接触叶片18的外表面28。
如图3中所示，有锯齿的尾缘装置34包括呈“指状物”84的形式的多个抗剥落特征。指状物84可以另选地被称作“突片”或者“托架”。此实施例中有三个指状物84，这些指状物邻近基板36的尾缘50沿装置34的翼展长度相互隔开。如图3a的详细视图中所示，当从侧面看时各个指状物84均是大致L形的，并且各个指状物84均包括近端86与远端88。近端86粘结至在基板36的尾缘50处从基板36的内表面40伸出的间隔件90。指状物84包括位于近端86与远端88之间的弯曲部87。在此实施例中，弯曲部87的角度稍大于九十度。因此，指状物84的远端88部分覆在基板36上面并且与基板36的内表面40间隔开，使得指状物84与基板36之间限定狭槽91。在另一实施例中，近端86可与间隔件90成一体。
图4示出了安装在叶片18的尾缘26处的装置34的剖面侧视图。参照图4，能够看到基板36粘结至叶片18的压力表面29。基板36的尾缘50定位在叶片18的尾缘26处或者邻接叶片18的尾缘26定位并且平行于叶片18的尾缘26延伸。因此，锯齿38延伸超出叶片18的尾缘26。叶片18的尾缘26定位在限定在指状物84与基板36之间的狭槽91中。叶片18的尾缘26抵接安装指状物84的间隔件90，并且指状物84覆在叶片18的抽吸表面30上面。指状物84抵抗使用中作用在装置34上的剥离力并且减小使用中装置34从叶片18脱离的风险。
装置34借助一层包括压敏粘合剂的双面胶带92粘结至叶片18的外表面28。在装置34装配至叶片18之前，胶带92施加至基板36的内侧40的安装区域44。为了将装置34安装至叶片18，装置34布置在叶片18上的期望的位置中并且向基板36施加压力以将胶带92按压成接触叶片18的外表面28。
图4a是图4中圈出的区域93的放大图，参照图4a，在此实施例中，胶带92具有大约2mm(毫米)的厚度。基板36的脊60的高度均稍微小于胶带92的厚度。在此实施例中，各个脊60均具有大约1.9mm的高度。因此，脊60按尺寸设计成当装置34安装至叶片18时避免脊60与叶片18的外表面28之间接触。这确保脊60在粘结过程中不干扰胶带92的压缩并因此脊60不会不利地影响装置34与叶片18之间的粘结。因此，当装置34粘结至叶片18时各个脊60的顶部或末端94a与叶片18的压力表面29之间限定小间隙94。在此实施例中，此间隙94的尺寸大约等于胶带92的厚度与脊60的高度之间的差(即，间隙94大约是0.1mm)。
再参照图4，能够看到基板36的厚度随沿翼弦方向从基板36的尾缘50朝前缘48的位置移动逐渐变小。基板36的厚度被限定成基板36的内表面40与外表面42之间的垂直距离。因此，基板36的厚度朝叶片18的前缘24逐渐变细，这当叶片18在使用中时有益地优化基板36上方的气流。
当基板36安装至叶片18时，基板36的裙部82朝叶片18的压力表面29倾斜。裙部82相当薄从而提供叶片表面28与装置34之间的平滑过渡，因此进一步优化基板36上方的气流。裙部82的周缘83与叶片18的外表面28接触，使得裙部82限定位于基板36与叶片18的外表面28之间的、环绕粘合剂层92的大致封闭的体积95。
现在参照图5，此图示出了基板36的密封区域56与叶片18的压力表面29之间的位于基板36的周界46处的密封96。密封96使胶带92免受灰尘或者水分的进入之害，否则灰尘或者水分的进入会在叶片18在使用中的情况下经过一段时间后导致粘合剂劣化。通过在基板36与叶片表面28之间供应湿密封剂97而形成密封96。在此实施例中，密封剂97注入到由裙部82限定的封闭体积95中。裙部82相当柔韧并且可以稍微向后折叠以有助于注入密封剂97。另选地，密封剂97可以借助设置在裙部82中的一个或者多个孔(未示出)注入。作为另一另选，湿密封剂97可以在安装装置34之前施加至基板36或者叶片表面28。密封剂97可以是任何合适的湿密封剂(例如聚氨酯(PU)密封剂或者硅密封剂)。尽管图5仅示出了基板36的前缘48附近的密封96，但是要理解密封96环绕粘合剂92。
设置以上描述的并且在图5中示出的一系列脊60以防止湿密封剂97污染将装置34粘结至叶片18的表面28的胶带92。脊60形成胶带92与密封剂97之间的屏障58并且用以防止密封剂97接触胶带92。当密封剂97注入到封闭的体积95中时，密封剂97往往朝胶带92流动或者散开。由于脊60的顶部94a与叶片18的外表面28之间的小间隙94(图4a，0.1mm)，湿密封剂97能够越过脊60朝胶带92前进。然而，当湿密封剂97流动越过一个脊60时，湿密封剂97将首先填充该脊60后面的通道72。通道72相比位于脊60的顶部94a与叶片表面28之间的间隙94的尺寸(大约0.1mm)具有相对大的宽度(大约0.4mm)。因此，密封剂97在流动越过那些脊60之前将优先沿通道72流动。因此，通道72使扩散或者流动的湿密封剂97重定向，使得湿密封剂97在朝安装区域44前进之前在围绕安装区域44的通道72中循环。
例如，湿密封剂97首先注入到位于基板36的周界46与最外面的脊60e之间的区域中。在填充此区域后，湿密封剂97穿过限定在最外面的脊60e与叶片表面28之间的间隙94(还参见图4a)朝胶带92流动或者扩散。然后，湿密封剂97在平行于安装区域44的边缘的方向上沿最外面的通道72d流动或者扩散。当最外面的通道72d装满密封剂97时，密封剂97穿过限定在中间的脊60d与叶片表面28之间的间隙94继续流动或者扩散以填充中间通道78等等。
因此，脊60a至脊60e限定密封剂97与粘合剂92之间的曲折路径并且用以使湿密封剂97朝胶带92的前进减速，使得密封剂97在到达粘合剂92之前固化。因此，脊有效形成环绕安装区域44并因此环绕粘合剂92的迷宫式密封。已经发现，在此实施方式中，一系列的五个脊60足以充分使密封剂97减速，使得密封剂97在到达胶带92之前固化。能够在图5中看到密封剂97在填充位于脊60之间的最里面的通道72a之前已经固化。因此，固化的密封剂97与胶带92之间存在间隙99，并且密封剂97被防止接触胶带92。因此，粘结在装置34与叶片18的外表面28之间的粘合剂没被密封剂97污染或者以其他方式受损。此外，湿密封剂97还受脊60a至脊60e约束，使得密封剂97沿朝外的方式远离安装区域44流动，密封剂97能够流动越过裙部82的周缘83，在该周缘处当密封剂97仍处于其湿状态时能够简单地将密封剂97从叶片表面擦除。
仍参照图5，能够看到由邻近基板36的周界46的固化密封剂97形成的密封96定位在基板36的周界46内并且被裙部82覆盖。因此，裙部82使密封剂97免于直接暴露于气候条件并且隐蔽密封剂97，从而提高美感。进一步地，隐蔽的密封剂97不会不利地影响叶片18的空气动力性能，因为密封剂97不直接暴露至叶片18上方的气流。裙部82成形为在叶片18上方提供最优气流，这允许获得一致并且可重现的性能。
图6示出了根据本发明的第二实施方式的空气动力装置34a。除了密封剂97与粘合剂92之间的屏障包括从基板36的内表面40突出的柔韧唇98来代替关于第一实施方式描述的一系列脊60之外，空气动力装置34a与图3中所示的第一实施方式相同。与第一实施方式的脊60一样，唇98沿大致梯形的路径布置并且形成环绕安装区域44的连续环。因此，唇98设置在基板36的周界46与安装区域44之间。如下文论述的，唇98形成绕安装区域44并因此绕粘合剂92的密封。
唇98的高度稍微大于胶带92的厚度。在此实施例中，唇98的高度大约是1.2mm。唇98的高度被选择成当装置34a安装至叶片18时使唇98的顶部接触叶片18的外表面28(此实施例中为接触压力表面29)。唇98朝基板36的周界46稍微成角度，以当基板36压靠叶片18的外表面28以压缩胶带92时促进唇98在此方向上稍微偏转。
唇98本身针对叶片18的外表面28(此实施例中，压力表面29)形成密封，以防止任何湿密封剂97朝胶带92流动越过唇98。因为唇98朝基板36的周界46倾斜，所以湿密封剂97对着唇98作用的压力将使唇98稍微朝更竖直的位置移动。这导致唇98被密封剂97推动成更紧贴叶片18的外表面28，因此创建更紧密的密封。
图7示出了根据本发明的第三实施方式的空气动力装置34b。除了空气动力装置34b包括从基板36的内表面40突出的单个脊100代替关于第一实施方式描述的一系列脊60或者第二实施方式的柔韧唇98之外，空气动力装置34b与上文根据第一实施方式以及第二实施方式描述的装置34、34a相同。单个脊100沿大致梯形的路径布置并且形成环绕安装区域44的连续环。就此而言，脊100与第一实施方式的脊60中的一者相似。因此，脊100设置在基板36的周界46与安装区域44之间。
与第一实施方式一样，脊100的高度稍微小于胶带92的厚度，使得当装置34b安装至叶片18时脊100不接触叶片18的压力表面29。因此，脊100不影响胶带92的压缩并因此不影响装置34b与叶片18之间的粘结。橡胶垫101代替关于第一以及第二实施方式描述的湿密封剂97设置在基板36的周界46与安装区域44之间。脊100提供位于橡胶垫101与胶带92之间的屏障并用以将垫101保持就位并且防止垫101与胶带92接触。因此，橡胶垫101不干扰装置34b与叶片18之间的粘结。垫101使胶带92免受灰尘或者水分进入之害，否则灰尘或者水分的进入会在叶片18在使用中的情况下经过一段时间后导致粘合剂92劣化。
橡胶垫101设置在基板36的周界46内并且被裙部82覆盖。因此，裙部82使垫101免于直接暴露于气候条件并且隐蔽垫101，从而垫101不减损叶片18的美观外形。进一步地，隐蔽的垫101不会不利地影响叶片18的空气动力性能，因为垫101不直接暴露至叶片18上方的气流。裙部82成形为在叶片18上方提供最优气流，这允许获得一致并且可重现的性能。
图8示出了根据本发明的第四实施方式的空气动力装置34c。除了空气动力装置34c不包括环绕基板36的安装区域44的诸如脊或者唇之类的任何屏障之外，空气动力装置34c与先前的实施方式相似。在此实施方式中，裙部82改为由橡胶形成并且提供与第三实施方式的垫101相同的功能。因此，橡胶裙部82针对叶片18的压力表面29形成密封并防止水分、灰尘以及其它污染物进入基板36与叶片表面28之间。
虽然已经借助上文关于有锯齿的尾缘装置的实施例描述了本发明，但是要理解，上文描述的发明原理能够同样应用至包括用于粘结至叶片18的表面28的基板的诸如扰流器以及襟翼之类的其它空气动力装置。例如图9中示出了扰流器装置104。扰流器104包括基板106，该基板具有内表面与外表面，其中的外表面108在图9中可见。一对翅片110从外表面108伸出，而内表面适于以与在前的实施方式中描述的任一装置的基板36大致相同的方式粘结至叶片18的表面28。
关于图3以及图3a描述的抗剥落指状物84是可选特征，该可选特征可以关于上文描述的任一实施例用于进一步防止使用中装置的脱离。
可以在不脱离由所附权利要求中限定的本发明的情况下作出关于以上实施例的一些变型。例如，虽然已经关于以上实施例描述了胶带92，但是其它合适的粘合剂可以用于将基板36粘结至叶片18的外表面28，例如可以使用诸如环氧粘合剂或者甲基丙烯酸酯粘合剂之类的结构粘合剂。第一实施方式中各种脊60与通道72的数量与尺寸在其它实施方式中可以有变动。第二实施方式的变更例可以包括多个唇。其它实施方式可以例如包含唇与脊的组合。诸如关于图8中所示的第四实施方式描述的裙部82之类的柔韧裙部可以与任一实施方式一起使用以形成针对叶片18的表面的密封。基板还可以粘结至叶片的压力表面29或者抽吸表面30。

Claims (21)

1.一种风轮机叶片，该叶片包括安装至所述叶片的外表面的空气动力装置，所述空气动力装置包括基板，所述基板具有限定安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面，其中，
所述安装区域借助粘合剂粘结至所述叶片的所述外表面；
在所述基板的所述密封区域与所述叶片的所述外表面之间设置密封，所述密封至少部分环绕所述安装区域；并且
在所述密封与所述粘合剂之间设置屏障，所述屏障充分布置成防止所述密封与所述粘合剂之间的接触，
其中，所述屏障包括多个脊，这些脊间隔开使得相邻的脊之间限定通道。
2.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述屏障与所述基板成一体。
3.根据权利要求1或2所述的风轮机叶片，其中，所述屏障形成围绕所述粘合剂的第二密封。
4.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述屏障包括从所述基板的所述内表面突出的一个或者多个特征。
5.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述密封包括密封剂，并且所述密封剂的至少一部分位于所述通道的至少一者中。
6.根据权利要求1或5所述的风轮机叶片，其中，所述脊的末端与所述叶片的所述外表面之间限定间隙。
7.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述屏障构造成限定所述密封与所述粘合剂之间的曲折路径。
8.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述屏障包括唇，该唇针对所述叶片的所述外表面形成另一密封。
9.根据权利要求8所述的风轮机叶片，其中，所述唇是柔韧的并且朝所述基板的外周界成角度。
10.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述密封包括密封剂或者垫。
11.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述密封区域包括至少部分环绕所述安装区域的裙部，所述裙部布置成覆盖所述密封。
12.根据权利要求11所述的风轮机叶片，其中，所述裙部相对于所述安装区域倾斜并且所述裙部的周缘与所述叶片的所述外表面基本接触。
13.根据权利要求12所述的风轮机叶片，其中，所述裙部的所述周缘针对所述叶片的所述外表面形成密封。
14.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述空气动力装置安装至所述叶片的尾缘。
15.根据权利要求14所述的风轮机叶片，其中，所述空气动力装置包括从所述基板延伸的多个锯齿。
16.根据权利要求1所述的风轮机叶片，其中，所述基板粘结至所述叶片的压力表面，并且所述装置进一步包括从所述基板延伸并且覆在所述叶片的抽吸表面上的一个或者多个抗剥离特征。
17.根据权利要求16所述的风轮机叶片，其中，所述抗剥离特征包括一个或者多个指状物。
18.一种包括根据前述权利要求中任一项所述的风轮机叶片的风轮机。
19.一种用于安装至风轮机叶片的外表面的空气动力装置，所述装置包括基板，所述基板具有限定用于粘结至所述叶片的安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面，其中，所述密封区域包括从所述基板的所述内表面突出的屏障，所述屏障定位在所述安装区域与所述叶片的外周之间，其中，所述屏障包括多个脊，这些脊间隔开使得相邻的脊之间限定通道。
20.一种将空气动力装置安装至风轮机叶片的外表面的方法，所述方法包括：
a.提供具有外表面的风轮机叶片；
b.提供空气动力装置，该空气动力装置具有基板，所述基板包括限定安装区域以及至少部分环绕所述安装区域的密封区域的内表面；
c.借助施加在所述基板的所述安装区域与所述叶片的所述外表面之间的粘合剂将所述基板粘结至所述叶片的所述外表面；
d.在所述基板的所述密封区域与所述叶片的所述外表面之间设置密封，使得所述密封至少部分环绕所述安装区域；以及
e.借助布置在所述密封与所述粘合剂之间的屏障充分防止所述密封接触所述粘合剂，其中，所述屏障包括多个脊，这些脊间隔开使得相邻的脊之间限定通道。
21.一种风轮机叶片，该叶片包括根据权利要求20所述的方法安装至所述叶片的外表面的空气动力装置。
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