CN108953053A - 一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法，该梳状锯齿结构通过底板与风电叶片连接，梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角；梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构，该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘；梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状，梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构。风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部，梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构。本发明可降低翼型气动噪音，提高翼型气动性能，提高年发电量，降低叶片气动噪音和振动；还可对同类产品进行定位和安装，安装定位过程精确可靠，安装效率高。

Description

一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法

技术领域

本发明涉及风电叶片领域，特别涉及一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法。

背景技术

现有技术中的风力机主要包括叶片、机舱轮毂、塔架和基础，塔架与地面通过基础固定(海上机组可能使用其他基础形式)。叶片通过轴承与机舱轮毂连接，该风力机通过叶片吸收风能，带动发电机转轴旋转进行发电，风力机的输出功率主要由叶片吸收风能的性能来决定。叶片包含叶片根部、叶片中部、叶尖、叶片前缘和叶片后缘，叶片中部和叶尖主要吸收风能，叶片根部主要作用是承受载荷并将叶片和机舱轮毂进行连接。

大型现代风力机的单机功率容量需求持续增加，尤其是在风轮扫风面积方面，风轮扫风面积越大，风力机的适用风速越低，在低风速下的发电量就越高，但是相应的整个风力机以及风力机的不同部件尺寸就越大。所以，随着风力发电机机组单机容量增加和叶片长度的增加，叶片尖部的线速度已接近300km/h，随着叶片线速度的增加，叶片的气动噪音也越来越明显。另外，随着风力发电机组的大型化与风电场的大规模开发建设，远离居民区的空旷风场越来越稀缺，风电场与居民区的距离变得越来越近，风力机产生的噪声问题已成为风力机设计所面临的挑战，噪音问题越来越受到社会和环保机构的关注，噪声成为必须考虑和解决的问题。则如何增加叶片的风能吸收率和降低机组的噪音是提高风力机核心竞争力的关键问题。

借鉴飞机发动机降噪的经验，发动机出口位置的锯齿结构可以很好改善了发动机尾流的湍流结构进而降低气动噪音。现有技术中已涉及对于锯齿结构用于减小风力涡轮转子的转子叶片转动时所产生的噪音的技术。

然而，从目前现有的用于风力叶片上的锯齿结构的现有技术在型式结构、安装位置、材料和安装方法上存在很多不合理的地方，且部分现有技术所描述的锯齿结构实施过程并未进行严格的试验验证，在实际应用过程中可能会出现效果不明显或者出现负面效果的情况。

具体地，现有技术中未对单个锯齿结构带的长度尺寸做限制，由于风轮表面气动外形的特殊性，在安装过程中会存在困难，且由于曲面的变化会产生锯齿结构带向外剥离的预应力，降低粘胶的可靠性。且该专利申请中的锯齿结构的基板材质为玻璃纤维，未考虑材料对锯齿结构降噪性能的影响；另外该专利申请中锯齿结构采用平板切割而成，未考虑的板厚的过渡，在运行过程中会产生较大的气动阻力，且容易造成噪声衍射降低降噪效果。

另，现有技术中，未考虑锯齿结构与翼型弦长方向安装夹角的关系，且尾缘锯齿结构太尖锐容易形成细小高能量涡流，使得湍流边界层流经尾缘锯齿结构边缘时产生强烈的宽频散射噪声。

发明内容

本发明的目的是提供一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法，针对具体的叶片结构特征，从梳状锯齿结构降噪、增效最优考虑，指定了不同叶片上安装梳状锯齿结构尺寸布置方法、安装夹角确定方法、粘接密封过渡方法和不同型式梳状锯齿结构连接方法；该梳状锯齿结构还能够减少由于叶片表面污染后导致的风力机发电量损失和叶片表面污染后气动噪音的降低，可用于已运行叶片的增功、降噪改造；且针对梳状锯齿结构的运行环境，从耐候性考虑其生产材料可选为耐候性工程塑料或复合材料，指定了批量加工方式，指定了将梳状锯齿结构粘接到叶片表面密封粘接胶种类；还公开了在风力机叶片上确定梳状锯齿结构安装位置的方法，以及安装梳状锯齿结构到风力机叶片上的方法。

为了达到上述目的，本发明公开了一种风电叶片的梳状锯齿结构，所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接，所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角；所述梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构，该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘；所述梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状，所述梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构，所述梳状锯齿结构后缘设置成倾斜的弧面结构。

优选地，所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的锯齿凸起结构；或者，所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的流苏状边缘结构；或者，所述梳状锯齿结构前缘上设有倾斜弧形状的长条梳齿结构进行平行紧密排列或竖直的长条梳齿结构进行平行紧密排列。

优选地，所述梳状锯齿结构的锯齿结构之间设有圆角结构，所述梳状锯齿结构后缘上设有锯齿结构圆角过渡结构，所述锯齿结构从齿根到齿尖逐渐变薄。

优选地，所述底板的长度范围为30～100mm，所述锯齿结构的长度尺寸与宽度尺寸比值的范围为0.5～3.5。

本发明公开了一种包含如上文所述的梳状锯齿结构的风电叶片，该风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部，所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接；所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角；所述梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构，从所述叶片尖部至所述叶片根部，梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的夹角逐渐增大或者逐渐减小，该夹角为连续变化或间断变化。

优选地，叶片中部梳状锯齿结构中心线与变桨轴线的第一夹角的范围在30°～80°和/或叶片中部梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的第二夹角的范围在40°～100°。

优选地，所述风电叶片各横截面为翼型结构，所述翼型结构包括前缘、尾缘、吸力面、压力面、吸力面尾缘和压力面尾缘；其中，叶片的翼型弦长是指所述前缘和所述尾缘水平方向的距离，叶片的翼型相对厚度是指所述吸力面和所述压力面垂直方向上的距离与所述翼型弦长的比值；翼型结构的翼型弦长方向与水平方向之间的夹角的角度范围为-10°～10°；梳状锯齿结构的锯齿结构长度尺寸与翼型弦长之间的比值在0.05％～30％之间，所述锯齿结构的宽度尺寸与长度尺寸的比值在0.05％～200％之间。

优选地，梳状锯齿结构的第一部分设置在翼型相对厚度为15％～18％的区域，所述梳状锯齿结构的第一部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的0.5％～5％；梳状锯齿结构的第二部分设置在翼型相对厚度为18％～21％的区域，所述梳状锯齿结构的第二部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的1％～10％；梳状锯齿结构的第三部分设置在翼型相对厚度为21％～25％的区域，所述梳状锯齿结构的第三部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的2％～25％；梳状锯齿结构的第四部分设置在翼型相对厚度为25％～30％的区域，所述梳状锯齿结构的第四部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的5％～30％；梳状锯齿结构的第五部分设置在翼型相对厚度为30％～40％的区域，所述梳状锯齿结构的第五部分的长度尺寸范围在所对应安装位置处翼型弦长的6％～25％；梳状锯齿结构的第六部分设置在翼型相对厚度为40％～60％的区域，所述梳状锯齿结构的第六部分的长度尺寸范围是在所对应安装位置处翼型弦长的10％～20％。

优选地，叶片尖部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为20～150mm，叶片中部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为100～300mm，叶片根部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为150～400mm；和/或，叶片尖部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为5～50mm，叶片中部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为30～150mm，叶片根部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为50～200mm。

本发明还公开了一种将如上文所述的梳状锯齿结构安装至风电叶片上的方法，该安装方法包含：

安装准备过程：设定安装环境温度，准备工具；

安装执行过程：

P1、根据预先设置好的梳状锯齿结构尺寸，测量梳状锯齿结构在叶片长度方向的位置，再测量出弦向安装位置，拉出梳状锯齿结构粘接底板与翼型下表面接触的定位边缘线，用胶带沿着定位边缘线粘贴，形成叶片后缘与粘接底板安装定位边缘线的打磨区域；

P2、对安装区域进行打磨；

P3、在梳状锯齿结构的底板上均匀涂上密封粘接胶；

P4、将梳状锯齿结构连接固定在叶片表面；

P5、按顺序完成所有梳状锯齿结构的安装；

P6、安装完成后，根据密封粘胶的固化时间要求，间隔相应的时间再启用叶片。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：(1)本发明的梳状锯齿结构可降低翼型气动噪音1.5～3dB左右，提高翼型气动性能10％～30％，越靠近叶尖部分的翼型提升量越大。(2)本发明的梳状锯齿结构用于风力机叶片，可提高年发电量1％～2％左右，可降低叶片气动噪音2～5dB。(3)本发明的梳状锯齿结构可用于运行叶片的增功、降噪改造；对于低空气密度风场、低风速地区机组和叶片表面污染严重的机组发电量提升、降噪效果更好。(4)本发明的梳状锯齿结构可降低叶片的振动。(5)本发明的梳状锯齿结构安装方法可对同类产品进行定位和安装，安装定位过程精确可靠，安装效率高。

附图说明

图1本发明的风力机的组成结构示意图；

图2本发明的风电叶片的翼型结构示意图；

图3本发明的仓鸮翅膀仿生外形与变形示意图；

图4本发明的多种梳形锯齿状结构示意图；

图5本发明的梳形锯齿状结构在翼型上安装示意图；

图6本发明的梳形锯齿结构流线规整示意图；

图7本发明的噪音计权曲线示意图；

图8本发明的梳形锯齿结构与叶片变桨轴安装夹角示意图；

图9本发明的梳形锯齿结构与叶片安装分布示意图；

图10本发明的梳形锯齿结构与翼型安装夹角示意图；

图11本发明的梳状锯齿结构俯视图；

图12本发明的梳状锯齿结构整体视图；

图13本发明的梳状锯齿结构粘接示意图；

图14本发明的梳状锯齿结构连接处理示意图；

图15本发明的梳状锯齿结构在风力机上安装效果图。

具体实施方式

本发明公开了一种装有梳状锯齿结构的风电叶片及其安装方法，为了使本发明更加明显易懂，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的风力机叶片包含叶片9、机舱轮毂4、塔架7和基础8，塔架7与地面通过基础8固定(海上机组可能使用其他基础形式)。叶片9通过轴承与机舱轮毂4连接，该风力机通过叶片9吸收风能，带动发电机转轴旋转进行发电，风力机的输出功率主要由叶片9吸收风能的性能来决定。

其中，叶片9包含叶片根部1、叶片中部2、叶片尖部3、叶片迎风面5和叶片背风面6，叶片中部2和叶片尖部3主要吸收风能，叶片根部1主要作用是承受载荷并将叶片9和机舱轮毂4进行连接。从来流的方向看，风轮是顺时针旋转，对应了叶片迎风面5和叶片背风面6。

如图2所示，叶片的各横截面称之为翼型，即风电叶片设计的基础为翼型结构，翼型包括前缘10、尾缘11、吸力面16、压力面15、吸力面尾缘17和压力面尾缘18。其中，前缘10和尾缘11水平方向的距离为弦长13(该弦长用C表示)；吸力面尾缘17与压力面尾缘18垂直方向的距离为尾缘厚度12(该尾缘厚度用L表示)；吸力面16和压力面15垂直方向上的距离M(14所指区域)与弦长C的比值为翼型的相对厚度；尾缘厚度L与弦长C的比值为翼型的尾缘相对厚度。

其中，实际叶片生产过程中，由于生产工艺的限制，叶片尾缘11厚度12会大于1.5mm以上，因此容易产生“后向台阶流”流动现象，翼型的整体流动稳定性较低，在翼型尾缘会形成规律的脱落涡结构。声学风洞试验研究表明，翼型尾缘脱落涡噪音是叶片噪音的主要来源，改变翼型尾缘结构对降低气动噪音效果最显著。

对于风轮叶片典型的结构的外形轮廓与仓鸮翅膀相似，通过动物学家研究发现，仓鸮通常在夜晚捕猎并使用听觉来追踪猎物，仓鸮的羽毛上具有独特的锯齿状凸起、绒毛状表面和流苏边缘三种结构，这些独特的结构与抑制飞行中的噪声有关，可以降低噪音幅度达2kHz以上。从仿生角度考虑，在叶片尾缘上设置有类似于仓鸮羽毛的锯齿结构，以提高叶片表面的流动稳定性，降低阻力、减少叶片运行气动噪音。

其中，梳状锯齿结构使气流附着在翅膀周围，并将气流中的湍流涡分解为更小的涡流(被称为微湍流)，这些小涡流在上翼面沿翼弦方向流动，从而达到消音的目的。仓鸮内羽片背面的绒毛状表面可减少翅膀表面气流的摩擦，使得仓鸮能够平滑无声地滑行，飞行中仍然发出的噪音被蓬松多孔的羽毛纹理所吸收；另一方面，翅膀外羽片上的绒毛状结构能降低飞行时的空气阻力，从而进一步达到消音的目的，尤其是对于翅膀下部粗糙表面产生的低频噪声降低作用尤为明显。仓鸮羽毛具有的流苏状边缘，可以让它们在飞行时能将飞行所产生的阻力减少到最小，由于每片翼羽的尖锐后缘在飞行过程中都会产生一定的噪音，因此仓鸮的流苏状边缘在振翅飞行期间使得湍流漩涡经过翼后部区域，从而释放阻力。这些流苏状边缘连接了相邻的羽毛，使得羽毛边缘可以自由浮动，从而保证了翅膀后缘的平滑，因此减少了飞行时湍流边界层流过后缘时产生的宽频散射噪声。

如图3所示的基于仿生简化得到的锯齿结构26，该锯齿结构26包含梳状锯齿结构前缘23(即锯齿结构26的迎风面)、梳状锯齿结构顶端25和梳状锯齿结构后缘24(即锯齿结构26的背风面)，该梳状锯齿结构后缘24形状近似为向后倾斜的光滑弧面，并附有圆角设计。其中，梳状锯齿结构前缘23设置为弧状结构。从减少阻力和生产方便考虑，将梳状锯齿结构顶端25设置成圆弧状，可以减少气流局部分离降低阻力，且能减少湍流边界层流过尖锐后缘时产生的宽频散射噪声。同时根据图3中的梳状锯齿结构27和梳状锯齿结构28，可将仿生结构进行组合变形为锯齿结构29。

当从降噪效果角度考虑，本发明可使用如图4中的梳状锯齿结构30、梳状锯齿结构31、梳状锯齿结构32和梳状锯齿结构33。

从仓鸮翅膀仿生角度，梳状锯齿结构更多地应用到如图4中的梳状锯齿结构30、梳状锯齿结构31、梳状锯齿结构32和梳状锯齿结构33。

其中，梳状锯齿结构30的梳状锯齿结构前缘设有类似仓鸮羽毛的微小的锯齿凸起结构34，梳状锯齿结构31的梳状锯齿结构前缘设有类似仓鸮羽毛的流苏状边缘结构35，即细丝状毛刷结构。梳状锯齿结构32设置有梳齿结构36，该梳齿结构36即类似于梳子的倾斜的弧形长条梳齿结构平行紧密排列；梳状锯齿结构33设置有梳齿结构37，该梳齿结构37即类似于梳子的竖直的长条梳齿结构平行紧密排列。

如图6所示为梳状锯齿结构39和未加梳状锯齿结构391的分解涡流示意图。气流流过梳状锯齿结构表面后规整附着在梳状锯齿结构上的两种形态，分别为形态40和形态41。气流流过不加梳状锯齿结构表面的两种形态，分别为形态411和形态401，气流不继续附着流动而分离，进而会产生边界层分离噪音。

图11为锯齿结构64的俯视图，图12为锯齿结构68的整体视图。从粘接方便考虑，在锯齿结构前部增加了粘接底板65，即锯齿结构与叶片表面通过底板65粘接固定。

为了保证锯齿结构64有良好的气流过渡，减少尖锐边界带来的宽频散射噪声，将梳状锯齿结构表面增加圆角过渡，即锯齿结构64具有锯齿结构之间的圆角特征70和锯齿结构圆角过渡特征66。

锯齿结构的长度尺寸为L(该长度L为图11的数字标记67所示)，锯齿结构宽度尺寸为W(该宽度尺寸W为图11的数字标记69所示)；由于梳状锯齿结构安装在风轮叶片的表面，且风轮叶片的气动外形在各处都是不固定的弧面，因此粘接底板65不是平板而是带有弧度的曲面71，以保证与叶片表面粘接的良好过渡。

为了生产方便，梳状锯齿结构设置有拔模。为了保证梳状锯齿结构对气流规整的效果最大化，将梳状锯齿结构布置与叶片尾流一致的形状，如图12所示的一种条带式结构的梳状锯齿结构。每组梳状锯齿结构包含固定数量的锯齿结构68，锯齿结构68的型式与仓鸮翅膀相似。梳状锯齿结构与叶片变桨轴线呈一定夹角，与叶片旋转尾流流向一致。为了减少梳状锯齿结构产生的附加阻力影响最终的气动性能提升，梳状锯齿结构68从齿根到齿尖逐渐变薄。

示例地，从粘接便利性考虑，粘接底板65的长度在30～100mm范围内较优。

对于梳状锯齿结构降噪效果，如图7所示为噪音加权数据示意图(分别包含A级、B级、C级和D级)。横坐标表示频率，单位为Hz；纵坐标表示噪声，单位为db。根据人耳的听觉规律采用A加权计量噪音曲线42最为合适，因此可知气动噪音降低频率区间在1000Hz～3000Hz范围内降噪效果最好。

如图5所示为梳状锯齿结构38安装到叶片上的示意图。如图8所示为梳状锯齿结构在叶片上的安装位置示意图。该梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构43、叶片中部区域梳状锯齿结构44和叶片根部区域梳状锯齿结构45。梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线46之间形成一定的夹角。

由于叶片整体的旋转角速度相同，不同叶片长度方向的线速度不同，因此气流流过叶片表面时所形成的尾迹方向也不同。

其中，叶片中部梳状锯齿结构中心线与变桨轴线46的夹角α1(夹角α1即为图8中标号47所示)，叶片中部梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线46的夹角α2(夹角α2即为图8中标号48所示)。根据叶片旋转流动尾迹分布情况，夹角α1的范围在30°～80°较优，夹角α2的范围在40°～100°较优。

更进一步，针对目前常见的风力机，夹角α1的最优选择为50°～70°，夹角α2的最优选择为60°～90°。

更进一步，从叶片尖部到叶片根部，梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线46之间的夹角从较小的角度开始逐渐增大，梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线之间的夹角的设置可以是连续变化的，也可以是间断变化的；根据实际叶片设计的情况，梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线之间的夹角也可以是从较大的角度开始逐渐减小，或者不存在某一规律的变化。

图9所示为梳状锯齿结构不同型式在叶片上的范围示意图。根据不同梳状锯齿结构长度、宽度等特征尺寸，可得到分别代表不同的梳状锯齿结构型式的第一部分S1、第二部分S2、第三部分S3、第四部分S4、第五部分S5和第六部分S6(分别对应图9中的数字标记55、56、57、58、59和60)；根据不同梳状锯齿结构安装长度，可得到分别代表不同梳状锯齿结构安装长度的L1、L2、L3、L4、L5和L6(分别对应图9中的数字标记49、50、51、52、53和54)。

叶片设计通常以翼型的弦长和相对厚度等来进行描述。梳状锯齿结构的第一部分S1安装在叶片翼型相对厚度15％～18％的区域，第一部分S1的长度尺寸L1在所对应安装位置处翼型弦长C的0.5％～5％之间；第二部分S2安装在叶片翼型相对厚度18％～21％的区域，第二部分S2的长度尺寸L2在所对应安装位置处翼型弦长C的1％～10％之间；第三部分S3安装在叶片翼型相对厚度21％～25％的区域，第三部分S3的长度尺寸L3在所对应安装位置处翼型弦长C的2％～25％之间；第四部分S4安装在叶片翼型相对厚度25％～30％的区域，第四部分S4的长度尺寸L4在所对应安装位置处翼型弦长C的5％～30％之间；第五部分S5安装在叶片翼型相对厚度30％～40％的区域，第五部分S5的长度尺寸L5在所对应安装位置处翼型弦长C的6％～25％之间；第六部分S6安装在叶片翼型相对厚度40％～60％的区域，第六部分S6的长度尺寸L6在所对应安装位置处翼型弦长C的10％～20％之间。根据实际叶片设计的差异，单支叶片所使用的梳状锯齿结构型式数目和安装范围可做相应调整，上述各翼型相对厚度区域所对应的梳状锯齿结构长度特征尺寸均为较优的选择，本发明对此并不做限制。

风力机风轮实际运行在自然环境下，风轮表面的灰尘粘附、雨蚀等会增加翼型粗糙度使得叶片提前失速，进而降低风轮的发电表现；翼型表面粗糙度增加，也会产生额外的湍流涡，进而增加叶片的气动噪音。根据前面的分析：加装梳状锯齿结构可延迟气流失速分离，在叶片表面被污染后加梳状锯齿结构可以改善失速分离情况，保持叶片很好的气动性能，保持叶片良好的发电性能减少气动噪音；更进一步，梳状锯齿结构可用于运行叶片的气动性能提升改造。

图10为梳状锯齿结构62安装在叶片上的截面视图。其中，翼型61的弦长方向与水平方向之间的夹角β(夹角β为图10中的数字标记63所示)。根据图6可知，梳状锯齿结构应处于气流中，将气体流中的湍流分解为更小的涡流(被称为微湍流)，这些小涡流沿翼弦方向继续流动耗散在尾流中，从而达到消音的目的，因此梳状锯齿结构应处于翼型气流的尾流区域中，故梳状锯齿结构与翼型安装时应特别设置一夹角β，夹角β优选为-10°～10°(按照图10的坐标系，顺时针旋转方向为正，逆时针旋转方向为负)。

进一步地，夹角β的范围还可优选为0°～5°。

如图2和图11所示，对风轮叶片的边界层动量积分计算，适用于1MW以上的风轮叶片上的梳状锯齿结构长度尺寸L(如图11所示的数字标记67)与安装位置处翼型弦长C的比值在0.05％～30％之间。叶片尖部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸L在20～150mm更优，叶片中部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸L在100～300mm更优，叶片根部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸L在150～400mm更优。

根据声学风洞试验结果，用于1MW以上的风轮叶片上的梳状锯齿结构宽度尺寸W(如图11所示的数字标记69)与长度尺寸L(如图11所示的数字标记67)的比值在0.05％～200％之间。叶片尖部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸W在5～50mm更优，叶片中部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸W在30～150mm更优，叶片根部1/3区域的梳状锯齿结构尺寸W在50～200mm更优。

示例地，梳状锯齿结构长宽比在0.5～3.5之间较优。

另外，梳状锯齿结构的长度L和梳状锯齿结构宽度W的关系也会影响气流规整的效果。若长宽比(即梳状锯齿结构的长度L与梳状锯齿结构宽度W的比值)过小，气流规整效果较弱；若长宽比过大，产生的附加阻力较大。

梳状锯齿结构粘接效果如图13所示的粘胶外轮廓73、粘胶外轮廓75、翼型上表面72和翼型下表面74，76为粘接底板，要求粘胶外轮廓73与翼型上表面72进行光滑过渡，粘胶外轮廓73与翼型上表面72延长线共线或有较小的夹角；还要求粘胶外轮廓75与翼型下表面74进行圆滑过渡。更进一步，要求粘胶与翼型和梳状锯齿结构粘接所形成的过渡比例大于30：1。考虑到温度变化，实际运行工程中梳状锯齿结构会出现热胀冷缩，梳状锯齿结构粘接设定间隙，粘接间隙需用粘接胶进行填缝密封。更进一步，考虑到粘接便利性和粘胶填缝可靠性，在粘接间隙处设置如图14所示的连接结构77、78、79和80，粘接连接结构不限于图14的两种形式，可以是其他任意能达到相同目的的连接形式。梳状锯齿结构与叶片表面的粘接可使用非流挂稠度的密封胶、粘接胶。

由上所述，梳状锯齿结构可选用真空灌注、注塑成型等方式一体化生产，也可将梳状锯齿结构和粘接底板分开加工再采用粘接、焊接的方式生产。为了方便生产、减少附加阻力的产生和结构稳定性，梳状锯齿结构设置有拔模角；为了减少梳状锯齿结构的阻力，锯齿结构设置有圆角过渡；梳状锯齿结构顶端设置有圆角过渡；梳状锯齿结构背风面有一定倾角。

如图15所示为梳状锯齿结构安装到风力机叶片上的效果示意图，81为安装好的梳状锯齿结构带。

从梳状锯齿结构的工作环境条件(自然环境)的耐候性考虑，有紫外线、酸碱(雨水中含有)、雨水等，且要求梳状锯齿结构在大自然环境下一直工作寿命保持20年，因此可选择的梳状锯齿结构加工材料为耐候性工程塑料或复合材料。根据梳状锯齿结构安装位置的特殊性，梳状锯齿结构的材料需满足耐候性要求。

本发明的实施例一针对还未装机运行、堆放在堆场中的叶片，将梳状锯齿结构安装到叶片上的过程如下：

安装准备：安装环境温度要求5℃以上，且温度越高对粘接胶的粘接效果越好；准备水性记号笔、800目砂纸、50m长皮尺、米尺、纸胶带、工业酒精等。

实施过程：

S1、适当调整叶片位置，使得叶片水平放置，吸力面尾缘、压力面尾缘水平朝后；

S2、根据预先设置好的梳状锯齿结构定位尺寸，采用皮尺测量出梳状锯齿结构在叶片长度方向的位置，再用米尺测量出弦向安装位置，用细线拉出梳状锯齿结构粘接底板与翼型下表面接触的定位边缘线，用纸胶带沿着定位边缘线粘贴，形成叶片后缘与粘接底板安装定位边缘线的打磨区域；

S3、采用800目砂纸对安装区域进行打磨，保证粘接面平整清洁。在打磨前，若发现叶片表面有油污，则需先用有机溶剂进行清洗并擦干；打磨时严禁用手触摸打磨完的粘接面，以防止粘接面上留下污渍；

S4、在梳状锯齿结构底板上均匀涂上密封粘接胶；

S5、将梳状锯齿结构从粘贴起点位置(即一块锯齿板开始粘贴的一端)开始，沿锯齿粘贴板四周边缘的四点连接固定在叶片表面(目的是保证附件粘接平面与叶片表面的粘接质量)，固定时从梳状锯齿结构中部向四周按压挤出气泡，并用力按压梳状锯齿结构五秒，确定粘接牢固；

S6、同理，按顺序完成所有梳状锯齿结构的安装；

S7、安装完成后，根据密封粘胶的固化时间要求，放置相应的时间再启用叶片。

本发明的实施例二针对已装机运行的叶片，将梳状锯齿结构安装到叶片上的过程如下：

安装准备：维修平台或吊篮系统一套，高处作业用安全带、安全绳和安全帽，对讲机；水性记号笔、800目砂纸、50m长皮尺、米尺、工业酒精等；安装环境温度高于8℃，风场风速应小于8米/秒，下雨、有雾等能见度差的天气都不能进行安装工作。

实施过程：

T1、叶轮锁定且和班组成员确认，并监测一切正常，机舱维护已打开，急停已拍下，偏航已关闭；

T2、划定现场施工安全范围，并拉警戒线，树警戒牌，无关人员禁止入内；

T3、正式使用吊篮前，多次监测吊带、吊环、钢丝绳，确保完好无损；

T4、根据预先设置好的梳状锯齿结构定位尺寸，采用皮尺测量出梳状锯齿结构在叶片长度方向的位置，再用米尺测量出弦向安装位置，用细线拉出梳状锯齿结构粘接底板与翼型下表面接触的定位边缘线，用纸胶带沿着定位边缘线粘贴，形成叶片后缘与粘接底板安装定位边缘线的打磨区域；

T5、采用800目砂纸对安装区域进行打磨，保证粘接面平整清洁。在打磨前，若发现叶片表面有油污，则需先用有机溶剂进行清洗并擦干；打磨时严禁用手触摸打磨完的粘接面，以防止粘接面上留下污渍；

T6、在梳状锯齿结构底板上均匀涂上密封粘接胶；

T7、将梳状锯齿结构从粘贴起点位置(即一块锯齿板开始粘贴的一端)开始，沿锯齿粘贴板四周边缘的四点连接固定在叶片表面(目的是保证附件粘接平面与叶片表面的粘接质量)，固定时从梳状锯齿结构中部向四周按压挤出气泡，并用力按压梳状锯齿结构5秒，确定粘接牢固；

T8、同理按顺序完成所有梳状锯齿结构的安装；

T9、安装完成后根据密封粘胶的固化时间要求，将风机停机相应的时间再启用叶片；

T10、建议用一天完成三支叶片的清洗，一天完成一支叶片的粘贴。

综上所述，本发明针对具体的叶片结构特征，从梳状锯齿结构降噪、增效最优考虑，指定了不同叶片上安装梳状锯齿结构尺寸布置方法、安装夹角确定方法、粘接密封过渡方法和不同型式梳状锯齿结构连接方法。本发明的梳状锯齿结构还能够减少由于叶片表面污染后导致的风力机发电量损失和叶片表面污染后气动噪音的降低，可用于已运行叶片的增功、降噪改造。且针对梳状锯齿结构的运行环境，从耐候性考虑其生产材料可选为耐候性工程塑料或复合材料，指定了批量加工方式，指定了将梳状锯齿结构粘接到叶片表面密封粘接胶种类。本发明还涉及在风力机叶片上确定梳状锯齿结构安装位置的方法，以及安装梳状锯齿结构到风力机叶片上的方法。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种风电叶片的梳状锯齿结构，其特征在于，

所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接，所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角；

所述梳状锯齿结构体包含一个或多个锯齿结构，该锯齿结构设有梳状锯齿结构前缘、梳状锯齿结构顶端和梳状锯齿结构后缘；所述梳状锯齿结构顶端设置成圆弧状，所述梳状锯齿结构前缘设置为弧状结构，所述梳状锯齿结构后缘设置成倾斜的弧面结构。

2.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构，其特征在于，

所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的锯齿凸起结构；

或者，所述梳状锯齿结构前缘上设有仓鸮羽毛状的流苏状边缘结构；

或者，所述梳状锯齿结构前缘上设有倾斜弧形状的长条梳齿结构进行平行紧密排列或竖直的长条梳齿结构进行平行紧密排列。

3.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构，其特征在于，

所述梳状锯齿结构的锯齿结构之间设有圆角结构，所述梳状锯齿结构后缘上设有锯齿结构圆角过渡结构，所述锯齿结构从齿根到齿尖逐渐变薄。

4.如权利要求1所述的风电叶片的梳状锯齿结构，其特征在于，

所述底板的长度范围为30～100mm，所述锯齿结构的长度尺寸与宽度尺寸比值的范围为0.5～3.5。

5.一种包含如权利要求1-4任意一项所述的梳状锯齿结构的风电叶片，其特征在于，

所述风电叶片包含叶片根部、叶片中部和叶片尖部，所述梳状锯齿结构通过底板与所述风电叶片连接；

所述梳状锯齿结构的中心线与叶片变桨轴线之间形成有夹角；所述梳状锯齿结构包含叶片尖部区域梳状锯齿结构、叶片中部区域梳状锯齿结构和叶片根部区域梳状锯齿结构，从所述叶片尖部至所述叶片根部，梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的夹角逐渐增大或者逐渐减小，该夹角为连续变化或间断变化。

6.如权利要求5所述的风电叶片，其特征在于，

叶片中部梳状锯齿结构中心线与变桨轴线的第一夹角的范围在30°～80°和/或叶片中部梳状锯齿结构中心线与叶片变桨轴线的第二夹角的范围在40°～100°。

7.如权利要求5所述的风电叶片，其特征在于，

所述风电叶片各横截面为翼型结构，所述翼型结构包括前缘、尾缘、吸力面、压力面、吸力面尾缘和压力面尾缘；其中，叶片的翼型弦长是指所述前缘和所述尾缘水平方向的距离，叶片的翼型相对厚度是指所述吸力面和所述压力面垂直方向上的距离与所述翼型弦长的比值；

翼型结构的翼型弦长方向与水平方向之间的夹角的角度范围为-10°～10°；梳状锯齿结构的锯齿结构长度尺寸与翼型弦长之间的比值在0.05％～30％之间，所述锯齿结构的宽度尺寸与长度尺寸的比值在0.05％～200％之间。

8.如权利要求7所述的风电叶片，其特征在于，

梳状锯齿结构的第一部分设置在翼型相对厚度为15％～18％的区域，所述梳状锯齿结构的第一部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的0.5％～5％；

梳状锯齿结构的第二部分设置在翼型相对厚度为18％～21％的区域，所述梳状锯齿结构的第二部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的1％～10％；

梳状锯齿结构的第三部分设置在翼型相对厚度为21％～25％的区域，所述梳状锯齿结构的第三部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的2％～25％；

梳状锯齿结构的第四部分设置在翼型相对厚度为25％～30％的区域，所述梳状锯齿结构的第四部分的长度尺寸范围是所对应安装位置处翼型弦长的5％～30％；

梳状锯齿结构的第五部分设置在翼型相对厚度为30％～40％的区域，所述梳状锯齿结构的第五部分的长度尺寸范围在所对应安装位置处翼型弦长的6％～25％；

梳状锯齿结构的第六部分设置在翼型相对厚度为40％～60％的区域，所述梳状锯齿结构的第六部分的长度尺寸范围是在所对应安装位置处翼型弦长的10％～20％。

9.如权利要求5所述的风电叶片，其特征在于，

叶片尖部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为20～150mm，叶片中部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为100～300mm，叶片根部1/3区域的锯齿结构的长度尺寸范围为150～400mm；

和/或，叶片尖部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为5～50mm，叶片中部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为30～150mm，叶片根部1/3区域的锯齿结构的宽度尺寸范围为50～200mm。

10.一种将如权利要求1-9任意一项所述的梳状锯齿结构安装至风电叶片上的方法，该安装方法包含：

安装准备过程：设定安装环境温度，准备工具；

安装执行过程：

P1、根据预先设置好的梳状锯齿结构尺寸，测量梳状锯齿结构在叶片长度方向的位置，再测量出弦向安装位置，拉出梳状锯齿结构粘接底板与翼型下表面接触的定位边缘线，用胶带沿着定位边缘线粘贴，形成叶片后缘与粘接底板安装定位边缘线的打磨区域；

P2、对安装区域进行打磨；

P3、在梳状锯齿结构的底板上均匀涂上密封粘接胶；

P4、将梳状锯齿结构连接固定在叶片表面；

P5、按顺序完成所有梳状锯齿结构的安装；

P6、安装完成后，根据密封粘胶的固化时间要求，间隔相应的时间再启用叶片。