CN111433452A - 前边缘装置、制造和安装前边缘装置的方法以及风力涡轮机叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及前边缘装置、风力涡轮机叶片、制造前边缘装置的方法和安装前边缘装置的方法。前边缘装置包括具有内表面和外表面的腐蚀屏蔽物。前边缘装置还包括多个气流调整元件，其各自具有局部外表面和局部内表面。气流调整元件具有在圆周方向上和/或在纵向方向上延伸的3D轮廓或2D轮廓。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于附接至风力涡轮机叶片的前边缘装置，其中前边缘装置至少包括具有内表面和外表面的腐蚀屏蔽物。本发明还涉及一种具有附接的前边缘装置的风力涡轮机叶片。
本发明还涉及一种制造这种前边缘装置的方法和安装前边缘装置的方法。
背景技术
众所周知的是，风力涡轮机叶片的前边缘区域经受各种天气和环境条件，诸如大风、冰雹、灰尘、盐雾等。可以将保护涂层或保护带施加到前边缘区域。
现场经验已经示出，这种腐蚀涂层或腐蚀带将持续大约5至8年。然而，涂层或带可能由于重腐蚀而裂开，以及由此在风中自由地颤动。这将导致空气动力学性能的损失和增加的空气动力学噪声的生成。因此，在施加新的腐蚀屏蔽物之前，需要维护操作来移除裂开的腐蚀屏蔽物并进一步修复暴露的叶片表面中的任何裂纹或失效。这种大范围的且复杂的维护操作需要将风力涡轮机停止操作，由此增加了停机时间和年能源生产（AEP）的损失。
试图增加维护操作之间的时间，多层腐蚀屏蔽物可以附接到或集成到风力涡轮机叶片的前边缘区域中。WO 2013/092211 A1公开了这样的多层腐蚀壳体，其中最外层能够在操作期间被动地剥离或裂开以维持相对平滑的外表面。WO 2017/012632 A1公开了包括两层热塑性材料的另一多层腐蚀壳体，其中内层被优化用于与叶片壳体集成，并且外层被优化用于抗腐蚀性。
还已知的是，能够通过将空气动力学装置附接至前边缘来改进风力涡轮机叶片的空气动力学性能。空气动力学装置可以进一步沿着压力侧和/或吸力侧延伸。这些空气动力学装置调整了风力涡轮机叶片上方的气流，并且通常是为特别目的特殊设计的，所述特别目的诸如为延迟失速、改进尖端涡流能量或增强升力-阻力比。可替代地，风力涡轮机叶片能够制造成具有集成到叶片壳体中的特殊设计的前边缘轮廓。
US 2013/0056585 A1公开了一种具有结节状突起的连续阵列的飞行器叶片，在该突起之间形成凸形或凹形表面。EP 1805412 B1公开了单独间隔的结节的阵列，其能够集成到叶片壳体中或附接到叶片壳体的前边缘。
具有这种集成前边缘轮廓的风力涡轮机叶片需要非常耗时、劳动密集且昂贵的制造步骤以及表面准备，以便施加保护涂层。由于其复杂的表面轮廓，集成的前边缘轮廓还需要使用特殊设计的腐蚀壳体，由此增加制造这种腐蚀屏蔽物的复杂性和成本。
US 2009/0220795 A1公开了一种适用于在风力涡轮机叶片的前边缘区域上施加的多层涂层系统。该多层涂层系统被优化以减少在施加保护涂层之前所需的表面准备的量。
US 2011/0008174 A1公开了附接到空气动力学叶片的前边缘区域的F状弹性体涡流发生器。如果首先施加前边缘保护，则增加用于准备用于附接这种涡流发生器的前边缘表面的复杂性和时间。此外，如果在附接涡流发生器之前移除抗腐蚀材料或凝胶涂层，则涡流发生器可能削弱前边缘保护。
发明内容
发明目的
本发明的目的是提供一种前边缘装置、风力涡轮机叶片和解决上述问题的方法。
本发明的另一个目的是提供前边缘装置、风力涡轮机叶片和方法，该方法在制造具有与复杂的前导轮廓组合的前边缘保护的风力涡轮机叶片时节省了时间和成本。
本发明的另一个目的是提供前边缘装置、风力涡轮机叶片和减少停机时间并增加操作寿命的方法。
本发明的另一个目的是提供前边缘装置、风力涡轮机叶片和在升级现有风力涡轮机叶片时增加柔性的方法。
本发明的另一个目的是提供前边缘装置、风力涡轮机叶片和方法，该方法在修理具有复杂前边缘轮廓的风力涡轮机叶片时节省时间和成本。
本发明的具体描述
本发明的一个目的进一步通过用于风力涡轮机叶片或叶片区段的前边缘装置来实现，该前边缘装置包括在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，该腐蚀屏蔽物具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，其中腐蚀屏蔽物配置成附接到风力涡轮机叶片的前边缘表面，其特征在于，至少一个气流调整元件从所述外表面突出，至少一个空气动力学元件具有第一轮廓，其中所述至少一个气流调整元件和所述腐蚀屏蔽物一体地形成。
换句话说，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片或叶片区段的前边缘装置，该前边缘装置包括在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，该腐蚀屏蔽物具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，其中腐蚀屏蔽物配置成附接到风力涡轮机叶片的前边缘表面，其特征在于，至少一个气流调整元件从所述外表面突出，至少一个气流调整元件具有第一轮廓，其中所述至少一个气流调整元件和所述腐蚀屏蔽物一体地形成。
这提供了具有组合的前保护和空气动力学效果的替代前边缘装置。本配置允许各种类型和尺寸的空气动力学元件被并入到前边缘保护中以形成集成装置。这节省了制造时间和成本，因为风力涡轮机的前边缘轮廓能够制造成具有基本前边缘轮廓。本配置还允许现有风力涡轮机叶片的较通用的升级。
在优选实施例中，至少一个气流调整元件从腐蚀屏蔽物的外表面突起。在一些实施例中，所有的气流调整元件从腐蚀屏蔽物的外表面突起。气流调整元件优选地在前边缘装置上规则地间隔开。
因此优选的是，前边缘装置在其外表面中包括一个或多个凸起表面或一个或多个局部最大值，其中凸起表面或局部最大值由气流调整元件构成。
根据优选实施例，气流调整元件被材料层覆盖，其中相同材料层覆盖所有气流调整元件。发现的是，这种设计提供了改进的结构完整性，同时简单且成本有效。在一些实施例中，气流调整元件被第一材料层覆盖，其中第一材料层被第二材料层覆盖。
优选的是，前边缘装置包括2和20个之间的气流调整元件，诸如5和15个之间，或5和10个之间的气流调整元件。
前边缘元件优选地形成为包括以堆叠布置的多个层的腐蚀屏蔽物。腐蚀屏蔽物在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸。腐蚀屏蔽物具有配置成接触风力涡轮机叶片的前边缘表面的内表面。当安装时，腐蚀屏蔽物还具有从风力涡轮机叶片面向离开的外表面。长度和宽度，即在圆周方向上，可以根据风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓和几何尺寸来选择。这提供了抗腐蚀结构，其保护叶片表面免于裂纹和失效。
第一端部和第二端部可以具有在长度方向上看到的弯曲的或渐小（tapered）的端部轮廓、在宽度方向上看到的弯曲的或凸形的端部轮廓、和/或用于减小翼展方向局部气流上的负面空气动力学效果的集成锯齿。
根据一个实施例，所述至少一个气流调整元件在至少长度或圆周方向上沿着外表面延伸，其中所述第一轮廓具有从所述外表面延伸到至少一个气流调整元件的局部外表面的局部厚度。
气流调整元件被配置成调整在风力涡轮机叶片上方的气流。例如，气流调整元件可以成形为改进风力涡轮机叶片的升力-阻力比。气流调整元件可以具有在纵向方向上和/或在圆周方向上延伸的任何合适的二维或三维成形的主体。一旦被安装，能够改进风力涡轮机叶片的空气动力学性能。
气流调整元件可以具有主体，该主体具有在腐蚀壳体的外表面和气流调整元件的局部外表面之间测量的局部厚度或高度。局部厚度可以是恒定的或沿着气流调整元件的长度和/或宽度变化。可替代地，局部厚度可以朝向一个或多个局部端部和/或一个或多个局部边缘逐渐变小（taper off）。
此外，腐蚀屏蔽物可以具有在外表面和内表面之间测量的局部厚度或高度。局部厚度可以是恒定的或沿着腐蚀屏蔽物的长度和/或宽度变化。可替代地，局部厚度可以朝向第一端部和第二端部和/或第一边缘和第二边缘逐渐变小。
根据一个实施例，所述第一轮廓形成基本上在圆周方向上延伸的基本上二维成形的主体。
气流调整元件可以具有基本上二维（2D）成形的主体，例如细长轮廓，其基本上在局部纵向方向上和局部厚度方向上延伸。主体可以具有沿着其局部长度测量的基本上恒定的宽度。该2D成形的主体可以相对于圆周方向布置，使得其平行于圆周或纵向方向延伸，或者相对于圆周或纵向方向以倾斜角度定位。例如，气流调整元件可以形成为栅栏、条、翅、叶或其他合适的2D形状。例如，气流调整元件可以具有直的或弯曲的主体。
该配置可以适于防止在风力涡轮机叶片上方的翼展方向气流。该配置还可以适于引导气流朝向后边缘或尖端端部，这取决于风力涡轮机叶片上的气流调整元件的翼展方向位置。在一些情况下，此配置还可以将层流气流变换成湍流气流，并且转而延迟气流分离。
在特殊配置中，气流调整元件可以形成进一步沿着压力侧和/或吸力侧延伸的组合的空气动力学元件的一个部分。该组合的空气动力学元件可以可选地沿着风力涡轮机叶片的整个圆周延伸。例如，组合的空气动力学元件的第二部分可以沿着压力侧延伸，并且组合的空气动力学元件的第三部分可以沿着吸力侧延伸。第二部分和第三部分可以可选地在后边缘处连接以形成连续元件。
根据一个实施例，所述第一轮廓形成在纵向方向上并且进一步在圆周方向上延伸的基本上三维成形的主体。
可替代地，气流调整元件可以具有基本上三维（3D）成形的主体，例如复杂成形的轮廓，其基本上在局部纵向方向、局部宽度方向和局部厚度方向上延伸。局部厚度可以作为局部宽度和/或局部长度的函数而变化。此3D成形的主体可以相对于风力涡轮机叶片的前边缘布置，例如与风力涡轮机叶片的前边缘对齐。例如，气流调整元件可以形成为凸块、结节、锯齿或其他合适的3D形状。
本发明特别适用于制造具有复杂3D轮廓的前边缘装置。常规的铺设（lay-up）过程仅允许生产具有基本上2D轮廓的前边缘轮廓。这允许使用更优化的过程来制造这些空气动力学元件的主体，由此减少铺设时间和制造成本。
根据特殊实施例，所述主体覆盖有保护涂层和/或覆盖有由层组成的层压件。
气流调整元件的主体可以可选地覆盖有涂层和/或一个或多个外层。这允许气流调整元件的局部外表面被保护免受环境腐蚀和冲击，由此增加前边缘装置的维护间隔和寿命。以上涂层和/或外层可以形成腐蚀屏蔽物的部分或形成附加的腐蚀保护。
主体可以由任何合适的塑料或热塑性材料或任何泡沫材料制成，所述材料诸如聚合物；聚酰胺；聚酯；聚丙烯；聚苯乙烯；聚氨基甲酸乙酯；聚乙烯；PVC或环氧树脂；弹性体或树脂。例如，但不限于，丙烯腈丁二烯苯乙烯（ABS）；聚乳酸（PLA）；聚乙烯（例如HDPE）；SLSNylon®；刚性不透明塑料（例如Vero）或橡胶型塑料（例如Tango或Agilus）。主体也可以由纤维增强材料或复合材料制成，所述材料诸如纤维增强Nylon®或纤维增强聚合物，其中所述纤维可以由碳、玻璃、芳族聚酰胺或Kevlar®制成。
优选地，主体可以由基本上随时间吸收腐蚀力的抵抗材料制成。这允许主体充当抗腐蚀结构。主体也可以由柔性材料制成，该柔性材料基本上吸收来自撞击气流调整装置的颗粒的冲击震动波。这允许主体用作缓冲结构。
涂层可以是包括聚合物、聚氨酯、聚酯或其他合适材料或材料混合物的凝胶涂层。附加地或可替代地，涂层可以包括抗紫外线（UV）材料以用于保护免受UV辐射。
腐蚀屏蔽物可以包括以堆叠布置的单层或多层。腐蚀屏蔽物可以例如包括一个或多个内层和一个或多个外层，并且可选地包括布置在内层和外层之间的一个或多个中间层。这提供了多层腐蚀屏蔽物，其中每个层可以被优化用于特别目的。
内层可以由被选择为提供对叶片壳体的纤维材料和/或树脂的强力附接的材料制成。可替代地或附加地，内层可以由如上所述的柔性材料制成，以提供缓冲效果。粘合剂层可以可选地提供在前边缘表面和内层之间，以用于将前边缘装置的强力附接紧固到叶片壳体的纤维材料和/或树脂。可替代地，内层可以由气流调整元件的主体形成。可替代地，内层可以在单独的气流调整元件之间延伸，并且进一步沿着每个气流调整元件的主体的局部外表面延伸。
外层可以由抗腐蚀材料制成，如上所述，以用于保护至少风力涡轮机叶片的前边缘表面。外层可以沿着整个内层延伸，其中气流调整元件的主体从所述外层突出。可替代地，外层可以沿着内层在单独的气流调整元件之间延伸，并且进一步沿着每个气流调整元件的局部外表面延伸。可替代地，外层可以由气流调整元件的主体形成。
如上所述，中间层可以由缓冲材料制成。中间层可以沿着整个内层和外层延伸。可替代地，中间层可以沿着内层并且进一步沿着每个气流调整元件的局部外表面延伸。可替代地，中间层可以由气流调整元件的主体形成。
根据一个实施例，所述至少一个气流调整元件包括沿着外表面布置的气流调整元件的阵列。
前边缘装置可以包括在纵向方向和/或圆周方向上沿着腐蚀屏蔽物分布的多个气流调整元件。例如，前边缘装置可以是单个气流调整元件或气流调整元件的阵列。气流调整元件的数量可以取决于前边缘装置的长度和/或宽度。气流调整元件可以沿着腐蚀屏蔽物单独地间隔开恒定或可变的距离。可替代地，气流调整元件可以被相互连接以形成连续结构。可以基于气流调整元件的尺寸和/或风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓和几何尺寸来选择气流调整元件之间的距离。这允许气流调整元件的优化配置。
根据特殊实施例，所述气流调整元件的阵列的第一轮廓沿着纵向方向和/或圆周方向变化。
每个气流调整元件的轮廓可以沿着纵向方向和/或圆周方向是均匀的。可替代地，每个气流调整元件的轮廓可以沿着纵向方向和/或圆周方向变化。例如，第一气流调整元件和至少第二气流调整元件可以布置在腐蚀屏蔽物上。第一气流调整元件可以具有第一轮廓，并且第二气流调整元件可以具有不同于第一轮廓的第二轮廓。所述第一和第二轮廓在长度、高度和/或宽度上可以不同。
腐蚀屏蔽物在纵向方向和/或圆周方向上可以具有基本上均匀的局部厚度。可替代地，腐蚀屏蔽物的厚度可以在周边边缘区域内逐渐变小。腐蚀屏蔽物可以具有基本上平行于内表面的基本上外表面。可替代地，外表面可以具有相对于内表面在至少圆周方向上的凸形轮廓，使得最大局部厚度位于腐蚀屏蔽物的中心处。这允许腐蚀屏蔽物对风力涡轮机叶片的空气动力学性能具有最小的负面影响。
在另一方面，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片或叶片区段的前边缘装置，其包括在长度方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在宽度方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，前边缘装置具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，当安装时，内表面面向风力涡轮机叶片的前边缘表面，其中所述前边缘装置配置成附接到风力涡轮机叶片，其中至少一个突起在厚度方向上从所述外表面突出，当安装时，至少一个突起具有由主体形成的第一轮廓，其中所述至少一个突起和所述腐蚀屏蔽物一体地形成，前边缘装置还具有覆盖所述外表面的至少一部分的至少一个层。
在优选实施例中，所述主体是三维成形的主体，所述三维成形的主体具有局部厚度、局部长度和局部宽度，其中所述局部厚度沿着局部长度和局部宽度变化。
在另一个实施例中，所述主体是具有局部长度、局部宽度和局部厚度的细长主体，其中所述细长主体在至少一个方向上延伸。
在另一方面，本发明涉及腐蚀保护装置，其被配置成布置在转子叶片的前边缘上，使得腐蚀保护装置大体上在翼展方向的方向上沿着转子叶片的至少一部分延伸，其中腐蚀保护装置包括在腐蚀保护装置的第一边缘和第二边缘之间延伸的弯曲外表面，以用于屏蔽转子叶片的前边缘的至少一部分，其中外表面起伏以形成多个峰和谷。在另一方面，本发明涉及一种转子叶片组件，其包括转子叶片，诸如风力涡轮机转子叶片，其具有在尖端和根部之间延伸的压力侧、吸力侧、前边缘和后边缘，其中转子叶片组件还包括布置在转子叶片的前边缘上的所述腐蚀保护装置中的至少一个，使得腐蚀保护装置大体上在翼展方向的方向上沿着转子叶片的至少一部分延伸。第一边缘优选地布置在转子叶片的吸力侧，并且第二边缘优选地布置在转子叶片的压力侧。腐蚀保护装置的起伏的外表面优选地包括外涂层或由其制成。优选地，起伏的外表面是一体的表面，使得整个表面由相同的材料构成。
腐蚀保护装置通常具有与外表面相对的内表面，其中内表面成形为符合沿其前边缘的叶片表面。腐蚀保护装置的起伏的外表面的峰有利地配置成更改转子叶片的空气动力学特性。第一边缘和/或第二边缘可以被提供为相应的直边缘。在其他实施例中，第一边缘和/或第二边缘可以是锯齿状的。锯齿可以成形为进一步改进第一边缘和第二边缘上方的气流。
腐蚀保护装置可以沿着在叶片根部和叶片尖端之间测量的叶片长度的20%至100%（优选地，40%至100%之间）布置。起伏的外表面的每个峰可以由芯材料形成，芯材料可以夹在一个或多个外涂层或层与一个或多个内层之间。
本发明的一个目的还通过用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片来实现，所述风力涡轮机叶片包括至少一个叶片区段，所述叶片区段在纵向方向上从叶片根部或尖端端部延伸到相对端部，并且进一步在弦向方向上从前边缘延伸到后边缘，风力涡轮机叶片具有在叶片根部与尖端端部之间测量的至少35米的长度，其中风力涡轮机叶片具有限定压力侧的第一侧表面和限定吸力侧的第二侧表面，其中前边缘表面布置在第一侧表面和第二侧表面之间，其特征在于，如上所述的前边缘装置布置在所述前边缘表面处。
这提供了具有集成到前边缘保护中的复杂前边缘轮廓的风力涡轮机叶片。这节省了制造时间和成本，因为风力涡轮机叶片有利地制造成具有基本的前导轮廓，由此简化形成前边缘轮廓的层的铺设过程。这进一步允许在前边缘装置中一体地形成期望的前导轮廓，由此允许复杂的前边缘轮廓的较受控的和最佳的制造。本前边缘装置允许改进风力涡轮机叶片的空气动力学性能。
风力涡轮机叶片可以形成为具有内叶片区段和外叶片区段的全翼展叶片或模块化叶片。风力涡轮机叶片可以包括接合在一起以形成风力涡轮机叶片的轮廓的两个壳体部分。前边缘区域处的叶片壳体可以包括浸渍有树脂（其后来被固化）的由纤维层组成的层压件。
前边缘表面可以与邻接的叶片表面齐平以形成连续叶片表面。密封剂或填充剂材料可以沿着前边缘装置和风力涡轮机叶片之间的过渡区域施加，以在腐蚀屏蔽物的外表面和相邻叶片表面之间形成平滑过渡。这降低了腐蚀屏蔽物的负面空气动力学效果。
可替代地，前边缘表面可以包括被成形为部分地或完全地接收前边缘装置的腐蚀屏蔽物的凹部。前边缘装置可以通过焊接或粘合来附接到风力涡轮机叶片。例如，使用塑料焊接过程，诸如激光焊接；热气体焊接，例如热封；快速尖端焊接（speed tip welding）；点焊；接触焊接；热板焊接；超声焊接；高频率焊接或溶剂焊接。例如，通过机械粘合；化学粘合；分散粘合或扩散粘合。这种焊接和粘合技术是众所周知的，并且将不在细节上进一步描述。
前边缘装置还可以通过包覆层压（over-lamination）来附接，其中一个或多个纤维层沿着过渡区域铺设。纤维层可以铺设在由与前边缘装置的外表面中的另一局部凹部对齐的叶片表面中的局部凹部形成的组合凹部中。然后利用树脂浸渍并固化纤维层以提供强力的附接。附加地或可替代地，腐蚀屏蔽物的内层可以通过以上焊接或粘合附接到叶片壳体的纤维材料和/或树脂。这也减小了腐蚀屏蔽物的负面空气动力学效果。
风力涡轮机叶片具有至少35米（优选地，超过50米）的叶片长度。一个或多个前边缘装置可以沿着前边缘的一部分布置。每个前边缘装置可以具有高达10米（优选地，高达5米）的长度，例如在10厘米和1米之间。前导装置可以布置在从叶片根部测量的叶片长度的20%至100%之间，优选地在40%至100%之间，例如在叶片长度的60%至100%之间。
本发明的一个目的还通过一种制造前边缘装置的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-提供在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，腐蚀屏蔽物具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，其中腐蚀屏蔽物配置成附接到风力涡轮机叶片的前边缘表面，
-提供至少一个气流调整元件，其包括具有第一轮廓的主体，主体具有至少一个局部外表面，
-集成所述腐蚀屏蔽物和所述至少一个气流调整元件以形成前边缘装置。
这提供了提供前边缘装置的替代方法，因为前边缘保护利用集成的空气动力学元件制造。这允许以快速且简单的过程制造风力涡轮机叶片的复杂前导轮廓。因此，气流调整元件的形状可以在较受控的条件下被制造和/或加工成成品形状，因此允许使用优化的过程，诸如3D打印和/或3D加工。
将气流调整元件集成到腐蚀壳体中允许无缝附接，并且如果需要修复复杂的前导轮廓，则节省了时间和成本。这也允许复杂的前导轮廓的改进的腐蚀保护。
本方法消除了在附接气流调整元件之前准备腐蚀屏蔽物的外表面的步骤，如EP1805412 B1和US 2011/0008174 A1中所需的那样。其他常规方法，诸如在US 2009/0220795A1中公开的施加保护涂层，需要将复杂的前导轮廓集成到叶片壳体中。本方法也消除了此复杂且劳动密集的制造过程，因为复杂的前导轮廓由前边缘装置形成。
根据一个实施例，所述腐蚀屏蔽物和所述至少一个气流调整元件以共同过程被制造为单个零件，或者以分离过程被制造为单独零件。
气流调整元件的主体可以以优化过程制造，并且后来以另一过程集成到前导装置中。例如，主体可在挤出过程、真空形成过程、注射模制过程或另一优化过程中形成。如果需要，元件可以被切割成期望的长度以形成成品元件。这允许气流调整元件并且转而复杂的前边缘轮廓以快速和简单的过程制造，从而节省时间和成本。
成品元件可以可选地装运或运输到另一个地点，以用于最终组装前边缘装置。这允许在受控条件下制造气流调整元件，以及然后在优化过程中集成到腐蚀屏蔽物中。
可替代地，气流调整元件的主体可以在组合过程中被制造以及集成到前导装置中。因此，气流调整元件可以在腐蚀屏蔽物的制造期间被集成。这允许在相同的地点（例如在从叶片模制线分离的生产线处）处制造和组装前边缘装置。
根据特殊实施例，至少一个气流调整装置的至少一部分通过三维打印和/或通过基本元件的三维加工来制造。根据本发明，由于提供覆盖下面几何形状的气流调整元件，所以与用于腐蚀屏蔽物的已知基本元件相比，基本元件可以具有更宽的生产公差。这使得基本元件比已知结构更加成本有效和可靠。
气流调整元件可以有利地直接在3D打印过程中或在3D加工过程中形成。可替代地，所选择的塑料或泡沫材料可以被3D打印成基本上具有所需轮廓的基本元件。然后可以对基本元件进行3D加工以形成成品元件。这也允许气流调整元件以及进而复杂的前边缘轮廓在快速和简单的过程中制造，由此节省时间和成本。
根据一个实施例，至少一个气流调整元件夹在腐蚀屏蔽物的层之间或附接到腐蚀屏蔽物的层。
气流调整元件的主体可以布置在腐蚀屏蔽物的不同层之间，以形成集成装置。例如，在腐蚀屏蔽物的内层和外层之间，或在腐蚀屏蔽物的第一外层和第二外层之间。前边缘装置的不同层可以彼此附接并且进一步附接到气流调整元件的主体。例如，附接可以通过粘合、焊接或其他合适的技术来完成。这允许无缝附接，这降低了气流调整元件在重腐蚀下分离的风险。
气流调整元件的主体也可以附接至腐蚀屏蔽物的层。例如，腐蚀屏蔽物的内层或外层。可以通过粘合、焊接或其他合适的技术来完成该附接。
根据一个实施例，该方法进一步至少包括：
-在所述外表面和所述至少一个局部外表面中的至少一个上方施加保护涂层，或者
-在所述外表面和所述至少一个局部外表面中的至少一个上方铺设保护性材料的至少一个外层。
如上所述，保护涂层可以施加在腐蚀屏蔽物的外表面上方，并且进一步施加在气流调整元件的局部外表面上方。这在气流调整元件和腐蚀屏蔽物之间提供了基本上无缝的过渡。这也保护气流调整元件的外表面。
可替代地或附加地，一个或多个外层可以铺设在气流调整元件的至少局部外表面上方。例如，腐蚀屏蔽物的至少外层和/或中间层可以沿着外表面延伸并且进一步在气流调整元件的主体上方延伸。可替代地，腐蚀屏蔽物的所有层可以沿着外表面延伸并且进一步在气流调整元件的主体上方延伸。这允许腐蚀屏蔽物封闭或符合气流调整元件的主体，而同时符合前边缘表面的形状。
例如，抗腐蚀材料的附加外层和/或缓冲材料的附加中间层可以至少在气流调整元件的局部外表面上方延伸。附加外层和/或附加中间层可以终止（例如具有渐小轮廓）在外表面上以形成基本上平滑的过渡。可替代地，附加的外层和/或附加的中间层可以沿着外表面进一步延伸以形成附加的腐蚀保护。
前边缘装置可以被配置成提供增强的前边缘保护，由此增加服务间隔。这转而减少了停机时间并增加了AEP。当设计前边缘装置时，估计的腐蚀量和磨损可被考虑。例如，这可以通过增加气流调整元件之间的腐蚀屏蔽物的总厚度和/或形成抗腐蚀材料的气流调整元件的主体来实现。
本发明的一个目的附加地通过在风力涡轮机叶片上安装前边缘装置的方法来实现，该方法包括以下步骤：
-提供如上所述的前边缘装置，
-在风力涡轮机叶片的至少叶片区段上准备前边缘表面以用于附接前边缘装置，
-将前边缘装置定位在所述前边缘表面上，并将前边缘装置附接到所述风力涡轮机叶片。
这提供了一种制造具有复杂前边缘轮廓的风力涡轮机叶片的替代方法。这消除了用于在叶片壳体的制造期间集成前边缘轮廓的需要，由此节省了时间和成本。因此，风力涡轮机叶片可以制造成具有基本前边缘轮廓，该基本前边缘轮廓可以通过附接目前的前边缘装置来调整。
本前边缘装置可以在模制后步骤中或在风力涡轮机叶片的安装之前附接到风力涡轮机叶片。可以通过粘合、焊接、包覆层压或其他合适的技术来附接本前边缘装置。这允许改进空气动力学性能，以及转而允许增加的AEP。
根据一个实施例，该方法还包括以下步骤：
-在准备所述前边缘表面之前，从风力涡轮机叶片移除旧前边缘装置或旧腐蚀屏蔽物。
与常规方法相比，本方法还允许现有风力涡轮机叶片的较通用的升级。这可以通过利用本前边缘装置更换现有的前边缘保护或通过将本前边缘装置改装到现有的风力涡轮机叶片上来完成。该升级过程可以在于风力涡轮机叶片上执行维护操作时完成，因此风力涡轮机叶片能够在不必拆卸或更换风力涡轮机叶片的情况下被升级。当升级现有的风力涡轮机叶片时，这节省了时间和成本。
本方法还允许调整前边缘轮廓和/或气流调整元件的轮廓的改进的方法。这可以通过简单地将本前边缘装置附接到风力涡轮机叶片的原始轮廓（即基本轮廓）上来完成。附加地或可替代地，这可以通过利用具有第二轮廓的前边缘装置更换具有第一轮廓的前边缘装置来完成。例如，第一前边缘装置和第二前边缘装置可以具有不同数量的气流调整元件。例如，第一前边缘装置和第二前边缘装置的气流调整元件可以具有不同的轮廓和/或尺寸。这在调整风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓时节省了时间和成本。
本方法可以包括从前边缘表面移除旧腐蚀屏蔽物或前边缘装置的初始步骤。这可以使用任何已知的技术来完成。之后可以准备前边缘表面以用于附接本前边缘装置。准备步骤可以包括修复（例如由于环境腐蚀或分离层压（de-lamination））前边缘表面中的任何裂纹或失效。准备步骤可以进一步包括任何合适的表面准备，诸如砂磨、化学清洁和/或施加底漆，以实现前边缘表面的良好粘合能力。所述粘合能力可以例如但不限于由光泽度、粗糙度和/或表面张力确定。
可选地，凹部可以形成在前边缘表面中，以用于接收前边缘表面。凹部的侧表面和底表面和/或邻接的叶片表面可以通过粘合、焊接或包覆层压来准备用于附接前边缘表面。
附图说明
下面参考附图中示出的实施例详细解释本发明，在附图中
图1示出了风力涡轮机，
图2示出了具有基本空气动力学轮廓的风力涡轮机叶片的示例性实施例，
图3示出了具有第一和第二边缘的第一实施例的用于附接到风力涡轮机叶片的前边缘装置，
图4示出了具有第一和第二边缘的第二实施例的前边缘装置，
图5示出了被配置成用于附接到尖端端部的前边缘装置，
图6示出了气流调整元件的第二实施例，
图7示出了气流调整元件的第三实施例，
图8示出了气流调整元件的替代第三实施例，
图9示出了沿着前边缘延伸的具有多个前边缘的风力涡轮机叶片，
图10示出了腐蚀屏蔽物和气流调整元件的第一实施例的横截面图，
图11示出了腐蚀屏蔽物和气流调整元件的第二实施例的横截面图，
图12示出了腐蚀屏蔽物和气流调整元件的第三实施例的横截面图，
图13示出了腐蚀屏蔽物和气流调整元件的第四实施例的横截面图，
图14示出了气流调整元件的第五实施例的横截面图，以及
图15示出了将前边缘装置安装在风力涡轮机叶片上的示例性方法。
参考一览表
1.风力涡轮机
2.风力涡轮机塔架
3.机舱
4.毂
5.风力涡轮机叶片
6.变桨轴承
7.叶片根部
8.尖端端部
9.前边缘
10.后边缘
11.叶片壳体
12.压力侧
13.吸力侧
14.叶片根部部分
15.空气动力学叶片部分
16.过渡部分
17.风力涡轮机叶片的叶片长度
18.风力涡轮机叶片的弦长度
19.前边缘装置
20.腐蚀屏蔽物
21.气流调整元件
22.第一端部
23.第二端部
24.第一边缘
25.第二边缘
26.内表面
27.外表面
28.锯齿
29.另外的气流调整元件
30.主体
31.内层
32.外层
33.轮廓
34.旧腐蚀屏蔽物
35.旧前边缘装置
36.前边缘表面
37.凹部
在上述附图中示出了列出的参考标号，其中为了说明性目的，在相同的附图中没有示出所有的参考标号。在附图中看到的相同的部分或位置将在不同的附图中用相同的参考标号进行编号。
具体实施方式
附图的详细描述
图1示出了现代风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2、布置在风力涡轮机塔架2的顶部上的机舱3、以及限定转子平面的转子。机舱3例如经由偏航轴承单元连接到风力涡轮机塔架2。转子包括毂4和多个风力涡轮机叶片5。这里示出了三个风力涡轮机叶片，但是转子可包括更多或更少的风力涡轮机叶片5。毂4经由旋转轴连接到位于风力涡轮机1中的驱动系，例如发电机。
毂4包括用于每个风力涡轮机叶片5的安装接口。变桨轴承单元6可选地连接到该安装接口并且进一步连接到风力涡轮机叶片5的叶片根部。
图2示出了风力涡轮机叶片5的示意性视图，该风力涡轮机叶片5在纵向方向上从叶片根部7延伸到尖端端部8。风力涡轮机叶片5进一步在弦向方向上从前边缘9延伸到后边缘10。风力涡轮机叶片5包括叶片壳体11，所述叶片壳体11具有分别限定压力侧12和吸力侧13的两个相对面向的侧表面。叶片壳体11还限定叶片根部部分14、空气动力学叶片部分15和在叶片根部部分14与空气动力学叶片部分15之间的过渡部分16。
叶片根部部分14具有基本上圆形或椭圆形的横截面（由虚线指示）。叶片根部部分14与负载承载结构（例如，与抗剪腹板或箱梁组合的主层压件）一起被配置成向风力涡轮机叶片5添加结构强度并且将动态负载传递到毂4。负载承载结构在压力侧12和吸力侧13之间延伸并且进一步在纵向方向上延伸。
叶片空气动力学叶片部分15具有设计成生成升力的空气动力学成形的横截面（由虚线指示）。叶片壳体11的横截面轮廓从圆形或椭圆形轮廓逐渐地变换成过渡部分16中的空气动力学轮廓。
风力涡轮机叶片5具有在纵向方向上测量的至少35米（优选地，至少50米）的叶片长度17。风力涡轮机叶片5还具有在弦向方向上测量的作为叶片长度17的函数的弦长度18，其中最大弦长度存在于叶片空气动力学叶片部分15和过渡部分16之间。
图3示出了用于附接到风力涡轮机叶片5的前边缘装置19，该前边缘装置包括腐蚀屏蔽物20和多个气流调整元件21。腐蚀屏蔽物20在纵向方向上从第一端部22延伸至第二端部23，并且在圆周方向上进一步从第一边缘24延伸至第二边缘25。腐蚀屏蔽物20具有面向风力涡轮机叶片5的前边缘表面（在图15中示出）的内表面26和相对面向的外表面27。内表面26被成形为符合前边缘区域的叶片表面。
气流调整元件21从外表面27突出，并且各自具有局部外表面27'。每个气流调整元件21具有主体，该主体具有空气动力学轮廓，该空气动力学轮廓具有局部长度、局部宽度和局部高度。
这里，第一和第二边缘24、25形成为在前边缘装置19的纵向方向上延伸的直边缘。
图4示出了具有第一和第二边缘24'、25'的第二实施例的前边缘装置19。这里，多个锯齿28沿着纵向方向分布，并且分别从第一和第二边缘24'、25'朝向后边缘10突出。锯齿28由腐蚀屏蔽物20整体地形成。锯齿28成形为改进第一和第二边缘24、25上方的气流。
图3和4的前边缘装置19被配置成附接到前边缘9的一部分，优选地在距尖端端部8或根部端部一定距离处（在图2中示出）。图5示出了前边缘装置19的替代位置。这里，前边缘装置19配置成附接到尖端端部区域。前边缘装置19可以例如布置在尖端端部8处并且朝向根部端部7延伸。
图6示出了前边缘装置19的气流调整元件21'的第二实施例。这里，气流调整元件21'基本上在圆周方向上从局部第一边缘24延伸到局部第二边缘25'。气流调整元件21'的局部厚度分别朝向局部第一和第二边缘24'、25'逐渐变小。
局部第一边缘24'可选地与腐蚀屏蔽物20的第一边缘24对齐。局部第一边缘24'定位在距前边缘9第一弦向长度处。类似地，局部第二边缘25'可选地与腐蚀屏蔽物20的第二边缘25对齐。局部第二边缘25'定位在距前边缘9第二弦向长度处。
这里，局部第一和第二边缘24'、25'在弦向方向上对齐，但是可以相对于彼此偏移。
图7示出了气流调整元件21''的第三实施例，其中气流调整元件21''形成沿着压力侧和吸力侧12、13的一部分延伸的组合的气流调整元件的部分。这里，另外的气流调整元件29与气流调整元件21''的局部第一边缘24'对齐。此外，另一另外的气流调整元件29与气流调整元件21''的局部第二边缘25'对齐。气流调整元件21''与另外的气流调整元件29一起形成组合的气流调整元件。由此，使气流调整元件朝向后边缘10延伸。
这里，另外的气流调整元件29布置在压力侧和吸力侧12、13两者上。然而，另外的气流调整元件29可以仅布置在压力侧12或吸力侧13上。
在替代配置中，另外的气流调整元件29形成气流调整元件21'的部分。
图8示出了气流调整元件21''的替代第三实施例，其中另外的气流调整元件29'在后边缘10上方延伸并且进一步沿着压力侧和吸力侧12、13的一部分延伸。由此，形成围绕风力涡轮机叶片5的圆周延伸的气流调整元件。
图9示出了具有多个前边缘装置19的风力涡轮机叶片5，所述前边缘装置19沿着前边缘9的一部分延伸。这里，沿着前边缘9定位连续前边缘装置19或前边缘装置19的阵列。
前边缘装置19布置在从叶片根部7测量的叶片长度的20%至100%之间，优选地在40%至100%之间。
图10示出了腐蚀屏蔽物20'和气流调整元件21'''的第一实施例的横截面图。这里，腐蚀屏蔽物20'包括内层31和外层32。内层31沿着内表面26延伸。
气流调整元件21'''可以由具有3D轮廓的主体30形成，如在图3-5中所指示的，所述主体30在纵向方向上、在厚度方向上并且进一步在圆周方向上延伸。这里，主体30成形为形成腐蚀屏蔽物30的外层32的连续元件，其中主体30形成连续的外表面27''。
相反地，主体30可以替代地成形为形成内层31。
图11示出了腐蚀屏蔽物20''和气流调整元件21''''的第二实施例的横截面图。这里，主体30'夹在外层32'和内层31之间。外层32'沿着内层31在主体30'之间延伸，并且进一步沿着每个主体30的局部外表面27'延伸。
这里，主体30'被成形为分开一定距离，以形成气流调整元件21''''。
图12示出了腐蚀屏蔽物20'''和气流调整元件21''''的第三实施例的横截面图。这里，内层31'和外层32'都在主体30'的局部外表面27'上方延伸。
气流调整元件21''''的主体30'在这里被布置在内表面26'上，使得其面向前边缘表面（在图15中示出）。
图13示出了腐蚀屏蔽物20和气流调整元件21的第四实施例的横截面图。这里，气流调整元件21由具有2D轮廓的主体33形成，如在图6-8中所指示的，所述主体33在厚度方向上并且进一步在圆周方向上延伸。
如在图10-14中所指示的，前边缘装置19包括由主体30、33形成的气流调整元件21的阵列。
主体33沿着其局部长度具有基本上均匀的轮廓。例如，主体33可以具有基本上矩形的轮廓，如在图13中所指示的。主体33'还可以具有基本上圆形的轮廓，例如半椭圆形或半圆形，如在图13中所指示的。主体33''还可以具有基本上三角形的轮廓，如在图13中所指示的。
腐蚀屏蔽物20在这里被形成为包括以堆叠布置的多个层的多层腐蚀屏蔽物。
这里，气流调整元件21的主体附接到腐蚀屏蔽物20的外层32。
图14示出了气流调整元件21的第五实施例的横截面图。这里，气流调整元件21中的一个或多个的尺寸沿着局部长度变化。
如所图示的，主体33''、33'''、33''''的局部厚度可以从最小局部厚度变化到最大局部厚度。因此，气流调整元件21的尺寸和可选地轮廓沿着风力涡轮机叶片5的长度变化。
图15示出了将前边缘装置19安装在风力涡轮机叶片5上的示例性方法。风力涡轮机叶片5优选地制造成具有基本前边缘轮廓，如在图15中所指示的。
现有的风力涡轮机叶片5可以提供有旧前边缘保护，诸如具有基本轮廓的腐蚀屏蔽物34或前边缘装置35，如在图15（a）中所指示的。当升级风力涡轮机叶片5时，旧腐蚀屏蔽物34或前边缘装置35在初始步骤中被移除（由箭头指示）。
之后，修复前边缘表面36中的任何损坏，以及然后准备前边缘表面36以用于附接前边缘装置19，如在图15（b）中所指示的。
最终，前边缘装置19然后定位在前边缘表面36上并附接到风力涡轮机叶片5，如在图15（c）中所指示的。
如果不存在前边缘保护，则修复前边缘表面36中的任何损坏，以及然后准备前边缘表面36以用于附接前边缘装置19，如在图15（b）中所指示的。
对于新的风力涡轮机叶片5，在模制后的过程中准备用于附接前边缘装置19的原始前边缘表面36'。这可以包括在前边缘表面36'中形成凹部37。前边缘装置19之后至少部分地定位在凹部37中并且随后附接到风力涡轮机叶片5。
上述实施例可以在不脱离本发明的情况下以任何组合被组合。
Claims (15)
1.一种用于风力涡轮机叶片或叶片区段的前边缘装置，其包括在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，所述腐蚀屏蔽物具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，其中所述腐蚀屏蔽物配置成附接到所述风力涡轮机叶片的前边缘表面，其特征在于，至少一个气流调整元件从所述外表面突出，所述至少一个空气动力学元件具有第一轮廓，其中所述至少一个气流调整元件和所述腐蚀屏蔽物一体地形成。
2.根据权利要求1所述的前边缘装置，其特征在于，所述至少一个气流调整元件至少在所述长度或圆周方向上沿着所述外表面延伸，其中所述第一轮廓具有从所述外表面延伸到所述至少一个气流调整元件的局部外表面的局部厚度。
3.根据权利要求1或2所述的前边缘装置，其特征在于，所述第一轮廓形成基本上在所述圆周方向上延伸的基本上二维成形的主体。
4.根据权利要求1或2所述的前边缘装置，其特征在于，所述第一轮廓形成在所述纵向方向上并且进一步在所述圆周方向上延伸的基本上三维成形的主体。
5.根据权利要求3或4所述的前边缘装置，其特征在于，所述主体覆盖有保护涂层和/或覆盖有由层组成的层压件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的前边缘装置，其特征在于，所述至少一个气流调整元件包括沿着所述外表面布置的气流调整元件的阵列。
7.根据权利要求6所述的前边缘装置，其特征在于，所述气流调整元件的阵列的所述第一轮廓沿着所述纵向方向和/或所述圆周方向变化。
8.一种用于风力涡轮机的风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片包括至少一个叶片区段，所述叶片区段在纵向方向上从叶片根部或尖端端部延伸到相对端，并且进一步在弦向方向上从前边缘延伸到后边缘，所述风力涡轮机叶片具有在所述叶片根部与所述尖端端部之间测量的至少35米的长度，其中所述风力涡轮机叶片具有限定压力侧的第一侧表面和限定吸力侧的第二侧表面，其中前边缘表面布置在所述第一侧表面和所述第二侧表面之间，其特征在于，根据权利要求1至7中任一项所述的前边缘装置布置在所述前边缘表面处。
9.一种制造前边缘装置的方法，包括以下步骤：
-提供在纵向方向上从第一端部到第二端部、并且进一步在圆周方向上从第一边缘到第二边缘延伸的腐蚀屏蔽物，所述腐蚀屏蔽物具有布置在所述第一端部与所述第二端部之间的内表面和相对面向的外表面，其中所述腐蚀屏蔽物配置成附接到所述风力涡轮机叶片的前边缘表面，
-提供至少一个气流调整元件，其包括具有第一轮廓的主体，所述主体具有至少一个局部外表面，
-集成所述腐蚀屏蔽物和所述至少一个气流调整元件以形成所述前边缘装置，使得至少一个气流调整元件从所述腐蚀屏蔽物的所述外表面突出。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述腐蚀屏蔽物和所述至少一个气流调整元件在共同的过程中被制造为单个零件，或者在分离的过程中被制造为单独的零件。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述至少一个气流调整装置的至少一部分通过三维打印和/或通过基本元件的三维加工来制造。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述至少一个气流调整元件夹在所述腐蚀屏蔽物的层之间或附接到所述腐蚀屏蔽物的层。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，所述方法进一步至少包括：
-在所述外表面和所述至少一个局部外表面中的至少一个上方施加保护涂层，或者
-在所述外表面和所述至少一个局部外表面中的至少一个上方铺设保护材料的至少一个外层。
14.一种在风力涡轮机叶片上安装前边缘装置的方法，所述方法包括以下步骤：
-提供根据权利要求1至7中任一项所述的前边缘装置，
-在所述风力涡轮机叶片的至少叶片区段上准备前边缘表面以用于附接所述前边缘装置，
-将所述前边缘装置定位在所述前边缘表面上，并将所述前边缘装置附接到所述风力涡轮机叶片。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
-在准备所述前边缘表面之前，从所述风力涡轮机叶片移除旧前边缘装置或旧腐蚀屏蔽物。
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