CN113508225A - 成形用于转子叶片附加物的边缘密封件的方法 - Google Patents
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Abstract
成形用于转子叶片附加物的边缘密封件的方法。本发明描述了一种沿着被安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加物部件（3）的纵向边缘台阶（3E）成形初始边缘密封件（S1）的方法，该方法包括如下步骤：‑沿着被安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加物部件（3）的纵向边缘台阶（3E）提供初始边缘密封件（S1），‑移除所述初始边缘密封件（S1）的顶层（L）。本发明进一步描述了相应的风力涡轮机转子叶片。
Description
技术领域
本发明描述了一种成形用于转子叶片附加物的边缘密封件的方法。具体地，本发明描述了一种用于风力涡轮机叶片的表面上的台阶的空气动力学边缘精整的方法。
背景技术
风力涡轮机转子叶片的空气动力学性能对于表面缺陷高度敏感，特别是对于位于转子叶片的前缘附近的那些表面缺陷。当转子叶片表面上存在台阶或障碍物时，例如在施用前缘保护（LEP）盖和/或涡流发生器（VG）面板、后缘（TE）面板等后，这带来了挑战。LEP盖也被称为防侵蚀盖或LEP壳。
尖锐的台阶可以存在于被附接到转子叶片的面板或盖的边缘处。这种陡变的高度差可以导致气流从层流转变成湍流，这将对风力涡轮机的年发电量（AEP）产生不利影响并且还可能导致风力涡轮机噪音。
对于更具有侵入性的解决方案，像例如产品SGRE Power Edge®、Polytech ELLE®、3M®防风胶带或其他产品，由于LEP或其他附加物导致的台阶特别是个问题。
减少由于沿附加物的边缘的台阶产生的湍流的一种方法是沿着被安装在转子叶片的外表面上的附加物部件的纵向边缘提供边缘密封件。相应方法包括以下步骤：确定在附加物部件的纵向边缘处的高度；选择要被施用到转子叶片的表面上的边缘密封件的宽度，其中边缘密封件宽度被选择成是在附加物部件的纵向边缘处的高度的至少二十倍（即转子叶片边缘密封件宽度与附加物高度的比是至少20:1）；以及通过至少在由附加物部件的纵向边缘处的高度和确定的叶片表面边缘密封件宽度限定的体积内施用密封胶材料来形成边缘密封件。
有利地，这样的边缘密封件减少了台阶或其他障碍物对转子叶片的空气动力学性能的负面影响。通过显著减少或甚至消除的附加物的陡变边缘对转子叶片空气动力学性能的负面影响，本发明的边缘密封件能够确保附加物是"AEP-中性的"。这种密封也使得可以实施具有较大边缘厚度的附加物，诸如LEP壳、LEP盖等。大体而言，边缘密封有助于改善LEP解决方案的空气动力学性能。
然而，迄今为止，边缘密封没有被优化。由于密封材料的收缩或在形成密封材料期间的制造缺陷，在附加物和边缘密封件之间可能仍然存在台阶。此外，取决于制造方法，密封材料可以导致不利影响，例如由于附加物的部分松动。
发明内容
因此本发明的目标是提供一种优化在转子叶片的表面和附加物之间的边缘密封件并改善转子叶片的空气动力学性能的方法。
该目标是通过沿着被安装在转子叶片的外表面上的附加物部件的纵向边缘成形边缘密封件的权利要求1的方法以及通过权利要求12的风力涡轮机转子叶片来实现的。
本发明描述了一种沿着被安装在转子叶片的外表面上的附加物部件的纵向边缘成形边缘密封件的方法，即用于风力涡轮机叶片的表面上的台阶的空气动力学边缘精整的方法。提出的解决方案能够例如基于被施用在前缘上的有限厚度的软壳，不过总体思路适用于风力涡轮机叶片的表面上的任何种类的台阶。本发明的方法包括如下步骤。
- 沿着被安装在转子叶片的外表面上的附加物部件的纵向边缘台阶提供初始边缘密封件，所述初始边缘密封件优选地与附加物部件重叠。初始边缘密封件可以被提供成其已经存在于转子叶片上，不过优选其可以通过在转子叶片上施用密封胶、形成边缘密封件并硬化或固化密封胶而被提供。表述“初始”应该指的是边缘密封件还没有通过本发明被优化。
- 移除初始边缘密封件的顶层。这能够通过机加工步骤完成，特别是通过磨削、打磨、碾磨或切割来完成。顶层应该可以如下方式被移除：得到的边缘密封件形成具有直线或曲线的楔形物从而在没有任何台阶的情况下形成从附加物的边缘直至到转子叶片的过渡的过渡。
提出的发明优选地包括密封步骤和磨削步骤（或由其构成）。例如，前缘壳或带、保护盖的两侧或任一侧能够经受这里提出的边缘处理。被置于叶片上，即被置于前和/或后缘和压力和/或吸力侧上的相似的其他附加物（其中产生一个/多个边缘）也能够类似地经受这里提出的边缘处理。这样的附加物可以包括基板，空气动力学装置或降噪装置被置于该基板上。这样的装置包括涡流发生器、板条、襟翼和/或扰流板。无论如何，将被附接到基板的这种装置安装在风力涡轮机叶片上也可以在之后至少在面向叶片的前或后缘的边缘处对基板进行边缘处理。
在密封步骤中，密封剂/粘结剂被用于在边缘台阶上形成边缘密封件，优选地具有小的重叠。密封剂或等效物（相比于边缘台阶的材料和/或被用于固定附加物的粘结剂）可以具有不同性质，不过也可以具有相同成分。
密封的范围δ优选地被调整以便基于风洞测量减少由于接合表面而产生的台阶的空气动力学影响。边缘密封的范围δ取决于在接合点J1（即边缘台阶的位置）处的边缘台阶t。δ相对于t的比能够在4:1（优选地20:1）至100:1之间任意变化。在绝对值中，边缘台阶高度优选地是至少0.25毫米，特别地是至少0.5毫米，且/或边缘密封件宽度优选地位于5毫米至150毫米之间。边缘密封被调整以便防止/延迟在叶片的表面上出现因边缘台阶而导致的从层流到湍流的流转变的发生。推荐的比比现有技术中描述的解决方案通常所使用的比更大。上文提出的边缘密封使用适当粘性的密封剂，以使粘性流体足以流入因施用而形成的间隙和表面裂缝中并确保平滑精整。同时，粘结剂的粘性驱动在接合点J2（即在边缘密封件过渡到转子叶片表面中的点）处的台阶。在接合点J2处的台阶高度优选地小于100 µm。这能够使用例如下文所述的边缘密封物的施用过程来实现。
优选地，在密封固化之后，密封的顶层被磨削掉以暴露出接合点J1。磨削可以使用任意普通的磨削工具（例如任意轨道打磨机）或甚至通过手来完成，但是优选地借助于专用边缘磨削工具来完成。
理论上，不需要具有重叠的边缘密封来实现本发明的解决方案。然而，在实践中，根据附加物部件的硬度（刚度）以及在边缘密封件的施用和精整期间使用摊铺抹刀所施用的压力，在不重叠的情况下施用边缘密封件留下高度可能不同的边缘台阶。这就带来了关于得到的边缘台阶有多高以及需要付出多大的努力来将其移除（例如，将其磨削掉）的不确定性。同样地，根据附加物部件，可能难以或真实不期望磨削附加物部件表面的很大一部分。具有重叠密封确保了仅密封材料的顶层需要被移除直到重叠部（几乎）消失，从而产生容易且高质量的方式来确保最佳精整且避免显著地磨削到附加物部件本身中。因此，密封胶优选地与附加物的边缘台阶重叠。
解决方案能够在将叶片安装在风力涡轮机上之前被施用到叶片或者作为加装解决方案施用到已经安装到安设的风力涡轮机的毂的叶片。
本发明的一个特别的特征在于，施用磨削过程，特别是密封和磨削过程相组合，以产生几乎平滑的表面精整。密封和磨削的组合是本发明的优选创新。该组合有助于将J1（边缘台阶的位置）处的台阶高度减小到优选地小于100 µm。尽管磨削过程很费力，但发明人发现，它在边缘密封件的完整性和附加物与转子叶片表面之间的过渡的质量方面具有重要优势。本发明可以使LEP解决方案AEP中性，这将为该产品在市场上提供竞争优势。通过减少LEP解决方案的AEP的影响，这也有助于降低新涡轮机和现有涡轮机的AEP风险。该解决方案可以在工厂中和现场被施用，从而不管施用环境如何均提供类似的结果。原则上，本发明可以被用于避免由于在叶片表面上的任何附加物/传感器所导致的表面台阶，从而保持风力涡轮机的空气动力学性能。
根据本发明的风力涡轮机转子叶片包括被安装到转子叶片的外表面的至少一个附加物部件和使用根据本发明的方法形成的边缘密封件。
由从属权利要求给出本发明的特别有利实施例和特征，如下文描述中所揭示的。不同权利要求类别的特征可以适当组合以给出这里没有描述的另外实施例。
根据优选方法，包括以下步骤：
确定邻近附加物部件的纵向边缘台阶的重叠区域中的边缘密封件重叠部的宽度，其中基于在附加物部件的纵向边缘台阶处的高度确定重叠宽度。
根据优选方法，提供初始边缘密封件包括密封被安装在转子叶片的外表面上的附加物部件的纵向边缘台阶的步骤，其中液体密封胶在边缘处被施用到转子叶片的表面上，优选地与附加物部件重叠。优选的是，液体密封胶使用初步成形工具被铺摊并且之后通过在铺摊的密封胶上拉动精整工具而平滑成其最终形状。
根据优选方法，提供初始边缘密封件，包括以下步骤：
- 使用薄且平滑的遮蔽带界定在转子叶片表面和附加物部件上的要被密封胶化合物覆盖的施用区域，该遮蔽带优选地具有小于0.2毫米的厚度，
- 在施用区域上分配密封胶，特别地通过珠状物或喷涂施用，其中密封件优选地在与附加物和叶片表面之间的过渡重叠的蜿蜒线中被施用，
- 优选地通过使用柔性带齿抹刀进行密封胶的分布，
- （可选的）使用在叶片的纵向方向上运动的优选的柔性的工具来平滑粘结剂，其中该工具优选地被设计成符合叶片的轮廓，
- 移除遮蔽带，
- 使用柔性工具平滑密封胶过渡台阶，该柔性工具优选地具有在40和60之间的邵氏A硬度。
该方法优选地包括例如使用下列工具：
带齿抹刀，优选地柔性材料的带齿抹刀，用于在密封剂或粘性密封胶材料已经被分配到附加物上的被密封施用区域之后使其平整。
例如柔性材料的第二抹刀的特征在于40-60的邵氏A硬度，该柔性材料例如是硅树脂材料，该第二抹刀具有适于施用的横截面轮廓和防止密封材料的粘结的低能量表面（表面自由能）。在使用期间在与叶片表面接触的点处在软抹刀和叶片表面之间的角度小于在硬抹刀的情况下的角度。
无论密封胶材料是否被形成为与附加物边缘或台阶重叠，密封胶材料均可以使用包括具有不同性质的多个抹刀的工具组被施用。在本发明的优选实施例中，形成边缘密封件的步骤包括将密封胶材料至少沿着附加物部件的纵向边缘沉积到转子叶片的表面上。然后，初步抹刀被用于在由附加物部件的纵向边缘和选定的边缘密封件宽度界定的区域中铺摊密封胶材料。初步工具优选地具有有助于初始铺摊密封胶的柔性和形状。
在随后步骤中，精修抹刀被用于精修由初步工具铺摊的密封胶的形状。优选地，精修工具具有比初步工具更小的硬度。
本发明的方法能够优选地包括使用平滑的薄遮蔽带界定预期边缘密封件的区域的步骤。一条带可以在从边缘台阶向外一定距离处沿着预期边缘密封件的外边缘延伸。这个距离是边缘台阶高度的至少20倍。带的厚度尽可能小，优选地是至多0.2毫米。边缘密封件的其他边界可以由边缘台阶限定。替代性地，如果在边缘台阶上形成重叠部，则第二带可以被施用到附加物的表面、平行于附加物的纵向边缘。密封胶之后被施用在这些边界内。密封胶能够最初被大致地沉积在转子叶片（和附加物）上，例如以来自分配器喷嘴的珠状物的形式或者通过喷涂。大致施用的密封胶之后使用初步成形工具、例如柔性带齿抹刀被铺摊。
因此，根据优选方法，密封胶的分布通过使用带齿抹刀、优选地柔性材料的带齿抹刀来实现，该带齿抹刀用于在密封胶已经被分配到施用区域之后使其平整，优选地其中带齿抹刀的齿具有在1至2毫米之间的距离和/或在0.2至5毫米之间的高度。
能够通过在边缘密封件边界之间在转子叶片表面的纵向方向上引导带齿抹刀来完成铺摊。在完成这个初步步骤之后，移除一条或多条带。通过在铺摊的密封胶上拉动较软的柔性抹刀，仍是液体的密封胶之后被平滑成其最终形状。使用第二工具进行的这种精修或平滑步骤用于进一步降低边缘密封件的“楔形物”在边缘台阶和边缘密封件的外边界之间的高度。第二柔性抹刀优选地由诸如硅树脂的材料制成以确保相对小的邵氏硬度，例如50±10。
因此，根据优选方法，柔性工具是第二抹刀，其具有在30和70之间、特别地在40和60之间、特别地在48和52之间的邵氏A硬度。优选的邵氏A硬度大于30，具体地大于40，特别地大于45且/或优选的邵氏A硬度小于70、具体地小于60、特别地小于55。
施用过程被设计成最小化并理想地防止由于在叶片表面和附接且结合的盖/板之间的台阶导致的AEP损失。
根据优选方法，通过机加工，优选地通过磨削和/或打磨和/或切割和/或碾磨来完成初始边缘密封件的顶层的移除。优选的是，得到的边缘密封件与边缘台阶齐平，即在附加物和边缘密封件之间不存在台阶。这能够通过移除步骤来实现。
根据优选方法，当时，在得到的边缘密封件的表面和转子叶片的表面之间的角度在边缘台阶的点处小于在边缘密封件过渡到转子叶片表面上的点处。这意味着与转子叶片的表面相比，边缘密封件的表面在边缘密封件的与边缘台阶相对的部分处更陡。可以说，边缘密封件在背离边缘台阶指向的方向上的坡度是恒定的或者随着距边缘台阶的距离增加而增加。虽然得到的边缘密封件可以具有凹表面，不过优选的是得到的边缘密封件具有楔形物的形状且楔形物具有凸表面和/或在其表面中具有扭结，其中优选的是具有邻接边缘台阶的平坦区域的表面。特别优选的是，边缘密封件具有三次曲线的性质且边缘密封件的表面在至附加物部件的边缘台阶（较高表面）附近是凸的。替代性地或者附加地，优选的是边缘密封件在密封的朝向转子叶片表面（较低表面）的端部附近具有凹表面区域。由于得到的边缘密封件的特殊形状的原因，这个实施例易于生产而没有在移除顶层期间损坏转子叶片的表面的风险。
密封剂（密封胶）或粘结剂被用于沿着附加物的一个或更多个边缘（边缘台阶）形成边缘密封件，且具有或不具有重叠，如下文将解释的。边缘密封的几何构型被调整且优化以便减少由于接合表面而产生的台阶的空气动力学影响，即前缘解决方案。因此，根据优选方法，密封的宽度优选地被调整以便基于风洞测量减少由于接合表面而产生的台阶的空气动力学影响。
术语“密封胶”、“边缘密封物”和“密封剂”可以被用于指代这样的粘结剂。优选地，用于固定附加物的粘结剂包括与边缘密封物相同的材料或相反。密封胶能够是粘结剂，不过，这不是在每种情况下都必要的。在本申请中，术语“密封胶”包括术语“粘结剂”。
优选地，密封件使用特殊的液体密封胶（特别地粘结剂材料）来形成，该液体密封胶在施用一定时间之后凝固并且当是液体时具有特殊的流变性，特别是粘结粘性，这提供了在抗流挂性和流动性之间的良好平衡。密封胶的流变性质和特殊的粘结剂粘性优选地针对密封件的具体几何构型和位置被定制。一方面，粘性必须足够低以允许密封胶/粘结剂容易铺摊且消除在铺摊期间可以产生的任意条纹。然而另一方面，密封胶的屈服点（抗流挂性）必须足够高以避免因重力引起的密封胶流失，该流失将不利地影响施用过程所产生的密封件的轮廓。
优选地，凝固的密封胶是（高度）柔性的、耐磨的且优选地很好地粘结到其将被施用到的表面且还具有良好的抗UV暴露性。
大体而言，在通过物理过程、化学反应或二者组合施用之后凝固的任意液体密封胶/粘结剂材料者适于本发明的目的。由于其较快的固化响应和得到的较快过程，优选反应性双组分密封胶。优选地，可以使用物理硬化的密封胶，如冷却后变硬的热熔密封胶和/或通过化学反应固化的密封胶。从化学固化的密封胶构成的组中，两部分密封胶是优选的，因为它们的固化响应更快，并且得到的过程更快。
优选的是使用具有如下凝固速度（打开时间）的密封胶：其一方面允许足够时间用于施用过程，即根据本发明分配、平整和产生轮廓。另一方面，为了缩短过程时间，应尽可能快地进行进一步加工。在此，具体地化学交联双组分粘结剂提供了优点，特别是因为它们的固化能够在根据本发明的轮廓已经形成之后通过例如借助于IR发射器适度加热来加速，从而允许进一步过程时间减少。
示例性材料可以是环氧树脂、聚氨酯、聚脲、硅酮、硅烷改性聚合物（SMP）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和混合溶液，根据液态和固化状态下的期望性能，特别是抗流挂性和流动性来进行选择，如上所述。例如，密封胶材料可以被选择成具有特殊的粘结剂粘性，从而提供在抗流挂性和流动性之间提供良好平衡以及在其固化状态下具有有利的高度柔性。使用这样的材料沿着LEP的纵向边缘形成的边缘密封件的完整性将不受到转子叶片的重复的扭转弯曲的影响。
优选地使用双组分密封材料，其中所述双组分恰在向叶片的模具表面上施用密封材料之前被混合，其中优选地所述双组分的粘性针对一个组分位于40.000-110.000 mPas之间且针对另一组分位于100.000-380.000 mPas之间。
优选密封胶具有小于其所施用到的表面的表面自由能的表面张力，以便作为形成粘结的先决条件，允许此类表面的充分润湿。通过适当方法，例如但不限于清洁、研磨、施用底漆或粘结促进剂和活化方法（例如但不限于等离子体活化方法、电晕活化方法、火焰活化方法、VUV（真空紫外）活化方法），来增加表面自由能明确地是本发明的一部分。除了润湿表面的上述能力之外，粘结剂和叶片的表面以及相应附加物的良好粘结对于满足关于使用寿命的苛刻要求是至关重要，特别是在近海设施的恶劣条件下。
除了良好粘结之外，密封胶的机械性能也是很重要的。要求用于承受雨水侵蚀条件的高耐磨性以及用于承受操作期间叶片的振动的足够疲劳强度两者。因此，优选的密封胶，对在叶片的整个使用寿命内在相应表面上发生的剥离力（特别是大于2 N/mm）具有足够的抵抗力。长期抵抗力的测试方法是在ISO 20340中所述的程序。
由于作为本发明的主题的密封件的广泛的可能应用，关于涉及的材料、相应附加物的尺寸及其在叶片上的位置，优选地根据相应的施用来定制密封胶。
优选密封胶具有大于4 MPa且/或小于8 MPa、特别优选地5 MPa±<0.5 MPa的值、特别是5 MPa的拉伸强度（根据DIN EN ISO 527）。在80 ℃下1000 h之后，拉伸强度可以变成大约9 MPa或更大。
替代性地或者附加地，断裂伸长率（根据DIN EN ISO 527）大于80%且/或小于130%，特别优选的是90%±5%，特别是90%。在80 ℃下1000 h之后，断裂伸长率可以变成100%或更大的值。
替代性地或者附加地，杨氏模量（根据DIN EN ISO 527）大于8 MPa且/或小于150MPa，特别优选的是11MPa ±<2 MPa的值，特别地是11 MPa。在80 ℃下1000 h之后，杨氏模量可以具有11 MPa或更大的值。
暴露于80 ℃达1000小时指的是加速老化测试以模拟由于在涡轮机寿命期间的阳光导致的较高的叶片表面温度。在实际近海条件下的最大表面温度被估计为60 ℃。优选地，密封胶被选择成使得杨氏模量保持恒定且/或使得拉伸强度和/或断裂伸长率增加，其中所有三种要求的组合对于密封胶的长期耐用性而言是非常有利的。
因此，根据优选方法，密封胶是足以流动到在施用附加物期间形成的间隙和表面裂缝中且确保平滑精整的流体。
优选地密封胶提供了下列性质中的一个或更多个。密封胶具有：
- 小于叶片表面的表面自由能的表面张力，和/或
- 对在叶片的整个使用寿命内在相应表面上发生的剥离力（特别是大于2 N/mm）具有足够的抵抗力，和/或
- 大于4 MPa且/或小于8 MPa的拉伸强度，和/或
- 大于80%且/或小于130%的断裂伸长率，和/或
- 大于8 MPa且/或小于150 MPa的杨氏模量。
根据优选方法，在施用区域上分配密封胶之前，首先沿着纵向附加物边缘施用填充物，其中填充物优选地是速凝粘结剂和/或高粘性粘结剂，并且密封胶被施用在固化或硬化的填充物上。
根据优选方法，密封胶包括与用于将附加物结合在转子叶片表面上的粘结剂相同的材料。
优选密封材料具有良好的可打磨性，以致能够产生光滑的、具有空气动力学优势的表面。因此，在处于其液态以及硬化或交联状态下的密封材料中的固体颗粒（例如填充物颗粒、填充物颗粒团聚体、凝胶颗粒）的最大尺寸优选地被限制成最大200 µm、优选地被限制成最大100 µm、特别优选地被限制成最大60 µm或者甚至被限制成最大50 µm，具体地根据DIN EN 21 524或者ISO 1524来确定。
本发明的在空气动力学上优化附加物的边缘的方法不限于空气动力学装置，诸如LEP盖。附加物可以是包括传感器的板，例如柔性板，其优选地顺应转子叶片的弯曲表面。将这样的传感器板固定到转子叶片表面受益于本发明的密封概念，从而实现AEP方面的改进。这样的板可以在转子叶片的前缘和后缘之间的任意位置处被附接到转子叶片表面，并且可以被安装在转子叶片的吸力侧或压力侧上。
优选地，使用本发明的方面沿着这种板的纵向边缘形成边缘密封件。以此方式，这种板的逆风或迎风边缘（即更靠近转子叶片前缘的边缘）和顺风边缘（更靠近转子叶片后缘的边缘）都不将对转子叶片表面上的层流气流产生不利影响。因此，本发明不限于壳或空气动力学装置，不过也包括被安装在例如叶片表面上的基板（例如柔性板）上的任意种类的传感器。因此，在AEP方面的改进也可用于如传感器板的板以及减少当将该板安装在叶片表面上时产生的噪音。
作为示例，附加物的边缘台阶高度（壳高度）可以是在0.25毫米至2毫米之间、特别地在0.5毫米和1.5毫米之间或者在0.7至1毫米之间的任意值。附加物的边缘台阶高度是在附加物的外边缘处的厚度加上被用于将附加物附接到转子叶片的任意粘结剂或结合层的厚度的和。
边缘密封的优选最小宽度是5毫米，优选地20毫米，特别优选地40毫米。边缘密封的优选最大宽度是150毫米，优选地100毫米，具体优选地60毫米。特别优选的是宽度被选择成对应于相应边缘台阶的高度。例如，对于0.7毫米的边缘台阶高度，边缘密封的最小宽度可以是14毫米（最小值）。例如对于1.0毫米的边缘台阶高度，边缘密封的最小宽度可以是20毫米（最小值）。
边缘密封件宽度与台阶高度的比能够在4:1或20:1至100:1之间变化。对于0.5毫米-1.5毫米的示例性边缘台阶高度范围，边缘密封件将至少是10毫米宽且达150毫米宽。已经（在风洞测试中）观察到，用于转子叶片附加物部件的这样的相对地宽的边缘密封件导致改进的空气动力学行为。因此，根据优选方法，宽度和/或重叠宽度与纵向边缘台阶处的高度的比大于4:1（或者大于20:1）且/或小于100:1。
本发明的进一步优选实施例是基于如下认知：能够通过在附加物的纵向边缘上形成边缘密封件，即通过具有与附加物和转子叶片二者的外表面“重叠”的边缘密封件，来保持在转子叶片表面上的气流的层流性质。因此，在本发明的进一步优选实施例中，方法包括确定紧邻其纵向边缘的附加物表面的区域中边缘密封件的重叠宽度的步骤。术语“重叠宽度”应该被理解为意味着延伸到附加物的表面上的边缘密封件部分的宽度。基于附加物高度确定重叠宽度。
那么形成边缘密封件的步骤优选地包括也将密封胶材料也施用到附加物部件的重叠区域上。边缘密封件的重叠能够有利地在附加物的边缘上形成平滑层。因此，根据优选方法，密封胶被形成为与附加物的边缘重叠。
在本发明的方法中，边缘密封件的边缘密封件宽度（且优选地还有重叠宽度）优选地针对特殊附加物“被调整”以便防止或至少显著延迟在附加物的边缘后方（即附加物的顺风侧）的叶片的表面上发生从层流到湍流的流转变。优选地，边缘密封的范围（即宽度）和任何重叠的范围将通过在附加物的纵向边缘处的边缘台阶的高度来控制。
重叠宽度与台阶高度的比能够从10:1到50:1进行变化。对于0.5毫米的示例边缘台阶高度，重叠宽度将是5毫米-25毫米宽。对于1.5毫米的边缘台阶高度，边缘密封件宽度将是15-75毫米宽。上文描述的推荐比明显大于现有技术中已知的解决方案中通常所用的比。边缘密封的最大可能宽度或范围也可以通过转子叶片的曲率被确定或限制。
可以通过使用具有足够小的粘性以便具有足够流动性以流动到在附加物的施用期间形成的任意间隙和表面裂缝中并确保平滑精整的密封剂（密封胶）或粘结剂来实现这里提出的边缘密封。然而，由于粘结剂的粘性将确定边缘密封件沿其外边界的最小高度，所以密封胶材料优选地也被选择成使得确保至叶片表面的平滑过渡。
同时，粘结剂的粘性驱动简单的边缘密封和重叠的边缘密封中的台阶。重叠的边缘密封可以能够通过在壳边缘上形成平滑层来消除台阶。边缘密封材料被选择成确保至叶片表面的平滑过渡。
对于大的边缘台阶，填充物材料可以被用于强化边缘密封件。在本发明的这种优选实施例中，沿着附加物的边缘施用填充物材料，以便最初减少的边缘台阶，即从附加物边缘向外延伸的紧凑楔形物或斜面。密封胶材料之后被施用在填充物上。填充物材料可以具有比密封胶材料更大的粘性以便有助于将填充物或底层容易地构建成有限厚度。填充物的范围（宽度）优选地小于边缘密封件宽度的宽度以便确保在表面上存在均匀的边缘密封物层，从而使得能够在边缘密封件的端部处实现平滑边缘，即至转子叶片表面的平滑过渡。由填充物材料占据的体积可以小于边缘密封件的预期体积的一半。
在优选风力涡轮机转子叶片处，附加物部件包括前缘保护盖、后缘面板、涡流发生器面板、板条、板或传感器面板中的任意一者。上文列出了其他可能性。
在优选风力涡轮机转子叶片处，附加物部件在其纵向边缘处的厚度是在0.2毫米至5.0毫米、优选地0.25或0.5毫米至1.5毫米的范围中。
有利地，本发明的布置和方法通过减少/避免边缘台阶减少了在叶片的表面上的（例如由于施用LEP导致的）台阶或其他障碍物的空气动力学性能影响。该解决方案也使得能够使用具有较大边缘厚度的LEP壳或LEP盖。这为壳的成本降低提供了一个重要机会，因为薄边缘的要求是这些壳的制造中的成本驱动因素。避免较薄壳边缘也降低了施用期间起皱的风险，这进一步有助于降低不顺应成本并改善空气动力学性能。
上述边缘密封方法有助于改善LEP解决方案的空气动力学性能。边缘密封间接地使得能够使用具有较厚边缘的壳，这有助于降低壳的成本和不顺应成本。
使用适当材料产生重叠精整以平滑至叶片表面的过渡。
本发明的优势在于通过后处理来补偿凝固期间密封胶的收缩并且能够实现在附加物和密封胶之间的平滑过渡。应该注意，重叠本身是不利的，因为如果其从附加物表面分离或松动，其能够引起层流气流中的扰动。
本发明提供了如下优点：通过减少/避免边缘台阶，其减少了在叶片的表面上的（例如由于施用LEP或附接到叶片的表面上的任意其他空气动力学装置或降噪器具所导致的）台阶的空气动力学性能影响。该解决方案也使得能够使用具有较大边缘厚度的LEP壳。这为壳的成本降低提供了一个重要机会，因为薄边缘的要求是这些壳的制造中的成本驱动因素。避免较薄壳边缘也降低了施用期间起皱的风险，这进一步有助于降低不顺应成本并改善空气动力学性能。
附图说明
根据结合附图考虑的下述详细描述，本发明的其他目标和特征将变得明显。然而，应该理解的是，附图仅设计用于图释目的并且不作为对本发明限制的定义。
图1示出了被施用到转子叶片附加物的纵向边缘的边缘密封件的实施例；
图2示出了重叠的边缘密封件；
图3示出了用于本发明边缘密封件的成形的示例；
图4示出了用于提供重叠的边缘密封件的方法；
图5示出了根据本发明的优选方法；
在图中，类似附图标记始终指代类似物体。图中的物体不一定成比例绘制。
具体实施方式
图1示出了被施用到附加物3的边缘密封件S，附加物3能够是LEP盖、壳、TE盖、VG面板、TE面板、传感器面板等中的任意一种。边缘密封件可以是根据本发明的方法的结果。附加物3由粘结结合层4附接到转子叶片1的外表面2。为了讨论的目的，粘结层4可以被看作是附加物3的一个元件。附加物3在其边缘台阶3E处的高度t是附加物3的厚度和粘结层4的厚度的和。可以假定附加物边缘台阶3E在转子叶片1的纵向方向上延伸。可以假定边缘密封件3是理想化边缘密封件S，因为在附加物3的边缘台阶3E和边缘密封件S之间不存在台阶。虚线标记了在点（接合点）J1处的边缘台阶。可以看到在附加物和边缘密封件S之间的过渡应该是平滑的。
边缘密封件S开始于附加物边缘台阶3E处的第一点J1处并且延伸到第二点J2，借此边缘密封件S的高度从点J1处的最大值逐渐减小到点J2处的最小值。比δ:t优选地是至少20:1。在这种情况下边缘密封件S的体积是边缘密封件S的横截面面积（即（t·δ）/2）乘以密封件S的长度（例如附加物3的纵向边缘台阶3E的长度）。
图2示出了本发明的边缘密封件的进一步实施例。在此，初始边缘密封件S1被施用到附加物3的纵向边缘台阶3E，在这种情况下附加物3是围绕转子叶片1的前缘安装的LEP盖。在这个示例性实施例中，初始边缘密封件S1与附加物3的纵向边缘台阶3E重叠，即初始边缘密封件S1开始于点J0处并且延伸到点J2。初始边缘密封件S1的总宽度δ1因此是从点J0延伸到点J1的重叠部Sov的宽度h和从点J1延伸到点J2的剩余边缘密封件宽度δ。在这个实施例中，初始边缘密封件S1的高度t1从点J0处的最小值逐渐增加到点J1处的最大值，并且从点J1处的最大值逐渐减小到点J2处的最小值。根据重叠宽度h和/或在点J1和点J2之间的边缘密封件宽度δ，初始边缘密封件S1在其最大值处的高度t1可以超过附加物边缘台阶3E的高度达2.0毫米。该高度t1是基于使用工具（诸如抹刀）施用的密封胶或粘结剂的受控层厚度。原则上，初始边缘密封件S1的高度t1超过边缘台阶的高度多少是无关紧要的，因为边缘密封件的顶层将被移除。
在这种情况下边缘密封件S在首先沿着纵向附加物边缘3E被施用的填充物材料F（在此也被称为填充物F）上延伸。填充物F可以是快凝粘结剂和/或高粘性粘结剂。填充物F能够被施用成形成楔形物，该楔形物具有比附加物3的高度更短的直边。在随后步骤中，密封胶材料被应用到已固化或已硬化的填充物F上。因此，对于大的边缘台阶，填充物F可以被用于初始地减少边缘台阶并且随后能够施用边缘密封物。填充物材料F可以具有比边缘密封件S的材料更大的粘性，以便使得能够将底层容易地构建成有限厚度。填充物F的范围将小于δ以便确保在表面上存在一致的边缘密封物层以实现在接合点J2处的平滑边缘。
图3示出了本发明的边缘密封件S的进一步实施例。首先，已经施用初始边缘密封件S1，例如类似于图2的初始边缘密封件S1。在密封步骤中，密封剂/粘结剂被用于在附加物3的边缘台阶3E上形成具有小重叠的初始边缘密封件S1。密封剂或等效物可以具有不同性质，不过也可以具有相同成分。
初始边缘密封件S1的宽度δ（或δ1）优选地被调整以便基于风洞测量减少由于接合表面而产生的台阶的空气动力学影响。优选地，宽度δ取决于在接合点J1处的边缘台阶3E的高度t。δ相对于t的比能够在20:1至100:1之间任意变化。
当产生初始边缘密封件S1时，在边缘台阶3E处密封剂被施用在叶片1。其应该具有适当的粘性以允许密封剂的粘性流体流动到间隙和表面裂缝中。同时，粘结剂的粘性驱动接合点J2处的台阶。在接合点J2处的台阶高度优选地小于100 µm。这能够使用其中由弹性抹刀形成边缘密封物的施用过程来实现。
根据本发明，初始边缘密封件S1（检查的部件）的顶层L已经被移除（或者必须要被移除）以致剩余的边缘密封件S被优化。这能够被实现成，在密封胶已经固化之后，初始边缘密封件S1的顶层L被磨削掉以暴露接合点J1。磨削可以使用诸如随机轨道打磨机的任意常见磨削工具来完成或者甚至通过手来完成，但是优选地是借助于专用边缘磨削工具来完成。替代性地，顶层L能够被碾磨、打磨或切除掉。
（基本上）在附加物3的边缘台阶3E和剩余边缘密封件S之间不存在台阶。因此，初始边缘密封件S1被调整成优化的边缘密封件S以便防止在叶片的表面上发生从层流到湍流的流转变。
图4示出了附接到转子叶片表面2的附加物3以及以优选方式形成初始边缘密封件S1。附加物3可以使用粘结剂4被附接，如上文解释的（这里没有示出粘结剂）。在附加物3的边缘台阶3E的区域中液体密封胶LS被施用到叶片1的表面2上。
在施用密封胶LS之前，预期边缘密封件的区域可以通过使用平滑的薄遮蔽带（未示出）来界定。一条带可以在从边缘台阶3E向外一定距离处沿着预期初始边缘密封件S1的外边缘延伸。这个距离是边缘台阶高度的至少4倍、优选地至少20倍。带的厚度尽可能小，优选地至多0.2毫米。初始边缘密封件S1的其他边界可以由边缘台阶3E限定。替代性地，如果在边缘台阶上形成重叠部3E，则第二带可以被施用到附加物3的表面、平行于附加物3的纵向边缘。密封胶LS之后被施用在这些边界内。密封胶LS能够最初被粗略地沉积在转子叶片1的表面2和附加物3上，例如以来自分配器喷嘴的珠状物的形式或者通过喷涂。
粗略施用的密封胶LS之后使用初步成形工具、例如柔性带齿抹刀5被铺摊。这能够通过在边缘密封件边界之间在转子叶片表面2的纵向方向上引导带齿抹刀5来完成。
在完成这个初步步骤之后，移除一条或多条带。通过在铺摊的密封胶LS上拉动较软的精整工具（例如柔性抹刀6），仍是液体的密封胶LS之后被平滑成其最终形状。使用第二工具进行的这种精修或平滑步骤用于进一步降低初始边缘密封件S1的“楔形物”在边缘台阶3E和边缘密封件的外边界之间的高度。第二柔性抹刀6优选地由诸如硅树脂的材料制成以确保相对小的邵氏坚硬，例如50±10。
图5示出了在固化之后在图4中制造的初始边缘密封件S1。由研磨工具7通过从已硬化的密封材料移除顶层L（见图3）来处理初始边缘密封件S1。结果是图1中所示的优化的边缘密封件S。
虽然已经以优选实施例及其变型的形式描述了本发明，不过应该理解的是，在不背离本发明范围的情况下能够对其作出大量附加的修改和变型。为了简明起见，应该理解，贯穿本申请使用的“一”或“一个”不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或者要素。
Claims (15)
1.一种沿着被安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加物部件（3）的纵向边缘台阶（3E）成形初始边缘密封件（S1）的方法，该方法包括如下步骤：
- 沿着被安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加物部件（3）的纵向边缘台阶（3E）提供初始边缘密封件（S1），
- 移除所述初始边缘密封件（S1）的顶层（L）。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述初始边缘密封件（S1）的提供包括密封被安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加物部件（3）的纵向边缘台阶（3E）的步骤，其中液体密封胶（LS）被施用、优选地与所述附加物部件（3）重叠地被施用，
优选地其中所述液体密封胶（LS）使用初步成形工具被铺摊并且之后通过在铺摊的密封胶（LS）上拉动精整工具（6）而平滑成其最终形状（LS）。
3.根据权利要求2所述的方法，其中密封的宽度（δ、δ1）优选地被调整以便基于风洞测量减少由于所述接合表面而产生的所述台阶的空气动力学影响。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述初始边缘密封件（S1）与所述附加物部件（3）重叠。
5.根据权利要求4所述的方法，包括以下步骤：确定邻近所述附加物部件（3）的所述纵向边缘台阶（3E）的重叠区域中的边缘密封件重叠部（Sov）的宽度（h），其中基于在所述附加物部件（3）的所述纵向边缘台阶（3E）处的高度（t）确定所述重叠宽度（h）。
6.根据权利要求5所述的方法，其中宽度（δ）和/或重叠宽度（h）与所述纵向边缘台阶（3E）处的高度（t）的比大于4:1、优选地大于20:1且/或小于100:1。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，
提供初始边缘密封件（S1），包括以下步骤：
- 使用薄且平滑的遮蔽带界定在所述转子叶片表面和所述附加物部件上的要被密封胶化合物覆盖的施用区域，该遮蔽带优选地具有小于0.2毫米的厚度，
- 在所述施用区域上分配所述密封胶，特别地通过珠状物或喷涂施用分配，其中所述密封胶优选地在与所述附加物和所述叶片表面之间的过渡重叠的蜿蜒线中被施用，
- 优选地通过使用柔性带齿抹刀进行所述密封胶的分布，
- （可选的）使用在所述叶片的纵向方向上运动的优选的柔性工具来平滑所述粘结剂，其中所述工具优选地被设计成符合所述叶片的轮廓，
- 移除所述遮蔽带，
- 使用柔性工具平滑密封胶过渡台阶，该柔性工具优选地具有在40和60之间的邵氏A硬度。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过机加工、优选地通过磨削和/或打磨和/或切割和/或碾磨来移除所述初始边缘密封件（S1）的顶层（L），以致得到的边缘密封件（S）优选地与所述边缘台阶（3E）齐平。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在得到的边缘密封件（S）的表面和所述转子叶片（1）的表面（2）之间的角度在所述边缘台阶（3E）的点（J1）处小于在所述边缘密封件过渡到所述转子叶片表面中的点（J2）处，其中所述得到的边缘密封件（S）优选地具有带凸表面或在其表面内具有扭结的楔形物的形状。
10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述密封胶（LS）具有的在处于其液态以及硬化或交联状态下的所述密封材料中的固体颗粒——特别地填充物颗粒、填充物颗粒团聚体或者凝胶颗粒——的最大尺寸被限制成最大200 μm、优选地被限制成最大60 μm。
11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中在所述施用区域上分配所述密封胶（LS）之前，首先沿着纵向附加物边缘（3E）施用填充物（F），其中所述填充物（F）优选地是速凝粘结剂和/或高粘性粘结剂，并且所述密封胶（LS）被施用在固化或硬化的填充物（F）上。
12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述密封胶（LS）包括与用于将所述附加物（3）固定在所述转子叶片表面（2）上的粘结剂（4）相同的材料。
13.一种风力涡轮机转子叶片（1），包括被安装到所述转子叶片（1）的外表面（2）的至少一个附加物部件（3）和通过根据权利要求1至12中任一项所述的方法成形的边缘密封件（S）。
14.根据权利要求13所述的风力涡轮机转子叶片，其中附加物部件（3）包括前缘保护盖、后缘面板、基板、涡流发生器面板、板条、板、扰流板、襟翼和/或传感器面板中的任意一种。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的风力涡轮机转子叶片，其中所述附加物部件（3）在其纵向边缘台阶（3E）处的厚度是在0.2毫米至5毫米、优选地0.25-2毫米的范围中。
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