CN116490688A - 用于风力涡轮机的涡轮机叶片 - Google Patents

Abstract

用于风力涡轮机(1)的涡轮机叶片，包括具有前缘(7)的叶片主体(6)，其特征在于，所述叶片主体(6)设置有变形设备(8)，所述变形设备(8)覆盖所述前缘(7)并且至少部分地沿所述前缘(7)延伸，所述变形设备(8)包括固定到所述叶片主体(6)的壳体(9)，所述壳体(9)能够通过致动装置(13)在靠近所述前缘(7)的第一位置与远离所述前缘(7)的第二位置之间移动。

Description

用于风力涡轮机的涡轮机叶片

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机的涡轮机叶片，该涡轮机叶片包括具有前缘的叶片主体。

背景技术

如公知的，风力涡轮机被用于发电。涡轮机包括塔架、处于塔架的顶部上的机舱和发电机，该发电机被耦接到轮毂，通常三个涡轮机叶片被附接到该轮毂，所述涡轮机叶片通常也称为转子叶片。涡轮机或转子叶片与吹动的风相互作用，以便使轮毂旋转并驱动发电机。这样的风力涡轮机的设置及其功能是公知的。

例如参见EP 1 613 860 B1，还已知使用其翼型几何构型可改变的涡轮机叶片，以用于控制作用在叶片上的气动力，例如用于增加由叶片部段等产生的升力。为了改变几何构型，通常相应的装置以襟翼等形式设置在叶片的后缘处，该装置可以是布置在叶片或相应的后缘处的附加物件，或者该装置可被集成在叶片主体或相应的其后缘中，如EP 1 613860B1中所示。

此外，改变前缘处的翼型叶片的形状或相应的剖面几何构型可影响空气动力学参数，例如用于平衡升力分布以及用于减小力矩不平衡的幅度。EP 1 613 860 B1中公开了叶片的前缘的形状改变机构。该叶片包括具有翼型形状的叶片主体，该翼型形状具有前缘区域，该前缘区域是该叶片主体的一部分。前缘区域的蒙皮以及因此相应的叶片主体区域的蒙皮由橡胶或类似物制成。在该区域中的蒙皮内集成了一片或多片智能材料，该智能材料可被主动控制以使前缘移动，以便使其相应地朝向吸力侧或朝向压力侧向上或向下弯曲。相应的智能材料片被布置在叶片主体中，相应地布置在上侧或吸力侧和下侧或压力侧处的前缘蒙皮中。取决于控制哪个智能材料片延伸，叶片主体前缘向上或向下弯曲。

尽管该实施例允许控制叶片的翼型几何构型并且因此控制叶片的空气动力学特性，但是叶片或相应的叶片主体的设置非常复杂，这是因为此已知的系统需要用足够柔性以弯曲的材料来构建前缘，并且将相应的智能材料片集成到叶片主体蒙皮和相应的致动装置中。其还需要提供附加的结构措施来维持叶片的机械参数，即相应的叶片的刚度和硬度。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种改进的涡轮机叶片。

为解决该目的，一种包括具有前缘的叶片主体的用于风力涡轮机的涡轮机叶片的特征在于，所述叶片主体设置有变形设备(formchanging device)，所述变形设备覆盖所述前缘并且至少部分地沿所述前缘延伸，所述变形设备包括固定到所述叶片主体的壳体，所述壳体能够通过致动装置在靠近所述前缘的第一位置与远离所述前缘的第二位置之间移动。

本发明的涡轮机叶片包括具有后缘和前缘的叶片主体，如公知的，该叶片主体例如制造为由树脂嵌入式纤维垫制成的纤维复合部分，以用于相应地在叶片主体蒙皮或壳体中提供叶片主体的相应机械属性。此外，由于这种设置，该前缘也极为刚性和刚硬。因此，叶片主体的壳体本身在其形状或几何构型方面不是柔性的或可变的。为了允许改变或调整前缘区域处的翼型几何构型，本发明提供了附接到叶片主体的变形设备或形状变化设备，该变形设备覆盖叶片主体的前缘并且至少部分地在前缘的长度上延伸。因此，该变形设备是附加物件，其被固定到具有通常设置并具有圆形前缘的叶片主体，如公知的那样。

如所述，该变形设备覆盖前缘，但用于改变整体几何构型，并且由此改变叶片在前缘区域中的空气动力学属性。为了改变几何构型，该变形设备包括固定到叶片主体的壳体。该壳体覆盖叶片主体的前缘。该壳体被耦接到致动装置，该致动装置适于使该壳体相对于叶片主体或相应的由该壳体覆盖的叶片主体前缘移动。在第一位置，该壳体靠近前缘定位，相应地被装配到前缘。该壳体可从该第一位置移动并相对于前缘远离移动到第二位置，在该第二位置，它与前缘隔开，并且在前缘和壳体之间给出一定的自由空间。通过使壳体相对于叶片主体或相应的前缘移动，可显著改变整体几何构型并因此改变空气动力学属性。根据当前状况，例如可以产生正弯度，从而产生增加的升力，并且由此在低于特定额定风速的风速下提高风力涡轮机的发电量。可替代地，还可以产生负弯度，从而减小由叶片产生的升力，并且由此减小涡轮机上的负载，这在某些风力条件下可能是有益的，尤其是在功率曲线的肩部附近，这是叶片设计的设计驱动因素。因此，根据本发明的变形设备为用于调节风力涡轮机的功率输出和叶片或相应的涡轮机处的负载水平的控制机构提供了另一个自由度。可以增加额定功率之前的发电量，以提高涡轮机的年能量产量，同时其还可用于在某些条件下降低负载水平。还可以将该变形设备用于除冰目的，以防冰积聚在前缘区域处，从而覆盖变形设备。通过简单地致动该致动装置并移动壳体，可破坏并移除该冰。

关键的是，该变形设备的壳体通过该致动装置相对于刚性的叶片主体或相应的前缘区域移动。该移动可以是简单的线性移动，使得致动装置在将壳体从第一位置移动到第二位置时简单地以线性移动将壳体推离前缘区域。但其也可以是一种弯曲移动，其中致动装置使壳体向上或向下相应地向叶片的吸力侧或压力侧弯曲。当然，两种移动也可以是叠加的或同时的，使得对壳体施加特定的线性和弯曲移动。很明显，在移动或相应的移动方向方面存在多个自由度，并且因此，在整体剖面形状和空气动力学几何构型方面也存在多个自由度。

根据第一实施例，所述壳体利用两个纵向端固定到所述叶片主体的吸力侧表面和压力侧表面，并且包括至少一个弹性部段，当所述壳体从所述第一位置移动到所述第二位置时，所述弹性部段被伸展。覆盖前缘的壳体利用两端固定到叶片主体，即上部和下部相应的吸力侧和压力侧，使得壳体被牢固地附接到叶片主体，同时在壳体的长度上覆盖前缘。从壳体到叶片主体的气密过渡在两个纵向端区域处是优选的。为了允许通过致动装置启动壳体相对于叶片主体的移动，壳体包括至少一个弹性部段，这意味着壳体本身至少在某一部分中是弹性的，相应地由弹性材料制成。当壳体被致动装置从第一位置移出时，该弹性部段被伸展或拉伸。该壳体仍利用两端固定，并且因此前缘仍然被该壳体包围或包封，而该壳体在其形状上改变。通过伸展和拉伸弹性部段，由于弹性部段的弹性性质而产生恢复力，当致动装置再次将壳体从第二位置缩回到第一位置时，该恢复力确保壳体或相应的伸展的弹性部分将返回到其未拉伸的形状。由于该壳体包括至少一个弹性部段，因此要提到的是，该壳体的其余的一个或多个部段是非弹性的，相应地为刚性的或比该弹性部段要刚性得多。

在该替代方案的另一实施例中，所述壳体可包括靠近或固定到所述吸力侧表面的第一弹性部段和靠近或固定到所述压力侧表面的第二弹性部段以及连接所述第一弹性部段和所述第二弹性部段的更刚性的第三部段。在该实施例中，所述第一弹性部段和所述第二弹性部段在壳体从第一位置移出时伸展或拉伸。两个弹性部段由第三部段连接，该第三部段更刚性或是完全刚性和刚硬的，并且根据前缘的形状相对应地弯曲。致动装置例如可被耦接到该刚性的第三部段，并且将其推动以便移动壳体，相应地改变壳体几何构型。壳体或相应的弹性部段优选地借助于相应的固定元件直接固定到叶片主体，同时当然可能的是，每个第一和第二弹性部段连接到更刚性的连接部段，壳体通过该连接部段连接到叶片主体。

在该实施例的替代方案中，所述壳体可包括靠近或固定到所述吸力侧表面的第一更刚性部段和固定到所述压力侧表面的第二更刚性部段以及连接所述第一更刚性部段和所述第二更刚性部段的弹性部段。在该实施例中，当壳体移动相应地改变其几何构型时，中间部段、即弹性的第三部段被拉伸。处于壳体的纵向端处的更刚性部段借助于相应的固定装置紧紧地固定到叶片主体并且不会移动，只有弹性的中间部段被拉伸。此外，该实施例还允许壳体几何构型以及因此叶片几何构型的显著变化。

在第三实施例中，所述壳体利用两个纵向端固定到吸力侧表面和压力侧表面并且是完全弹性的。在该实施例中，壳体不包括刚性部段，可选地可能除了布置在弹性壳体的端部处以用于将其连接到叶片主体的两个小的纵向连接部段。当致动装置将壳体从第一位置移动到第二位置并且因此改变其几何构型时，壳体在其整个区域上被完全拉伸。因此，这里壳体完全由弹性材料制成，而不是如先前的实施例那样只是部分地由弹性材料制成，其中壳体也由更刚性或非弹性的材料分段制成。

如提到的，无论其以何种方式设置，壳体都利用两个纵向端牢固地固定到叶片主体。这种固定可按照各种形式实现。例如，壳体可通过如螺栓或螺钉的相应固定装置固定到叶片主体。优选地，壳体通过使用相应的胶或树脂将其胶合到叶片主体来固定，该胶或树脂允许非常牢固的附接以及从壳体到叶片主体的平滑过渡，这在空气动力学属性方面是有利的。

先前描述的实施例涉及利用两个纵向端固定到叶片主体并且至少部分或完全弹性的壳体，该弹性允许通过拉伸它来改变壳体的形式或形状。该至少部分或完全弹性的壳体的替代性实施例提出壳体是刚性的并且仅以一个纵向端可枢转地固定到吸力侧表面或压力侧表面。在该实施例中，壳体是刚性和刚硬的，并且由不具有相关弹性性质的相应材料构成。因此，当从第一位置移动到第二位置时，壳体的大致几何构型或形状不会改变，但壳体相对于前缘的位置会通过使其枢转而改变。为了允许这种枢转移动，刚性壳体仅在一个纵向端处固定到叶片主体，该固定提供了一种枢转轴线，当致动装置将其移出第一位置时，壳体可围绕该枢转轴线旋转。优选地，壳体被固定到叶片的吸力侧，并且因此用另一个未固定端从压力侧升起，该未固定端在第一位置搁置在压力侧处。如果需要，布置结构也可相反，并且壳体可被固定到压力侧。

因此，本发明涵盖了两种主要的壳体实施例，第一个包括具有至少一个弹性部段和至少一个刚性部段的壳体，或者具有完全弹性的壳体，并且第二个替代方案具有完全刚性和刚硬但可枢转的壳体。根据本发明，壳体的弹性部段或整个弹性壳体可由垫状或箔状的基于弹性聚合物的材料制成，例如弹性体或橡胶材料。刚性部段或整个刚性壳体可由具有或不具有集成纤维的基于刚性聚合物的材料制成。该一个或多个部段或该整个壳体例如可由树脂制成，例如具有嵌入的玻璃或碳纤维。因此它可仅由聚合物基体材料制成，或者被制造为纤维复合物件。要注意的是，上面提到的材料并非限制性的，而仅是示例，因为各种弹性和非弹性材料都适合用于构建相应的壳体。

如提到的，致动装置用于并适于移动壳体。在第一实施例中，致动装置可以是气动或液压致动装置。它被耦接到包括泵以及例如液压流体储存器等的相应的气动或液压回路。优选地，该致动装置，尤其是气动致动装置，包括布置在叶片主体和壳体之间的至少一个可充胀囊体。该囊体例如可利用气态介质、优选地利用空气来充胀。由于它布置在叶片主体和壳体之间，所以壳体在囊体被充胀时从第一位置移动到第二位置，并且在囊体被放缩时返回到第一位置。这种回到第一位置的恢复移动可能是由壳体的伸展和拉伸的弹性材料引起，或者在完全刚性或刚硬的壳体的情况下借助于如弹簧的某些缩回元件或者由囊体本身引起，这是在其牢固地固定到壳体的情况下。使用这样的囊体或多个囊体是非常有利的，因为可使用气体或优选的空气来将它们充胀和放缩，这不会给叶片增加任何重量。此外，囊体在被放缩时可完全塌缩，使得可确定壳体将总是从第二位置返回到第一位置。

在这种囊体布置的另一实施例中，可能的是，从吸力侧到压力侧观察，两个或更多个囊体并排布置，每个囊体可单独充胀。这种致动机构或布置允许通过单独地充胀或放缩该多个囊体中的一个或多个，来广泛地改变壳体的整体几何构型，并因此改变叶片前缘区域。例如，可布置三个囊体，一个更靠近吸力侧，一个处于前缘末梢处，并且一个更靠近压力侧。根据哪个囊体被充胀，可实现伸展或弯曲变形，以便广泛地改变整体剖面形状。这允许甚至减小由叶片部段产生的升力，从而像前缘扰流器设备一样起作用，例如通过仅将靠近叶片的吸力侧的囊体充胀，同时当然还可实现其他效果。

附加地或替代地，沿叶片主体的纵向方向观察，两个或更多个囊体可彼此隔开布置，每个囊体可单独充胀。在该实施例中，两个或优选地更多个单独的囊体沿被壳体覆盖的区域的长度局部分布。这些单独的局部囊体中的每一个都可单独充胀。该致动机构允许改变沿翼展方向的几何构型，这可导致在沿前缘的不同位置处的致动的不同水平和几何构型。因此，沿纵向或翼展方向观察，其允许局部改变几何构型，因为在该实施例中，柔性或弹性的壳体仅局部伸展并从其靠近前缘的位置移动。当沿纵向方向观察隔开的囊体被充胀时，前缘设置有一种在前缘处或围绕前缘延伸的突起(tubercle)，已知该突起降低噪声并提高空气动力学性能。沿叶片主体和弹性壳体或壳体的弹性部分之间的前缘布置的单独的可充胀囊体越多，可提供的突起就越多。需要注意的是，这种布置也可与包括从吸力侧到压力侧观察的若干个相邻囊体的先前的布置相结合，从而允许实现这种突起和/或使整个壳体部分或完全地沿其长度移动。

在使用一个或多个囊体的替代方案中，致动装置还可包括一个或多个定位缸，该定位缸包括连接到壳体的可移动活塞。该一个或多个缸被布置在叶片主体处，其中活塞被连接到壳体。当活塞从不可移动的缸中移出时，壳体被移动，无论壳体的设置如何。优选地，这些缸同时可控，而当然也可单独地控制每个缸，以在改变壳体形状方面具有另一自由度。

在替代方案中，可能的是，致动装置可包括连接到壳体的一个或多个推杆，这些推杆可借助于如电动马达的电动驱动器来移动。例如，该推杆可以是具有旋转螺母的电动主轴驱动器的一部分，该旋转螺母由电动驱动器驱动，而主轴通过旋转螺母移动。该主轴被耦接到壳体，该壳体可通过纵向移动的主轴移动。在替代方案中，该推杆也可被耦接到电动偏心驱动器。该推杆例如被偏心地固定到旋转盘，该旋转盘由电动驱动器旋转。由于这种偏心布置，推杆在盘旋转时移动，从而移动壳体。

虽然壳体可能仅在靠近边缘的第一位置与伸展或隔开的第二位置之间移动，但当然可能的是，致动装置适于将壳体移动和固定到一个或多个中间位置或者第一位置和第二位置之间的任何中间位置。这意味着第一和第二位置限定了最大或末端位置，而其间的任何中间位置也可由致动装置控制和固定。

最后，本发明还涉及一种风力涡轮机，其包括一个或多个根据先前描述的涡轮机叶片。

附图说明

通过结合附图考虑的以下详细描述，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。然而，附图仅是仅出于说明的目的而设计的原理图，并且不限制本发明。附图示出：

图1示出了本发明的风力涡轮机的示意图，

图2以剖视图示出了本发明的涡轮机叶片的一部分的原理图，其中变形设备处于第一位置，

图3示出了图2的实施例，其中变形设备处于第二位置，

图4示出了本发明的风力涡轮机的第二实施例，其中变形设备处于第一位置，

图5示出了图4的实施例，其中变形设备处于第二位置，

图6示出了涡轮机叶片的第三创造性实施例，其中变形设备处于第一位置，

图7示出了图6的实施例，其中变形设备处于第二位置，

图8示出了本发明的第四实施例，其中分段式变形设备处于第二位置，

图9示出了本发明的第五实施例，其中变形设备处于第一位置，

图10示出了图9的实施例，其中变形设备处于第二位置，

图11示出了本发明的涡轮机叶片的第六实施例，其中变形设备处于第一位置，

图12示出了图11的实施例，其中变形设备处于第二位置，以及

图13示出了本发明的涡轮机叶片的第七实施例，其中变形设备处于第二位置。

具体实施方式

图1示出了包括塔架2的本发明的风力涡轮机1的原理图，该塔架2具有布置到塔架的顶部的机舱3。该机舱包括轮毂4，在该实施例中，三个涡轮机叶片5被附接到该轮毂4，该涡轮机叶片5也可称为转子叶片。涡轮机叶片5与吹动的风相互作用，从而使轮毂4旋转。该轮毂被耦接到发电机，如公知的那样，该发电机由旋转的轮毂驱动，从而产生电。

每个涡轮机叶片包括具有前缘7a和后缘7b的叶片主体6。该叶片主体通常被制造为中空构造，其包括由纤维增强聚合物制成的叶片主体壳体，因此该叶片主体是在树脂基体中嵌入有若干纤维垫的纤维复合物件。如也是公知的那样，该叶片主体借助于布置在其内部中的相应腹板来加固。

每个本发明的涡轮机叶片5的特征在于具有在前缘处布置在叶片主体处的特定的变形设备。图2-13示出了这样的变形设备的各种实施例，其允许改变涡轮机叶片5在前缘区域中的几何构型，从而改变每个相应的涡轮机叶片5的空气动力学属性。

图3将涡轮机叶片5的第一实施例示出为局部剖视图。该视图示出了在如所示为中空主体的相应的叶片主体6处实现的前缘7。附接到叶片主体6的是变形设备8，其包括壳体9，该壳体9利用两个纵向端10来固定到叶片主体6。这种固定可通过像螺钉或螺栓之类的单独的固定装置来实现，或者在优选替代方案中借助于将壳体9牢固地胶合到叶片主体的胶合剂或粘附剂来实现。这样的胶例如可以是将相应的纵向端10固定或嵌入到叶片主体6的固化树脂。

该实施例中的壳体9被制成完全由弹性材料制成的垫或箔的形式，所述弹性材料如基于弹性聚合物的材料，该材料适于被拉伸，并且由于在被拉伸时弹性材料内积累的恢复力而自动将其形状变回到起始或初始位置。显然，壳体9利用一端附接到叶片主体6的吸力侧11，并且利用另一端附接到叶片主体6的压力侧12，使得垫状或箔状的壳体9覆盖整个前缘7a。沿涡轮机叶片5的纵向方向观察，它还至少部分地沿前缘7a的长度延伸，使得它在其长度的相当大的部分上覆盖前缘7a。

涡轮机叶片5还包括致动装置13，其适于使壳体9从图2中所示的第一位置移动到如图3中所示的第二位置，在该第一位置，它非常靠近叶片主体6或相应的前缘7a，在该第二位置，它与前缘7a隔开。在该示例中，该致动装置13为气动致动装置，其包括布置在叶片主体6和壳体9之间的至少一个可充胀囊体14，如图2和图3中所示。该可充胀囊体14被耦接到由控制装置16控制的泵15。要注意的是，沿纵向边缘7a或相应的壳体9的长度，可布置多于一个囊体14，但是也可仅设置单一的长囊体14。

如果例如为了控制所产生的功率等而应改变涡轮机叶片5的整体几何构型或相应的气动翼型形状，则控制装置16控制泵15使囊体14膨胀，使得其改变其形状和形式并且拉伸弹性壳体9，如图3中所示。由于弹性壳体9被固定到叶片主体6，因此其根据囊体14的剖面形状而被拉伸，该囊体14明显从吸力侧11延伸到压力侧12从而覆盖前缘7a。如图2和图3清楚地示出的，叶片5的宽度可由于前缘7a处的变化而改变，从而影响空气动力学属性。

如果不再需要这种形式变化，则控制装置16控制泵15或放缩阀等将囊体14放缩，从而导致另一种形式变化。拉伸的弹性壳体9从根据图3的第二位置返回根据图2的第一位置，并且由此，涡轮机叶片5的剖面形式也再次改变。

要注意的是，在图2和图3中所示的第一位置和第二位置之间，可根据囊体14充胀的程度来控制一个或多个中间位置。

图4和图5示出了本发明的涡轮机叶片5的另一个实施例，其中在所有附图的以下描述中，相同的附图标记被用于相同的物件。图4和图5再次示出了叶片主体6，包括整个弹性壳体9的变形设备8沿其纵向端10附接到该叶片主体6。它同样覆盖从吸力侧11到压力侧12的前缘7a，并且还在前缘7a的相当大的长度上覆盖。

在该实施例中，提供了不同的致动装置13。该致动装置13包括由控制装置16控制的一个或多个定位缸17。如图4和图5中所示，该缸17或每个缸17包括可线性移动的活塞18。该活塞18或每个活塞18被耦接到弹性壳体9。对于该耦接，活塞18的端部或末梢可设置有某种圆形的耦接装置，该耦接装置以某种方式对应于前缘7a的形状，并且因此对应于弹性壳体9的形状，使得作用在弹性壳体9上的力分布在更大的和几何限定的区域上。

如果要改变涡轮机叶片5的形式，则控制装置控制该定位缸17或每个定位缸17，使得相应的活塞18从缸17中移出，从而将弹性壳体9从根据图4的第一位置拉伸到根据图5的第二位置，在那里其明显严重地改变了涡轮机叶片5在前缘区域中的整体形状。

如果形式变化将再次逆转，则控制装置16控制该定位缸17或每个定位缸17缩回相应的活塞18，使得其移回到缸17中，该移动由经拉伸的弹性壳体9的恢复力支持。

由于垫状或箔状的壳体9在前缘7a的相当大的长度上延伸，因此通常设置多于一个缸17，它们可被耦接到将活塞18连接到弹性壳体9的公共连接装置。每个缸17可单独控制或通过共同的控制装置16控制。

图7示出了本发明的涡轮机叶片5的第三实施例，其同样包括具有前缘7的叶片主体6，变形设备8包括整个弹性垫状或箔状壳体9，该壳体9利用其纵向端10在其吸力侧11和压力侧12处固定到叶片主体6。与先前的第一和第二实施例相比，在该第三实施例中再次设置了不同的致动装置13。该致动装置包括具有旋转盘20的偏心电动驱动器19和由控制装置16控制的电动马达21。该旋转盘20如箭头P1所示围绕固定的旋转轴线旋转，并且通过推杆22耦接到壳体9。该推杆22被偏心地布置在盘21处。同样，在该实施例中，连接装置也可被定位在推杆22的末梢处，由此可沿前缘7的长度布置若干个推杆。

在图6中，壳体9被布置在靠近叶片主体6或相应的前缘区域的第一位置。推杆22处于缩回位置。当此时使旋转盘20如箭头P1所示旋转时，推杆22由于偏心地固定在旋转盘20处而移动。由此，如图7中所示拉伸弹性壳体9。叶片5的气动翼型剖面改变。当逆转这种形式变化时，旋转盘20再次如箭头P2所示旋转，该箭头P2沿与箭头P1相同的旋转方向示出。在此旋转期间，推杆22缩回，从而也缩回弹性壳体9，该弹性壳体9通过其固有的恢复力支持该反向移动。

图8示出了具有叶片主体6和前缘7的本发明的涡轮机叶片5的第四实施例，同样包括整个弹性箔状或垫状壳体9的变形设备8沿其纵向端10附接到吸力侧11和压力侧12。该实施例在致动装置13方面与图3的实施例类似。在该实施例中，该致动装置13例如包括从吸力侧11到压力侧12观察并排布置的三个囊体14a、14b和14c，每个囊体14a、14b、14c可由受控制装置16控制的泵15单独充胀。可设置阀23，以单独控制每个囊体14a、14b、14c。此外，该机构还可限定可执行形式改变的自由度。可以根据充胀哪个囊体或囊体组合而使前缘区域不对称地成形。可以仅将例如囊体14a充胀，而没有将其他两个囊体充胀。也可以仅将囊体14b充胀，或者仅将囊体14c充胀。此外，如囊体14a和14b的两个囊体可被充胀，但囊体14c等不被充胀。很明显，存在如何通过呈分开的囊体14a、14b、14c的形式的多个子单元来修改剖面形状的多种变型。

图9和图10示出了本发明的涡轮机叶片5，其在致动装置13方面对应于图2和图3的实施例。同样，涡轮机叶片5包括叶片主体6，包括壳体9的变形装置8沿其纵向端10附接到叶片主体6。在前缘7a或相应的前缘区域和壳体9之间，同样至少一个可充胀囊体14被布置并耦接到由控制装置16控制的泵15。在该实施例中，壳体9未完全由弹性材料制成，而是仅部分地由弹性材料制成。其包括：第一弹性部段24a，其具有连接到吸力侧11的第一纵向边缘10；以及第二弹性部段24b，其具有固定到压力侧12的第二纵向边缘10。在由类似聚合物的垫状或箔状的弹性材料制成的这两个弹性部段24a、24b之间，布置具有刚性形状的更刚硬的第三部段24c，该第三部段24c与弹性部段24a、24b固定或连接。该刚性部段24c可由刚性聚合物或聚合物化合物制成，并且有助于在保护叶片主体6的前缘7a的侵蚀区附近的区域中提供刚性表面。

当要改变形式时，囊体14被充胀，使得壳体9膨胀并从根据图9的第一位置移动到根据图10的第二位置。通过这样做，仅两个弹性部段24a、24b被拉伸，而第三刚性或刚硬中间部段24c在其形状上没有改变。同样，当要再次逆转形式变化时，只需要将囊体14放缩，使得拉伸的弹性部段24a、24b将刚性部段24c缩回到第一位置。

作为说明，图9和图10中所示的实施例在部段24a、24b和24c的刚度和弹性方面也可相反。当然也可以使部段24a、24b比弹性或柔性的中间第三部段24c更刚性。同样，壳体9包括三个单独的部段，但它在纵向边缘区域处是刚性的，而在中间是柔性的。当囊体14被充胀时，弹性的中间部段24c被伸展并拉伸，而更刚性的部段24a、24b在其形状上保持不变。

图11的实施例示出了涡轮机叶片5的第六实施例，其包括具有前缘7a的叶片主体6，该前缘7a同样被变形装置8覆盖。该变形装置8同样包括壳体9，但此处壳体9仅利用一个纵向边缘10附接到吸力侧11。另一个纵向边缘10未固定到叶片主体6。

同样，在该实施例中，致动装置13包括可充胀的囊体14，其耦接到可由控制装置16控制的泵15。壳体9以铰接方式布置到叶片主体6，使得壳体9可在纵向边缘10处围绕其固定轴线旋转。为了改变形状，囊体14被充胀并变宽。这使得在该实施例中为刚性且刚硬的壳体9沿纵向边缘10围绕其固定部旋转，使得它以某种方式朝向吸力侧11弯曲。如图12清楚地示出的，下部纵向边缘10从叶片主体6或相应的压力侧12移离一点。

在该实施例中，囊体14可被牢固地固定到壳体9，如所提到的，该壳体9是刚性的并且因此在从第一位置移动到第二位置时不会累积任何恢复力。为了逆转该移动，当囊体14被放缩时，塌缩的囊体14使刚性的壳体9缩回并将其带回到其靠近前缘的第一位置。

最后，图13示出了具有叶片主体6的涡轮机叶片5的一个实施例，同样，包括壳体9的变形装置8以如先前提到的方式附接到该叶片主体6。同样在该实施例中，壳体9是完全弹性的，并且利用两个纵向端10固定到叶片主体6。

此处，致动装置13包括若干个分开的囊体14d、14e和14f，沿叶片主体的纵向方向观察，它们彼此隔开布置，每个囊体14d、14e、14f可单独充胀。它们被耦接到由控制装置16控制的泵15。同样可设置可控阀23以单独地控制每个囊体14d、14e、14f。

该实施例以如下方式设计，即：使得除了如根据图8的多腔室囊体布置结构所描绘的沿翼弦方向改变致动之外，还可执行沿翼展方向的变化，这是因为囊体14d、14e、14f沿前缘7的长度分布并且围绕前缘7延伸，因此沿翼展方向分布和延伸。这允许沿前缘7a产生突出区域，这些突出部像从纵向边缘7a延伸的突起，并且由此仅局部地拉伸弹性壳体9。图13示出了该实施例的原理图，其清楚地示出了每个单独的囊体14d、14e、14f产生单独的隆起或突起。这种形式变化允许降低噪声并提高空气动力学性能。

本发明增加了用于控制或调节风力涡轮机的功率输出和负载水平的另一个自由度。可以增加额定功率之前的发电量，以提高涡轮机的年能量产量，同时还可以在某些条件下降低负载水平。此外，如果叶片表面上已建立了冰罩，则通过简单地移动破坏该冰罩的壳体9，除冰是可能的。而且，也可减少空气声学噪声发射。由于变形装置8的布置覆盖前缘7a并如先前所述改变整体边缘形式或形状，因此所有这些都是可行的。相应壳体9的任何移动都会导致形状变化，这导致空气动力学属性的变化。优选地，不仅可控制第一和第二位置，而且还可控制中间位置，存在多种可控制的形式或形状，并且这允许具体地控制例如功率输出和负载水平。

例如，致动所述设备以产生正弯度可产生增加的升力，并且由此提高风力涡轮机在低于额定风速的风速下的发电量。可替代地，致动所述设备以产生负弯度可减少由叶片产生的升力，并且由此减少涡轮机的负载，这在某些风力条件下可能是有益的，尤其是在功率曲线的肩部附近，这是叶片设计的设计驱动因素。

仅致动就在前缘下方的区段可产生更尖锐的前缘并增加短长度，这可增加在标称操作条件下的升阻比，从而导致AEP的改进。

如果原始叶片设计需要，以某种方式致动变形装置还可引起前缘半径的增加，从而增加叶片部段对污物和其他表面杂质的鲁棒性。

沿翼展方向变化的致动还可产生如突起的特征，这可有助于减少某些操作条件下的噪声发射。突起状特征也可像涡流发生器一样起作用，从而有助于提高对污物、流入湍流、剪切和其他流入条件的鲁棒性。

最后，所述设备的周期性激活和停用也可作为除冰机制出现(surf)，从而有助于移除积聚在前缘上的冰罩。

尽管参考优选实施例详细地描述了本发明，但本发明并不受所公开的示例限制，在不脱离本发明的范围的情况下，技术人员能够从所公开的示例得到其他变型。

Claims (15)

1.用于风力涡轮机(1)的涡轮机叶片，包括具有前缘(7a)的叶片主体(6)，其特征在于，所述叶片主体(6)设置有变形设备(8)，所述变形设备(8)覆盖所述前缘(7a)并且至少部分地沿所述前缘(7a)延伸，所述变形设备(8)包括固定到所述叶片主体(6)的壳体(9)，所述壳体(9)能够通过致动装置(13)在靠近所述前缘(7a)的第一位置与远离所述前缘(7a)的第二位置之间移动。

2.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述壳体(9)利用两个纵向端(10)固定到所述叶片主体(6)的吸力侧表面(11)和压力侧表面(12)，并且包括至少一个弹性部段(24a、24b)，当所述壳体(9)从所述第一位置移动到所述第二位置时，所述弹性部段(24a、24b)被伸展。

3.根据权利要求2所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述壳体(9)包括靠近或固定到所述吸力侧表面(11)的第一弹性部段(24a)和靠近或固定到所述压力侧表面(12)的第二弹性部段(24b)以及连接所述第一弹性部段(24a)和所述第二弹性部段(24b)的更刚性的第三部段(24c)。

4.根据权利要求2所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述壳体(9)包括靠近或固定到所述吸力侧表面(11)的第一更刚性部段(24a)和固定到所述压力侧表面(12)的第二更刚性部段(24b)以及连接所述第一更刚性部段(24a)和所述第二更刚性部段(24b)的第三弹性部段(24c)。

5.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述壳体(9)利用两个纵向端(10)固定到吸力侧表面和压力侧表面(11、12)并且是完全弹性的。

6.根据权利要求1所述的涡轮机叶片，其特征在于，刚性的壳体(9)仅利用一个纵向端(10)可枢转地固定到吸力侧表面(11)或压力侧表面(12)。

7.根据权利要求2至6中任一项所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述壳体(9)的弹性部段(24a、24b)或整个弹性壳体(9)由垫状或箔状的基于弹性聚合物的材料制成，而刚性部段(24c)或整个刚性壳体(9)由具有或不具有集成纤维的基于刚性聚合物的材料制成。

8.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述致动装置(13)为气动或液压致动装置。

9.根据权利要求8所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述致动装置(13)包括布置在所述叶片主体(6)和所述壳体(9)之间的至少一个可充胀囊体(14、14a-d)。

10.根据权利要求9所述的涡轮机叶片，其特征在于，从吸力侧(11)到压力侧(12)观察，两个或更多个囊体(14a、14b、14c)并排布置，每个囊体(14a、14b、14c)能够单独充胀，和/或沿所述叶片主体(6)的纵向方向观察，两个或更多个囊体(14d、14e、14f)彼此隔开布置，每个囊体能够单独充胀。

11.根据权利要求8所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述致动装置(13)包括一个或多个定位缸(17)，所述定位缸(17)包括连接到所述壳体(9)的可移动活塞(18)。

12.根据权利要求1至7中任一项所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述致动装置(13)包括一个或多个推杆(22)，所述推杆(22)连接到所述壳体(9)并且能够借助于电动驱动器(21)移动。

13.根据权利要求12所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述推杆(22)是电动主轴驱动器的一部分或者被耦接到电动偏心驱动器(19)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机叶片，其特征在于，所述致动装置(13)适于将所述壳体(9)移动到一个或多个限定的中间位置或者所述第一位置和所述第二位置之间的任何中间位置。

15.风力涡轮机，其包括一个或多个根据前述权利要求中任一项所述的涡轮机叶片(5)。