CN116829829A - 具有减小的噪声影响的前边缘保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置，其中前边缘保护装置的前边缘轴线构造成配合在风力涡轮机叶片的前边缘的至少部分上，并且前边缘保护装置构造成在前边缘与风力涡轮机叶片的第一侧下游的第一边缘之间以及在前边缘与风力涡轮机叶片的第二侧下游的第二边缘之间延伸，其中前边缘保护装置包括第一部分，并且其中第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分与风力涡轮机的前边缘不平行。本发明另外涉及一种包括前边缘保护装置的风力涡轮机叶片以及一种包括风力涡轮机叶片的风力涡轮机。最后，本发明涉及一种用于保护布置在风力涡轮机上的风力涡轮机叶片的前边缘的方法以及可通过该方法获得的前边缘保护装置。

Description

具有减小的噪声影响的前边缘保护装置

技术领域

本发明涉及用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置、包括该前边缘保护装置的风力涡轮机叶片以及用于制造包括该前边缘保护装置的风力涡轮机叶片的方法。

背景技术

现代风力涡轮机的叶片通过使用旨在最大化效率而创造的复杂叶片设计来捕获风动能。叶片通常由纤维增强的聚合物材料制成，并且包括压力侧壳半部和吸力侧壳半部。典型的叶片的横截面轮廓包括用于产生空气流的翼型件，以导致两侧之间的压力差。所得的提升力生成扭矩以用于产生电力。

风力涡轮机叶片的壳半部通常使用叶片模具制造。首先，叶片凝胶涂层或底漆施加到模具。随后，纤维增强物和/或织物逐层置入模具中，接着灌注树脂。所得的壳半部通过基本上沿叶片的弦平面胶合或螺栓连接在一起来组装。在许多情况下，风力涡轮机叶片由大型部件制成，例如，具有承载翼梁帽和内部腹板的两个空气动力壳，然后将大型部件结合在一起。

在风力涡轮机的使用寿命期间，需要在持续的维护操作上花费大量资源，以确保最佳的涡轮机性能。对于风力涡轮机的叶片，叶片的前边缘处的侵蚀是关注的一个领域。

提供前边缘保护装置是已知的，诸如在风力涡轮机叶片的前边缘处的侵蚀防护罩。侵蚀防护罩可包括回弹性抗侵蚀材料的层或涂层，其沿叶片的长度施加，从而覆盖前边缘。与用于生产风力涡轮机叶片的本体的相对脆的纤维复合材料和同样具有不足的侵蚀防护能力的相对软的凝胶涂层或面涂层相比，侵蚀防护罩通常由回弹性材料形成，提供改进的抗侵蚀性，并且相应地起到改进风力涡轮机叶片的整体耐用性的作用。存在由不同材料制成的多个不同类型的防护罩。前边缘保护装置可在制造期间布置在前边缘上或改装至风力涡轮机叶片的前边缘。通常，前边缘保护装置粘附到前边缘。一些前边缘保护装置非常薄或具有倒角边缘，以避免在前边缘保护装置与风力涡轮机叶片之间的台阶处生成噪声。当前边缘保护装置的边缘不与风力涡轮机叶片的表面齐平时，噪声可能成为问题。这是不希望的，因为尤其是陆上风力涡轮机应该尽可能无声。为了避免该问题，一些风力涡轮机叶片包括在前边缘区域中的凹部，其中前边缘保护装置可布置成在前边缘保护装置的边缘与风力涡轮机叶片之间获得齐平表面。然而，已经证明，将大的前边缘保护装置精确地放置在凹部中非常困难，并且制造时间和成本可能增加。而且，现有叶片的改造或维修需要附加的前边缘保护装置解决方案，要求在耐用性与空气动力学和声学影响之间进行厚度权衡。对于改造方案来说，上文提到的凹部的形成将需要对叶片进行大量的预处理以形成凹部，这是繁琐的并且甚至可能导致叶片的损坏。

不同类型的前边缘保护装置关于制造时间、价格、抗侵蚀性和噪声生成具有不同的优点和缺点。

例如，没有倒角边缘的较厚的前边缘保护装置便宜且易于制造，并且具有良好的抗侵蚀性。然而，当使用较厚且较宽的前边缘保护装置时，有意地将LEP的较大的面向后的台阶推向更下游，在该处，层流边界层具有较高的扰动幅度和分离的趋势。在与前边缘保护装置的边缘相互作用的不稳定层流边界层中，可形成声学-空气动力学反馈环，从而产生在特定频率(音调)下的强声波辐射。这种不期望的音调的出现增加了从风力涡轮机叶片发出的声压水平，并且除了增加的水平之外还可能导致附加的坏处。

因此，改进的前边缘保护装置以及用于制造具有良好的抗侵蚀性和降低的噪声影响的廉价前边缘保护装置的方法将是有利的。

因此，本发明的目的在于提供一种用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置，其至少改善上文提到的问题中的一些或提供现有技术的有用备选方案。特别地，本发明的目的在于提供一种用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置，其制造容易且廉价，并且与类似的前边缘保护装置相比具有减小的噪声水平。本发明的另外的目的在于提供一种允许在风力涡轮机叶片上应用较厚的箔片LEP并且避免层流边界层反馈环噪声的方法。

发明内容

本发明人已经发现，所述目的中的一个或多个可在涉及用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置的本发明的第一方面中实现，其中前边缘保护装置的前边缘轴线构造成配合在风力涡轮机叶片的前边缘的至少部分上，并且前边缘保护装置构造成在前边缘与风力涡轮机叶片的第一侧下游的第一边缘之间以及在前边缘与风力涡轮机叶片的第二侧下游的第二边缘之间延伸，其中前边缘保护装置包括第一部分，并且其中第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分与风力涡轮机叶片的前边缘和/或自然过渡线不平行。

类似地，目的中一个或多个可通过一种风力涡轮机叶片来实现，该风力涡轮机叶片包括末梢区域以及前边缘和后边缘，其中风力涡轮机叶片设有前边缘保护装置，其中前边缘保护装置包括配合在风力涡轮机叶片的前边缘的至少部分上的前边缘轴线，并且其中前边缘保护装置在前边缘与风力涡轮机叶片的第一侧下游的第一边缘之间以及在前边缘与风力涡轮机叶片的第二侧下游的第二边缘之间延伸，

其中前边缘保护装置包括第一部分，其中第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分与风力涡轮机叶片的前边缘和/或自然过渡线不平行。

如上所述，前边缘保护装置的边缘可相对于叶片的前边缘(或前边缘保护装置的前边缘轴线)或关于自然过渡线来限定。然而，根据优选实施例，边缘是相对于自然过渡线限定的，因为这是减小噪声或音调噪声的重要参数。自然过渡线不需要平行于叶片的前边缘，并且通常其将至少沿一些展向区域不平行于前边缘。

在一个实施例中，第一边缘具有距前边缘轴线的非恒定距离，并且构造成沿前边缘保护装置的第一部分具有距前边缘的非恒定距离。另外强调的是，术语“不平行”限定，当前边缘保护装置安装在风力涡轮机叶片上时，专门制造的第一边缘与前边缘和/或自然过渡线具有不同的角度。还明显的是，这延伸超出制造的前边缘保护装置和叶片的公差。在一个实施例中，当安装在风力涡轮机叶片上时，自然过渡线(或前边缘)与第一边缘之间的角度差为至少2度，优选至少5度，并且甚至更优选至少10度。

作为“不平行”的备选定义，第一边缘可构造成沿前边缘保护装置的第一部分相比于风力涡轮机叶片的前边缘和/或自然过渡线以一角度偏移，或构造成沿前边缘保护装置的第一部分相对于风力涡轮机叶片的前边缘和/或自然过渡线成不同于0的角度，或构造成沿前边缘保护装置的第一部分相对于风力涡轮机叶片的前边缘和/或自然过渡线成角度。

通过让第一边缘不平行于前边缘，基本上还确保第一边缘不平行于风力涡轮机叶片上的层流边界层的自然过渡线。因此，第一边缘将通常不平行于前边缘和自然过渡线两者。从而可通过抑制或调制所述噪声来减小源自从前边缘保护装置的第一边缘到叶片的下降的噪声。

自然过渡线限定为风力涡轮机叶片的操作条件下层流在叶片表面上或上方在其处过渡成湍流的线。例如，操作条件可为风力涡轮机叶片的设计点。

在下文中描述优选实施例。这些可涉及根据第一方面的前边缘保护装置和风力涡轮机叶片两者。

在优选实施例中，第一侧是风力涡轮机叶片的吸力侧，并且第二侧是风力涡轮机叶片的压力侧。因此，第一边缘优选地相对于自然过渡线布置在风力涡轮机叶片的吸力侧上。

风力涡轮机叶片的前边缘具有带有不同曲率的若干区段。通常，末梢区域沿前边缘是相当弯曲的，而翼型区域的其余前边缘可为基本上线性的。然而，末梢区域也可沿前边缘基本上是线性的。归因于表面的双曲率，故叶片的末梢区域处的曲率使得在末梢区域处配合前边缘保护装置变得困难。

本文中所公开的前边缘保护装置不一定构造成沿前边缘的整个长度延伸，而是可仅构造成沿前边缘的部分延伸，诸如仅沿末梢区域或诸如仅沿风力涡轮机叶片的前边缘的总长度的1/3延伸。

如本文中所公开的前边缘保护装置包括至少第一部分并且可选地还包括第二部分和/或另外的部分。在一些实施例中，前边缘保护装置由第一部分构成。在优选实施例中，前边缘保护装置由第一部分和第二部分构成。在一些实施例中，前边缘保护装置包括第一部分和第二部分，以及另外的部分。

本文中前边缘保护装置的第一部分优选地指构造成配合到风力涡轮机叶片的末梢区域的前边缘保护装置的部分，其中前边缘保护装置的第二部分优选地指构造成配合到叶片的基本上线性的翼型区域的前边缘保护装置的其余部分。因此，在一些实施例中，前边缘保护装置的第一部分构造成配合在风力涡轮机叶片的前边缘的末梢区域上，并且在一些实施例中，前边缘保护装置包括第二部分，该第二部分构造成从第一部分延伸并且沿翼型区域的部分配合到风力涡轮机叶片的前边缘，在翼型区域的该部分中，前边缘基本上是线性的。在一些实施例中，末梢区域是弯曲的并且沿风力涡轮机叶片的纵向轴线从风力涡轮机叶片的末梢延伸并且延伸至0.5-3米。0.5-3米的跨度归因于风力涡轮机叶片的总长度方面的差异并且从而归因于末梢区段的长度方面的差异。

在一些实施例中，前边缘保护装置的第一部分构造成延伸风力涡轮机叶片上的总前边缘保护装置长度的至少10％，诸如15％，诸如至少25％。在一些实施例中，前边缘保护装置的第二部分构造成延伸小于风力涡轮机叶片上的总前边缘保护装置长度的90％，诸如小于其的85％，诸如小于其的75％。

第一边缘的形状对于本发明特别重要。如前文提到的，第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分与层流边界层的自然过渡线不平行。在与前边缘保护装置的边缘相互作用的不稳定层流边界层中，可形成声学-空气动力学反馈环，从而产生在特定频率(音调)下的强声波辐射。这种不期望的音调的出现增加了从风力涡轮机叶片发出的声压水平，并且除了增加的噪声水平之外还可能导致附加的坏处。通过具有与层流边界层的自然过渡线不平行的第一边缘，反馈环将不会沿第一边缘产生相同频率下的声波。因此，可通过防止在翼展的较长部分上发生相长(constructive)放大或调制噪声来减小总体噪声。这对于在第一边缘处具有台阶的前边缘特别有利，即，其中第一边缘不与风力涡轮机叶片的第一侧齐平。这种前边缘保护装置比具有与风力涡轮机叶片的第一侧的表面齐平的边缘的前边缘保护装置制造起来更容易且更便宜。

在优选实施例中，前边缘保护装置构造成使得第一边缘沿前边缘保护装置的第一部分相对于前边缘和/或自然过渡线具有平均至少5度的角度。换言之，如沿前边缘保护装置的第一部分的展向范围平均观察，第一边缘与自然过渡线之间的角度的量值(或绝对值)局部偏离至少5度。这也可表示为“平均值(|ρ(r)|)>＝5度)”，其中ρ(r)是作为局部径向位置r的函数的第一边缘与自然过渡线之间的局部角度。

在另一优选实施例中，前边缘保护装置构造成穿过风力涡轮机叶片的自然过渡线，使得第一边缘沿风力涡轮机叶片的第一部分沿一个或多个区域布置在自然过渡线的上游，并且另外沿一个或多个其它区域布置在自然过渡线的下游。例如，第一部分可包括至少第一区域，在第一区域中前边缘位于自然过渡线的上游，其中第一区域布置在两个其它区域之间，在这两个其它区域中第一边缘位于自然过渡线的下游。在又一优选实施例中，第一边缘在沿前边缘保护装置的第一部分的多个位置处穿过自然过渡线。

在一个优选实施例中，前边缘保护装置构造成使得第一边缘在沿第一部分的所有位置处位于叶片的自然过渡线上游不超过15cm处。注意，自然过渡线的位置可取决于例如迎角、局部转子速度、湍流和粗糙度变化而变化。然而，在风力涡轮机叶片和风力涡轮机的设计点下，对于平滑的翼型轮廓来说自然过渡线是限定好的。在特别优选的实施例中，在风力涡轮机叶片和风力涡轮机的各种操作条件下，第一边缘在沿第一部分的所有位置处位于叶片的自然过渡线上游不超过15cm处。

在一些实施例中，前边缘保护装置的第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分是非线性的。通过具有非线性的第一边缘，声学-空气动力学反馈环将不会沿整个第一边缘分别形成不同相，从而减少特定频率下的声波。非线性并不意味着前边缘保护装置可能不包括线性部分，而是第一边缘不应该是沿第一部分的一个线性直的件。

在一些实施例中，前边缘保护装置包括第一边缘上距前边缘轴线具有第一距离的第一点，以及第一边缘上距前边缘轴线具有第二距离的第二点。在一些实施例中，第一点构造成布置成比第二点更靠近风力涡轮机叶片的末梢，并且第二距离大于第一距离，即距离从第一点到第二点增加。第一点和第二点各自布置在前边缘保护装置的第一部分上。

在一些实施例中，第一点构造成布置成最靠近前边缘保护装置的第一部分上的风力涡轮机叶片的末梢，并且第二点构造成布置成最远离前边缘保护装置的第一部分上的风力涡轮机的末梢。

在一些实施例中，前边缘保护装置另外包括第一边缘上距前边缘轴线具有第三距离的第三点，其中第三点构造成布置成比前边缘保护装置的第一部分上的第一点更靠近风力涡轮机叶片的末梢。在一些实施例中，第三距离大于第一距离，即距离从第三点到第一点减小。

在优选实施例中，第一点构造成布置成比第二点更靠近风力涡轮机叶片的末梢，并且第三点构造成布置成比第一点更靠近风力涡轮机叶片的末梢。此外，第二距离和第三距离两者均大于第一距离。

在一些实施例中，前边缘保护装置的第一边缘包括多个点组，其中每个点组包括第一点、第二点和第三点，其中第一点构造成布置成比第二点更靠近风力涡轮机叶片的末梢，并且第三点构造成布置成比第一点更靠近风力涡轮机叶片的末梢。此外，第二距离和第三距离两者均大于第一距离。

该多个点组可包括初级点组、次级点组、三级点组等。该多个点组可沿前边缘的第一部分布置在第一边缘上，使得初级点组构造成布置成最靠近风力涡轮机叶片的末梢，次级点组构造成布置成比初级点组更远离风力涡轮机叶片的末梢，三级点组构造成布置成比初级点组和次级点组等更远离风力涡轮机叶片的末梢。

在一些实施例中，多个点组中的所有第一点具有距前边缘轴线的第一距离，多个点组中的所有第二点具有距前边缘轴线的第二距离，并且多个点组中的所有第三点具有距前边缘轴线的第三距离。以此方式，第一边缘可沿前边缘轴线以重复但不一定是周期性的图案延伸。

然而，在一些实施例中，多个点组中的一个或多个点之间的第一距离、第二距离和第三距离也可不同，例如初级第一距离可不同于次级第一距离和/或三级第一距离等。以此方式，第一边缘可沿前边缘轴线以变化的图案延伸。在一些实施例中，第一距离、第二距离和第三距离还可从初级点组到次级点组以及从次级点组到三级点组增加。以此方式，第一边缘可沿前边缘轴线以重复图案延伸，但是多个点组布置得越远离末梢，其距前边缘轴线的距离就越大。

在一些实施例中，第一距离与第二距离或第三距离与第一距离之间的比率在1:1.10与1:10之间，诸如在1:1.1与1:5之间，诸如在1:1.25与1:2之间。

前边缘保护装置的第一边缘或第二边缘上的点相对于前边缘轴线之间的距离优选地限定为从该点到前边缘轴线的最短距离，即局部地在垂直于前边缘的方向上。第一点、第二点和第三点可为前边缘保护装置的第一部分上的第一边缘上的任何点。

在一些实施例中，第一边缘构造成当前边缘保护装置配合到风力涡轮机叶片时，沿前边缘保护装置的第一部分呈弓形或弯曲。

在一些实施例中，第一边缘沿前边缘保护装置的第一部分以一图案延伸，诸如之字形图案、新月形图案、锯齿形图案或波状图案。在一些实施例中，前边缘保护装置的第一边缘以重复图案沿前边缘保护装置的第一部分延伸。

在一些实施例中，第一边缘沿前边缘保护装置的第一部分不平行于风力涡轮机叶片的纵向轴线。风力涡轮机叶片的纵向轴线优选地在风力涡轮机叶片的末梢与根部区段的中心点之间延伸。

在优选实施例中，第一边缘构造成沿前边缘保护装置的第一部分与层流边界层的自然过渡线不平行。

在一些实施例中，第一边缘的部分构造成沿前边缘保护装置的第一部分在层流边界层的自然过渡线下游配合到风力涡轮机叶片的第一侧，或至少使得第一边缘的部分布置在自然过渡线的下游。通过将边缘定位成使得其不在层流边界层不稳定或层流分离气泡形成的区中，即使得其至少部分总是在更下游的湍流区域中，也可避免噪声生成。

在优选实施例中，前边缘保护装置的边缘构造成穿过边界层的自然过渡线，因此前边缘保护装置在安装到叶片时具有一边缘，该边缘沿风力涡轮机叶片的某个或某些部分布置在自然过渡线的上游，并且沿风力涡轮机叶片的另一个或多个部分布置在自然过渡线的下游。前边缘保护装置的边缘可例如具有波状图案，该波状图案在沿风力涡轮机叶片的多个位置处穿过自然过渡线。

第一边缘和/或第二边缘的形状对于本发明特别重要。本文中描述的技术效果可通过沿前边缘保护装置的第一部分具有第一边缘和/或第二边缘的特定形状来获得。然而，通过沿前边缘保护装置的整个长度具有第一边缘和/或第二边缘的特定形状可获得相同的效果。因此，应当理解，上面针对沿前边缘保护装置的第一部分的第一边缘所描述的一切也可沿前边缘保护装置的整个长度应用，包括沿前边缘保护装置的第二部分。此外，上面针对第一边缘描述的一切也可应用于第二边缘。

在一些实施例中，前边缘保护装置构造成至少沿风力涡轮机叶片的一些部分围绕风力涡轮机叶片的前边缘对称。在其它实施例中，前边缘保护装置构造成至少沿叶片的一些部分围绕风力涡轮机叶片的前边缘不对称。在前边缘保护装置围绕前边缘不对称的实施例中，第二边缘可构造成沿第一部分与风力涡轮机叶片的前边缘基本上平行。此外，沿前边缘保护装置的第一部分和/或第二部分的第二边缘与前边缘轴线之间的平均距离优选地短于第一边缘与前边缘轴线之间的平均距离。

根据本公开的前边缘保护装置优选地是箔片或膜，该箔片或膜在其布置在风力涡轮机叶片上之前具有平面构造，并且在其配合到风力涡轮机叶片时具有使用中构造。这种箔片或膜可简单地从期望材料的大的平坦箔片或膜切割成期望形状，并且然后配合到风力涡轮机叶片。优选地，在执行配合之前将粘合剂添加至前边缘保护装置或风力涡轮机叶片。

在其它实施例中，前边缘保护装置可为由更刚性的材料制成的帽并且模制成使得其甚至在其布置在风力涡轮机叶片上之前就构造成前边缘保护装置。

在一些实施例中，前边缘保护装置具有在0.05mm-10mm之间、优选在0.1mm-2mm之间、并且更优选在0.2mm-2mm之间的厚度。

在优选实施例中，前边缘保护装置包括诸如聚氨酯的抗侵蚀材料或基本上由诸如聚氨酯的抗侵蚀材料构成。

在一些实施例中，前边缘保护装置设计成使得其在平面构造中具有梯形形状，并且在使用中构造中具有沿前边缘保护装置的第一部分的弯曲的第一边缘和/或第二边缘。已经发现，前边缘保护装置的梯形平面构造使得前边缘保护装置特别容易应用在风力涡轮机叶片的末梢区域处。此外，通过具有这种特殊的形状，可减小或消除原本可能出现的褶皱和不平坦的数量。

前边缘保护装置另外包括在最靠近风力涡轮机叶片的末梢的位置处在前边缘轴线与第一边缘之间延伸的第三边缘。在一些实施例中，第三边缘布置在距风力涡轮机叶片的末梢一定距离处，诸如0.5-10cm之间。在一些实施例中，前边缘轴线的最靠近部分终止于比第一边缘的最靠近部分更靠近风力涡轮机叶片的末梢的点处。在一些实施例中，第三边缘以相对于前边缘轴线或自然过渡线成4度0与85度之间的角度在前边缘轴线的最靠近部分和第一边缘的最靠近部分之间延伸。40度与85度之间、更优选80度与45度之间的角度使得前边缘保护装置接近末梢的配合更加容易，避免了因末梢-涡流相互作用的可能的剥离问题，并且仍然允许前边缘保护装置覆盖靠近末梢前边缘的末梢区域的部分。如果角度小于40度，则最接近末梢的前边缘保护装置的部分将不会覆盖到相同的范围。如果角度大于85度，则将前边缘保护装置配合到末梢变得更加困难。

在一些实施例中，前边缘保护装置包括在第一边缘上游的具有波状形状的凹槽或台阶。该凹槽或台阶可充当前边缘保护装置的第一边缘的上游的层流边界层激流丝(trip)。描述为对于第一边缘优选的形状也可有利地应用于此类凹槽或台阶以避免其本身成为反馈环音调的触发器。一些展向中断形式的凹槽或台阶或粗糙元件的规则或不规则布置也可用作边界层激流丝。

在第二方面，本公开涉及一种包括根据本公开第一方面的前边缘保护装置的风力涡轮机叶片。

在第三方面，本公开涉及一种包括根据本公开的第一方面的风力涡轮机叶片的风力涡轮机。在优选实施例中，当风力涡轮机叶片处于预定操作条件的范围内时，前边缘保护装置的第一边缘与层流边界层的自然过渡线不平行。在一些实施例中，当风力涡轮机叶片处于预定操作条件(例如，风力涡轮机叶片的变桨角度和/或旋转速度)的范围内时，第一边缘的部分在层流边界层的自然过渡线的下游与风力涡轮机叶片的第一侧配合。例如，预定操作条件可为风力涡轮机叶片的设计点。

在第四方面，本公开涉及一种用于保护布置在风力涡轮机上的风力涡轮机叶片的前边缘的方法，该方法包括以下步骤：

-确定风力涡轮机将在其下操作达一段时间的多个操作条件，

-基于多个操作条件和对在所述一段时间期间的风况的估计来估计风力涡轮机叶片的第一侧上的层流边界层的自然过渡线的多个位置，

-设计根据本发明的第一方面的用于风力涡轮机叶片的前边缘保护装置，使得沿前边缘保护装置的第一部分的第一边缘构造成在多个操作条件下与自然过渡线不平行，和/或使得第一边缘的部分构造成沿前边缘保护装置的第一部分在自然过渡线的下游配合到风力涡轮机叶片的第一侧，

-将前边缘保护装置配合到风力涡轮机叶片。

前边缘保护装置可改装至风力涡轮机上的风力涡轮机叶片或配合在随后安装在风力涡轮机上的风力涡轮机叶片上。其上配合有包括前边缘保护装置的风力涡轮机叶片的风力涡轮机应当构造成在多个操作条件下操作达一段时间。多个操作条件可为变桨角度、旋转速度等。该一段时间可为风况等于该一段时间期间估计的风况的时间段。在此时段中，与其它时间段相比，前边缘保护装置将具有减小的噪声。

在第五方面，本发明涉及一种风力涡轮机，其包括具有可通过根据本发明的第四方面的方法获得的前边缘保护装置的风力涡轮机叶片。风力涡轮机优选地包括上文提到的风力涡轮机叶片中的三个。

应当理解，本发明的第一方面的上述特征中的任何可与本发明的第二方面、第三方面、第四方面和第五方面组合，并且反之亦然。

附图说明

下面参考附图中示出的实施例对本发明进行详细解释，其不应理解为限制。

图1是示出风力涡轮机的示意图，

图2是示出风力涡轮机叶片的三维和横截面视图的示意图，

图3是示出风力涡轮机叶片的多个末梢区段的顶部视图的示意图，根据本发明的不同实施例的前边缘保护装置的第一部分配合在该末梢区段上，

图4示出其上配合有对称或不对称前边缘保护装置的风力涡轮机叶片的横截面视图的示意图，以及

图5是示出根据本发明的前边缘保护装置的对称和非对称平面构造的顶部视图的示意图。

具体实施方式

图1示出根据所谓的“丹麦概念”的常规现代迎风风力涡轮机2，其具有塔架4、机舱6和具有基本上水平的转子轴的转子。转子包括毂8和从毂8沿径向延伸的三个叶片10，叶片各自具有最接近毂的叶片根部16和最远离毂8的叶片末梢14。

图2A示出根据本发明的风力涡轮机叶片10的第一实施例的示意图。风力涡轮机叶片10具有常规风力涡轮机叶片的形状，且包括最接近毂的根部区域30、最远离毂的成型或翼型区域34，以及根部区域30与翼型区域34之间的过渡区域32。翼型区域34包括最外侧部分处的末梢区域22，在该处，翼型区域是最弯曲的。叶片10包括当叶片安装在毂上时面向叶片10的旋转方向的前边缘18，以及面向前边缘18的相反方向的后边缘20。

翼型区域34(也称为成型区域)具有关于生成升力的理想或几乎理想的叶片形状，而根部区域30归因于结构考虑具有基本圆形或椭圆形横截面，这例如使得将叶片10安装到毂更容易并且更安全。根部区域30的直径(或弦)可沿整个根部区域30恒定。过渡区域32具有从根部区域30的圆形或椭圆形形状逐渐变化到翼型区域34的翼型轮廓的过渡轮廓。过渡区域30的弦长通常随着距毂的距离r的增加而增加。翼型区域34具有翼型轮廓，翼型轮廓具有在叶片10的前边缘18与后边缘20之间延伸的弦。弦的宽度通常随着距毂的距离r的增加而减小。叶片的纵向轴线从根部区域30的中心延伸至叶片末梢14。

叶片10的肩部40限定为叶片10具有其最大弦长的位置。肩部40通常设在过渡区域32与翼型区域34之间的边界处。

应当注意，叶片的不同区段的弦一般不位于共同平面中，因为叶片可扭曲和/或弯曲(即，预弯)，因此向弦平面提供对应扭曲和/或弯曲的路线，这是为了补偿取决于距毂的半径的叶片局部速度的最常见情况。

图2B是示出示例性风力涡轮机叶片10的横截面视图(例如风力涡轮机叶片10的翼型区域的横截面视图)的示意图。风力涡轮机叶片10包括前边缘18、后边缘20、压力侧24、吸力侧26、第一翼梁帽44和第二翼梁帽46。风力涡轮机叶片10包括前边缘18与后边缘20之间的弦线38。风力涡轮机叶片10包括抗剪腹板42，诸如前边缘抗剪腹板和后边缘抗剪腹板。备选地，抗剪腹板42可为具有诸如后边缘翼梁侧和前边缘翼梁侧的翼梁侧的翼梁箱。

图3是示出风力涡轮机叶片的多个末梢区段22的侧视图的示意图，根据本发明的不同实施例的前边缘保护装置60配合在该末梢区段22上。

前边缘保护装置60包括配合在风力涡轮机叶片的前边缘的部分上的前边缘轴线61，并且前边缘保护装置60在前边缘轴线61与第一侧(即风力涡轮机叶片的吸力侧26)下游的第一边缘之间延伸。此外，前边缘保护装置60在前边缘轴线61与第二侧(即风力涡轮机叶片的压力侧24(在图3中不可见))下游的第二边缘63之间延伸。图3中的前边缘保护装置60包括第一部分64和第二部分65。前边缘保护装置60的第一部分64配合到风力涡轮机叶片的前边缘的末梢区域22。末梢区域22是弯曲的并且从风力涡轮机叶片的末梢14延伸。第二部分65从第一部分64延伸，并且沿前边缘基本上线性的区段(即沿其余翼型区域34的部分)配合到风力涡轮机叶片的前边缘。第二部分65可沿翼型区域平行于风力涡轮机叶片的前边缘，或其可不平行于前边缘并且具有如针对第一部分64的第一边缘62所描述的特征中的一个或多个。

前边缘保护装置另外包括在最靠近风力涡轮机叶片的末梢14的位置处在前边缘轴线61与第一边缘62之间延伸的第三边缘70。如图3中可见，前边缘轴线61的最靠近部分终止于比第一边缘62的最靠近部分更靠近风力涡轮机叶片的末梢14的点处。因此，第三边缘70相对于前边缘轴线61以一角度在前边缘轴线61的最靠近部分与第一边缘62的最靠近部分之间延伸。在图3A-3C中，该角度在大约50度与80度之间，即对于图3A来说是大约50度，对于图3B来说是大约65度并且对于图3C来说是大约80度。10度与85度之间的角度使得前边缘保护装置接近末梢的配合更容易，并且仍然允许前边缘保护装置覆盖接近末梢14的末梢区域的部分。

在图3A-3C中，第一边缘61沿前边缘保护装置60的第一部分64与风力涡轮机叶片的前边缘和前边缘轴线61不平行。此外，当配合到风力涡轮机叶片上时，前边缘保护装置60的第一边缘61沿前边缘保护装置60的第一部分64是非线性的。

在图3A中，当前边缘保护装置配合到风力涡轮机叶片时，第一边缘61沿前边缘保护装置60的第一部分64呈弓形或弯曲。前边缘保护装置包括第一边缘62上距前边缘轴线61具有第一距离68的第一点66和第一边缘62上距前边缘轴线61具有第二距离69的第二点67。第一点66和第二点67各自布置在前边缘保护装置的第一部分64上，其中第一点66比第二点67更靠近风力涡轮机叶片的末梢14。如图3A中可见，第二距离69大于第一距离68，其中第一距离68与第二距离69之间的比率为大约1:2，并且第一边缘61在第一点66和第二点67之间呈弓形或弯曲。此外，前边缘保护装置包括第一边缘62上距前边缘轴线61具有第三距离72的第三点71。第三点布置成比第一点62更靠近末梢14，并且第三距离72稍微大于第一距离68，即到前边缘轴线61的距离从第三点71到第一点62减小。在一些实施例中，第三距离可与第一距离相同，即第一边缘62的部分可平行于前边缘轴线61。然而，优选的是，其在沿第一边缘的第一部分的任何点和/或沿前边缘保护装置的第一部分的自然过渡线处不平行，以避免沿第一部分的反馈环。第一点、第二点和第三点可为落在本描述内的沿第一边缘的任何点。

在图3B和3C中，第一边缘61沿前边缘保护装置60的第一部分64和第二部分65以重复图案延伸。在图3B中，图案是波状图案，并且在图3C中，图案是新月形图案。在图3B和图3C中的每一个中，前边缘保护装置包括第一边缘62上距前边缘轴线61具有第一距离68的第一点66、第一边缘62上距前边缘轴线61具有第二距离69的第二点67以及距前边缘轴线66具有第三距离72的第三点71。第三点布置成比第一点62更靠近前边缘的末梢14，并且第一点布置成比第二点67更靠近末梢14。第二距离69大于第一距离68，其中第一距离68与第二距离69之间的比率为大约1:1.05-1:1.25，并且第三距离72大于第一距离68，其中第三距离72与第一距离68之间的比率为大约1:1.05-1:1.25。第一边缘61在第一点66与第二点67之间以及在第三点71与第一点66之间呈弓形或弯曲。

在图3A-3C中，第一边缘61沿前边缘保护装置60的第一部分64与层流边界层的自然过渡线48不平行。此外，第一边缘62的至少部分沿前边缘保护装置的第一部分在层流边界层的自然过渡线下游配合到风力涡轮机叶片的第一侧。以此方式，声学-空气动力学反馈环将不会沿第一边缘形成，从而减少特定频率下的声波。在图3A中示出的实施例中，前边缘保护装置的第一部分64包括第一区域，在第一区域中第一边缘62位于自然过渡线48的上游，第一区域布置在两个其它区域之间，在这两个其它区域中第一边缘62位于自然过渡线48的下游。在所有三个实施例中，第一边缘62在多个位置处穿过自然过渡线。

第二边缘在图3中不可见。前边缘保护装置可围绕前边缘轴线61对称或不对称。

图4是类似于图2B的横截面视图的示出风力涡轮机叶片的横截面视图的示意图。图4A示出没有前边缘保护装置的风力涡轮机叶片的横截面视图，而图4B和4C示出相同的横截面视图，在其上围绕前边缘轴线61对称和不对称的前边缘保护装置60分别配合到风力涡轮机叶片上。

前边缘保护装置在其布置在风力涡轮机叶片上之前具有平面构造，并且在其配合到风力涡轮机叶片时具有使用中构造。图5是示出根据本发明的前边缘保护装置60的对称和非对称平面构造的顶部视图的示意图。

在图5A中，前边缘保护装置60围绕前边缘轴线61对称。归因于风力涡轮机叶片在末梢区域处的曲率，故如图5A中示出的平面构造中具有梯形形状的前边缘保护装置60在使用中构造中将具有弯曲的第一边缘62和第二边缘63，类似于图3A中示出的第一边缘62。

图5B示出前边缘保护装置60，其围绕前边缘轴线61不对称，其中第二边缘63基本上平行于前边缘轴线61并且构造成在配合到风力涡轮机叶片时基本上平行于风力涡轮机叶片的前边缘。此外，沿前边缘保护装置60的第二边缘63与前边缘轴线61之间的平均距离短于第一边缘62与前边缘轴线之间的平均距离，即前边缘轴线61与第一边缘62之间的面积大于前边缘轴线61与第二边缘63之间的面积。

已经参照优选实施例描述本公开。然而，本发明的范围不限于示出的实施例，并且可执行改型和变型而不脱离本发明的范围。

示例性实施例

本公开的示例性实施例在以下项目中列出：

1.风力涡轮机叶片(10)，其包括末梢区域以及前边缘和后边缘，其中风力涡轮机叶片(10)设有前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置包括配合在风力涡轮机叶片(10)的前边缘(18)的至少部分上的前边缘轴线，并且其中前边缘保护装置(60)在前边缘与风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)下游的第一边缘(62)之间以及在前边缘与风力涡轮机叶片(10)的第二侧(24)下游的第二边缘(63)之间延伸，其中前边缘保护装置(60)包括第一部分(64)，其中第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)与风力涡轮机叶片(10)的前边缘和/或自然过渡线(48)不平行。

2.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第一侧(26)是风力涡轮机叶片(10)的吸力侧，并且第二侧(24)是风力涡轮机叶片(10)的压力侧。

3.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)构造成使得第一边缘沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)相对于前边缘和/或自然过渡线具有平均至少5度的角度。

4.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置布置成穿过风力涡轮机叶片的自然过渡线，使得第一边缘沿风力涡轮机叶片的第一部分(64)沿一个或多个区域布置在自然过渡线的上游，并且另外沿一个或多个其它区域布置在自然过渡线的下游。

5.根据项目4所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第一部分(64)包括至少第一区域，在第一区域中前边缘位于自然过渡线(48)的上游，第一区域布置在两个其它区域之间，在这两个其它区域中第一边缘位于自然过渡线(48)的下游。

6.根据项目4-5中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第一边缘(62)在沿前边缘保护装置的第一部分的多个位置处穿过自然过渡线(48)。

7.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)布置成使得第一边缘在沿第一部分的所有位置处位于风力涡轮机叶片的自然过渡线上游不超过15cm处。

8.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)的第一部分(64)配合在风力涡轮机叶片(10)的前边缘的末梢区域上，其中末梢区域是弯曲的并且从风力涡轮机叶片(10)的末梢延伸。

9.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)的第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)是非线性的。

10.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)包括第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第一距离(68)的第一点(66)，以及第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第二距离(69)的第二点(67)，其中第一点(66)构造成布置成比第二点(67)更靠近风力涡轮机叶片(10)的末梢，其中第一点(66)和第二点(67)各自布置在前边缘保护装置(60)的第一部分(64)上，并且其中第二距离(69)大于第一距离(68)，并且可选地其中前边缘保护装置(60)另外包括第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第三距离(72)的第三点(71)，其中第三点(71)构造成布置成比第一点(66)更靠近风力涡轮机叶片(10)的末梢(14)，并且其中第三距离(72)大于第一距离(68)。

11.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的部分呈弓形或弯曲，或其中第一边缘(62)沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)以一图案延伸，诸如之字形图案、新月形图案、锯齿形图案或波状图案。

12.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第一边缘(62)沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)与层流边界层的自然过渡线(48)不平行，和/或第一边缘(62)的至少部分沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)在层流边界层的自然过渡线(48)的下游配合到风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)。

13.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)构造成围绕前边缘(18)对称，或其中前边缘保护装置(60)构造成围绕风力涡轮机叶片(10)的前边缘(18)不对称。

14.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中第二边缘(63)布置成沿第一部分(64)与风力涡轮机叶片(10)的前边缘基本上平行，并且沿第一部分(64)的第二边缘(63)与前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)之间的平均距离短于第一边缘(62)与前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)之间的平均距离。

15.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)是具有在0.05mm-10mm之间、优选在0.05mm-2mm之间的厚度的箔片或膜，并且其中前边缘保护装置(60)包括诸如聚氨酯的抗侵蚀材料或基本上由诸如聚氨酯的抗侵蚀材料构成。

16.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)在其布置在风力涡轮机叶片(10)上之前具有平面构造，并且在其配合到风力涡轮机叶片(10)时具有使用中构造，并且其中前边缘保护装置(60)设计成使得其在平面构造中具有梯形形状，并且在使用中构造中具有弯曲的第一边缘和/或第二边缘(63)。

17.根据前述项目中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)包括在第一边缘(62)上游的具有波状形状的凹槽或台阶，或展向不连续粗糙元件。

18.用于风力涡轮机叶片(10)的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)的前边缘轴线(61)构造成配合在风力涡轮机叶片(10)的前边缘(18)的至少部分上，并且前边缘保护装置(60)构造成在前边缘与风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)下游的第一边缘(62)之间以及在前边缘与风力涡轮机叶片(10)的第二侧(24)下游的第二边缘(63)之间延伸，其中前边缘保护装置(60)包括第一部分(64)，并且其中第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)与风力涡轮机叶片(10)的前边缘和/或自然过渡线(48)不平行。

19.根据项目18所述的前边缘保护装置(60)，其中第一侧(26)是风力涡轮机叶片(10)的吸力侧，并且第二侧(24)是风力涡轮机叶片(10)的压力侧。

20.根据项目18-19中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)构造成使得第一边缘沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)相对于前边缘和/或自然过渡线具有平均至少5度的角度。

21.根据项目18-20中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置构造成穿过风力涡轮机叶片的自然过渡线，使得第一边缘沿风力涡轮机叶片的第一部分(64)沿一个或多个区域布置在自然过渡线的上游，并且另外沿一个或多个其它区域布置在自然过渡线的下游。

22.根据项目21所述的前边缘保护装置(60)，其中第一部分(64)包括至少第一区域，在第一区域中前边缘位于自然过渡线(48)的上游，第一区域布置在两个其它区域之间，在这两个其它区域中第一边缘位于自然过渡线(48)的下游。

23.根据项目21-22中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中第一边缘(62)在沿前边缘保护装置的第一部分的多个位置处穿过自然过渡线(48)。

24.根据项目18-23中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)构造成使得第一边缘在沿第一部分的所有位置处位于叶片的自然过渡线上游不超过15cm处。

25.根据项目18-24中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)的第一部分(64)构造成配合在风力涡轮机叶片(10)的前边缘的末梢区域上，其中末梢区域是弯曲的并且从风力涡轮机叶片(10)的末梢延伸。

26.根据项目18-25中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)的第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)是非线性的。

27.根据项目18-26中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)包括第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第一距离(68)的第一点(66)，以及第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第二距离(69)的第二点(67)，其中第一点(66)构造成布置成比第二点(67)更靠近风力涡轮机叶片(10)的末梢，其中第一点(66)和第二点(67)各自布置在前边缘保护装置(60)的第一部分(64)上，并且其中第二距离(69)大于第一距离(68)，并且可选地其中前边缘保护装置(60)另外包括第一边缘(62)上距前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)具有第三距离(72)的第三点(71)，其中第三点(71)构造成布置成比第一点(66)更靠近风力涡轮机叶片(10)的末梢(14)，并且其中第三距离(72)大于第一距离(68)。

28.根据项目18-27中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中第一边缘(62)构造成当前边缘保护装置(60)配合到风力涡轮机叶片(10)时，沿前边缘保护装置(60)的部分呈弓形或弯曲，或其中第一边缘(62)沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)以一图案延伸，诸如之字形图案、新月形图案、锯齿形图案或波状图案。

29.根据项目18-28中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中第一边缘(62)构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)与层流边界层的自然过渡线(48)不平行，和/或第一边缘(62)的至少部分构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)在层流边界层的自然过渡线(48)的下游配合到风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)。

30.根据项目18-29中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)构造成围绕前边缘(18)对称，或其中前边缘保护装置(60)构造成围绕风力涡轮机叶片(10)的前边缘(18)不对称。

31.根据项目18-30中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中第二边缘(63)构造成沿第一部分(64)与风力涡轮机叶片(10)的前边缘基本上平行，并且沿第一部分(64)的第二边缘(63)与前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)之间的平均距离短于第一边缘(62)与前边缘轴线(61)和/或自然过渡线(48)之间的平均距离。

32.根据项目18-31中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)是具有在0.05mm-10mm之间、优选在0.05mm-2mm之间的厚度的箔片或膜，并且其中前边缘保护装置(60)包括诸如聚氨酯的抗侵蚀材料或基本上由诸如聚氨酯的抗侵蚀材料构成。

33.根据项目18-32中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)在其布置在风力涡轮机叶片(10)上之前具有平面构造，并且在其配合到风力涡轮机叶片(10)时具有使用中构造，并且其中前边缘保护装置(60)设计成使得其在平面构造中具有梯形形状，并且在使用中构造中具有弯曲的第一边缘和/或第二边缘(63)。

34.根据项目18-33中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)包括在第一边缘(62)的上游的具有波状形状的凹槽或台阶，或展向不连续粗糙元件。

35.用于保护布置在风力涡轮机(2)上的风力涡轮机叶片(10)的前边缘的方法，该方法包括以下步骤：

-确定风力涡轮机(2)将在其下操作达一段时间的多个操作条件，

-基于多个操作条件和对在所述一段时间期间的风况的估计来估计风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)上的层流边界层的自然过渡线的多个位置，

-设计根据项目18-34中任一项所述的用于风力涡轮机叶片(10)的前边缘保护装置(60)，使得沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)的第一边缘构造成在多个操作条件下与一条或多条自然过渡线(48)不平行，和/或使得第一边缘的部分构造成沿前边缘保护装置(60)的第一部分(64)在自然过渡线(48)的下游配合到风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)，

-将前边缘保护装置(60)配合到风力涡轮机叶片(10)。

36.一种风力涡轮机(2)，包括多个风力涡轮机叶片(10)，优选三个风力涡轮机叶片(10)。

参考编号列表

2风力涡轮机

4塔架

6机舱

8毂

10风力涡轮机叶片

14叶片末梢

16叶片根部

18前边缘

20后边缘

22末梢区域

24压力侧/第二侧

26吸力侧/第一侧

30根部区域

32过渡区域

33纵向轴线

34翼型区域

38弦线

40肩部/最大弦的位置

42抗剪腹板

44第一翼梁帽

46第二翼梁帽

48层流边界层的自然过渡线

60前边缘保护装置

61前边缘轴线

62第一边缘

63第二边缘

64第一部分

65第二部分

66第一点

67第二点

68第一距离

69第二距离

70第三边缘

71第三点

72第三距离

Claims (36)

1.风力涡轮机叶片(10)，其包括末梢区域以及前边缘和后边缘，其中所述风力涡轮机叶片(10)设有前边缘保护装置(60)，

其中所述前边缘保护装置包括配合在所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘(18)的至少部分上的前边缘轴线，并且其中所述前边缘保护装置(60)在所述前边缘与所述风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)下游的第一边缘(62)之间以及在所述前边缘与所述风力涡轮机叶片(10)的第二侧(24)下游的第二边缘(63)之间延伸，

其中所述前边缘保护装置(60)包括第一部分(64)，其中所述第一边缘(62)沿所述前边缘保护装置(60)的第一部分(64)与所述风力涡轮机叶片(10)的自然过渡线(48)不平行。

2.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第一侧(26)是所述风力涡轮机叶片(10)的吸力侧，并且所述第二侧(24)是所述风力涡轮机叶片(10)的压力侧。

3.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中前边缘保护装置(60)构造成使得所述第一边缘沿所述前边缘保护装置(60)的第一部分(64)相对于所述自然过渡线具有平均至少5度的角度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置布置成穿过所述风力涡轮机叶片的所述自然过渡线，使得所述第一边缘沿所述风力涡轮机叶片的所述第一部分(64)沿一个或多个区域布置在所述自然过渡线的上游，并且另外沿一个或多个其它区域布置在所述自然过渡线的下游。

5.根据权利要求4所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第一部分(64)包括至少第一区域，其中所述前边缘位于所述自然过渡线(48)的上游，所述第一区域布置在两个其它区域之间，其中所述第一边缘位于所述自然过渡线(48)的下游。

6.根据权利要求4-5中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第一边缘(62)在沿所述前边缘保护装置的所述第一部分的多个位置处穿过所述自然过渡线(48)。

7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)布置成使得所述第一边缘在沿所述第一部分的所有位置处位于所述风力涡轮机叶片的自然过渡线上游不超过15cm处。

8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)配合在所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘的末梢区域上，其中所述末梢区域是弯曲的并且从所述风力涡轮机叶片(10)的末梢延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)的所述第一边缘(62)构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)是非线性的。

10.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)包括所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第一距离(68)的第一点(66)，以及所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第二距离(69)的第二点(67)，其中所述第一点(66)构造成布置成比所述第二点(67)更靠近所述风力涡轮机叶片(10)的末梢，其中所述第一点(66)和所述第二点(67)各自布置在所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)上，并且其中所述第二距离(69)大于所述第一距离(68)，并且可选地其中所述前边缘保护装置(60)另外包括所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第三距离(72)的第三点(71)，其中所述第三点(71)构造成布置成比所述第一点(66)更靠近所述风力涡轮机叶片(10)的所述末梢(14)，并且其中所述第三距离(72)大于所述第一距离(68)。

11.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第一边缘(62)构造成沿所述前边缘保护装置(60)的部分呈弓形或弯曲，或其中所述第一边缘(62)沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)以一图案延伸，诸如之字形图案、新月形图案、锯齿形图案或波状图案。

12.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第一边缘(62)沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)与所述层流边界层的自然过渡线(48)不平行，和/或所述第一边缘(62)的至少部分沿所述前边缘保护装置(60)的第一部分(64)在所述层流边界层的所述自然过渡线(48)的下游配合到所述风力涡轮机叶片(10)的所述第一侧(26)。

13.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)构造成围绕所述前边缘(18)对称，或其中所述前边缘保护装置(60)构造成围绕所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘(18)不对称。

14.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述第二边缘(63)布置成沿所述第一部分(64)与所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘基本上平行，并且沿所述第一部分(64)的所述第二边缘(63)与所述自然过渡线(48)之间的平均距离短于所述第一边缘(62)与所述自然过渡线(48)之间的平均距离。

15.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)是具有在0.05mm-10mm之间、优选在0.05mm-2mm之间的厚度的箔片或膜，并且其中所述前边缘保护装置(60)包括诸如聚氨酯的抗侵蚀材料或基本上由诸如聚氨酯的抗侵蚀材料构成。

16.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)在其布置在风力涡轮机叶片(10)上之前具有平面构造，并且在其配合到所述风力涡轮机叶片(10)时具有使用中构造，并且其中所述前边缘保护装置(60)设计成使得其在平面构造中具有梯形形状，并且在所述使用中构造中具有弯曲的第一边缘和/或第二边缘(63)。

17.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮机叶片(10)，其中所述前边缘保护装置(60)包括在所述第一边缘(62)上游的具有波状形状的凹槽或台阶，或展向不连续粗糙元件。

18.用于风力涡轮机叶片(10)的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)的前边缘轴线(61)构造成配合在风力涡轮机叶片(10)的前边缘(18)的至少部分上，并且所述前边缘保护装置(60)构造成在所述前边缘与所述风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)下游的第一边缘(62)之间以及在所述前边缘与所述风力涡轮机叶片(10)的第二侧(24)下游的第二边缘(63)之间延伸，

其中所述前边缘保护装置(60)包括第一部分(64)，并且其中所述第一边缘(62)构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)与所述风力涡轮机叶片(10)的自然过渡线(48)不平行。

19.根据权利要求18所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第一侧(26)是所述风力涡轮机叶片(10)的吸力侧，并且所述第二侧(24)是所述风力涡轮机叶片(10)的压力侧。

20.根据权利要求18-19中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中前边缘保护装置(60)构造成使得所述第一边缘沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)相对于所述自然过渡线具有平均至少5度的角度。

21.根据权利要求18-20中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置构造成穿过所述风力涡轮机叶片的所述自然过渡线，使得所述第一边缘沿所述风力涡轮机叶片的所述第一部分(64)沿一个或多个区域布置在所述自然过渡线的上游，并且另外沿一个或多个其它区域布置在所述自然过渡线的下游。

22.根据权利要求21所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第一部分(64)包括至少第一区域，在所述第一区域中所述前边缘位于所述自然过渡线(48)的上游，所述第一区域布置在两个其它区域之间，在所述两个其它区域中所述第一边缘位于所述自然过渡线(48)的下游。

23.根据权利要求21-22中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第一边缘(62)在沿所述前边缘保护装置的所述第一部分的多个位置处穿过所述自然过渡线(48)。

24.根据权利要求18-23中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)构造成使得所述第一边缘在沿所述第一部分的所有位置处位于所述叶片的所述自然过渡线上游不超过15cm处。

25.根据权利要求18-24中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)构造成配合在所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘的末梢区域上，其中所述末梢区域是弯曲的并且从所述风力涡轮机叶片(10)的末梢延伸。

26.根据权利要求18-25中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)的所述第一边缘(62)构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)是非线性的。

27.根据权利要求18-26中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)包括所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第一距离(68)的第一点(66)，以及所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第二距离(69)的第二点(67)，其中所述第一点(66)构造成布置成比所述第二点(67)更靠近所述风力涡轮机叶片(10)的所述末梢，其中所述第一点(66)和所述第二点(67)各自布置在所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)上，并且其中所述第二距离(69)大于所述第一距离(68)，并且可选地其中所述前边缘保护装置(60)另外包括所述第一边缘(62)上距所述自然过渡线(48)具有第三距离(72)的第三点(71)，其中所述第三点(71)构造成布置成比所述第一点(66)更靠近所述风力涡轮机叶片(10)的所述末梢(14)，并且其中所述第三距离(72)大于所述第一距离(68)。

28.根据权利要求18-27中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第一边缘(62)构造成当所述前边缘保护装置(60)配合到所述风力涡轮机叶片(10)时，沿所述前边缘保护装置(60)的部分呈弓形或弯曲，或其中所述第一边缘(62)沿所述前边缘保护装置(60)的第一部分(64)以一图案延伸，诸如之字形图案、新月形图案、锯齿形图案或波状图案。

29.根据权利要求18-28中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第一边缘(62)构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)与所述层流边界层的自然过渡线(48)不平行，和/或所述第一边缘(62)的至少部分构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)在所述层流边界层的所述自然过渡线(48)的下游配合到所述风力涡轮机叶片(10)的所述第一侧(26)。

30.根据权利要求18-29中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)构造成围绕所述前边缘(18)对称，或其中所述前边缘保护装置(60)构造成围绕所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘(18)不对称。

31.根据权利要求18-30中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述第二边缘(63)构造成沿所述第一部分(64)与所述风力涡轮机叶片(10)的所述前边缘基本上平行，并且沿所述第一部分(64)的所述第二边缘(63)与所述自然过渡线(48)之间的平均距离短于所述第一边缘(62)与所述自然过渡线(48)之间的平均距离。

32.根据权利要求18-31中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)是具有在0.05mm-10mm之间、优选在0.05mm-2mm之间的厚度的箔片或膜，并且其中所述前边缘保护装置(60)包括诸如聚氨酯的抗侵蚀材料或基本上由诸如聚氨酯的抗侵蚀材料构成。

33.根据权利要求18-32中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)在其布置在风力涡轮机叶片(10)上之前具有平面构造，并且在其配合到所述风力涡轮机叶片(10)时具有使用中构造，并且其中所述前边缘保护装置(60)设计成使得其在所述平面构造中具有梯形形状，并且在所述使用中构造中具有弯曲的第一边缘和/或第二边缘(63)。

34.根据权利要求18-33中任一项所述的前边缘保护装置(60)，其中所述前边缘保护装置(60)包括在所述第一边缘(62)的上游的具有波状形状的凹槽或台阶，或展向不连续粗糙元件。

35.用于保护布置在风力涡轮机(2)上的风力涡轮机叶片(10)的前边缘的方法，所述方法包括以下步骤：

-确定所述风力涡轮机(2)将在其下操作达一段时间的多个操作条件，

-基于所述多个操作条件和对在所述一段时间期间的风况的估计来估计所述风力涡轮机叶片(10)的第一侧(26)上的层流边界层的自然过渡线的多个位置，

-设计根据权利要求18-34中任一项所述的用于所述风力涡轮机叶片(10)的前边缘保护装置(60)，使得沿所述前边缘保护装置(60)的第一部分(64)的所述第一边缘构造成在所述多个操作条件下与所述自然过渡线(48)不平行，和/或使得所述第一边缘的部分构造成沿所述前边缘保护装置(60)的所述第一部分(64)在所述自然过渡线(48)的下游配合到所述风力涡轮机叶片(10)的所述第一侧(26)，

-将所述前边缘保护装置(60)配合到所述风力涡轮机叶片(10)。

36.一种风力涡轮机(2)，包括多个风力涡轮机叶片(10)，优选三个风力涡轮机叶片(10)。