用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的渦流發(fā)生器單元的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的渦流發(fā)生器單元，其中所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片至少包括根端、末梢尖端、壓力側(cè)和吸力側(cè)，所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)與前緣和后緣構(gòu)成空氣動(dòng)力學(xué)外形，下文稱(chēng)之為翼型，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括至少一系列渦流發(fā)生器單元，其包括翅片，該翅片大致垂直于所述翼型表面并且以大致從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣朝向后緣的方向伸出，其中所述翅片的高度為從具有一定寬度和厚度的底部垂直測(cè)量至自由端所得，這些渦流發(fā)生器單元各自包括連接至所述底部外側(cè)的翅片，所述翅片從前緣側(cè)向后緣側(cè)逐漸變細(xì)，從而呈三角形，各個(gè)所述渦流發(fā)生器單元還包括位于所述底部?jī)?nèi)側(cè)上并分布于底面上的粘合劑層。
[0002]本發(fā)明還涉及在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上安裝一系列渦流發(fā)生器單元的方法，乃至進(jìn)一步涉及安裝包括這種渦流發(fā)生器單元的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]更具成本效益的風(fēng)力渦輪機(jī)的發(fā)展意味著風(fēng)力渦輪機(jī)的尺寸和高度的作用越來(lái)越大。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的尺寸近年來(lái)一直在增大，現(xiàn)今仍然如此。設(shè)計(jì)出高效的葉片變得越來(lái)越難，這是因?yàn)槿~片變得更長(zhǎng)更寬，同時(shí)也因?yàn)槿~片必須就風(fēng)速跨度以及其他將會(huì)對(duì)特定空氣動(dòng)力學(xué)外形的性能有所影響的因素而進(jìn)行優(yōu)化。因此，仍有必要根據(jù)特定的需求提升風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能。這種需求通常通過(guò)理論或基于具體測(cè)量值計(jì)算得出，而且測(cè)量值可單獨(dú)用作進(jìn)行改進(jìn)的輸入數(shù)據(jù)。
[0004]風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通常包括翼型外殼，該翼型外殼通過(guò)使用內(nèi)部強(qiáng)化結(jié)構(gòu)來(lái)支撐。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的翼型和內(nèi)部結(jié)構(gòu)通常設(shè)計(jì)得盡可能高效，但是在特定目標(biāo)市場(chǎng)(風(fēng)力范圍和環(huán)境要求)內(nèi)仍然著眼于盡可能低的能耗(C0E)。
[0005]因此，風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的翼型設(shè)計(jì)需要在產(chǎn)能、結(jié)構(gòu)質(zhì)量與成本、感生載荷、噪音與運(yùn)輸因素之間進(jìn)行權(quán)衡。結(jié)果，葉片的效率通常也是一種權(quán)衡，因?yàn)槠渲圃斐杀靖甙?，而且設(shè)計(jì)并制造每個(gè)特定條件下的葉片模具也耗時(shí)長(zhǎng)久。因此，為了盡可能達(dá)到最優(yōu)化，需要設(shè)計(jì)葉片、準(zhǔn)備模具和制造葉片。
[0006]為獲得更優(yōu)化的方案，已知可將不同的設(shè)備，例如渦流發(fā)生器、古奈擾流板、帶式后緣擴(kuò)展器，附接至風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，使得上述權(quán)衡的不確定性更小，并由此使得特定的葉片設(shè)計(jì)在特定條件下表現(xiàn)得更好。
[0007]渦流發(fā)生器和古奈擾流板用于優(yōu)化空氣動(dòng)力學(xué)性能，而帶式后緣擴(kuò)展器將會(huì)降低葉片產(chǎn)生的噪音。這種帶非常柔韌，以至于其不能重新定向掠過(guò)葉片的氣流的方向，因此其對(duì)葉片外形的升力系數(shù)沒(méi)有影響。
[0008]美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US 2012/0257977 A1公開(kāi)了一種包括兩片翅片的渦流發(fā)生器，其中該渦流發(fā)生器的底部包括用于安裝粘合墊的凹陷。這明顯解決了現(xiàn)有技術(shù)方案中必須沿底部周長(zhǎng)密封的問(wèn)題，為了使得粘合墊與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片表面相接觸，凹陷的深度小于粘合墊的厚度。這明顯沿底部周長(zhǎng)留下一道窄縫。
[0009]國(guó)際專(zhuān)利WO 2007/140771 A1公開(kāi)了一種具有一個(gè)或多個(gè)渦流發(fā)生器的帶，其中該帶的底部寬度與凸起翅片的前緣和后緣相同。這種底部的寬前緣分開(kāi)了繞渦流發(fā)生器邊界層的氣流，由此減弱了渦流發(fā)生器的效果。
[0010]發(fā)明目的
[0011]本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)力渦輪機(jī)葉片，其包括若干渦流發(fā)生器單元。本發(fā)明的另一目的在于提供一種設(shè)置并安裝這種渦流發(fā)生器單元的方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的渦流發(fā)生器單元。本發(fā)明的再一目的在于提供一種渦流發(fā)生器，其相對(duì)于一個(gè)或多個(gè)渦流發(fā)生器單元的位置具有很大的自由度，并且其中一個(gè)或多個(gè)渦流發(fā)生器單元對(duì)其他渦流發(fā)生器單元的影響可單獨(dú)調(diào)整。換言之，本發(fā)明的目的在于提供一種方案，其將會(huì)提高特定的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的空氣動(dòng)力學(xué)性能，其中該特定的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的產(chǎn)能具有可提升的空間。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]如上所述，本發(fā)明涉及一種用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的渦流發(fā)生器單元，其中所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片至少包括根端、末梢尖端、壓力側(cè)和吸力側(cè)，所述壓力側(cè)和所述吸力側(cè)與前緣和后緣構(gòu)成空氣動(dòng)力學(xué)外形，下文稱(chēng)之為翼型，所述風(fēng)力渦輪機(jī)葉片包括至少一系列渦流發(fā)生器單元，所述渦流發(fā)生器單元包括翅片，該翅片大致垂直于所述翼型表面并且以大致從風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣朝向后緣的方向伸出，其中所述翅片的高度為從具有一定寬度和厚度的底部垂直測(cè)量至自由端所得，這些渦流發(fā)生器單元各自包括連接至所述底部外側(cè)的翅片，所述翅片從前緣側(cè)向后緣側(cè)逐漸變細(xì)，從而呈三角形，各個(gè)所述渦流發(fā)生器單元還包括位于所述底部?jī)?nèi)側(cè)上并分布于底面上的粘合劑層。
[0013]這種風(fēng)力渦輪機(jī)渦流發(fā)生器單元的創(chuàng)新點(diǎn)在于，所述粘合劑層延伸至所述渦流發(fā)生器單元的底部外緣，其中該渦流發(fā)生器單元僅包括一片翅片，并且在底面上的所述渦流發(fā)生器單元底部具有翼型邊緣，其包括圓滑的前緣，以及后緣。
[0014]將粘合劑分布于最外端的邊緣，使得可不必如現(xiàn)有技術(shù)方案一般，沿底部周長(zhǎng)進(jìn)行額外的密封，進(jìn)一步地，底部與風(fēng)力渦輪機(jī)葉片表面之間不存在間隙(甚至沒(méi)有窄縫)。無(wú)論間隙有多么小，明顯地，隨著時(shí)間推移，污物和雜物，例如沙和昆蟲(chóng)，將會(huì)塞滿(mǎn)間隙，然后會(huì)造成禍流發(fā)生器松動(dòng)并最終松脫也稱(chēng)之為剝尚效應(yīng)。
[0015]如果風(fēng)力渦輪機(jī)在溫度低至零下的地區(qū)運(yùn)行，任何濕的污物和雜物結(jié)冰時(shí)會(huì)膨脹，由此渦流發(fā)生器單元將會(huì)被從風(fēng)力渦輪機(jī)表面抬升，這會(huì)是一個(gè)問(wèn)題。而且位于溫暖地帶的風(fēng)力渦輪機(jī)也會(huì)面臨上述問(wèn)題。風(fēng)力渦輪機(jī)葉片所處的環(huán)境非常嚴(yán)酷，例如，所采用的渦流發(fā)生器是否有變松的趨勢(shì)是至關(guān)重要的，但是隨時(shí)間推移，上述條件會(huì)造成渦流發(fā)生器變松，并由于“剝離效應(yīng)”而松脫。這些缺點(diǎn)可通過(guò)在渦流發(fā)生器單元底部的最外緣設(shè)置粘合劑來(lái)避免，這樣任何物體都不能楔入該底部與該表面之間的間隙內(nèi)。當(dāng)然，粘合劑可由抗紫外線(xiàn)材料制成，另外，粘合劑可僅具有最小厚度，以便提供優(yōu)良且強(qiáng)力的粘合，由于粘合劑和/或渦流發(fā)生器單元底部的彈性，這種粘合還可適用于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的彎曲表面。
[0016]只包括一片翅片的渦流發(fā)生器單元具有100%獨(dú)立的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樗鲆黄崞軌蛳鄬?duì)于其他渦流發(fā)生器單元設(shè)置于任意位置，也可以與其他渦流發(fā)生器不相關(guān)地設(shè)置。已知的渦流發(fā)生器單元通常包括面板，其中一塊面板包括若干渦流發(fā)生器翅片，并通常是兩片翅片成對(duì)設(shè)置，一塊面板包括4對(duì)或多對(duì)翅片，甚至設(shè)置高達(dá)10對(duì)翅片也是正常的。由于面板成單行設(shè)置，通常位于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片表面的預(yù)制切口 /凹陷內(nèi)，那么使用這種面板就不能以更獨(dú)立和更適合的方式設(shè)置在渦流發(fā)生器單元上。由此，渦流發(fā)生器的位置可由切口或凹陷、或至少由面板處成對(duì)的渦流發(fā)生器來(lái)確定，而不會(huì)依據(jù)單個(gè)測(cè)量值或單獨(dú)需求來(lái)確定。包括例如10對(duì)翅片的面板很有可能僅有一對(duì)翅片位于最佳位置，然而面板上其余的翅片對(duì)僅位于“接近”最佳的位置。使用本發(fā)明，所有渦流發(fā)生器單元可設(shè)置在特選的位置，以便于風(fēng)力渦輪機(jī)葉片產(chǎn)生更多能量。
[0017]底部的翼型外緣，包括圓滑的前緣，以及后緣，對(duì)渦流發(fā)生器的空氣動(dòng)力學(xué)性能有極大的影響，因?yàn)榈撞康男螤顚?huì)由于其本身形狀，提升沿翼型表面邊界層經(jīng)過(guò)的氣流。底部的翼型外緣可根據(jù)已知的翼型系列，例如國(guó)家航空咨詢(xún)委員會(huì)(NACA)、太陽(yáng)能研究所(SERI)、或其他適用的翼型系列來(lái)設(shè)計(jì)。
[0018]憑借翼型底部，邊界層的氣流得到優(yōu)化，并且憑借分布于最外端的邊緣的粘合劑，裝置變得“持久”，并且無(wú)需密封底部邊緣，并且不會(huì)存在如美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)US2012/0257977A1所示的底部下的窄縫。
[0019]在本發(fā)明的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片渦流發(fā)生器單元的實(shí)施例中，前緣處的底部具有底面寬度(W前緣)，后緣處的底部具有底面寬度(W后緣)，其中W前緣小于W后緣。這樣，底部在前緣處比在后緣處更窄。底部的前緣處面向風(fēng)力渦輪機(jī)葉片的前緣區(qū)域，并且底部