[发明专利]风轮机叶片和制造具有涡流发生器的风轮机叶片的方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及风轮机，并且更具体地，涉及一种风轮机叶片和制造风轮机叶片的方法，所述风轮机叶片包括用于改变叶片周围的空气流的一体式涡流发生器。

背景技术

风轮机用于使用再生资源而且不燃烧矿物燃料来产生电能。一般而言，风轮机将来自风的动能转换成电能。水平轴风轮机包括塔架、位于塔架顶端的机舱，以及具有多个叶片并且借助于轴支撑在机舱中的转子。轴使转子与容纳在机舱内的发电机直接联接或间接联接。结果，当风迫使叶片旋转时，电能由发电机产生。

风轮机经受由风施加至风轮机叶片的高的空气动力学载荷，包括由于叶片周围的空气流与边界层处的叶片表面分离而造成的减小的升力。如流体动力学中所理解的，边界层的厚度趋于远离风轮机叶片的前缘而增加。边界层增加的厚度趋于促进边界层内的湍流，并且减少风轮机叶片的最大升力系数。因此，在边界层内布置了涡流发生器，以在涡流发生器的下游形成涡流。涡流迫使来自边界层的空气与边界层外部的空气更多地混合，从而推迟边界层的分离或推迟边界层厚度的快速增加。就此而言，在风轮机叶片的增加的部分上，边界层保持靠近叶片表面。因此，涡流发生器通过推迟分离而增加了风轮机叶片的最大升力系数。

用于风轮机叶片的常规涡流发生器通常在叶片已经制造好之后应用于叶片，这是因为涡流发生器是难以从160英尺(50m)或更长的叶片模具成功脱模的小部件。涡流发生器通常是板形构件，其由塑料或金属材料构成并且使用双面胶带或类似的粘合剂材料粘着地联接至风轮机叶片的外表面。涡流发生器必须被准确定位，然后，通常是按逐件的方式手动附着在叶片上。这种单个处理的过程增加了制造风轮机叶片的时间和成本。而且，所附加的涡流发生器可能会在运输过程中或在反复的极端天气条件下受到损伤。

因此，需要一种用于制造风轮机叶片和涡流发生器的改进的成型装置和方法，以克服常规风轮机制造工艺以及常规涡流发生器的这些缺点和其它缺点。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，风轮机叶片包括外表面以及所述外表面中形成的多个涡流发生器。涡流发生器包括第一部件和第二部件，所述第一部件限定所述叶片的所述外表面的一部分，所述第二部件限定所述涡流发生器的形状。所述第二部件至少部分地由所述第一部件围绕。所述第一部件可由第一材料构成，而所述第二部件可由不同于所述第一材料的第二材料构成。

根据另一实施方式，风轮机包括塔架、布置在所述塔架的顶部附近的机舱、以及转子。所述转子包括轮毂和从所述轮毂延伸的多个叶片。至少一个所述叶片配置有外表面和如上所述的多个涡流发生器。

在另一实施方式中，一种用于风轮机叶片的成型装置包括模具主体，该模具主体包括限定表面和至少一个凹入的腔。所述限定表面成形为限定所述风轮机叶片的外表面。所述成型装置还包括插入构件，该插入构件以可移除的方式插入所述至少一个凹入的腔。所述插入构件包括内表面，该内表面限定向所述模具主体的所述限定表面开口的涡流发生器腔。所述涡流发生器腔成形为限定所述风轮机叶片上的第一一体式涡流发生器。所述成型装置可包括具有第二涡流发生器腔的第二插入构件，所述第二涡流发生器腔被配置为限定所述风轮机叶片上的具有不同形状的第二涡流发生器。

在示例性的实施方式中，一种制造具有至少一个涡流发生器的风轮机叶片的方法包括：将具有第一涡流发生器腔的能移除的第一插入构件插入模具主体的凹入的腔。所述方法还包括：将第一多层结构性材料布置在所述模具主体和所述能移除的第一插入构件上；以及将成形的塞子推入所述第一涡流发生器腔，以由此将所述第一多层结构性材料推入所述第一涡流发生器腔。然后，将第二多层结构性材料布置在所述模具主体、所述能移除的第一插入构件以及所述成形的塞子上，以形成具有一体式涡流发生器的风轮机叶片。然后，使所述风轮机叶片和所述一体式涡流发生器从所述模具主体以及所述能移除的第一插入构件脱模。

所述风轮机叶片可在所述能移除的第一插入构件脱模之前、与之同时、或之后脱模。在另一实施方式中，包括至少一个涡流发生器的风轮机叶片由上述制造风轮机叶片的方法形成。

附图说明

结合至本说明书中并且形成本说明书的一部分的附图示出了本发明的实施方式，而且，附图连同上文给出的本发明的概述以及下文给出的详述用于解释本发明。

图1是风轮机的立体图；

图2是风轮机叶片的包括根据一个实施方式的一体式涡流发生器的一部分的立体图；

图3是图2的风轮机叶片的前视图；