[发明专利]用于风轮机的叶片及制造用于风轮机的叶片的方法

说明书

一种用于风轮机的叶片，其限定了具有前缘段和后缘段且特别具有背平后缘的翼型。倒圆连接段将所述翼型的压力侧区段与所述后缘段互连。所述倒圆连接段在所述压力侧区段的切线与所述倒圆连接段的切线不重合的过渡点处附接至所述压力侧区段，使得所述翼型的外表面在所述过渡点处具有尖角。由此形成在所述压力侧区段与所述后缘段之间的过渡处的截断半径(即几何不连续性)增加了所述压力侧的空气动力学有效表面，使得能够实现强制且因此受控的流动分离，而不损害制造容易性和组成叶片外壳的纤维增强结构的结构稳定性。

技术领域

本发明涉及一种用于风轮机的叶片，特别涉及叶片后缘段附近的翼型的结构。本发明还涉及一种用于制造这样的叶片的方法。

背景技术

形成叶片空气动力学轮廓(即翼型)的风轮机叶片的外壳常常通过将纤维增强件铺放在相应的上模具半体和下模具半体中进行制造。上模具半体和下模具半体用于形成两个半壳：第一半壳提供叶片的抽吸表面，而第二半壳提供叶片的压力表面。这两个半壳沿着前缘和后缘接合在一起以形成叶片。

为了制造每个外壳半体，将纤维增强材料(诸如玻璃纤维和/或碳纤维)铺放在每个模具半体中。接着，将真空薄膜放置在纤维材料上方。真空薄膜常常被称为“真空装袋薄膜”并抵着半模进行密封，以消除空气泄漏并创建包含纤维增强材料的基本密封容积。然后，使用真空泵从大致密封容积除去空气。真空泵从大致密封容积并从铺放的纤维增强材料中提取空气以创建有效真空，这导致真空薄膜将压力施加至纤维增强材料。在真空下，将树脂(典型地是热固性树脂)注入纤维材料中，并加热模具半体以使树脂固化。当两个半壳已被制造在其相应的半模中时，两个半模被带到一起以闭合模具，并以胶粘方式沿着前缘和后缘接合半壳而形成叶片。

代替树脂注入大致密封容积中，纤维增强材料可预浸渍热固性树脂(即预浸料纤维材料)，在真空下将热固性树脂加热至高于其玻璃化转变温度，导致树脂均匀分布在模具内并将纤维增强材料结合到一起。

就通过模制制造来说，风轮机叶片的后缘段特别具有挑战性。从空气动力学角度来说，可能期望最小化风轮机叶片的翼型的后缘的厚度，以便最大限度地减少空气动力学阻力。然而，出于显而易见的原因，无法实现无限薄的后缘，因此风轮机叶片一般具有几毫米和几厘米之间的某一后缘厚度。在现有技术中已经提出了具有相当大的后缘厚度的所谓的背平轮廓(flat back profile)。因此将理解的是，后缘实际上在常规叶片和背平结构中都具有非零厚度。用于制造这样的叶片的上模具半体和下模具半体通常沿着压力侧(即叶片的下表面)剖分。因此，限定并容纳叶片抽吸侧的上模具半体还限定出背平后缘段并容纳有形成后缘段的纤维增强件，该纤维增强件一般设置为毡。在叶片的后缘处，叶片形成90°或几乎90°的转角，这样纤维毡可能无法有效安放，除非转角被倒圆。为了避免在这样的转角中形成脆弱树脂富集区，叶片的压力侧表面与后缘之间的过渡可因此被倒圆，即设有转角半径。然而，这样的半径可能损害叶片的空气动力学性能，因为它减少了翼型的空气动力学有效面积并阻碍了受控的流动分离。

发明内容

基于以上背景，本发明的优选实施方式的目的是提供一种用于风轮机的叶片，其避免了上述的树脂富集转角区域并且还提高了叶片的空气动力学效率。

在第一方面中，本发明提供了一种用于风轮机的叶片，所述叶片沿其长度方向从所述叶片的轮毂部延伸到叶梢部，并沿该叶片的弦向方向从所述叶片的前缘延伸到后缘，其中所述叶片的主要部分在横向于所述长度方向延伸的横截面中限定出翼型，所述翼型具有限定以下区段的外表面：

-前缘段和后缘段；

-在所述前缘段与所述后缘段之间延伸并使所述前缘段与所述后缘段互连的压力侧区段和对置的抽吸侧区段；

-使所述压力侧区段与所述后缘段互连的倒圆连接段；

其中，所述倒圆连接段在过渡点处附接至所述压力侧区段，在所述过渡点，所述压力侧区段的切线不与所述倒圆连接段的切线重合，使得所述翼型的所述外表面在所述过渡点处具有尖角。