CN114096750A

CN114096750A - 构造成降低后缘噪声的风力涡轮机转子叶片

Info

Publication number: CN114096750A
Application number: CN202080049157.7A
Authority: CN
Inventors: M·卡姆卢扎曼; J·于罗特
Original assignee: Vestas Wind Systems AS
Current assignee: Vestas Wind Systems AS
Priority date: 2019-05-08
Filing date: 2020-05-05
Publication date: 2022-02-25
Also published as: US12247541B2; WO2020224737A1; EP3966448A1; US20220186705A1

Abstract

后缘噪声降低了的风力涡轮机转子叶片。描述了一种风力涡轮机转子叶片，该转子叶片在翼展方向上在叶根端与叶梢端之间延伸并且在翼弦方向上在前缘与后缘之间延伸。转子叶片包括从后缘突出的一系列锯齿，每个锯齿从基部延伸到尖端以限定锯齿的长度。转子叶片还包括与所述一系列锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的相应的不同的一组翅片，每个翅片从叶片的表面突出并且在前端与后端之间延伸以限定翅片的长度。每组翅片包括多个翅片，这些翅片的后端与该组翅片所关联的锯齿的基部沿翼展方向对准并且位于该基部处或该基部的上游。对于每组翅片而言，该组翅片中的每个翅片的长度比该组翅片所关联的锯齿的长度长，并且至少一个翅片的后端位于该组翅片所关联的锯齿的翼展方向边缘之间。

Description

构造成降低后缘噪声的风力涡轮机转子叶片

技术领域

本发明总体上涉及风力涡轮机转子叶片并且涉及制造风力涡轮机转子叶片的改进方法。特别地，本发明涉及被配置为在使用中产生较少的后缘噪声的转子叶片。

背景技术

现代实用规模风力涡轮机的叶片通常沿着其大部分长度具有翼面轮廓，从而限定了叶片的压力侧和吸入侧。在使用中，当转子转动气流时，气流从叶片的前缘到后缘穿过叶片的表面。在叶片表面周围形成的边界层内的气流最初是层流的，但通常在空气到达后缘之前变得湍流。

当边界层从层流过渡到湍流时，它在该过程中产生涡流。然后，这些涡流越过后缘并与后缘相互作用，当涡流分散时产生可听噪声。这种后缘噪声是风力涡轮机中最重要的噪声源之一。

存在减少来自风力涡轮机的噪声的一般目的，并且已知一些措施来具体地减轻后缘噪声。例如，已经提出锯齿状后缘，其中，一系列锯齿或齿从后缘突出以在后缘上赋予锯齿轮廓。涡流的动量和湍流能量重新分配并且因此在锯齿的尖端和侧边缘处消散，这减小了涡流散射的程度并且因此衰减了相关的噪声。

锯齿在减少噪声方面的有效性在一定程度上取决于空气流过它们的角度。出于这个原因，例如，肋或其它结构可以被添加到锯齿以将气流朝向锯齿尖端引导。这种构造通常至少部分地设置在锯齿本身上以优化气流引导。

即使当与气流完美对准时，锯齿仅可以消散涡流的动量和湍流能量的一部分，该部分主要受锯齿的几何形状限制。进而，锯齿几何形状受其它因素约束，特别是锯齿施加在叶片上的负载。因此，例如，虽然较长的锯齿在减小后缘噪声方面可能更有效，但是它们还在叶片上施加更大的负载。因此，血清设计必须在这些相冲突的要求之间达到平衡。

因此，一般而言，有可能比利用已知的锯齿状后缘方法可实现的进一步减少后缘噪声。针对这个背景，已经设计了本发明。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种风力涡轮机转子叶片。所述转子叶片在翼展方向上在叶根端与叶梢端之间延伸并且在翼弦方向上在前缘与后缘之间延伸。所述转子叶片包括：从所述后缘突出的一系列锯齿，每个锯齿都从基部延伸到尖端以限定所述锯齿的长度；以及与所述一系列锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的相应的不同的一组翅片，每个翅片都从所述叶片的表面突出并且在前端与后端之间延伸以限定所述翅片的长度。每组翅片都包括多个翅片，所述多个翅片的后端与该组翅片所关联的锯齿的基部沿翼展方向对准并且位于该基部处或该基部的上游。对于每组翅片而言，该组翅片中的每个翅片的长度都比该组翅片所关联的锯齿的长度长，并且至少一个翅片的后端位于该组翅片所关联的锯齿的翼展方向边缘之间

每个翅片的长度可对应于翅片的翼展方向位置处的叶片弦长的至少10％，并且可选地对应于叶片弦长的20％。

每个翅片的每个前端可被定位在根据叶片的额定速度限定的过渡点的下游。例如，每个前端可与过渡点间隔开叶片弦长的10％至30％之间。

每个锯齿的长度可选地在锯齿的翼展方向位置处的叶片弦长的3％至20％之间，可选地在3％至19.98％之间，并且进一步可选地在3％至8％之间。

两个或更多个翅片的相应后端可位于每个锯齿的翼展方向边缘之间。特别地，三个或更多个翅片的相应后端可位于每个锯齿的翼展方向边缘之间。

翅片可根据其相应的高度彼此间隔开。例如，一组翅片中的相邻的每对翅片可间隔开不比该对翅片中的一个翅片的高度的一半大的间隙。

每组翅片可包括至少三个翅片或至少四个翅片。翅片的后端沿翼展方向与该组翅片所关联的锯齿的基部对准。

翅片可完全布置在其所对准的相应锯齿的上游，这是因为翅片的端部与锯齿的相应基部相接(coincide)或间隔开。特别地，对于每组翅片而言，至少一个翅片的后端可与该组翅片所关联的锯齿的基部相接。

可选地，至少一些翅片被设置在叶片的吸入侧上。类似地，至少一些翅片可被设置在叶片的压力侧上。

本发明的另方面提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括上述方面的转子叶片。

本发明的另方面提供了一种制造风力涡轮机转子叶片的方法，例如上述方面的转子叶片。转子叶片在翼展方向上在叶根端与叶梢端之间延伸并且在翼弦方向上在前缘与后缘之间延伸。所述方法包括：布置从所述后缘突出的一系列锯齿，每个锯齿都从基部延伸到尖端以限定所述锯齿的长度。所述方法还包括：布置从所述叶片的表面突出的多个翅片，每个翅片都在前端与后端之间延伸以限定所述翅片的长度，每个翅片都属于与所述一系列锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的相应的不同的一组翅片。每组翅片都包括多个翅片，所述多个翅片的后端与该组翅片所关联的锯齿的基部沿翼展方向对准并且位于该基部处或该基部的上游。对于每组翅片而言，该组翅片中的每个翅片的长度都比该组翅片所关联的锯齿的长度长，并且至少一个翅片的后端位于该组翅片所关联的锯齿的翼展方向边缘之间。

所述方法可包括根据与锯齿相关联的一组翅片中的翅片的高度来确定每个锯齿的长度。

所述方法可包括作为锯齿的长度的函数来确定每个锯齿在其基部处的宽度。

所述方法可包括作为翅片的高度的函数来确定每个翅片的翼展方向厚度。

本发明的另方面提供了一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括根据以上方面的方法制造的转子叶片。

附图说明

现在将参考附图通过非限制性示例的方式描述本发明和进一步的相关背景，在附图中相似的特征被分配相似的附图标记，并且其中：

图1示出了风力涡轮机的示例；

图2是图1的风力涡轮机的转子叶片的立体图；

图3是图2的转子叶片沿图1中的线A-A截取的立体截面视图；

图4对应于图3并且是转子叶片的锯齿状后缘的一部分的细节图；

图5是图4中突出显示的锯齿状后缘的一部分的细节图；

图6是根据本发明实施方式的后缘模块的立体图；

图7是包括一系列后缘模块的图2的转子叶片的平面图；以及

图8是图7所示的转子叶片的后缘的一部分的细节图。

具体实施方式

一般而言，本发明的实施方式提供了具有降低了后缘噪声的锯齿状后缘的风力涡轮机转子叶片。这些实施方式通过将锯齿状后缘与表面结构(诸如位于锯齿上游的翅片)相组合来改进防止在后缘处产生噪声的已知方法。

在这方面，应注意，贯穿本说明书对“上游”和“下游”的引用涉及当叶片在使用中时经过叶片的预期气流方向，即从前缘朝向后缘。

翅片被构造成切割或以其它方式打破湍流边界层内的后缘束缚涡流(trailingedge bound vortices)，因此在涡流到达锯齿之前消散涡流中的一些湍流能量。因此，翅片和锯齿的组合提供了两级降噪装置，与单独使用锯齿所可能降低的程度相比，该两级降噪装置将后缘噪声降低至更大的程度。

与采用肋状物将气流朝向锯齿尖端引导的已知方法不同，本发明的实施方式中使用的翅片被完全布置在与其对准的相应锯齿的上游，这是因为翅片的端部与锯齿的相应基部相接或与锯齿的相应基部间隔开。通过将翅片定位成使得它们不与锯齿重叠，消除了由于重叠区域中翅片与锯齿之间的流动的相互作用而产生噪声的可能性，例如，这在采用肋状物来沿锯齿引导气流的现有技术方法中可能是成问题的。

虽然翅片可以与锯齿间隔开，但将每个翅片布置成终止于该翅片所对准的锯齿的基部处有助于避免在翅片与锯齿之间存在显著的间隙时可能的鸣响效应。

在详细描述翅片和锯齿的示例性布置之前，将首先描述可以使用本发明的转子叶片的应用以设定本发明的背景。

在这方面，图1示出了风力涡轮机10的示例。风力涡轮机10包括塔架12，该塔架在其上端处支撑机舱14。转子16被安装至机舱14。转子16包括三个转子叶片18，这些转子叶片连接至中央轮毂20并从中央轮毂20径向延伸。

图2是风力涡轮机10的叶片18之一的立体图，尽管以上提及的翅片和锯齿未在此图中示出，但替代地在图3至图8中示出了这些特征。在图2中，叶片18在纵向或“翼展”方向S上从大体圆形的叶根端22延伸至叶梢端24，并且在横向或“翼弦”方向C上在前缘26与后缘28之间延伸。在使用中，随着转子16相对于机舱14转动，空气从前缘26朝向后缘28流动。

叶片18从圆形轮廓过渡到在翼展方向S上从叶片18的叶根端22朝向叶片18的肩部30移动的翼型轮廓，肩部30是叶片18的最宽部分，在该最宽部分中叶片弦长是最大的。在肩部30以外，叶片18具有在翼弦方向上朝向后缘28渐缩的翼型轮廓。因此，叶片18在限定从叶片18的肩部30延伸至叶梢端24的后缘区域32的外侧部分中具有在翼弦方向上逐渐减小的厚度。

在图3中更清楚地示出了叶片18的翼型轮廓，图3是叶片18在对应于图1中的线A-A的翼弦平面中的截面图。如本领域的技术人员将理解的，翼型轮廓限定吸入侧34(在图3中最上部示出)和压力侧36(压力侧36对应于叶片18在图3中示出的取向中的下侧)。

叶片18通常被体现为中空壳体，其通常由诸如玻璃纤维增强塑料(GRP)的复合材料的两个半壳体形成，这两个半壳体最经常为压力侧或“迎风”半壳体以及吸入侧或“背风”半壳体。每个半壳体在接合至另一个半壳体以形成叶片壳体之前被模制，例如在真空辅助树脂传递模制(VARTM)工艺中被模制。

在使用中，由于翼型轮廓和叶片18的迎角，随着空气经过吸入侧34和压力侧36从前缘26流动至后缘28而产生升力，因此引起叶片18围绕轮毂20旋转。

如上所述，在本发明的实施方式中，锯齿和翅片的组合用于减轻后缘噪声。例如，这种锯齿和翅片可与叶片18一体形成。可替代地，锯齿和/或翅片可制造为附接至叶片18的后缘28的一个或多个子组件的一部分。

图3示出了这样的子组件，即，在后缘28处附接至叶片18的吸入侧34的后缘模块38。应注意，这种后缘模块38可以附加地安装在叶片18的压力侧36上，但是优先级是在吸入侧34上进行降噪，这是因为后缘噪声主要由后缘28上来自吸入侧34的气流引起，其原因是吸入侧34上的边界层倾向于比压力侧36上的边界层厚。

类似地，大部分后缘噪声是在转子16的径向外部区域中产生的，在该径向外部区域中经过叶片18的相对气流速度最高，且因此后缘模块38被集中在该区域中。

在这个示例中，后缘模块38是由塑料(例如ABS塑料)形成的单件模制部件，但是在其它示例中，后缘模块可以由例如铝块加工而成，或者通过增材制造工艺形成。

图4更详细地示出了后缘模块38，并且图5提供了后缘模块38在图4中突出显示的区域的放大图。图6单独示出了后缘模块38，图7以平面图示出了沿着叶片后缘28的一部分并排安装的一系列后缘模块38，并且图8提供了图7布置的其中两个模块的细节图。后缘模块38的以下描述因此将共同地参考图3至图8。

下文将在后缘模块38被安装在叶片18上的背景下来描述后缘模块38，且因此在下文的描述中，应该在这样的背景下来理解对模块38的特征与翼弦方向或翼展方向相关的提及。

首先参考图4，后缘模块38包括总体上长方形的基板40，该基板40在叶片18上布置在后缘区域32中，基板40的短边大体上与叶片18的后缘28对准。基板40通过任何合适的手段(包括通过粘合剂和/或使用诸如螺钉或铆钉的机械固定件)附接至叶片18。后缘模块38也可以在模制过程中嵌入在背风半壳体中。

基板40具有下表面，该下表面接合叶片18并且被成形为遵循叶片18的曲率。基板40在厚度上基本上是均匀的，并且因此限定了具有与下表面互补的形状的上表面。

继续参考图4和图5，后缘模块38进一步包括呈唇缘44的形式的定位器，该唇缘从基板40的布置在后缘28处的端部起大致正交地延伸，并且在图3至图5中示出的定向上向下延伸以悬于叶片18的后缘28上。因此，唇缘44有助于后缘模块38在叶片18上的定位。

唇缘44还支撑一系列齿或锯齿46，这些齿或锯齿从唇缘44的表面起在大致翼弦方向上从叶片18大致向外突出。

在这方面，本说明书中对“大致翼弦方向”的提及旨在表示接近翼弦方向C(即，与叶片翼弦方向对准)的方向或者至少更接近翼弦方向C而不是更接近翼展方向S的方向。此外，尽管翼弦被限制在叶片18的末端内，但是对“大致翼弦方向”的提及可涉及位于那些末端之外的在相同方向上延伸的特征，诸如锯齿46。

如在图8中最佳看到的，每个锯齿46在平面图中大致是三角形的，从后缘模块38的唇缘44处的基部48延伸至锯齿尖端50以限定锯齿46的长度L_s，如图5中所示出的。相应地，锯齿46的基部48在翼展方向上的尺寸限定锯齿46的宽度W_s。

相邻锯齿46的基部48的沿翼展方向的边缘51相接，使得一系列锯齿46在平面图中形成锯齿轮廓。为了清楚起见，在图8中示出了锯齿46的沿翼展方向的边缘51。

每个锯齿46的三角形轮廓可限定关于与锯齿尖端50相交的轴线对称的等腰三角形。然而，为了优化性能，锯齿46为了叶片18的额定速度而通常被定向成与气流方向对准，使得锯齿46稍微偏斜并且因此在平面图中为鳞片状，其原因在于连接锯齿尖端50与锯齿46的基部48的中点的线相对于基部48倾斜。

由于锯齿46覆盖叶片18的后缘28，所以锯齿46可被视为从后缘28突出。同样地，锯齿46可以被认为代替原始后缘28，使得叶片18的由后缘模块38占据的区域具有锯齿状的后缘。在任一情况下，对于后缘28的由锯齿46占据的部分，叶片弦长由前缘26与锯齿46的基部48之间的距离限定，这与常规是一样的。

如在图3至图5中最佳看到的，一系列翅片52从基板40的上表面正交地突出。优选地，翅片52彼此平行。相应地，翅片52也从叶片18的表面突出，就这一点来说它们相对于叶片表面突出。

在这个示例中，后缘模块38的翅片52彼此相同。

翅片52在翼展方向上较薄并且在翼弦方向上伸长。如图5所示，每个翅片52具有平行的平坦侧壁54，这些平坦侧壁54正交于基板40的上表面并且由具有限定翅片厚度T_f的宽度的横向壁55连接。侧壁54在大致翼弦方向上沿着基板40的大致整个长度延伸。每个翅片52在后端56与前端58之间延伸，以限定翅片52的长度L_f，如图4所示。

每个后端56可以与后缘模块38的唇缘44相接，使得每个翅片52可以终止于该翅片52沿翼展方向对准的锯齿46的基部48处。每个前端58位于其相应的后端56的上游，并且因此每个翅片52完全位于其对准的锯齿46的上游。换言之，在每个翅片52与其相应的锯齿46之间不存在沿翼弦方向的重叠；尽管翅片52的后端56可以与该翅片52对准的锯齿46的基部48相接，但翅片52并不延伸到其相应的锯齿46上。

翅片52被布置在后缘模块38上，使得与锯齿46类似，翅片52基本上对准叶片18的额定气流方向。因此，尽管翅片52的侧壁54如上所述大体沿翼弦方向延伸，它们可相对于叶片翼弦方向略微倾斜，并且因此不是严格沿翼弦方向延伸。

如在图4和图5中最清楚地看到的，每个翅片52的高度H_f从前端58处的零线性地增加，直到到达稍稍位于后端56的上游的顶点60。在顶点60的下游，翅片52急剧弯曲，使得翅片52的高度在后端56处减小而回到零。翅片52的横向壁55因此在翅片52的前端58处与基板40的上表面合并，并且弯回以在后端56处与上表面重新连接，由此避免出现可能分散涡流并产生噪声的朝向经过叶片18的吸入侧34的气流的任何硬边缘。

如上所述，后缘噪声在转子16的外部区域中最普遍。因此，如图7所示，一排后缘模块38被安装在叶片18的外部部分中，几乎直至叶梢端24。该排后缘模块38限定具有总体翼展方向范围R_f的组合系列翅片52和具有总体翼展方向范围R_s的组合系列锯齿。在图7的示例中，翅片和锯齿的相应翼展方向范围是相等的，使得一系列锯齿46与一系列翅片52沿着后缘28共同延伸。

如图5中最清晰地示出的，翅片间距S_f使得每个锯齿46在翼展方向S上具有与其对准的多个翅片52。具体地，图5示出了与每个锯齿46对准的三个或四个翅片52。在这方面，如果一个翅片52的后端56与一个锯齿46的基部48沿翼展方向S的任何部分对准，则该翅片52被认为与该锯齿46对准。

因此，这些翅片52可以被认为是被分成多个组，每个组与该组翅片52所对准的对应锯齿46相关联。相反地，每个锯齿46与该组翅片52中的相应翅片相关联，使得每个翅片52与特定锯齿46唯一地相关联。换言之，翅片52被分成子组，其中，每个子组包括与锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的各自的不同组的翅片。

每组(或子组)翅片包括多个翅片，所述多个翅片的后端与跟该组相关联的锯齿的基部沿翼展方向对准。这意味着，在平面图中，一组翅片中的各个翅片位于一个锯齿46的翼展方向边缘51处或翼展方向边缘之间。

因此，对于每个子组，每个翅片52完全位于与该子组相关联的锯齿46的上游。由于每个子组包括多个翅片52，所以同样的情况是，每个子组中一定会有至少一个翅片52的后端56位于与该子组相关联的锯齿46的基部48的沿翼展方向的边缘51之间。

还应注意，如图4清楚示出的，翅片52比锯齿46长，并且优选是长得多。如以下将更详细地解释的，翅片52和锯齿46的长度被确定为局部叶片弦长的函数，并且因此可能的是，某些锯齿46将比某些翅片52长。例如，布置在叶片18的叶根端22附近的锯齿46可以比定位在叶梢端24附近的翅片52长。然而，对于翅片52的每个子组，翅片52和与该子组相关联的锯齿46是根据相同的局部翼弦确定尺寸的，并且因此每个翅片52都比与其对准的锯齿46长。

如上所述，翅片52和锯齿46彼此配合，以在两阶段过程中打破朝向后缘28并且经过后缘28行进的涡流，从而降低叶片18在使用时的后缘噪声。

在这方面，翅片52以类似于刀的方式起作用，这是因为它们将沿着它们流动的涡流进行切割并因而分割成更小、更低能量的涡流。为此，每个锯齿46具有多个翅片52是有益的，这是因为增加翅片52的数量导致在比例上相应地增加了撞击并因此被其中一个翅片52分割的涡流。然而，还应注意的是，在翅片的有效性开始减小之前可以包括的翅片52的数量是存在限制的，这是因为相邻翅片52之间的间隙必须具有能使翅片52有效地分割涡流的尺寸。

通过打破朝向后缘28流动的涡流，与没有翅片52的更传统的锯齿状后缘结构相比，翅片52的存在确保了到达锯齿46的涡流更小，并且平均而言具有更少的能量。由于锯齿46消散了基本上固定比例的到达锯齿46的涡流中的剩余能量，因此，与仅具有锯齿46的结构相比，在本示例中总共将消散更多的湍流能量。以此方式，降低了后缘28处产生的噪声水平。

认识到结合翅片52和锯齿46的这个优点，本发明的实施方式通过当与翅片52结合时借机减小锯齿46的尺寸来利用协同效应，应注意，与仅有锯齿的结构相比，利用翅片52和锯齿46的组合可以实现改善的降噪；即使锯齿46在组合构造中较小也是如此。

减小锯齿46的尺寸继而减小了锯齿46施加在叶片18上的负载，并且因此在涡轮机10的性能方面提供了益处。

现在将考虑利用此原理的翅片52和锯齿46的具体几何形状。

一般而言，翅片52和锯齿46的尺寸是根据针对叶片18上的相关翼展方向位置的额定风速的边界层的尺寸和特性来确定的。这些特性例如包括边界层将变成湍流的过渡点预测位置。如本领域的技术人员将理解的，边界层可以围绕叶片18通过如常规的那样针对额定风速计算雷诺数、马赫数和迎角来建模。

理想地，翅片52沿翼弦方向延伸通过边界层的湍流部分的大部分，这是因为测试已经示出较长的翅片52有助于更大的降噪。然而，每个翅片52的长度需要受到限制以避免翅片52延伸到过渡点，使得它们不被暴露在层流湍流过渡区域(laminar-to-turbulenttransition region)中，而这种暴露可能会由于流分离而产生额外的噪声。因此，翅片52被构造成使得其前端58处在过渡点的下游。例如，每个翅片52的前端58可与预测的过渡点间隔开局部叶片弦长的10％至30％。

在本示例中，每个翅片52的高度H_f沿翼弦方向C变化，但是在其它示例中，一些或所有翅片52的高度是一致的。在所有情况下，还考虑基板40的厚度，通常翅片高度H_f绝不超过边界层厚度以确保翅片52不会突出到边界层之外。在这方面，基板40通常具有不超过边界层厚度的一半的厚度，以避免引起涡旋脱落。

在这些总体考虑的情况下，已经开发了翅片52和锯齿46的特定几何形状，如下文所陈述的。在广义上，翅片52和锯齿46的每个尺寸被表示为局部叶片弦长的有限范围，或者被表示为其它尺寸的函数。尽管从那些范围中的每个中选择的具体值将根据应用而变化，但是应注意，相同的值通常将用于给定叶片18的所有翅片52或锯齿46。因此，例如，叶片18上的每个翅片52具有对应于局部叶片弦长的相同比例的长度。

从翅片52开始，使用以下尺寸：

·翅片长度，L_f＝叶片弦长的10％至40％；

·翅片顶点处的高度，H_f＝叶片弦长的0.2％至5％；

·一系列翅片的总翼展方向范围，R_f＝外叶片跨度的10％至40％；

·翅片间距，S_f＝H_f/2；以及

·翅片厚度，T_f＝H_f/8。

对于锯齿46，在没有翅片52的结构中，通常将应用以下几何形状：

·锯齿长度，L_s＝叶片弦长的8％至20％；

·一系列锯齿的总翼展方向范围，R_s＝外叶片跨度的10％至40％；以及

·锯齿宽度，W_s＝0.2L_s至0.5L_s。

应注意，对于每个锯齿46而言，这些尺寸导致在2与5之间的纵横比，该纵横比是锯齿46的长度与宽度的比率。

如上所述，当锯齿46与翅片52组合时，可使用较短的锯齿46，从而减少由锯齿46施加在叶片18上的负载。因此，在本示例中，锯齿状几何形状被修改如下：

·修改的锯齿长度，L_s’＝L_s-H_f/a，其中‘a’是在1和10之间的常数；以及

·修改的锯齿宽度，W_s’＝0.2L_s’至0.5L_s’。

因此，在组合结构中，锯齿长度L_s减小了翅片高度H_f的一部分，并且锯齿宽度W_s是基于修改的锯齿长度L_s’的，并且因此表现出相应的减小。因此，纵横比没有因修改的锯齿几何形状而改变。

要注意的是，仅仅就叶片弦长和常数‘a’而言，依然可以表达翅片52和锯齿46的任何上述给定尺寸。对于锯齿长度L_s’这样做揭示了，在修改的情况下，锯齿46可具有在叶片弦长的3％(当‘a’是1时)和19.98％(当‘a’是10时)之间的长度。因此，当应用修改的尺寸时，锯齿46可以比标准情况短。

从上面可以看出，翅片间距取决于翅片的高度。同时，翅片的高度取决于叶片弦长。锯齿宽度也取决于叶片弦长，但是锯齿宽度大于翅片间隔。这意味着将有多个翅片与单个锯齿对准。具体地，可以有至少三个翅片或至少四个翅片与单个锯齿对准。如前所述，翅片将沿它们流动的涡流分割成更小的、更低能量的涡流，并且针对每个锯齿具有多个翅片是有益的，这是因为增加翅片的数量提供了冲击并因此被翅片之一分割的涡流的比例的相应增加。

由上文可知，由于叶片弦长的变化，处于叶片18上的一个翼展方向位置处的翅片52或锯齿46的尺寸将与处在叶片18上的另一翼展方向位置处的对应翅片52或锯齿46的尺寸不同。尽管理想地，每个翅片52和锯齿46将根据翅片52或锯齿46的特定翼展方向位置处的叶片弦长而唯一地确定尺寸，但是更实用的是成组地形成翅片52和锯齿46。

因此，在翅片52和锯齿46作为后缘模块38的一部分添加到叶片18的上述示例中，一旦安装在叶片18上，给定后缘模块38的每个翅片52就方便地具有相同的尺寸，该尺寸是基于后缘模块38的跨翼展方向范围的平均弦长的。这同样适用于锯齿46，锯齿46也全部都是根据后缘模块38的平均弦长确定尺寸的。

实际上，为了简化制造，相邻的后缘模块38也可以是相同的，从而允许以更大的批量生产后缘模块38并且因此提高制造效率。这种方法在沿后缘28的某些点处导致翅片和锯齿几何形状的显著的阶梯变化，这可以在图7和图8中看到。

图7示出了后缘模块38沿着叶片18的后缘28的完整组装。如图7中的竖直虚线所示，后缘28被划分区域，并且每个区域中的后缘模块38都具有彼此相同的翅片52和锯齿46，翅片52和锯齿46的尺寸是基于该区域的平均叶片弦长的。

如在图8的细节图中更清楚地看到的，由于叶片弦长的减小，当过渡到朝向叶梢端24移动的相邻区域时，翅片52和锯齿46变得更小。在这方面，图8示出了两个区域之间的接合部，并且使在该接合部处的锯齿和翅片几何形状的台阶变化清晰，这在图8中为了说明的目的而被夸大。

每个后缘模块38的尺寸(诸如基板40和/或翅片52的翼弦长度)可被配置为考虑应用于后缘模块38一旦安装就将在叶片18上占据的位置的实际考虑。这样的考虑可包括需要在如上所述的安装期间容纳夹具，或者容纳叶片18的传感器或其它特征。

尽管图7示出了沿着后缘28与一系列翅片52共同延伸的一系列锯齿46，但是在其它示例中，可能不是这种情况。例如，在一些应用中，沿着后缘的某些部分省略翅片52以使得存在没有翅片52与其相关联的锯齿46可能是有利的。类似地，也可以在叶片18的一些部分中省略锯齿46，但是保持翅片52。

虽然图7和图8中所示的方法稍微缺乏翅片52和锯齿46的几何形状的优化，但如果就批量生产而言提供了相当大的益处。因此，确定该方法实现的精确方式以平衡这些冲突的需求，以尽可能容易地制造，同时提供期望的后缘噪声降低水平。

在不背离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，可以对上述示例做出许多修改。特别地，翅片和锯齿添加到叶片的方式可广泛地变化。如上所述，在模制期间，翅片和/或锯齿可以与叶片壳体一体形成。

可替代地，可以为翅片和锯齿中的一者或两者提供专用子组件。例如，上述基板和后缘模块的唇缘可分别形成并附接至叶片。

在另外的替代方案中，在第一基板上形成的翅片可附接至叶片的吸入侧，而锯齿通过连接至压力侧的第二基板的方式添加至后缘，反之亦然。

Claims

1.一种风力涡轮机转子叶片，所述转子叶片在翼展方向上在叶根端与叶梢端之间延伸并且在翼弦方向上在前缘与后缘之间延伸，所述转子叶片包括：

从所述后缘突出的一系列锯齿，每个锯齿都从基部延伸到尖端以限定所述锯齿的长度；以及

与所述一系列锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的相应的不同的一组翅片，每个翅片都从所述叶片的表面突出并且在前端与后端之间延伸以限定所述翅片的长度；

其中，每组翅片都包括多个翅片，所述多个翅片的后端与该组翅片所关联的锯齿的基部沿翼展方向对准并且位于该基部处或该基部的上游；并且

其中，对于每组翅片而言，该组翅片中的每个翅片的长度都比该组翅片所关联的锯齿的长度长，并且至少一个翅片的后端位于该组翅片所关联的锯齿的翼展方向边缘之间。

2.根据权利要求1所述的转子叶片，其中，每个翅片的长度都对应于该翅片的翼展方向位置处的叶片弦长的至少10％。

3.根据权利要求2所述的转子叶片，其中，每个翅片的长度都对应于该翅片的翼展方向位置处的叶片弦长的至少20％。

4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，每个翅片的每个前端都被定位在根据所述叶片的额定速度限定的过渡点的下游。

5.根据权利要求4所述的转子叶片，其中，每个前端都与所述过渡点间隔开所述叶片弦长的10％与30％之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，每个锯齿的长度都在该锯齿的翼展方向位置处的叶片弦长的3％与20％之间。

7.根据权利要求6所述的转子叶片，其中，每个锯齿的长度都在该锯齿的翼展方向位置处的叶片弦长的3％与8％之间。

8.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，对于每组翅片而言，该组翅片中的两个或更多个翅片的后端位于每个锯齿的翼展方向边缘之间。

9.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，所述翅片根据其相应的高度彼此间隔开。

10.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，所述一组翅片内的相邻的每对翅片都由不比该对翅片中的一个翅片的高度的一半大的间隙间隔开。

11.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，每组翅片都包括至少三个翅片或至少四个翅片。

12.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，对于每组翅片而言，至少一个翅片的后端与该组翅片所关联的锯齿的基部相接。

13.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片，其中，所述翅片中的至少一些翅片被设置在所述叶片的吸入侧上。

14.根据权利要求13所述的转子叶片，其中，所述翅片中的至少一些翅片被设置在所述叶片的压力侧上。

15.一种制造风力涡轮机转子叶片的方法，所述转子叶片在翼展方向上在叶根端与叶梢端之间延伸并且在翼弦方向上在前缘与后缘之间延伸，所述方法包括：

布置从所述后缘突出的一系列锯齿，每个锯齿都从基部延伸到尖端以限定所述锯齿的长度；以及

布置从所述叶片的表面突出的多个翅片，每个翅片都在前端与后端之间延伸以限定所述翅片的长度，每个翅片都属于与所述一系列锯齿中的每个锯齿相关联并且被布置成与所述每个锯齿相邻的相应的不同的一组翅片；

16.根据权利要求15所述的方法，该方法包括：根据与锯齿相关联的一组翅片中的翅片的高度来确定每个锯齿的长度。

17.根据权利要求16或16所述的方法，该方法包括：作为锯齿的长度的函数来确定每个锯齿在其基部处的宽度。

18.根据权利要求15至17中任一项所述的方法，该方法包括：作为翅片的高度的函数来确定每个翅片的翼展方向厚度。

19.一种风力涡轮机，该风力涡轮机包括根据权利要求1至14中任一项所述的转子叶片或根据权利要求15至18中任一项所述的方法制造的转子叶片。