CN117730200A - 用于减轻风力涡轮叶片中的振动的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及用于风力涡轮叶片的装置和用于在转子处于静止状态时减少风力涡轮中的振动的方法。一种装置包括构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片的前缘的部分。构造成突出超过前缘的该部分构造成在前缘的前方至少部分地形成空气通道。

Description

用于减轻风力涡轮叶片中的振动的装置和方法

本申请要求享有于2021年7月23日提交的EP21382681.1的权益。

技术领域

本公开涉及用于风力涡轮叶片的装置和用于减少风力涡轮中的振动的方法。更特别地，本公开涉及用于减轻涡流诱导的振动和失速(stall)诱导的振动的装置，以及用于当风力涡轮停机时、尤其是在风力涡轮安装和/或维护期间减少风力涡轮振动的方法。

背景技术

现代风力涡轮通常用于将电力供应到电力网中。这种类型的风力涡轮大体上包括塔架和布置在塔架上的转子。典型地包括毂和多个叶片的转子在风对叶片的影响下开始旋转。所述旋转产生扭矩，该扭矩通常通过转子轴直接地(“直接驱动地”或“无齿轮地”)或通过使用齿轮箱传递到发电机。这样，发电机产生可供应到电网的电力力。

风力涡轮毂可能够旋转地联接到机舱的前部。风力涡轮毂可连接到转子轴，并且然后转子轴可使用布置在机舱内部的框架中的一个或多个转子轴轴承可旋转地安装在机舱中。机舱是布置在风力涡轮塔架的顶部上的壳体，其可包含和保护齿轮箱(如果存在的话)和发电机(如果没有放置在机舱外部的话)，并且取决于风力涡轮而包含和保护另外的构件(诸如功率转换器)和辅助系统。

有一种趋势是使风力涡轮叶片越来越长，以捕获更多的风并将风能转换成电力。这使得叶片更具柔性并且更容易受到叶片的振动的影响。过度振动的风力涡轮叶片可变得受损坏。转子叶片的振动还可导致整个风力涡轮结构振荡，例如前后振荡或侧向振荡。风力涡轮叶片中的振动也可能使风力涡轮的其它构件由于应力过大而损坏。

当风力涡轮在操作中(即，产生能量并连接到电力网)时，风力涡轮控制器可操作辅助驱动系统，诸如变桨系统或偏航系统，以减小或改变叶片上的负荷。这样，可抵消叶片的振动。然而，在风力涡轮停机并与电网断开的情况下，振动的问题也可能是严重的。

当风力涡轮停机时，风可从不寻常的方向(即，与正常操作中时不同)吹在风力涡轮上。围绕风力涡轮的空气流可导致风力涡轮振动。振动可压迫且甚至损坏一个或多个风力涡轮构件，这可损害风力涡轮的性能，可增加维修需求并缩短风力涡轮的寿命。与风力涡轮正在操作时相反，由于风力涡轮叶片的定向不能适应于进入的风的方向(例如，通过偏航和/或变桨)，故与风力涡轮正在正常操作并产生能量时相比，风力涡轮停机时振动的影响可更大或不同。

特别地，这可适用于风力涡轮正在安装或调试时的情况。例如，可能发生的情况是安装了不完整的转子(例如，具有总共三个叶片中的单个叶片或两个叶片的转子)。剩余的叶片可能在几天或一周后才能安装。同时，部分安装(或“不完整”)的转子可处于静止状态。转子可被锁定或者可不被锁定，并且风力涡轮可暴露于变化的风力条件。这可同样适用于风力涡轮在若干小时、若干天或若干周期间停止(例如出于维护的原因)的情况。特别地取决于风的方向，风力涡轮叶片可在这些条件中的任何条件下开始振动。

发明内容

在本公开的方面中，提供了一种构造成可移除地安装到风力涡轮叶片的装置，该风力涡轮叶片具有根部、末梢和外部表面，该外部表面限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘，每个表面在大体上展向方向上从根部延伸到末梢。该装置构造成用于当风力涡轮的转子处于静止状态时减轻振动。该装置包括构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片的前缘的部分。构造成突出超过前缘的该部分构造成在前缘的前方至少部分地形成空气通道。

根据该方面，构造成从前缘突出的部分可改变围绕风力涡轮叶片流动的空气。特别地，在前缘的前方的空气通道可引导空气流远离风力涡轮叶片，使得围绕前缘流动的空气和围绕后缘流动的空气可在超过前缘和后缘之后不在叶片上方结合。

由于与不存在该装置的情形相比时可减少空气流和涡流丝(vortex filaments)的并置，故可避免或至少减少振动，诸如涡流诱导的振动和/或失速诱导的振动。

遍及本公开，术语“静止状态”和“停机”可互换地使用，并且可理解为其中风力涡轮不产生电力并且转子基本上静止的情形。转子可被锁定在静止状态，或者可不被锁定在静止状态。例如，风力涡轮可在安装和/或调试期间停机或处于静止状态。风力涡轮也可在正常操作(即，产生能量)之后或者在长期电网损耗的情况下出于例如维护原因而停机。

遍及本公开，在局部弦向方向上突出超过前缘(后缘)可意味着构造成突出超过前缘(后缘)的部分布置在前缘(后缘)的前方(后方)。在一些示例中，突出部分可沿着轴线延伸，该轴线与局部翼弦具有在-60°至+60°之间、更特别地在-45°和+45°之间并且更特别地在-20°和+20°之间的角α。这样的角可在包括局部弦向方向且基本上垂直于局部前缘(后缘)方向的平面中测量。因此，局部弦向方向可表示0°。

在本公开的另外的方面中，提供了一种用于减轻包括一个或多个风力涡轮叶片的停机的风力涡轮的振动的方法。风力涡轮叶片包括根部、末梢和外部表面，该外部表面限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘，每个表面在大体上展向方向上从根部延伸到末梢。该方法包括将包括构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片的前缘的部分的装置可释放地附接到风力涡轮叶片的前缘。构造成突出超过前缘的部分构造成在前缘的前方至少部分地形成空气通道。

此外在本公开的另外的方面中，提供了一种构造成可移除地安装到风力涡轮叶片的装置，该风力涡轮叶片具有根部、末梢以及限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘的外部表面，每个表面在大体上展向方向上从根部延伸到末梢。该装置构造成用于当风力涡轮的转子处于静止状态时减轻振动。该装置包括构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片的前缘的部分。构造成突出超过前缘的该部分构造成在前缘的前方至少部分地形成前空气通道。该装置进一步包括构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片的后缘的部分。构造成突出超过后缘的部分构造成在后缘的后方至少部分地形成后空气通道。

附图说明

图1图示风力涡轮的一个示例的透视图；

图2图示图1的风力涡轮的机舱的一个示例的简化内部视图；

图3图示图1中所示出的风力涡轮叶片的示意性透视图；

图4A和图4C示意性地图示布置在风力涡轮叶片上的根据本发明的装置的示例的俯视图；

图4B示意性地图示附接到风力涡轮叶片的根据本发明的装置的横截面视图；

图5示意性地图示用于减轻停机的风力涡轮的振动的方法的流程图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，其一个或多个示例在附图中图示。每个示例通过本发明的解释的方式提供，而不是作为本发明的限制提供。事实上，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，在不脱离本发明的范围或精神的情况下，可在本发明中作出各种修改和变型。例如，图示或描述为一个实施例的部分的特征可与另一个实施例一起使用，以产生再一个另外的实施例。因此，意图是，本发明涵盖如归入所附权利要求书及其等同体的范围内的这样的修改和变型。

图1是风力涡轮10的示例的透视图。在该示例中，风力涡轮10是水平轴式风力涡轮。备选地，风力涡轮10可为竖直轴式风力涡轮。在该示例中，风力涡轮10包括从地面12上的支承系统14延伸的塔架15、安装在塔架15上的机舱16和联接到机舱16的转子18。转子18包括可旋转毂20和联接到毂20并从毂20向外延伸的至少一个转子叶片22。在该示例中，转子18具有三个转子叶片22。在备选实施例中，转子18包括多于或少于三个转子叶片22。塔架15可由管状钢制造，以在支承系统14和机舱16之间限定腔(未在图1中示出)。在备选实施例中，塔架15是具有任何合适高度的任何合适类型的塔架。根据备选方案，塔架可为包括由混凝土制成的部分和管状钢部分的混合塔架。此外，塔架可为部分格构塔架或全格构塔架。

转子叶片22围绕毂20隔开，以有利于使转子18旋转，从而使动能能够从风转变成可用的机械能，并随后转变成电能。转子叶片22通过在多个负荷传递区域26处将叶片根部区域24联接到毂20来配合到毂20。负荷传递区域26可具有毂负荷传递区域和叶片负荷传递区域(两者均未在图1中示出)。诱导到转子叶片22的负荷经由负荷传递区域26传递到毂20。

在示例中，转子叶片22可具有范围从大约15米(m)到大约90m或更大的长度。转子叶片22可具有使风力涡轮10能够如本文中所描述的那样起作用的任何合适的长度。例如，叶片长度的非限制性示例包括20m或更小、37m、48.7m、50.2m、52.2m或大于91m的长度。在风从风向28冲击转子叶片22时，转子18围绕转子轴线30旋转。在转子叶片22旋转并受到离心力时，转子叶片22还受到各种力和力矩。照此，转子叶片22可从中性位置或非偏转位置偏转和/或旋转到偏转位置。

此外，可通过变桨系统32改变转子叶片22的桨距角(即，确定转子叶片22相对于风向的定向的角)，以通过调节至少一个转子叶片22相对于风矢量的角位置来控制由风力涡轮10产生的负荷和功率。示出了转子叶片22的变桨轴线34。在风力涡轮10的操作期间，变桨系统32可特别地改变转子叶片22的桨距角，使得转子叶片(的部分)的迎角减小，这有利于降低旋转速度和/或有利于转子18的失速。

在该示例中，每个转子叶片22的叶片变桨由风力涡轮控制器36或由变桨控制系统80单独地控制。备选地，针对所有转子叶片22的叶片变桨可由所述控制系统同时地控制。

此外，在该示例中，在风向28改变时，机舱16的偏航方向可围绕偏航轴线38旋转，以相对于风向28定位转子叶片22。

在该示例中，风力涡轮控制器36被示出为集中在机舱16内，然而，风力涡轮控制器36可为遍及风力涡轮10的、在支承系统14上的、在风电场内和/或在远程控制中心处的分布式系统。风力涡轮控制器36包括构造成执行本文中所描述的方法和/或步骤的处理器40。此外，本文中所描述的其它构件中的许多构件包括处理器。

如本文中所使用的，术语“处理器”不限于本领域中被称为计算机的集成电路，而是广义地指代控制器、微控制器、微型计算机、可编程逻辑控制器(PLC)、专用集成电路和其它可编程电路，并且这些术语在本文中可互换地使用。应当理解，处理器和/或控制系统还可包括存储器、输入通道和/或输出通道。

图2是风力涡轮10的部分的放大截面视图。在该示例中，风力涡轮10包括机舱16和可旋转地联接到机舱16的转子18。更具体地，转子18的毂20通过主轴44、齿轮箱46、高速轴48和联轴器50可旋转地联接到定位在机舱16内的发电机42。在该示例中，主轴44设置成与机舱16的纵向轴线(未示出)至少部分地同轴。主轴44的旋转驱动齿轮箱46，齿轮箱46随后通过将转子18和主轴44的相对慢的旋转移动转化成高速轴48的相对快的旋转移动来驱动高速轴48。高速轴48借助于联轴器50连接到发电机42以用于产生电能。此外，变压器90和/或合适的电子设备、开关和/或逆变器可布置在机舱16中，以便将由发电机42产生的具有400V至1000V之间的电压的电能转换成具有中压(10-35KV)的电能。所述电能经由功率线缆(power cable)从机舱16传导到塔架15中。

齿轮箱46、发电机42和变压器90可由机舱16的主支承结构框架支承，该主支承结构框架任选地体现为主框架52。齿轮箱46可包括齿轮箱壳体，该齿轮箱壳体通过一个或多个扭矩臂103连接到主框架52。在该示例中，机舱16还包括前主支承轴承60和后主支承轴承62。此外，发电机42可通过脱离支承装置54安装到主框架52，特别地以便防止将发电机42的振动引入到主框架52中并且由此导致噪声发射源。

任选地，主框架52构造成承载由转子18和机舱16的构件的重量以及由风和旋转负荷导致的全部负荷，并且此外构造成将这些负荷引入到风力涡轮10的塔架15中。有时将转子轴44、发电机42、齿轮箱46、高速轴48、联轴器50和任何相关联的紧固装置、支承装置和/或固定装置(包括但不限于支承件52以及前支承轴承60和后支承轴承62)称为驱动系64。

在一些示例中，风力涡轮可为没有齿轮箱46的直接驱动式风力涡轮。在直接驱动式风力涡轮中，发电机42以与转子18相同的旋转速度操作。因此，它们相比于具有齿轮箱46的风力涡轮中使用的发电机大体上具有大得多的直径，以用于提供与具有齿轮箱的风力涡轮类似的功率量。

机舱16还可包括偏航驱动机构56，该偏航驱动机构56可用于使机舱16围绕偏航轴线38旋转并且由此还使转子18围绕偏航轴线38旋转，以控制转子叶片22相对于风向28的视角。

为了相对于风向28适当地定位机舱16，机舱16还可包括至少一个气象测量系统，该气象测量系统可包括风向标和风速计。气象测量系统58可向风力涡轮控制器36提供可包括风向28和/或风速的信息。在该示例中，变桨系统32至少部分地布置为毂20中的变桨组件66。变桨组件66包括一个或多个变桨驱动系统68和至少一个传感器70。每个变桨驱动系统68联接到相应的转子叶片22(在图1中示出)，以用于沿着变桨轴线34调制转子叶片22的桨距角。在图2中示出三个变桨驱动系统68中的仅一个。

在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨轴承72，该变桨轴承72联接到毂20和相应的转子叶片22(在图1中示出)，以用于使相应的转子叶片22围绕变桨轴线34旋转。变桨驱动系统68包括变桨驱动马达74、变桨驱动齿轮箱76和变桨驱动小齿轮78。变桨驱动马达74联接到变桨驱动齿轮箱76，使得变桨驱动马达74向变桨驱动齿轮箱76施加机械力。变桨驱动齿轮箱76联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78通过变桨驱动齿轮箱76旋转。变桨轴承72联接到变桨驱动小齿轮78，使得变桨驱动小齿轮78的旋转导致变桨轴承72的旋转。

变桨驱动系统68联接到风力涡轮控制器36，以用于在接收到来自风力涡轮控制器36的一个或多个信号时调节转子叶片22的桨距角。在该示例中，变桨驱动马达74是使变桨组件66能够如本文中所描述的那样起作用的由电功率和/或液压系统驱动的任何合适的马达。备选地，变桨组件66可包括任何合适的结构、构造、布置和/或构件，诸如但不限于液压缸、弹簧和/或伺服机构。在某些实施例中，变桨驱动马达74由从毂20的旋转惯量和/或向风力涡轮10的构件供应能量的储存能量源(未示出)提取的能量来驱动。

变桨组件66还可包括一个或多个变桨控制系统80，以用于在特定优先情形的情况下和/或在转子18超速期间，根据来自风力涡轮控制器36的控制信号控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨组件66包括至少一个变桨控制系统80，该变桨控制系统80通信地联接到相应的变桨驱动系统68，以用于独立于风力涡轮控制器36来控制变桨驱动系统68。在该示例中，变桨控制系统80联接到变桨驱动系统68和传感器70。在风力涡轮10的正常操作期间，风力涡轮控制器36可控制变桨驱动系统68以调节转子叶片22的桨距角。

根据实施例，例如包括电池和电容器的功率发生器84布置在毂20处或毂20内，并且联接到传感器70、变桨控制系统80以及变桨驱动系统68，以向这些构件提供功率源。在该示例中，功率发生器84在风力涡轮10的操作期间向变桨组件66提供持续的功率源。在备选实施例中，功率发生器84仅在风力涡轮10的电功率损耗事件期间向变桨组件66提供功率。电功率损耗事件可包括电网损耗或电压跌落(dip)、风力涡轮10的电力系统的故障和/或风力涡轮控制器36的失效。在电功率损耗事件期间，功率发生器84操作以向变桨组件66提供电功率，使得变桨组件66可在电功率损耗事件期间操作。

在该示例中，变桨驱动系统68、传感器70、变桨控制系统80、线缆和功率发生器84各自定位在由毂20的内表面88限定的腔86中。在备选实施例中，所述构件相对于毂20的外表面定位，并且可直接地或间接地联接到外表面。

风力涡轮叶片22(例如，图1中所示出的转子叶片22中的一个)的示意性透视图在图3中作为示例被图示。转子叶片22包括叶片根部210、叶片末梢220、前缘260和后缘270。叶片根部210构造成用于将转子叶片22安装到风力涡轮10的毂20。风力涡轮叶片22在叶片根部210和叶片末梢220之间纵向延伸。翼展230限定转子叶片22在所述叶片根部210和叶片末梢220之间的长度。叶片的给定位置处的翼弦280是联结前缘260和后缘270的假想直线，横截面大体上具有翼型件形状的横截面。如大体上理解的，弦向方向基本上垂直于展向方向。此外，随着转子叶片120从叶片根部210延伸到叶片末梢220，翼弦280可在长度285上变化。风力涡轮叶片22还包括在前缘260和后缘270之间延伸的压力侧240和吸力侧250。末梢区域225可理解为风力涡轮叶片22的包括末梢220的部分。末梢区域可具有翼展的33％、30％或25％或更少的长度。根部区域24可理解为叶片的包括根部210的部分。根部区域可具有例如翼展的33％、30％或更少的长度。

转子叶片22在不同的展向位置处具有不同的空气动力学外形，并且因此可具有翼型件形状的横截面290，诸如对称的或弧形的翼型件形状的横截面。在靠近叶片的根部处，叶片的横截面可为倒圆的，甚至为圆形的或几乎圆形的。在更靠近叶片的末梢处，叶片的横截面可为更薄的，并且可具有翼型件形状。

当风力涡轮停机或停止时，由围绕风力涡轮、特别是围绕风力涡轮叶片流动的空气导致的振动可压迫和损坏风力涡轮叶片和风力涡轮。在这些情形下，风力涡轮转子可被锁定或者可不被锁定。

可发生至少两种类型的振荡或振动，特别是当涡轮停机时。第一种是所谓的涡流诱导的振动(VIV)，并且当针对叶片或翼型件部分的迎角大约为90度时可能出现。涡旋脱落(vortex shedding)可有助于增强风力涡轮叶片的振荡。第二种类型的振荡是失速诱导的振动(SIV)，并且当迎角接近失速角(例如-30度至+30度)时可出现。迎角可理解为风的流动方向和转子叶片的翼弦或转子叶片截面的局部翼弦之间的几何角。

在本公开的第一方面中，提供了构造成可移除地安装到风力涡轮叶片22的装置300。风力涡轮叶片22具有根部210、末梢220和在大体上展向方向上从根部210延伸到末梢220的外部表面。外部表面限定压力侧240、吸力侧250、前缘260和后缘270。装置300构造成用于当风力涡轮10的转子180处于静止状态时减轻风力涡轮10的振动。装置300包括构造成在局部弦向方向上突出超过前缘260的部分310。构造成突出超过前缘260的部分310构造成在前缘260的前方至少部分地形成空气通道540。

当风力涡轮停机时，如本文中所描述的装置300可减少振动。风力涡轮的性能不会受到负面影响，因为在风力涡轮开始正常操作之前，该装置通常被移除。装置300在风力涡轮的安装和/或调试期间可特别有用。如果风力涡轮停止例如以用于维护，则装置300也可为有用的。

大体而言，空气通道540可产生使空气流偏离叶片22的吸力峰。以这种方式，以大约90°或大体上其它角度的迎角到达叶片的空气流515(的分量)可由空气通道540修改。例如，可修改空气流515的传播方向。特别地，空气流515可从叶片22转向。在图4B中可看到使空气流515从风力涡轮叶片22转向的装置300的示意性图示。

由于空气流可从叶片表面偏转，参见例如图4B中的箭头，故可避免或至少减少在超过装置300之后围绕前缘260流动的空气和围绕后缘270流动的空气的结合。因此，可避免或至少减少涡流的形成。

还应当注意，展向空气流(或空气流的展向分量)也可转向。例如，从叶片末梢220朝向叶片根部210前进的涡流丝可转向。装置300还可帮助使空气流失速，这可限制叶片上的升力，并有助于减少SIV。

图4A至图4C示意性地示出用于减少风力涡轮中的振动的装置300的不同示例。特别地，图4A和图4C示意性地示出具有附接到叶片22的装置300的两个示例的风力涡轮叶片22的俯视图。图4B示意性地图示具有附接到叶片22的装置300的另一个示例的风力涡轮叶片22的横截面视图。

在图4A的示例中，构造成突出超过前缘的部分310包括前部前缘元件520，该前部前缘元件520构造成连接到前缘260，使得空气通道540形成在前部前缘元件520和前缘260之间。

在一些示例中，前部前缘元件520可构造成基本上平行于前缘260。换句话说，前部前缘元件520可构造成具有到前缘260的基本上恒定的距离410。

在一些其它示例中，如例如在图4A的示例中，前部前缘元件520可构造成具有到前缘260的变化的距离410。例如，装置300可构造成使得前部前缘元件520和前缘260之间的距离410沿着风力涡轮叶片22的长度230增加，并且特别地朝向叶片22的根部210增加。当空气流从叶片末梢220朝向叶片根部210前进时，朝向叶片22的根部区域24增加前部前缘元件520和前缘260之间的距离410可帮助增加涡流丝与叶片22的分离。

在一些示例中，如例如在图4B的示例中，前部前缘元件521的空气通道侧521(即，前部前缘元件的面向空气通道540的侧部)可为凸形的。换句话说，前部前缘元件520的空气通道侧521可朝向前缘260突出，因此产生空气通道540的宽度410的减小。例如，如图4B中所图示的，前部前缘元件520的空气通道侧521可为倒圆的或者具有C形轮廓或U形轮廓。

前部前缘元件520的凸形空气通道侧521可帮助使穿过空气通道540的空气流偏离风力涡轮叶片22。倒圆的空气通道侧521可比尖锐的(例如三角形的)空气通道侧521更平滑地做到这一点。在其它示例中，前部前缘元件520的空气通道侧521可为笔直的或者具有其它形状。

在一些示例中，前部前缘元件520的与空气通道侧521相反的侧部522可为凹形的，例如如图4B的示例中所示出的。例如，这样的侧部可具有U形状或C形状。凹形形状可增添阻力，并且因此可有助于减少由ViV和/或SiV引起的摆动振荡(edgewise oscillations)。

如图4A中可看到的，装置300可包括两个或更多个连接器530，以联结前部前缘元件520和前缘260。例如，装置300可包括两个或更多个连接器530(诸如杆)，其附接到前部前缘元件520，以用于将前部前缘元件520联结到前缘260。连接器530可基本上垂直于前部前缘元件520的长度430，例如如图4A的示例中所图示的。在其它示例中，连接器530和前部前缘元件520不需要是垂直的。在一些示例中，两个或更多个连接器530可联结到基本上平行于前部前缘元件520并附接到前部前缘元件520的导轨460。

附接到前部前缘元件520的连接器530可具有不同的长度。例如，连接器530的长度可朝向前部前缘元件520的纵向端部增加。这种构造的示例可在图4A中看到，其中连接器530的长度从前部前缘元件520的第一纵向端部到相反的第二纵向端部增加。因此，在该示例中，前部前缘元件520和前缘260之间的距离410朝向叶片22的末梢220增加。在其它示例中，可出现相反的情况，即，距离410朝向叶片22的根部210增加。

在图4B的示例中，前部前缘元件520沿着与局部翼弦具有大约0°的角的轴线延伸。然而，在其它示例中，前部前缘元件520可沿着与局部翼弦具有在-60°至+60°之间、更特别地在-45°与+45°之间并且更特别地在-20°与+20°之间的角α的轴线延伸。在一些示例中，角α可在-10°与+10°之间并且更特别地在-5°与+5°之间变化。在图4B的示例中，角α大约为0°。

为了简单起见，在图4B中，已相对于突出超过后缘270的装置300的部分310’的前部后缘元件520’图示了角α，但是该概念既适用于突出超过前缘260的部分，也适用于突出超过后缘270的部分。

在一些示例中，如例如在图4B和图4C中，构造成突出超过前缘260的部分310进一步包括构造成附接到前缘260的后部前缘元件510。前部前缘元件520连接到后部前缘元件510。前部前缘元件520和后部前缘元件510在它们之间形成空气通道540。

也就是说，如果存在后部前缘元件510，则空气通道540形成在前部前缘元件520和后部前缘元件510之间，而不是形成在前部前缘元件520和前缘260之间。

具有后部前缘元件510可帮助保护前缘260。它还可有利于将装置300附接到叶片22。

后部前缘元件510可构造成沿着前缘260延伸。例如，后部前缘元件510可构造成延伸风力涡轮叶片22的(总)长度230的10％和90％之间的百分比，并且特别是风力涡轮叶片22的(总)长度230的50％和80％之间的百分比。在一些示例中，可将装置300布置得尽可能靠近末梢220。在这些示例中，装置300沿着叶片22的延伸可从末梢220算起。取决于装置的总长度，例如前部前缘元件的总长度430，多于一个装置300可附接到前缘260。

如图4C的示例中所图示的，前部前缘元件520的总长度430可基本上等于后部前缘元件510的总长度450。在其它示例中，总长度430、总长度450可为不同的。

前部前缘元件520和后部前缘元件510之间的距离415可为基本上恒定的或者可为可变的。例如，前部前缘元件520和后部前缘元件510之间的距离415可在展向方向上(从根部到末梢或从末梢到根部)增加。装置300可附接到风力涡轮叶片22，使得前部前缘元件520和后部前缘元件510之间的距离415朝向叶片22的根部210增加。联结前部前缘元件520和后部前缘元件510的连接器530的长度可被选择成用于在前部件520和后部件510之间提供不同的距离415。

在一些其它示例中，前部前缘元件520和后部前缘元件510之间的距离415可为基本上恒定的，例如，前部前缘元件520和后部前缘元件510沿着元件的整个长度430、450可具有基本上恒定的距离415。

与前部前缘元件520一样，后部前缘元件510的形状可适于增加空气流从叶片22的转向。

后部前缘元件510沿着后部前缘元件510的长度可具有可变宽度440。元件510的宽度440可沿着元件510的基本上整个长度450变化，或者沿着元件520的一个或多个部分变化。例如，后部前缘元件510的宽度440可沿着元件510的基本上总长度450变化，例如增加。在一些其它示例中，后部前缘元件510的宽度440可沿着元件510的一个或多个部分变化，例如增加。例如，后部前缘元件510的纵向端部区域550可变宽。装置300可附接到风力涡轮叶片22，使得后部前缘元件510的宽度400朝向风力涡轮叶片22的叶片根部210增加。例如，如图4C中示意性地图示的，当装置300附接到叶片22时，后部前缘元件510的纵向端部区域550可朝向叶片根部210变宽。在该特定示例中，当纵向端部区域550变宽时，前部前缘件520和后部前缘件510之间的距离415减小。取决于前部前缘元件520的形状和连接器530的长度，这在其它示例中可能不会发生。

具有后部前缘元件510朝向风力涡轮叶片22的根部210的增加的长度可帮助使空气流偏转并从叶片22偏转。

在一些示例中，后部前缘元件510的空气通道侧511(即，后部前缘元件的面向空气通道540的侧部)可为凹形的。这可帮助引导空气流远离叶片22。在图4B中，后部前缘元件510的空气通道侧511被描绘为笔直的，但是在其它示例中，空气通道侧511可具有形成凹形形状的凹部。空气通道侧511的其它形状可为可能的。

前部前缘元件520和后部前缘元件510(如果存在的话)可为轻质的。在一些示例中，它们可由泡沫制成。

在一些示例中，例如如图4B中所图示的，装置300可进一步包括突出部分310’，该突出部分310’构造成在局部弦向方向上突出超过后缘270。构造成突出超过后缘270的部分310’构造成在后缘270的后方至少部分地形成空气通道540’。在前缘260的前方的空气通道540可被称为前空气通道540，并且在后缘270的后方的空气通道540’可被称为后空气通道540’。

上文关于构造成突出超过前缘260的突出部分310的描述经过必要的修改后(mutatis mutandis)适用于构造成突出超过后缘270的突出部分310’。例如，关于前部元件和后部元件、到前缘的距离410以及前部元件和后部元件之间的距离415、前部元件和后部元件的变宽440、前部元件和后部元件的形状511、形状521、形状522以及连接器530的解释同样可适用于构造成附接到后缘270的突出部分310’。

取决于突出部分310、310’将如何附接到叶片22，它们可以单个装置300提供或者作为单独的装置300提供。例如，可提供包括两条或更多条带的装置300，所述两条或更多条带连接构造成突出超过前缘260的突出部分310和构造成突出超过后缘270的突出部分310’。如果突出部分310、突出部分310’可依靠其自身附接到叶片22(例如通过将后部前缘元件510装配到前缘260)，则可提供两个装置300。

构造成突出超过后缘270的突出部分310’可包括前部后缘元件520’。在一些示例中，前部后缘元件520’可构造成附接到后缘270。在其它示例中，突出部分310’可进一步包括构造成附接到后缘270的后部后缘元件510’，并且前部后缘元件520’可连接到后部后缘元件510’。

关于术语前部和后部，可理解，在存在后部前缘元件510(后部后缘元件510’)的情况下，前部前缘元件520(前部后缘元件520’)构造成比后部前缘元件510(后部后缘元件510’)更远离前缘260(后缘270)。

取决于后部后缘元件510’的存在，一个或多个空气通道540可形成在前部后缘元件520’和后缘270之间，或者形成在前部后缘元件520’和后部后缘元件510’之间。

因此，如前面所解释的，围绕后缘270的空气流可偏离风力涡轮叶片22。因此，可通过在后缘270上放置突出部分310’来减少风力涡轮振动。

具有沿着前缘260的突出部分310和沿着后缘270的突出部分310’可增强引导空气流和涡流丝远离叶片22的效果，并且因此避免或至少减少其在它们已经过前缘260和后缘270之后的结合。此外，如果使用前缘突出部分310和后缘突出部分310’，则围绕风力涡轮叶片22流动的空气的力可更加平衡。

诸如带的紧固件可用于将装置300附接到前缘260和/或后缘270。将装置300附接到风力涡轮叶片22的其它方式可为可能的。

在本公开的第二方面中，提供了构造成可移除地安装到风力涡轮叶片22的装置300。风力涡轮22具有根部210、末梢220和外表面，所述外表面在大体上展向方向上从根部210延伸到末梢220并限定压力侧240、吸力侧250、前缘260和后缘270。装置300构造成用于当风力涡轮10的转子18处于静止状态时减轻风力涡轮10的振动。装置300包括前缘元件310和后缘元件310’，前缘元件310构造成在局部弦向方向上突出超过前缘260，后缘元件310’构造成在局部弦向方向上突出超过后缘270。构造成突出超过前缘260的部分310构造成在前缘260的前方至少部分地形成前空气通道540。构造成突出超过后缘270的部分310’构造成在后缘270的后方至少部分地形成后空气通道540’。

关于图4A至图4C、特别是关于前缘元件310和后缘元件310’提供的解释可适用于该方面的装置300以及前缘元件310和后缘元件310’。

在一些示例中，构造成突出超过前缘260的部分310可包括前部前缘元件520，该前部前缘元件520构造成连接到前缘260，使得前空气通道540形成在前部前缘元件520和前缘260之间。在这些或其它示例中，构造成突出超过后缘270的部分310’可包括前部后缘元件520’，该前部后缘元件520’构造成连接到后缘270，使得后空气通道540’形成在前部后缘元件520’和后缘270之间。

在一些示例中，前部前缘元件520可构造成具有到前缘260的变化距离410。在这些或其它示例中，前部后缘元件520’可构造成具有到后缘270的变化距离。

在一些示例中，前部前缘元件520可构造成基本上平行于前缘260。在这些或其它示例中，前部后缘元件520’可构造成基本上平行于后缘270。

在一些示例中，前部前缘元件520的前空气通道侧521可为凸形的。在这些或其它示例中，前部后缘元件520’的后空气通道侧可为凸形的。

在一些示例中，前部前缘元件520的与前空气通道侧521相反的侧部522可为凹形的。在这些或其它示例中，前部后缘元件的与后空气通道侧相反的侧部可为凹形的。

在一些示例中，构造成突出超过前缘260的部分310进一步包括构造成附接到前缘260的后部前缘元件510，其中前部前缘元件520连接到后部前缘元件510，并且其中前部前缘元件520和后部前缘元件510在它们之间形成前空气通道540。

在这些或其它示例中，构造成突出超过后缘270的部分310’进一步包括构造成附接到后缘270的后部后缘元件510’，其中前部后缘元件520’连接到后部后缘元件510’，并且其中前部后缘元件520’和后部后缘元件510’在它们之间形成后空气通道540’。

在一些示例中，后部前缘元件510和/或后部后缘元件510’可构造成沿着前缘260延伸风力涡轮叶片22的(总)长度230的10％和90％之间的百分比，并且特别是风力涡轮叶片22的(总)长度230的50％和80％之间的百分比。

在一些示例中，后部前缘元件510的宽度440可沿着后部前缘元件510的长度增加。在这些或其它示例中，后部后缘元件510’的宽度可沿着后部后缘元件510’的长度增加。

在一些示例中，后部前缘元件510的前空气通道侧511可为凹形的。在这些或其它示例中，后部后缘元件510’的后空气通道侧可为凹形的。

关于该第二方面已经被弄明确的有关后缘部分310’的细节当然可并入到本公开的第一方面中提到的后缘部分310’。

在本公开的第三方面中，提供了一种用于减轻停机的风力涡轮的振动的方法600，该风力涡轮包括一个或多个风力涡轮叶片，叶片具有根部、末梢和外部表面，该外部表面限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘，每个表面在大体上展向方向上从根部延伸到末梢。风力涡轮可在风力涡轮的安装、调试和维护期间停机。

如图5中所图示的，该方法包括：在框610处，将包括突起310的装置300可释放地附接到风力涡轮叶片22的前缘260，突起310构造成在局部弦向方向上突出超过风力涡轮叶片22的前缘260。构造成突出超过前缘260的部分310构造成在前缘260的前方至少部分地形成空气通道540。

当安装到停机的风力涡轮叶片时，可减轻作用在风力涡轮叶片22上以及大体上作用在风力涡轮10上的VIV和/或SIV。

在一些示例中，可释放地附接可包括将构造成突出的部分310装配到前缘260。该装配可包括将突起310的构造成面向前缘260的表面按压或夹紧到前缘260。

在一些其它示例中，诸如多条带的紧固件可用于通过围绕叶片22收紧带来将部分310固定到风力涡轮叶片22。带可连接或可能够连接到后部前缘元件510。

此外在其它示例中，可允许可移除附接的胶带或任何粘合剂可用于将突起310联结到前缘260。

在一些示例中，装置300可能够释放地附接到风力涡轮叶片22，使得前部前缘元件520的距离410朝向风力涡轮叶片22的叶片根部210增加。

在一些示例中，装置300可能够释放地附接到风力涡轮叶片22，使得前部前缘元件520和后部前缘元件510之间的距离415朝向叶片22的根部210增加。

在一些示例中，装置300可能够释放地附接到风力涡轮叶片22，使得后部前缘元件510的宽度400朝向风力涡轮叶片22的叶片根部210增加。

通过如上述段落中所指示的那样使装置300定向，可有利于使空气流515转向远离风力涡轮叶片22，并避免或至少减少空气流515在其围绕前缘260和后缘270经过之后的结合。

可在地面上执行到叶片22的附接，例如在叶片22安装到毂20之前或之后，其中毂20位于地面上。也可在叶片22已安装到毂20之后执行附接，其中毂20已经安装到风力涡轮塔架15的顶部。

如果装置300进一步包括后缘突起310’(或者后缘突起310’作为另一装置300的部分提供)，则该方法可进一步包括将后缘突起310’附接到后缘270。

附接前缘突起310的任何方式都可用于附接后缘突起310’。例如，可使用连接或构造成连接两个部分310、310’并将它们固定到叶片22的两条或更多条带。

方法600进一步包括：在框620处，在开始操作风力涡轮10之前，将装置300从前缘260移除。这可例如在风力涡轮10的安装和调试之后或者在风力涡轮10的维护之后。

本书面描述使用示例来公开本发明(包括优选实施例)，并且还使本领域中的任何技术人员能够实践本发明(包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法)。本发明的可专利性范围由权利要求书限定，并且可包括本领域技术人员想到的其它示例。如果这样的其它示例具有不异于权利要求书的字面语言的结构要素，或者如果这样的其它示例包括与权利要求书的字面语言无实质性差异的等同结构要素，则这样的其它示例旨在处于权利要求书的范围内。本领域普通技术人员可混合和匹配来自所描述的各种实施例的方面以及针对每个这样的方面的其它已知等同体，以根据本申请的原理构建附加的实施例和技术。如果在权利要求中与附图相关的参考符号被放置在括号中，则它们仅仅是为了试图增加该权利要求的可理解性，而不应被解释为限制该权利要求的范围。

Claims (15)

1.一种构造成可移除地安装到风力涡轮叶片(22)的装置(300)，所述风力涡轮叶片(22)具有根部(210)、末梢(220)和外部表面，所述外部表面在大体上展向方向上从所述根部(210)延伸到所述末梢(220)并限定压力侧(240)、吸力侧(250)、前缘(260)和后缘(270)；

所述装置(300)构造成用于当风力涡轮(10)的转子(18)处于静止状态时减轻所述风力涡轮(10)的振动；

所述装置(300)包括构造成在局部弦向方向上突出超过所述前缘(260)的部分(310)；并且

构造成突出超过所述前缘(260)的所述部分(310)构造成在所述前缘(260)的前方至少部分地形成空气通道(540)。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，构造成突出超过所述前缘(260)的所述部分(310)包括前部前缘元件(520)，所述前部前缘元件(520)构造成连接到所述前缘(260)，使得所述空气通道(540)形成在所述前部前缘元件(520)和所述前缘(260)之间。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的装置，其中，所述前部前缘元件(520)构造成具有到所述前缘(260)的变化距离。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的装置，其中，所述前部前缘元件(520)的空气通道侧(521)是凸形的。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的装置，其中，所述前部前缘元件(520)的与所述空气通道侧(521)相反的侧部(522)是凹形的。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的装置，其中，构造成突出超过所述前缘(260)的所述部分(310)进一步包括构造成附接到所述前缘(260)的后部前缘元件(510)；其中，

所述前部前缘元件(520)连接到所述后部前缘元件(510)；并且其中，

所述前部前缘元件(520)和所述后部前缘元件(510)在它们之间形成空气通道(540)。

7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述后部前缘元件(510)构造成沿着所述前缘(260)延伸风力涡轮叶片(22)的长度(230)的10％和90％之间的百分比，并且特别是所述风力涡轮叶片(22)的长度(230)的50％和80％之间的百分比。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的装置，其中，所述后部前缘元件(510)的空气通道侧(511)是凹形的。

9.根据权利要求6-8中任一项所述的装置，进一步包括突出部分(310’)，所述突出部分(310’)构造成在局部弦向方向上突出超过所述后缘(270)，所述突出部分(310’)构造成在所述后缘(270)的后方至少部分地形成空气通道(540’)。

10.根据权利要求9所述的装置，其中，构造成突出超过所述后缘(270)的所述部分(310’)包括前部后缘元件(520’)，所述前部后缘元件(520’)构造成连接到所述后缘(270)，使得后空气通道(540’)形成在所述前部后缘元件(520’)和所述后缘(270)之间。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，构造成突出超过所述后缘(270)的所述部分(310’)进一步包括构造成附接到所述后缘(270)的后部后缘元件(510’)，所述前部后缘元件(520’)连接到所述后部后缘元件(510’)，并且所述前部后缘元件(520’)和所述后部后缘元件(510’)在它们之间形成后空气通道(540’)。

12.一种风力涡轮叶片(22)，包括附接到所述叶片(22)的根据权利要求1-11中任一项所述的装置(300)。

13.一种用于减轻停机的风力涡轮(10)的振动的方法(600)，所述风力涡轮(10)包括一个或多个风力涡轮叶片(22)，所述风力涡轮叶片(22)具有根部(210)、末梢(22)和外部表面，所述外部表面限定压力侧(240)、吸力侧(250)、前缘(260)和后缘(270)，在大体上展向方向上从所述根部(210)延伸到所述末梢(220)；所述方法包括：

将装置(300)可释放地附接(610)到风力涡轮叶片(22)的所述前缘(260)，所述装置(300)包括构造成在局部弦向方向上突出超过所述前缘(260)的部分(310)，并且构造成突出超过所述前缘(260)的所述部分(310)构造成在所述前缘(260)的前方至少部分地形成空气通道(540)；以及

在所述风力涡轮(10)开始操作之前，将所述装置(300)从所述叶片(22)拆卸(620)。

14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述装置(300)附接成使得所述装置(300)的前部前缘元件(520)和所述前缘(260)之间的距离(410)和/或所述装置(300)的前部前缘元件(520)和所述装置(300)的后部前缘元件(510)之间的距离(415)朝向所述风力涡轮叶片(22)的叶片根部(210)增加。

15.根据权利要求13-14中任一项所述的方法，其中，所述装置(300)附接成使得所述装置(300)的后部前缘元件(510)的宽度(400)朝向所述风力涡轮叶片(22)的叶片根部(210)增加。