CN113508224A

CN113508224A - 用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部的方法

Info

Publication number: CN113508224A
Application number: CN202080019638.3A
Authority: CN
Inventors: H·洛西; G·拉马努詹; A·K·迪热纳罗
Original assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Current assignee: Siemens Gamesa Renewable Energy AS
Priority date: 2019-03-08
Filing date: 2020-03-09
Publication date: 2021-10-15
Also published as: JP2022525046A; EP3914824A1; EP4202203A1; BR112021016849A2; US20220186706A1; JP7476223B2; AU2020238502A1; WO2020182763A1; AU2020238502B2

Abstract

用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部的方法。本发明描述了一种用于从安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加零件（3）的边缘（3E）创建过渡部的方法，该方法包括以下步骤：‑用薄且平滑的遮蔽胶带（8）界定转子叶片表面（2）和附加零件（3）上的要被密封剂化合物（LS）覆盖的施加区域，‑将密封剂（LS）分配在施加区域上，‑进行密封剂（LS）的分布，‑移除遮蔽胶带（8），‑用柔性工具（7）使密封剂（LS）过渡台阶平滑。本发明进一步描述了一种相应的风力涡轮机转子叶片。

Description

用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部的方法

技术领域

本发明描述了一种用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部（即，为转子叶片附加件提供边缘密封件）的方法或一种用于风力涡轮机叶片的边缘密封的方法。尤其地，本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片表面上的台阶的空气动力学边缘密封物以及一种应用这种边缘密封物的方法。

背景技术

风力涡轮机转子叶片的空气动力学性能对表面缺陷高度敏感，尤其是对紧邻转子叶片的前缘的表面缺陷。这对于如下情况提出了挑战，所述情况为：当在转子叶片表面上存在台阶或障碍物时，例如在应用前缘保护（LEP）盖（也被称为腐蚀防护盖）和/或涡流发生器（VG）面板、后缘（TE）面板（例如，锯齿状后缘面板）、安装在面板上并放置在叶片表面上的扰流板等之后。LEP盖也被称为腐蚀防护盖或LEP壳。由于前缘保护而出现在表面上的台阶或障碍物对于更具侵入性的解决方案（比如附接到叶片表面上的防护盖或防护胶带）来说尤其是一个问题。

在附接到转子叶片的面板或盖（例如，前缘防护盖）的边缘处可存在陡直（sharp）的台阶。这种突然的高度差引起气流从层流过渡到湍流，这将不利地影响风力涡轮机的年发电量（AEP），并且还可能促成风力涡轮机噪音。

从现有技术中已知的是，将已经安装的附加件的边缘磨削成斜坡或斜面，以便减小AEP（年发电量）影响。然而，这种磨削程序是耗时的和成本密集的。另外，难以沿着附加件（例如，盖或板或面板）的整个边缘获得均匀的边缘，并且存在磨削到转子叶片自身中的风险。磨削程序也可能难以执行，因为附加件的材料可以是柔性的，且因此难以磨削。

减少由沿着附加件边缘的台阶引起的湍流的另一种方式是制造具有薄边缘的附加件。然而，安装诸如具有长的薄边缘的LEP盖的附加件可能导致沿着边缘起皱，这促成了不良品成本并降低了空气动力学性能。

在另一种方法中，可制造诸如LEP壳的附加件以装配到叶片表面上的内置式凹部中。然而，这种方法与关于生产公差和质量的严格要求相关联，并且显著增加了制造成本，同时也更易于产生缺陷。

密封前缘防护胶带的边缘是进一步已知的。该密封的目的是使胶带边缘平滑并对其进行保护。没有对这种胶带密封提出空气动力学性能要求。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种克服附加件对转子叶片的空气动力学性能的负面影响的方式。

该目的通过权利要求1的用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部的方法以及通过权利要求12的风力涡轮机转子叶片来实现。

如上所述，壳或面板边缘在安装在叶片上时在例如壳和叶片表面之间创建过渡台阶。这将导致跨越叶片的气流扰动，因此相应地诱导空气动力学性能下降以及可能的噪音生成。为了保持这种过渡台阶的最佳性能和较低的声冲击，在这种界面处需要平滑的表面光洁度。

根据本发明的用于从安装在转子叶片外表面上的附加零件的边缘创建过渡部（尤其是用于提供这种平滑的表面光洁度）的方法包括以下步骤：

- 用薄且平滑的遮蔽胶带界定转子叶片表面和附加零件上的要被密封剂化合物覆盖的施加区域，

- 将密封剂分配在施加区域上，

- 进行密封剂的分布，

- 移除遮蔽胶带，

- 用柔性工具使密封剂过渡台阶平滑。

如下文将进一步解释的，术语“密封剂”也可被解读为“粘合剂”。

通过示例，该方法优选地包括使用以下工具：

齿刮刀，其优选地由柔性材料制成，用于在密封制剂或粘合剂密封剂材料已被分配到叶片/板（附加件）上的密封的施加区域之后将其整平。

第二刮刀，其例如由以30到80、优选地40到60的肖氏A硬度为特征的柔性材料（例如，硅树脂材料）制成，具有适于施加的横截面轮廓。防止密封材料粘附的低能量表面（表面自由能）将提供进一步的优势，但不是先决条件。在与叶片表面接触（使用期间）的点处软刮刀和叶片表面之间的角度应（将）低于硬刮刀的情况。

施加过程被设计成最小化及理想地防止由于叶片表面和附接并结合的盖/板之间的台阶所致的AEP损失。

用于创建从板/盖（附加件）的边缘到叶片表面的这种过渡部的方法包括以下步骤：

- 用薄且平滑的遮蔽胶带界定叶片表面和板/盖（附加件）上的要被粘合剂/密封剂化合物覆盖的区域，例如，该遮蔽胶带具有小于0.2 mm的厚度。

- 分配粘合剂/密封剂，例如通过珠状物或喷雾施加或通过辊施加或使用所谓的“旋流”过程。通过示例，以在板/盖（附加件）和叶片表面两者上与过渡部重叠（25/50或20/50）的蛇形线以及以沿着板/盖（附加件）和/或在叶片表面上的直线施加粘合剂/密封剂。

- 进行粘合剂/密封剂分布，例如使用柔性的带齿刮刀。

- （任选的）用沿叶片的纵向方向移动的优选地柔性工具使粘合剂/密封剂使平滑。该工具优选地被设计成满足叶片的轮廓，例如具有与叶片前缘轮廓的曲率相匹配的曲率。

- 移除遮蔽胶带。

- 在移除遮蔽胶带之后，用（柔性）工具使粘合剂/密封剂过渡台阶平滑，例如优选地与以上两个步骤相同。这导致进一步减小粘合剂/密封剂和叶片表面之间的台阶高度。

因此，如果用本文中所描述的边缘密封物（即，使用边缘密封设计及其创建方法）将板/盖（附加件）安装在叶片上，则包括其上附接有附加件（诸如，板/盖（附加件））的叶片的风力涡轮机将受益，例如性能方面。

因此，本发明描述了一种沿着安装在转子叶片的外表面上的附加零件的纵向边缘提供边缘密封件的方法。

附加地，本发明的发明人已发现设定在2到5毫米之间的密封物宽度不足以实现风力涡轮机的空气动力学性能的前述改进并且已根据他们的发现提供了其他范围。

例如，具有有限厚度的柔性防护盖被应用在前缘上，但总体思路适用于风力涡轮机叶片表面上的任何种类的台阶，例如涡流发生器面板、后缘面板或后缘盖、安装在板上的传感器等。

在本发明的上下文中，附加零件处的纵向边缘可被假定为具有陡峭（abrupt）台阶的外观。当使用发明性方法将附加件安装到转子叶片时，不需要将附加件制造为具有逐渐更薄的纵向边缘，使得这种附加件的制造可以有利地是经济的。由于附加零件通常以某种方式（例如，通过粘合剂结合层，尤其包括双面压敏胶带）附接或结合到转子叶片，因此在附加零件的纵向边缘处的高度可被假定为包括在该纵向边缘处的附加件高度以及用于将附加件结合到转子叶片的任何粘合剂层的高度。

所有实施例中的一个主要方面是边缘的范围（extent）。理论上，它在平坦表面上可能具有很长的范围，但实际地，范围的长短可以是有限制的，因为它显然远离壳边缘变得越来越薄。

与不具有边缘密封物的转子叶片相比，改进的台阶光洁度解决方案将AEP损失潜在地最小化到可忽略的影响，并且还显著减少了当转子叶片在操作中时所生成的任何噪音。

边缘密封件宽度可被理解为从附加件的纵向边缘向外延伸。由于边缘密封件宽度显著大于附加件高度，因此改进的边缘密封件有利地减少或甚至消除了与附加件相关联的AEP损失。与沿着诸如LEP盖之类的零件未设置有这种边缘密封物的转子叶片相比，通过发明性方法获得的边缘密封件还显著减少了当风力涡轮机在操作中时风力涡轮机叶片的噪音生成。

可在风力涡轮机转子叶片的制造期间以及还有在维护、修理或升级已经安装的转子叶片时使用该发明性方法，例如用于附接前缘保护盖和/或涡流发生器面板、后缘面板（例如，锯齿状后缘面板）、或安装在面板上并放置在叶片表面上的扰流板以作为现有叶片的改造解决方案。该发明性方法同样可适用于现有的叶片附加件，为此，当设置有发明性边缘密封物时，对AEP的贡献将得到改进。

根据本发明，风力涡轮机转子叶片包括安装到转子叶片的外表面的至少一个附加零件、以及如上文所描述的这种“延伸型”边缘密封件，该边缘密封件沿着附加零件的至少一个纵向边缘形成。

根据本发明的风力涡轮机转子叶片包括安装到转子叶片外表面的至少一个附加零件、以及用根据本发明的方法形成的边缘密封件。

总而言之，本发明涉及一种风力涡轮机叶片，其包括附接到叶片的表面（尤其是沿着叶片的纵向延伸部）的防护盖或板或面板或其他种类的附加件。附加件通常通过粘合剂附接。边缘密封料（edge sealer）放置在叶片表面上的附加件（盖、面板、板）的外边缘处，其与附加件重叠抑或不重叠。

本发明的特别有利的实施例和特征由从属权利要求给出，如以下描述中所揭示的那样。可酌情组合不同权利要求类别的特征，以给出本文中未描述的进一步实施例。

在该描述中，在不以任何方式限制本发明的情况下，术语“附加件”可被理解为意指附接到叶片的表面（尤其是沿着叶片的纵向延伸部）的防护盖、板或面板中的任一者。术语“边缘密封物”和“边缘密封件”可互换地使用。

不管是否将密封剂材料形成为与附加件边缘或台阶重叠，都可使用工具套件来施加密封剂材料，该工具套件包括具有不同性质的若干个刮刀。在本发明的优选实施例中，形成边缘密封件的步骤包括以下步骤：在附加零件的纵向边缘旁边将密封剂材料至少沉积到转子叶片的表面上。然后，使用初步刮刀将密封剂材料铺展在由附加零件的纵向边缘和所选择的边缘密封件宽度界定的区域中。初步工具优选地具有促进密封剂的初始铺展的柔性和形状。

在随后的步骤中，使用精加工刮刀来对通过初步工具铺展的密封剂的形状进行精加工。优选地，精加工工具具有比初步工具更低的硬度。

优选的精加工刮刀包括平行于刮刀的尖端（垂直于平滑方向）延伸的若干个凹槽，特别优选地在刮刀旨在与密封材料接触的一侧上。优选地，至少一个凹槽在刮刀的前半部分中，该半部分是接触区域所在之处。这些凹槽的优点是刮刀沿凹槽的方向是刚性的，但在扫过表面时可容易地弯曲。为了更好地抓握，优选的精加工刮刀在尖端的相对端处具有两个翅片（fin），其中，在接触区域侧处的翅片优选地比另一侧处的翅片更薄。刮刀的后半部分（即，刮刀被保持的部分）可比另一部分更具刚性，并且可尤其包括与另一部分不同的另一种材料。

该发明性方法可以优选地包括以下步骤：使用平滑的薄遮蔽胶带来界定预期的边缘密封件的区域。一个胶带可沿着预期的边缘密封件的外边缘从边缘台阶向外延伸一距离。该距离是边缘台阶高度的至少20倍。胶带的厚度尽可能小，优选地至多为0.2 mm。边缘密封件的另一边界可由边缘台阶限定。替代地，如果将在边缘台阶上形成重叠，则可将第二胶带平行于附加件的纵向边缘施加到附加件的表面。然后，在这些边界内施加密封剂。密封剂最初可以例如以来自分配器喷嘴的珠状物的形式、通过喷射或另一种合适的方法粗略地沉积在转子叶片（和附加件）上。然后，使用初步成形工具（例如，柔性的带齿刮刀）来铺展粗略地施加的密封剂。

因此，根据优选的方法，密封剂的分布通过使用带齿刮刀来实现，该带齿刮刀优选地由柔性材料制成、用于在密封剂已被分配到施加区域之后将其整平，优选地其中，带齿刮刀的齿具有在1到2 mm之间的距离和/或在0.2到5 mm之间的高度。

铺展可以通过在边缘密封件边界之间沿转子叶片表面的纵向方向引导带齿刮刀来完成。在完成此初步步骤后，移除一个或多个胶带。然后，通过在铺展的密封剂上拖动更柔软的柔性刮刀，将仍为液体的密封剂平滑到其最终形状。用第二工具进行的该精加工或平滑步骤用于进一步减小边缘台阶和边缘密封件的外边界之间的边缘密封件的“楔形部”的高度。第二柔性刮刀优选地由诸如硅树脂之类的材料制成，以确保相对低的肖氏A硬度（例如，50±10）。

根据优选的方法，柔性工具是第二刮刀，其肖氏A硬度在30和70之间，尤其是在40和60之间，尤其是在48和52之间。优选的肖氏A硬度大于30，特别是大于40，尤其是大于45，和/或优选的肖氏A硬度小于70，特别是小于60，尤其是小于55。

根据优选的方法，柔性工具包括硅树脂材料，优选地具有适于施加的横截面轮廓和防止密封材料粘附的低能量表面。

根据优选的方法，柔性工具包括：尖端，在该尖端处存在与密封剂的预期的接触区域；以及优选地若干个凹槽，其平行于尖端（垂直于平滑方向）延伸。这些凹槽的优点是精加工刮刀沿凹槽的方向是刚性的，但在扫过表面时可容易地弯曲。为了更好地抓握，优选的精加工刮刀在其尖端的相对端处具有两个翅片，其中，在接触区域侧处的翅片优选地比另一侧处的翅片更薄。

根据优选的方法，遮蔽胶带的厚度小于0.2 mm。这样做的优点是，在精整（finishing）步骤期间，要最小化的密封剂边缘很小。

根据优选的方法，密封剂的分配通过珠状物或喷雾施加来实现，优选地通过以在附加件和叶片表面两者上与过渡部重叠、尤其是与过渡部成25/50或20/50重叠的蛇形线或以附加件和/或叶片表面上的直线施加密封剂。

根据优选的方法，在密封剂的分布之后并且在移除遮蔽胶带之后，用沿叶片的纵向方向移动的工具、优选地用柔性工具（如上文提到的）使密封剂平滑，其中，该工具优选地被设计成满足叶片的轮廓，尤其是具有与叶片前缘轮廓的曲率相匹配的曲率。

密封制剂（密封剂）或粘合剂用于沿着附加件的一个或多个边缘（边缘台阶）形成边缘密封件，该边缘密封件具有抑或不具有重叠，如下文中将解释的那样。对边缘密封物的几何形状进行调整和优化，以便减小由于对接表面（即，前缘解决方案）所致的台阶的空气动力学影响。术语“密封剂”、“边缘密封料”和“密封制剂”可用于指代这种粘合剂。优选地，用于固定附加件的粘合剂包括与边缘密封料相同的材料，或反之亦然。因此，密封剂可以是粘合剂，然后，这在每种情况下都不是必要的。在本申请中，术语“密封剂”还包括术语“粘合剂”。

优选地，使用特定的液体密封剂（尤其是粘合剂材料）形成密封件，该液体密封剂在施加之后的某个时间凝固，并且在为液体时具有在抗流挂性（sag resistance）和可流动性之间提供良好的平衡的特定流变性（尤其是粘合剂粘度）。密封剂的流变性质和特定粘度优选是针对密封件的特定的几何形状和位置来定制的。一方面，粘度必须足够低，以允许密封剂容易地铺展并使铺展期间可能出现的任何条纹流掉（run off）。但是，另一方面，密封剂的屈服点（抗流挂性）必须足够高，以避免重力诱导的密封剂流掉，密封剂流掉将对通过施加过程所创建的密封件廓形产生不利影响。

优选地，凝固的密封剂是（高度）柔性的、耐磨蚀的，并且优选地很好地粘附到施加有该密封剂的表面并且还具有良好的抗紫外线曝光。

一般而言，在通过物理过程、化学反应或两者的组合中的任一者进行施加之后凝固的任何液体密封剂材料都适合于本发明的目的。反应性双组分密封剂由于其固化响应更快且因而发生的过程更快而为优选的。优选地，可使用物理地硬化的密封剂（比如在冷却时变牢固的热熔密封剂）和/或通过化学反应固化的密封剂。从一组化学地固化的密封剂中，双部分密封剂（two part sealant）由于其固化响应更快且因而发生的过程更快而为优选的。

优选地使用具有这样的凝固速度（晾置时间）的密封剂，即，该凝固速度一方面允许有足够的时间用于施加过程，即，根据本发明的分配、整平和创建廓形。另一方面，为了缩短过程时间，允许尽可能快地进一步加工的快速固化是优选的。此处，特别地，化学交联的双组分粘合剂提供了优势，这尤其是因为在已形成根据本发明的廓形后可以通过适度加热来加速它们的固化（例如，借助于IR发射器），从而允许进一步减少过程时间。

示例性材料可以是鉴于液体或固化状态下的期望性质（尤其是鉴于如上文所指示的抗流挂性和可流动性）而选择的环氧树脂、聚氨酯、聚脲、硅树脂、硅烷改性聚合物（SMP）、甲基丙烯酸甲酯（MMA）和混合解决方案等。例如，密封剂材料可被选择为具有特定的粘合剂粘度，该粘合剂粘度在抗流挂性和可流动性之间提供良好的平衡以及在其固化状态下提供有利地高度柔性，从而提供高的抗疲劳性。使用这种材料沿着LEP的纵向边缘形成的边缘密封件的完整性将不会遭受到转子叶片的反复扭转弯曲。

优选地，使用双组分密封材料，其中两种组分就在施加在叶片的表面上之前借助于静态或动态混合器而混合，其中，优选地，两种组分的粘度对于第一组分介于40.000 -110.000 mPas之间且对于第二组分介于100.000 - 380.000 mPas之间。然而，只要满足良好地平衡的流变性质，显示出不同粘度的密封剂也就可以是合适的。

优选的密封剂的表面张力低于施加有该密封剂的表面的表面自由能，以便允许（作为形成粘附力的先决条件）充分润湿这种表面。通过合适的方法增加表面自由能是本发明的明确部分，所述合适的方法例如但不限于清洁、磨蚀、底漆或粘附促进剂的施加、以及激活方法（例如但不限于等离子体激活、电晕激活、火焰激活、VUV（真空-紫外线））。除了上文提到的润湿表面的能力之外，粘合剂/密封剂与叶片表面和相应附加件的良好粘附还有利于满足关于使用寿命的苛刻要求，尤其是在近海设施的恶劣条件下。

除了良好的粘附之外，密封剂的机械性质也很重要。需要承受雨水侵蚀条件的高耐磨蚀性和在操作期间承受叶片振动的足够疲劳强度两者。因此，优选的密封剂对在叶片的整个使用寿命内出现在相应表面上的剥离力、尤其是大于2 N/mm的剥离力具有足够的抵抗力。针对长期抵抗力的测试方法是例如ISO 20340中所描述的程序。

由于作为本发明主题的密封物的可能的应用范围很广，所以在所涉及的材料、相应附加件的尺寸及其在叶片上的位置方面，优选地针对相应的应用定制密封剂。

优选的密封剂的拉伸强度（根据DIN EN ISO 527）大于4 MPa和/或小于8 MPa，特别优选地5 MPa ± x < 0.5 MPa，尤其是5 MPa。在80°C下的1000 h之后，拉伸强度可变更为约9 MPa或更大。

替代地或附加地，断裂伸长率（根据DIN EN ISO 527）大于80%和/或小于130%，特别优选地90% ± x <5%，尤其是90%。在80°C下的1.000 h之后，断裂伸长率可变更为100%或更大的值。

替代地或附加地，杨氏模量（根据DIN EN ISO 527）大于8 MPa和/或小于15 MPa，特别优选地在9到13 MPa之间，尤其是11 MPa。在80°C下的1.000 h之后，杨氏模量可具有11MPa或更大的值。

暴露在80°C下1000小时指代加速老化测试以模仿在涡轮机寿命期间作为空气温度和阳光照射的结果的较高叶片表面温度。在实际近海条件下的最高表面温度估计为60°C。优选地，密封剂被选择为使得机械性质（杨氏模量、拉伸强度和断裂伸长率）保持恒定和/或如此，其中，所有三个要求的组合对于密封剂的长期耐久性是非常有利的。

因此，根据优选的方法，密封剂是足够流动的以流入在施加附加件期间形成的间隙和表面空腔中并确保平滑的光洁度。

优选地，密封剂提供以下一种或多种性质：密封剂具有：

- 低于叶片表面的表面自由能的表面张力，和/或

- 对在叶片的整个使用寿命内出现在相应表面上的剥离力、尤其是大于2 N/mm的剥离力具有足够的抵抗力，和/或

- 大于4 MPa和/或小于8 MPa的拉伸强度，和/或

- 大于80%和/或小于130%的断裂伸长率，和/或

- 大于8 MPa和/或小于150 MPa的杨氏模量，和/或

- 所包含的填料颗粒、填料团块和/或凝胶颗粒的被限制于最大200 μm的最大粒径。

根据优选的方法，在将密封剂分配在施加区域之前，首先沿着纵向的附加件边缘施加填料，其中，填料优选地是快凝粘合剂和/或高粘度粘合剂，并且密封剂施加在固化或硬化的填料上。

根据优选的方法，密封剂包括与用于将附加件固定在转子叶片表面上的粘合剂相同的材料。

优选的密封材料具有良好的可打磨性，使得可以产生平滑的、在空气动力学上有利的表面。因此，在密封材料的液态以及硬化或交联两种状态下该密封材料中的固体颗粒（例如，填料颗粒、填料颗粒的团块、凝胶颗粒）的最大尺寸优选地被限制于最大200 μm，优选地被限制于最大100 μm，特别优选地被限制于最大60 μm，或甚至被限制于最大50 μm，尤其是根据DIN EN 21 524 or ISO 1524来确定。

在空气动力学上优化附加件边缘的本发明性方法不限于空气动力学装置（诸如，LEP盖）。附加件可以是包括传感器的板，例如优选地适形于转子叶片的弯曲表面的柔性板。这种传感器板到转子叶片表面的固定受益于本发明的密封概念，从而实现关于AEP和噪音生成的改进。这种板可在转子叶片的前缘和后缘之间的任何位置处附接到转子叶片表面，并且可安装在转子叶片的吸力侧或压力侧上。

优选地，使用该发明性方法，沿着这种板的纵向边缘形成了边缘密封件。以这种方式，这种板的上风或迎风边缘（即，更靠近转子叶片前缘的边缘）或下风边缘（更靠近转子叶片后缘的边缘）两者都将不会不利地影响转子叶片表面上的层流气流。因此，本发明并不限于壳或空气动力学装置，而是还包括安装在例如叶片表面上的底板（例如，柔性板）上的任何种类的传感器。因此，对于比如传感器板这样的板，关于AEP方面的改进也是可能的，以及减少了在将这种板安装在叶片表面上时所生成的噪音。

作为示例，附加件的边缘台阶高度（壳高度）可在0.7到1 mm之间的任何位置。附加件的边缘台阶高度是在附加件的外边缘处的厚度加上用于将附加件附接到转子叶片的任何粘合剂或结合层的厚度之和。在这种情况下，用于该附加件的边缘密封物的最小宽度（范围）将在14到20 mm之间。对于0.7 mm的边缘台阶高度，边缘密封物的最小宽度为例如14mm。对于1.0 mm的边缘台阶高度，边缘密封物的最小宽度为例如20 mm。

边缘密封件宽度与台阶高度的比率可以在20:1到100:1之间变化。对于0.5 mm -1.5 mm的示例边缘台阶高度范围，边缘密封件将至少为10 mm宽，且高达150 mm宽。已观测到（在风洞测试中）用于转子叶片附加零件的这种相对宽的边缘密封件导致改进空气动力学行为。

本发明的进一步的优选实施例基于以下见解：通过在附加件的纵向边缘上形成边缘密封件，即通过使边缘密封件与附加件和转子叶片两者的外表面“重叠”，可以保持转子叶片表面上的气流的层流性质。因此，在本发明的进一步的优选实施例中，该方法包括以下步骤：确定边缘密封件在附加件表面的紧挨着其纵向边缘的区域中的重叠宽度。术语“重叠宽度”应被理解为意指延伸到附加件表面上的边缘密封件部分的宽度。重叠宽度是基于附加件高度确定的。

然后，形成边缘密封件的步骤优选地包括将密封剂材料也施加到附加零件的重叠区域上。边缘密封件的重叠可以有利地在附加件的边缘上形成平滑层。因此，根据优选的方法，密封剂形成为与附加件的边缘重叠。

在该发明性方法中，优选地针对特定的附加件对边缘密封件宽度和边缘密封件的重叠宽度进行“调整”，以便防止或至少显著地延迟在附加件的边缘后面（即，在附加件的下风）的叶片表面上的从层流到湍流的流过渡的开始。优选地，边缘密封物的范围（即，宽度）和任何重叠的范围将由在附加件的纵向边缘处的边缘台阶高度管控。

重叠宽度与台阶高度的比率可以从10:1变化到50:1。对于0.5 mm的示例边缘台阶高度，重叠宽度将为5 mm - 25 mm宽。对于1.5 mm的边缘台阶高度，边缘密封件宽度将为15- 75 mm宽。上文所描述的推荐比率显著大于本领域已知的解决方案所通常使用的比率。边缘密封物的最大可能宽度或范围也可由转子叶片的曲率来确定或限制。

本文中提出的边缘密封物可通过使用这样的密封制剂（密封剂）或粘合剂来实现，即，该密封制剂（密封剂）或粘合剂具有充分低的粘度以使其是足够流动的以流入在施加附加件期间形成的任何间隙和表面空腔中并确保平滑的光洁度。然而，由于粘合剂/密封剂的粘度将决定边缘密封件沿着其外边界的最小高度，因此密封剂材料优选地也被选择为使得保证到叶片表面的平滑过渡。

同时，粘合剂/密封剂的粘度在简单的边缘密封物中以及重叠的边缘密封物中推动台阶。通过在壳边缘上面形成平滑层，重叠的边缘密封物可能够消除台阶。边缘密封材料被选择为使得保证到叶片表面的平滑过渡。

对于大的边缘台阶，可使用填料材料来增强边缘密封件。在本发明的这种优选实施例中，最初沿着附加件的边缘施加填料材料以减小边缘台阶，即形成从附加件边缘向外延伸的紧凑的楔形部或斜面。然后，在填料上施加密封剂材料。填料材料可具有比密封剂材料更高的粘度，以促进填料或底层容易堆积到有限厚度。填料的范围（宽度）优选地小于边缘密封件宽度的宽度，以便确保在表面上存在边缘密封料的均匀层，从而实现在边缘密封件的端部处的平滑边缘（即，到转子叶片表面的平滑过渡）。由填料材料占据的体积可小于边缘密封件的预期体积的一半。

在优选的风力涡轮机转子叶片处，附加零件包括前缘防护盖、后缘面板、涡流发生器面板、板或传感器面板中的任一者。上文列出了其他可能性。

在优选的风力涡轮机转子叶片中，附加零件在其纵向边缘处的厚度是在0.5 mm到1.5 mm的范围内。

有利地，发明性布置和方法通过减少/避免边缘台阶而减少了叶片的表面上的台阶或其他障碍物（例如，由于应用LEP而出现）的空气动力学性能影响。该解决方案还使得能够使用具有较高的边缘厚度的LEP壳或LEP盖。这实现了壳的成本降低的显著机会，因为薄边缘的要求是制造这些壳的成本驱动因素。避免较薄的壳边缘还降低了在施加期间起皱的风险，这进一步促成了不良品成本的降低并改进了空气动力学性能。

上文所描述的边缘密封方法促成了对LEP解决方案的空气动力学性能改进。边缘密封物间接地使得能够使用具有较厚边缘的壳，并促成了壳成本和不良品成本的降低。

用恰当的材料创建重叠光洁度以使到叶片表面的过渡平滑。

附图说明

从结合附图考虑的以下详细描述中，本发明的其他目的和特征将变得明显。然而，将理解的是，附图仅出于图示的目的而设计，并且不是作为一种限定来限制本发明。

图1示出了施加到转子叶片附加件的纵向边缘的发明性边缘密封件的实施例，该转子叶片附加件是面板；

图2示出了将板密封的发明性边缘密封件的进一步实施例；

图3示出了将盖密封的发明性边缘密封件的进一步实施例；

图4示出了包括重叠的边缘密封物的本发明的进一步实施例；

图5示出了包括重叠的边缘密封物以及填料材料的本发明的实施例；

图6示出了齿刮刀；

图7示出了齿刮刀的另一个视图；

图8示出了平滑工具；

图9示出了图8的平滑工具的轮廓；

图10示出了用软工具和硬工具对密封剂进行的平滑和分布；

图11示出了用软工具和硬工具对将精整的附加件的边缘密封的密封剂进行的平滑和分布；

图12示出了对边缘密封件进行的平滑的示例；

图13示出了对边缘密封件进行的最终平滑；

在附图中，相似的数字通篇指代相似的物体。附图中的物体不一定按比例绘制。

具体实施方式

图1示出了施加到附加件3的发明性边缘密封件S的实施例，该附加件可以是LEP盖、壳、TE盖、VG面板、TE面板、传感器面板等中的任一者。附加件3通过粘合剂结合层4附接到转子叶片1的外表面2。出于讨论的目的，可将粘合剂层4视为附加件3的元件。附加件3在其边缘台阶3E处的高度t是附加件3的厚度与粘合剂层4的厚度之和。附加件边缘3E可被假定为沿转子叶片1的纵向方向延伸。该图清楚地示出了在附加件3的边缘3E处的“台阶”形状。使用发明性方法，沿着附加件边缘3E形成边缘密封件S。边缘密封件S在附加件边缘3E处的第一点J1处开始并延伸到第二点J2，借此密封件S的高度t从点J1处的最大值逐渐减小到点J2处的最小值。边缘密封件S的高度t与宽度δ的比率δ:t优选地为至少20:1。在这种情况下，边缘密封件S的体积是边缘密封件S的横截面积（即，（t•δ）/2）乘以密封件S的长度（例如，附加件3的纵向边缘3E的长度）。

图2示出了如图1中所示施加到附加件3的发明性边缘密封件S的实施例，其中，附加件3此处是覆盖有传感器5的传感器面板。

图3示出了如图1中所示施加到附加件3的发明性边缘密封件S的实施例，其中，附加件3此处是盖（例如，LEP盖）。

图2示出了发明性边缘密封件S的进一步实施例。此处，边缘密封件S施加到附加件3的纵向边缘3E，在这种情况下，该附加件例如是绕转子叶片1的前缘安装的LEP盖。在该示例性实施例中，边缘密封件S与附加件3的纵向边缘3E重叠，即，边缘密封件S在点J0处开始并延伸到点J2。因此，边缘密封件S的总宽度δ1是从点J0延伸到点J1的重叠部S₀宽度h和从点J1延伸到点J2的剩余边缘密封件宽度δ。在该实施例中，边缘密封件S的高度从点J0处的最小值逐渐增加到点J1处的最大值，并且从点J1处的最大值逐渐减小到点J2处的最小值。密封件S的最大高度可超过附加件边缘3E的高度高达2.0 mm，这取决于重叠宽度h和/或点J1和点J2之间的边缘密封件宽度δ。该高度基于使用诸如刮刀之类的工具施加的密封剂或粘合剂的受控层厚度。

因此，边缘密封件S的范围δ和重叠范围h取决于边缘台阶3E在接合部J1处的高度t。δ与h关于t的比率可以分别在20:1到100:1（δ）和10:1到50:1（h）之间的任何位置变化。对边缘密封件S和重叠范围进行调整，以便防止/延迟由于边缘台阶3E所致而在转子叶片1的表面上的从层流到湍流的流过渡的开始。所推荐的比率比由本领域中已知的解决方案所通常使用的更长。

通过示例，关于各图（特别是图4），边缘台阶3E的高度t可以在0.5到1.5 mm之间的任何位置，优选地在0.7到1 mm之间的任何位置，这意味着边缘密封件S的最小范围将为至少12 mm，例如在12到70 mm之间，优选地在14到50 mm之间，更优选地在14到40 mm之间，且最优选地在14到20 mm之间。

边缘密封物的范围δ取决于转子叶片1的曲率，该曲率使边缘密封件S的范围达到最大值。

优选的边缘密封件S可使用具有一定粘度的密封剂，以使粘合剂/密封剂是足够流动的，以流入由于施加而形成的间隙和表面裂缝中并确保平滑的光洁度。同时，粘合剂/密封剂4的粘度在简单的边缘密封物S中的接合部J2处以及在重叠的边缘密封件S₀中的J0和J2处推动了台阶。重叠的边缘密封件S₀可能够消除J1处的台阶，从而在壳边缘3E上形成平滑层。密封剂被选择为使得保证到叶片表面2的平滑过渡。

图5示出了发明性边缘密封件S的进一步实施例。类似于图4的边缘密封件S，在这种情况下边缘密封件S在填料材料F（本文中也被称为填料F）上延伸，该填料材料首先沿着纵向的附加件边缘3E施加。填料F可以是快凝粘合剂和/或高粘度粘合剂/密封剂。可以施加填料F以形成楔形部，该楔形部的直边比附加件3的高度更短。在随后的步骤中，在固化或硬化的填料F上施加密封剂材料，使得所得边缘密封件S与附加件3的纵向边缘3E重叠，该边缘密封件在点J0处开始并延伸到点J2。同样在这种情况下，边缘密封件S的总宽度δ是从点J0到点J2测量的。如上文在图2中所描述的，密封件S的高度从点J0处的最小值逐渐增加到点J0处的最大值，并且从点J1处的最大值逐渐减小到点J2处的最小值。也可在其他实施例中使用此处所示的填料F。

因此，对于大的边缘台阶，最初可使用填料F来减小边缘台阶，且随后可以施加边缘密封料。填料材料F可具有比边缘密封件S的材料更高的粘度，以便使得底层能够容易堆积到有限厚度。填料F的范围将小于δ，以便确保在表面上存在边缘密封料的均匀层，以在接合部J2处实现平滑边缘。图3至图5中所示的实施例还可包括面板（例如，VG面板或TE面板（后缘面板））来代替盖。盖可以是例如LEP或TE边缘盖。

图6示出了具有一排齿6a的柔性齿刮刀6。该齿刮刀6用作初步工具6以将密封剂材料铺展在由附加零件3的纵向边缘和所选择的边缘密封件宽度δ界定的区域中。初步工具6优选地具有促进密封剂的初始铺展的柔性和形状。这是通过齿6a实现的。齿距优选地介于1到2 mm之间，并且齿高为约0.2到5 mm。

图7示出了如图6中所示的齿刮刀的另一个视图，该齿刮刀由柔性材料制成并且用于粘合剂整平。

图8示出了呈精加工刮刀7形式的平滑工具7，该精加工刮刀用于对通过初步工具6铺展的密封剂的形状进行精加工。优选地，精加工工具具有比初步工具更低的硬度。

图9示出了图8的平滑工具的轮廓，其指示了在平滑（箭头）期间与密封剂/粘合剂的接触区域7e。

图8和图9示出了优选的刮刀，其具有平行于刮刀的尖端7d（垂直于平滑方向）延伸的若干个凹槽7a。这些凹槽7a的优点是精加工刮刀7沿凹槽7a的方向是刚性的，但在扫过表面时可容易弯曲。为了更好地抓握，优选的精加工刮刀7在其尖端7d的相对端处具有两个翅片7b、7c，其中，在接触区域7e侧处的翅片7c优选地比另一侧处的翅片更薄。

图10示出了用软刮刀/工具7与硬刮刀/工具对密封剂进行的平滑和分布。当使用软精加工刮刀7时，所得边缘密封件S将比用硬工具进行平滑的边缘密封件S_H（虚线）更平坦且更宽（实线）。

图11示出了图10在附加件3的边缘密封件S处的平滑效果。再次，虚线示出了用硬工具产生的边缘密封件S_H，实线示出了用软精加工刮刀7产生的边缘密封件S（针对刮刀，见例如图8）。所示的是叶片表面2和用硬刮刀产生的密封物之间的角度（角度θ_H）、以及叶片表面2和用软精加工刮刀7产生的密封物之间的角度（角度θ_S）。可以容易看出，叶片表面2和用硬刮刀产生的密封物之间的角度θ_H远大于用软精加工刮刀7产生的相应角度θ_S。

从风洞测量中已观测到，叶片表面2和边缘密封件S之间的角度θ（密封物边缘角度）在密封概念的性能中起着至关重要的作用。密封物边缘角度θ越低，密封物的性能越好。

与较硬（更具刚度）的刮刀相比，软刮刀产生较低的密封物边缘角度，因为刮刀能够更加局部地朝向密封物结束且叶片表面开始的点弯曲。因此，对密封物边缘角度θ的影响是刮刀硬度（刚度）的直接作用（direct function）。因此，优选地选择具有适当低硬度的刮刀。

图12和图13示出了附接到转子叶片表面2的附加件3以及用根据本发明的方法对边缘密封件S的形成。可使用如上文所解释的粘合剂4（此处未示出粘合剂）来附接附加件3。液体密封剂LS在叶片1的表面2上被施加在附加件3的边缘台阶3E的区域中。

图12示出了使用初步成形工具6铺展液体密封剂LS并用柔性工具7使密封剂平滑的步骤。图13示出了对密封剂LS的最终平滑。

在施加密封剂LS之前，通过使用平滑的、薄的遮蔽胶带8来界定预期的边缘密封件的区域。一个胶带8可沿着预期的边缘密封件S1的外边缘从边缘台阶3E向外延伸一距离。该距离是边缘台阶高度的至少20倍。胶带8的厚度尽可能小，优选地至多为0.2 mm。边缘密封件S1的另一边界可由边缘台阶3E限定。替代地，如果将在边缘台阶3E上形成重叠，则可将第二胶带8平行于附加件3的纵向边缘施加到附加件3的表面。然后，在这些边界内施加密封剂LS。密封剂LS最初可以例如以来自分配器喷嘴的珠状物的形式或通过喷射粗略地沉积在转子叶片1和附加件3的表面2上。

然后，使用初步成形工具6（例如，柔性的带齿刮刀6）来铺展粗略地施加的密封剂LS。这可以通过在边缘密封件边界之间沿转子叶片表面2的纵向方向引导带齿刮刀6来完成。初步成形工具6的柔性优选地使得它可以沿两个轴向方向弯曲以促进密封剂S的铺展。

在密封剂LS的分布之后（在移除遮蔽胶带8之前），用沿叶片1的纵向方向移动的工具7（优选地为柔性的）使密封剂LS平滑。

在完成此初步步骤（图12）后，移除胶带8（见图13）。然后，通过在铺展的密封剂LS上拖动更柔软的精整工具7（例如，柔性精加工刮刀7），将仍为液体的密封剂LS平滑到其最终形状。用平滑工具7进行的该精加工或平滑步骤用于进一步减小边缘台阶3E和边缘密封件S的外边界之间的边缘密封件S1的“楔形部”的高度。精加工刮刀7优选地由诸如硅树脂之类的材料制成以确保相对低的肖氏A硬度（例如，50±10），使得它可以在密封剂的铺展期间根据需要弯曲以便获得期望的边缘密封件轮廓形状。

通过使用精加工工具7，仍然柔软的液体密封剂LS根据期望成形，例如如图4或图5中所示，以在附加件3的长边缘3E旁边形成重叠部S₀。

尽管已以优选实施例及其变型的形式公开了本发明，但是将理解，在不偏离本发明的范围的情况下，可对其做出许多附加的修改和变型。

为了清楚起见，将理解，在本申请通篇中“一”或“一个”的使用不排除多个，并且“包括”不排除其他步骤或元件。

Claims

1.一种用于从安装在转子叶片（1）的外表面（2）上的附加零件（3）的边缘（3E）创建过渡部的方法，所述方法包括以下步骤：

- 用薄且平滑的遮蔽胶带（8）界定所述转子叶片表面（2）和所述附加零件（3）上的要被密封剂化合物（LS）覆盖的施加区域，

- 将所述密封剂（LS）分配在所述施加区域上，

- 进行所述密封剂（LS）的分布，

- 移除所述遮蔽胶带（8），

- 用柔性工具（7）使密封剂（LS）过渡台阶平滑。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封剂（LS）形成为与所述附加件（3）的所述边缘（3E）重叠。

3. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述密封剂（LS）的所述分布通过使用带齿刮刀（6）来实现，所述带齿刮刀优选地由柔性材料制成、用于在所述密封剂（LS）已被分配到所述施加区域之后将其整平，优选地其中，所述带齿刮刀（6）的齿（6a）具有在1到2mm之间的距离和/或在0.2到5 mm之间的高度。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述柔性工具（7）是第二刮刀，其肖氏A硬度大于30，优选地大于40和/或小于70，优选地小于60。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述柔性工具（7）包括柔性材料，优选地为硅树脂材料，优选地具有适于所述施加的横截面轮廓和防止所述密封材料粘附的低能量表面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述柔性工具（7）包括：尖端（7d），在所述尖端处存在与所述密封剂（LS）的预期的接触区域；以及优选地平行于所述尖端（7d）延伸的若干个凹槽（7a）和/或在所述尖端（7d）的相对端处的若干个翅片（7b、7c）。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述遮蔽胶带（8）具有小于0.2 mm的厚度。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述密封剂（LS）的所述分配通过珠状物或喷雾施加、通过辊施加或使用所谓的“旋流”过程来实现，优选地通过以特别优选地在附加件（3）和叶片表面（2）两者上与过渡部重叠、尤其是与过渡部成25/50或20/50重叠的蛇形线或以在所述附加件（3）和/或所述叶片表面（2）上的直线施加所述密封剂（LS）。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在所述密封剂（LS）的分布之后并且在移除所述遮蔽胶带（8）之前，用沿所述叶片（1）的纵向方向移动的工具、优选地用所述柔性工具（7）使所述密封剂（LS）平滑，其中，所述工具（7）优选地被设计成满足所述叶片（1）的轮廓，尤其是具有与叶片（1）前缘轮廓的曲率相匹配的曲率。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述密封剂（LS）是足够流动的，以流入在施加所述附加件期间形成的间隙和表面裂缝中并确保平滑的光洁度，优选地

- 其中，所述密封剂（LS）具有低于所述叶片表面（2）的表面自由能的表面张力，和/或

- 其中，所述密封剂（LS）对在所述叶片的整个使用寿命内出现在相应表面上的剥离力、尤其是大于2 N/mm的剥离力具有足够的抵抗力，和/或

- 其中，所述密封剂（LS）具有大于4 MPa和/或小于8 MPa的拉伸强度，和/或

- 其中，所述密封剂（LS）具有大于80%和/或小于130%的断裂伸长率，和/或

- 其中，所述密封剂（LS）具有大于8 MPa和/或小于150 MPa的杨氏模量，和/或

- 其中，在所述密封材料的液态以及硬化或交联两种状态下在所述密封材料中，所述密封剂（LS）的固体颗粒、尤其是填料颗粒、填料颗粒的团块、凝胶颗粒的最大尺寸被限制于最大200 μm。

11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，在将所述密封剂（LS）分配在所述施加区域上之前，首先沿着纵向的附加件边缘（3E）施加填料（F），其中，所述填料（F）优选地是快凝粘合剂和/或高粘度粘合剂，并且所述密封剂（LS）施加在所述固化或硬化的填料（F）上。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述密封剂（LS）包括与用于将所述附加件（3）固定在所述转子叶片表面（2）上的粘合剂（4）相同的材料。

13.一种风力涡轮机转子叶片（2），其包括安装到所述转子叶片（1）的外表面（2）的至少一个附加零件（3）、以及用根据权利要求1至12中任一项所述的方法形成的边缘密封件（S）。

14.根据权利要求13所述的风力涡轮机转子叶片，其中，附加零件（3）包括前缘防护盖、后缘面板、涡流发生器面板、扰流板、板或传感器面板中的任一者。

15. 根据权利要求13或权利要求14所述的风力涡轮机转子叶片，其中，所述附加零件（3）在其纵向边缘（3E）处的厚度是在0.5 - 1.5 mm的范围内。