CN102454540A - 用于风力涡轮机转子叶片的降噪装置 - Google Patents

用于风力涡轮机转子叶片的降噪装置 Download PDF

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CN102454540A CN2011103727476A CN201110372747A CN102454540A CN 102454540 A CN102454540 A CN 102454540A CN 2011103727476 A CN2011103727476 A CN 2011103727476A CN 201110372747 A CN201110372747 A CN 201110372747A CN 102454540 A CN102454540 A CN 102454540A
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T·M·范德沃特
J·埃塞
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Abstract

本发明公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片组件。所述转子叶片组件包括转子叶片，该转子叶片具有压力侧、吸力侧、前缘以及后缘，并且在尖端与根部之间延伸，该转子叶片进一步限定有变浆轴线。所述转子叶片组件进一步包括安装于所述转子叶片的降噪装置。所述降噪装置包括：基板，其限定了基线；多个降噪特征，所述多个降噪特征自所述基线延伸；以及多个孔，所述多个孔限定于所述基板中。每个孔都相对于所述多个降噪特征位于所述基线的相对侧上，使得所述孔完全限定于所述基板中。

Description

用于风力涡轮机转子叶片的降噪装置
技术领域
本发明所公开的主题总体涉及风力涡轮机转子叶片，更具体地涉及安装于转子叶片的降噪装置。
背景技术
风力能源被认为是当前可获得的最清洁、最具环境友善性的能源之一，并且风力涡轮机在这方面已不断获得关注。现代的风力涡轮机典型地包括塔架、发电机、变速箱、机舱以及一个或多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获风的动能。转子叶片对转动能量形式的动能进行传递，从而转动主轴，该主轴将转子叶片联接至变速箱，或者如果未使用变速箱，则将转子叶片直接联接至发电机。发电机接着将机械能转化为可以配置于电网的电能。
在许多情况下，多种部件设置于风力涡轮机的转子叶片以便在风力涡轮机的操作过程中执行多种功能。这些部件可以被频繁地设置于转子叶片的后缘附近。例如，降噪装置可以设置至转子叶片的后缘，以便降低噪声并且提高与转子叶片相关的效率。
典型的现有技术领域内的降噪装置可能具有多种缺点，并且可能不足以降低与典型的转子叶片相关的噪声。例如，许多当前已知的降噪装置在安装于转子叶片时具有使降噪装置上的应变(strain)增大的特征。此外，用于将降噪装置安装至转子叶片的连接材料可能会进一步增大这些应变。而且，当前已知的降噪装置缺乏准确而有效的定位降噪装置于转子叶片的特征。
因此，需要一种改进的用于转子叶片的降噪装置。例如，具有改进的降噪特征的降噪装置将会是有利的。此外，需要具有如下特征的降噪装置：用于减小将降噪装置安装至转子叶片时产生的相关应变。而且，迫切需要具有能够准确并且有效地定位降噪装置于转子叶片的特征的降噪装置。
发明内容
本发明的各个方面以及优点将会在下文的说明书中进行部分阐述，或者是通过说明书的描述可以显而易见得到，或者是可以通过实施本发明而学到。
在一个实施例中，公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片组件。转子叶片组件包括转子叶片，该转子叶片具有压力侧、吸力侧、前缘以及后缘，并且在尖端与根部之间延伸，该转子叶片还限定有变浆轴线。转子叶片组件进一步包括安装于转子叶片的降噪装置。降噪装置包括限定了基线的基板、自基线延伸的多个降噪特征以及限定于基板中的多个孔。每个孔都相对于多个降噪特征位于基线的相对侧上，使得所述孔完全限定于基板中。
在另一实施例中，揭示了一种风力涡轮机，包括：多个转子叶片，所述多个转子叶片中的每一个都具有压力侧、吸力侧、前缘以及后缘，并且在尖端和根部之间延伸，所述多个转子叶片中的每一个都进一步限定变浆轴线；以及降噪装置，所述降噪装置安装至所述多个转子叶片中的至少一个，所述降噪装置包括：基板，所述基板限定了基线；多个降噪特征，所述多个降噪特征自所述基线延伸；以及，多个孔，所述多个孔限定于所述基板中，所述多个孔中的每一个孔都相对于所述多个降噪特征位于所述基线的相对侧上，使得所述孔完全限定于所述基板中。
所述多个孔中的每一个孔都进一步定位成使得所述多个孔中的每一个的至少一部分沿所述基线处于相邻的降噪特征之间。
所述多个孔中的每一个孔都具有孔宽度和孔长度，并且所述多个孔中的每一个孔都具有处于大约1.1∶1至大约3∶1之间的范围内的孔宽度与孔长度的比。
所述多个孔中的每一个孔都具有孔宽度并且所述多个降噪特征中的每一个都具有降噪特征宽度，并且所述多个孔中的每一个都具有处于大约1∶2至大约2∶9之间的范围内的孔宽度与降噪特征宽度的比。
所述降噪装置进一步包括限定于所述基板中的多个狭缝，所述多个狭缝中的每一个都沿所述基线位于相邻的降噪特征之间并且在所述基线与所述多个孔中的一个之间延伸。
所述多个狭缝中的每一个都具有狭缝宽度，并且其中，所述多个狭缝中的每一个的所述狭缝宽度都处于大约0.1毫米至5毫米之间的范围内。
所述多个降噪特征是多个锯齿。
参照下文的说明书以及所附权利要求，本发明的这些和其它的特征、方面以及优点将得到更好地理解。结合在本说明书中并且构成本说明书一部分的附图显示了本发明的实施例并且与说明书一起用于对本发明的原理进行解释。
附图说明
本说明书参考附图，针对所属领域一般技术人员，完整且可实现地详细披露了本发明，包括其最佳实施例。其中：
图1是本发明的风力涡轮机一个实施例的透视图；
图2是本发明的转子叶片组件一个实施例的透视图；
图3是本发明的降噪装置一个实施例的俯视图；以及
图4是本发明的降噪装置一个实施例的透视图。
附图标记列表：
  10   风力涡轮机
  12   塔架
  14   机舱
  16   转子叶片
  18   转子轮毂
  22   压力侧
  24   吸力侧
  26   前缘
  28   后缘
  32   叶片尖端
  34   叶片根部
  40   变浆轴线
  100   转子叶片组件
  110   降噪装置
  112   基板
  114   基线
  116   宽度
  118   长度
  120   降噪特征
  122   锯齿
  124   宽度
  125   基部
  127   尖端
  130   孔
  132   孔宽度
  134   孔长度
  140   狭缝
  142   狭缝宽度
  150   降噪装置部段
  152   阳键
  154   阴键
具体实施方式
现在将详细地参照本发明的实施例，其中的一个或更多的实施例示于附图中。每个实施例都是用于以对发明进行解释，并不对本发明构成限制。实际上，在不偏离本发明的范围或者精神的前提下对本发明进行的多种改型和变型，对于本领域内普通技术人员而言是显而易见的。例如，作为一个实施例的部分示出或者描述的特征能够结合另一个实施例，从而产生又一个实施例。因此，本发明应涵盖所有基于所附权利要求书和其等效物的范围内的修改和变化。
图1示出了传统构造的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架12，塔架12上安装有机舱14。多个转子叶片16安装于转子轮毂18，转子轮毂18接着连接于法兰盘，法兰盘使转子主轴转动。风力涡轮机发电部件以及控制部件容纳于机舱14中。图1的视图仅用作解释说明本发明的目的，从而将本发明置于示例性的使用领域。应当理解，本发明并不限于任何特定类型的风力涡轮机构造。
参照图2，根据本发明的转子叶片16可以包括在前缘26与后缘28之间延伸的压力侧22(见图4)和吸力侧24，并且可以自叶片尖端32延伸至叶片根部34。
在一些实施例中，转子叶片16可以包括自叶片尖端32至叶片根部34以端靠端顺序对齐连接的多个单个叶片段。每个单个叶片段都可以进行独特地构造，使得多个叶片段限定了具有经过设计的气动外形、长度以及其它期望特性的完整转子叶片16。例如，每个叶片段具有的气动外形都可以对应于相邻叶片段的气动外形。因此，各个叶片段的气动外形可以形成具有连续气动外形转子叶片16气动外形。备选地，转子叶片16可以形成为具有经过设计的气动外形、长度以及其它期望特性的单一的、统一的叶片。
在示范性实施例中，转子叶片16可以是弯曲的。转子叶片16的弯曲可能需要在大体翼向(flapwise)的方向上和/或在大体边向(edgewise)的方向上对转子叶片16进行弯折。翼向方向可以大体解释为气动升力作用在转子叶片16上的方向(或者相反方向)。边向方向大体垂直于翼向方向。转子叶片16的翼向曲度也被认为是预弯折，而边向曲度也被认为是掠形。因此，弯曲的转子叶片16可以是预弯折的和/或掠形的。弯曲可以使得转子叶片16能够在风力涡轮机10的操作过程中更好地承受翼向和边向的负载，并且还可以在风力涡轮机10的操作过程中提供转子叶片16与塔架12的间隙。
转子叶片16可以进一步限定变浆轴线(pitch axis)40。变浆轴线40大体可以相对于风力涡轮机10的转子轮毂18进行限定。例如，变浆轴线40可以穿过叶片根部34的中心且大体垂直于转子轮毂18以及叶片根部34延伸。转子叶片16的变浆角或叶片浆距，即决定转子叶片16相对于通过风力涡轮机10的气流的透视(perspective)的角度，可以由转子叶片16围绕变浆轴线40的旋转来进行限定。
如图2至图4所示，本发明可以进一步涉及转子叶片组件100。转子叶片组件100可以包括降噪装置110和转子叶片16。总体而言，降噪装置110可以安装于转子叶片16，并且可以降低转子叶片16在风力涡轮机10的操作过程中发出的气动噪声并且/或者可以提高转子叶片16的效率。在本发明示例性的实施例中，降噪装置110可以安装于转子叶片16的后缘28附近。备选地，降噪装置110可以安装于转子叶片16的前缘26附近，或者安装于邻近转子叶片16的尖端32或根部34，或者安装于转子叶片16上任何其它合适的位置而且，尽管在示例性的实施例中，降噪装置110可以安装在转子叶片16的吸力侧24上，但是在备选的实施例中，降噪装置110也可以安装在压力侧22上。
降噪装置110可以包括基板112。基板112大体可以是降噪装置110安装于转子叶片16的那个部分。基板112限定了基线114，基线114可以大体限定基板112的边缘。如将在下文中进行讨论的，基板112具有长度118以及可以自基线114进行限定的宽度116。
降噪装置110可以进一步包括多个降噪特征120。如此处所述并且图2至图4中所示的，在示例性实施例中，降噪特征120是锯齿122。但是，应当理解，降噪特征120并不限于锯齿122。例如，在一些备选的实施例中，降噪特征120可以是硬毛(bristles)。而且，任何合适的降噪特征120都包括在本公开的范围和精神中。
如图2至图4所示，诸如锯齿122的降噪特征120可以自基线114向远离基板112的方向延伸。尽管在示例性实施例中，锯齿122大体成V形，但是在备选实施例中，锯齿122可以是U形，或者可以具有适合于在风力涡轮机10的操作过程中降低转子叶片16发出的噪声并且/或者提高转子叶片16的效率的任何其它的形状或构造。如图所示，每个降噪特征120都可以限定宽度124。对于每个降噪特征120而言，宽度124可以限定于每个降噪特征120的基部125(限定于基线114)。每个降噪特征120都可以自基部125延伸至尖端127。
应当理解，依据降噪装置110的期望降噪特性，根据本发明的降噪特征120可以具有任何合适的特性，例如宽度124、长度、形状或者方位。而且，根据降噪装置110所期望的降噪特性，每个降噪特征120可以具有单独特性，或者多组降噪特征120可以具有相似特性，或者所有的降噪特征120都可以具有相似特性。
而且，如上文所公开的，本发明的降噪装置110可以邻近后缘28进行安装，如图2至图4所示，或者备选地邻近前缘26、尖端32、根部34或者转子叶片16上任何其它合适的位置进行安装。在示例性实施例中，降噪装置110可以定位为使得基线114与例如后缘28或者其它合适的位置对齐。例如，如图2至图4所示，基线114可以与后缘28对齐，使得基板112大体与转子叶片16完全接触，而降噪特征120大体不与转子叶片16接触。但是，在其它实施例中，可以将降噪装置110调整为使得部分基板112不与转子叶片16接触，或者使得部分降噪特征120与转子叶片16接触。
在一些实施例中，降噪装置110可以进一步包括多个孔130。孔130可以限定于基板112中。如图所示，每个孔130都可以相对于降噪特征120位于基线114的相对侧上，使得孔130完全限定于基板112中。例如，本公开的孔130没有任何部分跨过基线114并且在降噪特征120上突出或者限定于降噪特征120中。每个孔130都可以沿基板112的宽度116在任意位置限定于基板112中。例如，在一些实施例中，将孔130定位为使其与基线114分开是有利的。而且，在一些实施例中，可以将孔130定位为使得每个孔130的至少一部分沿基线114处于相邻的降噪特征120之间。
此处所公开的孔130的定位可以有利地减小将降噪装置110安装至转子叶片16上产生的相关应变。例如，孔130可以减小基板112的表面积并且减小基板112沿降噪装置110长度的连续性，从而减小降噪装置110内的应变，并且在使得降噪装置110能够保持适当的刚度以及硬度的同时更容易地弯折。而且，通过完全限定孔130于基板112中而不是部分限定于基板112中或部分限定于降噪特征120中，本发明的降噪装置110可以具有改进的降噪特性。例如，完全限定的孔130使得能够对经过降噪装置110的风流进行控制，从而降低风噪声。
如图所示，在一些示例性实施例中，孔130可以具有椭圆形的形状。在其它的示例性实施例中，孔130可以具有圆角矩形的形状。具有椭圆形或圆角矩形形状的孔130可以进一步改进该降噪装置110的应变特性以及降噪特性。而且，如上所描述的，每个孔130的整个椭圆形或圆角矩形形状都可以相对于降噪特征120在基线114的相对侧上完全限定于基板112中。
根据本发明的每个孔130都具有孔宽度132和孔长度134。而且，根据本发明的孔130还具有为改进降噪装置110的降噪特性而提供的孔宽度132与孔长度134的比。例如，在一些示范性实施例中，孔130可以具有处于大约1.1∶1至大约3∶1之间的范围内的孔宽度132与孔长度134的比。在其它的示范性实施例中，孔130可以具有大约为2∶1的孔宽度132与孔长度134的比。
而且，根据本发明的孔130可以具有为改进降噪装置110的降噪特性而提供的孔宽度132与降噪特征宽度124的比。例如，在一些示范性实施例中，孔130可以具有处于大约1∶2至大约2∶9之间的范围内的孔宽度132与降噪特征宽度124的比。
但是，应当理解，本发明并不限于具有如上文所讨论的特定比例的孔130，相反，具有任何适当比例的任何适当的孔130都包含在本公开的范围和精神中。
在一些实施例中，本公开的降噪装置110可以进一步包括多个狭缝140。每个狭缝140都可以限定于基板112中。而且，每个狭缝140都可以沿基线114位于相邻的降噪特征120之间。如图所示，每个狭缝140都可以在基线114与多个孔130中的一个之间延伸。有利地，根据本公开的狭缝140可以改进降噪装置110的降噪特性。例如，狭缝140使得能够对经过降噪装置110的风流进行控制，从而降低风噪声。而且，狭缝140可以减小与将降噪装置110安装至转子叶片16相关的应变。例如，狭缝140可以减小基板112的表面积并且减小基板112沿降噪装置110长度的连续性，从而减小降噪装置110内的应变并且在使得降噪装置110能够保持适当的刚度以及硬度的同时更容易地弯折。而且，如上所揭露的，狭缝140可以将孔130与基线114分开。
根据本发明的每个狭缝140都具有狭缝宽度142。而且，根据本发明的狭缝140的狭缝宽度142可以具有为改进降噪装置110的降噪特性而提供的尺寸。例如，在一些示范性实施例中，狭缝140的狭缝宽度142可以处于大约0.1毫米至5毫米之间的范围内。在其它的示例性实施例中，狭缝140的狭缝宽度142可以处于大约0.1毫米至3毫米之间的范围内。在又一些其它的示范性实施例中，狭缝140的狭缝宽度142可以处于大约0.5毫米至2毫米之间的范围内。
但是，应当理解，本发明并不限于如上所揭露的特定狭缝宽度142的狭缝140，相反，具有任何合适狭缝宽度142的的任何合适的狭缝140都包含在本公开的范围和精神中。
根据本发明的每个单个的孔130和狭缝140都不必具有与其它的孔130和狭缝140相同的特性。例如，根据降噪装置110所期望的降噪特性，每个单个的孔130和狭缝140都可以具有单一特性，例如宽度132、长度134和/或宽度142，或者多组孔130和狭缝140可以具有相似的特性，或者所有的孔130和狭缝140都可以具有相似的特性。
如图4所示，本发明的降噪装置110可以包括准确并且有效定位降噪装置110于转子叶片16的多种特征。例如，在一些实施例中，降噪装置110可以包括多个降噪装置部段150，如图4所示。每个降噪装置部段150都可以包括基板112的一部分以及多个降噪特征120中的至少一个。而且，在一些实施例中，每个降噪装置部段150都可以包括多个孔130中的至少一个。降噪装置部段150可以并排安装在转子叶片16上，例如邻近后缘28，从而形成降噪装置110。
如图4所示，基板112的宽度116可以沿基板112的长度118或者基板112的任意部分成锥形。例如，宽度116可以沿基板112的长度118朝向叶片尖端32增大，或者可以沿基板112的长度118朝向叶片尖端32减小，或者可以在沿基板112的多个部分增大的同时在基板112的其它部分上减小并且/或者保持恒定。在多个实施例中，降噪装置110包括多个降噪装置部段150。基板112的锥形宽度116可以使降噪装置部段150能够相对于彼此准确并且有效地组装，从而形成降噪装置110。例如，在如图4所示的一些实施例中，为了适当地组装降噪装置部段150，相邻降噪装置部段150的宽度116必须大体匹配。
如图4所示，各个降噪装置部段150可以包括一个或多个阳键152和/或阴键154。如图所示，阳键152和/或阴键154可以构造为与相邻降噪装置部段150的阴键154和/或阳键152配合。阳键152和阴键154可以具有任何合适的形状和尺寸。例如，如图4所示，阳键152和阴键154可以是圆形或椭圆形、三角形、正方形或者矩形，或者任何其他合适的形状。在一些实施例中，用于配合相邻降噪装置部段150的阳键152和阴键154的形状和尺寸可以在各个降噪装置部段之间进行改变，如图4所示。因此，为了适当地组装降噪装置部段150，相邻降噪装置部段150的阳键152和阴键154必须大体匹配。
该专利说明书使用了各种实例来揭示本发明，包括最佳模式，以使所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装置或系统，或者实施涵盖本发明的任何方法。本发明的可专利性范围由权利要求书界定，同时包括所属领域的一般技术人员能够得到的其他实例。如果其他此类实例的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或如果此类实例的等效结构要素与权利要求书的字面意义无显著差别，则此类实例也属于本发明权利要求书的范围。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机(10)的转子叶片组件(100)，包括：
转子叶片(16)，所述转子叶片具有压力侧(22)、吸力侧(24)、前缘(26)以及后缘(28)，并且在尖端(32)与根部(34)之间延伸，所述转子叶片(10)进一步限定变浆轴线(40)；以及，
安装至所述转子叶片(10)的降噪装置(110)，所述降噪装置(110)包括：
基板(112)，所述基板限定了基线(114)；
多个降噪特征(120)，所述多个降噪特征(120)自所述基线(114)延伸；以及
多个孔(130)，所述多个孔(130)限定于所述基板(112)中，所述多个孔(130)中的每一个孔都相对于所述多个降噪特征(120)位于所述基线(114)的相对侧上，使得所述孔(130)完全限定于所述基板(112)中。
2.根据权利要求1所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都进一步定位成使得所述多个孔(130)中的每一个孔的至少一部分沿所述基线(114)处于相邻的降噪特征(120)之间。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有椭圆形形状。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有孔宽度(132)和孔长度(134)，并且，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有处于大约1.1∶1至大约3∶1之间的范围内的孔宽度(132)与孔长度(134)的比。
5.根据权利要求4所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有大约为2∶1的孔宽度(132)与孔长度(134)的比。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有孔宽度(132)并且所述多个降噪特征(120)中的每一个都具有降噪特征宽度(124)，并且，所述多个孔(130)中的每一个孔都具有处于大约1∶2至大约2∶9之间的范围内的孔宽度(132)与降噪特征宽度(124)的比。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述降噪装置(110)进一步包括限定于所述基板(112)中的多个狭缝(140)，所述多个狭缝(140)中的每一个都沿所述基线(114)位于相邻的降噪特征(120)之间并且在所述基线(114)与所述多个孔(130)中的一个之间延伸。
8.根据权利要求7所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个狭缝(140)中的每一个都具有狭缝宽度(142)，并且，所述多个狭缝(140)中的每一个的所述狭缝宽度(142)都处于大约0.1毫米至5毫米之间的范围内。
9.根据权利要求8所述转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个狭缝(140)中的每一个的所述狭缝宽度(142)都处于大约0.1毫米至3毫米之间的范围内。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述基板(112)具有宽度(116)和长度(118)，并且，所述宽度(116)在所述长度(118)的至少一部分上成锥形。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述降噪装置(110)包括多个降噪装置部段(150)，所述降噪装置部段(150)中的每一个都包括所述基板(112)的一部分、所述多个降噪特征(120)中的至少一个以及所述多个孔(130)中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个降噪装置部段(150)中的每一个都包括阳键(152)或阴键(154)中的至少一个，所述阳键(152)或阴键(154)构造为与相邻的降噪装置部段(150)的配合阴键(154)或阳键(152)相配合。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的转子叶片组件(100)，其特征在于，所述多个降噪特征(120)是多个锯齿(122)。
14.一种风力涡轮机(10)，包括：
多个转子叶片(16)，所述多个转子叶片(16)中的每一个都具有压力侧(22)、吸力侧(24)、前缘(26)以及后缘(28)，并且在尖端(32)和根部(34)之间延伸，所述多个转子叶片(16)中的每一个都进一步限定变浆轴线(40)；以及
降噪装置(110)，所述降噪装置安装至所述多个转子叶片(16)中的至少一个，所述降噪装置(110)包括：
基板(112)，所述基板限定了基线(114)；
多个降噪特征(120)，所述多个降噪特征(120)自所述基线(114)延伸；以及
多个孔(130)，所述多个孔(130)限定于所述基板(112)中，所述多个孔(130)中的每一个孔都相对于所述多个降噪特征(120)位于所述基线(114)的相对侧上，使得所述孔(130)完全限定于所述基板(112)中。
15.根据权利要求14所述的风力涡轮机(10)，其特征在于，所述多个孔(130)中的每一个孔都进一步定位成使得所述多个孔(130)中的每一个孔的至少一部分沿所述基线(114)处于相邻的降噪特征(120)之间。
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