CN104179642A - 用于减少噪音的翼片后缘设备 - Google Patents
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Abstract
脊(28)沿着翼片(20)的后缘(22)安装或限定,以用于减少噪音。所述脊的侧部(32、34)从所述后缘的相应吸入和压力侧部(46,48)会聚到所述脊的尖点尾部的顶峰(30)。所述脊的所述侧部可以是内凹的。所述脊可以是中空的(42),或具有吸声材料的芯体(43)。所述脊的侧部可以穿孔(44A、44B)以用于越过所述脊均衡压力。所述脊可以覆盖有刚毛(56)或者由不同长度的刚毛(56A、56B)的末端(58)限定。所述脊的顶峰和/或所述脊的和/或所述后缘(46、48)的至少一个角部(64、66)可以是锯齿状的。
Description
技术领域
本发明涉及翼片上的噪音减少装置,并且尤其涉及用于在具有厚后缘的风力涡轮机叶片上减少噪音的装置。
背景技术
具有厚(或钝)后缘的翼片(airfoil)可用在风力涡轮机叶片上以提高空气动力学性能和结构性能。然而,与薄后缘相比,厚后缘遭受越过所述后缘的更大的空气动力学压力梯度。这导致在翼片下游产生冯·卡门(von-Karman)涡街,引起不期望的声学噪声。
附图说明
在以下的描述中结合附图对本发明进行解释,所述附图示出了:
图1是具有厚后缘的现有技术翼片的后部部分,如所示,其在滑流中产生冯·卡门涡旋脱落。
图2是根据本发明实施例的具有噪音减少脊附件的翼片后缘的局部剖视图。
图3示出了具有中空中心和侧部穿孔的的实施例。
图4示出了如图3所示的具有吸声材料芯体、渐进式穿孔以及锯齿状顶峰的实施例。
图5示出了具有锯齿状脊的实施例,所述锯齿状脊限定平行的较小脊。
图6示出了具有附连到脊的刚毛或毛刷的实施例。
图7示出了具有不同长度的、限定脊的刚毛或毛刷的实施例。
图8示出了具有在脊附件的吸入侧部角部中的锯齿的实施例。
图9示出了具有横跨翼片后缘的吸入侧部角部和脊附件的吸入侧部角部的锯齿的实施例。
图10示出了具有在翼片后缘的吸入侧部角部中的锯齿的实施例。
具体实施方式
图1 示出了在流体流26中产生冯·卡门(von-Karman)涡旋脱落或“涡街”24的具有厚后缘22的现有技术翼片20的尾部部分。这种滑流振动在某些情况下增加了阻力和噪音。在本文中,“厚后缘”是指钝的或直角的而非尖锐的后缘,以致其在没有本文中所述设备的可能操作条件下产生冯·卡门(von-Karman)涡街。
图2示出了具有厚后缘22的翼片20的尾部部分,其上安装或限定有沿着后缘的脊28的形式的噪音减少装置27A,脊的顶峰30在尾部延伸。顶峰30可以例如在翼片的中弧线40或弦线的延伸方向上延伸。在一些实施例中,该脊形成两个静止涡旋42而非所述涡街(24,图1),从而消除了涡街的噪音和阻力。
脊28的每个侧部32、 34可以横跨在直角形后缘22的相应角部46、48与脊28的顶峰30之间。在此,“角部”在该背景中是指如剖视图中所见的角部。每个侧部32、 34可以相对于翼片的相应吸入侧部和压力侧部36、38的延伸范围而形成至少20度的向内角度A、B,或特别地大于30度。所述侧部可如图所示为内凹的。与将由平的分隔板产生的静止涡旋相比,这种脊通过为每个静止涡旋42提供紧凑的、具有平滑设计外形的嵌套而减小了静止涡旋42的尺寸。这导致更平滑且更紧凑的滑流,从而产生更小的阻力和噪音。该噪音减少装置27A可由与翼片材料兼容的材料制成,例如碳纤维/聚合物组合物或玻璃纤维/聚合物组合物,但不局限于这些材料。可选地,所述装置27A可以由比翼片更柔软的材料制成,例如尼龙、聚酯或橡胶,其可以变形以减轻负载。
如果所述后缘是钝的,不具有尖锐的角部46、48,那么脊28可被限定为包括从后缘22的相应吸入侧部和压力侧部会聚到顶峰30的两个壁32、34,例如以至少20或30度的向内角度A、 B。
图3示出了具有在两侧部32、34中的中空内部42和穿孔44A的噪音减少装置27B的实施例。可选地,穿孔可以仅形成在侧部32、34的一个上。当穿孔形成在两侧部32、34上时,其提供越过脊28的计量压力均衡。为此,如图2所示的实心脊的实施例还可以包括从侧部32穿过脊到达侧部34的孔。
图4示出了与27B相似的噪音减少装置27C的实施例,其具有进一步的强度。穿孔44B可以具有两个不同的直径,这逐步提供在脊的侧部之间的计量压力均衡。脊的顶峰30可以是锯齿状的50。所述锯齿改变了发出自后缘的压力波结构的连贯性,这通过大气削弱了波,从而减少了噪音。中空的内部(42,图4)可以填充有吸声材料的芯体43,例如通过穿孔44B允许减震压力均衡的透气性毛毡或开孔型泡沫,或者其它已知的吸声材料。选择地,穿孔44B可以部分地或全部地延伸通过声学填充物43。
图5示出了装置27D的实施例,其中脊28的每个侧部32、34为锯齿状以便形成一系列副脊或扰流器52、54,所述副脊或扰流器52、54的横截面可以为三角形。扰流器中每个的后缘可以平行于脊的顶峰30,并且可以具有与翼片的压力侧部和吸入侧部36、38中较近的一个对齐、或与翼片20的中弧线或弦线对齐的外表面53、55。脊28可以是实心的、中空的、或填充有吸声材料,和/或可以具有通过一个或两个侧部的穿孔44。扰流器52、54有利于形成产生易于被大气削弱的高频声音噪音的较小流动结构,并且还改变了噪音的发射方向,从而分散了噪音源。
图6示出了在脊28的两侧部具有刚毛56的装置27E的实施例。所述刚毛可以以中弧线40或弦线,或以翼片的最近压力或吸入侧部36、38定向。刚毛用作声音和涡旋脱落减震器。刚毛还有利于形成小的流动结构,并通过增加噪音能够传播的可能方向而分散噪音信号。
图7示出了具有两份不同长度的多个刚毛56A,56B的装置27F的实施例,其中末端58被布置成限定脊28的侧部32、34。分隔板60可以设置在第一和第二多个刚毛之间,在这种情况下,分隔板的远端限定脊28的顶峰30。所述分隔板可以是柔性的和/或穿孔的。
图8示出了具有在脊28的吸入侧部32的角部64中和/或在脊28的压力侧部34的角部66中的锯齿62的装置27G的实施例。与在未改进的涡旋脱落中相比,所述锯齿有利于形成具有更高频率的涡流。该更高频率在大气中较快地削弱。
图9示出了具有锯齿62A、62B的装置27G的实施例,所述锯齿62A、62B穿过后缘的一个或两个角部46、48,并且穿过脊28的相应的相邻附连角部64、66。这些锯齿可以在脊28附连到后缘之后磨削在后缘的吸入侧部角部46和/或压力侧部角部46中。与在未改进的涡旋脱落中相比,所述锯齿有利于形成具有更高频率的涡流。
本发明中的脊28可以与翼片20分开地制造,并通过粘结剂或紧固件例如螺钉附连到所述翼片20上。通过分开地制造,脊可以使用不同于翼片的专用于减少噪音的材料,例如柔性材料和吸声芯体材料。本发明允许位置具体后缘附件。例如,高湍流位置可以使用软的-从动的后缘附件。可选地,脊28可以随同叶片一起铸造,只要其能够承受铸造期间所经历的温度。
另一益处在于:具有厚后缘的风力涡轮机叶片可以在不对后缘造成损坏的情况下运输,因为脊能够现场附连到叶片上。可选地,在一些实施例中,脊可以例如通过将后缘磨削在脊的几何形状中(如本文所述并示出的)而与翼片一体地形成。如果脊是一体形成的,本文所讨论的后缘被限定为在角部46、48之间的吸入侧部和压力侧部之间延伸的假想平面。
图10示出了具有角部46的厚后缘22,所述角部46使用锯齿62A而改进,其提供的益处与为图8和9所描述的锯齿相似。这种锯齿可以形成在压力侧部和吸入侧部的一个或两个上,并且其可以在整个翼片之上具有均匀的尺寸和形状,或者其可以在一个或两个侧部上具有不同的尺寸和/或形状,并且可以在两侧部之间协作地形成和定位以提供期望的噪音减少效果。
在风力涡轮机叶片上的厚后缘的益处可以包括:
-对于一些制造方法而言,较厚的后缘可以比薄后缘产生更好的抗屈曲强度。这对于扫掠片可能变得日益相关。
-厚后缘允许设计者调整叶片的抗扭刚度。降低抗扭刚度允许更可扭曲的叶片,而不会牺牲翼面(flap)刚度,控制末端偏转和避免塔体撞击需要所述翼面刚度。
-厚后缘允许更大的自由度以增加或移除边沿(edgewise)刚度,从而防止动态结构/动态结构空气动力学的非稳定性(例如,不稳定的涡流模式)。厚度对于大量的预偏转翼面(其呈现出运输和制造问题)是可选择项。
-薄后缘在运输期间易于被紧的条带或其它物体损坏。损坏的后缘可能被修复成如下方式,该方式由于磨削粗糙度或非精确形状而产生附加的空气动力学噪音。
-缓和极限负载。厚后缘在极端条件下展现较低的翼面负载。
尽管在本文中描述了本发明的各种实施例,但是将显而易见的是,这些实施例仅通过示例的方式提供。在不偏离本发明的情况下,可以在本文中做出各种变动、改变和替换。因此,意图在于本发明仅由所附权利要求的精神和范围所限制。
Claims (20)
1. 一种用于减少噪声的翼片后缘设备,包括:
沿翼片后缘的脊;
其中,所述脊包括第一和第二侧部,所述第一和第二侧部从所述后缘的相应的吸入侧部和压力侧部会聚到所述脊的尾部尖点顶峰。
2. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊的第一侧部横跨在所述顶峰和所述后缘的吸入侧部角部之间,并且所述脊的第二侧部横跨在所述顶峰和所述后缘的压力侧部角部之间。
3. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊的所述侧部是内凹的。
4. 如权利要求3所述的翼片后缘设备,其中,所述脊的顶峰是锯齿状的。
5. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊是中空的。
6. 如权利要求5所述的翼片后缘设备,其中,所述脊的至少一个侧部是穿孔的。
7. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊穿设有多个孔,所述多个孔具有至少两种不同的直径。
8. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊包括吸声材料的芯体。
9. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊包括透气性吸声材料的芯体,并且所述脊的两个侧部都穿设有孔,所述孔通过所述透气性芯体在所述脊的两个侧部之间提供压力均衡。
10. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊的所述侧部中的至少一个包括副脊形式的扰流器。
11. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,在所述脊的第一和第二侧部上的扰流器均包括外表面,所述外表面与压力侧部或吸入侧部中更近的一个对齐,或者与所述翼片的中弧线或弦线对齐。
12. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,还包括附连到所述脊的至少一个侧部的多个刚毛。
13. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,还包括提供刚毛末端的不同长度的第一和第二多个刚毛,所述刚毛末端设置成分别限定所述脊的所述第一和第二侧部。
14. 如权利要求13所述的翼片后缘设备,还包括在所述第一与第二多个刚毛之间的分隔板,其中,所述分隔板与所述翼片的中弧线或弦线对齐,并且所述分隔板的远端限定所述脊的顶峰。
15. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述后缘还包括吸入侧部角部,压力侧部角部,以及多个锯齿,所述多个锯齿沿着所述后缘的所述角部中的至少一个,所述锯齿横跨所述脊的相应附加角部。
16. 如权利要求1所述的翼片后缘设备,其中,所述脊包括吸入侧部角部和压力侧部角部,以及多个锯齿,所述多个锯齿沿着所述脊的所述角部中的至少一个。
17. 一种翼片后缘噪音减少设备,包括:
沿着翼片后缘的脊;
其中,所述脊包括第一和第二侧部,所述第一和第二侧部在相对于所述翼片的压力侧部或吸入侧部的相应延伸范围成至少20度的相应向内角度下从所述后缘的相应吸入侧部和压力侧部会聚,其中,所述侧部会聚到尾部尖点顶峰。
18. 如权利要求17所述的翼片后缘,其中,所述脊分开地形成并且在所述后缘处附连到所述翼片。
19. 如权利要求18所述的翼片后缘,其中,所述脊与所述翼片一体形成。
20. 成形用于减少噪音的翼片后缘,包括:
所述后缘的吸入侧部角部和压力侧部角部;以及
多个锯齿,其沿着所述后缘的所述角部中的至少一个。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141203 |
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |