CN104791199A - 叶片尾缘附件及风力发电机组叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种叶片尾缘附件及风力发电机组叶片，叶片尾缘附件包括：多个锯齿单元，锯齿单元固定安装在叶片的尾缘上，锯齿单元包括多个锯齿，多个锯齿在远离叶片的方向收缩排布，使锯齿单元向远离叶片的方向逐渐变窄。通过采用锯齿单元包括多个锯齿使得本发明具有：设计合理、结构简单、制作方便，能够从声源和传播途径两方面对噪声进行控制，从而提高了降噪效果的优点。

Description

叶片尾缘附件及风力发电机组叶片

技术领域

本发明涉及风力发电机技术领域，特别涉及一种叶片尾缘附件及风力发电机组叶片。

背景技术

风力发电机组是将风的动能转化成机械能的装置，风能以其洁净和可再生的特点在近些年得到了长足的发展。随着风电行业的快速发展，风力发电机组叶片的长度越来越长，辐射噪声也随之增大。对于大型风电机组而言，叶片的气动噪声是主要的噪声源，尤其是流经叶片表面的湍流与尾缘相互作用引起的“湍流边界层尾缘噪声”。

NLR(荷兰航空航天国家实验室)对大型风力发电机组噪声源定位的研究结果显示，叶片靠近叶尖的位置(展向80-95％非纯叶尖)辐射噪声最大，并且频率越大的噪声源距离叶尖越近。

现有技术中提出了一种降低靠近叶尖位置辐射噪声的方案，如图1所示，叶片的降噪结构中在叶片1展向的不同位置使用了大小和形状相同(或稍有不同)的锯齿，即图1中所示的现有技术中的三角齿2，研究结果表明，这种技术方案只能降低某一频段的噪声但是降幅十分有限，甚至增大另一频段的噪声，降噪效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够有效降低风力发电机组叶片气动噪声的叶片尾缘附件及风力发电机组叶片。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种叶片尾缘附件，所述叶片尾缘附件包括：多个锯齿单元，所述锯齿单元固定安装在叶片的尾缘上，所述锯齿单元包括多个锯齿，多个所述锯齿在远离叶片的方向收缩排布，使所述锯齿单元向远离叶片的方向逐渐变窄。

较优地，所述锯齿单元包括底边和两个互不平行的基准边，两个所述基准边的延长线相交，并与所述锯齿单元的底边共同形成虚拟三角形，多个所述锯齿均排布在虚拟三角形的范围内。

较优地，的高度和宽度均为所述锯齿单元所在叶片部位的平均弦长的10％至15％。

较优地，所述锯齿单元中所述锯齿的数量大于3个。

较优地，所述锯齿的顶角小于30°。

较优地，所述锯齿的顶角通过圆弧过渡。

较优地，所述锯齿的边长与所述锯齿单元的宽度比值范围为0.4至0.5。

较优地，所述锯齿单元的整体轮廓为等边三角形，两个等边位置的所述锯齿相互对称。

较优地，所述锯齿单元中至少一个所述锯齿的顶角与其他所述锯齿的顶角的角度不相同。

较优地，所述锯齿单元中至少一个所述锯齿的边长与其他所述锯齿的边长不相同。

较优地，所述锯齿单元采用切割的方式制作成型。

一种风力发电机组叶片，所述风力发电机组叶片的尾缘上固定连接有以上任意技术特征的叶片尾缘附件。

较优地，所述叶片尾缘附件安装在所述风力发电机组叶片尖端，并且长度为叶片总长度的25％至35％。

较优地，所述叶片尾缘附件通过粘贴的方式固定连接在所述风力发电机组叶片的尾缘上。

较优地，所述风力发电机组叶片的尾缘设置有卡槽，所述叶片尾缘附件卡接在所述卡槽内。

较优地，所述风力发电机组叶片和所述叶片尾缘附件一体制作成型。

本发明的叶片尾缘附件以及风力发电机组叶片，采用了包括多个锯齿的锯齿单元的结构，使得流经叶片表面的湍流形成多个反向涡对并相互抵消，从而能够在传播途径上对噪声进行有效地控制，从而提高了降噪效果。

附图说明

图1为现有技术的叶片降噪结构示意图；

图2为实施例一中叶片尾缘附件的锯齿单元的结构示意图；

图3为本发明的叶片尾缘附件中锯齿单元与现有技术中锯齿对比示意图；

图4为图1中的锯齿单元中的锯齿边长互不相等示意图；

图5为图1中的锯齿单元中的锯齿角度互不相等示意图；

图6为实施例二中的风力发电机组叶片的结构示意图。

其中：1-叶片；2-现有技术中的三角齿；3-锯齿单元；4-锯齿；5-底边；6-基准边；7-虚拟三角形；8-叶片尾缘附件；9-迹线；W-锯齿单元的宽度；h-锯齿单元的高度；α-锯齿的顶角；L-锯齿的边长；O-迹线在锯齿单元上的终点；O＇-迹线在现有技术中三角齿上的终点；E-湍流形成的位置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明的叶片尾缘附件及风力发电机组叶片进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例一

如图2所示，一种叶片尾缘附件，叶片尾缘附件包括：多个锯齿单元3，锯齿单元3固定安装在叶片的尾缘上，锯齿单元3包括多个锯齿4，多个锯齿4在远离叶片的方向收缩排布，使锯齿单元3向远离叶片的方向逐渐变窄。其中，多个锯齿4在远离叶片的方向收缩排布是指如图2中所示，多个锯齿由下至上排布，并且使锯齿单元3自下而上宽度逐渐减小，使得锯齿单元3的整体轮廓近似于三角形或梯形形状，换个角度说，从较远的距离来看，就是在大的三角形或梯形的锯齿单元3的两个斜边上设置很多小的锯齿4。

当气流吹向叶片时气流和叶片相互作用，形成沿叶片表面流动的湍流，湍流在尾缘发生声散射，形成有效声源，并且湍流的强度越大噪声越大。流经叶片表面的湍流在经过锯齿4形成反向旋转的涡对，从而降低湍流的强度，由于与现有技术中的三角齿2相对比，在宽度相等的条件下，锯齿单元3包括多个锯齿4，使湍流能够在锯齿单元3的范围内形成多个反向旋转的涡对，多个反向旋转的涡对的相互抵消作用，能够使湍流的强度大大降低，从而提高了降噪效果，并且实验证明，这种降噪效果的产生可以适用于任何频段的噪声。

进一步地，如图3所示，锯齿单元3包括底边5和两个互不平行的基准边6，两个基准边6的延长线相交，并与锯齿单元3的底边5共同形成虚拟三角形7，多个锯齿4均排布在虚拟三角形7的范围内。这样能够缩短湍流在叶片表面流经的距离，从而在声源上对噪声进行了控制，提高了降噪效果。

现结合图3对该技术方案的降噪原理进行说明：

叶片表面的湍流与尾缘相互作用形成湍流边界层尾缘噪声，NASA(美国国家航空航天局)实验表明，湍流边界层越厚，湍流边界层尾缘噪声越大而形成于叶片表明的湍流，所流经距离越长，则湍流边界层越厚。与现有技术中的三角齿2相对比，如图3所示，虚拟三角形7相当于现有技术的锯齿2，虚拟三角形7的底部宽度与锯齿单元3相同，基本轮廓也与锯齿单元3近似，但在整体高度上锯齿单元3要比现有技术中的三角齿2短。湍流流经叶片时，可以将湍流看作是由无数条理想化的迹线组成的，以其中一条迹线9为例，迹线9以湍流形成的位置E为起点向锯齿单元3的边界延展，其与锯齿单元3边界的交点O为迹线9在锯齿单元3上的运动终点，即湍流在叶片及锯齿表面的运动终点。在现有技术中,迹线的延展原理与在锯齿单元中的延展原理相同，迹线9与虚拟三角形7边界的交点O＇(等同于迹线9与技术中的三角齿2边界的交点)为迹线9在技术中的锯齿2上的运动终点，即湍流在叶片及三角齿表面的运动终点，将无数条迹线在本实施例中的运动终点与湍流形成的位置E之间的距离的平均值定义为第一距离，将无数条迹线在现有技术中的运动终点与湍流形成的位置E之间的距离的平均值定义为第二距离，由于多个锯齿4均排布在虚拟三角形7的范围内，因此，现有技术中迹线的运动终点O＇要比本实施例中迹线的运动终点O的位置更远离湍流形成的位置E，以此类推，可得出结论第一距离小于第二距离。

这就说明与现有技术相比本实施例中的叶片尾缘附件能够使湍流在叶片表面流经的距离变得更短，从而能够在声源上对噪声进行控制，提高了降噪效果。

具体地，锯齿单元3可采用线切割机床或数控机床切割制作成型，在制作过程中，锯齿4的边长L与锯齿单元3的宽度W的比值范围为0.4至0.5。其中，的高度h和宽度W均为锯齿单元3所在叶片部位的平均弦长的10％至15％，这样随着叶片向叶尖展向(即叶片的长度方向)的弦长变化，锯齿单元1的高度h和宽度W也随之变化。

叶片尾缘附件可由常见的如铝、塑料和/或玻璃纤维、碳纤维等其他材料制成。

较优地，锯齿单元3中锯齿4的数量大于3个，在可制作的工艺范围内数量越多越好，锯齿4的数量越多，湍流形成的反向涡流对就越多，强度就会因数量的增多而减小，有利于提高降噪效果。

锯齿4的顶角α小于30°，在可制作的工艺范围内锯齿4的顶角α的角度越小越好。锯齿4的顶角α的角度越小，湍流相成的反向涡流对的距离就越近，相互之间的抵消作用就会越强，有利于提高降噪效果。锯齿4的顶角α并不限于尖角，可采用通过圆弧过渡。

其中，锯齿单元3的轮廓可以为等边三角形，并且两个等边位置的锯齿4相互对称。这样便于锯齿单元3的加工制作。

作为一种可实施方式，如图5所示，锯齿单元3中至少一个锯齿4的顶角α与其他锯齿4的顶角α的角度不相同，如图4所示，锯齿单元3中至少一个锯齿4的边长L与其他锯齿4的边长L不相同。这样锯齿单元3是由多个顶角α和边长L互不相同的锯齿4混搭组成，实验表明这种混搭的方式可以在同一展向位置的较宽频段范围内降低辐射噪声。

实施例二

如图6所示，一种风力发电机组叶片1，风力发电机组叶片1的尾缘上固定连接有实时例一中所描述的叶片尾缘附件8，叶片尾缘附件安装在风力发电机组叶片3的尖端，并且长度为总长度的25％至35％的位置，优选为30％。

具体地，叶片尾缘附件8通过粘贴的方式固定连接在风力发电机组叶片1的尾缘上。这样便于将叶片尾缘附件8安装到风力发电机组叶片1的尾缘上。

作为一种可实施方式，风力发电机组叶片1的尾缘设置有卡槽(图未示出)，叶片尾缘附件8卡接在卡槽内。这样能够使叶片尾缘附件8与叶片之间的连接更加牢固可靠。

作为一种可实施方式，风力发电机组叶片1和叶片尾缘附件8一体制作成型。

以上实施例使本发明具有：设计合理、结构简单、制作方便，能够从声源和传播途径两方面对噪声进行控制，从而提高了降噪效果的优点。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (16)

1.一种叶片尾缘附件，其特征在于：

所述叶片尾缘附件包括：多个锯齿单元(3)，所述锯齿单元(3)固定安装在叶片的尾缘上，所述锯齿单元(3)包括多个锯齿(4)，多个所述锯齿(4)在远离叶片的方向收缩排布，使所述锯齿单元(3)向远离叶片的方向逐渐变窄。

2.根据权利要求1所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)包括底边(5)和两个互不平行的基准边(6)，两个所述基准边(6)的延长线相交，并与所述锯齿单元(3)的底边(5)共同形成虚拟三角形(7)，多个所述锯齿(4)均排布在虚拟三角形(7)的范围内。

3.根据权利要求2所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

的高度h和宽度W均为所述锯齿单元(3)所在叶片部位的平均弦长的10％至15％。

4.根据权利要求2所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)中所述锯齿(4)的数量大于3个。

5.根据权利要求2所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿(4)的顶角(α)小于30°。

6.根据权利要求2所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿(4)的顶角(α)通过圆弧过渡。

7.根据权利要求2所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿(4)的边长L与所述锯齿单元(3)的宽度W比值范围为0.4至0.5。

8.根据权利要求1至7任意一项所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)的整体轮廓为等边三角形，两个等边位置的所述锯齿(4)相互对称。

9.根据权利要求1至7任意一项所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)中至少一个所述锯齿(4)的顶角α与其他所述锯齿(4)的顶角α的角度不相同。

10.根据权利要求1至7任意一项所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)中至少一个所述锯齿(4)的边长L与其他所述锯齿(4)的边长L不相同。

11.根据权利要求1至7任意一项所述的叶片尾缘附件，其特征在于：

所述锯齿单元(3)采用切割的方式制作成型。

12.一种风力发电机组叶片，其特征在于：

所述风力发电机组叶片(1)的尾缘上固定连接有如权利要求书1至11任意一项所述的叶片尾缘附件(8)。

13.根据权利要求12所述的风力发电机组叶片，其特征在于：

所述叶片尾缘附件(8)安装在所述风力发电机组叶片(1)尖端，并且长度为叶片总长度的25％至35％。

14.根据权利要求12所述的风力发电机组叶片，其特征在于：

所述叶片尾缘附件(8)通过粘贴的方式固定连接在所述风力发电机组叶片(1)的尾缘上。

15.根据权利要求12所述的风力发电机组叶片，其特征在于：

所述风力发电机组叶片(1)的尾缘设置有卡槽，所述叶片尾缘附件(8)卡接在所述卡槽内。

16.根据权利要求12所述的风力发电机组叶片，其特征在于：

所述风力发电机组叶片(1)和所述叶片尾缘附件(8)一体制作成型。