CN109458310A - 叶片以及包括该叶片的风力发电机组 - Google Patents

叶片以及包括该叶片的风力发电机组 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种叶片以及包括该叶片的风力发电机组，所述叶片包括吸力面和压力面，所述叶片还包括设置在所述叶片的后缘上的降噪构件，所述降噪构件包括连接部以及设置在所述连接部上的第一毛刷/梳子和/或第二毛刷/梳子，所述连接部设置在所述后缘上，所述第一毛刷/梳子相对于所述吸力面成45°～135°的角度，所述第二毛刷/梳子相对于所述压力面成45°～135°的角度。根据本发明的实施例的叶片，能够避免由于与叶片表面产生台阶而造成分离噪声的问题，并且能够直接打碎脱离的大尺度涡，从而有效地实现降噪功能。

Description

叶片以及包括该叶片的风力发电机组
技术领域
本发明涉及风力发电领域，特别涉及一种具有降噪构件的叶片以及包括该叶片的风力发电机组。
背景技术
随着风电行业的快速发展,叶片的长度越来越长，辐射噪声也随之增大。而叶片的主要噪声是由于来流风和叶片的相互作用所引起的气动噪声。
目前使用的降噪技术主要有两种：第一种是在叶片的后缘附近粘贴锯齿后缘，第二种降噪技术是在叶片后缘附近粘贴毛刷/齿梳。使用这种技术的原理在于：气动噪声的噪声源位于叶片的后缘附近的叶片表面上，通过在叶片表面粘贴锯齿后缘，可改变叶片表面的非定常压力脉动，从而降低噪声。
然而，实际的叶片后缘厚度不是常数，会随着叶片的长度方向的不同位置而变化，在叶片的两个表面粘贴锯齿后缘或毛刷/齿梳结构时，由于叶片后缘厚度的变化，不可避免地与叶片表面产生台阶，而台阶会造成局部的流动分离，产生分离噪声，从而影响降噪效果。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种叶片以及包括该叶片的风力发电机组，该叶片能够实现更好的降噪效果，并且不会产生由于叶片后缘厚度变化影响降噪效果的问题。
根据本发明的一方面，提供一种叶片，所述叶片可包括吸力面和压力面，所述叶片还可包括设置在所述叶片的后缘上的降噪构件，所述降噪构件包括连接部以及设置在所述连接部上的第一毛刷/梳子和/或第二毛刷/梳子，其中，所述连接部设置在所述后缘上，所述第一毛刷/梳子相对于所述吸力面成45°～135°的角度，所述第二毛刷/梳子相对于所述压力面成45°～135°的角度。
所述第一毛刷/梳子的高度和所述第二毛刷/梳子的高度为当地边界层厚度的1倍至20倍。
所述第一毛刷/梳子可与所述吸力面垂直，所述第二毛刷/梳子可与所述压力面垂直。
所述降噪构件可包括所述第一毛刷/梳子和所述第二毛刷/梳子二者，所述第一毛刷/梳子和所述第二毛刷/梳子之间可以成180°的角度。
所述第一毛刷/梳子和所述第二毛刷/梳子的相邻的刷毛簇/梳齿之间的缝隙可小于3mm，且所述刷毛簇/梳齿中的每个刷毛簇/梳齿的迎流宽度可小于3mm。
所述降噪构件可沿所述叶片的长度方向设置在从所述叶片的叶根起叶片的40％-100％的位置范围内的任何位置的后缘处。
所述第一毛刷/梳子和第二毛刷/梳子可分别包括单排毛刷簇/梳齿或者多排毛刷簇/梳齿。
所述连接部可具有与所述后缘及和所述后缘相邻的部分吸力面和部分压力面的形状对应的角形状。
所述第一毛刷/梳子和所述第二毛刷/梳子的高度方向的端部形成的轮廓可以呈直线、波浪线或锯齿线形状。
根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组可包括如上所述的叶片。
根据本发明的实施例的叶片，能够避免由于与叶片表面产生台阶而造成分离噪声的问题，并且能够直接打碎脱离的大尺度涡，从而有效地实现降噪功能。
附图说明
图1示出了叶片翼型的示意图；
图2示出了气流在叶片后缘脱落时的脱落涡的示意图；
图3是根据本发明的实施例的设置有降噪构件的叶片的局部立体图。
附图标记说明：
100-叶片，110-前缘，120-后缘，140-压力面，150-吸力面，200-降噪构件；210-连接部，220-第一毛刷/梳子，230-第二毛刷/梳子，S-脱落涡。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例做具体描述。
通常情况下，如图1所示，叶片100是由压力面140和吸力面150组成的三维实体。从叶片的叶尖到叶根的方向称为叶片的长度方向(也称为展向)，叶片在不同展向位置处的截面称为叶片的翼型。压力面140和吸力面150相对接的前后两侧位置处分别称为前缘110和后缘120，前缘110位于迎风侧，首先接触到来流，当气流在压力面140和吸力面150上流过后，从后缘120处脱落。
为了实现叶片的降噪效果，需要改变气流在叶片后缘脱落时的涡的频率和强度，其脱落涡S的示意图如图2所示。本发明的实施例是根据脱落涡S的方向，通过分别将从叶片的压力面140和吸力面150脱落的大尺度涡打碎成小尺度涡，从而将大尺度涡中的低频声能量转化成小尺度涡的高频声能量，进而实现降低噪声的目的。
下面参照图3详细地描述根据本发明的实施例能够根据上述原理实现降噪的叶片。具体地，叶片100具有降噪构件200，降噪构件200设置在叶片100的后缘120处并且包括连接部210以及设置在连接部210上的第一毛刷/梳子220和/或第二毛刷/梳子230。降噪构件200的连接部210设置在后缘120上，第一毛刷/梳子220相对于吸力面150成45°～135°的角度，用于打碎吸力面150的脱落涡，第二毛刷/梳子230相对于压力面140成45°～135°的角度，用于打碎压力面140的脱落涡，从而能够实现降噪目的。
应注意的是，“毛刷/梳子”的表述表示既可以是毛刷，也可以是梳子，二者择一即可，或是毛刷和梳子的混合形式。另外，第一毛刷/梳子和第二毛刷/梳子均包括多个毛刷簇/梳齿，毛刷/梳子相对于表面具有预定角度的描述，是指毛刷簇/梳齿相对于表面具有预定角度。第一毛刷/梳子和第二毛刷/梳子可均包括单排毛刷簇/梳齿或者多排毛刷簇/梳齿。这里单排的含义是沿着叶片100的展向设置一排毛刷簇/梳齿。相应的，多排的含义是沿着叶片100的弦长方向间隔地设置有若干排上述沿着叶片100的展向设置的毛刷簇/梳齿。当第一毛刷/梳子和第二毛刷/梳子包括多排毛刷簇/梳齿时，在气流流动的方向上，相邻两排毛刷簇/梳齿可彼此交错布置，但本发明不限于此，相邻两排毛刷簇/梳齿也可彼此对齐地布置。
此外，第一毛刷/梳子220的高度和第二毛刷/梳子230的高度可以为后缘120处气流边界层厚度的1倍至20倍，从而能够直接打碎边界层内的大尺度湍流涡和边界层外的大尺度涡。边界层厚度指的是气流在叶片表面上的当地边界层的厚度，并且当第一毛刷/梳子220的高度和/或第二毛刷/梳子230的高度小于1倍边界层厚度时，无法对边界层内的涡起到完全的作用，当第一毛刷/梳子220的高度和第二毛刷/梳子230的高度高于边界层厚度的20倍时，可能会对翼型的阻力产生较大影响。
另外，优选地，第一毛刷/梳子220可与吸力面150垂直，第二毛刷/梳子220可与压力面140垂直。但本发明不限于此，例如，当降噪构件200包括第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230二者时，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230之间成180°的角度。由于第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230可分别作用于在叶片100的两个表面上流动的气流，两个表面上的气流在分别经过毛刷/梳子，大尺度涡被打碎成小尺度涡，再汇合后，压力和涡量都会大大降低，从而进一步提升降噪效果。
第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的刷毛簇/梳齿之间的缝隙小于3mm，避免形成局部小孔喷流噪声。刷毛簇/梳齿中的每个刷毛簇/梳齿的迎流宽度小于3mm，迎流宽度指的是每个刷毛簇/梳齿的在后缘延伸的方向上的长度。通过使第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的刷毛簇/梳齿设置成上述尺寸，可以避免在毛刷/梳子后面形成大尺度的钝体扰流涡结构，造成不需要的脱落涡噪声。
降噪构件200的连接部210可粘贴在叶片100的后缘120上，也可与叶片100一体地成型。但连接部210的结构不限于此，例如，连接部210可具有与后缘120及和后缘120相邻的部分吸力面和部分压力面的形状对应的角形状(近似U形状)，以能够使连接部210稳固地安装在后缘120上。
此外，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的形状不限于图3所示的形状，如图3所示，在后缘延伸的方向上，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的刷毛簇/梳齿的高度可以一致，即，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的高度方向上的端部形成的轮廓呈直线形状。然而，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的高度方向上的端部形成的轮廓也可呈波浪线或锯齿线等的各种形状。
根据现有技术的降噪构件，粘贴的毛刷/齿梳位于后缘120附近的吸力面150和压力面140上，而非设置在后缘120上，并且粘贴的毛刷/齿梳与吸力面150或压力面140近似平行。与现有技术的结构相比，根据本发明的实施例，通过将第一毛刷/梳子220和/或第二毛刷/梳子230设置在叶片100的后缘120上，能够有效地避免由于与叶片表面产生台阶而造成分离噪声的问题，并且能够有效地直接打碎脱离的大尺度涡，从而从两方面降低叶片噪声。
根据本发明的实施例的降噪构件200可设置在从叶片100的叶根起叶片的40％-100％的位置范围内的任何位置的后缘处。此外，当降噪构件200沿叶片的长度方向具有预定长度时，设置在不同位置处的降噪构件200可具有不同的高度或端面形状。另外，本发明的降噪构件200也可与现有技术的其他降噪构件结合使用。
另外，第一毛刷/梳子220和第二毛刷/梳子230的形成材料不受具体限制，其可由软的有弹性的材料制成，也可以由硬的刚性材料制成，并且它们的制造方式也不受具体限制，例如，可采用3D打印成型。
根据本发明的实施例，风力发电机组也可包括具有上述降噪构件200的叶片100。然而，上述降噪构件200可不限于应用与风力发电机组的叶片，也可应用于任何有降噪需求的其他叶片。
根据本发明的实施例的叶片，能够避免由于与叶片表面产生台阶而造成分离噪声的问题，并且能够直接打碎脱离的大尺度涡，从而有效地实现降噪功能。
虽然上面已经详细描述了本发明的示例性实施例，但本领域技术人员应该理解，在不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对本发明的实施例做出各种修改和变形。但是应当理解，在本领域技术人员看来，这些修改和变形仍将落入权利要求所限定的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种叶片，所述叶片(100)包括吸力面(150)和压力面(140)，
其特征在于，所述叶片(100)还包括设置在所述叶片(100)的后缘(120)上的降噪构件(200)，所述降噪构件(200)包括连接部(210)以及设置在所述连接部(210)上的第一毛刷/梳子(220)和/或第二毛刷/梳子(230)，
其中，所述连接部(210)设置在所述后缘(120)上，所述第一毛刷/梳子(220)相对于所述吸力面(150)成45°～135°的角度，所述第二毛刷/梳子(230)相对于所述压力面(140)成45°～135°的角度。
2.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一毛刷/梳子(220)的高度和所述第二毛刷/梳子(230)的高度为当地边界层厚度的1倍至20倍。
3.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一毛刷/梳子(220)与所述吸力面(150)垂直，所述第二毛刷/梳子(230)与所述压力面(140)垂直。
4.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述降噪构件包括所述第一毛刷/梳子(220)和所述第二毛刷/梳子(230)二者，所述第一毛刷/梳子(220)和所述第二毛刷/梳子(230)之间成180°的角度。
5.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一毛刷/梳子(220)和所述第二毛刷/梳子(230)的相邻的刷毛簇/梳齿之间的缝隙小于3mm，且所述刷毛簇/梳齿中的每个刷毛簇/梳齿的迎流宽度小于3mm。
6.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述降噪构件(200)沿所述叶片(100)的长度方向设置在从所述叶片(100)的叶根起叶片(100)的40％-100％的位置范围内的任何位置的后缘(120)处。
7.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一毛刷/梳子(220)和第二毛刷/梳子(230)分别包括单排毛刷簇/梳齿或者多排毛刷簇/梳齿。
8.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述连接部(210)具有与所述后缘(120)及和所述后缘(120)相邻的部分吸力面(150)和部分压力面(140)的形状对应的角形状。
9.根据权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述第一毛刷/梳子(220)和所述第二毛刷/梳子(230)的高度方向的端部形成的轮廓呈直线、波浪线或锯齿线形状。
10.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组包括如权利要求1-9任一项所述的叶片(100)。
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