CN110139981A

CN110139981A - 包括后缘降噪装置的风力涡轮机叶片

Info

Publication number: CN110139981A
Application number: CN201880006332.7A
Authority: CN
Inventors: C.阿瑟; J.马德森
Original assignee: LM Wind Power International Technology II APS
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2018-01-12
Publication date: 2019-08-16
Also published as: EP3348826A1; WO2018130641A1; CA3048746A1; BR112019014433A2; EP3348826B1; MX2019008272A; ES2951066T3; DK3348826T3; US20190353142A1; BR112019014433B1

Abstract

本发明涉及一种降噪装置以及一种包括这种降噪装置的风力涡轮机叶片。降噪装置包括从基体部件突出的若干个降噪元件。多个气流调节元件附接到或集成到降噪元件中。气流调节元件沿第一侧表面和第二侧表面中的至少一个从局部第一端延伸到局部第二端。气流调节元件具有不大于边界层厚度的三分之二的高度以及不大于边界层厚度的三分之一的间距。降噪元件优选地是锯齿。气流调节元件优选地是从降噪元件的侧表面垂直突出的叶翼。

Description

包括后缘降噪装置的风力涡轮机叶片

技术领域

本发明涉及一种用于风力涡轮机叶片的降噪装置，其具有第一端、第二端、第一侧表面和第二侧表面，其中，降噪装置包括从第一端延伸到近端的基体部件、从近端延伸到第二端的至少一个第一降噪元件阵列、以及相对于第一降噪元件布置的至少一个第二降噪元件阵列。

本发明进一步涉及一种具有至少一个上述降噪装置的风力涡轮机叶片。

背景技术

众所周知，现代风力涡轮机的大型风力涡轮机叶片受到由通过风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓的气流产生的后缘噪声的影响。气流在吸力侧和压力侧上从基本为层流的气流转变成湍流气流，其在分离位置处与局部边界层分离。这会在后缘后面产生涡流，所述涡流产生尾流效应，并伴随着大约1千赫兹（kHz）的嘶嘶声。

已知将降噪轮廓集成到风力涡轮机叶片的后缘区段中。然而，这增加了铺叠过程的复杂性，并为制造过程增加了额外的步骤。解决这个问题的另一种方法是将一个或多个降噪装置附接在风力涡轮机叶片的后缘处或其附近。这些降噪装置通常包括从一个或多个基板突出的多个锯齿。然而，它们受到损失降噪性能的影响，特别是当锯齿与主要流动方向不对齐时。

WO 2016/001420 A1公开了一种风力涡轮机叶片，其具有从风力涡轮机叶片的后缘向外突出的多个锯齿。一对叶翼，即两个叶翼，定位在每个锯齿上，相对于锯齿的中心线对称布置。叶翼具有放在锯齿的外缘上的U形轮廓，其中，该轮廓的每个支腿部分地沿锯齿的侧表面向后缘延伸。每个支腿的局部高度等于或大于在后缘处该侧上的局部边界层的厚度。两个叶翼的间距为锯齿宽度的一半。相应的叶翼与主要流动方向对齐，因此相对于后缘垂直突出。

US 2015/078896 A1也公开了一种风力涡轮机叶片，其具有从风力涡轮机叶片的后缘向外突出的多个锯齿。锯齿相对于风力涡轮机叶片的弦线向压力侧或吸力侧弯曲。两种类型的叶翼定位在每个锯齿上；两个小叶翼和两个大叶翼相对于锯齿的中心线对称布置。两种类型的叶翼都具有三角形或椭圆形的横截面轮廓，并且从锯齿的相同压力侧或吸力侧突出。

US 2015/0247487 A1公开了另一种风力涡轮机叶片，其具有从风力涡轮机叶片的后缘向外突出的多个锯齿。锯齿各自具有从锯齿的一个侧表面突出的集成肋元件。使用三维打印机制成肋和锯齿。肋与锯齿的中心线对齐，因此从后缘垂直突出。文中指出，专门设计肋是为了增加锯齿的结构刚度，以防止锯齿的振动。

EP 2940292 A1公开了一种具有I形或U形横截面轮廓的涡流发生器装置，其中，所述涡流发生器装置以距前缘的弦向距离布置在吸力侧上。涡流发生器装置的局部前缘处的最大高度超过了局部边界层厚度。

US 2010/0143144 A1公开了在弦向方向上具有固化轮廓的翼片，其中，翼片布置在吸力侧上，并且翼片的局部前缘优选地放在距前缘50%至90%的弦向距离处。在优选实施例中，相邻翼片之间的中间距离为局部边界层厚度的2至8倍，并且翼片的高度为局部边界层厚度的50%至75%。

WO 2015/192915 A1公开了在后缘处布置在吸力侧上的降噪装置的阵列。每个装置都具有连接到间隔部件的梳形或针形上部件，所述间隔部件进一步连接到基体部件。基体部件附接到风力涡轮机叶片，同时间隔部件确保上部件以距叶片表面1 cm 至4 cm的距离放置。

发明内容

发明目的

本发明的目的是提供一种解决上述问题的降噪装置和风力涡轮机叶片。

本发明的另一个目的是提供一种降低风力涡轮机叶片后缘处的散射效率的降噪装置和风力涡轮机叶片。

本发明的又一个目的是提供一种使降噪性能的损失最小化的降噪装置和风力涡轮机叶片。

本发明的另一个目的是提供一种在后缘处提供改进的降噪的降噪装置和风力涡轮机叶片。

本发明的目的是通过一种用于风力涡轮机叶片的降噪装置来实现的，所述降噪装置具有第一端、第二端、第一侧表面和第二侧表面，降噪装置包括基体部件和至少一个降噪元件，基体部件从第一端延伸到近端，并且至少一个降噪元件从所述近端延伸到第二端，基体部件配置为附接到与风力涡轮机叶片的后缘相邻的侧表面上或附接到风力涡轮机叶片的后缘表面上，其中，至少一个气流调节元件从至少一个降噪元件的至少一个侧表面突出，至少一个气流调节元件配置为当安装时与附于降噪装置的所述至少一个侧表面的局部边界层相互作用，其中，至少一个气流调节元件从局部第一端到局部第二端基本在横向上延伸，其特征在于，至少一个气流调节元件具有在所述至少一个侧表面与所述气流调节元件的顶部之间测量的局部高度，局部高度等于或小于降噪装置安装时的局部边界层厚度的三分之二，其中，局部边界层厚度在风力涡轮机叶片以额定转速运行时确定。

这提供了一种降噪装置，其组合了降噪元件的效果与气流调节元件的效果。这种配置降低了风力涡轮机叶片的原始后缘的散射效率，并使由调节的气流未对齐而导致的降噪性能的损失最小。与传统的降噪装置相比，这种配置进一步提供了提高的降噪效果，因为气流调节元件调节了边界层中的湍流。

WO 2016/001420 A1的突出的U形叶翼对的尺寸提供了两个相对大的叶翼，这些叶翼影响局部边界层的整个厚度中的调节的气流。这些大的叶翼增加了阻力，因此对风力涡轮机叶片的空气动力学性能具有负面影响。风洞试验表明，影响后缘处的非定常表面压力的涡流的大部分能量，以及因此产生的后缘噪声集中在边界层的下半部分，即，朝向风力涡轮机叶片的侧表面。因此，令人惊讶地发现，可以降低气流调节元件的高度，而不会对气流调节元件的效果产生不利影响。

气流调节元件的局部高度是从降噪元件的侧表面到气流调节元件的顶部测量的。气流调节元件的总高度在位于降噪元件的相对侧表面上的气流调节元件的相对面对的顶部之间测量。可以根据安装降噪装置的风力涡轮机叶片上的纵向位置和/或弦向位置处的局部边界层的厚度，和/或根据风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓选择局部高度和/或总高度。在实例中，局部高度可以等于或小于局部边界层厚度的三分之二。在实例中，但不限于，局部高度可以在局部边界层厚度的三分之一与三分之二之间。在实例中，但不限于，局部高度可以是局部边界层厚度的大约一半。这允许气流调节元件控制气流的方向，并由此调节边界层中的湍流。这种配置还节省了材料，并减少了气流调节元件上的负荷。与WO 2016/001420 A1的叶翼对相比，这种配置进一步降低了气流调节元件的阻力。

本领域技术人员已知，分布在后缘处的局部边界层厚度在翼展方向上变化。使用任何模拟技术都可以容易地提取局部边界层厚度。例如，可以使用面元法，例如，XFOIL^®或PROFILE^®，确定局部边界层厚度。例如，可以在风力涡轮机叶片以额定转速（rpm）运行（优选地没有所述降噪装置的情况）时确定边界层厚度。

根据第一具体实施例，至少一个气流调节元件包括以彼此相距一定距离布置的至少两个气流调节元件，所述距离等于或小于局部边界层厚度的三分之一。

若干个气流调节元件可以以预定形式在纵向和/或横向上布置在每个降噪元件上。降噪装置的纵向对应于风力涡轮机叶片安装时的翼展方向。降噪装置的横向对应于风力涡轮机叶片安装时的弦向方向。

在实例中，一个气流调节元件可以布置在降噪元件的一个或两个侧表面上。这将气流分成两个调节的气流。在实例中，至少两个气流元件可以布置在降噪元件的一个或两个侧表面上。所述至少两个气流元件可以等间隔，或者间距可以在个体的气流元件之间变化。可以根据局部边界层厚度和/或锯齿的局部宽度选择气流调节元件的数量。这将气流分成沿降噪元件的外缘离开的多个调节的气流。这也允许个体的气流调节元件的数量适应于每个相应的降噪元件的尺寸。

在一个实例中，第一气流调节元件可以定位在距至少第二气流元件的一定距离处，其中，所述距离可以在纵向上测量。风洞试验进一步表明，个体的气流调节元件之间的间距（即，距离）对调节的气流的性能具有显著影响。因此，令人惊讶地发现，与WO 2016/001420 A1的叶翼对相比，通过降低间距可以进一步提高气流调节元件的效果。

在实例中，所述距离可以等于或小于局部边界层厚度的三分之一。在实例中，但不限于，所述距离可以在局部边界层厚度的四分之一与十分之一之间。在实例中，但不限于，所述距离可以是局部边界层厚度的大约六分之一。这提供了最大的效果，并且因此允许对调节的气流进行最佳控制。

因此，可以在个体的气流调节元件之间使用标准化间距来制造降噪装置，其允许简单和快速的制造过程。可以提供一套或一组降噪装置，其中，每个降噪装置在其气流调节元件之间具有不同的间距。因此，可以选择特定的降噪装置，以沿特定的风力涡轮机叶片的后缘安装在选定位置处。

根据第二具体实施例，至少一个气流调节元件包括以彼此相距一定距离布置的至少两个气流调节元件，所述距离确定为后缘噪声的特性或所述局部边界层的特性的函数。

替代地或附加地，所述距离可以确定为后缘噪声特性和/或后缘处的边界层特性的函数。这些特性可以由描述空气动力学或声学特性的一个或多个可测量或可量化的参数来定义。

在实例中，声学特性可以包括至少主要频率或具有最高噪声级的频率范围，即，振幅值或平均振幅值。声学特性可以包括一个或多个其他相关参数，例如，可以用于确定距离的其他频率和/或振幅值。因此，可以基于例如，与其他相关参数组合的主要频率或频率范围确定距离。这允许气流调节元件的布置适应于后缘噪声特性。

可以使用描述后缘噪声的任何类型的模型（例如，空气声学模型）来确定上述频率、振幅值和其他参数。在实例中，但不限于，空气声学模型可以包括BPM模型、TNO-Blake模型或计算空气动力学（例如，Ffowcs-Williams和Hawkings方程）。其他已知技术，如测量或模拟，也可以用于确定或估计后缘噪声的相应的参数。

在实例中，空气动力学特性可以包括至少在一个或多个高度处的湍流气流的速度，例如，对流速度。空气动力学特性可以包括一个或多个其他相关参数，例如，可以用于确定距离的温度、压力和/或空气密度。因此，可以基于例如，与其他相关参数组合的速度确定距离。因此，可以根据局部边界层的空气动力学特性来调整个体的气流调节元件之间的间距。

可以使用边界层特性的任何类型的模型（例如，空气动力学模型）来确定上述速度和其他参数。替代地，可以使用描述空气动力学和声学特性二者的组合模型。在实例中，但不限于，空气动力学模型可以包括面元法（例如，XFOIL^®）、解析法（例如，Corcos模型）或计算流体动力学方法（例如，RANS、LES或其混合）。其他已知技术，例如，测量或模拟，也可以用于确定或估计局部边界层的相应的参数。

因此，可以为特定的地点、特定的空气动力学叶片轮廓和/或风力涡轮机叶片的特定的位置定制降噪装置。因此，可以根据实际的空气动力学或声学特性调降噪装置的效率。

根据一个实施例，至少一个气流调节元件包括至少一个最外面的气流调节元件和至少一个最里面的气流调节元件，其中，至少一个最里面的气流调节元件的第一长度大于至少一个最外面的气流调节元件的第二长度。

每个气流调节元件的局部长度是从面对降噪装置的第一端的局部第一端到面对降噪装置的第二端的局部第二端测量的。当安装时，局部第一端面朝向风力涡轮机叶片的前缘，并且局部第二端面朝相反方向，即，远离后缘。

若干个气流调节元件可以各自具有相同的局部长度或者沿降噪元件的局部宽度逐渐变化的局部长度。降噪元件进一步具有在降噪装置的第二端（例如，尖部）与近端之间测量的局部长度。降噪装置的总长度是从第一端到第二端测量的。

最里面的气流调节元件定义第一长度，而最外面的气流调节元件定义第二长度。任意数量的中间气流调节元件布置在最里面的与最外面的气流调节元件之间，并且可以具有等于或大于第二长度的局部长度。替代地，中间气流调节元件可以具有小于第二长度的局部长度。

风洞试验还表明，个体的气流调节元件的局部长度，例如，第一和第二长度，对调节的气流的性能具有最小影响。因此，令人惊讶地发现，与WO 2016/001420 A1的降噪装置相比，气流调节元件的局部长度可以改变，例如降低，而不会对气流调节元件的效果产生不利影响。这可以导致减少阻力和增加结构强度，并使制造过程更简单和更快。

根据第三具体实施例，所述局部第一端布置在第一端处或近端处，并且所述局部第二端布置在至少一个降噪元件的第一或第二外缘处。

气流调节元件可以从降噪元件的外缘延伸到近端或第一端。替代地，局部第一端可以定位在距近端或第一端的一定距离处。替代地，局部第二端可以定位在距外缘的一定距离处。因此，气流调节元件可以具有基本直的轮廓。因此，气流调节元件可以部分地或全部地沿侧表面延伸，而不突出超过外缘。这沿气流调节元件的长度引导并因此控制调节的气流。

附加地或替代地，气流调节元件可以突出超过外缘，并且从位于降噪元件的压力侧或吸力侧上的自由突出部分突出。这个自由突出部分可以可选地具有延伸到降噪元件的相对侧上的子部分。因此，气流调节元件可以具有基本L形的轮廓。这引导并因此控制调节的气流超过外缘，到达位于尾流中的一个位置，由此延伸气流调节元件的效果。这允许位于一个侧表面上的气流调节元件部分地引导并控制相对侧表面上的调节的气流。

因此，上述最外面的气流调节元件的轮廓可以具有比WO 2016/001420 A1中的叶翼对短的局部长度。另外，因此，上述最里面的气流调节元件的轮廓可以具有比WO 2016/001420 A1中的叶翼对大的局部长度。

根据第四具体实施例，至少一个降噪元件具有第一侧表面、第二侧表面和第一或第二外缘，其中所述至少一个气流调节元件延伸跨越所述第一或第二外缘，使得所述局部第一端布置在所述第一侧表面的第一端或近端处，并且所述局部第二端布置在所述第二侧表面的第一端或近端处。

在又一个实例中，气流调节元件可以围绕外缘延伸，并因此部分地或全部地沿相对侧表面延伸。因此，气流调节元件可以具有基本U形的轮廓。这允许气流调节元件引导和控制两个侧表面上的调节的气流。

上述实例中的自由突出部分的子长度可以基本对应于局部边界层厚度。

根据一个实施例，至少一个气流调节元件的所述局部高度在局部第一端与局部第二端之间基本恒定，或者至少一个气流调节元件的所述局部高度从局部第一端或局部第二端向另一局部端逐渐变小。

气流调节元件可以在局部第一端与局部第二端之间具有基本均匀的横截面轮廓，因此沿其长度具有基本恒定的高度。这允许制造过程简单和快速，例如，使用热成型或注射成型。

替代地，气流调节元件可以具有逐渐变小的横截面轮廓，其从局部第一端向局部第二端逐渐变小，或反之亦然。相反，逐渐变小的轮廓可以替代地从至少一个中间位置向局部第一端和/或局部第二端逐渐变小。在实例中，但不限于，气流调节元件可以具有矩形、凸形、梯形、半圆形或半椭圆形轮廓。这允许气流调节元件的横截面轮廓适应空气动力学叶片轮廓和/或边界层轮廓。这减少了阻力，并允许降噪元件更有效地降噪。

气流调节元件进一步在纵向上可以具有基本均匀的或逐渐变小的横截面轮廓。逐渐变小的轮廓可以从降噪元件的侧表面向气流调节元件的自由尖部逐渐变小，或反之亦然。在实例中，但不限于，气流调节元件可以具有矩形、凸形、梯形、半圆形或半椭圆形横截面轮廓。这进一步允许气流调节元件的横截面轮廓适应空气动力学叶片轮廓和/或边界层轮廓。还可以选择横截面轮廓，以确保牢固地附接到侧表面上和/或降低气流调节元件的柔性。

根据一个实施例，在局部第一端和/或局部第二端处的至少一个气流调节元件的所述顶部在由至少一个气流调节元件定义的平面中具有倒圆的边缘。

局部第一端和/或局部第二端的相应的角可以包括倒圆的或倒椭圆的边缘。替代地，所述角可以包括直的边缘，其以相对于降噪元件的纵向或侧表面成倾斜的角度定位。这减少了阻力，并允许在第一端和第二端周围形成更佳的气流。

根据一个实施例，至少一个气流调节元件具有基本直的或弯曲的轮廓，所述轮廓在局部第一端与局部第二端之间延伸，其中，所述直的或弯曲的轮廓以相对于近端成预定角度布置。

气流调节元件在横向上可以具有基本直的轮廓，其中，局部第一端和局部第二端可以在横向上基本对齐。这个直的轮廓可以与主要流动方向对齐，例如，相对于近端垂直放置。替代地，这个直的轮廓可以相对于近端成倾斜的角度定位。气流调节元件也可以具有弯曲的轮廓，其中，局部第二端相对于第一端偏移，或反之亦然。局部第一端或局部第二端可以朝向或远离降噪元件的中心线弯曲。这允许根据气流调节元件的定向朝向或远离中心线引导调节的气流。这种配置有助于当降噪元件未对齐时，使调节的气流与主要流动方向基本对齐，由此减少对通过气流的负面影响。

根据一个实施例，位于第一侧表面上的第一气流调节元件相对于位于第二侧表面上的第二气流调节元件在纵向上对齐或偏移。

第一数量的第一气流调节元件可以布置在降噪元件的第一侧表面（例如，压力侧）上。第二数量的第二气流调节元件可以布置在降噪元件的第二侧表面（例如，吸力侧）上。第一和第二数量可以是彼此相同的或不同的。可以根据先前提到的所需间距、锯齿的局部宽度和/或后缘噪声的频率选择第一和第二气流调节元件的数量。

第一和第二气流调节元件可以对齐，使得压力侧和吸力侧上的局部调节的气流在纵向或翼展方向上看到的相同位置处离开。这减少了由气流调节元件本身产生的湍流的量。

替代地，第一和第二气流调节元件可以相对于彼此偏移，使得压力侧和吸力侧上的局部调节的气流在纵向或翼展方向上看到的不同位置处离开。这允许压力侧和吸力侧上的相应的局部气流在离开降噪装置时混合。这可以进一步降低现有气流中的相干形式，并进一步降低后缘的散射效率。

根据一个实施例，所述至少一个降噪元件是锯齿和/或所述至少一个气流调节元件是叶翼。

降噪元件可以是，但不限于，成形为锯齿。锯齿可以具有基本三角形、椭圆形或半圆形的轮廓。这将原始后缘轮廓从基本直的边缘改变成交替的边缘。这降低了原始后缘的散射效率和产生的后缘噪声。

降噪元件可以与基体部件对齐，以形成基本直的降噪装置。替代地，降噪元件可以向压力侧或吸力侧弯曲，因此以相对于基体部件成倾斜的角度放置。所述角度可以在1度与45度之间，例如，在5度与30度之间。

气流调节元件可以是，但不限于，成形为叶翼。在此，术语“叶翼”定义为任何延长的元件或结构，其具有在横向上看基本细长的横截面轮廓。气流调节元件，例如，叶翼，可以由个体的连续的元件或结构或多个子元件或结构形成，所述多个子元件或结构共同形成所述叶翼。

气流调节元件可以与降噪元件分开制造。因此，可以例如使用粘合剂、螺栓或螺钉等紧固件、压入配合、机械耦合或其他合适的附接技术将气流调节元件附接到降噪元件上。这允许使用不同的制造过程，并且允许更换气流调节元件。

也可以例如使用注射成型、热成型或其他合适的制造技术将气流调节元件集成到降噪元件上。这增加了降噪装置的结构强度，并且降低了降噪元件的柔性。

降噪元件和/或气流调节元件可以由柔性材料制成，例如，热塑性塑料、复合材料、聚合物或其他合适的材料或复合材料。降噪元件和/或气流调节元件可以由刚性材料或复合材料制成，例如，纤维增强材料或复合材料或金属。这减少了运行期间锯齿/叶翼的颤动。

此外，本发明的目的是通过一种风力涡轮机叶片实现的，风力涡轮机叶片从叶片根部到尖端在翼展方向上延伸，并且从前缘到后缘在弦向上延伸，风力涡轮机叶片包括具有第一侧表面和第二侧表面的空气动力学轮廓，其特征在于，至少一个如上所述的降噪装置相对于后缘或者在后缘处安装在第一或第二侧表面上，例如，在后缘表面上。

与使用其他传统的降噪装置（例如，WO 2016/001420 A1）相比，这提供了一种具有改进的后缘降噪的风力涡轮机叶片。这还允许设计更长和旋转更快的风力涡轮机叶片。这进而可以导致年发电量（AEP）增加大约1%。

与没有任何降噪装置的风力涡轮机叶片相比，上述降噪装置能够将后缘噪声降低大约9 dB至10 dB。

可以沿后缘的一部分在翼展方向上布置降噪装置的阵列。阵列可以包括两个或更多个降噪装置，例如，所有或一些这些降噪装置可以如上所述配置。在实例中，阵列可以位于最大弦长的翼展位置与尖端之间。在实例中，但不限于，阵列可以位于风力涡轮机叶片的外半部分上。

位于每个降噪元件上的气流调节元件的数量和/或所述气流调节元件的局部高度可以是相同的或不同的。因此，可以在相同的降噪装置内优化气流调节元件的总数量和/或其个体的局部高度。

替代地或附加地，位于上述阵列之内的每个降噪装置的气流调节元件的数量和/或所述气流调节元件的局部高度可以是相同的或不同的。因此，可以在如上所述的相同的阵列之内优化每个降噪装置的配置。

后缘是具有后缘表面的基本锋利的后缘或钝的后缘。所述降噪装置的近端与锋利的后缘或后缘表面对齐或相对于锋利的后缘或后缘表面缩进。由此，降噪元件从风力涡轮机叶片的后缘部分地或全部地向外突出。

附图说明

下面将参考附图中所示的实施例详细解释本发明，其中

图1示出了风力涡轮机，

图2示出了风力涡轮机叶片的示例性实施例，

图3示出了根据本发明的降噪装置的第一示例性实施例的立体图，

图4示出了图3的降噪装置的另一个立体图，

图5示出了从第二端看的图3的降噪装置，

图6示出了从第二侧表面看的第二降噪装置的第二示例性实施例，

图7示出了从第一侧表面看的图6的第二降噪元件，

图8示出了降噪装置的第三示例性实施例的横截面图，

图9示出了降噪装置的第四示例性实施例的横截面图，

图10示出了具有安装在后缘处的降噪装置的风力涡轮机叶片的横截面图，

图11a至图11c示出了局部第二端的三个不同实施例，以及

图12a至图12b示出了气流调节元件的两个不同实施例。

参考符号列表

1. 风力涡轮机

2. 风力涡轮机塔架

3. 机舱

4. 毂部

5. 风力涡轮机叶片

6. 变桨轴承

7. 叶片根部

8. 尖端

9. 前缘

10. 后缘

11. 叶片壳体

12. 压力侧

13. 吸力侧

14. 叶片根部部分

15. 空气动力学叶片部分

16. 过渡部分

17. 风力涡轮机叶片的长度

18. 风力涡轮机叶片的弦长

19. 降噪装置

20. 第二侧表面

21. 降噪元件的第一端

22. 降噪元件的第二端

23. 基体部件

24. 近端

25. 降噪元件

26. 气流调节元件

27. 最里面的气流调节元件

28. 最外面的气流调节元件

29. 第一侧表面

30. 第一外缘

31. 第二外缘

32. 气流调节元件的第一端

33. 气流调节元件的第二端

34. 安装表面

35. 气流调节元件

36. 中心线

L_1a-b最里面的第一和第二气流调节元件的第一局部长度

L_2a-b最外面的第一和第二气流调节元件的第二局部长度

h_a-b第一和第二气流调节元件的局部高度

t_b局部边界层厚度

w_1a-b相邻的第一和第二气流调节元件之间的距离

w_2a-b最外面的第一和第二调节元件之间的距离

w₃降噪元件的局部宽度

在上述图中示出来的所列的参考符号，其中为了示意的目的，在同一图中未示出所有参考符号。图中可见的相同部件或位置在不同的图中将以相同的参考符号编号。

具体实施方式

图1示出了现代风力涡轮机1，其包括风力涡轮机塔架2、布置在风力涡轮机塔架2的顶部上的机舱3以及限定转子平面的转子。机舱3例如通过偏航轴承单元连接到风力涡轮机塔架2。转子包括毂部4和若干个风力涡轮机叶片5。在此示出了三个风力涡轮机叶片，但转子可以包括更多或更少风力涡轮机叶片5。毂部4通过旋转轴连接到位于风力涡轮机1中的例如发电机的驱动系。

毂部4包括用于每个风力涡轮机叶片5的安装接口。变桨轴承单元6可选地连接到这个安装接口，并进一步连接到风力涡轮机叶片5的叶片根部。

图2示出了风力涡轮机叶片5的示意图，所述风力涡轮机叶片从叶片根部7到尖端8在纵向上延伸。风力涡轮机叶片5进一步从前缘9到后缘10在弦向上延伸。风力涡轮机叶片5包括叶片壳体11，所述叶片壳体具有分别限定压力侧12和吸力侧13的两个相对面对的侧表面。叶片壳体11进一步限定叶片根部部分14、空气动力学叶片部分15以及在叶片根部部分14与空气动力学叶片部分15之间的过渡部分16。

叶片根部部分14具有基本圆形或椭圆形的横截面（用虚线表示）。叶片根部部分14和承载结构（例如，与抗剪腹板或箱形梁组合的主层压结构）一起配置为增加风力涡轮机叶片5的结构强度，并将动态载荷转移到毂部4。承载结构在压力侧12与吸力侧13之间并进一步在纵向上延伸。

叶片空气动力学叶片部分15具有设计为产生升力的空气动力学形状横截面（用虚线表示）。叶片壳体11的横截面轮廓在过渡区域16中逐渐从圆形或椭圆形轮廓转变成空气动力学轮廓。

风力涡轮机叶片5具有至少35米，优选地至少50米的纵向长度17。风力涡轮机叶片5进一步具有作为长度17的函数的弦长18，其中，最大弦长位于叶片空气动力学叶片部分15与过渡区域16之间。

图3至图4示出了配置为安装在风力涡轮机叶片5上的降噪装置19的第一示例性实施例。降噪装置19具有第一侧表面（见图4）、第二侧表面（见图4）、第一端21和第二端22。

降噪装置19包括从第一端21延伸到近端24的基体部件23和从近端24向第二端22延伸的若干个降噪元件25。在此降噪元件25成形为锯齿，以降低后缘10的散射效率。

降噪装置19进一步包括从降噪元件25的相应的侧表面延伸的若干个气流调节元件26。最里面的气流调节元件27最靠近降噪元件25的中心线（见图12a至图12b）。最外面的气流调节元件28最远离降噪元件25的中心线（见图12a至图12b）。在此，气流调节元件26成形为叶翼，用于控制现有气流的方向，并使其与风力涡轮机叶片5的主要流动方向基本对齐。

如图4所示，第一数量的第一气流调节元件从降噪元件25的第一侧表面29突出。如图3所示，第二数量的第二气流调节元件从降噪元件25的第二侧表面20突出。在此，在锯齿的两侧上各有十个气流调节元件。

图5示出了从第二端22看的降噪装置19。每个降噪元件25都具有第一外缘30和第二外缘31。如图5所示，相邻的降噪元件25的第一和第二外缘30、31在所述相邻的降噪元件25的尖部之间形成间隙。

气流调节元件26具有从局部第一端32到局部第二端33测量的局部长度。布置在第一侧表面29上的第一气流调节元件26a在纵向上与布置在第二侧表面20上的第二气流调节元件26b对齐。局部第一端和局部第二端32、33在横向上进一步对齐，因此气流调节元件26具有直的轮廓。因此，风力涡轮机叶片5的压力侧和吸力侧上的局部调节的气流在相同位置处离开降噪装置19。

图6示出了从第二侧表面20看的第二降噪装置19’的第二示例性实施例。在此，第二气流调节元件26b的局部第一端32b布置在第一端21处。第二气流调节元件26b的局部第二端33b布置在第一或第二外缘30、31处。

降噪元件25具有在纵向上测量的局部宽度w₃，以及从近端24到其尖部，例如，第二端22，在纵向上测量的局部长度。

如图6所示，第二气流调节元件26b的局部长度沿局部宽度w₃变化。第二气流调节元件26b的最里面27b具有第一长度L_1b，并且第二气流调节元件26b的最外面28b具有第二长度L_2b。如图6所示，剩余的第二气流调节元件26b的局部长度在第一与第二长度L_1b、L_2b之间逐渐变化。

相应的降噪元件25上的个体的第二气流调节元件26b间隔开局部距离w_1b，所述局部距离是在两个相邻的第二气流调节元件26b的中心线或相对面对的侧表面之间测量的。两个相邻的降噪元件25上的最外面的第二气流调节元件28b进一步间隔开另一个局部距离w_2b。局部距离w_1b、w_2b可以是相同的或不同的。

图7示出了从第一侧表面29看的第二降噪装置19’。在此，第一气流调节元件26a的局部第一端32a布置在近端24处。第一气流调节元件26a的局部第二端33a布置在第一或第二外缘30、31处。

如图7所示，第二气流调节元件26a的局部长度沿局部宽度w₃变化。第一气流调节元件26a的最里面27a具有第一长度L_1a，并且第一气流调节元件26a的最外面28a具有第二长度L_2a。如图7所示，剩余的第一气流调节元件26a的局部长度在第一与第二长度L_1a、L_2a之间逐渐变化。

相应的降噪元件25上的个体的第一气流调节元件26a间隔开局部距离w_1a，所述局部距离是在两个相邻的第二气流调节元件26a的中心线或相对面对的侧表面之间测量的。两个相邻的降噪元件25上的最外面的第一气流调节元件28a进一步间隔开另一个局部距离w_2a。局部距离w_1a、w_2a可以是相同的或不同的。

基体部件23具有安装表面，所述安装表面配置为接触风力涡轮机叶片5的侧表面或后缘表面上的匹配接触表面。可以例如，使用粘合剂，将基体部件23以及因此将降噪装置19适当地附接到风力涡轮机叶片5上。

图8示出了降噪装置19’’的第三示例性实施例的横截面图。在此，第一气流调节元件26a具有局部高度h_a，所述局部高度是从第一侧表面29到其远离降噪元件25的自由尖部测量的。第二气流调节元件26b进一步具有局部高度h_b，所述局部高度是从第二侧表面20到其远离降噪元件25的自由尖部测量的。局部高度h_a、h_b沿第一和第二气流调节元件26a、26b的局部长度基本不变。

如图8所示，降噪元件25以相对于基体部件23成倾斜的角布置。通过弯曲，降噪元件25可以在风力涡轮机叶片5的后缘10处与主要流动方向基本对齐。

第一和第二气流调节元件26a、26b的局部第二端33a、33b布置在降噪元件25的外缘30、31处。局部第二端33a、33b在由气流调节元件26限定的平面中具有倒圆的轮廓。

第二气流调节元件26b的局部第一端32b布置在降噪装置19’’的近端24处或附近。第一气流调节元件26a延伸超过近端24，使得第一气流调节元件26a的局部第一端32a布置在降噪装置19’’的第一端处。如图6和图7所示，第一气流调节元件26a因此具有比第二气流调节元件26b大的局部长度。与局部第二端33a、33b的轮廓相比，局部第一端32a、32b具有更大的倒圆的轮廓。

图9示出了第二降噪装置19’’的第四示例性实施例的横截面图。在此，第一和第二气流调节元件26a、26b的局部高度h_a’、h_b’都从局部第二端33a、33b到局部第一端32a、32b逐渐变小。

图10示出了风力涡轮机叶片5的后缘区域的横截面图。如图10所示，后缘10具有面对降噪元件25的后缘表面。如图10所示，降噪装置19安装，例如，附接到风力涡轮机叶片的一个侧表面上。替代地，降噪装置19安装在后缘表面上。

沿侧表面通过的局部气流（由箭头表示）形成局部边界层（位于虚线与侧表面之间），所述局部边界层具有局部边界层厚度t_b。局部气流沿气流调节元件26被引导，并在第二端22处，例如，在局部第二端33a、33b处离开。该局部边界层的厚度通常定义为从侧表面到湍流气流的速度为自由流速度u∞的99%的位置的距离。

将局部高度h_a、h_b、局部长度L_1a、L_1b和局部距离w_1a、w_1b中的至少一个适当地确定为局部边界层厚度t_b的函数。在实例中，局部高度h_a、h_b等于或小于局部边界层厚度t_b的三分之二。在实例中，局部距离w_1a、w_1b等于或小于局部边界层厚度t_b的三分之一。

图11a至图11c示出了局部第二端33a、33b的三个不同实施例。如图11a所示，局部第二端33a、33b可以跨越外缘30、31。因此，第一和第二气流调节元件26a、26b可以组合，以形成基本U形轮廓。

如图11b所示，局部第二端33a、33b可以形成从外缘30、31向外突出的自由端部分，并且进一步具有向相对侧表面突出的自由子部分。因此，气流调节元件26可以影响位于该侧表面上的局部气流，并且部分地影响位于相对侧表面上的局部气流。

如图11c所示，局部第二端33a、33b可以形成自由端部分，而没有向相对侧表面突出的任何子部分。因此，气流调节元件26仅影响位于该侧表面上的局部气流。

图12a至图12b示出了气流调节元件35的两个不同实施例。如图12a所示，气流调节元件35，例如，第一和/或第二气流调节元件，可以具有以倾斜的角定位的直的轮廓。倾斜的角或者相对于降噪元件25的中心线36或者相对于近端24测量。在此，局部第二端33a、33b远离中心线36成角度，但它们也可以反着朝向中心线36成角度。当降噪元件25与主要流动方向不对齐时，这减少了降噪的损失。

气流调节元件35，例如，第一和/或第二气流调节元件，也可以具有弯曲的轮廓。在此，局部第二端33a、33b远离中心线36弯曲，但它们也可以反着朝向中心线36弯曲。当降噪元件25与主要流动方向不对齐时，这也减少了降噪的损失。

在不脱离本发明的情况下，上述实施例可以组合成任何组合。

Claims

1.一种用于风力涡轮机叶片（5）的降噪装置（19），具有第一端（21）、第二端（22）、第一侧表面（29）和第二侧表面（20），所述降噪装置（19）包括基体部件（23）和至少一个降噪元件（25），所述基体部件（23）从所述第一端（21）延伸到近端（24），并且所述至少一个降噪元件（25）从所述近端（24）延伸到所述第二端（22），所述基体部件（23）配置为附接到与所述风力涡轮机叶片（5）的后缘（10）相邻的侧表面上或附接到所述风力涡轮机叶片（5）的后缘表面上，使得所述至少一个降噪元件（25）在安装时从所述后缘（10）向外突出，其中，至少一个气流调节元件（26）从所述至少一个降噪元件（25）的至少一个侧表面（20, 29）突出，所述至少一个气流调节元件（26）配置为当安装时与附于所述降噪装置（19）的所述至少一个侧表面（20, 29）的局部边界层相互作用，其中，所述至少一个气流调节元件（26）从局部第一端（32）到局部第二端（33）基本在横向上延伸，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）具有在所述至少一个侧表面（20, 29）与所述气流调节元件（26）的顶部之间测量的局部高度（h_a, h_b），所述局部高度（h_a, h_b）等于或小于所述降噪装置（19）安装时的局部边界层厚度（t_b）的三分之二，其中，所述局部边界层厚度（t_b）在所述风力涡轮机叶片（5）以额定转速运行时确定。

2.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）包括以彼此相距一定距离（w₁）布置的至少两个气流调节元件，所述距离（w₁）等于或小于所述局部边界层厚度（t_b）的三分之一。

3.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）包括以彼此相距一定距离（w₁）布置的至少两个气流调节元件，所述距离（w₁）确定为后缘噪声的特性或所述局部边界层的特性的函数。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）包括至少一个最外面的气流调节元件（28）和至少一个最里面的气流调节元件（27），其中，所述至少一个最里面的气流调节元件（27）的第一长度（L₁）大于所述至少一个最外面的气流调节元件（28）的第二长度（L₂）。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述局部第一端（32）布置在所述第一端（21）处或所述近端（24）处，并且所述局部第二端（33）布置在所述至少一个降噪元件（25）的第一或第二外缘（30, 31）处。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个降噪元件（25）具有第一侧表面（29）、第二侧表面（20）和外缘（30, 31），其中，所述至少一个气流调节元件（26’）延伸跨越所述第一或第二外缘（30, 31），使得所述局部第一端（32）布置在所述第一侧表面（29）的第一端（21）或近端（24）处，并且所述局部第二端（33）布置在所述第二侧表面（20）的第一端（21）或近端（24）处。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）的所述局部高度（h_a, h_b）在所述局部第一端与局部第二端（32, 33）之间基本恒定，或者所述至少一个气流调节元件（26）的所述局部高度（h_a, h_b）从所述局部第一端或局部第二端（32, 33）向另一局部端逐渐变小。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的降噪装置，其特征在于，在所述局部第一端（32）和/或所述局部第二端（33）处的所述至少一个气流调节元件（26）的所述顶部在由所述至少一个气流调节元件（26）定义的平面中具有倒圆的边缘。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个气流调节元件（26）具有基本直的或弯曲的轮廓，所述轮廓在所述局部第一端（32）与所述局部第二端（33）之间延伸，其中，所述直的或弯曲的轮廓以相对于所述近端（24）成预定角度布置。

10.根据权利要求2至9中任一项所述的降噪装置，其特征在于，位于所述第一侧表面（29）上的第一气流调节元件（26a）相对于位于所述第二侧表面（20）上的第二气流调节元件（26b）在纵向上对齐或偏移。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的降噪装置，其特征在于，所述至少一个降噪元件（25）是锯齿和/或所述至少一个气流调节元件（26）是叶翼。

12.一种风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片（5）从叶片根部（7）到尖端（8）在纵向上延伸，并且从前缘（9）到后缘（10）在弦向上延伸，所述风力涡轮机叶片（5）包括具有第一侧表面和第二侧表面的空气动力学轮廓，其特征在于，至少一个根据权利要求1至11中任一项所述的降噪装置（19）相对于所述后缘（10）或者在所述后缘（10）处安装在所述第一或第二侧表面上，例如，在后缘表面上。