CN110177935A - 包括后缘降噪装置的风力涡轮机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种降噪装置、一种包括这种降噪装置的风力涡轮机叶片、一种改装降噪装置的方法以及一种制造这种降噪装置的方法。降噪装置包括从基体部件朝向第二端突出的第一降噪元件，所述基体部件具有第三表面。第二降噪元件附接到第三表面上，并沿第一降噪元件朝向第二端突出。优选地，第一降噪元件是锯齿，而第二降噪元件是刷毛。刷毛至少突出到相邻锯齿之间形成的间隙中。

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阵列的第一降噪元件、以及相对于第一降噪元件布置的至少一个阵列的第二降噪元件。
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。本发明还涉及一种改装降噪装置的方法和一种制造降噪装置的方法。
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。气流在叶片表面上从基本为层流的气流转变成湍流气流，并且进一步在分离位置处与边界层分离。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或者多个锯齿或者多个刷子。文献中提出了在弦向上看的各种形状以及这些锯齿的各种尺寸。
WO 2013/045601 A1教导了布置在风力涡轮机叶片的侧表面上的两个阵列的降噪元件的不同实施例，其中，第一阵列在运行期间相对于第二阵列主动或被动移动。在一个实施例中，第一阵列包括多个锯齿，而第二阵列包括多个刷毛。在这个实施例中，第一阵列连接到可移动机构上，所述可移动机构能够使第一阵列在缩回位置与延伸位置之间在弦向上移动。为了允许第一阵列的移动，两个阵列连接到可以相对于彼此移动的个体的基板上。
这个示例性实施例要求额外安装连接到电子控制系统上的线性致动器，或在风力涡轮机叶片的侧表面上额外安装弹簧加载机构。其次，两个基板必须分开，以允许第一阵列的移动。这种解决方案增加了后缘降噪装置的复杂性和成本，以及在转子旋转期间，由于外部冲击或载荷其中一个可移动构件发生故障的风险。
EP 3096003 A1公开了一种风力涡轮机叶片，其具有突出超过风力涡轮机叶片的后缘的锯齿阵列。刷毛沿两个相邻锯齿的外缘布置，并在弦向上延伸到由相邻锯齿形成的间隙中。
US 2008/0187442 A1公开了一种后缘部件，其配置为附接到风力涡轮机叶片上，其中，后缘部件包括若干个个体的锯齿，在这些锯齿之间布置一组刷毛。锯齿和刷毛都从后缘部件的截短边缘表面突出。
US 2011/0223030 A1公开了另一种解决方案，其中，沿锯齿的外缘布置刷毛阵列。锯齿从附接到风力涡轮机叶片的侧表面上的基板突出。每个刷毛或刷毛簇以相对于风力涡轮机叶片的后缘或相应的锯齿的外缘成5度与90度之间的角度放置。刷毛和锯齿可以通过注射成型形成为整体件。替代地，刷毛可以具有加厚的端部，所述端部放置在锯齿的外缘表面中形成的槽中。
上述锯齿形成窄的外缘表面，这需要在制造过程期间非常精确地对齐刷毛，以实现牢固的附接。如果槽形成在外缘表面中，则槽周围区域的结构强度进一步减弱。这种解决方案不适用于由于放置刷子而修改现有的降噪装置。
另一种替代解决方案建议沿锯齿的外缘表面形成多个狭缝。然而，这要求或者坚硬的材料或者增加的锯齿厚度，以防止运行期间相邻狭缝之间的材料断裂。又一种替代解决方案建议沿风力涡轮机叶片的后缘形成多个凹陷，其中，刷子可以从每个凹陷中的一个或多个侧表面延伸。然而，这要求或者在制造期间采用非常复杂的叠层过程，或者使用后缘增强件，其成形为增加每个凹陷周围的层压结构的结构强度。
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增加附接刷子的灵活性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允许改装现有的降噪装置的降噪装置和风力涡轮机叶片。
本发明的另一个进一步的目的是提供一种降噪装置，其允许容易和简单地安装在风力涡轮机叶片上和/或允许容易和简单地附接刷子。
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，其中，降噪装置包括配置为附接到风力涡轮机叶片的侧表面或后缘表面上的基体部件、从近端延伸到第二端的至少一个阵列的第一降噪元件、以及至少一个阵列的第二降噪元件，第二降噪元件具有自由端，并且在非负载条件下至少部分地延伸到相邻第一降噪元件之间形成的间隙中，其中，所述基体部件从第一端延伸到所述近端，其中，至少一个阵列的第二降噪元件附接到基体部件或集成到基体部件中，其中，至少一个阵列的第二降噪元件沿近端平行于至少一个阵列的第一降噪元件延伸，在非负载条件下，第二降噪元件从基体部件的第三表面朝向所述第二端突出，并且至少部分地延伸到相邻第一降噪元件之间形成的间隙中。
这提供了改进的降噪配置，与传统的降噪装置相比，所述改进的降噪配置提供了改进的降噪和改进的空气动力学性能。这种配置允许在第二降噪元件的附接期间具有更大的灵活性，特别是与US 2011/0223030 A1的降噪装置相比。由于不需要附加的控制系统或可移动机构，这种配置还允许容易和简单地安装在风力涡轮机叶片上。
本配置进一步能够通过第二降噪元件改装现有的降噪装置，以改进整体噪声和空气动力学性能。这还使风力涡轮机叶片能够装配有半刷或全刷的降噪装置的阵列。这提高了降噪装置的阵列的适应性。
根据一个实施例，第一降噪元件是锯齿，其中，所述锯齿各自具有从近端到第二端测量的长度、沿近端测量的宽度以及在所述第一与第二侧表面之间测量的锯齿厚度。
在实例中，但不限于，第一降噪元件可以成形为锯齿。锯齿从位于基体部件处的近端向第二端或远端突出。锯齿的轮廓具有定义压力侧的第一侧表面、定义吸力侧的第二侧表面、以及位于所述侧表面之间的外缘。所述轮廓进一步定义在近端与远端之间延伸的中心线。
当安装时，在弦向上通过风力涡轮机叶片的气流被第一降噪元件(例如，锯齿)分成多个局部气流。然后引导局部气流通过在相邻锯齿之间形成的间隙。所述间隙各自由相邻锯齿的相对面对的外缘定义。
根据特定应用、风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓和/或风力涡轮机叶片上所需的纵向位置，可以选择第一降噪元件，例如，锯齿的尺寸、形状和/或密度。根据第二降噪元件的尺寸、形状和/或密度，可以进一步选择第一降噪元件的尺寸、形状和/或密度。这允许锯齿的阵列减少产生的涡流的能量以及产生的后缘噪声。
在实例中，锯齿的一个或两个侧表面可以具有在纵向上延伸的直的或弯曲的轮廓。降噪装置的纵向对应于风力涡轮机叶片安装时的纵向。因此，锯齿可以设计为具有结构上坚固的轮廓和/或具有良好的空气动力学和声学特性的轮廓。
在实例中，锯齿的一个或两个侧表面可以具有在横向上延伸的直的或弯曲的轮廓。降噪装置的横向对应于风力涡轮机叶片安装时的弦向。在替代实例中，锯齿可以是弯的，即，以相对于基体部件或其部分成倾斜的角度放置。这允许锯齿的轮廓或多或少地与湍流气流的方向对齐。
在实例中，锯齿的外缘表面可以具有在近端和远端之间延伸的直的或弯曲的轮廓。在特定实例中，锯齿的轮廓可以形成位于中心线的相对侧上的两个基本直的外缘表面。两个相邻锯齿的相对面对的边缘表面可以在近端处相交，或在朝向降噪装置的第一端定位的点处相交。这允许适应锯齿的密度和/或相对面对的边缘表面之间的总间隙面积。
基体部件和/或第一降噪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、橡胶、聚氨酯或其他合适的材料或复合材料。这允许锯齿在经受风力负载时屈曲或弯曲。替代地，基体部件和/或降噪元件可以由刚性材料制成，例如，金属（例如，钢）或玻璃或碳纤维增强材料或复合材料。这减少了运行期间锯齿的颤动。
根据一个实施例，第二降噪元件是刷毛，其中，所述刷毛各自具有从第三表面到所述自由端测量的长度。
在实例中，但不限于，第二降噪元件可以成形为刷毛。刷毛从位于近端与第一端之间的第三表面面朝第二端或远端突出。刷毛的阵列形成允许空气在个体的刷毛之间穿过的可渗透结构。
根据特定应用、风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓和/或风力涡轮机叶片上所需的纵向位置，可以选择第二降噪元件(例如，刷毛)的尺寸、形状和/或密度。根据第一降噪元件的尺寸、形状和/或密度，可以进一步选择第二降噪元件的尺寸、形状和/或密度。这降低了压力侧与吸力侧之间的压差，并抑制了通过相邻第一降噪元件之间的间隙的局部气流。这还降低了风力涡轮机叶片的后缘处的散射效率，其进一步降低了产生的后缘噪声。
在实例中，刷毛可以配置为在经受到风力负载时屈曲，并在移除风力负载时恢复其初始形状。根据特定应用、风力涡轮机叶片的空气动力学轮廓和/或风力涡轮机叶片上所需的纵向位置，可以选择刷毛的长度、横截面轮廓、纵向轮廓、弹性特性和/或材料。这允许刷毛适应局部气流，由此具有降噪装置的空气动力学性能的最小的效果。
第二降噪元件可以由柔性材料制成，例如，复合材料、热塑性塑料，例如，聚合物、尼龙、硅酮、橡胶、聚氨酯或其他合适的材料或复合材料。替代地，第二降噪元件可以由金属（例如，钢）、或玻璃或碳纤维增强材料制成，并具有柔性结构。
根据具体实施例，刷毛沿降噪装置的纵向长度具有恒定的长度或变化的长度，例如，所述长度作为锯齿长度的函数变化，和/或锯齿沿降噪装置的纵向长度具有恒定的长度或变化的长度。
降噪装置可以布置在风力涡轮机叶片的一个侧表面上，例如，压力侧或吸力侧。在一个实例中，当安装时，第一降噪元件(例如，锯齿)的近端可以与风力涡轮机叶片的后缘或后缘表面对齐。因此，自由延伸超出后缘的突出部分的长度可以等于锯齿的长度。这允许对通过后缘区域的湍流气流的最大调节效果。
在一个替代实例中，近端可以相对于后缘或后缘表面缩回。因此，自由突出部分的长度可以小于锯齿的长度。这减小了对通过后缘区域的湍流气流的调节效果。
在另一个替代实例中，近端可以相对于后缘或后缘表面延伸。因此，自由突出部分的长度可以大于锯齿的长度。这允许对湍流气流的最大调节效果，并且部分地调节后缘附近的不期望的流动结构，像涡流和脱落。所述总表面积可以由第一降噪元件和部分地基体部件确定。
在上述实例中，锯齿可以均匀地朝第二端或远端突出，使得第一降噪装置在横向上具有恒定的宽度。因此，降噪装置沿风力涡轮机叶片的后缘可以具有基本相同的效果。
在一个实例中，刷毛可以均匀地朝第二端或远端突出，使得第二降噪装置在横向上具有恒定的宽度。刷毛(即，刷毛的阵列)的自由端可以与锯齿的第二端或远端对齐。因此，刷毛的自由突出部分可以覆盖相邻锯齿之间的整个间隙，并且可以受到进入间隙的局部气流的影响。这对通过这些间隙的局部气流提供了最大的阻尼效果。
在一个替代实例中，刷毛的自由端可以相对于第二端或远端缩回，由此部分地覆盖所述间隙。这对通过间隙的局部气流提供了减小的阻尼效果。
在另一个替代实例中，刷毛的自由端可以相对于第二端或远端延伸，由此覆盖与锯齿的整个外缘相邻定位的整个自由空间，包括上述间隙。这对通过间隙的局部气流以及通过锯齿的远端的任何剩余气流提供了阻尼效果。这能够使刷毛设置有标准化长度，所述标准化长度在安装前或安装后可以切割成所需长度和/或端部轮廓。
替代地，锯齿和/或刷毛可以具有在横向上变化的变化长度。这允许根据风力涡轮机叶片上的特定区域的气流特性，调整降噪装置的轮廓。这进一步允许根据锯齿的长度定制刷毛的长度，例如，刷毛的端部轮廓可以以预定的偏移量跟随锯齿的端部轮廓，或者刷毛和锯齿可以具有不同的端部轮廓。
第二降噪元件(例如，刷毛)的阵列可以配置为单个连续阵列，因此基本沿降噪装置的整个长度延伸。替代地，所述阵列可以由多个子阵列定义，每个子阵列具有一簇第二降噪元件(例如，刷毛)。个体的子阵列可以连续的次序布置或间隔开布置。在实例中，每个子阵列可以与对应的锯齿的中心线对齐。
根据一个实施例，基体部件包括布置在第一端与近端之间的加厚部分，其中，加厚部分具有在所述第一与第二侧表面之间测量的最大基体厚度，其中，最大基体厚度等于或大于第一和第二降噪元件的组合厚度。
基体部件配置为对第一和第二降噪元件提供支撑。在一个实例中，基体部件具有位于第一端与近端之间的加厚部分。加厚部分可以从近端到第一端在整个宽度上延伸。替代地，加厚部分可以在近端处开始，并在距第一端的一定距离处结束。在另一个替代中，加厚部分可以放置得距第一端和近端二者一定距离。这种配置适用于将降噪装置(例如，基体部件)附接到具有截短后缘表面的风力涡轮机叶片上。
加厚部分可以具有等于或大于第一和第二降噪元件的组合厚度的最大基体厚度。加厚部分可以具有在横向上看的基本矩形、梯形、三角形或半圆形的横截面轮廓。这为降噪装置增加了结构强度。这还允许在大规模生产步骤中增加刷毛，例如通过使用装订式设备将刷毛冲压并锁定到加厚部分中。
加厚部分可以具有适用于附接第二降噪元件的第三表面。这个第三表面可以相对于第一或第二侧表面和/或第一降噪元件的中心线成倾斜的角度布置。替代地，第三表面可以垂直于第一或第二侧表面和/或第一降噪元件的中心线布置。根据横截面轮廓，第三表面可以直接面对第二端或远端，或者部分地朝向第二端或远端。
基体部件可以具有安装表面，所述安装表面适用于接触风力涡轮机叶片的匹配侧表面或边缘表面。所述安装表面可以布置在加厚部分上，或布置在与加厚部分相邻定位的基体部件的减薄部分上。替代地，安装表面可以沿加厚部分的一部分和减薄部分延伸，由此允许基体部件接触风力涡轮机叶片的侧表面和边缘表面二者。
降噪装置配置为借助于粘合剂、螺钉或螺栓等紧固件或其他合适的附接技术附接(即，安装)到风力涡轮机叶片上。基体部件可以可选地包括多个安装孔，所述安装孔在第一与第二侧表面之间延伸，用于接收和保持紧固件。这允许降噪装置与风力涡轮机叶片之间的牢固的附接。
降噪装置(例如，基体部件和/或第一降噪元件)的一个或两个侧表面可以具有如前面所提到的平的或弯曲的轮廓。在实例中，所述一个侧表面相对于降噪装置的中心线可具有凸形轮廓。这允许降噪装置的轮廓适应风力涡轮机叶片的轮廓。
在特定实例中，一个侧表面具有如上所述的凸形轮廓，而另一个侧表面具有平的轮廓。优选地，所述一个表面是当安装时面对风力涡轮机叶片的侧表面。这允许在外部侧表面上形成更理想的气流，并更好地与风力涡轮机叶片的轮廓接触。
所述一个表面的边缘可以是倒圆的或弯曲的，以能够在风力涡轮机叶片与降噪装置之间的过渡区域处形成更理想的气流。这减少了基体部件和/或第一降噪元件的外缘处的磨损和撕裂力。
根据一个实施例，基体部件具有在基体部件的所述第一与第二侧表面之间测量的最大基体厚度，其中，最大基体厚度基本对应于第一降噪元件的厚度。
在另一个实例中，基体部件具有与第一降噪元件基本相同的横截面厚度。基体部件的第一和/或第二侧表面和第一降噪元件可以对齐，以形成基本连续的表面轮廓。这节省了基体部件的材料和重量。这种配置适用于将降噪装置(例如，基体部件)附接到具有尖锐的后缘的风力涡轮机叶片上。
在这个实例中，第三表面和安装表面可以基本平行于第一或第二侧表面和/或第一降噪元件的中心线布置。这增加了基体部件的灵活性，因此能够使其更好地适应风力涡轮机叶片的外形。
在基体部件的两个替代实施例中，基体部件作为第一和第二降噪元件二者的共同或单个的基体部件。这消除了对WO 2013/045601 A1中要求的分开的基体部件的需要。其次，与US 2011/0223030 A1的锯齿和刷子布置不同，刷毛由基体部件支撑。这允许刷毛更牢固和更灵活的附接。
根据一个实施例，所述至少一个阵列的第二降噪元件连接到基底上，其中，所述基底配置为附接到基体部件的第三表面上，或者所述至少一个阵列的第二降噪元件集成到粘合层中，用于附接到所述第一降噪元件和/或风力涡轮机叶片的所述侧表面或后缘表面上。
在一个实例中，第二降噪元件可以集成到或嵌入到基体部件中。因此，第二降噪元件可以从第三表面突出。这允许使用注射成型、热成型或类似的制造过程将降噪装置制造为单个装置。
在另一个实例中，第二降噪元件可以集成到支撑基底中或附接到支撑基底。基底可以具有配置为接触第三表面的接触表面。所述接触表面可以跟随第三表面的外形。基底可以借助于粘合剂、螺栓或螺钉等紧固件、机械耦合或其他合适的附接技术附接到基体部件上。这允许可选地使用不同的制造过程，分开制造第二降噪元件。因此，可以使用所述基底将第二降噪元件锚定到位置中，例如通过使用装订式设备或其他大规模生产过程将刷毛冲压并锁定到加厚部分中。
基底可以成形为柔性元件，例如，织物层、薄膜或其他合适的柔性结构，或由柔性材料制成，例如，热塑性塑料、聚丙烯、聚合物、聚酯、橡胶、聚氨酯或其他合适的柔性材料。替代地，基底可以由玻璃或碳纤维增强材料或复合材料制成。
在又一个实例中，第二降噪元件可以集成到具有至少一个接触表面的粘合层中。这允许第二降噪元件粘合到基体部件的第三表面上。粘合层可以进一步沿基体部件的安装表面延伸，因此还用于将降噪装置附接到风力涡轮机叶片上。
一个或多个可移除的覆盖层可以用于在附接到基体部件上之前和/或附接到风力涡轮机叶片上之前保护所述粘合层的接触表面。优选地，在施加所述覆盖层之前，第二降噪元件(例如，刷毛)可以简单地布置在粘合层的一个或两个接触表面上。因此，粘合层的粘合特性可以用于将第二降噪元件锚定到位置中。
如果使用第二降噪元件的子阵列，则可以对每个子阵列使用个体的基底或粘合层。
上述粘合剂可以是流体粘合剂，例如，甲基丙烯酸甲酯（MMA）粘合剂或粘合层。上述粘合层可以是双面胶带或薄膜。
在任一上述实例中，第二降噪元件的自由端在非负载条件下直接面对或部分地朝向第二端或远端。在实例中，第二降噪元件可以基本平行于第一降噪元件突出。
根据一个实施例，降噪装置进一步包括第一粘合层和第二粘合层，所述第一粘合层配置为附接到风力涡轮机叶片的所述侧表面或后缘表面上，所述第二粘合层配置为附接到至少一个阵列的第二降噪元件上。
在一个实例中，降噪装置可以包括第一粘合层和第二粘合层。第一粘合层可以用于将第二降噪元件附接到基体部件上。第二粘合层可以用于将降噪装置附接到风力涡轮机叶片上。
第一和/或第二粘合层可以部分地或全部地覆盖第三表面和/或基体部件的安装表面。这允许在将降噪装置附接到风力涡轮机叶片上之前或之后，附接第二降噪元件。
第一和第二粘合层可以在横向上对齐。在实例中，每个子阵列的第一和第二粘合层可以根据锯齿的对应的中心线对齐。
优选地，第一和第二粘合层可以放置在彼此的顶部上。第二降噪元件(例如，刷毛)可以布置在第一与第二粘合层之间，或者可以集成到第一或第二粘合层中。
在特定配置中，第一和/或第二粘合层可以在第三表面上和/或在安装表面上形成一个或多个包围空间。这允许施加部分地或全部地填满所述空间的流体粘合剂。基体部件可以包括多个通孔，所述通孔在第一或第二侧表面之间延伸并延伸到所述包围空间中，由此允许通过所述通孔施加流体粘合剂和/或将多余的流体粘合剂推出所述通孔。这允许降噪装置与风力涡轮机叶片之间的改进的附接。
根据一个实施例，自由端形成沿降噪装置的纵向长度在平面中延伸的基本直的端线，或者自由端形成相对于由所述第一降噪元件沿降噪装置的纵向长度形成的第二端线在平面外变化的端线，例如，第二降噪元件的所述端线包括位于两个相邻第一降噪元件之间的至少一个曲线部分。
第一和第二降噪元件各自形成在纵向上延伸的个体的端线。每个端线分别定义第一和第二降噪元件的端部轮廓。
第一降噪元件(例如，锯齿)形成位于由所述第一降噪元件定义的平面中的直的端线，因此当安装时平行于风力涡轮机叶片的后缘。替代地，这个端线可以相对于近端在平面中变化，或者朝向吸力侧和/或压力侧在平面外变化。这允许通过变化个体的第一降噪元件的组合轮廓来优化对湍流气流的调节效果。
在一个实例中，第二降噪元件(例如，刷毛)形成位于由所述第二降噪元件定义的平面中的直的端线，因此当安装时平行于风力涡轮机叶片的后缘。替代地，这个端线可以相对于近端或第三表面在平面中变化，或者朝向吸力侧和/或压力侧在平面外变化。这允许通过变化第二降噪元件的组合轮廓来优化阻尼效果。
在替代实例中，第二降噪元件的端线可以包括相对于个体的第一降噪元件及其之间的间隙布置的若干个端线部分。所述端线部分可以具有波浪形、正方形、三角形或锯齿形轮廓。替代地，仅位于相邻第一降噪元件之间的线部分可以朝第一降噪元件的端线突出平面。这些突出的端线部分可以交叉于第一降噪元件的端线，使得它们的峰或顶点位于该端线的相对侧上。这能够使通过这些间隙的局部气流将第二降噪元件的突出部分推回到平面中，由此对通过的局部气流产生更大的效果。
本发明的目的还通过一种风力涡轮机叶片实现，风力涡轮机叶片从叶片根部到尖端在纵向上延伸，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，其中，至少一个如上所述的第一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。
这提供了具有上述降噪装置的阵列的风力涡轮机叶片，所述降噪装置具有改进的降噪和空气动力学性能。已经安装在风力涡轮机上的降噪装置可以用如下所述的刷子进行适当的改装。如上所述，具有集成的第二降噪元件的降噪装置也可以安装在风力涡轮机叶片上。
根据一个实施例，所述后缘是基本锐利的后缘或是具有后缘表面的钝的后缘，其中，所述至少一个第一降噪装置的近端相对于所述锐利的后缘或所述后缘表面布置。
上述降噪装置可以适当地用在具有任何类型的后缘（包括锐利的或钝的后缘）的风力涡轮机叶片上。基体部件的轮廓适用于能够附接到风力涡轮机叶片的侧表面和/或截短后缘的边缘表面上。这允许降噪装置的简单和容易的附接。
如前面所提到的，第一和/或第二降噪元件的轮廓可以适用于特定应用、风力涡轮机叶片的特定空气动力学轮廓和/或沿风力涡轮机叶片的纵向长度的所需位置。这允许对风力涡轮机叶片产生最佳效果。
根据一个实施例，风力涡轮机叶片进一步包括至少一个第二降噪装置，所述第二降噪装置相对于后缘或在后缘处安装在第一或第二侧表面上，至少一个第二降噪装置相对于至少一个第一降噪装置定位，其中，所述至少一个第二降噪装置的配置与所述至少一个第一降噪装置的配置不同。
风力涡轮机叶片可以装配具有不同配置的第一和/或第二降噪元件的降噪装置的任何组合。在一个实例中，至少一个第一降噪装置可以包括第一和第二降噪元件二者，而至少一个第二降噪装置可以仅包括第一或第二降噪元件。在另一个实例中，至少一个第一降噪装置可以包括第一和第二降噪元件的第一配置，而至少一个第二降噪装置可以包括第一和第二降噪元件的第二配置。在又一个实例中，第一和第二降噪元件可以包括相同配置的第一降噪元件，但不同配置的第二降噪元件。这进一步降低了后缘噪声，并提高了沿后缘的空气动力学性能。
本发明的目的进一步通过一种改装风力涡轮机叶片上的降噪装置的方法实现，所述方法包括：
- 提供风力涡轮机叶片，所述风力涡轮机叶片从叶片根部到尖端在纵向上延伸，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，其中，至少一个降噪装置布置在第一或第二侧表面上或后缘表面上，至少一个降噪装置具有第一端、第二端、第一侧表面和第二侧表面，降噪装置进一步包括基体部件和从近端延伸到第二端的至少一个阵列的第一降噪元件，基体部件从第一端延伸到近端，其中，所述方法进一步包括以下步骤：
- 将至少一个阵列的第二降噪元件定位在基体部件上，平行于至少一个阵列的第一降噪元件布置所述至少一个阵列的第二降噪元件，
- 将所述至少一个阵列的第二降噪元件附接到基体部件上，使得第二降噪元件的自由端在非负载条件下基本面朝所述第二端。
这允许在不必更换降噪装置的情况下修改现有的降噪装置，以具有改进的降噪和空气动力学性能。在第一降噪元件的安装之后适当地附接第二降噪元件，这进而减少了服务时间和成本。在第二降噪元件的附接之前，可选地准备基体部件的第三表面，例如，清洁。
这种方法可适当地用于某些降噪装置的修改，而其他降噪装置则保持不修改。这种方法还适用于将第一配置的第二降噪元件附接到一个降噪装置上，并将第二配置的第二降噪元件附接到另一个降噪装置上。不同配置的第二降噪元件简单地附接到降噪装置的基体部件上，使得它们的相应的自由端沿第一降噪元件的一个侧表面突出，并如上所述的直接面对或部分地朝向远端。
这允许具有不同配置的不同降噪装置组合在风力涡轮机叶片上，由此进一步改进空气动力学性能并降低后缘噪声。
此外，本发明的目的通过一种制造用于风力涡轮机叶片的降噪装置的方法实现，所述方法包括：
- 制造降噪装置，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，其中，降噪装置包括配置为附接到风力涡轮机叶片的侧表面或后缘表面上的基体部件和从近端延伸到第二端的至少一个阵列的第一降噪元件，其中，基体部件从第一端延伸到所述近端，其中，所述方法进一步包括以下步骤：
- 制造至少一个阵列的第二降噪元件，所述第二降噪元件具有自由端，
- 将所述至少一个阵列的第二降噪元件定位在基体部件上，平行于至少一个阵列的第一降噪元件布置所述至少一个阵列的第二降噪元件，
- 将至少一个阵列的第二降噪元件附接到基体部件上，使得自由端在非负载条件下基本面朝所述第二端。
这提供了两步骤制造过程，用于提供如上所述的降噪装置。在一个步骤中，使用任何合适的制造过程，例如，注射成型或热成型，形成第一降噪元件和基体部件。在平行或后续步骤中，使用分开的制造过程，例如，附接到基底上或集成到粘合层中，制造第二降噪元件。这允许使用不同的制造过程。
在完成分开的制造步骤之后，可选地包装第二降噪元件，并将其运输到第一降噪元件的现场。所述现场可以是另一个生产现场、组装现场或风力涡轮机的安装现场。
然后将第二降噪元件定位在基体部件的第三表面上，使得自由端沿第一降噪元件的侧表面突出，并如上所述的直接面对或部分地朝向远端。可以使用引导或安装工具将第二降噪元件正确地定位在第三表面上。在放置在第三表面上之前，第二降噪元件可以布置在引导或安装工具中。
最终，第二降噪元件如上所述的附接到基体部件上。可选地，在第二降噪元件的附接之前，准备第三表面，例如，清洁。不需要分开的基体部件或刷毛在锯齿的外缘上的非常精确的对齐。
在完成附接之后，可以移除引导或安装工具。然后可以重复使用引导或安装工具，将另一个阵列的第二降噪元件附接到另一个降噪装置上。
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示出了安装在风力涡轮机叶片上的第二降噪装置的第二示例性配置，
图7示出了第二降噪元件的第二示例性配置，
图8示出了引导工具的示例性实施例，
图9示出了引导工具和安装在风力涡轮机叶片上的降噪装置的横截面，
图10a至图10f示出了第二降噪元件的六个实施例的横截面图，
图11a至图11b示出了第二降噪元件阵列的两个实施例，
图12a至图12c示出了第二降噪元件的三个附加实施例的横截面图，
图13示出了具有直的端部轮廓的第二降噪元件，
图14示出了具有变化的端部轮廓的第二降噪元件，以及
图15示出了附接到基体部件上的第二降噪元件的第三示例性配置。
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. 第一侧表面
21. 第一端
22. 第二端
23. 基体部件
24. 近端
25. 第一降噪元件
26. 第二降噪元件
27. 第二侧表面
28. 加厚部分
29. 安装表面
30. 第三表面
31. 后缘表面
32. 基底
33. 引导工具
34. 第二降噪元件的连续阵列
35. 第二降噪元件的子阵列
36. 端线
37. 第一粘合层
38. 第二粘合层
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的风力涡轮机叶片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20、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延伸的若干个第一降噪元件25。降噪装置19进一步包括若干个第二降噪元件26，所述第二降噪元件从位于基体部件23上的第三表面（见图5）向第二端22延伸。
图4示出了降噪装置19的第二侧表面27。基体部件23包括从第二侧表面27突出的加厚部分28。加厚部分28朝向近端24布置，其中，第三表面（见图5）面向第二端22。基体部件23进一步具有位于基体部件23的减薄部分上的安装表面29。
在此，加厚部分28形成为基体部件23的集成部件，因此第二降噪元件26集成到基体部件23中。
图5示出了从第二端22看的降噪装置19，其中第二降噪元件26受通过相邻第一降噪元件25之间形成的间隙的局部气流的影响。
如图4和图5可见，第二降噪元件26沿第一降噪元件25的第二侧表面27从第三表面30在横向上延伸到第二端22。第二降噪元件26进一步突出到上述间隙中，由此至少部分地覆盖所述间隙。
图6示出了安装在风力涡轮机叶片5上的降噪装置19’的第二示例性配置。在此示出风力涡轮机叶片5具有截短后缘，所述截短后缘具有后缘表面31。降噪装置19'的安装表面29布置在风力涡轮机叶片5的压力侧12上。在此，近端24相对于后缘表面31延伸。
如图6和图7所示，第一降噪元件25朝向压力侧12定位，而第二降噪元件26朝向吸力侧13定位。
在这个配置中，第二降噪元件26集成(例如，嵌入)于在纵向上延伸的基底32中。如箭头所示，基底32定位在基体部件23上，使得基底32的接触表面接触第三表面30。然后，基底32例如通过将粘合剂施加到接触表面和/或第三表面30附接到基体部件23上。
图7示出了具有第二降噪元件26的第二示例性配置的降噪装置19’。在此，第二降噪元件26与基底32分开。
在这个配置中，第二降噪元件26首先定位在第三表面30上，之后基底32定位在第二降噪元件26的顶部上，如箭头所示。基底32最终附接到例如第三表面30的基体部件23（例如，通过将粘合剂施加到接触表面）上和/或在第二降噪元件26的顶部上。
第二降噪元件26可以在安装基体部件23和第一降噪元件25之后附接，如图6和图7所示。这允许用附加的降噪元件（例如，刷子）改装现有的降噪装置。第二降噪元件26也可以在安装降噪装置19’之前附接到基体部件23上。
图8示出了引导工具33的示例性实施例，所述引导工具配置为在附接期间将第二降噪元件26保持在它们的正确位置中。引导工具33包括任何合适的器件，例如，孔、夹子或粘合剂，第二降噪元件26可以布置在其中或其上。在将第二降噪元件26定位在第三表面30上之前，第二降噪元件26优选地布置在引导工具33中。
图9示出了通过引导工具33安装在风力涡轮机叶片5上的降噪装置19’的横截面。在基底32定位在基体部件23上之前，使用引导工具33将第二降噪元件26定位在第三表面上。然后，基底32定位并附接到基体部件23上。最终，引导工具33从第二降噪元件26断开并移除。
可选地，基底32可以进一步附接到后缘表面31上，以增加总体附接区域。
图10a至图10f示出了第二降噪元件26的轮廓的六个实施例。如图10a至图10e所示，第二降噪元件26可以具有圆形、正方形、多边形、矩形或椭圆形横截面轮廓。
如图10f所示，第二降噪元件26还可以具有从附接端（即，第三表面30或基底32）延伸到自由端的锥形轮廓。
图11a至图11b示出了在纵向上看的第二降噪元件26的阵列的两个实施例。如图11b所示，第二降噪元件26的阵列可以形成连续阵列34。如图11a所示，第二降噪元件26的阵列也可以由多个子阵列35定义，其中，每个子阵列35包括一簇第二降噪元件26。
图12a至图12c示出了第二降噪元件26的三个附加实施例的横截面图。如图12a所示，第二降噪元件26的自由端和附接端可以基本布置在相同的平面中。如图12a所示，第二降噪元件26的自由端也可以朝向吸力侧延伸出平面。如图12b所示，第二降噪元件26的自由端也可以朝向压力侧延伸出平面。
第二降噪元件26的阵列形成在纵向上延伸的自由端轮廓（见图13和图14）。
图13示出了具有布置在平面中的自由端轮廓的第二降噪元件26。自由端轮廓定义了直的端线36，使得第二降噪元件26的长度在纵向长度上是恒定的。
图14示出了第二降噪元件26，其中，自由端轮廓在纵向长度上在平面中变化。这个自由端轮廓的端线36’相对于近端24变化，因此第二降噪元件26具有在纵向长度上变化的长度。在此，如图14所示，端线36’具有基本呈波浪形的端部轮廓。
图15示出了安装在风力涡轮机叶片5上的第二降噪装置19’’的第三示例性配置。在此，示出了风力涡轮机叶片5具有尖锐的后缘，其中，降噪装置安装在一个侧表面上，例如，压力侧12。
降噪装置19’’包括第一粘合层37和第二粘合层38。第一粘合层37配置为将第二降噪元件26附接到基体部件23上。第二粘合层38配置为将第二降噪元件26附接到风力涡轮机叶片5上。
可以使用引导工具33将第二降噪元件26布置在第一与第二粘合层37、38之间。第二降噪元件26也可以集成到第一或第二粘合层37、38中。
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 (14)

1.一种用于风力涡轮机叶片（5）的降噪装置（19），所述降噪装置具有第一端（21）、第二端（22）、第一侧表面（20）和第二侧表面（27），其中，所述降噪装置（19）包括配置为附接到所述风力涡轮机叶片（5）的侧表面或后缘表面（31）上的基体部件（23）、从近端（24）延伸到所述第二端（22）的至少一个阵列的第一降噪元件（25）、以及至少一个阵列的第二降噪元件（26），所述第二降噪元件（26）具有自由端，并且在非负载条件下至少部分地延伸到相邻第一降噪元件（25）之间形成的间隙中，其中，所述基体部件（23）从所述第一端（21）延伸到所述近端（24），其特征在于，所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）附接到所述基体部件（23）或集成到所述基体部件（23）中，其中，所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）沿所述近端（24）平行于所述至少一个阵列的第一降噪元件（25）延伸，所述第二降噪元件（26）从所述基体部件（23）的第三表面（30）朝向所述第二端（22）突出。
2.根据权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述第一降噪元件（25）是锯齿，其中，所述锯齿各自具有从所述近端（24）到所述第二端（22）测量的长度、沿所述近端（24）测量的宽度以及在所述第一与第二侧表面之间测量的锯齿厚度。
3.根据权利要求1或2所述的降噪装置，其特征在于，所述第二降噪元件（26）是刷毛，其中，所述刷毛各自具有从所述第三表面（30）到所述自由端测量的长度。
4.根据权利要求2或3所述的降噪装置，其特征在于，所述刷毛沿所述降噪装置（19）的纵向长度具有恒定的长度或变化的长度，例如，所述长度作为所述锯齿的长度的函数变化，和/或所述锯齿沿所述降噪装置（19）的纵向长度具有恒定的长度或变化的长度。
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，所述基体部件（23）包括布置在所述第一端（21）与所述近端（24）之间的加厚部分（28），其中，所述加厚部分（28）具有在所述第一与第二侧表面之间测量的基体厚度，其中，所述基体厚度等于或大于所述第一和第二降噪元件（25,26）的组合厚度。
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，所述基体部件（23）具有在所述基体部件（23）的所述第一与第二侧表面之间测量的基体厚度，其中，所述基体厚度基本对应于所述第一降噪元件（25）的厚度。
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，所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）连接到基底（32）上，其中，所述基底（32）配置为附接到所述基体部件（23）的第三表面（30）上，或者所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）集成到粘合层（37, 38）中，用于附接到所述第一降噪元件（25）和/或所述风力涡轮机叶片（5）的所述侧表面或后缘表面（31）上。
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，所述降噪装置（19）进一步包括第一粘合层（37）和第二粘合层（38），所述第一粘合层配置为附接到所述风力涡轮机叶片（5）的所述侧表面或后缘表面（31）上，所述第二粘合层（38）配置为附接到所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）上。
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，所述自由端形成沿所述降噪装置（19）的纵向长度在平面中延伸的基本直的端线（36），或者所述自由端形成端线（36’），所述端线（36’）相对于由所述第一降噪元件（25）沿所述降噪装置（19）的纵向长度形成的第二端线在平面外变化，例如，所述第二降噪元件（26）的所述端线包括位于两个相邻第一降噪元件（25）之间的至少一个曲线部分。
10.一种风力涡轮机叶片，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9中任一项所述的第一降噪装置（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。
11.根据权利要求10所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述后缘（10）是基本锐利的后缘或具有后缘表面（31）的钝的后缘，其中，所述至少一个第一降噪装置（19）的近端（24）相对于所述锐利的后缘或所述后缘表面（31）布置。
12.根据权利要求10或11所述的风力涡轮机叶片，其特征在于，所述风力涡轮机叶片（5）进一步包括至少一个第二降噪装置（19），所述第二降噪装置相对于所述后缘（10）或在所述后缘（10）处安装在所述第一或第二侧表面上，所述至少一个第二降噪装置（19）相对于所述至少一个第一降噪装置（19）定位，其中，所述至少一个第二降噪装置（19）的配置与所述至少一个第一降噪装置（19）的配置不同。
13.一种改装风力涡轮机叶片上的降噪装置的方法，包括：
- 提供风力涡轮机叶片（5），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，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，其中，至少一个降噪装置（19）布置在所述第一或第二侧表面上或后缘表面（31）上，所述至少一个降噪装置（19）具有第一端（21）、第二端（22）、第一侧表面（20）和第二侧表面（27），所述降噪装置（19）进一步包括基体部件（23）和从近端（24）延伸到所述第二端（22）的至少一个阵列的第一降噪元件（25），所述基体部件（23）从所述第一端（21）延伸到所述近端（24），其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
- 将至少一个阵列的第二降噪元件（26）定位在所述基体部件（23）上，平行于所述至少一个阵列的第一降噪元件（25）布置所述至少一个阵列的第二降噪元件（26），
- 将所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）附接到所述基体部件（23）上，使得所述第二降噪元件（26）的自由端在非负载条件下基本面朝所述第二端（22）。
14.一种制造用于风力涡轮机叶片的降噪装置的方法，包括：
- 制造降噪装置（19），所述降噪装置具有第一端（21）、第二端（22）、第一侧表面（20）和第二侧表面（27），其中，所述降噪装置（19）包括配置为附接到所述风力涡轮机叶片（5）的侧表面或后缘表面（31）上的基体部件（23）和从近端（24）延伸到所述第二端（22）的至少一个阵列的第一降噪元件（25），其中，所述基体部件（23）从所述第一端（21）延伸到所述近端（24），其特征在于，所述方法进一步包括以下步骤：
- 制造至少一个阵列的第二降噪元件（26），所述第二降噪元件（26）具有自由端，
- 将所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）定位在所述基体部件（23）上，平行于所述至少一个阵列的第一降噪元件（25）布置所述至少一个阵列的第二降噪元件（26），
- 将所述至少一个阵列的第二降噪元件（26）附接到所述基体部件（23）上，使得所述自由端在非负载条件下基本面朝所述第二端（22）。
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