CN113107758B - 一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片 - Google Patents

一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片，叶片包括叶片前缘和叶片尾缘，该降噪装置包括：固定件，其用于固定于叶片的叶片尾缘上；两个降噪板，其间隔布置于叶片两侧并与固定件固定，两个降噪板的间距沿X轴方向逐渐减小；每一降噪板内侧沿Z轴设有至少一组锯齿组件，每组锯齿组件沿X轴方向排列，并且锯齿组件的每一锯齿与降噪板的壁面形成夹角α，所述α小于90°。本发明可以对叶片两侧面形成的两成股气流进行混合，达到破碎大涡目的；另外根据渐缩的结构，使得气流依靠自身动能达到混合目的，从而破碎大涡形成小涡，以达到降噪的目的。

Description

一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片
技术领域
本发明属于风电叶片领域，尤其涉及一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片。
背景技术
风能作为清洁无公害的可再生能源，日益受到各国的重视。随着我国风电装机容量和国产化程度的不断扩大，风电机组的噪声问题逐渐显现出来，干扰人们的工作和生活。
叶片旋转过程中气流从叶片尾缘脱落产生的涡产生，一般大涡产生低频噪音，小涡产生高频噪音；高频噪音随距离和障碍物衰减较快，低频噪音较难衰减，所以常用的降噪原理为混合尾涡，击破其中的大涡，从而达到从根源降噪的目的。
叶片尾缘锯齿结构可以改变各个截面尾迹涡的脱落位置，增大涡心之间的距离，抑制脱落涡对尾迹流动的扰动，进而减小了叶片表面的非定常压力脉动和尾迹涡引起的气动噪声。例如，
中国专利CN106050553A公开了一种大厚度钝尾缘翼型的降噪装置，通过在钝尾缘体的尾缘平面上固定一个锯齿形尾缘体，改善大厚度钝尾缘翼型的空气动力学特征，阻挡、分割湍流强度较大时翼型的涡流。
由于风力发电机叶片为旋转运动，其表面流体由于离心作用存在指向叶尖的轴线流动趋势，故尾涡脱落过程中也存在轴线流动，在叶片气动性能变差，如失速情况下，其边界层分离严重，轴线流动更加明显，此类状况下尾涡的轴线脱落更加明显，常规的在弦长方向设置沿吸附面和压力面伸长的锯齿结构，其对尾涡的作用将急剧下降，对轴向流动分离涡混合能力也较弱。
因此，如何通过合理的设计，有效的提升轴向流动分离涡混合能力以及远离边界层的流动涡混合能力，降低气动噪声，仍是一大难题挑战。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种用于叶片的渐缩式降噪装置及叶片，可以对叶片两侧面形成的两成股气流进行充分的混合，从而破碎大涡形成小涡，以达到降噪的目的。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案为：
第一方面，本发明提供一种用于叶片的渐缩式降噪装置，包括：
固定件，其用于固定于叶片的叶片尾缘上；
两个降噪板，其间隔布置于叶片两侧并与所述固定件固定，两个所述降噪板的间距沿X轴方向逐渐减小；
每一所述降噪板内侧沿Z轴方向设有至少一组锯齿组件，每组所述锯齿组件沿X轴方向排列，并且所述锯齿组件的每一锯齿与所述降噪板的壁面形成夹角α，所述α小于90°。
其中，两个降噪板的间距h满足以下关系：
h＝-ax6+bx5-cx4+d，
其中，x为所处间距截面至降噪板最前端开放口的长度，a、b、c及d均为常数，a、b、c的数值范围均为0～0.1。
其中，α的数值范围为25°～65°。
其中，锯齿上布置微锯齿。
其中，降噪板外侧设有边齿和/或孔和/或凹坑。
其中，同一组内相邻所述锯齿的间距沿X轴方向等比增加，等比增加的倍数范围为0～2。
其中，降噪板内侧设有至少两组锯齿组件时，相邻组的锯齿组件对称布置。
其中，固定件为杆件或薄片。
第二方面，本发明还提供一种包含上述降噪装置的叶片，包括：
叶片前缘；
叶片尾缘；
降噪装置从叶片的叶尖沿Z轴方向布置。
其中，叶片尾缘沿叶片的弦长方向延伸形成位于两个降噪板间的隔板，隔板两侧面布置锯齿结构。
与现有技术相比，本发明通过降噪板的渐缩式结构，以及降噪板上内侧布置的锯齿，可以使得叶片两侧面形成的两成股气流进行充分的混合，从而破碎尾翼产生的大涡，使其形成小涡，进而达到降噪的目的。
附图说明
通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
图1是示出根据本发明实施例的渐缩式降噪装置的结构示意图；
图2a和图2b是示出根据本发明某一实施例的渐缩式降噪装置的截面示意图；
图3是示出根据本发明某一实施例的渐缩式降噪装置的安装示意图；
图4是示出根据本发明某一实施例的渐缩式降噪装置安装时的局部示意图；
图5a和图5b是示出根据本发明某一实施例的渐缩式降噪装置安装时的局部截面示意图；
图6是示出根据本发明实施例的叶片结构示意图。
附图标记说明：
1-固定件，2-降噪板，3-锯齿组件，31-锯齿，32-微锯齿，4-叶片，41-叶片前缘，42-叶片尾缘，43-叶尖，44-叶根，51-压力面，52-吸力面，6-隔板，10-降噪装置，
X轴方向为叶片弦长的摆振方向，
Y轴方向为压力面向吸力面延伸的竖直方向，
Z轴方向为从叶根向叶尖延伸的纵向方向。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
实施例一
参见图1至图3所示，本发明实施例提供一种用于叶片的渐缩式降噪装置，包括：
固定件1，其用于固定于叶片4的叶片尾缘42上；
两个降噪板2，其间隔布置于叶片4两侧并与固定件1固定，两个降噪板2的间距h沿X轴方向逐渐减小，并且两个降噪板2沿X轴方向伸出叶片尾缘42；
每一降噪板2内侧沿Z轴方向设有至少一组锯齿组件3，每组锯齿组件3沿X轴方向排列，并且锯齿组件3的每一锯齿31与降噪板2的壁面形成夹角α，所述α小于90°。
本实施例中，间距h沿X轴方向逐渐减小的曲线呈弧线状，两个降噪板的间距h满足以下关系：
h＝-ax6+bx5-cx4+d，
其中，x为所处间距截面至降噪板最前端开放口的长度，a、b、c及d均为常数，a、b、c的数值范围均为0～0.1。
当x＝0时，两个降噪板的间距h＝d，即降噪板最前端开放口的间距为d，d的数值不做具体的限定，视降噪需求的不同，做一定的调整和改变；a、b、c的数值范围视降噪需求限定为0～0.1，以此来调节间距逐渐减小的幅度，保证降噪的效果。如，a可以为2E-15(即2×10-15)，b可以为9E-12(即9×10-12)，c可以为2E-8(即2×10-8)。
在另一个应用场景中，每组锯齿组件3沿两个所述降噪板2间距减小的方向依次分为第一锯齿段、第二锯齿段和第三锯齿段，间距h的长度呈线性减小，第一锯齿段、第二锯齿段和第三锯齿段相互间的锯齿31与降噪板2的壁面形成夹角不同。
本发明实施例的叶片4在旋转运动时，气流在叶片表面流动状态在正常情况下与气流流经静止叶片一致；气流从压力面51、吸力面52两个表面流至叶片尾缘42，从叶片尾缘42流出时由于与壁面(压力面51和吸力面52)分离形成具有各类噪音的大小涡；通过本实施例降噪装置的开放口(两个降噪板2间距最大的位置)将叶片4的尾流引流至内腔(两个降噪板2的中间区域)内，附着于腔壁(降噪板2的内壁)的锯齿3对尾流进行混合分割破碎其中的大涡，达到消减大涡(低频噪音源)目的；最后流出降噪装置，完成整个降噪过程。
实施例二
在实施例一的基础上，本实施还可以包括以下内容：
本实施例的降噪板2通过其上的锯齿组件3完成对尾流的分割破碎时，可以根据尾流经过降噪板2的位置，对锯齿组件3的每一锯齿31与降噪板的壁面设置成不同的角度以使得锯齿组件3可以更好的完成对尾流的分割破碎。锯齿组件3的每一锯齿31与降噪板的壁面形成的夹角α小于90°，在本实施例中，视降噪需求的不同采用不同夹角的数值范围，比如可以选择的数值范围为25°～65°。
本实施例在进行尾涡的分割破碎时，可以在降噪板2内侧设有至少两组锯齿组件3时，相邻组的锯齿组件3对称布置，即可以保证进入降噪装置的尾流可以充分混合，以降低大涡的形成。
实施例三
在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
本实施例为了进一步提高对尾流中的大涡的分割破碎效果，可以根据不同场景选择对应结构进行完成。如图2b中所示，在一个应用场景中，降噪装置还包括与锯齿31位置对应的至少一组微锯齿32，一组微锯齿32对应一组锯齿31，微锯齿32沿锯齿31边缘紧密布置并与该位置的锯齿31具有相同的倾角，由于微锯齿32布置于锯齿31的边缘上，在尾流被锯齿组件3分割破碎后，该微锯齿32可以将锯齿组件3分割破碎后的次大涡进行进一步的分割破碎，从而使得本实施例降噪装置具有更好的减小大涡效果。
本发明实施例考虑到降噪板2的外表面和尾部可能产生额外的尾涡，可以在所述降噪板2外侧设有边齿和/或孔和/或凹坑，通过布置在降噪板2外侧(外表面)的边齿和/或孔和/或凹坑，能够将可能产生的尾涡进行分割破碎，从而避免本实施例的降噪装置在安装于叶片4并实际应用时形成噪音。进一步地，本实施例对于外表面和尾部可能产生的额外尾涡，还可以通过在降噪板2的尾部(两个降噪板2间距最小的位置)布置边齿和/或孔和/或凹坑，该边齿和/或孔和/或凹坑与降噪板2的切面平行，从而对可能产生的尾涡进行分割破碎，并使得经过降噪装置外部的尾流与其内部(两个降噪板2间的区域)的流体流出方向保持一致，从而实现降低大涡的目的，进而达到降噪的效果，实现了二次降噪。
实施例四
在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
本实施例为了保证降噪装置对尾流的混合破碎效果，可以将两个所述降噪板2上的所述锯齿组件3镜像布置，或者可以根据吸力面52或压力面51气流流体的特性不同，即吸力面52分离的尾涡中大涡更多，因此，可以将位于吸力面52一侧的降噪板2上的锯齿组件3相对于压力面51一侧的降噪板2上的锯齿组件3布置的更密集。
同一组内相邻锯齿3的间距沿X轴方向等比增加，等比增加的倍数范围为0至2，当等比增加的倍数为2时，后一间距相对于前一间距增大了三倍，进入两个降噪板2的气流经过前段更密集的锯齿破碎混合后，流体状态更趋向于平稳，流至中段、后段时所需的混合能量较小只需更稀疏的锯齿31进行混合破碎，从而使得本实施例在能够达到较好的破碎大涡的前提下，减小锯齿31的布置，以降低降噪装置的质量，进而降低了叶片进行能量转换时的损耗。
实施例五
在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
本实施为了保证降噪装置能够固定于叶片4上，以达到对叶片4尾涡进行分割破碎大涡的目的，可以根据不同场景选择对应结构。如图4、图5a、图5b所示，在具体应用场景中，所述固定件1为杆件或薄片，如图5a所示，当实施例采用杆件时，杆件两端分别固定两个降噪板2，然后将杆件固定于叶片4的叶片尾缘42部分，具体地，杆件固定于压力面51和吸力面52连接的侧面；进一步地，该杆件的数量可以根据实际环境中的风力范围进行选择。另外，如图5b所示，当实施例采用薄片时，可以在薄片上设置与叶片4的叶片尾缘42匹配的凹槽，通过将其卡持并固定在叶片尾缘42上；进一步地，本发明实施例为达到提前混流目的，可以在薄片上设置锯齿(如图5b中阴影部分)。
实施例六
在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
如图6所示，本发明实施例还提供一种包含上述降噪装置10的叶片4，叶片4还包括：
叶片前缘41；
叶片尾缘42；
降噪装置10设有至少一个，并且降噪装置10沿Z轴方向布置。
本实施例为了对叶片4的尾流提高混合效果，可以在叶片尾缘42沿叶片4的弦长方向延伸形成位于两个降噪板2间的隔板6；另外，为了进一步提高对尾涡的分割破碎效果，可以在隔板6两侧面布置锯齿结构。其中，隔板6的尺寸根据其布置于叶片上的不同位置进行对应设置，如图4、图5a及图5b所示，在一个应用场景中，隔板6在X轴方向上的尺寸为布置位置的叶片弦长的2-5％，Y轴方向的尺寸为其X轴方向上尺寸的0.3-0.5。
本实施例在实际应用场景中，降噪装置10从叶片4的叶尖43沿叶片尾缘42向叶根44布置4/5的长度，主要是考虑叶片4的叶根44为失速设计，即靠近叶根44处截面的流体大部分已从靠近叶片前缘41处分离，流经叶片尾缘42的气流较少，在叶根44处安装并进行分割破碎尾涡的效果不大；并且叶根44的截面呈圆形，无法进行有效的安装。
本实施例的降噪装置10还可以独立安装于叶尖43，起到阻止压力面51流体由于压力反包至吸力面52从而形成损失及噪音；并且在降噪装置10安装于叶尖43时其可以采用降噪板2的左右封闭结构，即降噪装置10类似管道的结构(如图1所示)。
以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概括的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于叶片的渐缩式降噪装置，其特征在于，包括：
固定件（1），其用于固定于叶片（4）的叶片尾缘（42）上；
两个降噪板（2），其间隔布置于所述叶片（4）两侧并与所述固定件（1）固定，两个所述降噪板（2）的间距h沿X轴方向逐渐减小；
每一所述降噪板（2）内侧沿Z轴方向设有至少一组锯齿组件（3），每组所述锯齿组件（3） 沿X轴方向排列，并且所述锯齿组件（3）的每一锯齿（31）与所述降噪板（2）的壁面形成夹角
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，所述
Figure 583512DEST_PATH_IMAGE001
小于90°；
其中，X轴方向为叶片弦长的摆振方向，Z轴方向为从叶根向叶尖延伸的纵向方向。
2.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述两个所述降噪板（2）的间距h满足以下关系：
Figure 169214DEST_PATH_IMAGE002
，
其中，所述x为所处间距截面至所述降噪板（2）最前端开放口的长度，所述a、所述b、所述c及所述d均为常数，所述a、所述b、所述c的数值范围均为0~0.1。
3.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述
Figure DEST_PATH_IMAGE003
的数值范围为25°~65°。
4.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述锯齿（31）上布置微锯齿（32）。
5.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述降噪板（2）外侧设有边齿和/或孔和/或凹坑。
6.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，同一组内相邻所述锯齿（31）的间距沿X轴方向等比增加，所述等比增加的倍数范围为0~2。
7.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述降噪板（2）内侧设有至少两组所述锯齿组件（3）时，相邻组的所述锯齿组件（3）对称布置。
8.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述固定件（1）为杆件或薄片。
9.一种包含如权利要求1-8任意一项所述降噪装置的叶片，其特征在于，所述叶片还包括：
叶片前缘（41）；
叶片尾缘（42）；
所述降噪装置从叶片的叶尖（43）沿Z轴方向布置。
10.如权利要求9所述的叶片，其特征在于，所述叶片尾缘（42）沿所述叶片（4）的弦长向外延伸形成位于两个所述降噪板（2）间的隔板（6），所述隔板（6）两侧面布置锯齿结构。
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Effective date of registration: 20220901

Address after: 315157 Factory Building, Unit 3, 1st Floor, Unit 2, 1st Floor, Building 5, Ningbo Tus Intelligent Equipment (Pneumatic) Science and Technology Park, Jiangkou Street, Fenghua District, Ningbo City, Zhejiang Province

Patentee after: Ningbo TENGSHEN Technology Development Co.,Ltd.

Address before: 100043 room 410, 4th floor, building 10, zone F, Beijing International Automobile Trade Service Park, Gucheng street, Shijingshan District, Beijing

Patentee before: Beijing TENGSHEN Technology Co.,Ltd.

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