CN204900165U - 一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置 - Google Patents

Abstract

一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，涉及风力机。设有联动杆、整流罩、塔架和推力球轴承；所述联动杆的上端固定在机舱上，联动杆的下端嵌入整流罩内，整流罩安装在塔架上，当机舱旋转时，通过联动杆带动整流罩同步旋转，使得整流罩的尾缘始终对准机舱；整流罩采用两半对称合并结构，整流罩尾端紧固连接，整流罩的前端与推力球轴承的旋转端紧固连接，推力球轴承的固定端固定在塔架上。采用可旋转整流罩，通过减弱塔架尾流卡门涡街的强度，减小气流的速度亏损，来达到降低风力机低频气动噪声的效果，结构简单，易于实现；还可显著降低风力机塔架尾涡脱落产生的周期性变化作用力，减小涡激振动造成的破坏；避免采用复杂的控制系统。

Description

一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置

技术领域

本实用新型涉及风力机，尤其是涉及一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置。

背景技术

风能作为一种清洁的可再生能源，越来越受到世界各国的重视。我国风能资源丰富，政府也大力发展风力发电事业。随着风力发电的不断扩大，风力机的噪声问题也日益凸显，如果不认真研究解决，将会成为制约我国风电事业发展的一个主要障碍。

风力机噪声根据来源可以分为机械噪声和气动噪声。随着风力机机械设计和制造水平的提高，风力机的机械噪声已经大大降低，而风力机气动噪声问题依然是一个难以解决的问题。风力机气动噪声根据产生原理不同又可分为：低频气动噪声、来流湍流干扰噪声和叶片自噪声。风力机的低频气动噪声是指叶片或升力面旋转产生的定常载荷噪声和由风力机叶片通过局部的速度亏损区域或尾流区产生的非定常载荷噪声。风力机按照风99轮风轮和塔架的相对位置可以分为上风式风力机(风99轮风轮在塔架上游)和下风式风力机(风99轮风轮在塔架下游)。对于下风式风力机来说由于一部分气流要先流经塔架再流到风力机的叶片，造成风力机叶片经过塔架的尾流区时叶片表面的载荷波动，产生很大的低频气动噪声，因此该问题是风力机气动噪声需要重点研究的问题。

现有的研究表明，对于下风式风力机，风力机塔架产生了较强的卡门涡街结构，同时气流先经过塔架引起较大的速度亏损，导致风力机桨叶每次经过塔架的尾流区时，叶片表面都会产生较大的压力波动，从而产生很大的低频气动噪声(1.李晓东,许影博,江旻.风力机气动噪声研究现状与发展趋势[J].应用数学和力学,2013,34(10):1083-1090；2.WangTG,CotonFN.Ahighresolutiontowershadowmodelfordownwindwindturbinesjournalofwindegineering.2001,89:873-892)。由于绝大多数风力机的塔架采用圆柱型塔架，因此如何抑制圆柱尾流的卡门涡街以及减小流经塔架的速度亏损是降低风力机低频噪声的关键所在。圆柱绕流是流体力学的经典问题，研究人员对圆柱尾流卡门涡街的减弱和控制开展了大量的研究工作，形成了如添加螺旋列板、横隔板、多柱排列等方法，其中部分方法对抑制风力机的低频气动噪声有很好的借鉴意义(3.邵传平.钝体尾流控制机理及方法研究进展[J].力学进展,2008,38(3):314-328；4.张力,丁林.钝体绕流的分隔板控制技术研究进展[J].力学进展,2011,41(4):391-399.)。

发明内容

本实用新型旨在针对下风式风力机低频气动噪声大的问题，提供一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置。

本实用新型设有联动杆、整流罩、塔架和推力球轴承；

所述联动杆的上端固定在机舱上，联动杆的下端嵌入整流罩内，所述整流罩安装在塔架上，当机舱旋转时，通过联动杆带动整流罩同步旋转，使得整流罩的尾缘始终对准机舱；整流罩采用两半对称合并结构，整流罩尾端紧固连接，整流罩的前端与推力球轴承的旋转端紧固连接，推力球轴承的固定端固定在塔架上。

整流罩的前端可用螺丝与推力球轴承的旋转端紧固连接。气流先经过整流罩，再流经风力机叶片，通过减弱塔架尾流卡门涡街的强度，减小气流流经塔架的速度亏损，使得叶片经过塔架尾迹区时叶片的表面压力波动减小，从而降低风力机的低频气动噪声。所述叶片固定在机舱上。

所述整流罩可采用可旋转流线型整流罩，整流罩可通过螺丝固定在塔架上。

整流罩尾端用铆钉紧固连接。

所述塔架可采用圆柱型塔架。

推力球轴承的旋转端的内径略大于塔架的直径，推力球轴承的旋转端的外径略大于推力球轴承的固定端的外径，方便整流罩实现转动。推力球轴承的固定端依靠螺丝固定连接在塔架上，内径等于塔架直径。整个装置可以实现联动杆带动整流罩转动。

以下给出本实用新型的工作原理：

由于在相同横截面积情况下，气流流过翼型的卡门涡街强度比流过圆柱的卡门涡街强度要弱，同时气流流过翼型的速度亏损要比流过圆柱的速度亏损要小，因此本实用新型在风力机圆柱型塔架上安装可旋转整流罩，保证风力机机舱旋转时，整流罩的尾缘始终对准机舱，减小风力机桨叶流过塔架尾流区时叶片表面的压力波动，从而降低风力机的低频气动噪声。

以下给出本实用新型的突出优点：

与其他采用主动控制抑制风力机低频气动噪声的方法相比，本实用新型采用可旋转整流罩，通过减弱塔架尾流卡门涡街的强度，减小气流的速度亏损，来达到降低风力机低频气动噪声的效果，本实用新型简单，易于实现。在风力机塔架上安装流线型可旋转的整流罩，还可以显著降低风力机塔架尾涡脱落产生的周期性变化作用力，减小涡激振动造成的破坏。因此本实用新型避免采用复杂的控制系统，提高了风力机运行的稳定性，是一种抑制风力机低频气动噪声的较优选择。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构组成示意图。

图2是本实用新型实施例的使用状态示意图。

图3是整流罩外形示意图(实施例1)。

图4是整流罩外形示意图(实施例2)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细说明。

如图1所示，本实用新型实施例设有联动杆3、整流罩4、塔架6和推力球轴承10。所述联动杆3的上端固定在机舱1上，联动杆3的下端嵌入整流罩4内，所述整流罩4安装在塔架6上，当机舱1旋转时，通过联动杆3带动整流罩4同步旋转，使得整流罩4的尾缘始终对准机舱1；整流罩4采用两半对称合并结构，整流罩4尾端紧固连接，整流罩4的前端与推力球轴承10的旋转端8紧固连接，推力球轴承10的固定端9固定在塔架6上。

整流罩4的前端用螺丝7与推力球轴承10的旋转端8紧固连接。气流先经过整流罩4，再流经风力机叶片2，通过减弱塔架6尾流卡门涡街的强度，减小气流流经塔架6的速度亏损，使得叶片2经过塔架6尾迹区时叶片2的表面压力波动减小，从而降低风力机的低频气动噪声。所述叶片2固定在机舱1上。

所述整流罩4采用可旋转流线型整流罩，整流罩4通过螺丝7固定在塔架6上。

整流罩4尾端用铆钉5紧固连接。

所述塔架6采用圆柱型塔架。

推力球轴承10的旋转端8的内径略大于塔架6的直径，推力球轴承10的旋转端8的外径略大于推力球轴承10的固定端9的外径，方便整流罩4实现转动。推力球轴承10的固定端9依靠螺丝7固定连接在塔架6上，内径等于塔架6直径。整个装置可以实现联动杆3带动整流罩4转动。

采用本实用新型进行风力机低频气动噪声抑制的方法如下：

在风力机的塔架上安装可旋转整流罩，利用下风式风力机具有自动偏航对风的功能，在机舱旋转时，通过联动杆带动整流罩旋转，使得整流罩的尾缘始终对准机舱；气流流过流线型整流罩，塔架尾流的卡门涡街结构得到抑制，同时气流的速度亏损减小，导致风力机桨叶经过塔架尾流区时的表面压力波动减小，达到抑制风力机低频气动噪声的效果；可旋转整流罩装置包含整流罩、推力球轴承、联动杆，其中推力球轴承的固定端固定在风力机的塔架上，整流罩固定在推力球轴承的旋转端上，整流罩和推力球轴承都采用两半对称合并设计，方便安装；整流罩外形采用流线型，整流罩和机舱之间通过联动杆连接，联动杆的上端与风力机的机舱固定，联动杆的下端嵌入整流罩的内部，使得整流罩和机舱可以保持同步旋转。

常规的风力机主要由机舱1、叶片2、塔架6组成。本实用新型是通过在风力机圆柱型塔架6上安装可旋转整流罩4，联动杆3上端与机舱1固定，联动杆3的下端嵌入整流罩4的内部，利用下风式风力机具有自动偏航对风的功能，当机舱1旋转时，通过联动杆3带动整流罩4同步旋转，使得整流罩4的尾缘始终对准机舱1。气流先经过流线型整流罩4，再流经风力机叶片2，通过减弱塔架6尾流卡门涡街的强度，减小气流流经塔架6的速度亏损，使得桨叶经过塔架6尾迹区时桨叶2的表面压力波动减小，从而降低风力机的低频气动噪声。

以下给出本实用新型实施例的安装步骤：

首先，在风力机塔架的顶部(从塔架的顶端向下1.2倍桨叶半径区间)布置2个推力球轴承，推力球轴承采用两半对称合并设计，中间采用螺丝紧固连接。推力球轴承的固定端依靠螺丝固定在风力机的塔架上。

其次，整流罩采用两半对称合并设计，整流罩的外形采用流线型。整流罩固定在推力球轴承的上表面。

最后，整流罩和风力机机舱之间通过联动杆连接，联动杆的上端与风力机的机舱紧固连接，联动杆的下端嵌入整流罩的内部，实现整流罩与机舱的同步转动。

以下给出整流罩的外形设计实施例：

实施例1：

如图3所示，风力机塔架的直径为D，轴承的厚度为h，整流罩的前缘采用圆形设计，紧贴推力球轴承的外圈，整流罩的前缘与尾缘点之间通过直线连接。整流罩尾缘点的夹角为α，α的取值范围为30～90°。

实施例2：

如图4所示，当风力机塔架的直径为D，轴承的厚度为h，整流罩的前缘采用圆形设计，紧贴推力球轴承的外圈，整流罩的前缘与尾缘点之间通过流线型曲线连接。

本实用新型采用在风力机的塔架上安装可旋转整流罩，利用下风式风力机具有自动偏航对风的功能，在机舱旋转时，通过联动杆带动整流罩旋转，使得整流罩的尾缘始终对准机舱。气流流过流线型整流罩，风力机塔架尾流卡门涡街结构得到抑制，同时气流的速度亏损减小，减小风力机桨叶经过塔架尾流区的表面压力波动，达到抑制风力机低频气动噪声的效果。可旋转整流罩装置包含整流罩、推力球轴承、联动杆，推力球轴承的固定端固定在风力机塔架上，整流罩固定在推力球轴承的旋转端，整流罩和推力球轴承都采用两半对称合并设计，整流罩外形采用流线型。整流罩和机舱之间通过联动杆连接，联动杆的上端与机舱固定，联动杆的下端嵌入整流罩的内部。本实用新型结构简单，易于实现，避免采用复杂的控制系统，是抑制风力机低频气动噪声的较优选择。

Claims (6)

1.一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于设有联动杆、整流罩、塔架和推力球轴承；

所述联动杆的上端固定在机舱上，联动杆的下端嵌入整流罩内，所述整流罩安装在塔架上，当机舱旋转时，通过联动杆带动整流罩同步旋转，使得整流罩的尾缘始终对准机舱；整流罩采用两半对称合并结构，整流罩尾端紧固连接，整流罩的前端与推力球轴承的旋转端紧固连接，推力球轴承的固定端固定在塔架上。

2.如权利要求1所述一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于整流罩的前端用螺丝与推力球轴承的旋转端紧固连接。

3.如权利要求1所述一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于所述整流罩采用可旋转流线型整流罩。

4.如权利要求1所述一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于所述整流罩通过螺丝固定在塔架上。

5.如权利要求1所述一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于所述整流罩尾端用铆钉紧固连接。

6.如权利要求1所述一种基于可旋转整流罩的风力机低频气动噪声抑制装置，其特征在于所述塔架采用圆柱型塔架。