CN214944707U - 用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组 - Google Patents

Abstract

用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组，包括格栅结构和固定结构，格栅结构包括至少两级格栅，每一级格栅依次固定连接，后一级格栅与前一级格栅形成5°～30°的夹角，且每一级格栅分布上排锯齿和下排锯齿，上排锯齿与下排锯齿沿径向错峰排列。多级格栅及上、下两排锯齿错峰布置的降噪装置能有效的提升叶片径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。

Description

用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组

技术领域

本实用新型属于风电叶片领域，特别是涉及用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组。。

背景技术

风能的利用能减少化石能源的能耗，间接减轻了大气污染和水污染，但处理不当则会增加噪声污染。

风电叶片在旋转过程中，气流从叶片尾缘脱落产生涡。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。

在叶片尾缘布置锯齿结构可以改变各个截面尾涡的脱落位置，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。

然而，风电叶片运转时表面流体由于离心作用存在指向叶尖的纵向轴线方向流动趋势，故尾涡脱落过程中也存在纵向轴线方向流动，在叶片气动性能变差，如失速情况下，其边界层分离严重，纵向轴线方向流动更加明显，此类状况下尾涡的纵向轴线方向脱落更加明显，常规的弦长方向降噪锯齿作用将急剧下降，对纵向轴线方向流动分离涡混合能力较弱；且均为单格栅锯齿，其仅对从叶片边界层分离出去的尾涡具有较强混合能力，对远离边界层的流动涡混合能力较差。

因此，如何通过合理的设计，有效的提升纵向轴线方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。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种有效的提升纵向轴线方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，降低气动噪声的用于叶片的多级格栅降噪装置，包括格栅结构和固定结构，格栅结构包括至少两级格栅，每一级格栅依次固定连接，后一级格栅与前一级格栅形成数值范围为5°～30°夹角；每一级格栅分布上排锯齿和下排锯齿，上排锯齿与下排锯齿沿分布方向错峰排列。

进一步的，每一级格栅的下排锯齿与其所在格栅平面形成外阔夹角β₁，每一级格栅的上排锯齿与其所在格栅平面形成外阔夹角β₂，β₁与β₂满足以下条件：β₂＜β₁＜45°。

进一步的，上排锯齿和/或下排锯齿的边缘分布若干小锯齿和/或凹坑。

进一步的，上排锯齿和/或所述下排锯齿采用软体材料。

进一步的，每一级格栅的锯齿尺寸不同，后一级栅格的锯齿尺寸较前一级栅格的锯齿尺寸等比例缩减，等比例缩减的数值为0-80％。

进一步的，每一级格栅为单片整体成型或多片并排连接。

同时，提供一种具有多级格栅降噪装置的叶片，包括叶片前缘和叶片尾缘，在叶片尾缘的吸力侧沿叶片径向安装以上任意一种降噪装置。

进一步的，降噪装置与叶片尾缘所在的水平面形成夹角α，α的数值范围为10°～40°

进一步的，降噪装置采用胶粘或卡扣与叶片尾缘拼装连接，降噪装置的长度为叶片长度的60％-70％。

同时，提供一种风电机组，包括以上提到的任一种叶片。

本实用新型提供的用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组能有效的提升径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。

(1)上、下排锯齿的设置不仅保证了气流流动的通畅，还通过错层及错峰锯齿充分扰动来流，达到混流击破大涡流作用；

(2)上、下排锯齿呈外阔角度的布局有助于保障气体流动的通畅性，且可利用上排锯齿形成的下冲气流与下排锯齿的上冲气流的流动混合进一步扰动尾流；

(3)大锯齿斜边小锯齿，可用于更好的混动叶片纵向轴线方向流动而分离的尾涡；

(4)多级格栅且呈角度布置，有助于对远离边界层的流体尾涡进行混动。

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是本实用新型提供的一种多级格栅降噪装置设计方案三视图的正视图；

图2是本实用新型提供的一种多级格栅降噪装置设计方案三视图的左视图；

图3是本实用新型提供的一种多级格栅降噪装置设计方案三视图的俯视图；

图4是本实用新型提供的一种锯齿的局部放大图；

图5是本实用新型提供的一种多级格栅降噪装置在叶片尾缘布置的截面示意图；

图6是本实用新型提供的一种多级格栅降噪装置在叶片尾缘布置的立体图；

图7是本实用新型提供的一种叶片整体布置示意图。

附图标记说明：

11-叶根，12-叶尖，21-叶片前缘，22-叶片尾缘，31-吸力侧，32- 压力侧，40-降噪装置，41-格栅结构，411-第一级格栅，412-第二级格栅，413-第三级格栅，42-上排锯齿，43-下排锯齿，44-小锯齿，

X轴为前一级格栅向后一级格栅延伸的水平方向，

Y轴为前一级格栅向后一级格栅延伸的竖直方向，

Z轴为降噪装置从叶尖向叶根延伸分布的径向方向。

具体实施方式

上述仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，以下对本实用新型作进一步的详细说明。

通过以下的实施例详细说明本实用新型。它们是本实用新型的优选的实施方案，本实用新型并不受这些实施例的限定。

实施例1：

本实用新型实施例1提供一种用于叶片的多级格栅降噪装置，如下：

如图1-图3所示，用于叶片的降噪装置，包括格栅结构和固定结构，格栅结构包括至少两级格栅，每一级格栅依次固定连接，后一级格栅与前一级格栅形成数值范围为5°～30°夹角；每一级格栅分布上排锯齿和下排锯齿，上排锯齿与下排锯齿沿分布方向错峰排列。

本实施例中，降噪装置40，包括格栅结构41，格栅结构41包括三级格栅，第二级格栅412与第一级格栅411，第三级格栅413与第二级格栅412依次固定连接，且后一级格栅与前一级格栅在水平方向的夹角为10°；每一级格栅分布上排锯齿42和下排锯齿43，上排锯齿42 与下排锯齿43沿径向错峰排列。

对于格栅结构中格栅的级数可以调整改变。在一个或更多实施方式中，可以采用两级或者更多级，视降噪需求的不同采用不同级数的格栅。当然，格栅的级数也与降噪装置在叶片尾缘附近的排布位置有关。

第一级格栅411、第二级格栅412及第三级格栅413中的下排锯齿 43分别与其所在格栅平面形成外阔角度为β₁，第一级格栅411、第二级格栅412及第三级格栅413中的上排锯齿42分别与其所在格栅平面形成外阔角度为β₂，β₁大于β₂，且β₁、β₂之间满足以下关系：β₂＜β₁＜45°。例如，在本实施例中，β₁为10°，β₂为7°。

对于外阔角度β₁、β₂可以进行调整改变，在一个或者更多实施方式中，可以采用不同的角度值，保证外阔角度在小于45°的数值范围内。外阔角度的布局有助于流动的通畅性，可以通过调节上、下排锯齿角度，控制对冲其流量及流出角度，且可利用上排锯齿形成的下冲气流与下排锯齿的上冲气流的流动混合进一步扰动尾流。

每级格栅由上、下排密布锯齿组成，上、下排锯齿错峰排布，不仅保证了气流流动的通畅，还通过错层及错峰锯齿充分扰动来流，达到混流击破大涡流作用。

第一级格栅411、第二级格栅412及第三级格栅413的锯齿尺寸可以相同也可以不同。本实施例中，第一级格栅411、第二级格栅412及第三级格栅413的锯齿尺寸依次等比例缩减20％，即第三级格栅413 的锯齿尺寸为第二级格栅412的锯齿尺寸的80％，第二级格栅412的锯齿尺寸为第一级格栅411的锯齿尺寸的80％。

对于各级格栅的锯齿尺寸的等比例缩减数值可以调整改变，在一个或者更多实施方式中，可以采用不同的缩减数值，其缩减数值的范围为0-80％。流经不同级锯齿的尾流涡大小存在尺度差异，使用不同尺寸锯齿可以有针对性的消减大、小涡，从而最大限度降低中低频噪音，即各级不同尺寸锯齿可以降低更多中低频噪音。

上排锯齿42与下排锯齿43的刚度可以相同，也可以不同。锯齿的材料采用软体材料。以此，便于在尾流湍动时，通过锯齿的晃动，更加充分的进行混流。

如图4所示，上排锯齿42的边缘分布有若干的小锯齿，下排锯齿 43的边缘也分布有若干的小锯齿。在此，不限制小锯齿的具体形状及尺寸。在一个或更多实施方式中，小锯齿也可以为凹坑。设置小锯齿可以充分混动尾流，更好的混动叶片纵向轴线方向流动而分离的尾涡。

实施例2：

本实用新型实施例2提供一种具有实施例1中多级格栅降噪装置的叶片，如下：

如图5-图7所示，叶片包括叶片前缘和叶片尾缘，在叶片尾缘的吸力侧沿叶片径向安装如实施例1中的降噪装置。

降噪装置40与叶片尾缘22所在的水平面形成夹角α，α的数值范围为10°～40°。在本实施例中，降噪装置的第一级格栅411与叶片尾缘22所在的水平面形成夹角为30°。实施例1中，后一级格栅与前一级格栅在水平方向的夹角为10°。那么，第二级格栅412与叶片尾缘 22所在的水平方向形成夹角40°，第三级格栅413与叶片尾缘22所在的水平方向形成夹角50°。

对于降噪装置与叶片尾缘所在水平面的夹角可以进行调整改变，在一个或更多实施方式中，视降噪需求的不同采用不同夹角数值。

每一级格栅可以为整体成型的一片，也可以为多片连接。本实施例中，格栅由三片组成，沿降噪装置叶尖到叶根延伸分布的径向方向并列排布。

降噪装置40自叶尖12位置开始，沿朝向叶根11的径向方向排布。本实施例中，降噪装置40的长度为叶片总长度的60％-70％。

降噪装置40与叶片的拼装方式不进行限制，可以采用胶粘，也可以采用卡扣等方式。

降噪装置40的安装位置不限于紧贴在叶片尾缘22，也可以在吸力侧31提前分离点布置，例如可以布置在吸力侧31向压力侧32延伸竖直方向最高点的轴线区域分离区，或者吸力侧31的其他位置的失速分离点。

实施例3：

本实用新型实施例3提供一种具有实施例2叶片的风电机组，如下：

一种风电机组，风电机组包括本实用新型实施例3提供的风电叶片。

本实施例提供的一种用于叶片的多级格栅降噪装置、叶片及风电机组能有效的提升径向方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。其中，上、下排锯齿的设置不仅保证了气流流动的通畅，还通过错层及错峰锯齿充分扰动来流，达到混流击破大涡流作用；上、下排锯齿呈外阔角度的布局有助于保障气体流动的通畅性，且可利用上排锯齿形成的下冲气流与下排锯齿的上冲气流的流动混合进一步扰动尾流；大锯齿斜边小锯齿，可用于更好的混动叶片纵向轴线方向流动而分离的尾涡；多级格栅且呈角度布置，有助于对远离边界层的流体尾涡进行混动。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于叶片的多级格栅降噪装置，其特征在于，包括格栅结构(41)和固定结构，所述格栅结构(41)包括至少两级格栅，每一级所述格栅依次固定连接，后一级所述格栅与前一级所述格栅形成夹角θ，所述θ数值范围为5°～30°；

每一级所述格栅分布上排锯齿(42)和下排锯齿(43)，所述上排锯齿(42)与所述下排锯齿(43)沿径向错峰排列。

2.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，每一级所述格栅的所述下排锯齿(43)与其所在格栅平面形成外阔夹角β₁，每一级所述格栅的所述上排锯齿(42)与其所在格栅平面形成外阔夹角β₂，所述β₁与所述β₂满足以下条件：β₂＜β₁＜45°。

3.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述上排锯齿(42)和/或所述下排锯齿(43)的边缘分布若干小锯齿和/或凹坑。

4.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述上排锯齿(42)和/或所述下排锯齿(43)采用软体材料。

5.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述每一级所述格栅的锯齿尺寸不同，所述后一级所述栅格的锯齿尺寸较所述前一级所述栅格的锯齿尺寸等比例缩减，所述等比例缩减的数值范围为0-80％。

6.如权利要求1所述的降噪装置，其特征在于，所述每一级所述格栅为单片整体成型或多片并排连接。

7.一种具有多级格栅降噪装置的叶片，其特征在于，包括叶片前缘(21)和叶片尾缘(22)，在所述叶片尾缘(22)的吸力侧(31)沿叶片径向安装如权利要求1-6所述的降噪装置。

8.如权利要求7所述的叶片，其特征在于，所述降噪装置(40)与所述叶片尾缘(22)所在的水平面形成夹角α，所述α的数值范围为10°～40°。

9.如权利要求7所述的叶片，所述降噪装置(40)采用胶粘或卡扣与所述叶片尾缘(22)拼装连接，所述降噪装置(40)的长度为叶片长度的60％-70％。

10.一种风电机组，其特征在于，包括权利要求7-9中任一项所述的叶片。

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