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CN102003333A - 一种具有降噪功能的风力机叶片 - Google Patents

一种具有降噪功能的风力机叶片 Download PDF

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CN102003333A CN2010105988141A CN201010598814A CN102003333A CN 102003333 A CN102003333 A CN 102003333A CN 2010105988141 A CN2010105988141 A CN 2010105988141A CN 201010598814 A CN201010598814 A CN 201010598814A CN 102003333 A CN102003333 A CN 102003333A
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sawtooth
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杨兵
贾少红
徐建中
张明明
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Abstract

一种具有降噪功能的风力机叶片，包括叶尖部分(11)和叶片其它部分(12)，所述叶尖部分(11)和叶片其它部分(12)是一体形成的，所述叶尖部分(11)沿叶片展向上的长度为其根部截面的弦长的1.5倍，从叶尖部分(11)的顶部到其根部的横截面的弦长逐渐增大，叶尖部分(11)的轮廓线包括前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D，所述轮廓线的B、C、D部分外形呈波浪形；所述轮廓线的B、C、D部分边缘上设置有锯齿段。

Description

一种具有降噪功能的风力机叶片
技术领域
本发明涉及一种风力机叶片，尤其涉及一种具有降噪功能的风力机叶片。
背景技术
在此处键入技术领域描述段落。风电机组的大型化发展趋势促使风力机叶片的长度不断增加，风电机组辐射噪声的声功率级也随之快速增加，已有分析表明,现代大型风电机组的主要噪声来源于叶片的气动噪声，并且气动噪声水平近似和叶尖速度的5次幂成正比关系。为了满足环境噪声标准的要求，欧美等国家要求风力机的设计转速控制在一定范围内，致使在额定风速下，风能利用系数远离设计最优值。如果能降低叶片的气动噪声，从而使得风力机的限制转速提高，额定风速相应降低，风能就可以得到更充分的利用。同时，提高风力机的转速还可以降低作用在风力机转轴上的扭矩，减少风电机组的主轴、齿轮箱、发电机等部件的载荷，增强结构安全可靠性。此外，在叶片设计过程中，通过低噪声叶片设计，提高风机的限制转速，从而将最优风能利用系数对应的尖速比进一步提高，还可以降低叶片的实度，减少叶片的重量并降低成本。
目前风电机组的主要噪声源集中体现在叶片的气动噪声上，机舱的机械噪声已经得到了很好的控制。叶片的气动噪声机理，简而言之就是，在来风和塔架影响下的非定常流场和叶片相互作用，在叶片表面产生附着涡、分离涡和尾迹脱落涡等，这些非定常涡和叶片表面相互作用从而激励叶片表面成为声源辐射发声。其中叶尖尾缘涡和尾缘相互作用以及叶尖涡的脱落造成的噪声是风力机的主要噪声源之一。风电叶片的叶尖噪声可以通过合理修正叶尖形状来降低。
现有技术主要采取在风力机叶片的尾缘进行齿形化改造来降低噪音。
专利EP0652367建议装备具有不同类型的齿形尾缘的风力机叶片。
专利EP1314885建议装备具有齿形形状的面板的风力机叶片。
专利EP1338793建议装备具有齿形尾缘的风力机叶片，齿的长度和在风力机叶片展向上的齿间距是可变的。
现有技术的不足之处在于，主要是通过控制叶片尾缘的形状来达到降低噪音的目的，对于噪音的另一主要来源——叶尖脱落涡引起的噪声，没有采取有效的技术手段加以控制。
本发明提供一种可以有效降低叶尖涡引起的噪音的风力机叶片。
发明内容
针对现有技术的不足和缺点，本发明从优化风力机叶片叶尖部分的几何形状和在叶尖部分的轮廓线上增加锯齿段这两个方面入手，有效地降低了叶尖的脱落涡强度，降低了由叶尖的脱落涡引起的气动噪音。
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种具有降噪功能的风力机叶片，包括叶尖部分和叶片其它部分，所述叶尖部分和叶片其它部分是一体形成的，其特征在于，所述叶尖部分沿叶片展向上的长度为其根部截面的弦长的1.5倍，从叶尖部分的顶部到其根部的横截面的弦长逐渐增大，叶尖部分的轮廓线包括前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D，所述轮廓线的B、C、D部分外形呈波浪形；
所述前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D的外形曲线分别满足下列关系：
前缘部分A的外形曲线：                                                
Figure 2010105988141100002DEST_PATH_IMAGE001
，
顶端部分B的外形曲线：
Figure 197029DEST_PATH_IMAGE002
，
过渡部分C的外形曲线：
Figure 2010105988141100002DEST_PATH_IMAGE003
，
尾缘部分D的外形曲线：
 
Figure 488333DEST_PATH_IMAGE004
，
其中，x为叶尖部分的轮廓线上的某点到叶尖部分的根部横截面的距离除以叶尖根部横截面的弦长，y为叶尖部分的轮廓线上的某点到和叶尖根部横截面垂直的并且包含根部横截面尾缘点的平面的距离除以叶尖根部横截面的弦长；
所述轮廓线的B、C、D部分边缘上设置有锯齿段。
经过上述对风力机叶片的叶尖部分的几何形状的限制和优化，加上锯齿段的辅助配合，可有效地降低叶尖部分的脱落涡的强度，进而有效地抑制了由脱落涡引起的气动噪音。
优选的，所述叶尖部分和叶片其它部分分别独立成形，二者通过粘结的方式结合在一起。
优选的，所述锯齿段在叶尖部分上直接加工而成。
优选的，所述锯齿段是通过在所述叶尖部分粘贴锯齿条形成的。
优选的，所述锯齿段的相邻锯齿之间的根部直接相连或不相连。
优选的，锯齿的高度为2h，相邻锯齿尖部之间的距离为λ，h/λ为任意值。
优选的，所述叶片其它部分的尾缘上也设置有锯齿段，从而抑制尾缘脱落涡的强度。
优选的，所述具有降噪功能的风力机叶片使用在水平轴风力机上。
附图说明
图1为本发明的具有降噪功能的风力机叶片的示意图。
图2为叶尖部分的放大示意图。
图3为叶尖部分的轮廓线示意图。
图4为叶尖部分的锯齿示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明进一步详细说明。
图1至图4为本发明的具有降噪功能的风力机叶片的示意图。一种具有降噪功能的风力机叶片1，包括叶尖部分11和叶片其它部分12，所述叶尖部分11和叶片其它部分12是一体形成的，所述叶尖部分11沿叶片1展向上的长度为其根部截面的弦长的1.5倍，从叶尖部分11的顶部到其根部的横截面的弦长逐渐增大。叶尖部分11的轮廓线包括前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D，所述轮廓线的B、C、D部分外形呈波浪形，如图2、图3所示。前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D的外形曲线分别满足下列关系：
前缘部分A的外形曲线：
Figure 755366DEST_PATH_IMAGE001
，
顶端部分B的外形曲线：
Figure 423108DEST_PATH_IMAGE002
，
过渡部分C的外形曲线：，
尾缘部分D的外形曲线：
 ，
其中，x为叶尖部分的轮廓线上的某点到叶尖部分的根部横截面的距离除以叶尖根部横截面的弦长，y为叶尖部分的轮廓线上的某点到和叶尖根部横截面垂直的并且包含根部横截面尾缘点的平面的距离除以叶尖根部横截面的弦长；所述轮廓线的B、C、D部分边缘上设置有锯齿段（如图4所示），所述锯齿段在叶尖部分上直接加工而成,相邻锯齿之间的根部可以直接相连，也可以不相连，锯齿的高度为2h，相邻锯齿尖部之间的距离为λ，h/λ为任意值（包含h/λ趋近无穷时类似毛刷结构）。经过上述对风力机叶片的叶尖部分的几何形状的限制和优化，加上锯齿段的辅助配合，可有效地降低叶尖部分的脱落涡的强度，进而有效地抑制了由脱落涡引起的气动噪音。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种具有降噪功能的风力机叶片，包括叶尖部分（11）和叶片其它部分（12），其特征在于，
所述叶尖部分（11）沿叶片展向上的长度为其根部截面的弦长的1.5倍，从叶尖部分（11）的顶部到其根部的横截面的弦长逐渐增大，叶尖部分（11）的轮廓线包括前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D，所述轮廓线的B、C、D部分外形呈波浪形；
所述前缘部分A、顶端部分B、过渡部分C、及尾缘部分D的外形曲线分别满足下列关系：
前缘部分A的外形曲线：                                                
Figure 375288DEST_PATH_IMAGE001
，
顶端部分B的外形曲线：
Figure 68438DEST_PATH_IMAGE002
，
过渡部分C的外形曲线：
Figure 129934DEST_PATH_IMAGE003
，
尾缘部分D的外形曲线：
 ，
其中，x为叶尖部分的轮廓线上的某点到叶尖部分的根部横截面的距离除以叶尖根部横截面的弦长，y为叶尖部分的轮廓线上的某点到和叶尖根部横截面垂直的并且包含根部横截面尾缘点的平面的距离除以叶尖根部横截面的弦长；
所述轮廓线的B、C、D部分边缘上设置有锯齿段。
2.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述叶尖部分（11）和叶片其它部分（12）分别独立成形，二者通过粘结的方式结合在一起。
3.根据权利要求1所述的风力机叶片，其特征在于，所述叶尖部分（11）和叶片其它部分（12）是一体形成的。
4.根据权利要求1至3任一项所述的风力机叶片，其特征在于，所述锯齿段在叶尖部分（11）上直接加工而成。
5.根据权利要求1至3任一项所述的风力机叶片，其特征在于，所述锯齿段是通过在所述叶尖部分（11）粘贴锯齿条形成的。
6.根据权利要求1至3任一项所述的风力机叶片，其特征在于，所述锯齿段的相邻锯齿之间的根部直接相连或不相连。
7.根据权利要求6所述的风力机叶片，其特征在于，锯齿的高度为2h，相邻锯齿尖部之间的距离为λ，h/λ为任意值。
8.根据权利要求1或2或3或7所述的风力机叶片，其特征在于，所述叶片其它部分（12）的尾缘上也设置有锯齿段，从而抑制尾缘脱落涡的强度。
9.一种风力机，其特征在于，其叶片采用权利要求1至8任一项所述的风力机叶片。
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