CN105804955A - 风力发电机组用叶片及风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供风力发电机组用叶片及风力发电机组。风力发电机组用叶片，其包括叶片前缘和叶片尾缘，叶片还包括设置在叶片尾缘上的尾缘附件，尾缘附件包括多个沿叶片尾缘依次设置并形成锯齿状结构的降噪齿，各降噪齿的顶点与底边中点的连线为底边中线，至少一个降噪齿的底边中线与所在位置的叶片尾缘的夹角小于90°。本发明通过在风力发电机组用叶片的叶片尾缘上设置多个成锯齿状的降噪齿，并将至少一个降噪齿向叶片的叶尖方向倾斜设置，可有效地降低风力发电机组叶片在转动时所产生的气动噪声，解决了风机叶片运转时的噪声超过当地的噪声标准的问题。

Description

风力发电机组用叶片及风力发电机组

技术领域

本发明涉及风电技术，尤其涉及风力发电机组用叶片及风力发电机组。

背景技术

风力机发电机以其绿色可再生的特点在近些年得到充足发展。人们逐渐认识到低噪声需要纳入叶片设计体系，以便充分利用城市附近及近海区域的风资源。但仍有一些风力机，其叶片设计对噪声考虑不足，且安装位置距离居民区较近，对居民的正常生活带来了不良影响，甚至有些区域由于超过当地噪声标准要求，勒令项目终止，给风力机制造厂商和业主带来严重的经济损失。

锯齿被认为可以在一定程度上减小叶片气动噪声，风洞实验已经验证了这一结果。NLR(荷兰航空航天国家实验室)对大型风力机噪声源定位的研究结果显示，叶片靠近叶尖位置(展向80～95％，非纯叶尖)辐射噪声最大；对叶片加装锯齿尾缘可以降低3.2dB，从风场实际验证了锯齿降噪的可行性。

过往专利对锯齿的定义大部分是沿叶片当地弦线方向轴对称，即锯齿呈等腰三角形，或者单个锯齿不对称但多个锯齿交替周期性排列，或锯齿仍然为等腰三角形，但锯齿底边与叶片连接线不平行于尾缘(1)。现有技术中锯齿是针对理想情况设计的，即流线沿着弦线方向或者与弦线方向夹角θ为零或者很小的情况，可以非常有效降低叶片气动噪声，这一点在一些声学风洞的二维翼型实验中同样得到了验证；但对于实际运行中的叶片而言，由于夹角θ的存在，降噪效果并未达到最优，甚至在某些夹角θ比较大的情况下，不仅不能降噪，甚至还会增加噪声。

现有技术的不足之处在于，没有考虑到叶片外侧靠近叶尖处的实际气流流动情况，降噪措施考虑不周，脱离风力机运行的实际情况，无法完全发挥锯齿的降噪能力。

发明内容

本发明提供一种风力发电机组用叶片，以解决现有技术中风力发电机组叶片噪声较大的问题。

为达到上述目的，本发明的实施例提供一种风力发电机组用叶片，其包括叶片前缘和叶片尾缘，叶片还包括设置在叶片尾缘上的尾缘附件，尾缘附件包括多个沿叶片尾缘依次设置并形成锯齿状结构的降噪齿，各降噪齿的顶点与底边中点的连线为底边中线，至少一个降噪齿的底边中线与所在位置的叶片尾缘的夹角小于90°。

进一步地，各降噪齿为三角形形状，且各降噪齿的底角中较大的一个位于靠近叶片的叶尖的一侧。

进一步地，各降噪齿的顶角的角度小于45°。

进一步地，各降噪齿的底角中较大的一个大于80度。

进一步地，各降噪齿的高度为其所在位置的叶片的弦长的5％至25％。

进一步地，各降噪齿的宽度为其所在位置的叶片的弦长的5％至25％。

进一步地，各降噪齿的高宽比的范围为1:2至5:1。

进一步地，至少两个降噪齿的高宽比值不等。

进一步地，至少两个降噪齿的厚度不同。

进一步地，相邻两个降噪齿之间的夹角具有倒圆结构。

进一步地，尾缘附件设置在叶片的第一分段上，第一分段的起点为叶尖顶点，第一分段的长度至多为叶片长度的十分之三。

本发明的实施例还提供一种风力发电机组，该风力发电机组包括叶片，该叶片为如前任一项的风力发电机组用叶片。

本发明通过在风力发电机组用叶片的叶片尾缘上设置多个成锯齿状的降噪齿，并且多个降噪齿均向叶片叶尖方向倾斜，同时，将多个降噪齿的形状设置成三角形形状，并将各降噪齿的顶角角度设置成小于45°，可有效地降低风力发电机组叶片在转动时所产生的气动噪声，更重要的是，将多个降噪齿设置在靠近叶尖的部分，并结合叶尖部分的实际气流流动情况，可完全发挥降噪齿的降噪能力，以解决风机叶片运转时气动噪声超过当地的噪声标准的技术问题。

附图说明

图1为本发明实施例中风力发电机组用叶片的示意性结构图；

图2为本发明一个实施例中降噪齿的示意性结构图；

图3为本发明另一个实施例中降噪齿的示意性结构图。

附图标记说明：

1、叶片尾缘；2、尾缘附件；21、降噪齿。

具体实施方式

下面结合附图详细描述本发明实施例的示例性实施例。

如图1所示，本发明的实施例提供一种风力发电机组用叶片，该风力发电机组用叶片包括叶片前缘和叶片尾缘1，叶片还包括设置在叶片尾缘1上的尾缘附件2，尾缘附件2包括多个沿叶片尾缘1依次设置并形成锯齿状结构的降噪齿21，各降噪齿21的顶点与底边中点的连线为底边中线，至少一个降噪齿21的底边中线与所在位置的叶片尾缘1的夹角小于90°。

本发明实施例通过在风力发电机组用叶片的叶片尾缘1上设置多个成锯齿状的降噪齿21，同时，设置至少一个降噪齿21向叶片的叶尖或叶根方向倾斜，顺应其所在位置的气流流向，进而有效地降低叶片在转动时所产生的气动噪声，从而解决风机叶片运转时气动噪声不符合当地噪音标准要求的问题。

具体地，尾缘附件2可由线切割或数控机床等可精确控制尺寸和形状的加工设备加工而成，也可通过热塑成型的方法制成。进一步地，该尾缘附件2可以由任何材料制成，如工程塑料、玻璃纤维、或碳纤维等。该尾缘附件2可以与叶片一体成型；也可单独成型，再通过粘贴、铆接方式与叶片吸力面或压力面连接，或者采用尾缘插槽的方式与叶片连接。在本发明实施例中，该尾缘附件2包括多个沿叶片尾缘1依次设置并形成锯齿状结构的降噪齿21，之所以将尾缘附件2设置成锯齿状结构，是因为在风洞试验中，锯齿被证明可以在一定程度上减小叶片气动噪声。各降噪齿21的顶点与底边重点的连线为底边中线，至少一个降噪齿21的底边中线与所在位置的叶片尾缘1的夹角小于90°。也就是说，至少一个降噪齿21的顶角是偏向叶片的叶尖方向或叶根方向。

在现有技术中，在叶片上设置的锯齿状结构多为沿叶片弦向方向轴对称的形状，即该锯齿结构呈等腰三角形形状，或者单个锯齿不对称但多个锯齿交替周期性排列，或锯齿底边与叶片连接线不平行于尾缘，这些都是适用于理想情况，即气流的流线沿着弦向方向或者与弦向方向的夹角很小的情况。对于风力发电机在实际运行过程中，叶片尾缘1附近的气流流动方向并不平行于弦长方向，而是呈一定的夹角，甚至在一些叶片中该夹角还较大，这样一来，在叶片上设置如前所述锯齿结构，不仅不会降低叶片转动时的气动噪声，反而会增大噪声。因此，为了解决上述问题，如图2所示，本发明实施例提供的降噪齿21为三角形形状，该降噪齿21的形状可有一部分为等腰三角形，这部分等腰三角形的降噪齿21位于叶片尾缘1的气流流线与弦向平行或具有很小的夹角的位置上，或者降噪齿21可以全不为等腰三角形，使各降噪齿21的底边中线与其所在位置的气流流线平行或大致平行，以便实现很好地降噪效果。降噪齿21可以为钝角三角形。

在本实施例中，根据对实际运行的风力发电机叶片雨水冲刷痕迹的观察，本发明实施例提供的各降噪齿21的底角中较大的一个位于靠近叶片的叶尖的一侧。换而言之，各降噪齿21的形状不为等腰三角形，各降噪齿21的顶角是偏向叶片的叶尖方向的。这样一来，即可实现对对叶片转动时的降噪，也可完全发挥该降噪齿21的降噪能力。

如图3所示，在本发明的另一些实施例中，组成尾缘附件2的降噪齿21也可不设置成三角形形状，而使其形成一个类似三角形形状的结构，即该降噪齿21也具有3个角，但将该降噪齿21的两条斜边设置成圆弧过渡的形式。这两条斜边的弯曲方向可以是相同方向，也可以是相反方向。

在本发明的实施例中，各降噪齿21的顶角的角度小于45°，并且尽可能的小，同时，各降噪齿21的底角中较大的一个角即图中的α角，其角度大于80°，优选地，该α角为钝角。之所以将各降噪齿21的顶角设置成小于45°，是为了保证避免降噪齿21的顶角设置过大而造成不易实现降噪齿21底角中较大的一个角为钝角。另外，一般情况下，风力发电机组的叶片从叶根沿其长度方向，其宽度及厚度会逐渐变小，为了满足叶片不同位置的气动性能，并保证该降噪齿21能够在不同位置起到最大的降噪功能，进一步地，各降噪齿21中底角中较大的这个角，其角度均不相等。

为了避免降噪齿21设置过大对风力发电机组的叶片叶形产生影响，进而影响风力发电机组叶片的气动性能，在本发明实施例中，各降噪齿21的高度为其所在位置的叶片的弦长的5％至25％，同理，各降噪齿21的宽度为其所在位置的叶片的弦长的5％至25％。这就意味着，各降噪齿21的高宽比可以全都相等，也可以全不相等，也可以部分相等。优选地，至少两个所述降噪齿21的高宽比值不等。更优选地，各降噪齿21的高度与宽度均不相等，这样能够使得位于不同位置的降噪齿21的降噪性能达到最优。另外，在过往的一些风洞试验中，得出结论为：叶片的高度与宽度的比值越大越好，但是在实际使用过程中发现，这一比值并非越大越好，需要综合考虑当地的风速以及叶片的叶形等情况。因此，在本发明实施例提供的风力发电机组用叶片中，各降噪齿21的高宽比的取值范围为1:2至5:1，优选地，该高宽比的取值范围为1:1至4:1。同上所述，为了满足叶片不同位置的气动性能，并保证该降噪齿21能够在不同位置起到最大的降噪功能，各降噪齿21的高宽比均不相等。另外，至少两个降噪齿21的厚度不同，优选地，各降噪齿21的厚度均不相等。

进一步地，为了使各降噪齿21的外形更加美观，使之装配更加容易，在本发明实施例提供的风力发电机组用叶片中，相邻两个降噪齿21之间的夹角以及各降噪齿的顶角均具有倒圆结构，这一倒圆结构也有利于降噪，可以防止气流通过尖角造成的噪声。

为了进一步提高降噪效果，在本发明优选地实施例中，尾缘附件2设置在叶片的第一分段上，第一分段的起点为叶尖顶点，该第一分段的长度至多为叶片长度的十分之三。换而言之，该第一分段的长度的取值范围可以为其所在叶片长度的百分之零(不含)至十分之三。优选地，该第一分段的长度的取值范围为其所在叶片长度的百分之三至十分之三。如此一来，通过在靠近叶尖的位置加装尾缘附件2可以有效地降低叶片转动时所发出的噪声。

本发明实施还提供了一种风力发电机组，其包括叶片、风机、塔架等结构，其中所述叶片为如前述的风力发电机组用叶片。采用本发明实施例提供的风力发电机组用叶片，可有效地降低风力发电机在运转时所产生的噪音。

本发明的风力发电机组用叶片具有如下效果：

本发明通过在风力发电机组用叶片的叶片尾缘上设置多个成锯齿状的降噪齿，并且多个降噪齿均向叶片叶尖方向倾斜，同时，将多个降噪齿的形状设置成三角形形状，并将各降噪齿的顶角角度设置成小于45°，可有效地降低风力发电机组叶片在转动时所产生的气动噪声，更重要的是，将多个降噪齿设置在靠近叶尖的部分，并结合叶尖部分的实际气流流动情况，可完全发挥降噪齿的降噪能力，从而解决了风力发电机叶片在运转时的气动噪声超过当地噪声标准要求的问题。而且，该降噪齿结构简单，加工方便，可广泛应用于各种风力发电机组。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种风力发电机组用叶片，所述叶片包括叶片前缘和叶片尾缘(1)，其特征在于，所述叶片还包括设置在所述叶片尾缘(1)上的尾缘附件(2)，所述尾缘附件(2)包括多个沿所述叶片尾缘(1)依次设置并形成锯齿状结构的降噪齿(21)，各所述降噪齿(21)的顶点与底边中点的连线为底边中线，至少一个所述降噪齿(21)的所述底边中线与所在位置的所述叶片尾缘(1)的夹角小于90°。

2.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)为三角形形状，且各所述降噪齿(21)的底角中较大的一个位于靠近所述叶片的叶尖的一侧。

3.根据权利要求2所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)的顶角的角度小于45°。

4.根据权利要求2所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)的底角中较大的一个大于80度。

5.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)的高度为其所在位置的所述叶片的弦长的5％至25％。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)的宽度为其所在位置的所述叶片的弦长的5％至25％。

7.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，各所述降噪齿(21)的高宽比的范围为1:2至5:1。

8.根据权利要求7所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，至少两个所述降噪齿(21)的高宽比值不等。

9.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，至少两个所述降噪齿(21)的厚度不同。

10.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，相邻两个所述降噪齿(21)之间的夹角具有倒圆结构。

11.根据权利要求1所述的风力发电机组用叶片，其特征在于，所述尾缘附件(2)设置在所述叶片的第一分段上，所述第一分段的起点为叶尖顶点，所述第一分段的长度至多为所述叶片长度的十分之三。

12.一种风力发电机组，包括叶片，其特征在于，所述叶片为权利要求1至11中任一项所述的风力发电机组用叶片。