CN106481517B - 风力发电叶片及具有该叶片的风力发电机组 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种风力发电叶片及具有该叶片的风力发电机组。所述风力发电叶片包括：叶片本体，限定有叶尖、叶根以及在所述叶尖与所述叶根之间延伸的叶片压力面、叶片吸力面、叶片前缘和叶片尾缘；以及降噪附件，设置在所述叶片尾缘上并包括多个齿梳/毛刷组，所述多个齿梳/毛刷组沿所述叶片尾缘交错地布置。所述风力发电叶片能够在不影响叶片的气动性能的情况下降低叶片的噪声。

Description

风力发电叶片及具有该叶片的风力发电机组

技术领域

本发明总体上涉及一种风力发电叶片及具有该叶片的风力发电机组，更具体地讲，涉及设置在风力发电叶片上的降噪附件。

背景技术

MW级风力发电机组的主要噪声源来自于旋转叶片，而叶片的主要噪声源又位于叶片的尾缘位置，目前已经过实验证实有效的降噪技术主要是在叶片的尾缘上粘附降噪附件或者在叶片表面铺设多孔吸声材料改变叶片表面声学阻抗特性。

现有的各种降噪附件和阻抗表面能降低噪声的主要机理有两个方面：一、通过改变叶片尾缘脱落涡的方向，削弱展向脱落涡的强度，由于叶片尾缘噪声主要是由展向脱落涡和叶片相互作用产生的，因此通过削弱展向脱落涡的强度可以达到降低噪声的目的；二、通过改变叶片表面的声学特性降低声辐射效率达到降低噪声的目的，但是可能会影响叶片的气动性能。

现有的降噪附件主要有如下几种：锯齿尾缘(适用第一种降噪机理)和多孔材料(适用第二种降噪机理)。锯齿尾缘能达到一定的降噪效果，但降噪效果有限，因为它的降噪是以增加高频噪声为代价的。多孔材料从原理上和实验测量效果来说降噪效果优于锯齿尾缘，但在叶片表面铺设多孔材料会影响叶片的气动性能，造成叶片的气动性能下降，这是风力发电机组所不能接受的。

因此，需要开发一种能够在不影响叶片的气动性能的情况下降低叶片的噪声的风力发电叶片。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种风力发电叶片及具有该叶片的风力发电机组。

根据本发明的一方面，提供一种风力发电叶片，所述风力发电叶片包括：叶片本体，限定有叶尖、叶根以及在所述叶尖与所述叶根之间延伸的叶片压力面、叶片吸力面、叶片前缘和叶片尾缘；以及降噪附件，设置在所述叶片尾缘上并包括多个齿梳/毛刷组，所述多个齿梳/毛刷组的梳齿/刷毛沿所述叶片尾缘交错地布置。

所述多个齿梳/毛刷组可包括交错地布置的至少两排齿梳/毛刷。

所述至少两排齿梳/毛刷中的至少一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可朝向叶尖倾斜，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少另一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可朝向叶根倾斜。

所述至少两排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛分别以不同的角度朝向所述叶尖或所述叶根倾斜。

所述至少两排齿梳/毛刷中的每排齿梳/毛刷可包括多簇梳齿/刷毛，其中，所述多簇梳齿/刷毛中的每簇梳齿/刷毛可包括朝向所述叶尖倾斜的梳齿/刷毛和朝向所述叶根倾斜的梳齿/刷毛。

所述每簇梳齿/刷毛还可包括垂直于所述叶片尾缘的梳齿/刷毛。

所述梳齿/刷毛的倾斜角度在0°至90°的范围内。

所述齿梳/毛刷的梳齿/刷毛的长度是所述风力发电叶片的当地弦长的2％至40％。

所述至少两排齿梳/毛刷均可布置在所述叶片压力面和/或所述叶片吸力面上。

所述至少两排齿梳/毛刷中的至少一排可布置在所述叶片压力面上，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少另一排可布置在所述叶片吸力面上。

所述多个齿梳/毛刷组可被布置为共面。

所述降噪附件可被粘附到所述叶片尾缘。

所述降噪附件可被铆接到所述叶片尾缘。

在所述叶片尾缘中可开设有凹槽，所述降噪附件可被插入到所述凹槽中。

所述齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可由弹性材料或刚性材料制成。

根据本发明的另一方面，提供一种风力发电机组，所述风力发电机组具有如上所述的风力发电叶片。

如上所述根据本发明的具有交错齿梳/毛刷的降噪附件的降噪机理如下：

1、齿梳/毛刷交错形成的小孔既可以实现将大尺度的尾缘脱落涡打碎成小尺度的涡结构，还可以在不影响气动性能的前提下改变声辐射特性；

2、交错齿梳/毛刷的头部削弱了展向脱落涡的强度。

根据本发明的各个示例性实施例具有关联的非限制性的优点。例如，设置在叶片尾缘的降噪附件包括多个齿梳/毛刷组，每个齿梳/毛刷组由方向交错的多个齿梳/毛刷组成，齿梳/毛刷交错形成的小孔可以达到改变尾缘处气体流动，降低噪声辐射效率从而实现多孔材料降噪的效果，但又不会影响叶片的气动性能。齿梳/毛刷交错形成的小孔的尖部可以进一步调整尾缘脱落涡，加强降噪效果，起到齿梳/毛刷尾缘的降噪效果。因此，本发明同时具有多孔材料降噪和齿梳/毛刷尾缘降噪的优点，与现有的降噪技术相比，降噪效果更好。

附图说明

通过下面结合附图对示例性实施例进行的详细描述，本发明的这些和/或其他方面将会变得清楚和更加容易理解，在附图中：

图1示出了具有三个风力发电叶片的风力发电机组的示意图。

图2示出了图1的风力发电叶片的翼型截面。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的具有降噪附件的风力发电叶片的示意图。

图4示出了图3的风力发电叶片的局部分解图。

图5示出了图3的降噪附件的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图。

图6是图5的局部放大图，示出了降噪附件的其中一个齿梳/毛刷组。

图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的降噪附件的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图。

图8示出了根据本发明的又一示例性实施例的降噪附件的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图。

图中主要部件的具体说明如下：100为风力发电叶片，110为叶片本体，120为叶尖，130为叶根，140为叶片压力面，150为叶片吸力面，160为叶片前缘，170为叶片尾缘，c为当地弦长，200、300、400为降噪附件。

具体实施方式

总体而言，根据本发明的风力发电叶片可应用于风力发电机组(例如，MW级风力发电机组)。风力发电叶片是由叶尖、叶根、叶片压力面、叶片吸力面、叶片前缘和叶片尾缘组成的三维实体。叶尖距离叶根的直线距离称为叶片长度，叶片上任一位置距离叶根的直线距离称为展长。叶片同一展长截面为翼型，翼型的前缘和尾缘的直线距离为弦长c，由于不同展向位置的翼型弦长不同，所以称为当地弦长。根据本发明的各个示例性实施例，风力发电叶片进一步包括设置在叶片尾缘上的降噪附件，降噪附件包括沿叶片尾缘设置的多个交错齿梳/毛刷组，所述齿梳/毛刷组由至少两排方向交错的齿梳/毛刷组成，其中，至少一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛朝向叶尖倾斜，至少另一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛朝向叶根倾斜，梳齿/刷毛的倾斜角度在0°至90°的范围内。齿梳/毛刷可以同时设置在叶片压力面或叶片吸力面的尾缘，也可以分别设置在叶片压力面和叶片吸力面的尾缘。至少两排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛的长度可以相同也可以不同，梳齿/刷毛的长度可以是叶片的当地弦长的2％至40％。

以下，将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以多种不同的形式实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的示例性实施例。在附图中，为了清楚起见，会夸大某些部件的尺寸，并且相同的标号将始终指示相同的部件。

图1示出了具有三个风力发电叶片的风力发电机组的示意图。参照图1，风力发电叶片100可包括叶片本体110，叶片本体110限定有叶尖120、叶根130以及在叶尖120与叶根130之间延伸的叶片压力面140、叶片吸力面150、叶片前缘160和叶片尾缘170。图2示出了图1的风力发电叶片的翼型截面，如图2所示，翼型的前缘160和尾缘170之间的直线距离c为当地弦长。

图3示出了根据本发明的示例性实施例的具有降噪附件的风力发电叶片的示意图。图4示出了图3的风力发电叶片的局部分解图。如图3所示，风力发电叶片100可进一步包括降噪附件200，降噪附件200可设置在叶片尾缘170上并可包括多个齿梳/毛刷组，该多个齿梳/毛刷组的梳齿/刷毛可沿叶片尾缘170交错地布置。如图4所示，该多个齿梳/毛刷组可包括交错地布置的两排齿梳/毛刷，这两排齿梳/毛刷中的一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可朝向叶尖120倾斜，另一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可朝向叶根130倾斜。降噪附件200的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图在图5中示出。

另外，如图4所示，为了方便安装，两排齿梳/毛刷中的一排齿梳/毛刷可布置在叶片压力面140上，另一排齿梳/毛刷可布置在叶片吸力面150上，以避免两排齿梳/毛刷安装在同一个面上导致的齿梳/毛刷组厚度过大。当然，两排齿梳/毛刷也可同时设置在叶片压力面140上或者可同时设置在叶片吸力面150上。

尽管上面描述了多个齿梳/毛刷组可包括交错地布置的两排齿梳/毛刷，但是当两排齿梳/毛刷同时设置在叶片压力面140或叶片吸力面150上时，多个齿梳/毛刷组也可被布置为共面而呈现网格形状，以便于齿梳/毛刷的梳齿/刷毛交错形成小孔，从而有利于降噪。

下面将参照图7和图8描述根据本发明的可选示例性实施例的降噪附件，其中，图7示出了根据本发明的另一示例性实施例的降噪附件的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图，图8示出了根据本发明的又一示例性实施例的降噪附件的多个齿梳/毛刷组交错布置的示意图。

如图7所示，降噪附件300的多个齿梳/毛刷组可包括交错地布置的两排齿梳/毛刷，与图5不同的是，图7中所示的两排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛分别以不同的角度朝向同一方向倾斜，即，均朝向叶尖120倾斜或者均朝向叶根130倾斜，只是齿梳/毛刷的梳齿/刷毛的倾斜角度不同。以这样的方式同样可以实现齿梳/毛刷的梳齿/刷毛交错布置。

如图8所示，降噪附件400的多个齿梳/毛刷组可包括交错地布置的两排齿梳/毛刷，每排齿梳/毛刷均可包括多簇梳齿/刷毛，其中，每簇梳齿/刷毛均可包括朝向叶尖120倾斜的梳齿/刷毛和朝向叶根130倾斜的的梳齿/刷毛，或者，每簇梳齿/刷毛还可包括垂直于叶片尾缘170的的梳齿/刷毛。以这样的方式同样可以实现齿梳/毛刷的梳齿/刷毛交错布置。

然而，降噪附件的齿梳/毛刷的交错布置结构不限于图5至图8中所示出的，并且可根据实际应用进行改变。

在一个示例性实施例中，齿梳/毛刷的梳齿/刷毛的倾斜角度可以在0°至90°的范围内。

在一个示例性实施例中，齿梳/毛刷的梳齿/刷毛长度可以是风力发电叶片100的当地弦长的2％至40％。然而，本发明不限于此。

在一个示例性实施例中，多个齿梳/毛刷组可布置在沿风力发电叶片100的展向距离叶尖20％至100％叶片长度的位置处。然而，本发明不限于此，多个齿梳/毛刷组可布置在叶片尾缘170的任何位置处。

在一个示例性实施例中，降噪附件200、300或400可通过粘合剂被粘附到叶片尾缘170。在另一示例性实施例中，降噪附件200、300或400可被铆接到叶片尾缘170。在又一示例性实施例中，降噪附件200、300或400可被可拆卸地连接到叶片尾缘170，例如，在叶片尾缘170中可开设有凹槽，降噪附件200、300或400可被插入到所述凹槽中。然而，降噪附件与叶片尾缘的连接方式不限于此。

在一个示例性实施例中，齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可由弹性材料制成。在另一示例性实施例中，齿梳/毛刷的梳齿/刷毛可由刚性材料制成。然而，本发明不限于此。

如上所述的根据本发明的风力发电叶片100可被应用于风力发电机组，以降低风力发电机组的噪声。如之前所述的，风力发电机组的主要噪声源来自于旋转叶片，而叶片的主要噪声源又位于叶片的尾缘位置，由于尾缘噪声是以中低频为主的宽频噪声，中低频噪声主要是由大尺度尾缘脱落涡产生的，高频噪声主要是由小尺度脱落涡产生的，因此通过利用根据本发明的降噪附件将大尺度尾缘脱落涡改变为较小尺度的脱落涡，可以降低主要的中低频噪声，从而使总噪声有所降低。

尽管已经结合附图示出并描述了本发明的示例性实施例，但是本领域技术人员应该理解的是，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对示例性实施例进行修改和变型。

Claims (16)

1.一种风力发电叶片(100)，其特征在于，所述风力发电叶片(100)包括：

叶片本体(110)，限定有叶尖(120)、叶根(130)以及在所述叶尖(120)与所述叶根(130)之间延伸的叶片压力面(140)、叶片吸力面(150)、叶片前缘(160)和叶片尾缘(170)；以及

降噪附件(200，300，400)，设置在所述叶片尾缘(170)上并包括多个齿梳/毛刷组，所述多个齿梳/毛刷组的梳齿/刷毛沿所述叶片尾缘(170)以不同的角度朝向所述叶尖(120)或所述叶根(130)倾斜，从而梳齿/刷毛交错地布置并在梳齿/刷毛之间形成小孔。

2.根据权利要求1所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述多个齿梳/毛刷组包括交错地布置的至少两排齿梳/毛刷。

3.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛朝向叶尖(120)倾斜，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少另一排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛朝向叶根(130)倾斜。

4.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述至少两排齿梳/毛刷的梳齿/刷毛分别以不同的角度朝向所述叶尖(120)或所述叶根(130)倾斜。

5.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述至少两排齿梳/毛刷中的每排齿梳/毛刷包括多簇梳齿/刷毛，其中，所述多簇梳齿/刷毛中的每簇梳齿/刷毛包括朝向所述叶尖(120)倾斜的梳齿/刷毛和朝向所述叶根(130)倾斜的梳齿/刷毛。

6.根据权利要求5所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述每簇梳齿/刷毛还包括垂直于所述叶片尾缘(170)的梳齿/刷毛。

7.根据权利要求3至5中任一项所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述梳齿/刷毛的倾斜角度在0°至90°的范围内。

8.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述齿梳/毛刷的梳齿/刷毛的长度是所述风力发电叶片(100)的当地弦长的2％至40％。

9.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述至少两排齿梳/毛刷均布置在所述叶片压力面(140)和/或所述叶片吸力面(150)上。

10.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少一排布置在所述叶片压力面(140)上，所述至少两排齿梳/毛刷中的至少另一排布置在所述叶片吸力面(150)上。

11.根据权利要求1所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述多个齿梳/毛刷组被布置为共面。

12.根据权利要求1所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述降噪附件(200，300，400)被粘附到所述叶片尾缘(170)。

13.根据权利要求1所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述降噪附件(200，300，400)被铆接到所述叶片尾缘(170)。

14.根据权利要求1所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，在所述叶片尾缘(170)中开设有凹槽，所述降噪附件(200，300，400)被插入到所述凹槽中。

15.根据权利要求2所述的风力发电叶片(100)，其特征在于，所述齿梳/毛刷的梳齿/刷毛由弹性材料或刚性材料制成。

16.一种风力发电机组，其特征在于，所述风力发电机组具有如权利要求1至15中任一项所述的风力发电叶片(100)。