[發明專利]用于風力渦輪機葉片的負荷和噪聲緩解系統

在審

• 申請號: 201310413910.8
• 申請日: 2013-09-12
• 公開（公告）號: CN103670909A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: M.阿什海姆;M.J.辛格;E.A.梅達
• 申請（專利權）人: 西門子公司
• 主分類號: F03D1/06
• 分類號: F03D1/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 成城;何逵游

技術領域

本發明涉及風力渦輪機，并且更具體地涉及用于風力渦輪機葉片的負荷和噪聲緩解系統。

背景技術

本領域已知風力渦輪機用于將風能轉換成電能。與風力渦輪機相關聯的一個重要問題是在運轉期間產生的噪聲的量。當風中的紊流結構（例如隨機擾動）行進經過風力渦輪機葉片翼型并且與其后緣相互作用時產生噪聲。這種現象通常被看作是風力渦輪機發出的主要噪聲源之一。進一步，在風力渦輪機葉片的壓力側和吸力側之間的壓力差增加會導致產生低頻流動結構，這也能夠導致較高的噪聲水平。

已經研發出附接包括多根刷毛的后緣刷子作為風力渦輪機噪聲的解決方案。例如，美國的已公開專利申請號20080166241和20070077150公開了包括多根刷毛的后緣刷子，所述刷毛在后緣附近被附接到對應的葉片主體。通常，刷毛的一端被附接到后緣，背離葉片主體突出。類似地，可附接到葉片后緣的鋸齒狀面板也已經被用作風力渦輪機噪聲的解決方案。面板各自包括多個間隔開的鋸齒狀齒，所述齒具有預定大小和形狀。例如，Barone的名稱為“Survey?of?Techniques?for?Reduction?of?Wind?Turbine?Blade?Trailing?Edge?Noise”的桑迪亞報告（Sandia?Report）SAND2011-5252（2011年八月）描述了利用上述后緣刷子的降噪機構將在刷子延伸部上產生更平緩的阻抗變化從而避免后緣處的突然的阻抗失配。替代性解釋是刷子的多孔特性抑制了導致后緣噪聲的邊界層內的紊流波動。另外，刷子也將筆直后緣（這對于噪聲生成是非常有效的）斷開成多個較小部位，在此產生大部分噪聲。筆直后緣的這種斷開減少了由紊流結構與后緣的相互作用而產生的噪聲。

不過，如桑迪亞報告結尾處所述，后緣刷子對于大型風力渦輪機葉片的降噪效率仍是個未決問題。一個原因可能是在大持續風或大陣風期間，翼型的后緣上的壓力梯度將導致從翼型的高壓力側到吸力側的強烈流動。這種流動將導致圍繞后緣的局部流動的流線的方向變化。如果在翼型的后緣處包括刷子或甚至是鋸齒狀面板，則希望圍繞后緣的流動符合纖維或鋸齒部，并且希望纖維或鋸齒部被空氣動力學加載，特別是在翼型的硬表面和刷子或鋸齒部之間的接合處。以此方式，當后緣處發生分離時，不同的噪聲機制會支配后緣噪聲，對此刷子和鋸齒部不會有很大影響。這些現象使得刷子和鋸齒部的降噪不太有效。

附圖說明

參考附圖在下文說明中解釋了本發明，附圖示出了：

圖1示出了根據本發明一方面的具有三個轉子葉片的風力渦輪機，每個葉片具有包括安裝在其上的刷子的噪聲和負荷降低系統。

圖2是在線2-2處截取的圖1的轉子葉片的橫截面圖。

圖3示出了根據本發明一方面的具有帶鉸鏈的噪聲和負荷降低系統的轉子葉片的橫截面圖。

圖4示出了典型的現有技術葉片上的空氣流動。

圖5A-5B顯示了具有刷子的現有技術葉片上的空氣流動以及刷子的取向改變。

圖6A-6B顯示了根據本發明一方面的完全柔性撓曲構件的變形以及相關聯的刷子的最終取向。

圖7A-7B顯示了根據本發明一方面的部分柔性撓曲構件的變形以及相關聯的刷子的最終取向。

圖8是根據本發明另一方面的具有包括安裝在其上的鋸齒部的噪聲和負荷降低系統的轉子葉片的橫截面圖。

圖9是具有安裝在其上的圖8的噪聲和負荷降低系統的葉片的一段的俯視圖。

圖10A-10B顯示了根據本發明一方面的具有包括鋸齒部的負荷和噪聲緩解系統的葉片上的空氣流動以及撓曲構件的變形。

具體實施方式

本發明已經創新地研發了噪聲和負荷緩解系統，其被動地緩解在風力渦輪機葉片上的負荷且同時優化降噪。噪聲和負荷緩解系統包括與風力渦輪機葉片的邊緣相關聯的撓曲構件和與該撓曲構件相關聯的降噪結構。在某些實施例中，撓曲構件有利地包括在邊緣和降噪結構之間的可變形連接。有利地，在葉片的吸力側和壓力側之間的增加的壓力梯度會導致撓曲構件在空氣流動到達降噪結構之前變形并減少負載。此外，撓曲構件的變形不僅降低在葉片和噪聲緩解結構上的負荷，而且更好地將降噪結構對齊于自然無擾空氣流動流向，這提高了降噪結構在降低后緣噪聲方面的效率。