[发明专利]用于风力涡轮机叶片的负荷和噪声缓解系统

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机，并且更具体地涉及用于风力涡轮机叶片的负荷和噪声缓解系统。

背景技术

本领域已知风力涡轮机用于将风能转换成电能。与风力涡轮机相关联的一个重要问题是在运转期间产生的噪声的量。当风中的紊流结构（例如随机扰动）行进经过风力涡轮机叶片翼型并且与其后缘相互作用时产生噪声。这种现象通常被看作是风力涡轮机发出的主要噪声源之一。进一步，在风力涡轮机叶片的压力侧和吸力侧之间的压力差增加会导致产生低频流动结构，这也能够导致较高的噪声水平。

已经研发出附接包括多根刷毛的后缘刷子作为风力涡轮机噪声的解决方案。例如，美国的已公开专利申请号20080166241和20070077150公开了包括多根刷毛的后缘刷子，所述刷毛在后缘附近被附接到对应的叶片主体。通常，刷毛的一端被附接到后缘，背离叶片主体突出。类似地，可附接到叶片后缘的锯齿状面板也已经被用作风力涡轮机噪声的解决方案。面板各自包括多个间隔开的锯齿状齿，所述齿具有预定大小和形状。例如，Barone的名称为“Survey of Techniques for Reduction of Wind Turbine Blade Trailing Edge Noise”的桑迪亚报告（Sandia Report）SAND2011-5252（2011年八月）描述了利用上述后缘刷子的降噪机构将在刷子延伸部上产生更平缓的阻抗变化从而避免后缘处的突然的阻抗失配。替代性解释是刷子的多孔特性抑制了导致后缘噪声的边界层内的紊流波动。另外，刷子也将笔直后缘（这对于噪声生成是非常有效的）断开成多个较小部位，在此产生大部分噪声。笔直后缘的这种断开减少了由紊流结构与后缘的相互作用而产生的噪声。

不过，如桑迪亚报告结尾处所述，后缘刷子对于大型风力涡轮机叶片的降噪效率仍是个未决问题。一个原因可能是在大持续风或大阵风期间，翼型的后缘上的压力梯度将导致从翼型的高压力侧到吸力侧的强烈流动。这种流动将导致围绕后缘的局部流动的流线的方向变化。如果在翼型的后缘处包括刷子或甚至是锯齿状面板，则希望围绕后缘的流动符合纤维或锯齿部，并且希望纤维或锯齿部被空气动力学加载，特别是在翼型的硬表面和刷子或锯齿部之间的接合处。以此方式，当后缘处发生分离时，不同的噪声机制会支配后缘噪声，对此刷子和锯齿部不会有很大影响。这些现象使得刷子和锯齿部的降噪不太有效。

附图说明

参考附图在下文说明中解释了本发明，附图示出了：

图1示出了根据本发明一方面的具有三个转子叶片的风力涡轮机，每个叶片具有包括安装在其上的刷子的噪声和负荷降低系统。

图2是在线2-2处截取的图1的转子叶片的横截面图。

图3示出了根据本发明一方面的具有带铰链的噪声和负荷降低系统的转子叶片的横截面图。

图4示出了典型的现有技术叶片上的空气流动。

图5A-5B显示了具有刷子的现有技术叶片上的空气流动以及刷子的取向改变。

图6A-6B显示了根据本发明一方面的完全柔性挠曲构件的变形以及相关联的刷子的最终取向。

图7A-7B显示了根据本发明一方面的部分柔性挠曲构件的变形以及相关联的刷子的最终取向。

图8是根据本发明另一方面的具有包括安装在其上的锯齿部的噪声和负荷降低系统的转子叶片的横截面图。

图9是具有安装在其上的图8的噪声和负荷降低系统的叶片的一段的俯视图。

图10A-10B显示了根据本发明一方面的具有包括锯齿部的负荷和噪声缓解系统的叶片上的空气流动以及挠曲构件的变形。

具体实施方式

本发明已经创新地研发了噪声和负荷缓解系统，其被动地缓解在风力涡轮机叶片上的负荷且同时优化降噪。噪声和负荷缓解系统包括与风力涡轮机叶片的边缘相关联的挠曲构件和与该挠曲构件相关联的降噪结构。在某些实施例中，挠曲构件有利地包括在边缘和降噪结构之间的可变形连接。有利地，在叶片的吸力侧和压力侧之间的增加的压力梯度会导致挠曲构件在空气流动到达降噪结构之前变形并减少负载。此外，挠曲构件的变形不仅降低在叶片和噪声缓解结构上的负荷，而且更好地将降噪结构对齐于自然无扰空气流动流向，这提高了降噪结构在降低后缘噪声方面的效率。