具有降噪装置的转子叶片制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片（20）。所述转子叶片（20）包括压力侧（251）、吸力侧（252）、具有前缘（241）的前缘部段（24）和具有后缘（231）的后缘部段（23）。气流（31）沿所述转子叶片的表面（32）从所述前缘部段（24）流动到所述后缘部段（23），并且靠近所述转子叶片的表面（32）建立边界层（33）。所述转子叶片（20）包括降噪装置（40），其用于减少由所述气流（31）和所述转子叶片（20）的相互作用所产生的噪声。所述降噪装置（40）位于所述转子叶片的边界层（33）内。所述降噪装置（40）包括覆盖件（41）和用于将所述覆盖件（41）连接到所述转子叶片的表面（32）的连接装置（42）。所述覆盖件（41）至少跨越所述转子叶片的表面（32）的一部分。所述覆盖件（41）位于所述转子叶片的表面（32）的预定距离（43）处。所述覆盖件（41）是多孔的，其开放区域比率在30％和95％之间，特别是在55％和85％之间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】本专利技术涉及一种用于风力涡轮机的转子叶片。具体而言，本专利技术涉及一种具有降噪装置的转子叶片，所述降噪装置用于降低由气流和转子叶片的相互作用所产生的噪声。当在获取建立风力涡轮机的许可时，由风力涡轮机的转子叶片产生的噪声是一项关键因素。如果风力涡轮机要在住宅区附近建立，则特别是如此。风力涡轮机可以故意以降低的功率来操作，以便满足噪声约束。由于至少在某些时间段期间的噪声约束，陆上风力涡轮机中的相当一部分实际上以降低的功率运行。这些噪声约束可处于一个分贝到六个分贝的范围中。降低一分贝噪声可能损失年能源产量的2％至4％。因此，需要提供减少和减轻由转子叶片和围绕转子叶片流动的气流的相互作用所产生的噪声的方式。对于包括长度超过40米的转子叶片的大型风力涡轮机，主要噪声源是来自转子叶片外部的后缘噪声。另一个重要的噪声源是在转子叶片的前缘部段处的湍流产生的前缘噪声。过去已经提出了减少转子叶片相关噪声的不同方法。减小与转子叶片相关的噪声的一个选择是提供附接到转子叶片的后缘的锯齿状襟翼。另一选择是转子叶片的翼型形状的适应性设计。特别地，可以按照这样的方式来修改转子叶片的后缘部段。尽管有这些措施，但仍然存在进一步减少由转子叶片和围绕转子叶片流动的气流的相互作用所产生的噪声的需要和期望。本专利技术人已经认识到，为了进一步减小与转子叶片相关的噪声，对远离转子叶片的
的
的考虑可能是富有成效的。例如，Clark等人研究了覆盖某些种类的猫头鹰的上翼表面的下部材料的气动声学的理论分析，并且其见解已经发表在科学论文“TheNoiseGeneratingandSuppressingCharacteristicsofBio-InspiredRoughSurfaces”，AIAApaper2014-2911，Proceedingsofthe20thAIAA/CEASAeroacousticsConference，Atlanta，USA，2014年6月中。在该出版物中，已经假定覆盖猫头鹰的上翼表面的下部材料可以被理解为冠层，这可以导致表面压力波动的减小以及从下面的粗糙表面散射的噪声的减少，特别是在较低频率下。然而，所引用的文章没有提到所公开的理论分析的任何应用。本专利技术的总体目标在于提供一种具有降噪装置的转子叶片。特别是，应当研究是否以及如何能够将Clark等人关于猫头鹰的无声飞行的理论分析转移到转子叶片，特别是适于风力涡轮机的转子叶片。该目标通过独立权利要求来实现。有利的改进方案和修改在从属权利要求中描述。根据本专利技术，提供了一种用于风力涡轮机的转子叶片，其中，转子叶片包括压力侧、吸力侧、前缘部段和后缘部段。所述前缘部段包括前缘，并且所述后缘部段包括后缘。气流沿转子叶片的表面从前缘部段流到后缘部段。它靠近转子叶片的表面建立边界层。所述转子叶片还包括降噪装置，其用于降低由气流和转子叶片的相互作用所产生的噪声。所述降噪装置位于转子叶片的边界层内。降噪装置包括覆盖件和用于将所述覆盖件连接到转子叶片的表面的连接装置。所述覆盖件至少跨越转子叶片的表面的一部分。所述覆盖件位于所述转子叶片的表面的预定距离处。所述覆盖件是多孔的，其开放区域比率（openareafraction）在30％和95％之间，特别是在55％和85％之间。所引用的Clark等人的研究可以按照如下方式解释，即：由沿粗糙表面流动的气流产生的噪声可以通过湍流边界层中的猫头鹰启发的多孔罩来显著地减少。粗糙度噪声在这种情况下由粗糙元件产生，其将湍流边界层下的不稳定压力波动散射成声音。所述罩可以大幅降低不稳定的表面压力，并且作为结果，可以减少远场噪声。本专利技术的一个关键方面是将猫头鹰翼上的粗糙度噪声的这种理论分析转移和扩展到用于风力涡轮机的转子叶片的后缘或前缘噪声。例如，显著的散射发生在位于转子叶片的光滑表面的下游的转子叶片的后缘处。通过在后缘附近的边界层中添加冠状降噪装置，可以显著减小表面压力和远场后缘噪声。由于冠状降噪装置是高度多孔的并且位于边界层内，所以预期由阻力引起的空气动力学效应很小。换言之，通过将猫头鹰的无声飞行的理论研究和分析应用于转子叶片、特别是风力涡轮机的转子叶片，提供了一种降噪装置，所述降噪装置包括覆盖件和用于将所述覆盖件连接到转子叶片的表面的连接装置。通过这种措施，改变了从前缘部段流到后缘部段的气流的边界层。降噪效果的可能解释是，边界层内的大湍流结构远离转子叶片的表面移动，从而降低了表面压力。如果例如由气流和后缘的相互作用所产生的噪声被减小，则在后缘的上游安装降噪装置具有使边界层内的大湍流结构与位于后缘上游的转子叶片的表面分离的效果。结果，声音不像在大湍流结构没有与转子叶片的表面分离那样密集地辐射。因此，在后缘处产生或散射的噪声被减小，特别是在重要的低频下。冠罩可在较高的频率下产生自噪声。然而，在较高频率下的噪声在环境大气中更有效和更强烈地衰减。因此，低频噪声降低和可能的高频噪声增加的组合可导致如在转子叶片的远场中所感知的总体噪声降低。在本专利申请的背景下，风力涡轮机是指能够将风能（即，来自风的动能）转换成机械能的装置。机械能随后被用于发电。风力涡轮机还表示风力发电厂。边界层是紧邻边界表面、即转子叶片的表面的空气层。在边界层中，粘度的影响是显著的。特别地，气流的速度低于气流的自由流速度的99％。40米至80米长的转子叶片的边界层的典型厚度在几毫米一直到几厘米的范围中。换言之，边界层的典型厚度在几毫米到十厘米之间。所述降噪装置位于转子叶片的边界层内。有利地，降噪装置完全浸没到边界层中。这意味着降噪装置的最大竖直尺寸小于边界层的厚度。将降噪装置放置在边界层内的优点在于使降噪装置的阻力最小化。此外，由降噪装置产生的（不期望的）涡流被最小化。注意，本专利技术不限于降低转子叶片的后缘部段处的噪声。还可以通过所述的降噪装置来高效地减少其他噪声源，例如在转子叶片的前缘部段处产生的前缘噪声。降噪装置包括与转子叶片的表面相距预定距离的覆盖件。所述覆盖件通过连接装置连接、即附接到转子叶片的表面。包括覆盖件和连接装置的这种布置结构也称为冠罩。所述覆盖件不是完全封闭的表面，而是包括开口，即开放空间，所述开放空间可以具有各种形状和各种尺寸。所述覆盖件的开放区域比率被定义为相对于由所述覆盖件覆盖的整个区域的开放空间的比率分数。在一个有利的实施例中，所述覆盖件以固定的预定距离连接到转子叶片的表面。所述预定距离在0.5毫米和100毫米之间的范围中，特别是在1毫米和40毫米之间的范围中。在另一个有利的实施例中，转子叶片包括根部段，在那里，转子叶片被布置和准备用于附接到转子。此外，转子叶片还包括末端部段，其是转子叶片的最远离根部段的部段。降噪装置在转子叶片的与末端部段相邻的外部40％、特别是外部30％中连接到转子叶片。换言之，有利的是将降噪装置放置在与转子叶片的末端部段相邻的外侧部段中。这是有利的，因为在转子叶片的该部段处，产生由转子叶片和围绕转子叶片流动的气流所产生的总噪声中的相当一部分。注意，可能有利的是，沿转子叶片的翼展方向改变降噪装置的特性，例如，覆盖件的孔隙率或覆盖件和转子叶片的表面之间的预定距离。因此，个别和定制的降噪是可能的。存在针对降噪装置的覆盖件的可变设计选择。在一个实施例中，覆盖本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于风力涡轮机的转子叶片（20），其中，‑ 所述转子叶片（20）包括压力侧（251）、吸力侧（252）、具有前缘（241）的前缘部段（24）和具有后缘（231）的后缘部段（23），‑ 气流（31）沿所述转子叶片的表面（32）从所述前缘部段（24）流动到所述后缘部段（23），并且靠近所述转子叶片的表面（32）建立边界层（33），‑ 所述转子叶片（20）包括降噪装置（40），所述降噪装置（40）用于减少由所述气流（31）和所述转子叶片（20）的相互作用所产生的噪声，‑ 所述降噪装置（40）位于所述转子叶片的边界层（33）内，‑ 所述降噪装置（40）包括覆盖件（41）和用于将所述覆盖件（41）连接到所述转子叶片的表面（32）的连接装置（42），‑ 所述覆盖件（41）至少跨越所述转子叶片的表面（32）的一部分，‑ 所述覆盖件（41）位于所述转子叶片的表面（32）的预定距离（43）处，以及‑ 所述覆盖件（41）是多孔的，其开放区域比率在30％和95％之间，特别是在55％和85％之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.18 EP 14172977.21.用于风力涡轮机的转子叶片（20），其中，-所述转子叶片（20）包括压力侧（251）、吸力侧（252）、具有前缘（241）的前缘部段（24）和具有后缘（231）的后缘部段（23），-气流（31）沿所述转子叶片的表面（32）从所述前缘部段（24）流动到所述后缘部段（23），并且靠近所述转子叶片的表面（32）建立边界层（33），-所述转子叶片（20）包括降噪装置（40），所述降噪装置（40）用于减少由所述气流（31）和所述转子叶片（20）的相互作用所产生的噪声，-所述降噪装置（40）位于所述转子叶片的边界层（33）内，-所述降噪装置（40）包括覆盖件（41）和用于将所述覆盖件（41）连接到所述转子叶片的表面（32）的连接装置（42），-所述覆盖件（41）至少跨越所述转子叶片的表面（32）的一部分，-所述覆盖件（41）位于所述转子叶片的表面（32）的预定距离（43）处，以及-所述覆盖件（41）是多孔的，其开放区域比率在30％和95％之间，特别是在55％和85％之间。2.根据权利要求1所述的转子叶片（20），其特征在于，所述转子叶片的表面（32）和所述降噪装置的覆盖件（41）之间的所述预定距离（43）在0.5毫米和100毫米之间，特别是在1毫米和40毫米之间。3.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片（20），其特征在于，-所述转子叶片（20）包括根部段（21）和末端部段（22），在所述根部段（21）处，所述转子叶片（20）被布置和准备用于附接到转子，所述末端部段（22）是所述转子叶片（20）的离所述根部段（21）最远的部段，以及-所述降噪装置（40）在所述转子叶片（20）的外侧部段中连接到所述转子叶片（20），其中，所述转子叶片（20）的外侧部段被限定为是所述转子叶片（20）的与所述末端部段（22）相邻的40％的部段，特别是30％的部段。4.根据前述权利要求中任一项所述的转子叶片（20），其特征在于，所述覆盖件（41）包括具有杆（51）的网格，所述杆（51）特别是相对于所述气流（31）沿流向方向定向。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：MJ阿沙伊姆，KA迪科夫，PB埃内沃尔德森，A勒文，V洛伦佐尼，S厄尔莱曼斯，AS奥尔森，B利歇特，MJ辛格，SW托加德，
申请(专利权)人：西门子公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE