风力涡轮机设计方法技术

提供了一种用于确定风力涡轮机部件设计的方法。例如通过有限元分析/建模将风力涡轮机的辐射部件建模为多个元件，其中每个元件代表风力涡轮机的辐射部件的物理部分，并且每个元件的至少一部分在声学上耦合至一个或多个其他元件。在已建模的辐射部件的界面处应用位于风力涡轮机内的振动源的仿真。传递函数用于确定振动从与振动源的界面到各元件的传输。基于振动从界面通各过元件的传输来确定从所述多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声。修改风力涡轮机的辐射部件的设计或辐射部件与振动源之间的部件的设计，以减少从辐射部件辐射的音调噪声。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】风力涡轮机设计方法
本申请涉及一种用于设计或修改风力涡轮机和风力涡轮机部件的方法，特别是通过确定风力涡轮机的部件上或内部的音调噪声的来源、路径和传输来减少涡轮机音调噪声排放。
技术介绍
图1展示本领域中已知的风力涡轮机1，其包括锥形塔架2，其被细分为多个塔架区段6。风力涡轮机机舱3被定位在塔架2的顶部。包括多个风力涡轮机叶片5的风力涡轮机转子4通过从机舱3前部伸出的低速轴连接至机舱3。通常，塔架区段6包括在制造区段6的过程中焊接在一起的多个塔架环，其中每个区段通常在每个端部处包括用于在现场将塔架区段6彼此连接以形成完整塔架2的连接凸缘。塔架区段6理论上最长可以超过50或60米，但是实际上它们很少超过35米长，因此它们可以在现有的道路系统上运输。在该实施例中，塔架2包括在五个其他塔架区段6的顶部的顶部区段12，但是塔架2可以包括更多或更少的塔架区段6，这取决于塔架2的总高度、风力涡轮机1的类型、机舱3和转子4的重量、最大可运输长度或其他因素。图2展示从侧面看的典型风力涡轮机1的机舱3的简化横截面图。机舱3存在多种变化和构造，但是在大多数情况下，机舱3中的传动系包括以下部件中的一个或多个：变速箱15，联轴器(未示出)，某种制动系统16和发电机17。现代风力涡轮机1的机舱3还可以包括转换器18(也称为逆变器)和附加的外围设备，诸如其他动力处理设备、控制柜、液压系统、冷却系统等。包括机舱部件15，16，17，18在内的整个机舱3的重量由机舱结构19(有时称为基板)承载。各部件15，16，17，18通常放置在该共同承载机舱结构19上和/或连接至该公共载荷承载机舱结构。在该简化的实施方式中，载荷承载机舱结构19仅沿着机舱3的底部延伸，例如呈各部件15，16，17，18中的一些或全部连接至其的床框架的形式延伸。在另一个实施方式中，载荷承载结构19可以包括齿轮钟，该齿轮钟通过主轴承可以将转子4的载荷传递到塔架2，或者载荷承载结构19可以包括多个互连的部分，诸如格框架。在机舱3的底部，风力涡轮机1可以设置有偏航机构14，该偏航机构被装配在塔架2与机舱3之间的接头中。偏航机构14可以包括由某种电机驱动小齿轮致动的某种带齿回转轴承。本领域中已知的风力涡轮机包括锥形风力涡轮机塔架和位于塔架顶部的风力涡轮机机舱。带有多个叶片的转子通过从机舱前部伸出的低速轴连接至机舱，如图1所示。来自风力涡轮机的噪声排放是一个众所周知的问题，并且已经成为广泛工作的主题。国际标准IEC61400-11的第三版中介绍了测量风力涡轮机噪声的程序。噪声排放可以是严重的问题，特别是对于陆基涡轮机而言。操作中的风力涡轮机产生的噪声越多，必须将其从房屋和人口中心安置的位置越远。来自风力涡轮机的噪声排放包括机械噪声和空气动力学噪声。机械噪声包括由机舱内的各部件(例如风力涡轮机传动系)驱动的噪声。这样的噪声可以直接从振动部件的表面辐射到周围环境(所谓的空气传播噪声)，也可以在各部件的振动通过风力涡轮机的结构传导时通过风力涡轮机塔架或叶片辐射到周围环境(所谓的结构噪声SBN)。空气动力学噪声来自风力涡轮机叶片，并且包括例如由于涡旋脱落引起的噪声。因此，噪声的主要来源可以是例如来自变速箱中啮合的各齿轮、作为结构振动传播的振动，该振动最终会在风力涡轮机的其他部分中产生振动。然后，根据表面上的振动等级以及同一表面的噪声辐射能力，噪声从这些其他部分的表面辐射出。结构中的任何共振将会进一步放大振动传输。另一个主要噪声源是机舱中的其他机械振动感应设备，诸如发电机、用于冷却或液压系统的泵、电机等。PCT专利申请WO2009/080028描述了提供用于减少来自涡轮机塔架的噪声排放的降噪构件。降噪构件包括形成为细长加强构件的梁和一个或多个阻尼构件，其中阻尼构件布置在塔架壁与梁之间，阻尼构件布置成使得塔架壁与梁之间的相对运动导致能量经由阻尼构件耗散，以便减少噪声排放。在重量是大问题的风力涡轮机塔架中，有利的是通过布置成能够消散引起噪声振动的能量的阻尼构件的方式减少噪声排放，因为这以轻得多的重量提供更有效的降噪。将阻尼构件放置在塔架壁与刚性梁之间确保塔架壁中的振动将会引起阻尼构件的变形，因此至少有一些能量由于阻尼构件中的内部摩擦或滞后作用而转化为热量，达到了减振和降噪的效果。由风力涡轮机产生的噪声的频谱包括宽带噪声和不同频率的噪声。不同频率的噪声(称为音调噪声)通常被认为对风力涡轮机邻居而言更为讨厌，并且更有可能成为噪声投诉的对象。不幸的是，很难预测何时风力涡轮机将会产生音调噪声，以及何时风力涡轮机邻居会听到音调噪声，因为这可能取决于多种因素。在尝试减少从风力涡轮机发出的噪声方面已经进行了广泛的工作。这包括应对空气动力学噪声和机械噪声。作为这项工作的结果，风力涡轮机通常发出较少的噪声。然而，由于其不可预测性，难以有效地减少音调噪声。即使在相对安静的风力涡轮机上，音调噪声排放的问题也仍然明显，并且由于宽带噪声的减少而常常被夸大。翻新塔架以减少音调噪声排放也可能是具有挑战性、昂贵的、有时甚至是不可能的。因此，已经意识到，期望使用风力涡轮机设计修改技术来有效地减少或管理音调噪声。
技术实现思路
本专利技术在现在应对其进行参考的独立权利要求中定义。有利特征在从属权利要求中提出。提供了一种用于确定风力涡轮机部件设计的方法。例如通过有限元分析/建模来将风力涡轮机的辐射部件建模为多个元件，其中每个元件代表风力涡轮机的辐射部件的物理部分，并且每个元件的至少一部分在声学上耦合至一个或多个其他元件。在已建模的辐射部件的界面处应用位于风力涡轮机内的振动源的仿真。传递函数用于确定振动从与振动源的界面到各元件的传输。基于振动从界面通过元件的传输来确定从该多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声。修改风力涡轮机的辐射部件或辐射部件与振动源之间的部件的设计以减少从辐射部件辐射的音调噪声。可选地，确定从多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声包括确定传递到位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的元件的振动。这尤其可以指塔架/空气界面或叶片/空气界面。可选地，该方法还包括对各元件应用筛选，其中，筛选识别基本上不直接或间接与位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的各元件在声学上耦合的元件组，该方法还包括从确定辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声的步骤中除去所述元件组。可选地，该方法还包括以下步骤：确定在振动从源界面传递到该多个元件期间，由具有与音调噪声相对应的频率的振动采用的通过各元件的振动传递路径。然后，该方法可以还包括以下步骤：使用振动传递路径以识别振动传递路径中的位置，在该位置处可以修改风力涡轮机辐射部件的一个或多个属性以减少从源界面到位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的该多个元件的振动传递，该位置基于各元件在振动传递路径中的位置来确定。该方法然后可以还包括以下步骤：输出位置的指示，在该位置处可以修改辐射部件。可选地，该方法还包括通过执行以下至少一项来修改辐射部件或振动的传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于确定风力涡轮机部件设计的方法，所述方法包括以下步骤：/n将风力涡轮机的辐射部件建模为多个元件，其中每个元件代表风力涡轮机的辐射部件的物理部分，并且每个元件的至少一部分声学耦合至一个或多个其他元件；/n在已建模的辐射部件的界面处应用位于风力涡轮机内的振动源的仿真；/n使用传递函数来确定振动从与振动源的界面到各元件的传输；/n基于振动从界面通过元件的传输来确定从所述多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声；和/n修改风力涡轮机的辐射部件的设计或辐射部件与振动源之间的部件的设计，以减少从辐射部件辐射的音调噪声。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171229 DK PA2017710331.一种用于确定风力涡轮机部件设计的方法，所述方法包括以下步骤：
将风力涡轮机的辐射部件建模为多个元件，其中每个元件代表风力涡轮机的辐射部件的物理部分，并且每个元件的至少一部分声学耦合至一个或多个其他元件；
在已建模的辐射部件的界面处应用位于风力涡轮机内的振动源的仿真；
使用传递函数来确定振动从与振动源的界面到各元件的传输；
基于振动从界面通过元件的传输来确定从所述多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声；和
修改风力涡轮机的辐射部件的设计或辐射部件与振动源之间的部件的设计，以减少从辐射部件辐射的音调噪声。


2.根据权利要求1所述的方法，其中确定从所述多个元件辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声包括确定传输到位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的元件的振动。


3.根据权利要求1或2所述的方法，还包括以下步骤：
对各元件应用筛选；
其中，筛选识别基本上不直接或间接与位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的各元件在声学上耦合的元件组；和
从确定辐射到风力涡轮机外部环境的音调噪声的步骤中除去所述元件组。


4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括以下步骤：
确定在振动从源界面到所述多个元件的传递期间由振动采取的通过各元件的振动传递路径，所述振动的频率对应于音调噪声。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括以下步骤：
使用所述振动传递路径来识别振动传递路径中的位置，在所述位置处可以修改风力涡轮机辐射部件的一个或多个属性以减少从源界面到位于辐射部件与风力涡轮机外部环境之间的界面处的所述多个元件的振动传递，所述位置基于各元件在振动传递路径中的位置来确定。


6.如权利要求5所述的方法，还包括以下步骤：
输出可以修改辐射部件的位置的指示。


7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括通过执行以下至少一项来修改辐射部件的设计：
改变辐射部件的一部分的厚度；
向辐射部件添加机械加强件；
向辐射部件添加振动...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·古普塔，A·瑟克努森，
申请(专利权)人：维斯塔斯风力系统集团公司，
类型：发明
国别省市：丹麦;DK