风力涡轮叶片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种风力涡轮叶片，所述风力涡轮叶片包括附接在其后缘处的降噪装置，并且该降噪装置包括锯齿。
【背景技术】
[0002]当风力涡轮运行并且转子处于旋转运动时，风力涡轮的叶片会产生空气动力学噪声。通常，用于提升翼型的空气动力学噪声源机制可分为如下几类:a)从后缘脱落的湍流边界层气流；b)分离的边界层和失速翼型流；c)由于层流边界层的不稳定导致的漩涡脱落；d)来自钝后缘上的漩涡脱落。
[0003]已经发现，空气动力学噪声的主要源产生在风力涡轮叶片的外部跨度的后缘。一个令人惊讶的发现是来自叶片尖端的噪声是不重要的。还发现，由叶片产生的噪声正比于在叶片处的风速(即，转速)。
[0004]噪声限制了风力涡轮可以安装到居民区的距离远近以及风力涡轮的转子可以以多大的旋转频率进行旋转。
[0005]众所周知，在设计阶段为了降低空气动力学噪声需要优化风力涡轮叶片。作为翻新或在制造之后将降噪装置附接到风力涡轮叶片的后缘上是风力涡轮领域公知的。降噪装置的一个例子是附接在风力涡轮叶片的后缘处的锯齿状的塑料板，其作为翻新包装的一部分。
[0006]在风力涡轮叶片上附接小翼或者制造具有小翼的风力涡轮叶片是降低风力涡轮叶片的噪声的另一种手段。
[0007]EP1314885A1公开了一种用于风力涡轮转子的叶片的柔性锯齿状后缘。为了提高现有风力涡轮转子的效率，提出了将锯齿状板附接在风力涡轮叶片的后缘的至少一部分上。通过使用锯齿状后缘，升力面的升力和阻力特性可得以提高。
[0008]EP0652367A1提出了具有带有锯齿形状的后缘的风力涡轮。为了得到这种形状，可以使用锯齿形的条，其被固定到转子叶片的后缘。
[0009]US2008/0166241 Al公开了一种风力涡轮叶片刷子，其中鬃毛或刷子装在风力涡轮叶片的外表面上。鬃毛的作用是实现降噪作用。鬃毛可以设置为沿着叶片的纵向方向的至少一排或者在后缘的附近。
[0010]DE10340978B1类似地公开了一种具有附接到后缘的刷子的风力涡轮叶片，其中刷子的每根纤维都分叉。刷子的分叉模仿猫头鹰的羽毛。
【发明内容】
[0011]本发明的目的在于提供一种带有高效降噪装置的风力涡轮叶片。
[0012]根据本发明，在上述风力涡轮叶片中这样实现该目的:所述锯齿和后缘包括在75°和90°之间的角度。
[0013]本发明基于以下思想:通过使用具有改进形状和尺寸的锯齿(与具有三角形形状的传统锯齿相比)的锯齿状后缘可显著地降低空气动力学噪声。锯齿和后缘之间所包括的角度尤为重要。在传统的锯齿中，例如申请人所出售的“恐龙尾(DinoTails) ”的锯齿状塑料板，所述锯齿和后缘之间的角度在45°和55°之间。然而，使用与后缘包括在75°和90°之间的角度的改进后的锯齿对于降噪效果是有益的。模拟和试验已经证实，有利的是具有与气流几乎平行地设置的锯齿边缘，以减小空气动力学噪声。
[0014]根据本发明的风力涡轮叶片的优选实施例，所述角度可以在80°和90°之间。特别优选地，所述角度在75°和90°之间。通常优选的是使用角度接近90°的锯齿。
[0015]为了进一步降低空气动力学噪声的排放，可以设想的是，锯齿在其尖端和/或槽口均具有倒圆形状。由于避免了锋利的边缘，因此实现了平滑的气流，这防止产生不想要的空气动力学噪声。
[0016]类似地，可以设想到，锯齿具有朝着相对的横向两侧减小的厚度。因此空气动力学阻力降低，并且实现最优的降噪。
[0017]根据本发明的风力涡轮叶片的进一步改进，锯齿的长度可以为风力涡轮叶片的弦长的15%至25%，优选地，所述长度近似弦长的20%。
[0018]根据本发明，锯齿可以设置在范围在风力涡轮叶片的整个跨度的大约75%到95%的区段内。已经发现，该区段通过使用锯齿状后缘与降低空气动力学噪声特别相关。
[0019]为了简化锯齿状后缘的制造，可以设想锯齿是由3D打印机打印制造。这项制造技术可以使锯齿具有特定的刚度。作为一种替代方法，锯齿可以由铸造塑料制成，或者通过板被切出和加工得到。
[0020]本发明还涉及一种风力涡轮，所述风力涡轮包括塔架、带有转子轴的发电机以及连接风力涡轮叶片的轮毂。
[0021]本发明的风力涡轮包括所述本发明的风力涡轮叶片。
[0022]当结合优选实施例的下述详细描述考虑时，将会更好地理解本发明及其蕴含的原理。
【附图说明】
[0023]在附图中:
[0024]图1是本发明中的风力涡轮叶片的俯视图；
[0025]图2是带有锯齿的后缘的俯视图；以及
[0026]图3是带有锯齿的后缘的细节的透视图。
【具体实施方式】
[0027]图1是风力涡轮叶片I的俯视图，风力涡轮叶片I带有叶片根部2，所述叶片在叶片根部处连接到转子的轮毂，所述轮毂是发电机的一部分。进一步地，风力涡轮叶片I包括后缘3、前缘4以及叶片尖端5。
[0028]在后缘3处附接呈锯齿6形式的降噪装置。所述锯齿6设置在范围在风力涡轮叶片I的整个跨度的大约75%到95%的区段内。
[0029]图2示出了锯齿6的细节，而图3是带有锯齿6的后缘3的透视图。从图2可以看出，锯齿6有类似于鸟的羽毛的平滑形状。通常，锯齿的长度在65mm到300mm范围内，这对应于大约20%的弦长。为了减少空气动力学噪声，锯齿的边缘7几乎平行于气流设置。因此锯齿6和后缘3包括在85°和90°之间的角度。
[0030]具有锯齿6的降噪装置可以通过如下来优化:成形所述锯齿6从而使得锯齿6和后缘3之间的角度α对于降低噪声来说更优。
[0031]锯齿6在其尖端8及其槽口 9处均有倒圆形状。进一步地，锯齿6具有朝着其外端(即，其尖端8)减小的厚度。更进一步地，锯齿6具有朝着其相对的横向两侧10、11减小的厚度。倒圆形状和减小的厚度的结果是，在风力涡轮叶片I的旋转期间空气动力学阻力和噪声排放均减小。
[0032]从图3可以看到，后缘3包括基板12，多个平行的锯齿6从所述基板12延伸。
[0033]本实施例中，锯齿6通过3D打印机被打印制造。如果有必要，使用这种制造技术可以制造具有略微不同尺寸以及不同刚度的锯齿。锯齿6和基板12由塑料材料制成。其它材料也是可能的，例如铸造塑料或金属，特别是铝或钢。
[0034]使用包括具有改进形状的锯齿6的后缘3会减少在风力涡轮叶片I旋转期间的噪声排放。因此，装有所述风力涡轮叶片I的风力涡轮可被安装在更靠近居民区的地方。
[0035]尽管结合优选实施例详细描述了本发明，但本发明不限于所公开的实施例，在不脱离本发明范围的情况下，本领域技术人员可以从所述实施例推导出其他的变形。
【主权项】
1.一种风力涡轮叶片(I)，所述风力涡轮叶片包括附接在其后缘(3)处的降噪装置，所述降噪装置包括锯齿(6)，其特征在于，所述锯齿(6)和所述后缘(3)包括在75°和90°之间的角度。
2.根据权利要求1所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述角度在80°和90°之间，优选地在85°和90。之间。
3.根据权利要求1或2所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿(6)在其尖端(8)和/或槽口(9)处具有倒圆形状。
4.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿(6)具有朝向其外端减小的厚度。
5.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿具有朝着其相对的横向两侧减小的厚度。
6.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿的长度在所述风力涡轮叶片(I)的弦长的15%至25%之间，优选地约为所述弦长的20%。
7.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿(6)设置在范围在所述风力涡轮叶片(I)的整个跨度的大约75%到95%的区段内。
8.根据前述权利要求中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿(6)通过3D打印机被打印制造。
9.根据前述权利要求1至7中任一项所述的风力涡轮叶片，其特征在于，所述锯齿由铸造塑料制造，或者通过板被切出和加工得到。
10.一种风力涡轮，所述风力涡轮包括塔架、带有转子轴的发电机以及连接风力涡轮叶片的轮毂，其特征在于，所述风力涡轮包括根据权利要求1至9中任一项所述的风力涡轮叶片⑴。
【专利摘要】一种风力涡轮叶片(1)，所述风力涡轮叶片包括附接在其后缘(3)处的降噪装置，所述降噪装置包括锯齿(6)，其中，所述锯齿(6)和所述后缘(3)包括在75°和90°之间的角度。
【IPC分类】F03D1-06
【公开号】CN104736842
【申请号】CN201380049838
【发明人】M·J·阿什海姆, A·S·奥尔森
【申请人】西门子公司
【公开日】2015年6月24日
【申请日】2013年3月7日
【公告号】EP2867524A1, US20150233345, WO2014044414A1