一种具有渐缩式降噪装置的叶片的制作方法

1.本实用新型属于风电叶片领域，尤其涉及一种具有渐缩式降噪装置的叶片。


背景技术：

2.风能作为清洁无公害的可再生能源，日益受到各国的重视。随着我国风电装机容量和国产化程度的不断扩大，风电机组的噪声问题逐渐显现出来，干扰人们的工作和生活。
3.叶片旋转过程中气流从叶片尾缘脱落产生的涡产生，一般大涡产生低频噪音，小涡产生高频噪音；高频噪音随距离和障碍物衰减较快，低频噪音较难衰减，所以常用的降噪原理为混合尾涡，击破其中的大涡，从而达到从根源降噪的目的。
4.叶片尾缘锯齿结构可以改变各个截面尾迹涡的脱落位置，增大涡心之间的距离，抑制脱落涡对尾迹流动的扰动，进而减小了叶片表面的非定常压力脉动和尾迹涡引起的气动噪声。例如，
5.中国专利cn106050553a公开了一种大厚度钝尾缘翼型的降噪装置，通过在钝尾缘体的尾缘平面上固定一个锯齿形尾缘体，改善大厚度钝尾缘翼型的空气动力学特征，阻挡、分割湍流强度较大时翼型的涡流。
6.由于风力发电机叶片为旋转运动，其表面流体由于离心作用存在指向叶尖的轴线流动趋势，故尾涡脱落过程中也存在轴线流动，在叶片气动性能变差，如失速情况下，其边界层分离严重，轴线流动更加明显，此类状况下尾涡的轴线脱落更加明显，常规的在弦长方向设置沿吸附面和压力面伸长的锯齿结构，其对尾涡的作用将急剧下降，对轴向流动分离涡混合能力也较弱。
7.因此，如何通过合理的设计，有效的提升轴向流动分离涡混合能力以及远离边界层的流动涡混合能力，降低气动噪声，仍是一大难题挑战。


技术实现要素：

8.针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型的目的在于提供一种具有渐缩式降噪装置的叶片，可以对叶片两侧面形成的两成股气流进行充分的混合，从而破碎大涡形成小涡，以达到降噪的目的。
9.为达到以上目的，本实用新型提供一种具有渐缩式降噪装置的叶片，包括：
10.叶片前缘；
11.叶片尾缘；
12.降噪装置，所述降噪装置从叶片的叶尖沿z轴方向布置，所述降噪装置包括：
13.‑
固定件，其固定于叶片的叶片尾缘上；
14.‑
两个降噪板，其间隔布置于叶片两侧并与所述固定件固定，两个所述降噪板的间距h沿x轴方向逐渐减小；
15.‑
每一所述降噪板内侧沿z轴方向设有至少一组锯齿组件，每组所述锯齿组件沿x轴方向排列。
16.其中，所述降噪板在x轴方向上部分位于所述叶片尾缘外。
17.其中，所述固定件采用胶粘或卡扣与所述叶片尾缘拼装连接。
18.其中，所述锯齿组件的每一锯齿上布置微锯齿。
19.其中，所述降噪板外侧设有边齿和/或孔和/或凹坑。
20.其中，同一组内相邻所述锯齿的间距沿x轴方向等比增加，所述等比增加的倍数范围为0～2。
21.其中，所述降噪板内侧设有至少两组所述锯齿组件时，相邻组的所述锯齿组件对称布置。
22.其中，所述锯齿组件的每一锯齿与所述降噪板的壁面形成夹角α，所述α的数值范围为25
°
～65
°
。
23.其中，所述固定件为杆件或薄片。
24.其中，所述叶片尾缘沿所述叶片的弦长向外延伸形成位于两个所述降噪板间的隔板，所述隔板两侧面布置锯齿结构。
25.与现有技术相比，本实用新型通过降噪板的渐缩式结构，以及降噪板上内侧布置的锯齿，可以使得叶片两侧面形成的两成股气流进行充分的混合，从而破碎尾翼产生的大涡，使其形成小涡，进而达到降噪的目的。
附图说明
26.通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，并且相同或对应的标号表示相同或对应的部分，其中：
27.图1是示出根据本实用新型实施例的叶片结构示意图；
28.图2是示出根据本实用新型某一实施例的叶片的剖面示意图；
29.图3是示出根据本实用新型某一实施例的叶片的局部示意图；
30.图4a和图4b是示出根据本实用新型某一实施例的叶片的局部剖面示意图；
31.图5是示出根据本实用新型实施例的渐缩式降噪装置的结构示意图；
32.图6a和图6b是示出根据本实用新型某一实施例的渐缩式降噪装置的截面示意图。
33.附图标记说明：
34.10
‑
叶片，11
‑
叶片前缘，12
‑
叶片尾缘，15
‑
叶尖，16
‑
叶根，13
‑
压力面，14
‑
吸力面，20
‑
降噪装置，21
‑
固定件，22
‑
降噪板，23
‑
锯齿组件，231
‑
锯齿，232
‑
微锯齿，30
‑
隔板，
35.x轴方向为叶片摆振的弦长方向，
36.y轴方向为压力面向吸力面延伸的竖直方向，
37.z轴方向为从叶根向叶尖延伸的纵向方向。
具体实施方式
38.为了使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.在本实用新型实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本实用新型。在本实用新型实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
40.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
41.下面结合附图详细说明本实用新型的可选实施例。
42.实施例一
43.参见图1至图3所示，本实用新型实施例提供一种具有渐缩式降噪装置的叶片10，包括：
44.叶片前缘11；
45.叶片尾缘12；
46.降噪装置20，所述降噪装置20从叶片10的叶尖15沿z轴方向布置，所述降噪装置20包括：
47.‑
固定件21，其固定于叶片10的叶片尾缘41上，固定件21与叶片尾缘41的拼装方式不进行限制，可以采用胶粘，也可以采用卡扣等方式进行拼装连接；
48.‑
两个降噪板22，其间隔布置于叶片10两侧并与所述固定件21固定，两个所述降噪板22的间距h沿x轴方向逐渐减小，所述降噪板22在x轴方向上部分位于叶片尾缘41外；
49.‑
每一所述降噪板22内侧沿z轴方向设有至少一组锯齿组件23，每组所述锯齿组件23沿x轴方向排列。
50.本实施例中，间距h沿x轴方向逐渐减小的曲线呈弧线状(如图4a和图4b，或图6a和图6b所示)，两个降噪板的间距h满足以下关系：
51.h＝
‑
ax6+bx5‑
cx4+d，
52.其中，x为所处间距截面至降噪板最前端开放口的长度，a、b、c及d均为常数，a、b、c的数值范围均为0～0.1。
53.x＝0时，两个降噪板的间距h＝d，即降噪板最前端开放口的间距为d，d的数值不做具体的限定，视降噪需求的不同，做一定的调整；a、b、c的数值范围视降噪需求限定为0～0.1，以此来调节间距逐渐减小的幅度，保证降噪的效果。如，a可以为2e
‑
15(即2
×
10
‑
15
)，b可以为9e
‑
12(即9
×
10
‑
12
)，c可以为2e
‑
8(即2
×
10
‑8)。
54.在另一个应用场景中，每组锯齿组件3沿两个所述降噪板2间距减小的方向依次分为第一锯齿段、第二锯齿段和第三锯齿段，间距h的长度呈线性减小，第一锯齿段、第二锯齿段和第三锯齿段相互间的锯齿31与降噪板2的壁面形成夹角不同。
55.本实用新型实施例的叶片10在旋转运动时，气流在叶片10表面流动状态在正常情况下与气流流经静止叶片10一致；气流从压力面13、吸力面14两个表面流至叶片尾缘12，从叶片尾缘12流出时由于与壁面(压力面13和吸力面14)分离形成具有各类噪音的大小涡；通过本实施例降噪装置20的开放口(两个降噪板22间距最大的位置)将叶片10的尾流引流至
内腔(两个降噪板22的中间区域)内，附着于腔壁(降噪板22的内壁)的锯齿3对尾流进行混合分割破碎其中的大涡，达到消减大涡(低频噪音源)目的；最后流出降噪装置20，完成整个降噪过程。
56.实施例二
57.在实施例一的基础上，本实施还可以包括以下内容：
58.本实施为了保证降噪装置20能够固定于叶片10上，以达到对叶片尾涡进行分割破碎大涡的目的，可以根据不同场景选择对应结构。如图3至图4b所示，在具体应用场景中，所述固定件21为杆件或薄片，如图4a所示，当实施例采用杆件时，杆件两端分别固定两个降噪板22，然后将杆件固定于叶片10的叶片尾缘12部分，具体地，杆件固定于压力面13和吸力面14连接的侧面；进一步地，该杆件的数量可以根据实际环境中的风力范围进行选择。另外，如图4b所示，当实施例采用薄片时，可以在薄片上设置与叶片10的叶片尾缘12匹配的凹槽，通过将其卡持并固定在叶片尾缘12上；进一步地，本实用新型实施例为达到提前混流目的，可以在薄片上设置锯齿(如图4b中阴影部分)。
59.实施例三
60.本实施例为了对叶片10的尾流提高混合效果，可以在叶片尾缘12沿叶片10的弦长方向延伸形成位于两个降噪板22间的隔板30；另外，为了进一步提高对尾涡的分割破碎效果，可以在隔板30两侧面布置锯齿结构。其中，隔板30的尺寸根据其布置于叶片10上的不同位置进行对应设置，如图1、图4a和图4b所示，在一个应用场景中，隔板30在x轴方向上的尺寸为布置位置的叶片10弦长的2
‑
5％，y轴方向的尺寸为其x轴方向上尺寸的0.3
‑
0.5。
61.本实施例在实际应用场景中，降噪装置10从叶片10的叶尖15沿叶片尾缘12向叶根16布置4/5的长度，主要是考虑叶片10的叶根16为失速设计，即靠近叶根16处截面的流体大部分已从靠近叶片前缘11处分离，流经叶片尾缘12的气流较少，在叶根16处安装并进行分割破碎尾涡的效果不大；并且叶根16的截面呈圆形，无法进行有效的安装。
62.本实施例的降噪装置10还可以独立安装于叶尖15，起到阻止压力面13流体由于压力反包至吸力面14从而形成损失及噪音；并且在降噪装置10安装于叶尖15时其可以采用降噪板22的左右封闭结构，即降噪装置10类似管道的结构(如图5所示)。
63.实施例四
64.在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
65.本实施例的降噪板22通过其上的锯齿组件23完成对尾流的分割破碎时，可以根据尾流经过降噪板22的位置，对锯齿组件23的每一锯齿231与降噪板的壁面设置成不同的角度以使得锯齿组件23可以更好的完成对尾流的分割破碎。如图5所示，锯齿组件23的每一锯齿231与降噪板的壁面形成的夹角α小于90
°
，在本实施例中，视降噪需求的不同采用不同夹角的数值范围，比如可以选择的数值范围为25
°
～60
°
。
66.本实施例在进行尾涡的分割破碎时，可以在降噪板22内侧设有至少两组锯齿组件23时，相邻组的锯齿组件23对称布置，即可以保证进入降噪装置20的尾流可以充分混合，以降低大涡的形成。
67.实施例五
68.在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
69.本实施例为了保证降噪装置20对尾流的混合破碎效果，可以将两个所述降噪板22
上的所述锯齿组件23镜像布置(如图5所示)，或者可以根据吸力面14或压力面13气流流体的特性不同，即吸力面14分离的尾涡中大涡更多，因此，可以将位于吸力面14一侧的降噪板22上的锯齿组件23相对于压力面13一侧的降噪板22上的锯齿组件23布置的更密集。
70.同一组内相邻锯齿3的间距沿x轴方向等比增加，等比增加的倍数范围为0至2，当等比增加的倍数为2时，后一间距相对于前一间距增大了三倍，进入两个降噪板22的气流经过前段更密集的锯齿破碎混合后，流体状态更趋向于平稳，流至中段、后段时所需的混合能量较小只需更稀疏的锯齿231进行混合破碎，从而使得本实施例在能够达到较好的破碎大涡的前提下，减小锯齿231的布置，以降低降噪装置20的质量，进而降低了叶片10进行能量转换时的损耗。
71.实施例六
72.在上述实施例的基础上，本实施还可以包括以下内容：
73.本实施例为了进一步提高对尾流中的大涡的分割破碎效果，可以根据不同场景选择对应结构进行完成。如图6b中所示，在一个应用场景中，降噪装置20还包括与锯齿231位置对应的至少一组微锯齿232，一组微锯齿34对应一组锯齿231，微锯齿232沿锯齿231边缘紧密布置并与该位置的锯齿231具有相同的倾角，由于微锯齿232布置于锯齿231的边缘上，在尾流被锯齿组件23分割破碎后，该微锯齿34可以将锯齿组件23分割破碎后的次大涡进行进一步的分割破碎，从而使得本实施例降噪装置20具有更好的减小大涡效果。
74.本实用新型实施例考虑到降噪板22的外表面和尾部可能产生额外的尾涡，可以在所述降噪板22外侧设有边齿和/或孔和/或凹坑，通过布置在降噪板22外侧(外表面)的边齿和/或孔和/或凹坑，能够将可能产生的尾涡进行分割破碎，从而避免本实施例的降噪装置20在安装于叶片10并实际应用时形成噪音。进一步地，本实施例对于外表面和尾部可能产生的额外尾涡，还可以通过在降噪板22的尾部(两个降噪板22间距最小的位置)布置边齿和/或孔和/或凹坑，该边齿和/或孔和/或凹坑与降噪板22的切面平行，从而对可能产生的尾涡进行分割破碎，并使得经过降噪装置20外部的尾流与其内部(两个降噪板22间的区域)的流体流出方向保持一致，从而实现降低大涡的目的，进而达到降噪的效果，实现了二次降噪。
75.以上介绍了本实用新型的较佳实施方式，旨在使得本实用新型的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的修改、替换、改进，均应包含在本实用新型所附的权利要求概括的保护范围之内。