俯仰控制式風輪機葉片風輪機及其使用的制作方法

俯仰控制式風輪機葉片，風輪機及其使用的制作方法

俯仰掌握式風輪機葉片,風輪機及其使用的制作方法專利名稱:俯仰掌握式風輪機葉片,風輪機及其使用的制作方法技術領域:本創(chuàng)造涉及如權利要求1的前序所述的俯仰掌握式風輪機葉片,如權利要求16的前序所述的風輪機及其使用。

技術背景現有技術中已知的風輪機包括風輪機塔架和設置在塔架頂部的風輪機引擎艙。

該引擎艙上通過低速軸連接有三個帶有三個風輪機葉片的風輪機轉子,所述低速軸在前面伸出引擎艙,如圖1所示。

在失速掌握式風輪機中,轉子葉片通常以固定的角度連接。

然而,轉子葉片輪廓的幾何外形是按空氣動力學設計的,以保證在高風速狀態(tài)下在轉子葉片的背側產生湍流,從而使它失速。

失速掌握的主要優(yōu)點是避開了轉子中的移動部件和簡單的掌握系統(tǒng)。

失速掌握式風輪機葉片的缺點是,當邊界層與葉片表面分開時,失速是產生很大噪音的機制。

所產生的噪音通常是高水平且高頻率的,例如在千赫區(qū)為了防止在達到標稱功率之前產生的風速下的早期失速,已知為失速掌握式葉片設置靠近葉片根部的渦流發(fā)生器,在所述根部處葉片速度最低。

應用渦流發(fā)生器可形成可控的湍流,并因此可延遲邊界層分別。

另外從0015961中已知,在葉片上沿其整個長度上設置渦流發(fā)生器,以防止在高風速下失速掌握式葉片過早失速。

然而,失速掌握式風輪機的葉片必需適當設計并結實,以防止由失速引起的振動并且承受高風速的力。

失速掌握式風輪機葉片的尺寸以及尤其是重量顯著大于任何其它類型的風輪機葉片。

因此在設計大型現代風輪機時,失速掌握不是典型的選擇。

另外,在失速掌握式風輪機中使用渦流發(fā)生器導致正常運行時的阻力和另外由渦流發(fā)生器自身產生噪音都有很大增加。

本創(chuàng)造的目的是供應一種用于大型現代風輪機和風輪機葉片的有利的空氣動力學葉片技術。

尤其是,本創(chuàng)造的目的是供應一種與噪音排放有關的用于俯仰掌握式風輪機和風輪機葉片的有利技術。

創(chuàng)造內容本創(chuàng)造供應俯仰掌握式風輪機葉片,其特征在于,所述葉片包括渦流發(fā)生氣構,其中所述機構安放在所述風輪機葉片的背風表面?zhèn)壬喜⑶椅挥谒鲲L輪機葉片的朝向尖端的外段。

供應帶有湍流發(fā)生氣構的俯仰掌握式風輪機葉片是有利的,由于這可連續(xù)地優(yōu)化與功率輸出和噪音排放有關的葉片迎角。

此外,人耳是對窄頻帶中的噪音敏感。

供應帶湍流發(fā)生氣構的葉片使噪音排放的頻帶變寬,就可減小對人耳的刺激。

另外,湍流發(fā)生氣構可將一部分所產生的噪音頻率從低頻變速到高頻。

這是有利的,由于空氣對高頻噪音的汲取比低頻噪音有效得多,因此削減了來自葉片以及由此來自葉片安裝于其上的風輪機的人耳可感知的總噪音排放量。

術語背風表面?zhèn)纫部衫斫鉃槲L側,即在正常運行期間逆風的風輪機上的葉片的面對塔架的側面。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構是氣流噪音減小機構。

當葉片穿過空氣旋轉時,風輪機產生噪音。

因此,供應帶氣流噪音減小才幾構的葉片是有利的,即使這樣可能增加阻力并因而較少地降低風輪才幾的效率。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構安放在所述葉片長度60%-100%范圍內的外段中,例如所述風輪才幾葉片的最外面三分之一中。

當葉片的旋轉速度增加時,來自風輪機葉片的噪音排放增加;葉片的相對于四周空氣的速度朝向尖端變大。

因此本范圍供應了湍流發(fā)生氣構相對于噪音排放的有利安放。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述外段細分成兩個或更多子段,所述湍流發(fā)生氣構在每個所述子段內基本都是均勻的。

將湍流發(fā)生氣構制成勻稱的是有利的生產方式,由于這樣可大量生產,并因此顯著降低單個湍流發(fā)生氣構的生產成本。

但為了有效地降低來自葉片的噪音排放,可有利地在其上分布湍流發(fā)生氣構的整個葉片段中轉變所述湍流發(fā)生氣構的設計和尺寸。

通過將外段細分成其中湍流發(fā)生氣構基本勻稱的兩個或多個子段,可實現制造成本與降低噪音排放之間的有利關系。

在本創(chuàng)造一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構的高度相等,或者最靠近所述風輪機葉片尾緣的機構的高度比最靠近所述風輪機葉片前緣的高。

將湍流發(fā)生氣構制成具有恒定高度或者當從葉片尖端或根部看去時后部較高是有利的,因此它供應具有良好湍流發(fā)生質量的機構。

在本創(chuàng)造的一個方面中,%-5%,%-3%間,%-%。

本高度范圍使得湍流發(fā)生氣構具有噪音排放和阻力間的有利關系。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構間的距離基本恒定。

使湍流發(fā)生氣構間的距離保持基本恒定是有利的,由于這可簡單地將湍流發(fā)生氣構安裝在預制的風輪機葉片上。

此外,也可改善湍流發(fā)生氣構噪音降低效率。

在本創(chuàng)造的一個方面中,從風輪機片的前緣起,所述湍流發(fā)生氣構放置在弦長度的5%至85%之間,優(yōu)選在10%至75%之間,最優(yōu)選在15%至60%之間的范圍內。

本范圍為湍流發(fā)生氣構供應了相對于噪音排放的有利安放。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構通過連接裝置例如螺釘、螺栓、鉚釘、焊接或優(yōu)選的膠粘劑單獨或成對地連接到風輪機葉片上。

單獨或成對地連接湍流發(fā)生氣構是有利的,由于它能使得能單獨安;^丈該才幾構以用于最佳地降低噪音。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構作為繩串、線圏或帶的一部分通過連接裝置例如螺釘、螺栓、鉚釘、焊接或優(yōu)選的膠粘劑連接到風輪機葉片上。

將湍流發(fā)生氣構作為繩串、線圏或帶的一部分連接到葉片的表面上是有利的,由于它供應一種簡潔而成本有效的機構連接方法。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構是以60至120的角例如正交于所述風輪機葉片背風表面?zhèn)鹊谋砻嫜娱L的板。

將湍流發(fā)生氣構設計成以本角度范圍從葉片吸風表面?zhèn)妊娱L的板為湍流發(fā)生氣構供應了在降低噪音排放方面的有利設計。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構包括側面,所述側面交替地以與氣流方向成一角度的安放,所述角度為50至2以及-50。

至-2,優(yōu)選為30至5。

以及-30和-5。

,并且最優(yōu)選為20。

至10。

以及-20至畫0。

值供應了湍流發(fā)生氣構在湍流發(fā)生和噪音排放方面的有利設計。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構與風輪機葉片整體形成。

使湍流發(fā)生氣構例如在制造葉片期間與風輪機葉片整體形成是有利的,由于它供應帶有湍流發(fā)生氣構的葉片的簡潔而成本有效的方式。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述湍流發(fā)生氣構是渦流發(fā)生器。

利用渦流發(fā)生器作為防止和盡量減小失速的機構在制造風輪機葉片、飛機機翼等的領域中是眾所周知的。

很多關于生產方法、連接方法及其它等問題已經涉及,因此在制造湍流發(fā)生氣構時利用這些閱歷是有利的。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述風輪機葉片包括至少一個俯仰掌握單元。

本創(chuàng)造還供應一種風輪機,所述風輪機包括至少兩個俯仰掌握式風輪機葉片和用于使所述葉片俯仰的俯仰掌握機構,其特征在于,所述葉片包括湍流發(fā)生氣構,其中所述機構安放在所述風輪機葉片的背風表面?zhèn)壬?并位于所述風輪才幾的朝向尖端的外端。

因而得到根據本創(chuàng)造所述的有利的設備。

在本創(chuàng)造的一個方面中,所述風輪機是可變速俯仰掌握式風輪機。

可變旋轉速度產生可變水平的可變噪音,所述可變噪音尤其是對人耳產生刺激。

因此,利用可變速俯仰掌握式風輪機中葉片上的湍流發(fā)生氣構來降低聲音排放是有利的。

本創(chuàng)造還涉及對根據權利要求1-15之一所述的俯仰掌握式風輪機葉片的使用,該使用與依據16-18之一所述的俯仰掌握式風輪機有關,并用于調整葉片俯仰和噪音水平。

在本創(chuàng)造的另一方面中,該使用涉及依據通過聲音測量機構例如擴音器測量的噪音水平的結果來掌握所述噪音水平。

下面將參照本創(chuàng)造,其中圖1示出從前面正面看去的大型現代風輪機,圖2示出從前面看去的風輪機葉片,圖3示出從葉片根部看去的風輪機葉片的剖視圖,圖4示出從前面看去的湍流發(fā)生氣構的實施例,圖5示出與圖4所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從側面看去,圖6示出與圖4所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從頂部看去,圖7示出從前面看去的實心淌流發(fā)生氣構的實施例,圖8示出與圖7所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從側面看去,圖9示出與圖7所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從頂部看去,圖示出從前面看去的實心湍流發(fā)生氣構的另一實施例,圖示出與圖所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從側面看去,圖12示出與圖所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例,其從頂部看去,圖13示出從背風側看去的風輪機葉片段,其包括多個湍流發(fā)生氣構,圖14示出從葉片前緣看去的風輪機葉片段,其包括多個湍流發(fā)生氣構,以及圖15示出一系列試驗結果的曲線圖。

詳細實施例方式圖1示消失代風輪機1,該風輪機包括塔架塔筒2和設置在該塔架2頂部的風輪機引擎艙吊搶3。

引擎搶3上通過低速軸連接有風輪機轉子4,該轉子包括三個風輪機葉片5,該低速軸從引擎艙3的前面伸出。

圖2示出從前側壓力側14看去的風輪機葉片5。

風輪機葉片5包括前緣6、尾緣7、尖端8和根部9。

現有技術已知的風輪機葉片5通常用玻璃纖維、碳纖維增加的樹脂復合材料、碳纖維增加的木材或它們的組合制成。

葉片5的長度用表示。

在根部9處,葉片5具有一俯仰掌握單元16,所述俯仰掌握單元16可包括軸承、齒輪、用于使葉片5俯仰的機構和或用于連接該使葉片5俯仰的4幾構的^幾構。

表示本創(chuàng)造的這個實施中的葉片5的外段,該外段還細分成子段1即1、子段2即2和子段3即3。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,外段可細分成其它數量的子段,例如兩個或四個具有相同或不同長度的子段。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,外段構成葉片長度的大約40%,即當從根部9測量時,外段從葉片長度的大約60%處延長到葉片長度的100%處。

圖3示出從葉片5的根部9所看到的風輪機葉片5的剖面。

葉片5包括吸風側背風側13、壓力側14、前緣6和尾緣7。

葉片5的弦長度示出為,該弦長度是前緣6和尾緣7之間的距離。

葉片5的高度用標示。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,在葉片5的背風側13,在距前緣6約20%弦特長安放有湍流發(fā)生氣構10。

圖4示出從前面看去的湍流發(fā)生氣構的實施例。

在該實施例中,湍流發(fā)生氣構10由整塊板制成,其中該板的兩端向上彎,從而形成從基底11的每端垂直延長的翼或板15。

然后將基底11例如通過膠粘劑、螺釘、螺栓、鉚釘或其它合適的固定裝置連接到風輪機葉片5的表面上。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,翼15可以是通過用膠粘劑、焊接、螺釘、螺栓或其它方法固定到基底11上的單獨的板,或者翼15可以例如通過用膠粘劑、螺釘、螺栓或其它方法直接連接到風輪機葉片5上,或者甚至在制造葉片5期間與葉片5—體形成。

翼15也可以與由例如鋁、不銹鋼、塑料或任何其它適于該用途的材料制成的繩串、線圏或帶整體形成。

這種包含大量湍流發(fā)生氣構10的繩串、線圏或帶則例如通過膠粘劑、螺釘、螺栓或其它方法連接到風輪機葉片5。

湍流發(fā)生氣構可以用與制造葉片5相同的材料制成,或者該機構可以用木材、金屬如鋁或不銹鋼、塑料或任何其它適于制造湍流發(fā)生氣構10的材料制成。

圖5示出從側面看去的與圖4所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,湍流發(fā)生氣構10的翼15是三角形,從而使翼15在后部最高。

翼15的最高高度示出為測量值。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,翼15可以成形為圓形或錐形的一部分、魚鰭形、矩形或任何其它適合于發(fā)生^流的外形。

圖6示出從頂部看去的與圖4所示相同的湍流發(fā)生氣構的實施例。

湍流發(fā)生氣構10前面的箭頭示出當湍流發(fā)生氣構10安裝在風輪機葉片5上時,正常運行期間的氣流方向。

如角所示,湍流發(fā)生氣構10的兩個側邊12^1置成與氣流方向成大約16。

和-16的角。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,兩個側邊12可以設置成與氣流方向成另一角度,或者兩側邊12可以與氣流方向平行。

圖7示出從正面看去的實心湍流發(fā)生氣構10的實施例。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,湍流發(fā)生氣構10制成包括基底11的實心元件,它可以比如通過膠粘劑、螺釘、螺栓、鉚釘或其它合適的固定方法連接到風輪機葉片5的表面,或者湍流發(fā)生氣構可以在制造葉片5期間與葉片5整體形成。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,所示出的湍流發(fā)生氣構也可以是空心的。

如角度所示,實心湍流發(fā)生氣構10的兩側邊12與氣流方向形成一大約15。

和-15的角度。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,兩側邊12可以與氣流方向成另一角度設置,或者兩側邊12可以與氣流方向平行。

圖8示出從側面看去的與圖7所示湍流發(fā)生氣構相同的實施例。

圖9示出從頂部看去的與圖7所示湍流發(fā)生氣構相同的實施例。

圖示出從前面看去的實心湍流發(fā)生氣構10的另一實施例。

圖示出從側面看去的與圖所示湍流發(fā)生氣構相同的實施例。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,機構10的前面和后面可以相等,以將機構10形成從側面看去基本是矩形或正方形。

假如機構10是實心的、板或其它,則這可能是無關緊要的狀況。

圖12示出從頂部看去的與圖所示湍流發(fā)生氣構相同的實施例。

圖13示出從背風側看去的風輪機葉片5的外段中的一段,該段包括多個湍流發(fā)生氣構10。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,湍流發(fā)生才幾構10沿直線安置在葉片上,但在創(chuàng)造的另一實施例中,它們可以安置在從葉片5的前緣6或尾緣7開頭的固定的或變動的范圍內。

湍流發(fā)生氣構10以勻稱的間距設置,但在本創(chuàng)造的另一實施例中,湍流發(fā)生氣構10可安置成相鄰的機構10之間具有變動的距離。

在本創(chuàng)造的另一實施例中,湍流發(fā)生氣構也可安置成一排以上,例如兩排或三排。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,全部湍流發(fā)生氣構10都具有從前面看去的相同的尺寸和設計,但在另一實施例中,尺寸和設計都可在湍流發(fā)生氣構放置在其中的葉片段的整個長度上轉變。

圖14示出從前緣6看去的風輪機5的外段中的一段,該段包括多個湍流發(fā)生氣構10。

在本創(chuàng)造的這個實施例中,所述其中安放湍流發(fā)生氣構10的外段細分成兩個子段,其中湍流發(fā)生氣構在不同的子段中具有不同的高度。

圖15示出一曲線圖,該曲線圖顯示出在維斯荅斯卯-2風輪機上進行的一系列試驗的結果。

縱坐標軸表示所測得的以分貝為單位的加權的聲能級,而橫坐標軸表示所測得的以度為單位的迎角。

在風輪機的正常運行期間,葉片5相對于轉子平面旋轉。

迎面風來風大致垂直于該轉子平面,迎面風的有效角和速度即與穩(wěn)定的葉片相對應取決于葉片的旋轉速度。

該有效角稱為迎角。

抱負狀況下,迎角約為3。

至8,但當風速變得太大時,葉片則俯仰出風流,以愛護風輪機。

因此,本曲線圖示出在不同的葉片5迎角,即不同風速下,從風輪機所產生的總噪音輸出之間的關系。

在該曲線圖中,灰色點示出未在葉片5上安裝任何湍流發(fā)生氣構10之前在不同天氣條件下進行的一系列測量的結果。