[发明专利]具有后缘锯齿的风轮机叶片

说明书

技术领域

[0001]本文介绍的主题总体涉及具有特定叶片结构的流体反应面，更具体地涉及具有后缘锯齿的风轮机叶片。

背景技术

[0002]风轮机是用于将风的动能转换为机械能的机器。如果该机械能被机械直接利用，例如用来抽水或碾磨小麦，那么该风轮机可称作风力磨坊。类似地，如果该机械能被进一步转化为电能，那么该风轮机可称作风力发电机或风力发电站。

[0003]风轮机使用“叶片”形式的一个或多个翼面来产生升力并捕获随后传给转子的运动空气的动量。每个叶片通常在其“根”端紧固，然后径向地“向舷外”“跨越”到自由“尖”端。叶片的前沿或“前缘”连接叶片首先接触空气的最前点。叶片的后沿或“后缘”是已被前缘分离的气流在经过叶片的吸力面和压力面之后重新聚合的位置。“弦线”沿代表性的气流越过叶片的方向连接叶片的前缘和后缘。该弦线的长度简单地称作“弦”。

[0004]风轮机通常根据叶片旋转所绕的垂直轴或水平轴来分类。一种称作水平轴风力发电机的风轮机示意地图示于图1。这个用于风轮机2的具体构造包括用转子8支撑传动系6的塔4，转子8由称作“吊舱”的保护罩覆盖。叶片10在吊舱外设置在转子8的一端以驱动齿轮箱12，齿轮箱12连接到吊舱内的传动系6的另一端的发电机14。

[0005]虽然风能是最快增长的可再生能源之一，但是风轮机噪声仍然是具体实施的障碍。对于大型的现代化风轮机来说，气动噪声被认为是该噪声问题的主要来源，特别是由边界层中的湍流与叶片的后缘的相互作用引起的所谓“后缘噪声”。

[0006]在1996年前后，在非核能研究“Joule III”规划中，欧盟开始Serrated Trailing Edge Noise(“STENO”，锯齿状后缘噪声)项目，该项目旨在验证后缘噪声的预测算法，其中，在德国Schnittlingen对Universal Wind turbine for Experiments(“UNIWEX”，实验用通用风轮机)在自由场测量中设计和测试了各种锯齿。测试了总长度、展弦比和横剖面中的几何形状(直线形、弯形、曲线形)各不相同的锯齿。根据“可出版的最终报告”，弯形的展弦比为2:1的锯齿与曲线形的展弦比为2:1的锯齿具有几乎相同的气动声学噪声特性，并且在中频范围内发出的气动声学噪声的较大的最大减小量使得较长的弯形3:1的锯齿更优于2:1的锯齿。

[0007]如图2所示，Stiesdal等人的美国专利No.7,059,833公开了一种传统的风轮机叶片，该风轮机叶片具有三角形形状的六边形截面的锯齿16，并且具有一般小于30度的相当锐利的顶角。后缘的锯齿状部分被限制在靠近尖端的叶片外部，具有一般10-20％跨度的长度。

[0008]Stiesdal等人的美国专利No.7,059,833的图3和4示出锯齿板18，公开了该锯齿板18具有适合用于20-50m长的风轮机叶片的优选锯齿尺寸。锯齿板18可由1000×110mm的聚碳酸酯板材制成。锯齿形的齿可以是具有50mm高度的等边三角形。截面可以是具有2mm厚度的矩形，该板可沿长轴弯曲，如图4所示，弯曲部20具有15度的角度。

[0009]图5也拷贝自Stiesdal等人的美国专利No.7,059,833，示出了将锯齿板18安装在风轮机叶片上的示意截面图。该板的线性变型部可安装在叶片的压力侧上，从后缘的后面突出。如图5所示的板18的弯曲变型部也可安装在叶片的压力侧上，从后缘的后面突出，或者另一变型部可安装在吸力侧上。板18由不管气流在叶片的后缘处的速度和角度而足以确保锯齿状部分的角度大致不变材料和厚度制成。板18可以由响应于气流在叶片的后缘处的速度和角度而足以确保锯齿状部分的角度改变的材料和厚度制成。

[0010]欧洲专利申请No.1,338,793也公开了一种具有锯齿状后缘的风轮机叶片，其中，齿高由叶片的弦面上的边界层的厚度限定。在一个实施例中，齿高沿叶片的长度变化，使得齿高与上下弦面上的边界层的厚度之比沿叶片的长度是恒定的。该专利也公开了根据公式delta＝cL(1/Re)/5，边界层的厚度与叶片的弦长成比例增大，其中，delta是边界层的厚度，c是数值约为0.37的系数，L是弦长，Re是雷诺数。