用于減少噪音的翼片后緣設(shè)備的制作方法
【專(zhuān)利摘要】脊（28）沿著翼片（20）的后緣（22）安裝或限定，以用于減少噪音。所述脊的側(cè)部（32、34）從所述后緣的相應(yīng)吸入和壓力側(cè)部（46，48）會(huì)聚到所述脊的尖點(diǎn)尾部的頂峰（30）。所述脊的所述側(cè)部可以是內(nèi)凹的。所述脊可以是中空的（42），或具有吸聲材料的芯體（43）。所述脊的側(cè)部可以穿孔（44A、44B）以用于越過(guò)所述脊均衡壓力。所述脊可以覆蓋有剛毛（56）或者由不同長(zhǎng)度的剛毛（56A、56B）的末端（58）限定。所述脊的頂峰和/或所述脊的和/或所述后緣（46、48）的至少一個(gè)角部（64、66）可以是鋸齒狀的。
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于減少噪音的翼片后緣設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及翼片上的噪音減少裝置，并且尤其涉及用于在具有厚后緣的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上減少噪音的裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]具有厚(或純)后緣的翼片(airfoil)可用在風(fēng)力潤(rùn)輪機(jī)葉片上以提聞空氣動(dòng)力學(xué)性能和結(jié)構(gòu)性能。然而，與薄后緣相比，厚后緣遭受越過(guò)所述后緣的更大的空氣動(dòng)力學(xué)壓力梯度。這導(dǎo)致在翼片下游產(chǎn)生馮.卡門(mén)(von-Karman)渦街，引起不期望的聲學(xué)噪聲。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0003]在以下的描述中結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行解釋?zhuān)龈綀D示出了:
圖1是具有厚后緣的現(xiàn)有技術(shù)翼片的后部部分，如所示，其在滑流中產(chǎn)生馮?卡門(mén)渦旋脫落。
[0004]圖2是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有噪音減少脊附件的翼片后緣的局部剖視圖。
[0005]圖3示出了具有中空中心和側(cè)部穿孔的的實(shí)施例。
[0006]圖4示出了如圖3所示的具有吸聲材料芯體、漸進(jìn)式穿孔以及鋸齒狀頂峰的實(shí)施例。
[0007]圖5示出了具有鋸齒狀脊的實(shí)施例，所述鋸齒狀脊限定平行的較小脊。
[0008]圖6示出了具有附連到脊的剛毛或毛刷的實(shí)施例。
[0009]圖7示出了具有不同長(zhǎng)度的、限定脊的剛毛或毛刷的實(shí)施例。
[0010]圖8示出了具有在脊附件的吸入側(cè)部角部中的鋸齒的實(shí)施例。
[0011]圖9示出了具有橫跨翼片后緣的吸入側(cè)部角部和脊附件的吸入側(cè)部角部的鋸齒的實(shí)施例。
[0012]圖10示出了具有在翼片后緣的吸入側(cè)部角部中的鋸齒的實(shí)施例。

【具體實(shí)施方式】
[0013]圖1示出了在流體流26中產(chǎn)生馮.卡門(mén)(von-Karman)潤(rùn)旋脫落或“潤(rùn)街” 24的具有厚后緣22的現(xiàn)有技術(shù)翼片20的尾部部分。這種滑流振動(dòng)在某些情況下增加了阻力和噪音。在本文中，“厚后緣”是指鈍的或直角的而非尖銳的后緣，以致其在沒(méi)有本文中所述設(shè)備的可能操作條件下產(chǎn)生馮.卡門(mén)(von-Karman)渦街。
[0014]圖2示出了具有厚后緣22的翼片20的尾部部分，其上安裝或限定有沿著后緣的脊28的形式的噪音減少裝置27A，脊的頂峰30在尾部延伸。頂峰30可以例如在翼片的中弧線(xiàn)40或弦線(xiàn)的延伸方向上延伸。在一些實(shí)施例中，該脊形成兩個(gè)靜止渦旋42而非所述渦街(24，圖1)，從而消除了渦街的噪音和阻力。
[0015]脊28的每個(gè)側(cè)部32、34可以橫跨在直角形后緣22的相應(yīng)角部46、48與脊28的頂峰30之間。在此，“角部”在該背景中是指如剖視圖中所見(jiàn)的角部。每個(gè)側(cè)部32、34可以相對(duì)于翼片的相應(yīng)吸入側(cè)部和壓力側(cè)部36、38的延伸范圍而形成至少20度的向內(nèi)角度A、B，或特別地大于30度。所述側(cè)部可如圖所示為內(nèi)凹的。與將由平的分隔板產(chǎn)生的靜止渦旋相比，這種脊通過(guò)為每個(gè)靜止渦旋42提供緊湊的、具有平滑設(shè)計(jì)外形的嵌套而減小了靜止渦旋42的尺寸。這導(dǎo)致更平滑且更緊湊的滑流，從而產(chǎn)生更小的阻力和噪音。該噪音減少裝置27A可由與翼片材料兼容的材料制成，例如碳纖維/聚合物組合物或玻璃纖維/聚合物組合物，但不局限于這些材料。可選地，所述裝置27A可以由比翼片更柔軟的材料制成，例如尼龍、聚酯或橡膠，其可以變形以減輕負(fù)載。
[0016]如果所述后緣是鈍的，不具有尖銳的角部46、48，那么脊28可被限定為包括從后緣22的相應(yīng)吸入側(cè)部和壓力側(cè)部會(huì)聚到頂峰30的兩個(gè)壁32、34，例如以至少20或30度的向內(nèi)角度A、B。
[0017]圖3示出了具有在兩側(cè)部32、34中的中空內(nèi)部42和穿孔44A的噪音減少裝置27B的實(shí)施例?？蛇x地，穿孔可以?xún)H形成在側(cè)部32、34的一個(gè)上。當(dāng)穿孔形成在兩側(cè)部32、34上時(shí)，其提供越過(guò)脊28的計(jì)量壓力均衡。為此，如圖2所示的實(shí)心脊的實(shí)施例還可以包括從側(cè)部32穿過(guò)脊到達(dá)側(cè)部34的孔。
[0018]圖4示出了與27B相似的噪音減少裝置27C的實(shí)施例，其具有進(jìn)一步的強(qiáng)度。穿孔44B可以具有兩個(gè)不同的直徑，這逐步提供在脊的側(cè)部之間的計(jì)量壓力均衡。脊的頂峰30可以是鋸齒狀的50。所述鋸齒改變了發(fā)出自后緣的壓力波結(jié)構(gòu)的連貫性，這通過(guò)大氣削弱了波，從而減少了噪音。中空的內(nèi)部(42，圖4)可以填充有吸聲材料的芯體43，例如通過(guò)穿孔44B允許減震壓力均衡的透氣性毛氈或開(kāi)孔型泡沫，或者其它已知的吸聲材料。選擇地，穿孔44B可以部分地或全部地延伸通過(guò)聲學(xué)填充物43。
[0019]圖5示出了裝置27D的實(shí)施例，其中脊28的每個(gè)側(cè)部32、34為鋸齒狀以便形成一系列副脊或擾流器52、54，所述副脊或擾流器52、54的橫截面可以為三角形。擾流器中每個(gè)的后緣可以平行于脊的頂峰30，并且可以具有與翼片的壓力側(cè)部和吸入側(cè)部36、38中較近的一個(gè)對(duì)齊、或與翼片20的中弧線(xiàn)或弦線(xiàn)對(duì)齊的外表面53、55。脊28可以是實(shí)心的、中空的、或填充有吸聲材料，和/或可以具有通過(guò)一個(gè)或兩個(gè)側(cè)部的穿孔44。擾流器52、54有利于形成產(chǎn)生易于被大氣削弱的高頻聲音噪音的較小流動(dòng)結(jié)構(gòu)，并且還改變了噪音的發(fā)射方向，從而分散了噪音源。
[0020]圖6示出了在脊28的兩側(cè)部具有剛毛56的裝置27E的實(shí)施例。所述剛毛可以以中弧線(xiàn)40或弦線(xiàn)，或以翼片的最近壓力或吸入側(cè)部36、38定向。剛毛用作聲音和渦旋脫落減震器。剛毛還有利于形成小的流動(dòng)結(jié)構(gòu)，并通過(guò)增加噪音能夠傳播的可能方向而分散噪音信號(hào)。
[0021]圖7示出了具有兩份不同長(zhǎng)度的多個(gè)剛毛56A，56B的裝置27F的實(shí)施例，其中末端58被布置成限定脊28的側(cè)部32、34。分隔板60可以設(shè)置在第一和第二多個(gè)剛毛之間，在這種情況下，分隔板的遠(yuǎn)端限定脊28的頂峰30。所述分隔板可以是柔性的和/或穿孔的。
[0022]圖8示出了具有在脊28的吸入側(cè)部32的角部64中和/或在脊28的壓力側(cè)部34的角部66中的鋸齒62的裝置27G的實(shí)施例。與在未改進(jìn)的渦旋脫落中相比，所述鋸齒有利于形成具有更高頻率的渦流。該更高頻率在大氣中較快地削弱。
[0023]圖9示出了具有鋸齒62A、62B的裝置27G的實(shí)施例，所述鋸齒62A、62B穿過(guò)后緣的一個(gè)或兩個(gè)角部46、48，并且穿過(guò)脊28的相應(yīng)的相鄰附連角部64、66。這些鋸齒可以在脊28附連到后緣之后磨削在后緣的吸入側(cè)部角部46和/或壓力側(cè)部角部46中。與在未改進(jìn)的渦旋脫落中相比，所述鋸齒有利于形成具有更高頻率的渦流。
[0024]本發(fā)明中的脊28可以與翼片20分開(kāi)地制造，并通過(guò)粘結(jié)劑或緊固件例如螺釘附連到所述翼片20上。通過(guò)分開(kāi)地制造，脊可以使用不同于翼片的專(zhuān)用于減少噪音的材料，例如柔性材料和吸聲芯體材料。本發(fā)明允許位置具體后緣附件。例如，高湍流位置可以使用軟的-從動(dòng)的后緣附件。可選地，脊28可以隨同葉片一起鑄造，只要其能夠承受鑄造期間所經(jīng)歷的溫度。
[0025]另一益處在于:具有厚后緣的風(fēng)力渦輪機(jī)葉片可以在不對(duì)后緣造成損壞的情況下運(yùn)輸，因?yàn)榧鼓軌颥F(xiàn)場(chǎng)附連到葉片上?？蛇x地，在一些實(shí)施例中，脊可以例如通過(guò)將后緣磨削在脊的幾何形狀中(如本文所述并示出的)而與翼片一體地形成。如果脊是一體形成的，本文所討論的后緣被限定為在角部46、48之間的吸入側(cè)部和壓力側(cè)部之間延伸的假想平面。
[0026]圖10示出了具有角部46的厚后緣22，所述角部46使用鋸齒62A而改進(jìn)，其提供的益處與為圖8和9所描述的鋸齒相似。這種鋸齒可以形成在壓力側(cè)部和吸入側(cè)部的一個(gè)或兩個(gè)上，并且其可以在整個(gè)翼片之上具有均勻的尺寸和形狀，或者其可以在一個(gè)或兩個(gè)側(cè)部上具有不同的尺寸和/或形狀，并且可以在兩側(cè)部之間協(xié)作地形成和定位以提供期望的噪音減少效果。
[0027]在風(fēng)力渦輪機(jī)葉片上的厚后緣的益處可以包括:
-對(duì)于一些制造方法而言，較厚的后緣可以比薄后緣產(chǎn)生更好的抗屈曲強(qiáng)度。這對(duì)于掃掠片可能變得日益相關(guān)。
-厚后緣允許設(shè)計(jì)者調(diào)整葉片的抗扭剛度。降低抗扭剛度允許更可扭曲的葉片，而不會(huì)犧牲翼面(flap)剛度，控制末端偏轉(zhuǎn)和避免塔體撞擊需要所述翼面剛度。
-厚后緣允許更大的自由度以增加或移除邊沿(edgewise)剛度，從而防止動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)/動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)空氣動(dòng)力學(xué)的非穩(wěn)定性(例如，不穩(wěn)定的渦流模式)。厚度對(duì)于大量的預(yù)偏轉(zhuǎn)翼面(其呈現(xiàn)出運(yùn)輸和制造問(wèn)題)是可選擇項(xiàng)。
-薄后緣在運(yùn)輸期間易于被緊的條帶或其它物體損壞。損壞的后緣可能被修復(fù)成如下方式，該方式由于磨削粗糙度或非精確形狀而產(chǎn)生附加的空氣動(dòng)力學(xué)噪音。
-緩和極限負(fù)載。厚后緣在極端條件下展現(xiàn)較低的翼面負(fù)載。
[0028]盡管在本文中描述了本發(fā)明的各種實(shí)施例，但是將顯而易見(jiàn)的是，這些實(shí)施例僅通過(guò)示例的方式提供。在不偏離本發(fā)明的情況下，可以在本文中做出各種變動(dòng)、改變和替換。因此，意圖在于本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求的精神和范圍所限制。
【權(quán)利要求】
1.一種用于減少噪聲的翼片后緣設(shè)備，包括: 沿翼片后緣的脊； 其中，所述脊包括第一和第二側(cè)部，所述第一和第二側(cè)部從所述后緣的相應(yīng)的吸入側(cè)部和壓力側(cè)部會(huì)聚到所述脊的尾部尖點(diǎn)頂峰。
2.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊的第一側(cè)部橫跨在所述頂峰和所述后緣的吸入側(cè)部角部之間，并且所述脊的第二側(cè)部橫跨在所述頂峰和所述后緣的壓力側(cè)部角部之間。
3.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊的所述側(cè)部是內(nèi)凹的。
4.如權(quán)利要求3所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊的頂峰是鋸齒狀的。
5.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊是中空的。
6.如權(quán)利要求5所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊的至少一個(gè)側(cè)部是穿孔的。
7.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊穿設(shè)有多個(gè)孔，所述多個(gè)孔具有至少兩種不同的直徑。
8.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊包括吸聲材料的芯體。
9.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊包括透氣性吸聲材料的芯體，并且所述脊的兩個(gè)側(cè)部都穿設(shè)有孔，所述孔通過(guò)所述透氣性芯體在所述脊的兩個(gè)側(cè)部之間提供壓力均衡。
10.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊的所述側(cè)部中的至少一個(gè)包括副脊形式的擾流器。
11.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，在所述脊的第一和第二側(cè)部上的擾流器均包括外表面，所述外表面與壓力側(cè)部或吸入側(cè)部中更近的一個(gè)對(duì)齊，或者與所述翼片的中弧線(xiàn)或弦線(xiàn)對(duì)齊。
12.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，還包括附連到所述脊的至少一個(gè)側(cè)部的多個(gè)剛毛。
13.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，還包括提供剛毛末端的不同長(zhǎng)度的第一和第二多個(gè)剛毛，所述剛毛末端設(shè)置成分別限定所述脊的所述第一和第二側(cè)部。
14.如權(quán)利要求13所述的翼片后緣設(shè)備，還包括在所述第一與第二多個(gè)剛毛之間的分隔板，其中，所述分隔板與所述翼片的中弧線(xiàn)或弦線(xiàn)對(duì)齊，并且所述分隔板的遠(yuǎn)端限定所述脊的頂峰。
15.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述后緣還包括吸入側(cè)部角部，壓力側(cè)部角部，以及多個(gè)鋸齒，所述多個(gè)鋸齒沿著所述后緣的所述角部中的至少一個(gè)，所述鋸齒橫跨所述脊的相應(yīng)附加角部。
16.如權(quán)利要求1所述的翼片后緣設(shè)備，其中，所述脊包括吸入側(cè)部角部和壓力側(cè)部角部，以及多個(gè)鋸齒，所述多個(gè)鋸齒沿著所述脊的所述角部中的至少一個(gè)。
17.一種翼片后緣噪音減少設(shè)備，包括: 沿著翼片后緣的脊； 其中，所述脊包括第一和第二側(cè)部，所述第一和第二側(cè)部在相對(duì)于所述翼片的壓力側(cè)部或吸入側(cè)部的相應(yīng)延伸范圍成至少20度的相應(yīng)向內(nèi)角度下從所述后緣的相應(yīng)吸入側(cè)部和壓力側(cè)部會(huì)聚，其中，所述側(cè)部會(huì)聚到尾部尖點(diǎn)頂峰。
18.如權(quán)利要求17所述的翼片后緣，其中，所述脊分開(kāi)地形成并且在所述后緣處附連到所述翼片。
19.如權(quán)利要求18所述的翼片后緣，其中，所述脊與所述翼片一體形成。
20.成形用于減少噪音的翼片后緣，包括: 所述后緣的吸入側(cè)部角部和壓力側(cè)部角部；以及多個(gè)鋸齒，其沿著所述后緣的所述角部中的至少一個(gè)。
【文檔編號(hào)】F03D11/00GK104179642SQ201410220706
【公開(kāi)日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月23日
【發(fā)明者】K.R.狄克遜, A.O.扎莫拉羅德里蓋茨, M.阿舍伊姆, D.艾森伯格, M.J.辛格, A.T.施泰因林森, H.F.漢森, P.J.林明頓, J.L.穆林斯 申請(qǐng)人:西門(mén)子公司