[发明专利]用于风力涡轮机叶片的降低噪音的涡旋发生器

说明书

技术领域

本发明涉及风力涡轮机叶片上的涡旋发生器，并且具体地，涉及成形为用于降低噪音的这样的涡旋发生器。

背景技术

涡旋发生器已知用来引起涡流结构，该结构通过将来自自由流相对流的动量引入边界层中来改善风力涡轮机叶片的性能，从而在操作期间防止或延缓风力涡轮机叶片上的流分离。

附图说明

在下面的描述中结合附图说明本发明，附图示出了：

图1是具有涡旋发生器的现有技术风力涡轮机叶片的透视图。

图2是现有技术涡旋发生器的透视图。

图3是一对发散的现有技术涡旋发生器的俯视图。

图4是本发明的实施例的透视图。

图5是沿图3的线5-5截取的现有技术横向剖视图。

图6是沿图4的线6-6截取的本发明的实施例的横向剖视图。

图7是本发明的另一个实施例的横向剖视图。

图8是本发明的另一个实施例的横向剖视图。

图9是本发明的另一个实施例的横向剖视图。

图10是本发明的另一个实施例的透视图。

图11是本发明的另一个实施例的透视图。

图12是本发明的另一个实施例的透视图。

图13是本发明的另一个实施例的吸力侧视图。

具体实施方式

本发明人已认识到，现有的涡旋发生器(VG)设计在VG周围产生分离的流动区域，其无助于有益涡旋的生成，而是增加空气动力学噪音和阻力。本发明人还发现，由于全球各地严格的规程，空气动力学噪音是在风力涡轮机的设计和优化中的限制因素。因此，开发了本发明以提高风力涡轮机效率，并且同时降低空气动力学噪音以符合规程并最大程度减小现场反对。

图1示出了具有吸力侧空气动力学表面22的现有技术风力涡轮机叶片20，在空气动力学表面22上安装有一排成对的发散涡旋发生器26、28。相对于涡轮机叶片的自由流气流24生成反转涡旋27、29。这些涡旋将自由流能量引入边界层中，这延缓或防止了与空气动力学表面22的流分离。

图2示出了现有技术涡旋发生器(VG) 26，其为从风力涡轮机叶片20的较大的空气动力学表面22延伸的小型翼型件。该翼型件具有压力侧30 (隐藏)、吸力侧32、前缘（leading edge）34、后缘36、附接到较大的空气动力学表面的根部38、以及远侧部分或顶端40。这样的箔片通常为如图所示的三角形或三角翼形板，并且具有高的前缘掠角Λ，例如50-80度。

图3示出了由称为桨距P的距离隔开的两个发散的涡旋发生器26、28的俯视图。每个VG是具有长度L和相对于自由流流动24的入射角Φ的箔片。诸如10-40度的高入射角Φ在VG的压力侧和吸力侧之间形成高压差。高入射角Φ和高掠角Λ (图2)结合促进了从压力侧30到吸力侧32的高压流的泄漏。当局部流40缠绕VG前缘34时，它形成卷成称为前缘涡旋的涡流结构29的剪切层。图中示出的示例性入射角Φ为15度。

噪音由VG上的角的边缘和拐角并且由VG的吸力侧和涡旋29之间的间隔区域或间隙生成，该间隔区域或间隙促进了噪音波和涡流。诸如10-40度的高VG入射角Φ有益于在一定范围的相对风速内维持涡旋29。然而，形成涡旋29从高角度的VG朝自由流24发散的分离区域。此外，诸如冯卡门涡街的VG后缘(TE)波可产生噪音。

本发明人已认识到，通过沿VG的吸力侧提供消除或减少涡旋和VG之间的流分离区域的涡巢(vortex nest)可降低噪音。涡巢是一种结构，它部分地配合在涡旋周围，使得大体上圆柱形或圆锥形的涡旋不邻接平坦表面或内角，而是窝在填充本来将易于分离的区域的配合的凹形表面中。

图4示出了在一个实施例中的VG 26A，其在VG的吸力侧32A和较大的空气动力学表面22之间在VG的根部中提供了渐进的内圆角（fillet）42。该内圆角具有随到VG的前方44的距离而增加的半径，提供了匹配或紧密地逼近涡旋的大体上圆锥的形状的凹形巢43A。该实施例还提供了内圆角、渐缩的翼向厚度(图6)和渐缩的纵向厚度以通过消除或减小流分离来降低空气动力学噪音。在本文中，“展向”（span-wise）是指大体上垂直于较大的空气动力学表面22。平滑且薄的前缘减小了在产生涡旋过程中的动量损失。示例性的制造方法为注模。在该实施例中，示出了第二VG 28A，其形成发散的对26A、28A。