[发明专利]空气动力学结构

说明书

本发明描述了一种空气动力学结构，具体公开了一种用于安装到风力涡轮机转子叶片（2）的表面（20S、20P、30）的空气动力学结构（1），所述空气动力学结构（1）包括多个矩形梳元件（10R）和/或多个角形梳元件（10V），其中，梳元件（10R、10V）包括布置在梳平面（10P）中的梳齿（100），所述梳平面（10P）与所述转子叶片（2）的所述表面（20S、20P、30）对置成一角度。本发明还描述了一种包括此类空气动力学结构（1）的风力涡轮机转子叶片（2）。

技术领域

本发明描述了用于风力涡轮机转子叶片的空气动力学结构、具有此类空气动力学结构的风力涡轮机转子叶片，以及使风力涡轮机转子叶片配备有空气动力学结构的方法。

背景技术

风力涡轮机所产生的噪声水平是决定是否将允许建立该类型的风力涡轮机的主要因素，特别是当地点靠近住宅区时。通常，源自于空气动力学转子的噪声被认为是最麻烦的。因此，正在投入很多努力来寻找降低风力涡轮机转子叶片当它们移动通过空气时所产生的噪声的方式。降低源自于空气动力学转子的噪声的最简单的方式是降低其转速，但这与功率输出的实质损失直接相关。因此，更优选的将是发现降低噪声水平的其他方式。

对于具有超过20-30 m的转子叶片长度的大型风力涡轮机，主要噪声源是后缘噪声。涡流当空气在吸力侧和压力侧之上流动时形成，从而导致经过叶片的后缘的湍流，由此引起后缘噪声。后缘噪声的原因也可以被视为是表面压力在后缘处的不稳定的分布。表面压力是湍流边界层的足迹或签名。由于较高的旋转速度，后缘噪声主要产生在转子叶片的外部中，即产生在外翼型区域中。

存在各种以降低后缘噪声为目的的修改转子叶片的方式。例如，代替笔直的后缘，后缘可以沿转子叶片的外部被提供有锯齿状（serrated）形状或“锯齿(sawtooth)”形状。锯齿部有效地减少了后缘处的涡旋散射（scattering）。然而，虽然这样的锯齿状边缘可以在一定程度上降低后缘噪声，但其无法完全消除噪声。因此，虽然后缘锯齿部可以降低后缘噪声，但仍然存在显著的噪声水平。

可以通过在锯齿部之间布置梳元件来改善后缘锯齿部的降噪效果。梳元件沿两个相邻的锯齿部的边缘起始，并且终止于由那些锯齿部的末端限定的终止线处。这些梳元件与锯齿部位于同一平面中，即梳齿位于靠近主气流方向处。这些梳元件的有益声学效果可以被理解为由马蹄涡的扩散（即，锯齿部之间的梳将大涡旋分解成较小的涡旋）和/或湍流气流中的一些能量的消散产生。

虽然锯齿部和面内的梳元件可以通过使湍流紧接在后缘之后扩散而对后缘噪声具有明显的积极效果，但它们对存在于后缘上游的湍流没有显著的效果。因此，已知的解决方案在降低由转子叶片产生的空气动力学噪声方面具有有限的能力。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种降低风力涡轮机转子叶片所产生的噪声的改进方法。

该目的通过：如权利要求1所述的风力涡轮机转子叶片空气动力学结构；以及如权利要求13所述的风力涡轮机转子叶片来实现。

根据本发明，空气动力学结构将被安装到风力涡轮机转子叶片的表面，并且包括多个矩形梳元件和/或多个角形或V形梳元件，其中，梳元件包括布置在梳平面中的梳齿，梳平面与转子叶片的所述表面对置成一角度。在本发明的上下文中，矩形梳元件的梳平面可被理解为具有矩形的形状，而角形梳元件的梳平面可被理解为具有V形形状，如通过附图将会清楚的那样。