[发明专利]空气动力学结构

说明书

本发明描述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），该空气动力学结构（1）包括多个梳元件（10T、10F），梳元件（10T、10F）包括布置在梳平面（10P）中的梳齿（100），其特征在于，被安装的梳元件（10T、10F）的梳平面（10P）大体上垂直于转子叶片（2）的后缘（TE）以及大体上垂直于转子叶片（2）的翼型件表面（20S、20P）。本发明还描述了一种包括至少一个这种空气动力学结构（1）的风力涡轮机转子叶片（2），以及为风力涡轮机转子叶片（2）配备这种空气动力学结构（1）的方法。

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、具有这种空气动力学结构的风力涡轮机转子叶片、以及为风力涡轮机转子叶片配备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给予建立这类风力涡轮机的允许的主要因素，特别是当场地靠近住宅区时。通常，来自空气动力学转子的噪声被认为是最麻烦的。因此，正在投入大量精力来寻找降低风力涡轮机转子叶片在移动通过空气时这些风力涡轮机转子叶片所产生的噪声的方法。降低来自空气动力学转子的噪声的最简单的方法是降低空气动力学转子的旋转速度，但这与功率输出的实质损失（substantial penalty）直接相关。因此，将更优选的是确定降低噪声水平的其它方法。

对于具有超过20-30 m的转子叶片长度的大型风力涡轮机来说，主要噪声源是后缘噪声。当空气流过吸力侧（suction side）或压力侧时，发展漩涡，从而导致通过叶片后缘的湍流。在该湍流通过后缘时主要引起的噪声被称为“后缘噪声”。后缘噪声的原因也可以看作是后缘处不稳定的表面压力的散射。不稳定的表面压力是湍流边界层的“足迹”，即，不稳定的表面压力是由边界层中的湍流漩涡的压力场引起的。由于朝向转子叶片的外端的较高旋转速度，后缘噪声主要在转子叶片的外侧部分中产生。

存在各种修改转子叶片的方法，目的是降低后缘噪声。例如，代替直的后缘，后缘可以具有沿着转子叶片的外部部分的呈锯齿状或“锯齿”形状。锯齿有效地降低了后缘处的漩涡散射。然而，虽然这种锯齿状边缘可以在一定程度上降低后缘噪声，但它不能完全地消除噪声。因此，虽然后缘锯齿可以降低后缘噪声，但仍然存在显著的噪声水平。

通过在锯齿之间布置梳元件可以改善后缘锯齿的降噪效果。梳元件沿两个相邻锯齿的边缘起始，并终止于由这些锯齿的尖端限定的终止线。这种梳元件与锯齿位于相同的平面内，即，梳齿靠近主气流方向定位。这种梳元件的有益声学效果可以理解成由马蹄形漩涡的扩散（即，锯齿之间的梳将大漩涡分裂成较小的漩涡）和/或湍流气流中的一些能量的耗散引起。

虽然锯齿以及平面内的梳元件可以通过就在后缘后面使湍流扩散而对后缘噪声产生明显的积极效果，但它们对后缘上游存在的湍流没有显著效果。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，本发明的目的是提供一种降低由风力涡轮机转子叶片产生的噪声的改善方法。

该目的通过以下来实现：权利要求1的风力涡轮机转子叶片空气动力学结构；权利要求10的风力涡轮机转子叶片；以及权利要求15的为风力涡轮机转子叶片配备空气动力学结构的方法。

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梳元件，梳元件包括布置在梳平面中的梳齿（也称为梳纤维），其特征在于，被安装的梳元件的梳平面大体上垂直于转子叶片的后缘且大体上垂直于转子叶片的翼型件表面。梳元件的所有齿或纤维位于共同的平面（即梳平面）中。