CN109356802B - 一种具有降噪结构的风力机叶片 - Google Patents

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Abstract

本发明属于风力机降噪应用领域,具体涉及一种具有降噪结构的风力机叶片,风力机叶片前缘以降噪结构作为填充材料,所述降噪结构包括相互贯通的小孔蜂窝层、大孔蜂窝层和声波反射层,本发明依据能量转化原理,噪声使得气体在蜂窝空芯内运动,产生粘性效应,在此过程中发生能量的转化,使声能转变为热能和变形能,最终在叶片腔体内消散。本发明无需改变风力机的气动外形,在不改变风力机的气动性能的前提下,有效的抑制了风力机噪声,风力机叶片质量轻,结构简单,无需维护,经济适用,具有潜在的社会价值和经济价值。

Description

一种具有降噪结构的风力机叶片
技术领域
本发明属于风力机减噪应用领域,具体涉及一种具有降噪结构的风力机叶片。
背景技术
随着经济全球化的发展以及对环境保护的重视,清洁能源的需求日益迫切,风能作为一种清洁可再生的新型能源,其重要性愈发被人们重视,但当人们享受风能带来便利的同时,风力机的噪声问题愈发严重,制约了风力机的进一步推广使用,风力机噪声问题目前已引起了全世界的广泛关注,其噪声对人们的正常生活、学习、工作效率等方面都会造成重大的不利影响,一定频率的噪声更是会危及人体健康,诱发多种疾病,风力机噪声通常包括叶尖湍流噪声、尾缘湍流噪声以及分离噪声,研究各种噪声的起源和规律,找到控制噪声的方法,已成为亟待攻克的重要研究方向,鉴于此,发展有效降低风力机噪声的相关技术,对进一步提升风力机的适用性和使用范围具有重要的意义。
围绕降低风力机噪声这一目标,国内外学者开展了一系列卓有成效的研究工作,对风力机叶片的叶尖、前缘以及尾缘噪声都已制定出了各种抑制措施,1972年,Roger等人对安装了锯齿结构的叶片前缘的气动噪声进行了研究;Bohn在翼型表面开微孔,发现翼型壁面微孔对某些特定频率的噪声具有抑制作用;Fink等人的风洞试验表明,毛孔或气孔的尾缘和锯齿形尾缘是降低尾缘噪声的有效方法;徐影博等人对叶片应用平板锯齿和刷毛尾缘,发现锯齿尾缘和刷毛尾缘对降低噪声有明显效果;Greenblatt等人在风力机叶片前缘安装等离子激励器来降低风力机气动噪声;Howe给出了使用锯齿尾缘的翼型的噪声预测公式;Chong等人对有厚度的锯齿尾缘对翼型气动噪声的影响开展了研究,其结果表明有厚度的锯齿尾缘的降噪效果要优于平板锯齿尾缘;Glezer在风力机叶片壁上引入射流来抑制叶片失速,从而降低叶片的气动噪声。
综上所述,目前对风力机噪声的抑制主要是通过改变风力机气动外形来实现,对风力机的气动性能会造成一定不利影响,因此发展一种新型的、不改变叶片外形的风力机噪声抑制结构有重要的实用价值,也将有广阔的应用前景。
发明内容
本发明的目的是针对目前的风力机噪声抑制都是通过改变叶片的外形来实现而带来气动效率下降不足的问题,提出了一种新型具有降噪结构的风力机叶片,不需改变风力机叶片外形即可有效的抑制噪声,结构简单,设计合理,成本低廉。
本发明采用的技术方案为:
一种具有降噪结构的风力机叶片,风力机叶片前缘以降噪结构作为填充材料,所述降噪结构包括三层:第一层为设置有若干个小孔蜂窝的小孔蜂窝层,第二层为设置有若干个大孔蜂窝的大孔蜂窝层,第三层为声波反射层,所述小孔蜂窝层、大孔蜂窝层和声波反射层之间相互贯通。
进一步的,所述小孔蜂窝层中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层中的大孔蜂窝的芯格形状均为正六边形。
进一步的,所述小孔蜂窝层中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层中的大孔蜂窝中心重合,且每条边相互平行。
进一步的,所述小孔蜂窝层中的小孔蜂窝边长为3.5-4.5mm,高度为4.8-5.2mm。
进一步的,所述大孔蜂窝层中的大孔蜂窝的边长为小孔蜂窝层中的小孔蜂窝边长的1.5-2倍,高度为7.4-7.8mm。
进一步的,所述大孔蜂窝层中的两个大孔蜂窝设置在沿叶片展向的距离d1为4.8-5.2mm,沿弦向的距离d2为5.2-5.8mm。
进一步的,所述声波反射层为抛光弧形槽结构,剖面为椭圆形。
进一步的,所述椭圆形剖面的长轴尺寸L为17.2-17.6mm,高度为9.1-9.5mm。
进一步的,所述降噪结构设置在叶片剖面从前缘出发沿弦线至30%弦长所对应的剖面表面,并在叶尖端起5%以内。
本发明的有益效果:
(1)本发明依据能量转化原理,噪声进入小孔蜂窝层,引起空气震荡蜂窝振动变形,使一部分声能转化为热能耗散掉;剩余的噪声进入大孔蜂窝层,由于其相对小孔蜂窝层对噪声的能量损耗更大,因此噪声经过大孔蜂窝层后变得更加微弱;此外,小孔蜂窝层和大孔蜂窝层能够分别针对不同的声频进行吸收,使得在更宽的频率范围内,最大程度实现对噪声的吸收;最后噪声经声波反射层反射,迫使剩余噪音再次返回大孔蜂窝层和小孔蜂窝层,声波进一步混合吸收;因此,在小孔蜂窝层、大孔蜂窝层和声波反射层的相互配合下,达到最佳的降噪效果;
(2)本发明风力机叶片前缘以降噪结构作为填充材料,无需改变风力机的气动外形,在不改变风力机的气动性能的前提下,有效的抑制了风力机噪声,风力机叶片质量轻,结构简单,无需维护,经济适用。
附图说明:
图1是降噪结构在叶片上的布置图;
图2是图1的A-A剖视图;
图3是小孔蜂窝层图;
图4是大孔蜂窝层图;
图5是声波反射层图;
图6是图3的B-B剖视图。
附图中的标号为:1、降噪结构;2、小孔蜂窝层;3、大孔蜂窝层;4、声波反射层。
具体实施方式:
以下结合附图对本发明的实施例作进一步详细描述。
参照图1-6,一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,风力机叶片前缘以降噪结构1作为填充材料,所述降噪结构1包括三层:第一层为设置有若干个小孔蜂窝的小孔蜂窝层2,第二层为设置有若干个大孔蜂窝的大孔蜂窝层3,第三层为声波反射层4,所述小孔蜂窝层2、大孔蜂窝层3和声波反射层4之间相互贯通;所述小孔蜂窝层2中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层3中的大孔蜂窝的芯格形状均为正六边形;所述小孔蜂窝层2中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层3中的大孔蜂窝中心重合,且每条边相互平行;所述小孔蜂窝层2中的小孔蜂窝边长为3.5-4.5mm,高度为4.8-5.2mm;所述大孔蜂窝层3中的大孔蜂窝的边长为小孔蜂窝层2中的小孔蜂窝边长的1.5-2倍,高度为7.4-7.8mm;所述大孔蜂窝层3中的两个大孔蜂窝设置在沿叶片展向的距离d1为4.8-5.2mm,沿弦向的距离d2为5.2-5.8mm;所述声波反射层4为抛光弧形槽结构,剖面为椭圆形;所述椭圆形剖面的长轴尺寸L为17.2-17.6mm,高度为9.1-9.5mm;所述降噪结构1设置在叶片剖面从前缘出发沿弦线至30%弦长所对应的剖面表面,并在叶尖端起5%以内。
将风力机叶片靠近叶尖区域的前缘填充材料如泡沫层镂空出小孔蜂窝层2、大孔蜂窝层3以及声波反射层4(弧形槽),风力机工作时,噪声进入小孔蜂窝层2,引起空气震荡蜂窝振动变形,使一部分声能转化为热能耗散掉;剩余的噪声进入大孔蜂窝层3,由于其相对小孔蜂窝层2对噪声的能量损耗更大,因此噪声经过大孔蜂窝层3后变得更加微弱;此外,小孔蜂窝层2和大孔蜂窝层3能够分别针对不同的声频进行吸收,使得在更宽的频率范围内,最大程度实现对噪声的吸收;最后噪声经声波反射层4反射,迫使剩余噪音再次返回大孔蜂窝层3和小孔蜂窝层2,声波进一步混合吸收;因此,在小孔蜂窝层2、大孔蜂窝层3和声波反射层4的相互配合下,达到最佳的降噪效果,有效的抑制了风力机噪声,具有潜在的社会价值和经济价值。

Claims (9)

1.一种具有降噪结构的风力机叶片,风力机叶片前缘以降噪结构(1)作为填充材料,其特征是,所述降噪结构(1)包括三层:第一层为设置有若干个小孔蜂窝的小孔蜂窝层(2),第二层为设置有若干个大孔蜂窝的大孔蜂窝层(3),第三层为声波反射层(4),所述小孔蜂窝层(2)、大孔蜂窝层(3)和声波反射层(4)之间相互贯通。
2.根据权利要求1所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述小孔蜂窝层(2)中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层(3)中的大孔蜂窝的芯格形状均为正六边形。
3.根据权利要求2所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述小孔蜂窝层(2)中的小孔蜂窝与大孔蜂窝层(3)中的大孔蜂窝中心重合,且每条边相互平行。
4.根据权利要求3所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述小孔蜂窝层(2)中的小孔蜂窝边长为3.5-4.5mm,高度为4.8-5.2mm。
5.根据权利要求3所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述大孔蜂窝层(3)中的大孔蜂窝的边长为小孔蜂窝层(2)中的小孔蜂窝边长的1.5-2倍,高度为7.4-7.8mm。
6.根据权利要求5所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述大孔蜂窝层(3)中的两个大孔蜂窝设置在沿叶片展向的距离d1为4.8-5.2mm,沿弦向的距离d2为5.2-5.8mm。
7.根据权利要求1所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述声波反射层(4)为抛光弧形槽结构,剖面为椭圆形。
8.根据权利要求7所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述椭圆形剖面的长轴尺寸L为17.2-17.6mm,高度为9.1-9.5mm。
9.根据权利要求1所述的一种具有降噪结构的风力机叶片,其特征是,所述降噪结构(1)设置在叶片剖面从前缘出发沿弦线至30%弦长所对应的剖面表面,并在叶尖端起5%以内。
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Application publication date: 20190219

Assignee: LIANYUNGANG ZHONGFU LIANZHONG COMPOSITES GROUP Co.,Ltd.

Assignor: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics

Contract record no.: X2022320000095

Denomination of invention: A wind turbine blade with noise reduction structure

Granted publication date: 20191001

License type: Common License

Record date: 20220609

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