具有鋸齒狀延伸部的風輪機轉子葉片的制作方法

具有鋸齒狀延伸部的風輪機轉子葉片的制作方法
【專利摘要】本發明涉及具有鋸齒狀延伸部的風輪機轉子葉片。風輪機轉子葉片(20)包括根部端(23)、末梢端(21)、前緣區段(25)、后緣區段(27)以及鋸齒狀延伸部(41)，其中鋸齒狀延伸部(41)附連到后緣區段(27)且至少包括第一齒(42)。風輪機轉子葉片(20)包括至少一個構型元件(50)，用于引導從前緣區段(25)流到后緣區段(27)的風流(11)，使得后緣區段(27)處產生的噪聲減少。該構型元件(50)具有凸脊形狀。有利地，凸脊形的構型元件(50)與第一齒(42)相比位于上游，和/或位于第一齒(42)的表面上。本發明涉及減少在風輪機轉子葉片(20)的后緣區段(27)處產生的噪聲的方法。
【專利說明】具有鋸齒狀延伸部的風輪機轉子葉片

【技術領域】
[0001]本發明涉及具有鋸齒狀延伸部的風輪機轉子葉片，其中，鋸齒狀延伸部附連到風輪機轉子葉片的后緣區段，且至少包括第一齒。此外，本發明涉及減少在風輪機轉子葉片的后緣區段處產生的噪聲的方法。

【背景技術】
[0002]由風輪機發出的噪聲可為重要參數，特別是在風輪機架設在陸地上以及居民區附近的情況下。由風輪機發出的噪聲的很大一部分來自于風輪機轉子葉片。更具體地，噪聲的很大一部分來自于風輪機轉子葉片的后緣區段。
[0003]因此，采取了很大的努力來減少在風輪機轉子葉片的后緣區段處產生的噪聲。實現噪聲減少的一種方式是附連到風輪機轉子葉片的后緣區段上的鋸齒狀面板。該構思或者概念已經在例如歐洲專利申請EP2309119A1中被公開。
[0004]然而，進一步的噪聲減少將是有益的。因此，希望提供減少由流過風輪機的風輪機轉子葉片的風流產生的噪聲的器件。更具體地，該器件應當與現存的噪聲減少器件(諸如鋸齒狀面板)相兼容。


【發明內容】

[0005]該目的通過獨立權利要求來實現。從屬權利要求描述了本發明的有利的發展和修改。
[0006]根據本發明，提供了一種風輪機轉子葉片，其包括根部端、末梢端、前緣區段、后緣區段以及鋸齒狀延伸部，其中該鋸齒狀延伸部附連到后緣區段且至少包括第一齒。該風輪機轉子葉片包括至少一個構型(patterning)元件，其用于引導從前緣區段流到后緣區段的風流，使得在后緣區段處產生的噪聲得以減少。該構型元件具有凸脊的形狀。
[0007]鋸齒狀延伸部可具有鋸齒狀面板的形狀。換言之，鋸齒狀延伸部可具有板的形狀，該板在其一個或多個側邊上具有鋸齒。
[0008]這樣的鋸齒狀面板的制造可獨立于其余部分的風輪機轉子葉片的制造而發生。在制造其余部分的風輪機轉子葉片期間或之后，預制的鋸齒狀面板可附連到其上。其甚至可作為翻新件附連到風輪機轉子葉片上，這意味著鋸齒狀面板附連到已經安裝在其余部分的風輪機上以及與其連接的風輪機轉子葉片。在鋸齒狀面板附連到風輪機轉子葉片上之后，風輪機還可能已經運行了一段時間。
[0009]應當注意，本發明還包括其中鋸齒狀延伸部與風輪機轉子葉片的制造一體地制造的風輪機轉子葉片。換言之，鋸齒狀延伸部與其余部分的風輪機轉子葉片同時且一起被制造。
[0010]風輪機轉子葉片包括凸脊形的構型元件。該構型元件可被理解為具有凸脊或丘峰的形狀的長形三維物體。該構型元件可附連到鋸齒狀延伸部，特別是附連到鋸齒狀延伸部的第一齒。此外或備選地，該構型元件可連接或附連到風輪機轉子葉片的其它部分上。
[0011]應當理解，概念〃凸脊形的構型元件〃還包括制造在風輪機轉子葉片中的凹槽，只要這些凹槽用來實現減少在風輪機轉子葉片的后緣區段處產生的噪聲的相同目的即可。此夕卜，概念〃凸脊形的構型元件〃還應當包括翅片。
[0012]構型元件的優點和目的是減少噪聲。具體而言，這涉及由風輪機轉子葉片產生的噪聲。更具體地，這涉及在風輪機轉子葉片的壓力側處產生的壓力側噪聲和在風輪機轉子葉片的吸力側處產生的吸力側噪聲兩者。
[0013]關于頻率，噪聲可在寬范圍的頻譜中得以減少。
[0014]在一有利的實施例中，構型元件布置成使得風流的流線由該構型元件朝向第一齒的末梢偏轉。
[0015]流線可指定給風流，風流可理解為流體流。流線還可理解為由風流的各點處的風流的切向速度向量組成。
[0016]流線由構型元件偏轉。有利的是使流線朝向齒(例如第一齒)的末梢偏轉，因為這潛在地會減少由風流產生的噪聲。
[0017]然而，也可有利的是，明確地使流線朝向兩個相鄰的齒之間的區域偏轉。換言之，也可有利的是，將風流弓I導到兩個相鄰的齒之間。
[0018]在另一有利的實施例中，構型兀件包括縱向凸脊延伸、橫向凸脊延伸以及凸脊高度。此外，構型元件包括凸脊脊頂，所述凸脊脊頂由針對各個橫向凸脊延伸的最大凸脊高度限定。凸脊脊頂大致垂直于后緣區段的后緣。
[0019]有利地，縱向凸脊延伸大于橫向凸脊延伸。因此，構型元件具有長形三維物體的形狀。構型元件在垂直于縱向凸脊延伸的平面中的截面可例如具有三角形或橢圓弧的形狀。
[0020]有利地，凸脊脊頂大致沿著整個縱向凸脊延伸具有相同的長度。備選地，其可沿著縱向凸脊延伸具有變化的長度。
[0021]構型元件還可包括兩個凸脊，其中，第一凸脊包括第一凸脊脊頂，而第二凸脊包括第二凸脊脊頂。有利地則是，兩個凸脊可布置成使得兩個凸脊脊頂大致平行于彼此，且在它們之間構建了谷底。
[0022]有利的是，凸脊脊頂大致垂直于風輪機轉子葉片的后緣。后緣被限定為后緣區段的相對于從前緣區段延伸到后緣區段的弦的最外面的線。應當注意，概念"大致"包括可高達45度的偏離，特別地可高達30度的偏離。相對于風流大致平行的凸脊脊頂的優點是，因此風流的流線可最有效地受到影響，特別是被偏轉。
[0023]在另一個有利的實施例中，相對于從風輪機轉子葉片的前緣區段流到后緣區段的風流，構型元件與第一齒相比位于上游。
[0024]在這個實施例中，構型元件也可表示為上游凸脊。
[0025]上游凸脊可如何有利地影響風流的流線以使得由風流產生的噪聲減少的一個示例如下:
鋸齒狀延伸部包括多個傳統的齒，諸如三角形的齒，其朝向風輪機轉子葉片的壓力側或吸力側彎曲(即傾斜)若干度，其中齒的傾斜被稱為風流的后緣流線。通過該鋸齒狀延伸部，噪聲的第一頻率范圍有效地減少。現在，通過將上游凸脊添加以及附連到相對于鋸齒狀延伸部處于上游的風輪機轉子葉片的部分處，風流的流線朝向齒的末梢偏轉。流線的這種偏轉的結果是，噪聲的第二頻率范圍也被有效地減少。因此，上游凸脊提供了實現寬帶噪聲減少的優勢。
[0026]在一有利的實施例中，構型元件位于后緣區段處。
[0027]將構型元件布置(即定位)在鋸齒狀延伸部附近(即在后緣區段內)的優點是，由此所述風流可有效地被偏轉。
[0028]在另一有利的實施例中，凸脊脊頂定位成在第一齒與第二齒之間大致居中，其中第二齒與第一齒相鄰。
[0029]有利地，鋸齒狀延伸部包括多個齒。構型元件(即上游凸脊)則有利地位于齒之間。更具體地，凸脊脊頂定位成在齒之間大致居中。這有助于有效地偏轉并且影響風流的朝向齒的末梢的流線。
[0030]在另一有利的實施例種，第一凸脊和第二凸脊對稱地設置在兩個相鄰的齒之間的中心線的兩側上。也就是說，構型元件可包括兩個凸脊，在它們之間有"谷底"。特別地，齒上游的兩個凸脊也可朝向兩個相鄰的齒之間的中心線彎曲，在齒附近下游相應的凸脊脊頂之間具有最小的距離。該概念也稱為〃叉骨〃概念。
[0031]在另一有利的實施例中，構型兀件位于第一齒的表面上。
[0032]將構型元件設置在齒表面上在原則上遵循與以上針對與第一齒相比位于上游的所述構型元件在上文描述的目的相同的目的。位于齒的表面上的構型元件也可有利地影響(即偏轉)風流的流線。
[0033]將構型元件設置在齒表面上的優點是便于制造構型元件以及將構型元件附連到風輪機轉子葉片。
[0034]將構型元件定位或設置在齒表面上的另一個優點是:風輪機轉子葉片的空氣動力學特性不會受構型元件損害。
[0035]在另一有利的實施例中，第一齒包括齒吸力側和齒壓力側，且構型元件位于第一齒的齒壓力側上。
[0036]將構型元件明確地設置在第一齒的壓力側上具有如下優點:通過構型元件解決且有效地減少了由風輪機轉子葉片產生的噪聲的特別高的頻率。
[0037]然而，還可有利的是將構型元件明確地設置在第一齒的吸力側上，以便解決和有效地減少噪聲的另一個特定的頻率范圍。
[0038]在另一有利的實施例中，鋸齒狀延伸部包括交替的齒。
[0039]采用交替的齒指的是這樣的構思:具有帶第一設計的第一數量的齒和帶第二設計的第二數量的齒，以及將第一數量的齒和第二數量的齒布置成使得兩種類型的齒交替。特別地，這些齒可周期性地交替。交替的齒的優點在于，可解決由所述風輪機轉子葉片產生的噪聲的多個分量。例如可通過不同的齒設計解決多個頻率范圍。交替的齒的該概念也可很好地與如上所述的構型元件組合。因此，創造性的構型元件與鋸齒狀延伸部的交替的齒的組合可非常有益。應當注意，這對于第一齒處于上游的構型元件和齒表面上的構型元件二者也可有利地組合。
[0040]在另一有利的實施例中，構型元件包括塑料。
[0041]例如，構型元件可由聚氨酯(TOR)制成。塑料容易獲得、便宜且在制造期間易于處理。
[0042]在另一有利的實施例中，構型元件借助于粘合劑附連到風輪機轉子葉片的相對的表面上。
[0043]風輪機轉子葉片的相對表面(也表示為相對表面)指的是風輪機轉子葉片的表面的一部分，構型元件附連到該部分處或者與該部分連接。該附連通過粘合劑(諸如粘膠)被有利地實施。
[0044]備選地，制造構型元件是風輪機轉子葉片本身的整體制造過程的一部分。該整體制造過程借助于模具和真空輔助樹脂轉移(VART)技術來有益地實施。
[0045]應當注意，該創造性構思也可轉用以及應用到其中存在后緣噪聲的其它應用，例如飛行器機翼或通風風扇。
[0046]本發明還涉及減少在風輪機轉子葉片的后緣區段處產生的噪聲的方法。該風輪機轉子葉片包括根部端、末梢端、前緣區段、后緣區段以及鋸齒狀延伸部。該鋸齒狀延伸部至少包括第一齒且附連到后緣區段。該方法的特征在于，風輪機轉子葉片的至少一個構型元件引導從前緣區段流到后緣區段的風流，使得在后緣區段處產生的噪聲得以減少。構型元件成形為凸脊。
[0047]已經作為風輪機轉子葉片的特征描述的本發明的其他有利實施例可有利地也包括在用來減少在風輪機轉子葉片的后緣區段處產生的噪聲的該方法中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0048]現在僅以示例的方式參照附圖來描述本發明的實施例，圖中:
圖1在俯視圖中示出了具有鋸齒狀延伸部的傳統的風輪機轉子葉片；
圖2在透視圖中示出了具有鋸齒狀延伸部和構型元件的創造性的風輪機轉子葉片；
圖3示出了構型元件的透視圖；
圖4示出了附連到風輪機轉子葉片的上游凸脊；且圖5示出了附連到鋸齒狀延伸部的齒的表面的凸脊。
[0049]附圖中的圖示是示意性的。此外應當注意，指代類似的特征或者元件的附圖標記在所有圖中用同一附圖標記來指代。

【具體實施方式】
[0050]圖1示出了包括鋸齒狀延伸部41的傳統的風輪機轉子葉片20的俯視圖或平面圖。該風輪機轉子葉片20包括末梢22和根部24。風輪機轉子葉片20的包圍末梢22的部分稱為末梢端21。特別地，末梢端21的體積包括整個風輪機轉子葉片20的體積的少于百分之十。類似地，風輪機轉子葉片20的包圍根部24的部分稱為根部端23。此外，特別地，根部端23的體積少于風輪機轉子葉片20的整個體積的少于百分之十。
[0051]此外，風輪機轉子葉片20包括前緣26和后緣28。風輪機轉子葉片20的包圍前緣26的部分稱為前緣區段25。類似地，風輪機轉子葉片20的包圍后緣28的部分稱為后緣區段27。
[0052]此外，風輪機轉子葉片20包括翼展35，其從根部24延伸到末梢22且也表示為轉子葉片縱向軸線。連接前緣26和后緣28且垂直于翼展35的假想線表示為風輪機轉子葉片20的弦36。顯然，弦36可針對沿著風輪機轉子葉片20的翼展35的各個縱向位置來限定。弦36最大的后緣28處的點表示為風輪機轉子葉片20的肩部29。另外，風輪機轉子葉片20包括壓力側33和吸力側34。此外，風輪機轉子葉片20分成根部24附近的內側部分31和末梢22附近的外側32。在圖1所示的示例中，鋸齒狀延伸部41包括多個齒，它們中有第一齒42。鋸齒狀延伸部41位于風輪機轉子葉片20的外側部分32中。
[0053]圖2示出了風輪機轉子葉片20的透視圖。在該圖中，可以看到，弦36可分成第一部分361、第二部分362和第三部分363。可進一步看到，前緣區段25包括弦36的第一部分361。類似地,后緣區段27包括弦36的第三部分363。第一部分361的長度是總弦長度37的少于百分之十；第三部分363的長度是弦長度37的少于百分之二十。
[0054]圖2示出了風可如何流過風輪機轉子葉片20。吸力側34處和壓力側33處的風流兩者都由附圖標記11表示。圖2還示出了凸脊形的構型元件50，其附連到后緣區段27上，且其布置成用于偏轉風流11，使得由風流11產生的噪聲減少。
[0055]圖3在透視圖中示例性地示出了凸脊形的構型元件50。該構型元件50包括縱向凸脊延伸51、橫向凸脊延伸52和凸脊高度53。此外，該構型兀件50包括由針對各個橫向位置的最大凸脊高度限定的凸脊脊頂54。在垂直于縱向凸脊延伸51的截面中，構型元件50具有三角形形狀。
[0056]圖4示出了一組上游凸脊。換言之，一組三個構型元件50附連到風輪機轉子葉片20的后緣區段27上。風輪機轉子葉片20還包括具有多個齒的鋸齒狀延伸部41，在這些齒中包括第一齒42和第二齒45。第一齒42與第二齒45相鄰。從前緣區段25越過風輪機轉子葉片20而到達后緣區段27的風流的流向由風流的流線12表示。必須注意，風流的流線12被上游凸脊50引導和偏轉。凸脊脊頂54定位成大致垂直于后緣區段27的后緣28。例如，流線12以由風流產生的特別高頻的噪聲由鋸齒狀延伸部41的齒減少的方式偏轉。
[0057]圖5示出了附連到鋸齒狀延伸部的第一齒42的齒壓力側44的構型元件50。第一齒42包括末梢43。第一齒42附連到風輪機轉子葉片的后緣區段27的后緣28。構型元件50包括凸脊形狀。各個構型元件50的凸脊脊頂54在圖5中被示出。可以看到，構型元件50設計成使得它們的凸脊脊頂45大致平行于后緣28 ;然而，它們略微彎曲。其結果是，流過后緣區段27以及流過第一齒42的風流的流線12由構型元件50引導，即彎曲。
[0058]更具體地，流線12朝向第一齒42的末梢43彎曲。這暗含了，IkHz以上的頻率的高頻范圍中的噪聲減少。因此，由流過風輪機轉子葉片的風產生的總體噪聲減少得以實現。
【權利要求】
1.一種風輪機轉子葉片(20)，所述風輪機轉子葉片包括根部端(23)、末梢端(21)、前緣區段(25)、后緣區段(27)以及鋸齒狀延伸部(41)，其中所述鋸齒狀延伸部(41)附連到所述后緣區段(27)且至少包括第一齒(42)，其特征在于， -所述風輪機轉子葉片(20)包括至少一個構型元件(50)，用于引導從所述前緣區段(25)流到所述后緣區段(27)的風流(11)，使得在所述后緣區段(27)處產生的噪聲減少；以及 -所述構型元件(50)具有凸脊的形狀。
2.根據權利要求1所述的風輪機轉子葉片(20)，其特征在于，所述構型元件(50)布置成使得風流(11)的流線(12)由所述構型元件(50)致使朝向所述第一齒(42)的末梢(43)偏轉。
3.根據權利要求1或2所述的風輪機轉子葉片(20)，其特征在于， -所述構型兀件(50)包括縱向凸脊延伸(51)、橫向凸脊延伸(52)和凸脊高度(53), -所述構型元件(50)包括凸脊脊頂(54)，所述凸脊脊頂由針對各個橫向凸脊延伸(52)的最大凸脊高度(53)限定；以及 -所述凸脊脊頂(54)大致垂直于所述后緣區段(27)的后緣(28)。
4.根據權利要求3所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于，相對于從所述風輪機轉子葉片(20)的前緣區段(25)流到后緣區段(27)的風流(11)，所述構型元件(50)與所述第一齒(42)相比位于上游。
5.根據權利要求4所述的風輪機轉子葉片(20)，其特征在于，所述構型元件(50)位于所述后緣區段(27)處。
6.根據權利要求5所述的風輪機轉子葉片(20)，其特征在于，所述凸脊脊頂(54)定位成在所述第一齒(42)和第二齒(45)之間大致居中，所述第二齒(45)與所述第一齒(42)相鄰。
7.根據權利要求1至3中任一項所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于，所述構型元件(50)位于所述第一齒(42)的表面上。
8.根據權利要求7所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于， -所述第一齒(42)包括齒吸力側和齒壓力側(44);以及 -所述構型元件(50)位于所述第一齒(42)的齒壓力側(44)上。
9.根據權利要求1至8中任一項所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于，所述鋸齒狀延伸部(41)包括交替的齒。
10.根據權利要求1至9中任一項所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于，所述構型元件(50)包含塑料。
11.根據權利要求1至10中任一項所述的風輪機轉子葉片(20)， 其特征在于，構型元件(50)借助于粘合劑附連到所述風輪機轉子葉片(20)的相對表面上。
12.—種減少在風輪機轉子葉片(20)的后緣區段(27)處產生的噪聲的方法，所述風輪機轉子葉片(20)包括根部端(23)、末梢端(21)、前緣區段(25)、所述后緣區段(27)以及鋸齒狀延伸部(41)，其中所述鋸齒狀延伸部(41)至少包括第一齒(42)，且附連到所述后緣區段(27)， 其特征在于， -所述風輪機轉子葉片(20)的至少一個構型元件(50)引導從所述前緣區段(25)流到所述后緣區段(27)的風流(11)，使得在所述后緣區段(27)處產生的噪聲減少；以及-所述構型元件(50)成形為凸脊。
【文檔編號】F03D11/00GK104514690SQ201410476603
【公開日】2015年4月15日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2013年9月18日
【發明者】奧萊曼斯 S. 申請人:西門子公司