CN102536639B - 用于风力涡轮机中的转子叶片的降噪装置 - Google Patents

用于风力涡轮机中的转子叶片的降噪装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片的降噪装置。该转子叶片组件包括转子叶片,转子叶片具有限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘的表面,并且在尖端与根部之间延伸。转子叶片组件还包括安装到转子叶片的表面上的降噪装置,该降噪装置包括多个降噪特征。转子叶片组件还包括设置在降噪装置与转子叶片之间的粘合层,用于将降噪装置粘合到转子叶片上,粘合层具有大约等于或小于500兆帕的剪切模量。

Description

用于风力涡轮机中的转子叶片的降噪装置
技术领域
本发明总体上涉及风力涡轮机转子叶片,更具体地涉及用于将降噪装置安装到转子叶片上的材料。
背景技术
风能被认为是当前可利用的最清洁、最环境友好型的能源之一,风力涡轮机在这方面已经得到了越来越多的重视。现代风力涡轮机一般包括塔架、发电机、齿轮箱、机舱和一个或更多个转子叶片。转子叶片利用已知的翼型原理捕获动能。转子叶片以旋转能的形式传递动能,以便转动将转子叶片连接到齿轮箱上的轴,或者如果不采用齿轮箱则直接将转子叶片连接到发电机上。然后,发电机将机械能转换成可配置于公用电网的电能。
在很多情况下,各种部件会安装到风力涡轮机的转子叶片上以在风力涡轮机的运行期间执行各种功能。这些部件可能通常邻近转子叶片的后缘安装。例如,降噪装置可安装到转子叶片的后缘上,以降低噪音并提高与转子叶片有关的效率。
一般现有技术的降噪装置可能具有各种缺点。例如,许多当前已知的降噪装置包括当安装到转子叶片上时导致降噪装置上增大的应变的特征。另外,用于将降噪装置安装到转子叶片上的粘合材料可能进一步增大这些应变。例如,当转子叶片在运行或不运行期间承受各种应变时,这些应变从转子叶片转移至利用当前已知的安装和粘合特征的降噪装置上。
因此,将需要一种改进的用于转子叶片的降噪装置。例如,将需要一种降噪装置,其具有用于减小与将降噪装置安装到转子叶片上有关的应变的特征。特别地,具有用于减小或防止转子叶片应变转移到降噪装置的特征的降噪装置将是有利的。
发明内容
本发明的各个方面和优势将在以下说明书中部分地阐述,或从说明书中变得明显,或者可通过本发明的实施得知。
在一个实施例中,本发明公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片组件。转子叶片组件包括转子叶片,转子叶片具有限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘的表面,并且在尖端与根部之间延伸。转子叶片组件还包括安装到转子叶片的表面上的降噪装置,该降噪装置包括多个降噪特征。转子叶片组件还包括设置在降噪装置与转子叶片之间的粘合层,用于将降噪装置粘合到转子叶片上,粘合层具有大约等于或小于500兆帕的剪切模量(shear modulus)。
所述粘合层具有大约等于或小于300兆帕的剪切模量,或者具有大约等于或小于20兆帕的剪切模量,或者具有大约等于或小于5兆帕的剪切模量。所述粘合层构造成大致隔离与所述转子叶片有关的应变,且包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯和丙烯酸中的至少一种。所述粘合层包括设置在相对的外胶粘层之间的内丙烯酸泡沫层,并且所述内丙烯酸泡沫层具有大约等于或小于5兆帕的剪切模量。所述内丙烯酸泡沫层包括闭孔丙烯酸泡沫。所述内丙烯酸泡沫层具有处于大约0.1毫米和大约10毫米之间的范围内的厚度,或者处于大约0.3毫米和大约3毫米之间的范围内的厚度。所述内丙烯酸泡沫层具有处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。
在另一个实施例中,本发明公开了一种用于风力涡轮机的转子叶片组件。转子叶片组件包括转子叶片,转子叶片具有限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘的表面,并且在尖端与根部之间延伸。转子叶片组件还包括安装到转子叶片的表面上的降噪装置,该降噪装置包括多个降噪特征。转子叶片组件还包括设置在降噪装置与转子叶片之间的粘合层,用于将降噪装置粘合到转子叶片上,粘合层包括布置在相对的外胶粘层之间的内丙烯酸(acrylic)泡沫层。
所述粘合层构造成大致隔离与所述转子叶片有关的应变。所述内丙烯酸泡沫层包括闭孔丙烯酸泡沫。所述内丙烯酸泡沫层具有处于大约0.1毫米和大约10毫米之间的范围内的厚度,或者处于大约0.3毫米和大约3毫米之间的范围内的厚度。所述内丙烯酸泡沫层具有大约等于或小于5兆帕的剪切模量,或者具有处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。
本发明进一步提供一种风力涡轮机,包括:多个转子叶片,所述多个转子叶片中的每一个均具有限定压力侧、吸力侧、前缘和后缘的表面,并且在尖端与根部之间延伸;降噪装置,所述降噪装置安装到所述多个转子叶片中的至少一个的表面上,所述降噪装置包括多个降噪特征;以及,粘合层,所述粘合层设置在所述降噪装置与所述转子叶片之间,用于将所述降噪装置粘合到所述转子叶片上,所述粘合层具有大约等于或小于500兆帕的剪切模量。所述粘合层包括环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯和丙烯酸中的至少一种。
参照以下说明书和所附权利要求将更好地理解本发明的这些及其他特征、方面和优势。结合在说明书中并构成该说明书的一部分的附图示出本发明的实施例,并与说明书一起用于解释本发明的原理。
附图说明
参照附图,说明书中阐述了面向本领域普通技术人员的本发明的完整公开,这种公开使得本领域普通技术人员能够实现本发明,并包括本发明的最佳模式,在附图中:
图1是本发明的风力涡轮机的一个实施例的透视图;
图2是本发明的转子叶片组件的一个实施例的透视图;
图3是本发明的转子叶片组件的一个实施例的剖视图;以及,
图4是本发明的粘合层的一个实施例的剖视图。
附图标记列表:
附图标记 部件
10 风力涡轮机
12 塔架
14 机舱
16 转子叶片
18 转子毂
22 压力侧
24 吸力侧
26 前缘
28 后缘
32 叶片尖端
34 叶片根部
100 转子叶片组件
110 降噪装置
112 降噪特征
114 锯齿
116 基板
120 粘合层
122 内层
124 外层
126 厚度
具体实施方式
现在将对本发明的实施例做出详细参考,其中的一个或更多个示例在附图中示出。每个示例都以对发明进行解释的方式给出,并不对本发明构成限制。事实上,对于本领域普通技术人员而言显而易见的是,在不脱离本发明的范围或精神的情况下可对本发明做出各种变型和变化。比如,作为一个实施例的部分示出或说明的特征可用于另一个实施例以产生另外的实施例。因此,本发明意在覆盖落入所附权利要求及其等同的范围内的这些变型和变化。
图1示出传统结构的风力涡轮机10。风力涡轮机10包括塔架12,塔架12具有安装其上的机舱14。多个转子叶片16安装在转子毂18上,转子毂18接着连接到转动主转子轴的主凸缘上。风力涡轮机发电部件和控制部件容置在机舱14内。图1的视图仅用作说明目的,从而将本发明置于示例性的使用领域中。应当理解,本发明不限于任意特殊类型的风力涡轮机构造。
参照图2,根据本发明的转子叶片16可包括限定在前缘26与后缘28之间延伸的压力侧22(见图3)和吸力侧24的表面,并且转子叶片16可从叶片尖端32延伸至叶片根部34。
在一些实施例中,转子叶片16可包括多个单独的从叶片尖端32到叶片根部34以首尾相连的顺序对齐的叶片节段。单独的叶片节段中的每一个可独特地构造成使得多个叶片节段限定具有设计的空气动力轮廓、长度及其他要求的特性的完整的转子叶片16。例如,叶片节段中每一个均可具有对应于相邻的叶片节段的空气动力轮廓的空气动力轮廓。因此,叶片节段的空气动力轮廓可形成转子叶片16的连续的空气动力轮廓。备选地,转子叶片16可形成为具有设计的空气动力轮廓、长度及其他要求的特性的单个的、整体叶片。
在示例性实施例中,转子叶片16可弯曲。转子叶片16的弯曲可能需要在大体翼向(flapwise)的方向上和/或在大体边向(edgewise)的方向上对转子叶片16进行弯折。翼向方向可大致解释为气动升力作用在转子叶片16上的方向(或相反的方向)。边向方向大致垂直于翼向方向。转子叶片16的翼向曲度也称为预弯折,而边向曲度也称为扫掠(sweep)。因此,弯曲的转子叶片16可是预弯曲的和/或扫掠的。弯曲可使得转子叶片16能够在风力涡轮机10的运行期间更好地承受翼向和边向载荷,并且还可在风力涡轮机10的运行期间提供转子叶片16与塔架12的间隙。
如图2和3所示,本发明还可涉及一种转子叶片组件100。转子叶片组件100可包括降噪装置110和转子叶片16。一般地,降噪装置110可安装到转子叶片16的表面上,并可降低在风力涡轮机10的运行期间从转子叶片16发出的气动噪声,和/或可提高转子叶片16的效率。在本发明的示例性实施例中,降噪装置110可安装到转子叶片16上、位于或邻近转子叶片16的后缘28。备选地,降噪装置110可安装到转子叶片16上、位于或邻近转子叶片16的前缘26,或者位于或邻近转子叶片16的尖端32或根部34,或者安装在转子叶片16的任意表面上的任意其它适当的位置处。例如,在示例性实施例中,降噪装置110可安装在转子叶片16的吸力侧24上,比如安装在邻接后缘28的吸力侧24上。在备选实施例中,降噪装置110可安装在压力侧22上,比如安装在邻接后缘28的压力侧22上。
降噪装置110还可包括多个降噪特征112。如在此所述以及图2和3所示,示例性实施例中的降噪特征112是锯齿114。但是,可以理解,降噪特征112不局限于锯齿114。例如,在一些备选实施例中,降噪特征112可为硬毛(bristles)。另外,任何适当的降噪特征112均在本发明的范围和精神之内。
如图2和3所示,比如为锯齿114的降噪特征112可从转子叶片16大致地延伸。而在示例性实施例中,锯齿114是大致的V形,在备选实施例中,锯齿114可为U形,或者可具有适于在风力涡轮机10的运行期间降低从转子叶片16发出的噪音和/或提高转子叶片16的效率的任意其他的形状或构造。
应当理解,根据本发明的降噪特征112根据降噪装置110所要求的降噪特性可具有任意适当的特性,比如宽度、长度、形状或定向。另外,根据降噪装置110所要求的降噪特性,单独的降噪特征112可具有单独的特性,或降噪特征112的各个组可具有相似的特性,或全部降噪特征112可具有相似的特性。
在一些示例性实施例中,如图2和3所示,降噪装置112可包括基板116。这些实施例中的基板116一般可为降噪装置110的安装到转子叶片16上的部分,降噪特征112可由基板116延伸。备选地,降噪特征112可直接安装到安装板110上,并直接从安装板110延伸。
如上所述,降噪装置110可安装到转子叶片16的表面上。因此,本发明还涉及一种用于将降噪装置110安装到转子叶片16的表面上的粘合层120。如下所述,粘合层120可有利地具有用于减小与将降噪装置110安装到转子叶片16上有关的应变的各种特征。如图3和4所示,例如,粘合层120可布置在降噪装置110与转子叶片16之间,并可将降噪装置110粘合到转子叶片16上。粘合层120可布置在降噪特征112或其任意部分之间,和/或布置在基板116或其任意部分与转子叶片16的表面或其任意部分之间。另外,如果中间部件、装置或层布置在转子叶片16与降噪装置110之间,则粘合层120可用于将转子叶片16和/或降噪装置110粘合到中间部件上。
如上所述,根据本发明的粘合层120具有用于减小与将降噪装置110安装到转子叶片16上有关的应变的各种特征。因此,粘合层120可至少部分地吸收来自转子叶片16的应变,并防止该应变传递到降噪装置110。因此,粘合层120大致可由相对柔性和相对韧性的材料形成。在示例性实施例中,粘合层120可大致隔离与转子叶片16有关的应变。通过大致地隔离应变,粘合层120可大致防止转子叶片16的相对相当大的部分的应变通过粘合层120传递到降噪装置110。
在示例性实施例中,例如,粘合层120可以是相对地弹性,并因此可具有相对低的剪切模量(shear modulus)。剪切模量可通过对于风力涡轮机10大致预期的适当的环境条件或环境条件范围来确定。例如,在一些实施例中,粘合层120的剪切模量可大约等于或小于500兆帕。在其他实施例中,粘合层120可具有大约等于或小于300兆帕、大约等于或小于100兆帕、大约等于或小于20兆帕、或者大约等于或小于10兆帕的剪切模量。在其他示例性实施例中,粘合层120可具有大约等于或小于5兆帕或者处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。粘合层120的相对低的剪切模量可有利地使得粘合层120吸收来自转子叶片16的应变,并减小或防止应变通过粘合层120传递至降噪装置110。在一些示例性实施例中,具有例如大约等于或小于5兆帕、或者处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量的粘合层120可被认为“大致地应变隔离”,使得粘合层120大致隔离与转子叶片16有关的应变的相对相当大的部分,如上所述。
但是,应当理解,本发明不限于具有如上所述的剪切模量的粘合层120,而是说,具有适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意剪切模量值的任意粘合层120均在本发明的范围和精神之内。
在一些实施例中,粘合层120可包括环氧树脂(epoxy)。根据这些实施例的粘合层120可为相对地柔性和韧性。例如,粘合层120可包括环氧树脂并具有大约等于或小于300兆帕的剪切模量。但是,应当理解,包括环氧树脂的粘合层120可具有任意适当的剪切模量,比如以上公开的任意适当的范围内的剪切模量。另外,应当理解,适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意环氧树脂、改性环氧树脂或包括环氧树脂的物质均在本发明的范围和精神之内。
在其他实施例中,粘合层120可包括聚氨酯(polyurethane)。根据这些实施例的粘合层120可为相对地柔性和韧性。例如,粘合层120可包括聚氨酯(polyurethane)并具有大约等于或小于20兆帕的剪切模量。但是,应当理解,包括聚氨酯的粘合层120可具有任意适当的剪切模量,比如以上公开的任意适当的范围内的剪切模量。另外,应当理解,适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意聚氨酯、改性聚氨酯或包括聚氨酯的物质均在本发明的范围和精神之内。
在其他实施例中,粘合层120可包括丙烯酸酯(methacrylate),比如甲基丙烯酸酯(methyl methacrylate)。根据这些实施例的粘合层120可为相对地柔性和韧性。例如,粘合层120可包括丙烯酸酯并具有任意适当的剪切模量,比如以上公开的任意适当的范围内的剪切模量。应当理解,适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意丙烯酸酯、改性丙烯酸酯或包括丙烯酸酯的物质均在本发明的范围和精神之内。
仍然在其他示例性实施例中,粘合层120可包括丙烯酸(acrylic)。丙烯酸可以是比如为闭孔丙烯酸泡沫的丙烯酸泡沫(closed cell acrylicfoam)、或者任意丙烯酸固体或非泡沫。根据这些实施例的粘合层120可为相对地柔性和韧性。例如,粘合层120可包括丙烯酸,并具有大约等于或小于5兆帕或者处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。但是,应当理解,包括丙烯酸的粘合层120可具有任意适当的剪切模量,比如以上公开的任意适当的范围内的剪切模量。另外,应当理解,适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意丙烯酸、改性丙烯酸或包括丙烯酸的物质均在本发明的范围和精神之内。
图4示出根据本发明的粘合层120的一个示例性实施例。在该实施例中,粘合层120可包括内层122和多个外层124。内层122布置在相对的外层124之间。
内层122可包括,例如环氧树脂、聚氨酯、丙烯酸酯或丙烯酸。在示例性实施例中,内层122是丙烯酸泡沫。另外,丙烯酸泡沫可为闭孔丙烯酸泡沫。在一些示例性实施例中,内丙烯酸泡沫层122具有大约等于或小于5兆帕、或者处于大约5兆帕和大约0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。因此,在示例性实施例中,包括内丙烯酸泡沫层122的粘合层120可被认为“大致地应变隔离”,使得粘合层120大致隔离与转子叶片16有关的应变的相对的相当大的部分,如上所述。
内层122可限定厚度126。在一些实施例中,比如当内层122是内丙烯酸泡沫层122时,厚度126可处于大约0.1毫米和大约10毫米之间的范围内。备选地,厚度126可处于大约0.3毫米和大约10毫米之间的范围内、或处于大约0.3毫米到大约3毫米之间的范围内、或处于大约0.5毫米和大约10毫米之间的范围内、或处于大约0.5毫米和大约3毫米之间的范围内、或处于大约0.6毫米和大约3毫米之间的范围内、或者处于大约0.6毫米和大约1毫米之间的范围内。但是,应当理解,本发明不限于带有具有某些厚度126的内层122的粘合层120,而是说,适于吸收来自转子叶片16的应变并减小或防止应变通过粘合层120传递到降噪装置110的任意厚度的内层和粘合层均在本发明的范围和精神之内。
外层124可大致构造成将降噪装置110安装到转子叶片16上。在示例性实施例中,外层124包括胶粘剂并是外胶粘层124。例如,在一些示例性实施例中,外层124可包括丙烯酸胶粘剂。但是,应当理解,外层124不限于丙烯酸胶粘剂,而是说,任意适当的胶粘剂均在本发明的范围和精神之内。胶粘剂大致设置在外层124的外表面上,以例如粘附至降噪装置110和/或转子叶片16。内层122可大致涂敷到外层124的内表面上以形成粘合层120。
本说明书利用包括最佳实施方式的示例以公开本发明,并且还使得本领域技术人员能够实践本发明,包括制造和利用任意装置或系统以及执行所包含的任何方法。本发明的可获得专利的范围由权利要求限定,并可包括本领域技术人员想得到的其他示例。如果这些其他示例包括与权利要求的文字语言没有区别的结构元件或者包括与权利要求的文字语言无实质性区别的等同结构元件,则期望这些其他示例落入权利要求的范围内。

Claims (15)

1.一种用于风力涡轮机(10)的转子叶片组件(100),包括:
一个转子叶片(16),所述转子叶片(16)具有限定压力侧(22)、吸力侧(24)、前缘(26)和后缘(28)的表面,并且在尖端(32)与根部(34)之间延伸;
一个降噪装置(110),所述降噪装置(110)安装到所述转子叶片(16)的表面上,所述降噪装置(110)包括多个降噪特征(112);以及,
一个粘合层(120),所述粘合层(120)设置在所述降噪装置(110)与所述转子叶片(16)之间,用于将所述降噪装置(110)粘合到所述转子叶片(16)上,所述粘合层(120)具有等于或小于500兆帕的剪切模量。
2.如权利要求1所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)具有等于或小于20兆帕的剪切模量。
3.如权利要求1所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)具有等于或小于5兆帕的剪切模量。
4.如权利要求1所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)构造成大致隔离与所述转子叶片(16)有关的应变。
5.如权利要求1-4中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)包括环氧树脂、聚氯酯、丙烯酸酯和丙烯酸中的至少一种。
6.如权利要求1所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)包括设置在相对的外胶粘层(124)之间的内丙烯酸泡沫层(122),并且所述内丙烯酸泡沫层(122)具有等于或小于5兆帕的剪切模量。
7.如权利要求6所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)包括闭孔丙烯酸泡沫。
8.如权利要求6-7中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)具有处于0.1毫米和10毫米之间的范围内的厚度(126)。
9.如权利要求6-7中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)具有处于5兆帕和0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。
10.一种用于风力涡轮机(10)的转子叶片组件(100),包括:
一个转子叶片(16),所述转子叶片(16)具有限定压力侧(22)、吸力侧(24)、前缘(26)和后缘(28)的表面,并且在尖端(32)与根部(34)之间延伸;
一个降噪装置(110),所述降噪装置(110)安装到所述转子叶片(16)的表面上,所述降噪装置(110)包括多个降噪特征(112);以及,
一个粘合层(120),所述粘合层(120)设置在所述降噪装置(110)与所述转子叶片(16)之间,用于将所述降噪装置(110)粘合到所述转子叶片(16)上,所述粘合层(120)包括一个设置在相对的外胶粘层(124)之间的内丙烯酸泡沫层(122),所述粘合层(120)具有等于或小于500兆帕的剪切模量。
11.如权利要求10所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述粘合层(120)构造成大致隔离与所述转子叶片(16)有关的应变。
12.如权利要求10-11中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)包括闭孔丙烯酸泡沫。
13.如权利要求10-11中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)具有处于0.1毫米和10毫米之间的范围内的厚度(126)。
14.如权利要求10-11中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)具有等于或小于5兆帕的剪切模量。
15.如权利要求10-11中的任一项所述的转子叶片组件(100),其特征在于,所述内丙烯酸泡沫层(122)具有处于5兆帕和0.1兆帕之间的范围内的剪切模量。
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