风电叶片降噪研究-论文.pdf

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1、玻璃钢2014年第2期风电叶片降噪研究李海涛，张锦南，郭辉，赵大文2(1．上海玻璃钢研究院有限公司，上海201404；2．上海电气风电设备有限公司，上海200241)摘要本文概述了国内外叶片降噪的相关专利和标准，分析了风电叶片的结构振动与空气动力噪声源特点及其控制技术，并论述了几种降噪措施和方法，为开发设计低噪声叶片提供参考。关键词：风电叶片；结构振动；空气动力；降噪措施0引言风能作为解决常规能源告急和全球生态环境恶化问题的一种清洁可再生能源，已成为各国能源工业关注和发展的热点。风能的利用能减少化石能源的消耗，间接减轻了大气污染和水污染，但处理不当则会增加噪声污染n】。随

2、着我国风电装机容量和国产化程度的不断扩大，风电机组的噪声问题逐渐显现出来，干扰人们的工作和生活。因此，风电机组的噪声控制非常必要，如果不认真研究解决，可能会成为制约我国风电产业发展的一个障碍。本文首先对风机叶片降噪相关的国内外专利和研究标准进行简单分析，然后对风电机组的重要部件叶片进行噪声机理和控制技术分析，并从叶片设计方面阐述若干种可行的降噪措施和方法。1叶片降噪专利简析和相关标准在风机噪声研究领域，国外起步较早。目前国外几大风电巨头已申报了大量专利。表1列举最近几年关于叶片降噪的部分美国专利。从表中可以看出专利申请人涵盖了全球几大风电巨头。专利涉及的发明内容多以通过附

3、加的组件改变叶片涡流，进而达到降噪的目的。．8．表1涉及叶片降噪的部分美国专利表2汇总了在国内申报的大型风机叶片降噪的发明专利(由于检索的局限性，有可能未能涵盖全部专利)o从表中可以看出，这些专利申请时间均较晚，除一项已获授权外，其余均未授权。从专利申请人看，尚无国内风电龙头的身影。8项专利中有7项与后缘锯齿有关，显示这一领域的研究比较深入，业内对其降噪效果也比较乐观。表3列出了研究风机噪声的常用标准，供参考。表2国内叶片降噪的发明专利·9·表3风机噪声的相关标准2噪声分析风力发电机组在工作过程中受到风及机械部件激励作用(机舱内部的电机、齿轮箱、轴承等主要机械部件在运转过

4、程中相互碰撞摩擦产生振动)会产生较大的噪声。风电叶片的噪声源主要为风轮叶片旋转时引起叶片结构振动噪声和空气动力噪声】。2．1结构振动噪声叶片结构振动噪声是叶片与空气产生摩擦或冲击及旋转过程中作用在叶片上的重力等因素，引起叶片在摆振和挥舞方向发生弯曲、扭转及弯扭组合振动的噪音。2．2空气动力噪声叶片空气动力噪声是由于气体非稳定流动，即气流的扰动，气体与气体及气体与物体相互作用而产生的噪声，按产生机理可分为旋转噪声(气压脉动)和涡流噪声(紊流噪声)。(1)旋转噪声是叶片旋转时不断击打空气，引起周围气体的压力脉动造成气流很大的不均匀性，从而向周围辐射噪声。(2)涡流噪声又称为紊

5、流噪声。它主要是气流流经叶片界面产生分裂时，形成附面层及漩涡分裂脱离从而引起的一种非稳定流动噪声。3叶片降噪技术工程噪声的控制一般从三个角度考虑：一是从减少噪声声源着手；二是从噪声的传播途径着手，进行隔声处理和吸声处理，降低噪声；三是从噪声接收者着手，对其进行保护。叶片振动噪声和空气动力噪声的产生与风轮叶片相关，随着风电行业的发展和大型兆瓦级叶片的应用，这部分噪音变成一个El益重要的CTQ(关键质量特性)，制约着叶片设计的效率和产量引。因此，从叶片方面想办法降噪有很大的研究和应用前景，主要从叶片的外形、翼型、结构及材料等方面进行研究和设计可行的措施来降低噪声。10．图8安

6、装在叶片上的襟翼3．4阻尼减震降噪阻尼减振降噪技术是利用阻尼材料的特性以及阻尼结构的合理设计，耗散结构件的振动能量，来达到减振降噪的目的。阻尼减振技术近年来在新材料的研制以及应用技术方面得到了迅速的发展，尤其在航空航天、汽车家电、仪器仪表、建筑业等领域有着广泛的应用[6】。现在的叶片大多采用空腹薄壁结构，可以在振动比较厉害的叶片中后端到叶尖部分的壳体内部进行部分和全部的自由阻尼处理，比如填充贴附阻尼材料，通过振动波与阻尼材料或阻尼结构的相互作用消耗能量，使叶片振动衰减，降低噪声。3．5改变叶片外形弦长设计降噪在一款叶片设计中，在不影响其他性能的前提下，可适当降低叶根段的弦

7、长。另一方面，风轮产生的噪音往往随叶尖弦的增加而提高，为降低噪音，也可适度降低叶尖弦长。为了保证风轮的功率不下降，适度加大叶片从中部到中后部区域，主要是0．5到0．8的叶片长度的弦长。3．6采用先进翼型叶片降噪现代风机叶片采用的大多是由美国宇航局的NACA系列翼型族。针对风力机展向各处对翼型设计的不同要求，基于翼型气动性能及噪声预测理论，以多攻角范围内翼型最大风能利用系数为设计目标，各国相继开发风力机专用翼型。比如，荷兰的Du系列翼型，丹麦的RistI)-AI、RisO-P、RisO-B1翼型，瑞典航空研究院FFA．W1、W2