风力发电机气动噪声测量分析方法.pdf

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1、１２４２化工自动化及仪表第４２卷风力发电机气动噪声测量分析方法１２１刘燕薛宇岳巍澎（１．华北电力大学能源动力与机械工程学院，北京１０２２０６；２．中国大唐集团科学技术研究院，北京１０２２０６）摘要研究了风力发电机气动调幅噪声的测量技术、数值计算方法及其内在关联，提出了一种气动噪声测量、分析和预测方法。将测量噪声信号高通滤波后求解瞬时ｄＢＣ值，并进行傅里叶变换求取调幅噪声幅值和叶片通过频率。将实测数据与模拟数据对比分析，发现数据有很好的关联。通过研究进一步加深了对气动噪声产生机理的认识，同时为将来气动噪声测量分析标准的建立提供依据。关键词气动噪声

2、调幅噪声风力发电机测量分析中图分类号ＴＨ８９文献标识码Ａ文章编号１０００-３９３２（２０１５）１１-１２４２-０５①噪声可分为气动噪声、机械噪声和电磁噪1测量方法［１，２］声。风力发电机的噪声属于气动噪声，是由1．1测量位置叶片周围的空气流动造成的。气动噪声通常可分定义下风向测量位置为标准位置，两个调幅［３］为低频噪声和调幅噪声。其中低频噪声人耳听噪声测量位置分别位于风机前端的上风向±４５°不见，身体却能感觉到，会导致头晕、恶心及眩晕处，如图１所示。高频麦克风安装于风机上风向［４］等症状。调幅噪声处于人耳可听到的频率范围４５°（误差不大于１５°

3、），并距离风机中心１２５ｍ的内，因而会导致风机或风场周围的居民睡眠困难。两个测点，用于测量叶片的气动调幅噪声。第三［５］现有的风机噪声标准ＩＥＣ６１４００-１１，用声个测点是风机下风向１２５ｍ处，用于测量风机的功率来进行噪声的量化分析，对具有很强时域特声功率。征的调幅噪声不能很好地表征。调幅噪声，是风力发电机特有的一种噪声，又称为嗖嗖噪声，因其很强的时域特性，又在人耳可听范围之内，致使风电场周围处在噪声传播范围之内的居民产生睡眠［６］及相关精神健康等一系列问题。目前，在国外它已也成为影响风力发电机安装的主要因素之一。因此，这种特殊风场的气动噪声

4、问题亟待解决。风力发电机的调幅噪声因其时域特性，使得图１风力发电机气动噪声近场区测点分布其测量、分析方法与常规噪声不同，同时其包络线各测点至风机中心的水平距离的计算公式是叶片通过频率，所以它给人“低频”噪声的印［５］为：象。因此，有必要针对风力发电机叶片的气动噪DR０＝H＋（１）２声构建一套标准的测试流程和测试技术，以规范式中D———叶轮直径；风力发电机叶片气动噪声的测量与记录方法。H———叶轮中心到地面的垂直距离。ＬｕｎｄｍａｒｋＧ提出了一种测量调幅噪声的新方［７］1．2测量方法法，笔者结合这种方法测量调幅噪声，对结果分［８，９］国外对风力发

5、电机叶轮气动声学、叶轮析，同时基于测量模型对风力发电机进行声学模拟，并与测量结果关联对比分析。①收稿日期：２０１５-０９-０８（修改稿）第１１期刘燕等．风力发电机气动噪声测量分析方法１２４３［１０，１１］［７，１２］［１３］气动噪声、调幅噪声和转动噪声进行５０ｍｓ基准时间内最大幅值与平均最小值之差。［７］了相应的理论和数值研究。ＬｕｎｄｍａｒｋＧ定义了为了更有效地测量风力发电机的调幅噪声，衡量和量化调幅噪声的方法，即以１０ｍｉｎ为测量结合ＬｕｎｄｍａｒｋＧ的分析方法，笔者提出了新的方区间，记录大于５ｄＢ（Ａ）的观测振幅。振幅为法，测量和分离调幅

6、噪声，如图２所示。图２风力发电机调幅噪声测量和数据分析流程风力发电机调幅噪声测量和数据分析方法分以下几步：a．在风力发电机前端的上风向±４５°处测量并记录风力发电机的时域声压值；b．将测得的声压信号经过高通滤波器处理得到调频噪声，对测量数据频谱分析选取合适的截止频率，本风力发电机高通滤波器的截止频率为２００Ｈｚ；c．将调频噪声信号通过ｄＢ计算获得即时图３风力发电机气动噪声模拟方法ｔ流程噪声强度水平；降低风力发电机噪声最有效的方法是在设计d．通过ＦＦＴ获得调频噪声幅值和叶片通过阶段就考虑降低噪声。有必要整合风力发电机模频率。拟分析与噪声实测数据，

7、开发气动噪声预测方法。1．3气动声学模拟方法开发的方法和工具同时可以用于风力发电机的优现代大型风力发电机在需要高效率的同时也化设计。风力发电机的模拟分析基于风力发电机应降低噪声。风力发电机的噪声源与风轮空气动和风场模型，包括风力发电机的模拟、风场的流动力性能和叶片气动弹性变形具有强耦合关系。因模拟、翼型、风力发电机和风场的声学计算。计算此，需要研究风力发电机气动性能和噪声产生的得到的翼型、叶轮的时域和频域噪声信号，要与风机理，数值模拟能够发挥作用，同时可以与翼型、洞测试数据和现场测量数据验证关联。风力发电机的风洞数据和现场测试数据对比、验风力发

8、电机气动声学模拟方法为：证。图３为风力发电机气动噪声模拟原理。１２４４化工自动化及仪表第４２卷a．理论计算得到叶片截面的入流角，ＣＦＤ力发电机进行测量