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[噪声治理] 猫头鹰翅膀给风电机组降噪带来的启发

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发表于 2017-12-28 10:10 | 显示全部楼层 |阅读模式

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  近年来风电场开发逐步拓展到人口密度较大的区域,由于风电场靠近居民区,不可避免地会对当地居民产生噪声辐射影响。一面是绿色可再生能源的高速蓬勃发展,一面是噪声辐射影响,如何攻破噪音难题,实现风电产业的和谐发展,成为摆在风电整机厂商面前的难题。

  风电机组噪音形成原因
  风力发电机组噪声源有桨叶噪声及舱内噪声,舱内噪声包括齿轮箱噪声、发电机噪声、偏航系统噪声等(见图1)。由于齿轮箱、发电机等噪声源位于机舱罩内,机舱罩具很强的隔声吸声性能,而桨叶完全暴露在空气中,所以对风电场居民的噪声干扰,桨叶噪声占据主导。
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  图1 风电机组噪声源示意图

  风轮在旋转过程中,桨叶与空气产生较大的相对速度,叶尖线速度约80m/s,空气从桨叶的前缘流向后缘,受桨叶弦长、桨矩角、相对风速、大气压等因素的影响,桨叶后缘附近产生不同尺度、不同强度的涡流(见图2),这是桨叶噪声的根本来源。不同尺度涡流的存在导致桨叶扫风噪声呈宽频特性,涡流的强度则决定了噪声的强度。
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  图2 桨叶尾流示意图

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  图3 桨叶扫风噪声1/3倍频谱

  桨叶降噪技术研究与应用
  仿真分析发现桨叶扫风噪声主要来源于桨叶尾缘,而模仿猫头鹰翅膀的锯齿尾缘可以有效的降低气动噪声,锯齿尾缘可产生反向涡流,改变桨叶后缘的尾迹涡的脱落位置及尺度,抑制脱落涡的扰动,进而减少桨叶后缘附近的非定常压力脉动和尾迹涡引起的气动噪声。
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  图4 锯齿结构风洞试验

  图5为对某风电场的1.5MW机组进行了批量降噪优化,按照《IEC61400-11 Acoustic noise measurement techniques》进行了技改前后噪声测试。测试结果表明:降噪锯齿条可有效降低风力发电机组噪声,不同风速下的A计权声功率级降低1.7~3.2dB,同时噪声脉动 (AM) 降低约1dB (A),极大地降低了风力发电机组对附近居民的噪声影响强度和烦恼程度。
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  图5 尾缘锯齿结构

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  图6 锯齿条降噪效果

  可控噪声运行模式研究与应用
  研究表明,桨叶旋转噪声与转速的5次方成正比,故降低风轮转速可有效降低风电机组噪声。通过研究和仿真,我们开发了可控噪声运行模式控制系统,每个运行模式设置一个额定转速,可根据不同时间、不同季节、不同地域的政策要求和噪声限值要求实现噪声的主动控制,同时优化桨矩角控制策略,最大限度降低发电功率的损失。
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  图7 降噪模式转速控制示意图

  来源:运达风电公众号(ID:yundafengdian)
  原题:来看看猫头鹰的翅膀给了运达技术人员什么启发?

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发表于 2018-1-30 16:09 | 显示全部楼层
很有意思,理论结合实践,还有仿生
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