侯 熠

(內蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院 內蒙古呼和浩特 010051)

風力機近尾跡輻射噪聲NAH測量

侯 熠

(內蒙古工業(yè)大學能源與動力工程學院 內蒙古呼和浩特 010051)

風電機組的主要噪聲集中體現(xiàn)在葉片的氣動噪聲上，機艙的機械噪聲己經(jīng)得到了很好的控制。而目前對福射噪聲傳播機理不明確，其中一個重要的方法就是直接對噪聲進行采集分析。此次試驗是在直流式風洞中進行對旋轉風力機近尾跡的輻射噪聲定位測試研究，測量了不同風速不同尖速比的輻射噪聲，建立了聲壓級與頻率的對應關系。試驗結果表明隨著風速增大葉片旋轉基頻增大，對應的聲壓級增大；試驗工況不同，聲源位置在葉片不發(fā)生變化在葉片的0.72處且不發(fā)生改變。試驗通過現(xiàn)場風機運轉狀況，進行實時數(shù)據(jù)采集分析近尾跡輻射設噪聲，對噪聲控制分析具有一定的價值意義。

氣動噪聲 近尾跡 旋轉葉片 尖速比 聲壓級

引言

隨著新能源的提倡發(fā)展，越來越多的人關注可再生能源的應用。即使在發(fā)達國家，風能作為一種髙效清潔的新能源也日益受到重視。風力機的使用給偏遠地區(qū)帶來許多方便，同時也能緩解因為火力發(fā)電帶來的資源浪費。但風電機組的噪聲影響也日益增大，給附近居民和生態(tài)環(huán)境帶來了不便。所以針對風力機的降噪處理逐漸成為了人們關心的熱點，確定旋轉風輪的噪聲源位置能對設計改進葉片及降噪起到一定指導意義。[1]

風力機噪聲研究過程歷經(jīng)多年的發(fā)展，特別是近年來的迅速發(fā)展，已在模擬計算和試驗測試等方面有了長足的進步，但這些研究成果與人們的預期仍存在一定的距離。結合目前測試技術的發(fā)展，對風力機輻射噪聲指向性、頻帶分布、能量以及傳播規(guī)律等研究仍有待深入。隨著人們環(huán)境保護意識逐漸增強，對風力機氣動噪聲的研究變得越來越重要，而且，為設計低噪風力機提供實驗數(shù)據(jù)和技術支持也亟待發(fā)展建立。[2]

一、試驗設備及試驗方法

試驗用到的設備是丹麥B&K公司的聲陣列(直徑為0.78m，頻率范圍(10～20000Hz)滿足測試需求，且配合60個傳聲器采集數(shù)據(jù))及B&K公司數(shù)據(jù)采集前端及 LAN-XI 機箱前端；試驗用的風洞為內蒙古工業(yè)大學風能太陽能利用技術省部共建教育部重點實驗室。

圖1 數(shù)據(jù)采集前端及LAN-XI機箱前端

試驗按照GB/T 6882-2008《聲學聲壓法測定噪聲源功率級》標準，在風力機旋轉平面下游進行位置點三維區(qū)域劃分，以風輪旋轉平面為準，聲陣列布置在后面20cm位置處測試。實驗開始先利用熱敏風速儀標定風速，待風速穩(wěn)定進行試驗數(shù)據(jù)采集。由于實驗過程中傳聲器接受所有的聲音，為了提高聲音采樣測量精度，克服環(huán)境因素對測量結果的影響，因此測量下應避免由于環(huán)境等因素的干擾，獲得可靠的測量數(shù)據(jù)，首先對背景噪聲進行測量；本次試驗工況為風速為6-7m/s，尖速比為4.5，5；試驗中對測量數(shù)據(jù)多次采集，每次采集時間為1s，目的是為了減小試驗中產生的誤差。[3]

二、實驗結果分析

以風速為7m/s尖速比分別為4.5和5為例，待風速穩(wěn)定后進行數(shù)據(jù)采集，采集后數(shù)據(jù)分析如圖2：

由圖可以清楚看出，噪聲源的位置并沒有隨風速與尖速比改變而改變，即葉片的0.72處為最大的噪聲源點。[4]

此外試驗過程中的風輪旋轉基頻以及對應聲壓級和頻率變化如表1所示：

圖2 v=7m/s λ=4.5、5以及6m/sλ=4.5

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試驗結果說明隨著風速增大，聲壓級是逐漸增大的，旋轉基頻也同樣是逐漸增大的；相同風速下尖速比增大，對應的葉片旋轉基頻與聲壓級是增大的。

結語

通過試驗的方法對運行中的風力機進行近尾跡輻射噪聲的聲源定位測量，我們可以得出以下結論：

1.排除環(huán)境噪聲后發(fā)現(xiàn)，風力機近尾跡輻射噪聲主要由葉片旋轉基頻及其諧波構成的離散噪聲組成，且該離散噪聲中由葉片離散的旋轉噪聲為主導噪聲。聲源位置是該葉片0.72處，且不隨工況改變發(fā)生位置改變。[5]

2.風力機近尾跡輻射噪聲主要以低頻噪聲為主且能量隨頻率成衰減趨勢，隨著風速尖速比增大聲壓級也成增大趨勢，風輪的旋轉基頻增大。

3.從試驗角度分析噪聲源位置，有利于針對該位置范圍作降噪設計，同時氣動噪聲的測量也是衡量葉片好壞的重要的參數(shù)之一，為開展對水平軸風力機近尾跡聲場研究工作積累了經(jīng)驗。

[1]Catherine D.de Groot- Hedlin.Atmospheric Varia-bility and Infrasound Monitoring[M].USA： Springer，010： 470-502.

[2]Chong T P，Joseph P E，Gruber M.Airfoil self-noise reduction by non-flat plate type trailing edge serrations[J].Applied Acoustics，2013，74( 4) ： 607-613.

[3]司海青，同光.風力機噪聲的預測方法研究[J].空氣動力學學報，2011，9(6)：801—804.

[4]汪建文，楊，志鷹，雪青等.小型風力機風輪葉尖近尾跡區(qū)域噪聲輻射測試與分析[J].沈陽工業(yè)大學學報.2010，2(1)：27-31.

[5]吳九匯.噪聲分析與控制[M].中國：西安交通大學出版社,2011.16-17.

[6]汪建文，代元軍，趙宏宇等.葉尖小翼對 S 參考翼型風力機葉尖尾跡區(qū)域噪聲影響的實驗研究[A].中國工程熱物理學會學術會議論文[C].2012.