代元軍, 賀 凱, 李保華, 翟明成

(1.上海電機(jī)學(xué)院機(jī)械學(xué)院， 上海 201306； 2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院， 烏魯木齊 830052；3.新疆工程學(xué)院能源高效利用技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 烏魯木齊 830091)

風(fēng)力機(jī)作為使用風(fēng)能的主要設(shè)備，承載著能源轉(zhuǎn)型與保護(hù)環(huán)境的使命。但風(fēng)力機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的氣動(dòng)噪聲一直困擾著人們，風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)噪聲會(huì)影響人們的睡眠與生活質(zhì)量，且有研究表明長(zhǎng)期處于風(fēng)力機(jī)噪聲環(huán)境下的人更容易患高血壓等疾病[1]，所以對(duì)于風(fēng)力機(jī)的降噪研究逐漸成為研究人員的研究熱點(diǎn)。岳巍澎等[2]研究了一種應(yīng)用于風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)調(diào)幅噪聲測(cè)量與分析的新方法；王松嶺等[3]研究了脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)對(duì)翼型遠(yuǎn)場(chǎng)噪聲的影響；高志鷹等[4]探究了S形葉尖小翼對(duì)風(fēng)力機(jī)噪聲的影響；代元軍等[5]探究了V形葉尖結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)噪聲的影響；Sandberg等[6]利用DNS法對(duì)傳統(tǒng)尾緣噪聲之外的噪聲源進(jìn)行定位分析；Moreau等[7]探究了低至中雷諾數(shù)情況下后緣鋸齒風(fēng)力機(jī)葉片的降噪能力；Clark等[8]基于貓頭鷹翅膀設(shè)計(jì)了一種可控制后緣噪聲的葉片；Kim等[9]運(yùn)用半經(jīng)驗(yàn)公式結(jié)合數(shù)值模擬分析了葉片柔性對(duì)風(fēng)輪氣動(dòng)噪聲的影響；Maizi等[10]研究了葉尖形狀對(duì)水平軸風(fēng)力機(jī)噪聲的影響。

中外研究人員對(duì)于風(fēng)力機(jī)噪聲的研究較多，且取得一定成果。但從風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)角度開(kāi)發(fā)不同葉尖結(jié)構(gòu)葉片對(duì)氣動(dòng)噪聲影響的研究正處于起步階段。所以現(xiàn)提出一種用于小型風(fēng)力機(jī)的雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)方案，來(lái)探究改型設(shè)計(jì)后葉片的氣動(dòng)噪聲特性，為風(fēng)力機(jī)的降噪研究提供一種新思路。

1 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

為探究雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響，首先需保證改型設(shè)計(jì)后風(fēng)力機(jī)的輸出功率不低于未改型風(fēng)力機(jī)，再進(jìn)行氣動(dòng)噪聲的評(píng)價(jià)。所以共進(jìn)行兩項(xiàng)試驗(yàn)，分別是風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試與氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)。

1.1 風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試方案設(shè)計(jì)

1.1.1 被測(cè)對(duì)象

試驗(yàn)采用100 W小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，風(fēng)輪葉片數(shù)為三葉片，額定轉(zhuǎn)速為625 r/min，額定風(fēng)速為8 m/s，葉片參數(shù)如表1所示，葉片三維圖如圖1所示。

圖1 葉片三維圖Fig.1 Three-dimensional map of blade

表1 被測(cè)葉片參數(shù)Table 1 Parameters of measured blade

風(fēng)力機(jī)的運(yùn)行過(guò)程類似于飛機(jī)和鳥(niǎo)類，通過(guò)吸力面與壓力面產(chǎn)生的壓強(qiáng)差提供升力，升力推動(dòng)風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)而發(fā)電，所以可通過(guò)對(duì)飛機(jī)或是鳥(niǎo)類的仿形法來(lái)改型設(shè)計(jì)葉片。由于風(fēng)力機(jī)葉片的葉尖是聲壓級(jí)變化最劇烈的地方[11]，故改型設(shè)計(jì)主要集中在葉尖位置。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)改型設(shè)計(jì)思路來(lái)源于波音客機(jī)的雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)飛機(jī)機(jī)翼，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)飛機(jī)機(jī)翼可削減翼尖渦強(qiáng)度，增強(qiáng)機(jī)翼的氣動(dòng)性能[12]。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)包括葉尖夾角θ，葉尖長(zhǎng)度a和葉尖寬度h，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)如圖2所示，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)尺寸如表2所示。

圖2 雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)Fig.2 Double fork blade tip structure

表2 雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)尺寸Table 2 Dimensions of double fork blade tip structure

1.1.2 試驗(yàn)設(shè)備

風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試在風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，試驗(yàn)風(fēng)洞為直流低速風(fēng)洞，型號(hào)為DZS-1400×1400/2000×2000-Ι型，開(kāi)口段最大風(fēng)速為15 m/s，開(kāi)口段尺寸為3 m×3 m，功率分析儀采用FLUKE NORMA 4000CN型，電子負(fù)載儀采用愛(ài)德克斯IT8512A+型，試驗(yàn)設(shè)備如圖3所示。

圖3 風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試試驗(yàn)設(shè)備Fig.3 Wind turbine external characteristics test equipment

1.1.3 試驗(yàn)方法

風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試按照GB/T 19068.3—2003《離網(wǎng)型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組 第3部分：風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。將風(fēng)力機(jī)定位安裝于距風(fēng)洞開(kāi)口段0.5 m處，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心與風(fēng)洞開(kāi)口段中心在一條直線上，同時(shí)采用固定尾舵的方式來(lái)減少尾流對(duì)試驗(yàn)的干擾。然后將風(fēng)力機(jī)接入功率分析儀，其次通過(guò)整流器將風(fēng)力機(jī)的三相電變成兩相電，用兩相電接入電子負(fù)載儀。進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)接入一定的負(fù)載保證風(fēng)力機(jī)的安全運(yùn)行，調(diào)節(jié)風(fēng)洞產(chǎn)生3～11 m/s的風(fēng)速，在此風(fēng)速下測(cè)出風(fēng)力機(jī)的輸出功率。

1.2 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

被測(cè)對(duì)象、直流低速風(fēng)洞與風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試保持一致，聲傳感器采用BSWA公司的MPA416型，并由7個(gè)聲傳感器組成聲陣列測(cè)試系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由BK 3053-B-12/0型12通道數(shù)據(jù)采集前端與BK 3660-C-100型5模塊無(wú)線LAN機(jī)箱組成。試驗(yàn)通過(guò)接入BK 2981型激光測(cè)速探頭來(lái)獲得風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，為實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)所需的工況，接入電子負(fù)載儀來(lái)調(diào)節(jié)風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，電子負(fù)載儀與風(fēng)力機(jī)外特性測(cè)試一致，試驗(yàn)軟件為BK Connect，試驗(yàn)設(shè)備如圖4所示。

圖4 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)設(shè)備Fig.4 Wind turbine aerodynamic noise test equipment

1.2.2 試驗(yàn)方法

風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)按照GB/T 6882—2008《聲學(xué)聲壓法測(cè)定噪聲源聲功率級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。為全面探究不同葉尖夾角的雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)對(duì)風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲的影響，擬采用聲陣列法分別測(cè)試多種工況下未改型風(fēng)力機(jī)與雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)噪聲，調(diào)節(jié)風(fēng)洞以一定的風(fēng)速工作，風(fēng)輪受氣動(dòng)載荷作用而旋轉(zhuǎn)時(shí)，用聲陣列測(cè)試系統(tǒng)采集風(fēng)力機(jī)的原始噪聲數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)處理結(jié)合頻譜分析法，即可得到風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)。

1.2.3 測(cè)點(diǎn)布置

風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)的測(cè)點(diǎn)布置如圖5所示，因?yàn)轱L(fēng)力機(jī)葉片的葉尖是噪聲聲壓級(jí)最大的地方，所以噪聲測(cè)點(diǎn)主要布置在風(fēng)輪的葉尖處，共布置7個(gè)聲傳感器，沿風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)中心向風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面徑向方向向外水平移動(dòng)30 cm處設(shè)置為原點(diǎn)O，規(guī)定以原點(diǎn)O為起點(diǎn)，平行于來(lái)流方向?yàn)閄軸，水平向左為Y軸。測(cè)點(diǎn)距離風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)平面為20 cm，測(cè)點(diǎn)7距離X軸為10 cm，每個(gè)測(cè)點(diǎn)間隔10 cm。

圖5 風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置Fig.5 Arrangement of measurement points for aerodynamic noise test of wind turbine

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 輸出功率分析

如圖6所示為風(fēng)力機(jī)在3～11 m/s時(shí)的風(fēng)速-輸出功率特性曲線，風(fēng)力機(jī)的輸出功率隨著風(fēng)速的增大而升高。在風(fēng)速3～9 m/s的低風(fēng)速與中風(fēng)速段，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)的輸出功率大于未改型風(fēng)力機(jī)，在風(fēng)速9～11 m/s的高風(fēng)速段，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)輸出功率與未改型風(fēng)力機(jī)相比規(guī)律性不明顯。

圖6 風(fēng)速-輸出功率特性曲線Fig.6 Wind speed-output power characteristic curve

未改型風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)速8 m/s時(shí)輸出功率為105.39 W，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)速8 m/s時(shí)輸出功率為110.23 W，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-2風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)速8 m/s時(shí)輸出功率為113.42 W，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)力機(jī)在額定風(fēng)速8 m/s時(shí)輸出功率為114.78 W，都達(dá)到設(shè)計(jì)要求。通過(guò)對(duì)比分析可知，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)力機(jī)的輸出功率較未改型風(fēng)力機(jī)提高4.59%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-2風(fēng)力機(jī)提高7.62%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)力機(jī)提高8.91%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)力機(jī)的輸出功率最佳。

2.2 氣動(dòng)噪聲分析

2.2.1 背景噪聲

在測(cè)試風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲前，先測(cè)試了風(fēng)洞背景噪聲，得到來(lái)流風(fēng)速為6、7、8、9 m/s時(shí)，風(fēng)洞背景噪聲的特征頻率分別落在272、313.6、355.2、398.4 Hz及其倍數(shù)上，由于特征頻率距離風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻以及葉尖渦脫落頻率較遠(yuǎn)，故背景噪聲對(duì)本實(shí)驗(yàn)所關(guān)注的風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻和葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲測(cè)試影響可以不予考慮，如圖7所示來(lái)流風(fēng)速為8 m/s的背景噪聲頻譜圖。

圖7 風(fēng)速8 m/s時(shí)背景噪聲頻譜圖Fig.7 Background noise spectrogram with wind speed 8 m/s

2.2.2 離心力載荷不變，氣動(dòng)載荷規(guī)律增大

為實(shí)現(xiàn)離心力載荷不變，氣動(dòng)載荷規(guī)律增大工況，需調(diào)節(jié)電子負(fù)載儀，使風(fēng)洞風(fēng)速規(guī)律增大時(shí)，保持風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速始終為額定轉(zhuǎn)速。風(fēng)洞風(fēng)速規(guī)律增大即氣動(dòng)載荷規(guī)律增大，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不變即離心力載荷不變。風(fēng)速取6、7、8、9 m/s，轉(zhuǎn)速取額定轉(zhuǎn)速625 r/min。氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)以葉尖部位的4號(hào)噪聲測(cè)點(diǎn)為例，如圖8所示為額定工況下4號(hào)測(cè)點(diǎn)的噪聲頻譜圖。

圖8 額定工況下4號(hào)噪聲測(cè)點(diǎn)頻譜圖Fig.8 Spectrogram of No. 4 noise measuring point under rated operating conditions

如圖9所示，氣動(dòng)載荷持續(xù)增大時(shí)，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)基本保持不變，背景噪聲持續(xù)增大。通過(guò)與未改型風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)對(duì)比，可知在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻為30 Hz時(shí)，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)降低3.62%、3.61%、3.59%、3.62%，雙叉結(jié)構(gòu)-2風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)分別降低5.68%、5.95%、5.71%、5.56%，雙叉結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)分別降低8.41%、8.26%、8.56%、8.49%。按照理論分析，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不變，旋轉(zhuǎn)基頻不變，其所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)也不變，但數(shù)據(jù)存在微小變化的原因是試驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中風(fēng)輪轉(zhuǎn)速存在一定范圍波動(dòng)。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可以降低風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪降噪效果最好，同時(shí)隨著葉尖夾角的增大，風(fēng)輪降噪效果變好。

圖9 氣動(dòng)載荷規(guī)律增大旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)最大聲壓級(jí)Fig.9 Maximum sound pressure level corresponding to rotating fundamental frequency with increasing aerodynamic load

如圖10所示，氣動(dòng)載荷持續(xù)增大時(shí)，風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)基本保持不變。通過(guò)與未改型風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)對(duì)比，可知在風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率為200.03 Hz時(shí)，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低5.91%、5.78%、5.67%、5.69%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-2風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低7.91%、7.67%、7.59%、7.65%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低10.34%、10.03%、9.94%、9.96%。風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率計(jì)算公式[13]為

圖10 氣動(dòng)載荷規(guī)律增大葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)Fig.10 Sound pressure level corresponding to blade tip vortex shedding frequency with increasing aerodynamic load

(1)

式(1)中：Sr為斯特羅哈數(shù)；D為葉尖分離尾跡寬度，m；v分離處邊界流速，m/s。

按照理論分析，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速不變，葉尖渦脫落頻率不變，其所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)不變，但是數(shù)據(jù)存在微小變化的原因是實(shí)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中風(fēng)輪轉(zhuǎn)速存在一定范圍波動(dòng)。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可以降低葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪降噪效果最好，規(guī)律性與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲變化一致。

通過(guò)以上在離心力載荷不變，氣動(dòng)載荷規(guī)律增大情況下對(duì)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)的分析，可知?dú)鈩?dòng)載荷規(guī)律增大時(shí)，風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲基本保持不變，故氣動(dòng)載荷不是引起風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)噪聲變化的因素。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可降低風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3的降噪效果最好。

2.2.3 氣動(dòng)載荷不變，離心力載荷規(guī)律增大

為實(shí)現(xiàn)氣動(dòng)載荷不變，離心力載荷規(guī)律增大工況，需調(diào)節(jié)電子負(fù)載儀，使風(fēng)洞風(fēng)速保持不變時(shí)，風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速規(guī)律增大。風(fēng)洞風(fēng)速保持不變即氣動(dòng)載荷不變，風(fēng)輪轉(zhuǎn)速規(guī)律增大即離心力載荷規(guī)律增大。風(fēng)速取額定風(fēng)速8 m/s，尖速比取4.5、5、5.5、6。如圖11所示，離心力載荷規(guī)律增大的情況下，風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)也規(guī)律增大，背景噪聲基本保持不變。因?yàn)樵趤?lái)流風(fēng)速不變的情況下，風(fēng)輪尖速比規(guī)律增大即風(fēng)輪轉(zhuǎn)速規(guī)律增大，轉(zhuǎn)速增大導(dǎo)致風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻與噪聲增大。通過(guò)與未改型風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)對(duì)比，可知在風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻分別為26.40、29.35、32.30、35.25 Hz時(shí)，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)分別降低3.48%、3.64%、3.31%、3.15%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-2風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)分別降低6.93%、7.37%、6.59%、6.19%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)分別降低8.85%、8.84%、8.55%、8.66%，由此可知雙叉式葉尖改型可以降低風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪降噪效果最好。

圖11 離心力載荷增規(guī)律大旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)最大聲壓級(jí)Fig.11 Maximum sound pressure level corresponding to rotating fundamental frequency with increasing centrifugal force load

如圖12所示，離心力載荷規(guī)律增大時(shí)，風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)也規(guī)律增大。通過(guò)與未改型風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)對(duì)比，可知在風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率分別為176.03、195.72、215.26、235.05 Hz時(shí)，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-1風(fēng)輪的葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低7.26%、6.94%、6.70%、6.47%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-2風(fēng)輪的葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低9.74%、8.84%、8.11%、7.70%，雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪的葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)分別降低13.01%、11.12%、10.43%、10.66%。雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可以降低風(fēng)輪葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪降噪效果最好，規(guī)律性與風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)噪聲變化一致。

圖12 離心力載荷規(guī)律增大葉尖渦脫落頻率對(duì)應(yīng)聲壓級(jí)Fig.12 Sound pressure level corresponding to blade tip vortex shedding frequency with increasing centrifugal force load

通過(guò)以上在氣動(dòng)載荷不變，離心力載荷規(guī)律增大情況下對(duì)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的最大聲壓級(jí)與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的聲壓級(jí)的分析，可知離心力載荷規(guī)律增大時(shí)，風(fēng)輪氣動(dòng)噪聲也規(guī)律增大，說(shuō)明離心力載荷是引起風(fēng)輪氣動(dòng)噪聲變化的因素且兩者成正比關(guān)系。同時(shí)雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可降低風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)輪降噪效果最好。

3 結(jié)論

對(duì)未改型風(fēng)力機(jī)與雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了外特性測(cè)試與氣動(dòng)噪聲試驗(yàn)，可得出如下結(jié)論：

(1)雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)在3～9 m/s的低風(fēng)速段和中風(fēng)速段可提高風(fēng)力機(jī)的輸出功率，在9～11 m/s的高風(fēng)速段規(guī)律性不明顯。在額定工況下雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)能使風(fēng)力機(jī)輸出功率較未改型風(fēng)力機(jī)提高4.59%～8.91%，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)力機(jī)具有最佳的輸出功率。

(2)氣動(dòng)載荷對(duì)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲變化無(wú)明顯影響；離心力載荷對(duì)風(fēng)輪的旋轉(zhuǎn)基頻所對(duì)應(yīng)的噪聲與葉尖渦脫落頻率所對(duì)應(yīng)的噪聲變化影響較大且變化規(guī)律成正比關(guān)系，同時(shí)發(fā)現(xiàn)雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)可以降低風(fēng)輪的氣動(dòng)噪聲。

(3)通過(guò)對(duì)比分析三種雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)的氣動(dòng)噪聲特性，發(fā)現(xiàn)葉尖夾角是影響雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)降噪效果的主要因素，在0°～90°范圍內(nèi)，角度越大，對(duì)風(fēng)力機(jī)的降噪效果越好。

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)風(fēng)力機(jī)具有良好的輸出功率與降噪特性，其中雙叉式葉尖結(jié)構(gòu)-3風(fēng)力機(jī)具有最佳的改良效果，研究結(jié)果為小型風(fēng)力機(jī)的降噪研究提供一種新思路。