DE102005019905A1 - Rotor blade for power generating wind turbine has porous material on blade tip with regular structure or foam structure to allow drainage of condensation from inside hollow blade - Google Patents

Rotor blade for power generating wind turbine has porous material on blade tip with regular structure or foam structure to allow drainage of condensation from inside hollow blade Download PDF

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Abstract

Most of the length of the blade (10) has an impervious surface. The surface of the blade tip (12) is made of woven or foam material which is permeable to air and water. Water condensing inside the hollow blade is flung to the tip and drains out through the porous material. The whole tip may be covered with porous material or just the leading edge or trailing edge.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage.The The present invention relates to a rotor blade for a wind turbine.

Der von einer Windenergieanlage abgestrahlte Lärm wird in ganz erheblichem Umfang von den Strömungsgeräuschen an den Rotorblättern bestimmt. Die Strömungsgeräusche steigen mit wachsender Geschwindigkeit stark an, so daß ein wesentlicher Faktor für die Lärmerzeugung die Geometrie und das Material der Rotorblattspitze ist. Experimentelle Untersuchungen haben ergeben, daß für die Lärmentstehung an dem Rotorblatt im wesentlichen drei Ursachen verantwortlich sind:

  • – Wechselwirkung von atmosphärischer Turbulenz mit der Blattoberfläche und der Anströmkante,
  • – turbulente Abströmung von der Blatthinterkante und
  • – Wechselwirkung des Blattspitzenwirbels mit der Blattoberfläche.
The noise emitted by a wind turbine is determined to a very considerable extent by the flow noise at the rotor blades. The flow noise increases sharply with increasing velocity, so that an essential factor for the generation of noise is the geometry and the material of the rotor blade tip. Experimental investigations have shown that essentially three causes are responsible for the generation of noise on the rotor blade:
  • Interaction of atmospheric turbulence with the leaf surface and the leading edge,
  • - Turbulent outflow from the leaf trailing edge and
  • - Interaction of the leaf tip vortex with the leaf surface.

Aus DE 195 80 147 ist zur Reduzierung von Strömungsgeräuschen bekannt, das Rotorblatt mit einer nachgiebigen Hinterkante zu versehen.Out DE 195 80 147 is known to reduce flow noise, to provide the rotor blade with a resilient trailing edge.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Rotorblatt bereitzustellen, das mit einfachen Mitteln zu einer Schallreduzierung im Betrieb der Windenergieanlage führt.Of the Invention has for its object to provide a rotor blade, the simple means to reduce noise during operation the wind turbine leads.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltung bilden die Gegenstände der Unteransprüche.According to the invention Problem solved by a rotor blade with the features of claim 1. advantageous Design form the objects the dependent claims.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt für eine Windenergieanlage besitzt mindestens in einem Bereich eine porige Oberfläche zur Lärmreduzierung. Die porige Oberfläche auf dieser Außenwand des Rotorblatts schafft besonders günstige Strömungsverhältnisse, die zu einer deutlich reduzierten Schallemission führen. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist für den Bereich der porigen Oberfläche ein poröses Material hergestellt. Es wird also zur Erzeugung der porigen Oberfläche ein Material verwendet, das eine porige Oberfläche besitzt.The Rotor blade according to the invention for a wind turbine has at least in one area a porous surface to Noise reduction. The porous surface on this outer wall of the rotor blade creates particularly favorable flow conditions, which significantly lead to reduced noise emission. In a preferred embodiment is for the area of the porous surface a porous Material produced. It is thus to produce the porous surface a Used material that has a porous surface.

Die porige Oberfläche weist eine Vielzahl von Poren auf. Die Poren verlaufen nach Art von kleinen Kanälen, durchgehend und/oder nicht durchgehend, und sind unterschiedlich relativ zu der Oberfläche ausgerichtet. Die Poren sind bevorzugt ungeordnet auf der Oberfläche verteilt. Die porige Struktur kann die Oberfläche eines porösen Materials sein, das für ein Fluid, wie beispielsweise Wasser oder Luft, durchlässig ist. Alternativ kann die porige Oberfläche auch auf einem nicht porösem Material vorgesehen sein, beispielsweise wenn ein Material nachträglich bearbeitet wird oder die porige Oberfläche in einem gesonderten Arbeitsschritt auf das Material aufgebracht wird. Bevorzugt ist das verwendete poröse Material, für die mit einem entsprechenden Druck anströmende Luft durchlässig. In einer alternativen Ausgestaltung ist es auch denkbar, ein Material zu verwenden, das nachträglich bearbeitet wurde, um eine porige Oberfläche zu erhalten. Diese Bearbeitung muß dann nicht zwangsläufig zu einem porösen Material führen, das für ein Fluid durchlässig ist, sondern kann sich auf einen Oberflächenbereich beschränken.The porous surface has a variety of pores. The pores run by type of small channels, continuous and / or non-continuous, and are different relative to the surface aligned. The pores are preferably distributed randomly on the surface. The porous structure can be the surface of a porous material be that for a fluid, such as water or air, is permeable. Alternatively, the porous surface may also be on a non-porous material be provided, for example, when a material edited later or the porous surface applied in a separate step on the material becomes. Preferably, the porous material used, for with an appropriate pressure inflowing Air permeable. In an alternative embodiment, it is also conceivable to a material use that later was processed to obtain a porous surface. This editing must then not necessarily to a porous one Lead material, that for a fluid permeable is, but can be limited to a surface area.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die porige Oberfläche in ihrer Gestalt nach Art eines Schaumes ausgebildet. Bevorzugtes Material für die porige Oberfläche ist ein Aluminiumschaum.In In a preferred embodiment, the porous surface is in their Shape formed in the manner of a foam. Preferred material for the porous one surface is an aluminum foam.

Die porige Oberfläche kann als Schicht auf der Außenseite des Rotorblatts angebracht sein, die bevorzugt in eine Ausnehmung in dem Rotorblatt eingesetzt ist. Die Schicht besteht bevorzugt aus dem porösen Material und bildet dabei im wesentlichen eine einheitliche Oberfläche, die plan in die übrige Oberfläche des Rotorblatts übergeht.The porous surface Can be used as a layer on the outside be attached to the rotor blade, which preferably in a recess is inserted in the rotor blade. The layer is preferred from the porous Material, forming essentially a uniform surface, the plan into the remaining surface of the Rotor blade passes.

In einer alternativen Ausgestaltung ist das poröse Material ein massiver Körper, der bevorzugt in eine Durchbrechung in der Außenwand des Rotorblatts eingesetzt ist. Im Un terschied zu der Ausgestaltung mit einer Schicht aus porösem Material, steht bei dieser Ausgestaltung, der Innenraum des Rotorblatts in Verbindung mit dessen Außenseite. Alternativ oder ergänzend ist es auch möglich, Wandbereiche des Rotorblatts aus porösem Material zu bilden.In In an alternative embodiment, the porous material is a solid body which preferably inserted into an opening in the outer wall of the rotor blade is. In contrast to the embodiment with a layer of porous material is in this embodiment, the interior of the rotor blade in conjunction with its outside. Alternative or supplementary it is also possible To form wall portions of the rotor blade of porous material.

Da die Lärmerzeugung an dem Rotorblatt stark von der Strömungsgeschwindigkeit abhängt, ist die porige Oberfläche bevorzugt in dem Bereich der Blattspitze vorgesehen.There the noise generation on the rotor blade depends strongly on the flow velocity, is the porous surface preferably provided in the area of the blade tip.

In einer bevorzugten Ausgestaltung besitzt die gesamte Blattspitze eine porige Oberfläche. Alternativ ist es auch möglich, daß das Rotorblatt im Bereich der Profilnase und/oder der Profilhinterkante eine porige Oberfläche besitzt.In a preferred embodiment has the entire blade tip a porous surface. Alternatively, it is also possible that this Rotor blade in the region of the profile nose and / or the trailing edge of the profile porous surface has.

Die Erfindung wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below with reference to the figures.

Es zeigt:It shows:

1 eine Ansicht der Spitze eines Rotorblatts, in einer ersten Ausgestaltung, 1 a view of the tip of a rotor leaf, in a first embodiment,

2 eine Ansicht der Spitze eines Rotorblatts in einer zweiten Ausgestaltung und 2 a view of the tip of a rotor blade in a second embodiment and

3 eine Ansicht der Spitze eines Rotorblatts in einer dritten Ausgestaltung. 3 a view of the tip of a rotor blade in a third embodiment.

1 zeigt die Spitze eines Rotorblatts 10 in einer Draufsicht. Die Spitze des Rotorblatts 12 besteht vollständig aus einem porösen Material, das in der Figur schematisch durch unterbrochene Wellenlinien dargestellt ist. Die Oberfläche des porösen Materials besitzt jedoch nicht notwendig eine regelmäßige Struktur, sondern kann auch die Struktur eines ungeordneten Schaumes besitzen. Das in 1 dargestellte poröse Material ist in der Art ausgebildet, daß es von der Luft durchströmt wird. Mit anderen Worten, die Kanäle des porösen Materials sind in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel derart ausgebildet, daß diese teilweise durchgängig sind und so ein Luftstrom durch das poröse Material erfolgt. 1 shows the tip of a rotor blade 10 in a top view. The tip of the rotor blade 12 consists entirely of a porous material, which is shown schematically in the figure by broken wavy lines. However, the surface of the porous material does not necessarily have a regular structure, but may also have the structure of a disordered foam. This in 1 shown porous material is formed in such a way that it is traversed by the air. In other words, the channels of the porous material are in the in 1 illustrated embodiment designed such that they are partially continuous and so there is an air flow through the porous material.

2 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der das poröse Material im Bereich der Profilnase des Blattes angeordnet ist. Das poröse Material bildet hierbei eine Kante im Bereich der Blattspitze, die angeströmt wird. 2 shows an alternative embodiment in which the porous material is arranged in the region of the profile nose of the sheet. The porous material forms an edge in the area of the blade tip, which is flown against.

3 zeigt eine alternative Ausgestaltung, bei der ein poröses Material an der Blatthinterkante vorgesehen ist. Wie bei dem Ausführungsbeispiel aus 2 bildet das poröse Material hierbei einen entlang der Kante laufenden Bereich 20, der sich über die von der Strömungsrichtung abgewandten Seite erstreckt. 3 shows an alternative embodiment in which a porous material is provided on the blade trailing edge. As in the embodiment 2 In this case, the porous material forms an area running along the edge 20 which extends over the side facing away from the flow direction.

Das poröse Material ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen aus Aluminiumschaum ausgeführt, der eine porige Oberfläche besitzt. Es ist aber auch denkbar ein Material mit Edelstahlhohlkügelchen zu verwenden, die durch ein kunststoffbasiertes Bindemittel zusammengehalten werden. Alternativ kann als poröses Material auch ein gesintertes Kunststoffmaterial oder ein poröses Kunststoffmaterial verwendet werden. Das poröse Material kann ausschließlich im Bereich der Oberfläche vorgesehen sein, so daß der zugrunde liegende Blattaufbau weitgehend unverändert ist. Auch ist es möglich, das poröse Material an der Oberfläche vorzusehen und einen porösen Kern oder einen Hohlraum in dem Rotorblatt vorzusehen. Auch kann ein massiver Kern in dem Rotorblatt vorgesehen sein.The porous Material is aluminum foam in the illustrated embodiments executed the one porous surface has. But it is also conceivable a material with hollow stainless steel beads to use, held together by a plastic-based binder become. Alternatively, as a porous Material also a sintered plastic material or a porous plastic material be used. The porous one Material can only in the area of the surface be provided so that the underlying leaf structure is largely unchanged. Also it is possible that porous Material on the surface to provide and a porous To provide core or a cavity in the rotor blade. Also can a solid core may be provided in the rotor blade.

Claims (12)

Rotorblatt für eine Windenergieanlage, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens in einem Bereich (12, 16, 20) einer Außenwand des Rotorblatts eine porige Oberfläche vorgesehen ist.Rotor blade for a wind turbine, characterized in that at least in one area ( 12 . 16 . 20 ) is provided a porous surface of an outer wall of the rotor blade. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (12, 16, 20) ein poröses Material mit einer porigen Oberfläche aufweist.Rotor blade according to claim 1, characterized in that the area ( 12 . 16 . 20 ) has a porous material with a porous surface. Rotorblatt nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das poröse Material als massiver Körper vorgesehen ist.Rotor blade according to claim 2, characterized that this porous Material as a solid body is provided. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die porige Oberfläche eine Vielzahl von Poren aufweist.Rotor blade according to one of claims 1 to 3, characterized that the porous surface one Having a plurality of pores. Rotorblatt nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Poren ungeordnet auf der Oberfläche verteilt sind.Rotor blade according to claim 4, characterized that the Pores disordered on the surface are distributed. Rotorblatt nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Struktur der porigen Oberfläche nach Art eines erstarrten Schaumes ausgebildet ist.Rotor blade according to claim 5, characterized in that that the Structure of the porous surface after Type of a solidified foam is formed. Rotorblatt nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Aluminiumschaum als Material für die porige Oberfläche vorgesehen ist.Rotor blade according to claim 6, characterized the existence Aluminum foam as material for the porous surface is provided. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Bereich eine Schicht mit der porigen Oberfläche auf dem Rotorblatt vorgesehen ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 7, characterized that in the region provided a layer with the porous surface on the rotor blade is. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die porige Oberfläche im Bereich der Blattspitze vorgesehen ist.Rotor blade according to one of claims 1 to 8, characterized that the porous surface in Area of the blade tip is provided. Rotorblatt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die porige Oberfläche die gesamte Blattspitze bedeckt.Rotor blade according to claim 9, characterized that the porous surface the entire leaf tip covered. Rotorblatt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die porige Oberfläche im Bereich der Profilnase und/oder Profilhinterkante vorgesehen ist.Rotor blade according to claim 9, characterized that the porous surface provided in the region of the profile nose and / or profile trailing edge is. Verwendung von einem Material mit einer porigen Oberfläche an und/oder auf mindestens einer Außenseite einer Rotorblattwand zur Lärmreduzierung des sich drehenden Rotorblatts.Use of a material with a porous surface on and / or on at least one outer side of a rotor blade wall for noise reduction of the rotating rotor blade.
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