DE102006034831A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Windenergie mit vermindertem Geräusch der Windenergieanlage - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Erzeugen von Windenergie mit vermindertem Geräusch der Windenergieanlage Download PDFInfo
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Abstract
Eine Profil-Hinterkanten-Kappe (50) für ein Rotorblatt (24) beinhaltet einen Körper (52), der konfiguriert ist, um auf zumindest zwei Blättern von mindestens unterschiedlicher Größe und/oder Form angebracht zu werden, so dass der Körper zumindest teilweise einen ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich (46) des Blattes bedeckt. Der Körper weist einen Körperkantenbereich (54) zum Bilden eines neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes auf, wenn der Körper an dem Blatt angebracht ist.
Description
- Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Rotorblätter, die als Rotorblätter für Windenergieanlagen geeignet sind, sowie Rotoren und Windenergieanlagen, die solche Rotorblätter verwenden.
- Einige bekannte Rotorblätter von Windenergieanlagen können, insbesondere bei hohen Rotordrehzahlen, beträchtliche Geräusche entwickeln die Personen und/oder Einrichtungen wie beispielsweise Ansiedlungen, die nahe der Windenergieanlage gelegen sind, stören können. Als Folge davon können zuständige Behörden, die die Verantwortung für die Erteilung einer Aufstellgenehmigung tragen, eine solche Genehmigung aufgrund der Geräuschentwicklung verweigern. Beispielsweise ist in einigen Gegenden der Welt die Genehmigung einer Windkraftanlage auch aufgrund der Geräuscheinwirkung auf die Umwelt durch die Windenergieanlage beeinflusst.
- Ein Beispiel für Geräusche, die von bekannten Rotorblättern von Windenergieanlagen emittiert werden, sind Geräusche, die von den Profil-Hinterkanten der Rotorblätter aufgrund der Wechselwirkung zwischen Grenzschichtluft und der Profil-Hinterkante emittiert wird. Im Allgemeinen erzeugt eine größere Dicke der Profil-Hinterkante einen höheren Geräuschpegel. Jedoch kann die Herstellung und der Transport von Rotorblättern mit verminderter Dicke der Profil-Hinterkante schwierig sein, ohne beispielsweise die Profil-Hinterkante zu beschädigen. Daher beinhalten einige bekannte Rotorblätter ein separates Profil-Hinterkanten-Teil, das die Profil-Hinterkante bedeckt und ihre Dicke vermindert. Das separate Profil-Hinterkanten-Teil kann nach dem Transport des Rotorblattes zur Windenergieanlage auf dem Blatt montiert werden. Jedoch schließen bekannte separate Profil-Hinterkanten-Teile nicht bündig mit einer äußeren Oberfläche des Rotorblattes ab. Daher kann, obwohl das separate Profil-Hinterkanten-Teil die Dicke des Rotorblattes vermindern kann, eine Naht zwischen dem separaten Profil-Hinterkanten-Teil und der äußeren Oberfläche das Geräusch aufgrund einer Wechselwirkung von Grenzschicht-Luft mit der Naht erhöhen. Einige bekannte Rotorblätter verwenden maßgeschneiderte Profil-Hinterkanten-Teile, die jedoch lediglich mit der speziellen Blattform, für die sie entworfen wurden, zusammenpassen und daher die Gesamtkosten einer Gruppe von Windkraftanlagen, die verschieden geformte Rotorblätter aufweisen, erhöhen können.
- Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet eine Profil-Hinterkanten-Kappe für ein Rotorblatt einen Körper, der so konfiguriert ist, dass er an zumindest zwei zumindest hinsichtlich ihrer Größe und/oder Form voneinander verschiedenen Blättern montierbar ist, so dass der Körper zumindest teilweise einen ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich des Rotorblattes bedeckt. Der Körper weist einen Körperkanten-Bereich auf, um einen neuen Profil-Hinterkanten-Bereich des Rotorblattes zu bilden, wenn der Körper an dem Blatt montiert ist.
- Gemäß einem anderen Aspekt beinhaltet eine Profil-Hinterkanten-Kappe für ein Rotorblatt einen Körper, der so konfiguriert ist, dass er an dem Rotorblatt montierbar ist, so dass der Körper zumindest teilweise einen ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich des Rotorblattes bedeckt. Der Körper beinhaltet einen Körperkantenbereich zum Bilden eines neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Rotorblattes, wenn der Körper an dem Blatt montiert ist. Der Körper beinhaltet weiterhin zumindest eine Dicke zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 100 mm, einen Elastizitäts-Modul von zwischen ungefähr 0,5 GPa und ungefähr 5 GPa oder ein Polymer.
- Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Rotorblatt einen Körper mit einem Profil-Vorderkanten-Bereich und einem ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich sowie eine an dem Körper montierte Profil-Hinterkanten-Kappe. Die Profil-Hinterkanten-Kappe bedeckt zumindest teilweise den ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich. Die Profil-Hinterkanten-Kappe beinhaltet einen Kantenbereich, der einen neuen Profil-Hinterkanten-Bereich des Körpers bildet, und weiterhin zumindest eine Dicke zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 100 mm, einen Elastizitäts-Modul zwischen ungefähr 0,5 GPa und ungefähr 5 GPa oder ein Polymer.
- Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren das Bereitstellen einer Profil-Hinterkanten-Kappe für ein Rotorblatt, wobei die Profil-Hinterkanten-Kappe zumindest eine Dicke zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 100 mm, einen Elastizitäts-Modul zwischen 0,5 GPa und ungefähr 5 GPa oder ein Polymer umfasst, sowie die Montage der Profil-Hinterkanten-Kappe an dem Blatt, so dass die Profil- Hinterkanten-Kappe zumindest teilweise einen Profil-Hinterkanten-Bereich des Rotorblatts bedeckt.
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1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform einer Windkraftanlage. -
2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Rotorblattes zur Verwendung mit der in1 gezeigten Windkraftanlage. -
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Rotorblattes, wie es in2 gezeigt ist, mit einer beispielhaften Ausführungsform einer Profil-Hinterkanten-Kappe, die daran montiert ist. -
4 zeigt eine perspektivische Ansicht der beispielhaften Profil-Hinterkanten-Kappe, wie sie in3 gezeigt ist. -
5 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie 5-5 in3 des beispielhaften Rotorblattes und der in3 gezeigten beispielhaften Profil-Hinterkanten-Kappe. -
6 zeigt eine perspektivische Ansicht einer anderen beispielhaften Ausführungsform einer Profil-Hinterkanten-Kappe. - In den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen bezeichnen übereinstimmende Bezugszeichen übereinstimmende Teile.
- Im Folgenden wird der Begriff "Rotorblatt" in der Bedeutung verwendet, dass er einen beliebigen Gegenstand bezeichnet, der eine reaktive Kraft bereitstellt, wenn er relativ zu einem umgebenden Fluid bewegt ist. Im Folgenden wird der Begriff "Kante" in der Bedeutung verwendet, dass er eine Seite bezeichnet, die durch den Schnitt zweier Dinge (z. B. Seiten, Oberflächen etc.) gebildet wird. Eine "Kante" kann gemäß der hier verwendeten Bedeutung auch eine gekrümmte Oberfläche beinhalten. Im Folgenden wird der Begriff "Krümmung" in der Bedeutung verwendet, dass er sich auf einen Winkel einer elastischen Achse relativ zu einer Blattwinkelachse eines Rotorblattes bezieht, wobei die "elastische Achse" sich auf einen Ort von Punkten bezieht, die ein Torsionszentrum oder ein Biegezentrum an einem jeweiligen Schnitt des Rotorblattes in Spannweitenrichtung definieren. Im Folgenden wird der Begriff "Profil-Hinterkante" in der Bedeutung verwendet, dass er eine Seite bezeichnet, die durch den Schnitt einer Überdruckseite und einer Unterdruckseite eines Rotorblattes gebildet wird. Im Folgenden wird der Begriff "Windkraftanlage" in der Bedeutung verwendet, dass er einen beliebigen Gegenstand betrifft, der Rotations-Energie aus Windenergie erzeugt und, genauer gesagt, kinetische Energie des Windes in mechanische Energie umwandelt. Im Folgenden wird der Begriff "Windgenerator" in der Bedeutung verwendet, dass er eine Windkraftanlage bezeichnet, die elektrische Leistung aus von Windenergie erzeugter Rotations-Energie erzeugt und, genauer gesagt, mechanische Energie, die aus kinetischer Energie des Windes umgewandelt wurde, in elektrische Leistung umwandelt. Im Folgenden wird der Begriff "Windmühle" in der Bedeutung verwendet, dass er eine Windkraftanlage bezeichnet, die aus Windenergie erzeugte Rotations-Energie verwendet und, genauer gesagt, aus kinetischer Energie des Windes umgewandelte mechanische Energie verwendet, um einen vorbestimmten anderen Zweck als das Erzeugen elektrischer Leistung erfüllt wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, das Pumpen eines Fluids und/oder das Mahlen einer Substanz.
- Mit Bezug auf die Zeichnungen und genauer gesagt auf
1 wird eine beispielhafte Ausführungsform einer Windkraftanlage in ihrer Gesamtheit durch das Bezugszeichen10 bezeichnet. Die hier beschriebene und gezeigte Windkraftanlage10 beinhaltet einen Windgenerator (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen12 bezeichnet) zum Erzeugen elektrischer Leistung aus Windenergie. Jedoch kann die Windkraftanlage10 gemäß einigen Ausführungsformen zusätzlich oder alternativ zum Windgenerator12 jede beliebige Art von Windkraftanlagen beinhalten, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, eine Windmühle (nicht gezeigt). Darüber hinaus beinhaltet die hier beschriebene und gezeigte Windkraftanlage10 eine Bauform mit horizontaler Achse. Jedoch kann gemäß einigen Ausführungsformen die Windkraftanlage10 zusätzlich oder alternativ zu der Bauform mit horizontaler Achse eine Bauform mit vertikaler Achse (nicht gezeigt) beinhalten. Obwohl lediglich eine Windkraftanlage10 in1 gezeigt ist, können gemäß einigen Ausführungsformen mehrere Windkraftanlagen10 zusammen gruppiert sein, was manchmal auch als "Windpark" bezeichnet wird. - Wie in
1 gezeigt, ist in manchen Ausführungsbeispielen der Windgenerator12 auf einem Turm14 (von dem lediglich ein Teil in1 gezeigt ist) angebracht, jedoch beinhaltet in manchen Ausführungsformen die Windkraftanlage10 zusätzlich oder alternativ zu dem auf dem Turm angebrachten Windgenerator12 einen nahe dem Boden und/oder einer Wasseroberfläche angeordneten Windgenerator (und/oder andere Arten von Windkraftanlagen). Die Höhe des Turms14 kann auf Grundlage von im Stand der Technik bekannten Faktoren und Bedingungen gewählt werden. Der Windgenerator12 beinhaltet einen Körper (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen16 bezeichnet), der manchmal auch als "Gondel" bezeichnet wird, sowie einen Rotor (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen18 bezeichnet), der an dem Körper16 zur Drehung um eine Drehachse20 befestigt ist. Der Rotor18 beinhaltet eine Nabe22 und mehrere Rotorblätter24 (manchmal auch als "Flügel" bezeichnet), die von der Nabe22 radial auswärts verlaufen, um Windenergie in Rotations-Energie umzuwandeln. Der hier beschriebene und gezeigte Rotor18 weist drei Rotorblätter24 auf. Jedoch kann der Rotor18 eine beliebige Anzahl von Rotorblättern24 aufweisen. Ein jeweiliges der Rotorblätter24 kann eine beliebige Länge aufweisen (unabhängig davon, ob hier beschrieben). Beispielsweise sind das eine oder die mehreren Blätter24 in einigen Ausführungsformen ungefähr 0,5 Meter lang, während da eine oder die mehreren Blätter24 gemäß manchen Ausführungsformen ungefähr 50 Meter lang sind. Andere Beispiele von Blattlängen beinhalten 10 Meter oder weniger, ungefähr 20 Meter, ungefähr 37 Meter und ungefähr 40 Meter. Noch andere Beispiele beinhalten Blätter, die zwischen 50 und 100 Metern lang sind. Darüber hinaus kann der Rotor18 unabhängig davon, wie die Blätter24 in1 gezeigt sind, Rotorblätter beliebiger Form, beliebigen Typs und/oder beliebiger Bauweise aufweisen, unabhängig davon, ob eine solche Form, ein solcher Typ und/oder eine solche Bauweise hier beschrieben und/oder gezeigt ist. Ein Beispiel eines anderen Typs, einer anderen Form und/oder Bauweise der Blätter24 des Rotors18 ist ein Rotor mit Luftführung (nicht gezeigt), der eine Turbine (nicht gezeigt) aufweist, die in einer Luftführung (nicht gezeigt) aufgenommen ist. Ein anderes Beispiel eines anderen Typs, einer anderen Form und/oder Bauweise der Blätter24 des Rotors18 ist eine Darrieus-Windkraftanlage, die manchmal auch als "Schneebesen"-Turbine bezeichnet wird. Ein weiteres Beispiel eines anderen Typs, einer anderen Form und/oder Bauweise der Blätter24 des Rotors18 ist eine Savonius-Windkraftanlage. Noch ein anderes Beispiel eines anderen Typs, einer anderen Form und/oder Bauweise der Blätter24 des Rotors18 ist eine herkömmliche Windmühle zum Pumpen von Wasser, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, ein vierblättriger Rotor mit hölzernen Blenden und/oder Stoffsegeln. Darüber hinaus kann gemäß manchen Ausführungsformen die Windkraftanlage10 eine Windkraftanlage sein, bei der der Rotor18 im Allgemeinen windwärts ausgerichtet ist, um Windenergie aufzunehmen, und/oder kann eine Windkraftanlage sein, bei der der Rotor18 im Allgemeinen windabwärts gewandt ist, um Windenergie aufzunehmen. Natürlich braucht bei keiner dieser Ausführungsformen der Rotor18 genau windwärts und/oder genau windabgewandt ausgerichtet zu sein, sondern kann allgemein mit einem beliebigen Winkel (der variabel sein kann) bezüglich der Windrichtung ausgerichtet sein, um Energie daraus zu entnehmen. - Der Windgenerator
12 beinhaltet einen elektrischen Generator (nicht gezeigt), der an dem Körper16 angebracht und mit dem Rotor18 zusammenwirkend verbunden ist, um aus der durch den Rotor18 erzeugten Rotations-Energie elektrische Leistung zu erzeugen. Die allgemeine Betriebsweise des elektrischen Generators zum Erzeugen elektrischer Leistung aus der Rotations-Energie des Rotors18 ist im Stand der Technik bekannt und wird daher im Weiteren nicht mehr genauer beschrieben. - Gemäß machen Ausführungsformen kann die Windkraftanlage
10 ein oder mehrere Steuergeräte (nicht gezeigt) beinhalten, die an dem Körper16 angebracht und mit einigen oder allen Komponenten des Windgenerators12 zusammenwirkend verbunden sind, um allgemein den Betrieb des Windgenerators12 und/oder einiger oder aller Komponenten davon (unabhängig davon, ob solche Komponenten hier beschrieben und/oder gezeigt sind), zu steuern. Beispielsweise kann das Steuergerät für eine übergreifende Systemüberwachung und -steuerung verwendet werden, was beispielsweise eine Blatteinstellwinkel- und Drehzahlregelung, eine Bremsanwendung für die Hochgeschwindigkeitswelle und die Windrichtungsnachführung, eine Motoranwendung für eine Windrichtungsnachführung und eine Pumpe sowie eine Fehlerüberwachung beinhaltet. Alternative verteilte oder zentralisierte Steuerungs-Architekturen können gemäß manchen Ausführungsformen verwendet werden. Gemäß manchen Ausführungsformen kann der Windgenerator12 eine an dem Körper16 angebrachte Bremse (nicht gezeigt) zum Bremsen der Drehung des Rotors18 beinhalten, um beispielsweise die Erzeugung elektrischer Leistung durch den elektrischen Generator zu vermindern. Weiterhin kann der Windgenerator12 gemäß manchen Ausführungsformen einen Windnachführungs-Antrieb (nicht gezeigt) zum Drehen des Windgenerators12 um eine Drehachse26 beinhalten, um den Gierwinkel des Rotors18 zu ändern, und, genauer gesagt, die Richtung, in die der Rotor18 schaut, zu ändern, um beispielsweise einen Winkel zwischen der vom Rotor18 eingenommenen Richtung und der Windrichtung einzustellen. Darüber hinaus kann gemäß manchen Ausführungsformen der Windgenerator12 einen Windmesser (nicht gezeigt) zur Messung der Windgeschwindigkeit beinhalten. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann der Windmesser mit dem Steuergerät zusammenwirkend verbunden sein, um Messdaten an das Steuergerät zu senden, damit sie verarbeitet werden. Gemäß manchen Ausführungsformen beinhaltet der Windgenerator12 eine Windfahne (nicht gezeigt) zum Messen der Windrichtung. Gemäß manchen Ausführungsformen kann die Windfahne mit dem Steuergerät und/oder dem Windnachführungsantrieb zusammenwirkend verbunden sein, um einen Gierwinkel des Rotors18 zu verändern. In manchen Ausführungsformen beinhaltet der Windgenerator12 einen variablen Blatteinstellwinkel-Antrieb (nicht gezeigt) zur Steuerung des Blatteinstellwinkels der Rotorblätter24 . Der variable Blatteinstellwinkel-Antrieb kann mit dem Steuergerät zusammenwirkend verbunden sein, um dadurch gesteuert zu werden. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen sind die Blatteinstellwinkel der Blätter24 durch den Blatteinstellwinkel-Antrieb einzeln gesteuert. Die allgemeine Betriebsweise der Windkraftanlage10 und genauer gesagt, des Windgenerators12 ist im Stand der Technik bekannt und wird daher im Weiteren nicht genauer beschrieben. - Bezugnehmend auf
2 beinhaltet eine beispielhafte Ausführungsform eines Rotorblattes24 einen Körper (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen28 bezeichnet), der entlang einer zentralen Achse30 zwischen einer Blattwurzel (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen32 bezeichnet), die an der Nabe22 (1 ) montiert ist, und einer Spitze (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen34 bezeichnet) verläuft. Der Körper28 beinhaltet eine Überdruckseite36 und eine Unterdruckseite38 , die jeweils zwischen einer Profil-Vorderkante (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen40 bezeichnet) und einer Profil-Hinterkante (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen42 bezeichnet und manchmal auch als "ursprüngliche Profil-Hinterkante" bezeichnet) verlaufen. Eine jeweilige der Profil-Vorderkante40 und der Profil-Hinterkante42 sind durch einen Schnitt zwischen der Überdruckseite36 und der Unterdruckseite38 gebildet. Im Allgemeinen benachbart zur Profil-Vorderkante40 angeordnete Bereiche des Körpers28 bilden im Allgemeinen einen Profil-Vorderkanten-Bereich (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen44 bezeichnet) des Körpers28 , und im Allgemeinen benachbart zur Profil-Hinterkante42 angeordnete Bereiche des Körpers28 bilden im Allgemeinen ein Profil-Hinterkanten-Bereich (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen46 bezeichnet und manchmal auch als "ursprünglicher Profil-Hinterkanten-Bereich" bezeichnet) des Körpers28 . - Bezugnehmend auf die
3 bis5 ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Profil-Hinterkanten-Kappe (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen50 bezeichnet) auf einem Rotorblatt24 (3 und5 ) montiert. Die Profil-Hinterkanten-Kappe50 beinhaltet einen Körper (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen52 bezeichnet), der am Blatt24 montiert ist und zumindest teilweise den Profil-Hinterkanten-Bereich46 (3 und5 ) des Blattes24 bedeckt, um beispielsweise einen neuen Profil-Hinterkanten-Bereich des Blattes24 aus einem Kantenbereich (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen54 bezeichnet) des Körpers52 der Profil-Hinterkanten-Kappe50 zu bilden. Wie im Weiteren noch genauer erläutert wird, kann der neue Profil-Hinterkanten-Bereich des Blattes24 verglichen mit der Dicke des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 eine verminderte Dicke aufweisen. Eine solche verminderte Dicke vermag die Reduktion des vom Blatt24 während seines Betriebs emittierten Lärms zu erleichtern, wie weiter unten noch genauer erläutert wird. - Der Körper
52 der Profil-Hinterkanten-Kappe50 beinhaltet eine Überdruckseite56 und eine Unterdruckseite58 . Die Überdruckseiten56 und/oder Unterdruckseiten58 können im Folgenden auch als erste und/oder zweite Seiten bezeichnet werden. Die Überdruckseite56 des Körpers52 ist auf der Überdruckseite36 des Blattes24 (3 und5 ) angebracht, und die Unterdruckseite58 des Körpers52 ist auf der Unterdruckseite38 des Blattes24 (3 und5 ) angebracht. Obwohl die Überdruckseite56 und die Unterdruckseite58 des Körpers52 am Blatt24 auf andere Arten, Weisen, Wege, Konfigurationen und/oder andere Mittel angebracht werden können, sind die Überdruckseite56 und/oder die Unterdruckseite58 des Körpers52 auf den Über- bzw. Unterdruckseiten36 und38 des Blattes24 gemäß der beispielhaften Ausführungsform jeweils unter Verwendung eines geeigneten Klebers60 (3 und4 ) angebracht. Beispielsweise ist gemäß manchen Ausführungsformen ein geeigneter Kleber auf einer inneren Oberfläche62 der Überdruckseite56 und/oder einer inneren Oberfläche64 der Unterdruckseite58 aufgebracht. Dieser Kleber kann beispielsweise mit einem Abdeckbogen (nicht gezeigt) abgedeckt sein, wobei der Abdeckbogen vor dem Anbringen der Kappe50 am Blatt24 entfernt wird, so daß der Kleber freigelegt wird. - In der hier gezeigten beispielhaften Ausführungsform überspannt die Profil-Hinterkanten-Kappe
50 im Allgemeinen einen Großteil der Länge des Blattes24 . Jedoch ist die Kappe50 nicht auf die hier gezeigte Größe, Form und/oder Anordnung beschränkt. Stattdessen kann die Kappe50 von jeder Größe, jeder Form und/oder an jedem Bereich des Blattes24 angeordnet sein, solange sie zumindest teilweise den ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich46 des Blattes24 bedeckt. Beispielsweise überspannt gemäß manchen Ausführungsformen die Kappe50 nicht einen Großteil der Länge des Blattes24 . Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann ein Teil oder die gesamte Kappe50 den ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich46 des Blattes24 in der Nähe der Spitze34 (3 ) überdecken, um die Verminderung von Lärm, der durch das Blatt24 nahe der Blattspitze34 erzeugt wird, zu vermindern. - Eine Kante (im Allgemeinen durch das Bezugszeichen
66 bezeichnet) des Körpers52 wird durch einen Schnitt zwischen der Überdruckseite56 und der Unterdruckseite58 gebildet. Der Körper52 überdeckt zumindest teilweise die Profil-Hinterkante42 des Blattes24 , so dass eine Kante66 eine neue Profil-Hinterkante des Blattes24 bildet. Gemäß manchen Ausführungsformen beinhaltet die Kante66 eine im Allgemeinen "spitze" Seite, wie in den3 bis5 gezeigt ist. Das heißt, die Überdruckseite56 und die Unterdruckseite58 des Körpers52 laufen in einem spitzen Winkel zusammen. Wie in6 gezeigt, kann die Kante66 gemäß manchen Ausführungsformen eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Die in6 gezeigte gekrümmte Oberfläche kann auch als „stumpfe" Kante66 beschrieben werden. Das heißt, die Überdruckseite56 und die Unterdruckseite58 des Körpers52 laufen in einem stumpfen Winkel zusammen bzw. die Kante66 ist abgerundet. Es sollte beachtet werden, dass selbst eine im Allgemeinen "spitze" Seite eine gewisse Krümmung bzw. Abrundung aufweisen kann, ohne jedoch eine „stumpfe" Kante zu bilden. - Der Körper
52 der Profil-Hinterkanten-Kappe50 kann in jeder beliebigen Art, Weise, Weg, Konfiguration und/oder durch beliebige Mittel hergestellt sein. Beispielsweise ist gemäß manchen Ausführungsformen eine Form des Körpers52 unter Verwendung eines Lasers, Wassers und/oder einer Schneideform zugeschnitten. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird der Körper52 aus einer einheitlichen Lage eines Materials hergestellt, wobei durch Sicken oder Bördeln die Kante66 gebildet wird. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen wird der Körper52 aus zwei oder mehreren getrennten Materiallagen hergestellt, die vorgeschnitten und dann unter Verwendung beispielsweise eines geeigneten Klebers miteinander verklebt werden. Gemäß manchen Ausführungsformen können solche zwei oder mehrere getrennte Material-Lagen allgemein in der Nähe der Kante66 des Körpers52 miteinander verklebt werden. Beispielsweise kann die Verklebung zwischen den getrennten Lagen die Ausbildung der Kante66 erleichtern. - Der Körper
52 kann ein beliebiges Material mit einer oder mehreren der hier mit Bezug darauf beschriebenen Eigenschaften (wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, Dicke, Elastizitäts-Modul etc.) aufweisen. Obwohl der Körper52 andere Materialien beinhalten kann, beinhaltet der Körper52 gemäß einigen Ausführungsformen ein Polymer. - Beispielsweise und obwohl Körper
52 andere Polymere beinhalten kann, beinhaltet der Körper52 gemäß einigen Ausführungsbeispielen ein Polyimid wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, Dupont Kapton®, das von der Firma Dupont High Performance Materials, Circlevill, Ohio, erhältlich ist. Darüber hinaus und obwohl Körper52 andere Polymere beinhalten kann, beinhaltet der Körper52 gemäß manchen Ausführungsformen Polyester. Weiterhin und obwohl Körper52 andere Polymere beinhalten kann, beinhaltet der Körper52 gemäß einigen Ausführungsformen Polyesterterathalat (PET). Darüber hinaus und obwohl Körper52 andere Polymere beinhalten kann, beinhaltet der Körper52 Polyetheretherketon (PEEK). - Obwohl Körper
52 auch eine andere Dicke aufweisen kann, beinhaltet der Körper52 in manchen Ausführungsformen eine Dicke t (4 ) von zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 100 mm. In den beispielhaften Ausführungsformen ist die Dicke t des Körpers52 im Allgemeinen über den Körper52 hinweg gleichmäßig. Mit anderen Worten schwankt die Materialdicke des Körpers52 nur innerhalb der Fertigungstoleranzen. Gemäß manchen anderen Ausführungsformen weist der Körper52 keine im Allgemeinen über ihn hinweg gleichförmige Dicke t auf. Beispielsweise ist der Körper52 in manchen Ausführungsformen im Allgemeinen nahe der Kante66 dicker ausgebildet. Mit anderen Worten kann in diesen Ausführungsbeispielen die Materialdicke des Körpers52 auf eine festgelegte Weise sowohl in Längsrichtung als auch in Sehnenrichtung des Körpers52 variieren. - Obwohl der Körper
52 andere Werte für das Elastizitäts-Modul beinhalten kann, weist Körper52 in manchen Ausführungsformen ein Elastizitäts-Modul zwischen ungefähr 0,5 GPa und ungefähr 5 GPa auf. In manchen Ausführungsbeispielen beinhaltet Körper52 ein Elastizitäts-Modul, das im Allgemeinen über den Körper52 hinweg gleichförmig ist. In manchen Ausführungsformen weist der Körper52 kein über ihn hinweg gleichförmiges Elastizitäts-Modul auf. - Wie oben beschrieben und Bezug nehmend auf
5 , kann der neue Profil-Hinterkanten-Bereich des Blattes24 , der aus dem Kantenbereich54 der Kappe50 gebildet ist, verminderte Dicken T1 verglichen mit Dicken T2 des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 aufweisen. Beispielsweise ist in der beispielhaften Ausführungsform die Dicke T1 des neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes24 , der aus dem Kantenbereich54 der Kappe50 gebildet ist, zwischen der Überdruckseite56 und der Unterdruckseite58 definiert. Die Dicken T2 des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 sind beispielsweise zwischen der Überdruckseite36 und der Unterdruckseite38 in der beispielhaften Ausführungsform definiert. Wie aus5 ersichtlich ist, sind die Dicken T1, die entlang einer allgemeinen Sehnenlänge des neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes24 , der vom Kantenbereich54 der Kappe50 gebildet ist, genommen sind, jeweils geringer als die Dicken T2, die entlang einer allgemeinen Sehnenlänge des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 genommen sind. Daher ist eine Querschnittsfläche des neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes24 , der vom Kantenbereich54 der Kappe50 gebildet ist, geringer als eine Querschnittsfläche des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 . Eine beliebige der Dicken T1 und der Dicken T2 (unabhängig davon, ob hier gezeigt), kann im Weiteren als eine erste und/oder eine zweite Dicke bezeichnet werden. In diesem Zusammenhang wird darauf verwiesen, daß natürlich die Dicke T1 des Körpers52 in dem Bereich, in dem er außen an dem Blatt24 angebracht ist, größer sein muß als die Dicke T2 des ursprünglichen Profil-Hinterkantenbereichs. Dies ist aber bei der oben beschriebenen Dickenrelation nicht gemeint, und der Fachmann wird insbesondere anhand von5 leicht erkennen, welche Bedeutung die obige Dickenrelation hat. Insbesondere wird der Fachmann dabei erkennen, daß die oben beschriebene Dickenrelation für Schnitte des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs46 des Blattes24 bzw. des Kantenbereichs54 gilt, die bezüglich ihres Abstands von der ursprünglichen Profil-Hinterkante bzw. der neuen Profil-Hinterkante in Sehnenlänge vergleichbar beabstandet sind. - Durch das Bereitstellen einer verminderten Dicke des Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes
24 vermindert die Profil-Hinterkanten-Kappe50 den vom Blatt24 während seines Betriebs emittierten Lärm, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, den durch einen Profil-Hinterkanten-Bereich des Blattes24 emittierten Lärm. Beispielsweise kann die verminderte Dicke der Kante66 der Profil-Hinterkanten-Kappe50 den Anteil der Abrissströmung stromabwärts des Blattes24 vermindern und kann daher beispielsweise den manchmal so bezeichneten "Stumpfe-Profil-Hinterkante-Lärm" vermindern. - Der Körper
52 der Profil-Hinterkanten-Kappe50 ist so konfiguriert, dass er auf Blätter24 von unterschiedlicher Größe und/oder Form angebracht werden kann, wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, gekrümmte Blätter, gerade Blätter, verwundene Blätter etc. Aufgrund der Dicke, des Elastizitäts-Moduls, des Materialtyps und/oder anderer Eigenschaften (unabhängig, ob hierin beschrieben) des Körpers52 weist dieser eine Flexibilität auf, die dem Körper52 erlaubt, mit einer Vielzahl unterschiedlich großer und/oder geformter Profil-Hinterkanten-Bereiche46 von Blättern24 zusammen zu passen, um dadurch einen neuen Profil-Hinterkanten-Bereich des Blattes24 durch den Kantenbereich54 der Kappe50 zu bilden. Darüber hinaus und z. B. zusätzlich oder alternativ zu einer allgemeinen Flexibilität der Seiten56 und58 kann die Passung der Kappe50 zu einer Mehrzahl verschieden großer und/oder geformter Profil-Hinterkanten-Bereiche46 von Blättern24 durch die Veränderung eines Winkels zwischen den Seiten56 und58 durch Biegen der Kappe50 um die Ecke66 der Kappe50 erleichtert werden. Weiterhin und beispielsweise kann die Passung der Kappe50 an eine Vielzahl unterschiedlich großer und/oder geformter Profil-Hinterkanten-Bereiche46 von Blättern24 durch eine Position der Kappe50 bezüglich des Blattes24 wie etwa, aber nicht darauf beschränkt, einen Anteil, um den die Seiten56 und/oder58 die Seiten36 und/oder38 jeweils überlappen, erleichtert werden. Die Dicke, das Elastizitäts-Modul, der Materialtyp und/oder andere Eigenschaften (unabhängig davon, ob hierin beschrieben) des Körpers52 können in einigen Ausführungsformen so gewählt sein, dass sie die Bereitstellung der hier beschriebenen Flexibilität erleichtern, während sie weiterhin genügende Festigkeit aufrecht erhalten, um zu verhindern, dass die Seiten56 und/oder58 beulen, vibrieren und/oder sich allgemein unter Windlasten verformen. Gemäß mancher Ausführungsformen stützen ein oder mehrere Träger (nicht gezeigt) die Seite56 und/oder die Seite58 , um zu verhindern, dass die Seite56 und die Seite58 , beulen, vibrieren und/oder sich allgemein unter Windlasten verformen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen ein Schaum zwischen die Kappe50 und den wsprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich46 des Blattes24 eingespritzt sein, um zumindest teilweise einen dazwischen gebildeten Hohlraum auszufüllen, um die Seite56 und/oder die Seite58 zu stützen. - Die Anpassung der Kappe
50 an eine Vielzahl verschieden großer und/oder geformter Profil-Hinterkanten-Bereiche46 von Blättern20 kann die Verringerung der Gesamtkosten einer Gruppe von Windkraftanlagen mit unterschiedlich großen und/oder geformten Blättern24 erleichtern, da keine maßgeschneiderten Profil-Hinterkanten-Teile für jeweilige unterschiedlich große und/oder geformte Blätter24 gefertigt werden müssen. Darüber hinaus kann die Anpassung an eine Vielzahl verschieden großer und/oder geformter Profil-Hinterkanten-Bereiche46 die Anzahl und Verfügbarkeit von Profil-Hinterkanten-Teilen, die neue Profil-Hinterkanten-Bereiche auf an Windkraftanlagen angeordneten Rotorblättern erzeugen, erleichtert werden. Zusätzlich können die hier beschriebenen Dicken und Materialtypen des Körpers52 die Verringerung der Kosten eines Blattes24 und/oder des Gewichts eines Blattes24 erleichtern und/oder können die Erhöhung der aerodynamischen Effizienz der Blätter24 erleichtern. Weiterhin erleichtern die hier beschriebenen Dicken des Körpers52 die Verminderung einer zwischen dem Körper52 und dem Blatt24 erzeugten Naht, wodurch möglicherweise die Menge des vom Blatt24 nahe und aufgrund der Naht erzeugten Geräuschs vermindert wird. - Ausführungsbeispiele von Verfahren, Kappen und Rotorblättern gemäß der vorliegenden Erfindung sind vorliegend mit Bezug auf eine Windkraftanlage und genauer gesagt, einen Windgenerator beschrieben und gezeigt worden. Jedoch können Ausführungsbeispiele (unabhängig davon, ob hierin beschrieben und/oder gezeigt) von Verfahren, Kappen und Rotorblättern gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf Windgeneratoren oder Windkraftanlagen im Allgemeinen beschränkt sein. Stattdessen sind Ausführungsformen (unabhängig davon, ob hier beschrieben und/oder gezeigt) der Verfahren, Kappen und Rotorblätter gemäß der vorliegenden Erfindung auf einen beliebigen Gegenstand anwendbar, der ein oder mehrere Rotorblätter aufweist.
- Beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wurden hierin beschrieben und/oder gezeigt. Die Ausführungsbeispiele sind nicht auf die speziellen hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt, sondern stattdessen können Komponenten und Schritte eines jeden Ausführungsbeispiels unabhängig und getrennt von anderen Komponenten und Schritten, die hier beschrieben wurden, verwendet werden. Die jeweiligen Komponenten und Schritte eines jeweiligen Ausführungsbeispiels können auch in Kombination mit den Komponenten und/oder Schritten eines anderen Ausführungsbeispiels (unabhängig davon, ob hier beschrieben und/oder gezeigt) verwendet werden.
- Bei der Einführung von Elementen der Ausführungsbeispiele gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Artikel "ein", "eine", "der", "die" und "das" in der Bedeutung verwendet, dass sie eines oder mehrere dieser Elemente bezeichnen. Die Begriffe "umfassend", "beinhaltend" und "aufweisend" werden in der Bedeutung gebraucht, dass sie einschließend sind und bedeuten, dass zusätzliche andere Elemente vorhanden sein können. Darüber hinaus wird der Begriff "Bereich" in der Bedeutung verwendet, dass er sich auf einen Teil oder das Ganze eines Dings beziehen kann.
- Obwohl die Erfindung anhand verschiedener spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist es für den Fachmann klar, dass Ausführungsformen (unabhängig davon, ob hierin beschrieben und/oder gezeigt) der vorliegenden Erfindung auch mit Änderungen im Schutzumfang der vorliegenden Ansprüche ausgeführt werden können.
Claims (24)
- Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) für ein Rotorblatt (24 ), wobei die Profil-Hinterkanten-Kappe einen Körper (52 ) umfasst, der konfiguriert ist, an zumindest zwei zumindest hinsichtlich ihrer Größe und/oder Form voneinander verschiedenen Rotorblättern angebracht zu werden, so dass der Körper einen ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich (46 ) des Blattes zumindest teilweise bedeckt, wobei der Körper einen Körperkantenbereich (54 ) zum Bilden eines neuen Profil-Hinterkanten-Bereichs des Blattes aufweist, wenn der Körper an dem Blatt angebracht ist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 1, wobei das Blatt (24 ) eine ursprüngliche Profil-Hinterkante (42 ) beinhaltet, wobei der Körperkantenbereich (54 ) konfiguriert ist, um an dem Blatt angebracht zu werden, so dass der Körper (52 ) zumindest teilweise die ursprüngliche Profil-Hinterkante bedeckt, und wobei der Körperkantenbereich eine Körperkante (66 ) zum Bilden einer neuen Profil-Hinterkante des Blattes aufweist, wenn der Körper an dem Blatt angebracht ist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 2, wobei die Körperkante (66 ) eine gekrümmte Oberfläche aufweist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 2, wobei die Körperkante (66 ) einen spitzen Winkel bildet. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 2, wobei die Körperkante (66 ) einen stumpfen Winkel bildet. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Körperkante (66 ) abgerundet ist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (52 ) aus einer einheitlichen Material-Lage hergestellt ist und gebördelt oder gesickt wurde, um die Körperkante (66 ) zu bilden. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Körper (52 ) aus zwei getrennten Material-Lagen hergestellt ist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach Anspruch 8, wobei die zwei getrennten Material-Lagen allgemein benachbart zur Körperkante (66 ) des Körperkantenbereichs (54 ) miteinander verklebt sind. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körperkantenbereich (54 ) eine erste Dicke aufweist, die zwischen einer Überdruckseite (56 ) des Körperkantenbereichs und einer Unterdruckseite (58 ) des Körperkantenbereichs definiert ist und geringer ist als eine zweite Dicke des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs (46 ) des Blattes, wobei die zweite Dicke zwischen einer Überdruckseite (36 ) des Blattes und einer Unterdruckseite (38 ) des Blattes definiert ist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (52 ) ein Polymer umfasst. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 11, wobei der Körper (52 ) ein Polyimid umfasst. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 11, wobei der Körper (52 ) Polyester umfasst. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 11, wobei der Körper (52 ) Polyesterterathalat umfasst. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) gemäß Anspruch 11, wobei der Körper (52 ) Polyetheretherketon umfasst. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (52 ) eine Dicke zwischen ungefähr 1 mm und ungefähr 100 mm aufweist. - Profil-Hinterkanten-Kappe (
50 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Körper (52 ) ein Elastizitäts-Modul zwischen ungefähr 0,5 GPa und ungefähr 5 GPa aufweist. - Rotorblatt (
24 ) umfassend: einen Körper (28 ) mit einem Profil-Vorderkanten-Bereich (44 ) und einem ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich (46 ); und eine Profil-Hinterkanten-Kappe (50 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17. - Rotorblatt (
24 ) nach Anspruch 18, wobei eine Überdruckseite (56 ) der Profil-Hinterkanten-Kappe (50 ) mit einer Überdruckseite (36 ) des Blattes (24 ) verklebt ist und eine Unterdruckseite (56 ) der Profil-Hinterkanten-Kappe (50 ) mit einer Unterdruckseite (36 ) des Blattes (24 ) verklebt ist. - Rotorblatt (
24 ) nach Anspruch 18 oder 19, wobei ein zwischen der ursprünglichen Profil-Hinterkante des Blattes und der Überdruckseite (56 ) und der Unterdruckseite (58 ) der Profil-Hinterkanten-Kappe (50 ) gebildeter Hohlraum mit einem Schaum ausgefüllt ist. - Rotorblatt (
24 ) nach einem der Ansprüche 18 bis 20, wobei der Körperkantenbereich (54 ) eine erste Dicke aufweist, die zwischen der Überdruckseite (56 ) des Körperkantenbereichs und der Unterdruckseite (58 ) des Körperkantenbereichs definiert ist, wobei die erste Dicke geringer ist als eine zweite Dicke des ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereichs (46 ) des Blattes, der zwischen einer Überdruckseite (36 ) des Blattes und einer Unterdruckseite (38 ) des Blattes definiert ist. - Verfahren zum Nachrüsten eines Rotorblattes mit einer Profil-Hinterkanten-Kappe, umfassend die Schritte: Bereitstellen eines Rotorblatts mit einem Profil-Vorderkanten-Bereich und einem ursprünglichen Profil-Hinterkanten-Bereich; Bereitstellen einer Profil-Hinterkanten-Kappe gemäß einem der Ansprüche 1 bis 17; und Befestigen der einer Profil-Hinterkanten-Kappe an dem Rotorblatt, so daß der ursprüngliche Profil-Hinterkanten-Bereich zumindest teilweise bedeckt ist.
- Verfahren nach Anspruch 22, wobei der Schritt des Befestigens die Schritte umfaßt: Verkleben einer Überdruckseite der Profil-Hinterkanten-Kappe mit einer Überdruckseite des Blattes; und Verkleben einer Unterdruckseite der Profil-Hinterkanten-Kappe mit einer Unterdruckseite des Blattes.
- Verfahren nach Anspruch 22 oder 23, weiterhin umfassend den Schritt des Einbringens eines Schaums in einen zwischen der ursprünglichen Profil-Hinterkante des Blattes und der Überdruckseite und der Unterdruckseite der Profil-Hinterkanten-Kappe gebildeten Hohlraum.
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