DE102008007908A1 - Rotorflügelabströmkantenanordnung und Verfahren zur Verwendung - Google Patents
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Abstract
Description
- HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
- Die Erfindung betrifft allgemein rotierende Rotorflügel, und speziell eine Rotorflügelabströmkantenanordnung und ein Verfahren zur Verwendung.
- Allgemein enthält ein Windkraftanlagengenerator einen Rotor mit mehreren Rotorflügeln. Der Rotor ist gelegentlich in einem Gehäuse oder einer Gondel befestigt, die am oberen Ende eines Fundaments, beispielsweise, einem Gittergerüst oder einem rohrförmigen Turmgerüst, angeordnet ist. Zumindest einige bekannte zur Stromversorgung dienende Windkraftanlagen (d. h. Windkraftanlagen, die darauf eingerichtet sind, elektrische Energie in ein Versorgungsnetz einzuspeisen) können Rotorflügel mit einer Länge von 30 Meter (m) (100 Fuß (ft)) oder mehr haben.
- Die Herstellung bekannter Rotorflügel ist gewöhnlich schwierig und zeitaufwendig. Diese sind im Wesentlichen aus zwei gegossen Glasfaserschalen aufgebaut, die aneinander befestigt sind, um einen Flügelquerschnitt zu bilden, der eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist. Aufgrund der unzureichenden strukturellen Eigenschaften von Glasfaserstoff erfordert die Abströmkante, nachdem die Schalen miteinander verbunden sind, allerdings gewöhnlich eine zusätzliche Endbearbeitung, um eine vergütete Abströmkantenbreite zu definieren. Mittels herkömmlicher Techniken ist es im Allgemeinen nicht möglich, bekannte Glasfaserabströmkanten hinsichtlich einer Breite von weniger als zweieinhalb Millimeter endzubearbeiten. Die Abströmkante ist im Allgemeinen der schwächste Bereich eines Rotorflügels und ihre Breite kann außerdem den Lärm beeinflussen, der während des Windkraftanlagenbetriebs durch die Rotorflügel erzeugt wird.
- Aufgrund ihrer Abmessung und/oder Zerbrechlichkeit kommt es bei einigen bekannten großen Rotorflügeln gelegentlich zu Transportschäden. Beispielsweise wird die Abströmkante einiger bekannter Rotorflügel möglicherweise während des Ladevorgangs im Zusammenhang mit zumindest einigen bekannten Transportkontainern oder bei der Montage beschädigt. Da die Rotorflügel wesentlich länger als breit sind, werden sie außerdem im Betrieb und während des Transportes und Einbaus häufig verbeult.
- KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
- In einem Aspekt ist ein Verfahren zum Zusammenbau eines Rotorflügels für eine Windkraftanlage geschaffen. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Ausbilden einer Rotorflügelabströmkante durch Verbinden eines Saugseitenendes mit einem Druckseitenende, und Anordnen einer Abströmkantenanordnung zwischen dem Saugseitenende und dem Druckseitenende, wobei die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist.
- In einem weiteren Aspekt ist eine Rotorflügelanordnung geschaffen. Zu der Rotorflügelanordnung gehören ein Rotorflügel mit einem Abströmkantenabschnitt und eine Abströmkanten anordnung, die mit dem Abströmkantenabschnitt verbunden ist, wobei die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist und eine Abströmkante enthält.
- In noch einem weiteren Aspekt ist ein Abströmkanteneinsatz für einen Rotorflügel geschaffen. Die Abströmkantenanordnung enthält einen Körper mit einer Oberseite, einer Unterseite und wenigstens einem Schenkel, wobei die Oberseite und die Unterseite dazu eingerichtet sind, eine Laufradabströmkante zu definieren, der Körper dazu eingerichtet ist, mit dem Rotorflügel verbunden zu werden, und die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist.
- KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
1 veranschaulicht schematisch einen exemplarischen Windkraftanlage; -
2 zeigt in einer Schnittansicht einen Rotorflügel, die in Zusammenhang mit der in1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann; -
3 zeigt eine Schnittansicht eines Rotorflügels, der eine exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist, die in Zusammenhang mit dem in1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann; -
4 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in3 dargestellten Rotorflügels, der die exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist; -
5 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in3 dargestellten Rotorflügels, der eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist; -
6 zeigt den Rotorflügel mit der exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben; -
7 zeigt den Rotorflügel mit einer abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben; -
8 zeigt eine partielle Vorderansicht der in7 dargestellten abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung; -
9 zeigt in einer Ansicht von oben den Rotorflügel mit einer anderen abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung; -
10 zeigt die in9 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung in einer vergrößerten Schnittansicht; -
11 zeigt in einer Ansicht von oben den Rotorflügel mit noch einer weiteren abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung; -
12 zeigt die in11 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung in einer vergrößerten Schnittansicht; und -
13 zeigt den Rotorflügel mit noch einer weiteren abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
1 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Windkraftanlage10 . In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel basiert die Windkraftanlage10 auf einem Windrad mit horizontaler Achse. In einer Abwandlung kann die Windkraftanlage10 eine Windturbine mit vertikaler Achse sein. Zu der Windkraftanlage10 gehören: ein Turmgerüst12 , das sich von einer tragenden Fläche14 ausgehend erstreckt, eine an dem Turmgerüst12 befestigte Gondel16 , und einen an der Gondel16 angebrachten Rotor18 . Der Rotor18 weist eine drehbare Nabe20 und mehrere an der Nabe20 angebrachte Rotorflügel22 auf. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Rotor18 drei Rotorflügel22 auf. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der Rotor18 mehr oder auch weniger als drei Rotorflügeln22 aufweisen. Eine Mittellinie24 verläuft durch die Gondel16 und die Nabe20 . Jeder Rotorflügel22 weist eine Spitze26 auf. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Turmgerüst12 rohrförmig aus Stahl hergestellt und weist einen (in1 nicht dargestellten) Hohlraum auf, der sich zwischen der tragenden Fläche14 und der Gondel16 erstreckt. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist das Turmgerüst12 ein Stahlgittermast. Die Höhe des Turmgerüsts12 ist basierend auf Faktoren und Bedingungen ausgewählt, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Rotorflügel22 sind um die Laufradnabe20 angeordnet, so dass eine Rotation des Rotors18 gefördert wird, um kinetische Energie des Windes in nutzbare mechanische Energie, und anschließend in elektrische Energie umzuwandeln. -
2 zeigt eine Schnittansicht des Rotorflügels22 , der in Verbindung mit dem in1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann. Insbesondere enthält jeder Rotorflügel22 eine Saugseitenwand30 , die eine Saugseite des Rotorflügels22 definiert, und eine Druckseitenwand32 , die eine Druckseite des Rotorflügels22 definiert. Die Seitenwände30 und32 sind an einer Anströmkante34 und an einer bekannten Abströmkante50 vereinigt. Die Saugseite30 weist einen sich verändernden Umriss auf, erstreckt sich von der Anströmkante34 ausgehend zu einem Saugseitenende38 , weist eine Innenfläche40 auf und weist eine Außenfläche42 auf. Die Druckseite32 weist einen sich verändernden Umriss auf, erstreckt sich von der Anströmkante34 zu einem Druckseitenende44 , weist eine Innenfläche46 auf und weist eine Außenfläche48 auf. Die Saugseite30 und die Druckseite32 repräsentieren jeweils eine gegossene Glasfaserhalbschale des Rotorflügels22 . Die Saugseite30 und die Druckseite32 sind vereinigt, um den Rotorflügel22 zu bilden. Der Rotorflügel22 definiert eine Sehne52 als den Abstand zwischen der Anströmkante34 und einem Mittelpunkt54 der bekannten Abströmkante50 . Ein Strom von Fluid55 um den Rotorflügel22 ist durch Pfeile veranschaulicht. Es sollte klar sein, dass der Begriff "Fluid" in dem hier verwendeten Sinne ein beliebiges strömendes Material oder Medium sein kann, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränken zu wollen, Gas, Luft und Flüssigkeiten. - Die in
3 dargestellte Information stimmt mit der in2 dargestellten, wie weiter unten näher erläutert, überein. Dementsprechend sind in3 veranschaulichte Komponenten, die mit in2 dargestellten Komponenten identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in2 verwendet sind. -
3 zeigt eine Schnittansicht des eine exemplarische Abströmkantenanordnung28 aufweisenden Rotorflügels22 , der in Verbindung mit dem in1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann. Es sollte klar sein, dass die Länge der Sehne52 , wie in3 gezeigt, mit der Länge der in2 gezeigten Sehne52 identisch ist. Es versteht sich, dass Schall durch Druckänderungen oder -schwankungen entsteht. Bekannte Rotorabströmkanten können hinsichtlich einer minimalen Breite von zweieinhalb Millimeter hergestellt sein. Diese bekannten Abströmkanten der Rotorflügel erfahren aufgrund der im Allgemeinen chaotischen Natur des Stroms von Fluid55 während des Betriebs an den Abströmkanten Druckschwankungen, und erzeugen damit verbundenen unerwünschten Lärm. Um durch Rotorflügel erzeugten Lärm zu reduzieren, können bekannte Abströmkanten dazu eingerichtet sein, Druckschwankungen zu vermeiden. Indem das Fluid55 veranlasst wird, ausgehend von der Anströmkante34 hin zu einer scharfen oder spitz zulaufend gestalteten Abströmkante36 den Seiten30 und32 zu folgen, vereinigt sich das längs der Seite30 strömende Fluid55 mit dem längs der Seite32 strömenden Fluid55 an der Abströmkante36 in einer stetigen gleichmäßigen Weise. Auf diese Weise werden Druckschwankungen an der Abströmkante36 reduziert. -
4 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt der in3 dargestellten Rotorflügel22 , zu dem eine exemplarische Abströmkantenanordnung28 gehört. Die Abströmkantenanordnung28 enthält einen Körperabschnitt56 und sich davon weg erstreckende Schenkel58 und60 . Der Körperabschnitt56 weist Seiten62 und64 und eine Unterseite66 auf. Insbesondere weist die Seite62 einen äußeren Flächenabschnitt68 und einen inneren Flächenabschnitt70 mit einer dazwischen angeordneten Stufe72 auf. Der äußere Flächenab schnitt68 ist so gestaltet, dass er den Umriss der Außenfläche48 der Druckseite32 verlängert, und kann gegen die Abströmkante36 hin linear werden. Der innere Flächenabschnitt70 ist so gestaltet, dass er an der Innenfläche46 der Druckseite32 anliegt, und die Stufe72 stimmt mit der Dicke der Druckseite32 überein. Desgleichen weist die Seite64 einen äußeren Flächenabschnitt74 und einen inneren Flächenabschnitt76 auf, wobei dazwischen eine Stufe78 angeordnet ist. Der äußere Flächenabschnitt74 ist so gestaltet, dass er den Umriss der Außenfläche42 der Saugseite30 verlängert, und er kann gegen die Abströmkante36 hin linear werden. Der innere Flächenabschnitt76 ist so gestaltet, dass er gegen die Innenfläche40 der Saugseite30 passend anliegt, und die Stufe78 stimmt mit der Dicke der Saugseite30 überein. Die äußeren Flächenabschnitte68 und74 laufen beide kegelförmig zu und konvergieren an einer Kante oder einer Spitze, die die Abströmkante36 definiert. Die Unterseite66 weist ein erstes Ende80 und ein zweites Ende82 auf. Der Schenkel58 erstreckt sich von dem ersten Ende80 zu einem Ende84 und ist so gestaltet, dass er in der Nähe eines Endes39 der Saugseite30 zu der Innenfläche40 der Saugseite30 passt. Der Schenkel60 erstreckt sich von dem zweiten Ende82 zu einem Ende86 und ist so gestaltet, dass er in der Nähe eines Endes43 der Druckseite32 zu der Innenfläche46 der Druckseite32 passt. Es sollte klar sein, dass die Schenkel58 und60 eine beliebige Länge aufweisen können, die eine Verbindung der Abströmkantenanordnung28 mit dem Rotorflügel22 erleichtert und es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Weiter sollte es klar sein, dass die äußeren Flächenabschnitte68 und74 abgeschrägt sein können, um an einer Kante oder einer Spitze zu konvergieren, um die Spitze36 zu definieren. - Es sollte klar sein, dass sich der Querschnitt des Rotorflügels
22 ausgehend von der Rotornabe20 hin zu der Spitze26 ändert. Darüber hinaus sollte es klar sein, dass der der durch die Flächenabschnitte68 und74 gebildete Querschnitt der Abströmkantenanordnung28 sich von der Rotornabe20 aus hin zu der Spitze26 ebenfalls über die gesamte Länge des Rotorflügels22 ändert, so dass der Umriss der Flächen48 bzw.42 verlängert wird. Folglich weist die Abströmkantenanordnung28 keinen konstanten Querschnitt über die gesamte Länge des Rotorflügels22 auf. - In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die Abströmkantenanordnung
28 unabhängig und getrennt von dem Rotorflügel22 hergestellt. Bei der Herstellung des Rotorflügels22 wird die Abströmkantenanordnung28 zwischen den Seiten30 und32 angeordnet. Insbesondere werden der Schenkel58 und der innere Flächenabschnitt76 so angeordnet, dass sie parallel zu der Innenfläche40 und benachbart zu dieser verlaufen. Weiter wird die Stufe78 gegen das Ende39 in Anlage gebracht, so dass der äußere Flächenabschnitt74 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche42 ist und eine ebenmäßige Fortführung der Außenfläche42 bildet. Desgleichen werden der Schenkel60 und der innere Flächenabschnitt70 so angeordnet, das sie parallel zu der Innenfläche40 und benachbart zu dieser verlaufen. Weiter wird die Stufe72 gegen das Ende43 in Anlage gebracht, so dass der äußere Flächenabschnitt68 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche48 ist und eine ebenmäßige Fortführung der Außenfläche48 bildet. Die Schenkel58 und60 und die zugeordneten Stufen78 und72 werden mittels eines Klebstoffs an die Seite30 bzw.32 gebunden. Es sollte klar sein, dass die Abströmkantenanordnung28 , obwohl das Ausführungsbeispiel die Schenkel58 und60 als innerhalb des Rotorflügels22 gegen die Innenfläche40 bzw. die Innenfläche46 anliegend positioniert beschreibt, in weiteren Ausführungsbeispiele so angeordnet sein kann, dass die Schenkel58 und60 gegen die Außenfläche42 bzw.48 anliegend angeordnet sind, so dass es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt ist, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. In solchen Ausführungsbeispielen ist der innere Flächenabschnitt70 bündig mit der Außenfläche48 , und der innere Flächenabschnitt76 bündig mit der Außenfläche42 . In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Klebstoff eine Klebemasse. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele, obwohl dass Ausführungsbeispiel als Klebstoff eine Klebemasse verwendet, beliebige sonstige Klebstoffe oder Befestigungsmittel verwenden kann, beispielsweise, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, mechanische Befestigungsmittel, die eine Befestigung der Abströmkantenanordnung28 an dem Rotorflügel22 vereinfachen und es einer Anordnung28 erlauben, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - Die in
5 dargestellte Information stimmt, wie weiter unten näher erläutert, mit der in4 dargestellten überein. Dementsprechend sind in5 veranschaulichte Komponenten, die mit in4 dargestellten Komponenten identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in4 verwendet sind. -
5 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in3 dargestellten Rotorflügels22 , zu der eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 gehört. Dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in4 dargestellten. Allerdings weist die Abströmkantenanordnung28 nicht die Stufen72 und78 auf, und die Schenkel58 und60 sind gegen die Außenfläche42 der Saugseite30 bzw. gegen die Außenfläche48 der Druckseite32 anliegend angeord net. Insbesondere weisen die Saugseite30 und die Druckseite32 Stufen79 bzw.71 auf. Enden84 und86 sind bündig mit den Stufen79 bzw.71 angeordnet, so dass äußere Flächenabschnitte74 und68 gestaltet werden, die die Umrisse von Außenflächen42 bzw.48 verlängern. Es sollte klar sein, dass die Schenkel58 und60 eine beliebige Länge aufweisen können, die eine Verbindung der Abströmkantenanordnung28 mit dem Rotorflügel22 vereinfacht und es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - Da die Abströmkantenanordnung
28 dazu eingerichtet ist, an einer scharfen Abströmkante36 zu enden, ist eine Endbearbeitung der Abströmkante nicht erforderlich. Als Folge hiervon reduzieren sich die Arbeitskosten. Da die Abströmkantenanordnung28 in dem Ausführungsbeispiel in den Rotorflügel22 integriert ist, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, einen (in3 gezeigten) Abströmkantenabschnitt88 der Seiten30 und32 herzustellen. Da die Breiten der Seiten30 und32 reduziert sind, werden Transportbeschränkungen in Zusammenhang mit der Breite der Seiten30 und32 erleichtert. Somit ist es in dem Ausführungsbeispiel möglich, den Rotorflügel22 zu einem Projektstandort zu transportieren, und die Abströmkantenanordnung28 an dem Projektstandort in den Rotorflügel22 zu integrieren. Es sollte als Vorteil angesehen werden, dass der Abströmkantenabschnitt88 in dem Ausführungsbeispiel die Breite der Seiten30 und32 um etwa zehn Prozent reduziert. Obwohl das Ausführungsbeispiel von einer Reduzierung der Breite der Seiten30 und32 durch den Abströmkantenabschnitt88 um etwa zehn Prozent ausgeht, kann der Abströmkantenabschnitt88 in weiteren Ausführungsbeispielen bemessen sein, um die Breite der Seiten30 und32 um einen beliebigen Prozentsatz zu reduzieren, der es der Abström kantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abströmkantenanordnung
28 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, der nachgiebig ist und in der Lage ist, dem Rotorflügel22 Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. Darüber hinaus lässt sich der Werkstoff spitz zulaufend ausbilden und ist nicht spröde. Zu solchen Werkstoffen gehören, ohne darauf beschränkt zu sein, Kupfer, Aluminium, Stahl, Zinn und Titan. Es sollte klar sein, dass vielfältige andere Ausführungsbeispiele einen beliebigen sonstigen Werkstoff verwenden können, der es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - Der Körper
56 der Abströmkantenanordnung28 ist in dem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen massiv. Allerdings sollte es klar sein, dass obwohl der Körper56 in dem Ausführungsbeispiel massiv ist, weitere Ausführungsbeispiele einen ganz oder teilweise hohlen Körper56 verwenden können, der es der Anordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ermöglicht das Integrieren der Abströmkantenanordnung
28 in den Rotorflügel22 es, Herstellungszeit, Kosten und Wartezeiten zu reduzieren. Außerdem erhält der Rotorflügel22 durch die Abströmkantenanordnung28 eine erhebliche strukturelle Integrität. Aufgrund ihrer strukturellen Festigkeit und Steifigkeit fördert die Abströmkantenanordnung28 die Vermeidung einer Verbeulung des Rotorflügels22 und ermöglicht es, die Anfälligkeit der Abströmkante36 gegenüber einer Beschädigung während des Transports und Einbaus zu verringern. Darüber hinaus kann die Abströmkantenanordnung28 , da sie in dem Ausführungsbeispiel aus elektrisch leitenden Werkstoffen hergestellt ist, außerdem als Blitzschutz für den Rotorflügel22 und die Windkraftanlage10 dienen. - Bekannte Rotorflügel
22 weisen eine geringe Anzahl von gesonderten Positionen auf, die darauf eingerichtet sind, Blitzschlag anzuziehen. Im Allgemeinen ist an der Spitze26 des Rotorflügels22 eine Scheibe mit einem Durchmesser von drei oder vier Zoll angeordnet. Eine (nicht gezeigte) Erdleitung erstreckt sich von der Spitze26 des Rotorflügels22 zu der Gondel12 und durch das Turmgerüst18 zum Boden, wo sie geerdet ist. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Abströmkantenanordnung28 über die gesamte Länge des Rotorflügels22 und ist elektrisch leitend, und bildet somit eine kontinuierliche Blitzschutzkante, die die Gefahr eines Blitzschlag in den Rotorflügel22 reduziert. Da sich die Abströmkantenanordnung28 über die gesamte Länge des Rotorflügels22 erstreckt, ist es nicht erforderlich, die Erdleitung durch den Rotorflügel22 zu verlegen, so dass Kosten eingespart sind. Es sollte klar sein, dass sich die Abströmkantenanordnung28 , obwohl das Ausführungsbeispiel eine Abströmkantenanordnung28 enthält, die sich über die gesamte Länge des Rotorflügels22 erstreckt, in anderen Ausführungsbeispielen nicht über die gesamte Länge des Rotorflügels22 , sondern lediglich längs eines Abschnitts des Rotorflügels22 erstreckt. - Andere vielfältige Ausführungsbeispiele, die Ausstattungsmerkmale wie einen erhöhten Blitzschutz oder wesentliche Steifigkeit nicht benötigen, können andere Materialien als die oben beschriebenen verwenden. Beispielsweise kann die Abströmkantenanordnung
28 im Falle von Ausführungsbeispielen, die erhöhten Blitzschutz nicht benötigen, aus Kunststoffmaterialien hergestellt sein. In einer Abwandlung kann die Anordnung28 im Falle von Ausführungsbeispielen, die eher eine flexible als ein starrer Rotorflügel22 erfordern, aus Gummiwerkstoffen hergestellt sein. -
6 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel22 , die eine exemplarische Abströmkantenanordnung28 enthält. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Abströmkantenanordnung28 entlang der Enden39 und43 der Seiten30 bzw.32 , so dass die Abströmkante36 ein Profil einer ununterbrochenen Geraden bildet, die gegenüber den Enden39 und43 versetzt und parallel verläuft. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele, obwohl das Ausführungsbeispiel eine kontinuierliche Abströmkante36 enthält, die ein gegenüber den Enden39 und43 versetztes und paralleles geradliniges Profil definiert, ein beliebiges Profil verwenden können, das es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. -
7 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel22 , die eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Abströmkantenanordnung28 dazu eingerichtet, eine Vielzahl von benachbarten dreieckig ausgebildeten Zähne90 zu definieren. Jeder Zahn90 weist eine Spitze92 , ein Basis94 , die sich längs einer Zeile erstreckt, die durch das Ende39 der Saugseite30 definiert ist, und Seiten96 auf. Die Zähne90 grenzen an ihren entsprechenden Basen94 aneinander an und sind an ihren entsprechende Spitzen92 durch eine Lücke98 getrennt, so dass die Abströmkante36 ein Sägezahnprofil aufweist. Die Sägezahnprofilkonfiguration der Abströmkante36 fördert eine Minimierung des an der Abströmkante36 erzeugten Lärms. -
8 zeigt eine partielle Vorderansicht der in7 dargestellten abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung28 . Insbesondere weist die Basis94 der Zähne90 in diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel vier Basisseiten100 ,102 ,104 und106 auf, die eine quadratische Basis94 bilden. Eine obere Kante108 erstreckt sich von dem Schnittpunkt der Seiten100 und106 zu der Spitze92 , und ein unterer Rand110 erstreckt sich von dem Schnittpunkt der Seiten102 und104 zu der Spitze92 . Desgleichen erstrecken sich von dem Schnittpunkt der Seiten104 und106 sowie der Seiten100 und102 ausgehend Seiten96 zu der Spitze92 . Es sollte klar sein, dass die Seiten100 ,102 ,104 und106 eine beliebige, nicht notwendig übereinstimmende Länge aufweisen können, die es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Darüber hinaus sollte es klar sein, dass sonstige vielfältige Ausführungsbeispiele, obwohl die Basis94 in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel als eine quadratische Konfiguration aufweisend beschrieben ist, eine beliebige Konfiguration für die Basis94 verwenden kann, die es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. -
9 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel22 , der noch eine weitere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 enthält. Dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in7 und8 gezeigten. Allerdings enthält die Abströmkantenanordnung28 eine Vielzahl von Zähnen90 , die jeweils davon sich weg erstreckende Borsten112 aufweisen. -
10 zeigt die in9 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 in einer vergrößerten Schnittansicht. Insbesondere endet in diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel jeder Zahn90 mit einer beschnittenen Abströmkante114 , und es erstrecken sich von der beschnittenen Abströmkante114 ausgehend Borsten112 . Die mit den Borsten112 verbundenen Zähne90 fördern eine Minderung des an der beschnittenen Abströmkante114 entstehenden Lärms. In diesem Ausführungsbeispiel und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen können die Borsten112 aus Kunststoff- oder Nylonmaterialien hergestellt sein. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele Borsten112 enthalten können, die aus einem beliebigen sonstigen Material hergestellt sind, das es der beschnittenen Abströmkante114 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Weiter sollte als ein Vorteil erachtet werden, dass die Borsten112 mit einer beliebigen Länge bemessen sein können, die es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. -
11 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel22 , der noch eine andere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist die Abströmkantenanordnung28 eine Vielzahl von Zähnen90 auf, und es ist zwischen den Basen94 jedes Zahns90 eine Lücke116 definiert. In jeder Lücke116 zwischen den Zähnen90 ist eine Borste112 angeordnet. -
12 zeigt die in11 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 in einer vergrößerten Schnittansicht. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die Borsten112 in einem unteren Körperabschnitt118 der Abströmkantenanordnung28 angeordnet und ragen von dem Kör perabschnitt weg. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Borsten112 und die Zähne90 um etwa ein bis zwei Zentimeter von dem Ende38 der Saugseite30 weg. In diesem abgewandelte Ausführungsbeispiel sind die Zähne90 im Wesentlichen identisch zu den in7 und8 gezeigten Zähnen90 . Die abwechselnd mit den Borsten112 angeordneten Zähne90 fördern eine Minimierung des an der alternierenden Abströmkante120 erzeugten Lärms. Es sollte klar sein, dass die Lücken116 mit einer beliebigen Breite bemessen sein können, die es der Abströmkantenanordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. -
13 zeigt eine Draufsicht auf des Rotorflügels22 , die noch eine weitere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind über die Länge der Abströmkantenanordnung28 hinweg viele Borsten112 angeordnet, um eine unstetige Abströmkante122 zu definieren. Es sollte klar sein, dass die Borsten112 , wie in12 veranschaulicht, in dem unteren Körperabschnitt118 angeordnet sind und sich von diesem weg erstrecken. Ein Anordnen der Borsten112 über die Länge der Abströmkantenanordnung28 hinweg fördert eine Minimierung des an der unstetigen Abströmkante122 erzeugten Lärms. Es sollte klar sein, dass die Borsten112 in weiteren Ausführungsbeispielen möglicherweise über die gesamte Länge der Anordnung28 hinweg in einem beliebigen Abstand angeordnet sind, der es der Anordnung28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. - In jedem Ausführungsbeispiel ermöglichen die oben beschriebene Abströmkantenanordnungen eine Reduzierung des durch Rotorflügel erzeugten Lärms und erleichtern es, die strukturelle Integrität der Rotorflügel zu steigern. Insbe sondere fördert die Anordnung in jedem Ausführungsbeispiel die Vermeidung von Druckschwankungen an der Abströmkante, indem das Fluid veranlasst wird, den Seiten der Schaufel zu folgen und sich an entsprechenden Abströmkanten zu vereinigen. Darüber hinaus verleiht die Abströmkantenanordnung, da sie sich über die gesamte Länge des Rotorflügels erstreckt, dem Rotorflügel strukturelle Integrität und stellt einen kontinuierlichen Blitzschutz bereit. Im Ergebnis werden die Entstehung von Lärm und die Gefahr einer Beschädigung des Rotorflügels im Turbinenbetrieb auf ein Minimum reduziert. Dementsprechend ist sowohl die Turbinenleistung als auch die Nutzungslebensdauer der Komponenten auf ökonomische und zuverlässige Weise verbessert.
- Im Vorausgehenden sind Ausführungsbeispiele der Abströmkantenanordnungen im Einzelnen beschrieben. Die Vorrichtungen sind nicht auf eine Verwendung in Zusammenhang mit den hier beschriebenen speziellen Ausführungsbeispielen der Windkraftanlage beschränkt, sondern können vielmehr unabhängig und getrennt von sonstigen hier beschriebenen Vorrichtungskomponenten verwendet werden. Weiter ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele der oben im Einzelnen beschriebenen Anordnungen beschränkt. Vielmehr können auch andere Veränderungen der Ausführungsbeispiele der Anordnung innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche genutzt werden.
- Während die Erfindung anhand vielfältiger spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich ist, die Erfindung mit Abwandlungen zu verwirklichen, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.
Claims (10)
- Rotorflügelanordnung, zu der gehören: ein Rotorflügel (
22 ), der einen Abströmkantenabschnitt (88 ) aufweist; und eine mit dem Abströmkantenabschnitt verbundene Abströmkantenanordnung (28 ), wobei die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist und eine Abströmkante (36 ) enthält. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Abströmkante (
36 ) auf einer scharfen Kante, einer beschnittenen Kante (114 ) und/oder einer unstetigen Kante (122 ) basiert. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Abströmkante (
36 ) ferner mit einer Vielzahl von Zähnen (90 ) ausgebildet ist, wobei jeder Zahn durch eine Lücke (98 ) von einem benachbarten Zahn getrennt ist. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 3, wobei in der Lücke (
98 ) wenigstens eine Borste (112 ) angeordnet ist. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Abströmkante (
36 ) viele Borsten (112 ) enthält. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei zu der Schaufel ferner eine Saugseite (
30 ) und eine Druckseite (32 ) gehören, wobei die Saugseite einen veränderlichen Außenumriss aufweist, und die Druckseite einen veränderlichen Außenumriss aufweist. - Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei zu der Abströmkantenanordnung (
28 ) ferner eine obere Seitenfläche und eine untere Seitenfläche (66 ) gehören, wobei die obere Seitenfläche mit dem veränderlichen Außenumriss der Saugseite (30 ) bündig ist und dazu eingerichtet ist, den veränderlichen Saugseitenaußenumriss zu verlängern, und, wobei die untere Seitenfläche mit dem veränderlichen Außenumriss der Druckseite (32 ) bündig ist und dazu eingerichtet ist, den veränderlichen Druckseitenaußenumriss zu verlängern. - Abströmkantenanordnung (
28 ) für einen Rotorflügel (22 ), wobei die Abströmkantenanordnung einen Körper mit einer Oberseite, einer Unterseite und wenigstens einem Schenkel (58 ) enthält, wobei die Oberseite und die Unterseite dazu eingerichtet sind, eine Laufradabströmkante (36 ) zu bilden, wobei der Körper dazu eingerichtet ist an dem Rotorflügel angebracht zu werden, wobei die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist. - Abströmkantenanordnung (
28 ) nach Anspruch 8, wobei der Körper aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt ist. - Abströmkantenanordnung (
28 ) nach Anspruch 8, wobei die Laufradabströmkante (36 ) ein kontinuierliches Profil, ein Sägezahnprofil (120 ) und/oder ein unstetiges Profil (122 ) aufweist.
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Inventor name: HERR, STEFAN, GREENVILLE, S.C., US Inventor name: STANDISH, KEVIN, SIMPSONVILLE, S.C., US Inventor name: LIVINGSTON, JAMIE T., SIMPSONVILLE, S.C., US Inventor name: ALTHOFF, NICHOLAS KEANE, WARE SHOALS, S.C., US |
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