DE102011012965B4 - Rotor blade for wind turbines with horizontal axis of rotation and wind turbine with selbigem - Google Patents
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Abstract
Rotorblatt (10) für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse, umfassend
eine Rotorblattwurzel (12) zur Befestigung an einer Nabe einer Windenergieanlage,
eine der Rotorblattwurzel (12) gegenüberliegend angeordnete Rotorblattspitze (14) am Ende des Rotorblattes (10),
einen zur Rotorblattspitze (14) liegenden aerodynamischen Rotorblattabschnitt (16) mit einer Vorderkante (18) und einer im wesentlichen spitzen Hinterkante (20) sowie
einen Übergangsbereich (22) zwischen der Rotorblattwurzel (12) und dem aerodynamischen Rotorblattabschnitt (16), der eine Vorderkante (24) und eine im wesentlichen stumpfe Hinterkante (26) aufweist, wobei an der stumpfen Hinterkante (26) mindestens ein aerodynamisches Element (28) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das aerodynamische Element (28) eine Platte (30) ist, die unter einem Winkel zur stumpfen Hinterkante (26) angeordnet ist und sich in Richtung zur Rotorblattspitze (14) erstreckt.Rotor blade (10) for wind turbines with horizontal axis of rotation, comprising
a rotor blade root (12) for attachment to a hub of a wind turbine,
one of the rotor blade root (12) arranged opposite rotor blade tip (14) at the end of the rotor blade (10),
a rotor blade tip (14) lying aerodynamic rotor blade section (16) having a front edge (18) and a substantially sharp trailing edge (20) and
a transition region (22) between the rotor blade root (12) and the aerodynamic rotor blade section (16) having a leading edge (24) and a substantially blunt trailing edge (26), at least one aerodynamic element (28) being formed on the blunt trailing edge (26) ) is provided,
characterized in that the aerodynamic element (28) is a plate (30) disposed at an angle to the blunt trailing edge (26) and extending towards the rotor blade tip (14).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Windenergieanlage.The present invention relates to a rotor blade for wind turbines with horizontal axis of rotation according to the preamble of
Rotorblätter von Windenergieanlagen haben eine große Bedeutung für den Wirkungsgrad (Effizienz) und den wirtschaftlichen Betrieb der Windenergieanlagen. Bei den bekannten Rotorblättern gemäß der eingangs genannten Art besteht die Anforderung an den Rotorblattwurzel nahen Profilquerschnitt darin, in Abhängigkeit vom Anstellwinkel α im Betriebsbereich von –10° < α < 20° zu arbeiten. Die Strömungsbedingungen sind dabei unter anderem instationär und führen aufgrund der Druckunterschiede an den unterschiedlichen Profilschnitten zur Ablösung der Strömung und zur Wirbelbildung. Die Umströmung des Rotorblattes erzeugt dadurch nicht stetige Kraft- und Momentänderungen, d. h. unerwünschte Rotorblattschwingungen, und beeinträchtigt die Effizienz.Rotor blades of wind turbines are of great importance for the efficiency (efficiency) and economic operation of the wind turbines. In the known rotor blades according to the aforementioned type, the requirement for the rotor blade root near profile cross-section is to work in dependence on the angle of attack α in the operating range of -10 ° <α <20 °. Among other things, the flow conditions are unsteady and lead due to the pressure differences at the different profile sections to the flow separation and vortex formation. The flow around the rotor blade thereby produces non-steady force and moment changes, d. H. unwanted rotor blade vibrations, and affects the efficiency.
Die
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Rotorblatt so weiterzubilden, dass der Abriss einer Strömung, und zwar möglichst unabhängig vom Anstellwinkel, im rotorblattwurzelnahen Bereich reduziert wird.The invention is therefore based on the object, the generic rotor blade educate so that the demolition of a flow, and as independent as possible of the angle of attack, in the rotor blade root near area is reduced.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Rotorblatt der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das aerodynamische Element eine Platte ist, die unter einem Winkel zur stumpfen Hinterkante angeordnet ist und sich in Richtung zur Rotorblattspitze erstreckt. Unter einem aerodynamischen Element soll ein Element verstanden werden, das die Luftströmung beeinflusst. Vorteilhafterweise ist die Platte normal zur stumpfen Hinterkante angeordnet.According to the invention this object is achieved in the rotor blade of the type mentioned above in that the aerodynamic element is a plate which is arranged at an angle to the blunt trailing edge and extending in the direction of the rotor blade tip. An aerodynamic element is to be understood as an element which influences the air flow. Advantageously, the plate is arranged normal to the blunt trailing edge.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird diese Aufgabe bei dem Rotorblatt der eingangsgenannten Art dadurch gelöst, dass das aerodynamische Element ein im Querschnitt T-förmiges Element ist, dessen Steg unter einem Winkel zur stumpfen Hinterkante angeordnet ist und sich in Richtung zur Rotorblattspitze erstreckt. Vorteilhafterweise ist der Steg normal zur stumpfen Hinterkante angeordnet. Zudem erstreckt sich der Querbalken vorzugsweise parallel zur Hinterkante.According to another aspect, this object is achieved in the rotor blade of the type mentioned above in that the aerodynamic element is a T-shaped element in cross-section, the web is arranged at an angle to the blunt trailing edge and extending in the direction of the rotor blade tip. Advantageously, the web is arranged normal to the blunt trailing edge. In addition, the transverse bar preferably extends parallel to the trailing edge.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 16.Furthermore, this object is achieved by a wind energy plant according to
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Rotorblattwurzel einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.In particular, it may be provided that the rotor blade root has a substantially circular cross-section.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist das aerodynamische Element mit dem Übergangsbereich integral bzw. monolithisch ausgebildet.According to a particular embodiment, the aerodynamic element is integrally or monolithically formed with the transition region.
Alternativ ist auch denkbar, dass das aerodynamische Element vom Übergangsbereich separat ausgebildet und daran befestigt ist. Beispielsweise kann es nachträglich angebracht sein.Alternatively, it is also conceivable that the aerodynamic element is formed separately from the transition region and secured thereto. For example, it may be retrospectively attached.
Vorteilhafterweise ist das aerodynamische Element formstabil.Advantageously, the aerodynamic element is dimensionally stable.
Zweckmäßigerweise ist das aerodynamische Element aus einem wetterfesten Material hergestellt.Conveniently, the aerodynamic element is made of a weatherproof material.
Vorteilhafterweise ist das aerodynamische Element aus einem Glasfaserlaminat, Edelstahl, Aluminium, einem kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff oder einem Kunststoff hergestellt. Das Glasfaserlaminat kann ein Glasfaserlaminat mit Sandwichaufbau und/oder Wabenkern sein. Ganz allgemein kann das aerodynamische Element aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK) hergestellt sein.Advantageously, the aerodynamic element is made of a glass fiber laminate, stainless steel, aluminum, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), fiber-plastic composite or a plastic. The glass fiber laminate may be a sandwiched glass fiber laminate and / or honeycomb core. In general, the aerodynamic element can be made of a glass fiber reinforced plastic (GRP).
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Höhe der Platte im Bereich von ca. 5% bis ca. 15% der Profilsehnenlänge liegt. Vorzugsweise beträgt die Höhe der Platte 9% der Profilsehnenlänge.In particular, it may be provided that the height of the plate is in the range of about 5% to about 15% of the chord. Preferably, the height of the plate is 9% of the chord length.
Andererseits ist auch denkbar, dass die Höhe der Platte von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt ansteigt. Vorzugsweise steigt die Höhe der Platte von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt linear an.On the other hand, it is also conceivable that the height of the plate increases from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section. Preferably, the height of the plate from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section increases linearly.
Zweckmäßigerweise ist die Platte entlang ihrer Längserstreckung mit einem Winkelprofil einseitig oder beidseitig zur Befestigung an dem Übergangsbereich versehen.Conveniently, the plate is provided along its longitudinal extent with an angle profile on one side or on both sides for attachment to the transition region.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Höhe des Stegs im Bereich von ca. 2% bis 15% der Profilsehnenlänge liegt. Vorzugsweise beträgt die Höhe des Stegs 5% der Profilsehnenlänge.In particular, it can be provided that the height of the web is in the range of about 2% to 15% of the chord. Preferably, the height of the web is 5% of the chord line length.
Andererseits ist auch denkbar, dass die Höhe des Stegs von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt ansteigt. Vorzugsweise steigt die Höhe des Stegs von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt linear an.On the other hand, it is also conceivable that the height of the web increases from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section. Preferably, the height of the web increases linearly from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section.
Vorteilhafterweise ist der Steg entlang seiner Längserstreckung mit einem Winkelprofil einseitig oder beidseitig zur Befestigung an den Übergangsbereich versehen.Advantageously, the web along its longitudinal extent with an angle profile on one side or both sides provided for attachment to the transition region.
Schließlich kann die Höhe des Querbalkens im Bereich von ca. 10% bis 30% der Profilsehnenlänge liegen. Vorzugsweise beträgt die Höhe des Querbalkens 19% der Profilsehnenlänge.Finally, the height of the crossbeam in the range of about 10% to 30% of Chord length lie. Preferably, the height of the crossbar is 19% of the chord length.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Anordnung mindestens eines speziellen aerodynamischen Elements bzw. Strömungselements an der stumpfen Hinterkante im Übergangsbereich eine Wirbelbildung im Nachlauf sowie eine Grenzschichtablösung reduziert und dadurch der Luftwiderstand verringert wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Gleitzahl erhöht wird und über einen weiten Anstellwinkelbereich einen vergleichsweise hohen Wert erreicht, der für die Effizienz der Rotorblätter entscheidend ist. Es lässt sich also eine aerodynamische Optimierung mittels mindestens eines aerodynamischen Elements erreichen.The invention is based on the surprising finding that by arranging at least one special aerodynamic element or flow element at the blunt trailing edge in the transition region, vortex formation in the wake and boundary layer separation are reduced, thereby reducing air resistance. This in turn means that the glide ratio is increased and reaches a comparatively high value over a wide angle of attack range, which is crucial for the efficiency of the rotor blades. It is thus possible to achieve aerodynamic optimization by means of at least one aerodynamic element.
In der nachfolgenden Beschreibung werden zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert. Dabei zeigt:In the following description, two embodiments will be explained in detail with reference to the schematic drawings. Showing:
Das in den
Die Dicke der Platten
Vorzugsweise nimmt die Höhendifferenz dabei über den Übergangsbereich
Die in den
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotorblattrotor blade
- 1212
- RotorblattwurzelRotor blade root
- 1414
- RotorblattspitzeRotor blade tip
- 1616
- aerodynamischer RotorblattabschnittAerodynamic rotor blade section
- 1818
- Vorderkanteleading edge
- 2020
- Hinterkantetrailing edge
- 2222
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2424
- Vorderkanteleading edge
- 2626
- Hinterkantetrailing edge
- 2727
- Druckseitepressure side
- 2828
- aerodynamisches Elementaerodynamic element
- 2929
- Saugseitesuction
- 30, 3230, 32
- Plattenplates
- 3434
- Schenkelleg
- 3636
- ProfilsehnenlängeChord length
- 3838
- Höheheight
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