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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Windturbinenrotorblätter, und insbesondere Geräuschverminderer, die an den Rotorblättern ausgestaltet sind. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Offenbarung eine Windturbine, ein Verfahren zum Herstellen und/oder Zusammenbauen einer Rotorblattanordnung, und ein Verfahren zum Zusammenbauen einer Windturbine.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Windenergie wird als eine der saubersten und umweltfreundlichsten der derzeit verfügbaren Energiequellen angesehen, und Windturbinen haben diesbezüglich erhöhte Aufmerksamkeit erfahren. Eine moderne Windturbine umfasst typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel, und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter entnehmen dem Wind kinetische Energie basierend auf bekannten Profilprinzipien. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie in der Form von Rotationsenergie, indem sie eine Welle drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe genutzt wird, direkt mit dem Generator verbinden. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die in ein Energieversorgungsnetz eingespeist werden kann.
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In vielen Fällen werden verschiedene Komponenten an den Rotorblättern von Windturbinen angebracht, um verschiedene Funktionen während des Betriebs der Windturbinen zu erfüllen. Diese Komponenten können häufig nahe den Hinterkanten der Rotorblätter angebracht sein. Zum Beispiel können Geräuschverminderer an den Hinterkanten von Rotorblättern angebracht sein, um den Lärm zu reduzieren und den zum Rotorblatt gehörigen Wirkungsgrad zu erhöhen. Typische Geräuschverminderer aus dem Stand der Technik können eine Vielzahl von Nachteilen aufweisen und können nicht den zu typischen Rotorblättern gehörigen Lärm adäquat vermindern. Zum Beispiel mögen derzeit bekannte Geräuschverminderer verschiedene Eigenschaften des Windstroms über die Rotorblätter hinweg nicht berücksichtigen.
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Dieser Fehler kann die Geräuschverminderungseigenschaften der Geräuschverminderer erschweren. Darüber hinaus umfassen derzeit bekannte Geräuschverminderer eine Vielzahl von Zähnen. Die Zähne von vielen derzeit bekannten Geräuschverminderern mögen über die Länge des Geräuschverminderers hinweg ähnliche Größen und Formen aufweisen. Daher mögen die Geräuschverminderer nicht in der Lage sein, individuell Veränderungen in den Windstromeigenschaften über die Länge des Rotorblattes hinweg zu berücksichtigen. Dieser Fehler kann darüber hinaus die Geräuschverminderungseigenschaften erschweren.
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Daher wäre ein verbesserter Geräuschverminderer für ein Rotorblatt erwünscht. Zum Beispiel wäre ein Geräuschverminderer mit verbesserten Geräuschverminderungseinrichtungen vorteilhaft. Insbesondere wäre ein Geräuschverminderer gewünscht, der verschiedene Eigenschaften des Windstroms über die Rotorblätter hinweg berücksichtigt.
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KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargestellt, oder sind hieraus offensichtlich, oder können durch Ausübung der Erfindung hieraus gelernt werden.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Rotorblattanordnung für eine Windturbine offenbart. Die Rotorblattanordnung umfasst ein Rotorblatt mit Oberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante, die zwischen einer Spitze und einer Wurzel sich erstrecken, festlegen. Das Rotorblatt umfasst des Weiteren einen Geräuschverminderer, der auf einer Oberfläche des Rotorblattes gestaltet ist, wobei der Geräuschverminderer eine Vielzahl von Zähnen umfasst, wobei jeder der Vielzahl der Zähne eine Mittellinie festlegt. Die Mittellinie von jedem der Vielzahl der Zähne legt einen individuellen maßgeschneiderten Winkel fest, je nach dem spannwärtigen Ort, der lokalen Blattbreite, der Weite, der Länge, dem Biegungswinkel, und/oder der Dicke.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Rotorblattanordnung für eine Windturbine offenbart. Die Rotorblattanordnung umfasst ein Rotorblatt mit Oberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante, und eine Hinterkante, die zwischen einer Spitze und einer Wurzel sich erstrecken, festlegen. Das Rotorblatt legt des Weiteren eine Blattwinkelachse fest. Die Rotorblattanordnung umfasst des Weiteren einen Geräuschverminderer, der auf einer Oberfläche des Rotorblattes gestaltet ist, wobei der Geräuschverminderer eine Vielzahl von Zähnen umfasst, wobei jeder der Vielzahl der Zähne eine Mittellinie festlegt. Die Mittellinie von jedem der Vielzahl der Zähne liegt im Bereich zwischen ungefähr 10 Grad zur Senkrechten bezüglich der Blattwinkelachse und ungefähr senkrecht zur Blattwinkelachse.
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Gemäß einem Aspekt wird eine Rotorblattanordnung für eine Windturbine offenbart. Die Rotorblattanordnung umfasst eine Rotornabe, die einen Mittelpunkt festlegt, und ein Rotorblatt, das sich von der Rotornabe erstreckt, wobei das Rotorblatt Oberflächen aufweist, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante, und eine Hinterkante, die sich zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstrecken, festlegen. Die Rotorblattanordnung umfasst des Weiteren einen Geräuschverminderer, der auf einer Oberfläche des Rotorblattes ausgestaltet ist, wobei der Geräuschverminderer eine Vielzahl von Zähnen umfasst, wobei jede der Vielzahl der Zähne eine Mittellinie festlegt. Eine Linie ist festgelegt für jeden der Vielzahl der Zähne zwischen der Mittellinie von jedem der Vielzahl der Zähne und dem Mittelpunkt der Rotornabe. Die Mittellinie von jedem der Vielzahl der Zähne liegt im Bereich zwischen ungefähr 10 Grad von der Senkrechten zu der Linie und ungefähr senkrecht zu der Linie.
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Gemäß weiteren Aspekten wird eine Windturbine offenbart. Die Windturbine kann insbesondere wenigstens ein wie hierin beschriebenes Rotorblatt oder eine wie hierin beschriebene Rotorblattanordnung umfassen.
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Des Weiteren wird ein Verfahren zum Zusammenbauen, händisch und/oder industriell Herstellen einer Rotorblattanordnung, eines Rotorblatts und/oder einer Windturbine, wie hierin beschrieben, offenbart.
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Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst Vorrichtungsteile zum Ausführen jeder der beschriebenen Verfahrensschritte. Die Verfahrensschritte können mittels Hardwarekomponenten, einen durch entsprechende Software programmierten Computer, durch eine Kombination der beiden oder in jeglicher anderen Weise ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Erfindung auch gerichtet auf Verfahren, nach denen die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten, und/oder gemäß denen die beschriebenen Elemente zusammengebaut werden. Es umfasst Verfahrensschritte zum Ausführen von jeder Funktion der Vorrichtung.
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Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können umfassender verstanden werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und die angehängten Ansprüche. Die begleitenden Zeichnungen, die Teil dieser Beschreibung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und sollen, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung erklären.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Eine vollständige und für einen Fachmann ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, inklusive der besten Ausführungsart davon, wird in der Beschreibung dargestellt, die Bezug nimmt auf die angehängten Figuren, wobei:
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Windturbine gemäß der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Rotorblattanordnung der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist eine Draufsicht auf eine Ausführungsform eines Geräuschverminderers der vorliegenden Offenbarung;
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4 ist eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines Geräuschverminderers der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Geräuschverminderers der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines Geräuschverminderers der vorliegenden Offenbarung;
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7 ist eine perspektivische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Rotorblattanordnung der vorliegenden Offenbarung; und,
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8 ist eine Draufsicht einer weiteren Ausführungsform eines Geräuschverminderers der vorliegenden Offenbarung.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird im Detail Bezug genommen auf Ausführungsformen der Erfindung, zu denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren illustriert sind. Jedes Beispiel dient der Erklärung der Erfindung, nicht der Begrenzung der Erfindung. Es ist für den Fachmann in der Tat offenkundig, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne dabei vom Umfang oder dem Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform illustriert oder beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen benutzt werden, um zu einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Die vorliegende Erfindung soll derartige Modifikationen und Variationen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, umfassen.
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1 stellt eine Windturbine 10 herkömmlicher Bauart dar. Die Windturbine 10 umfasst einen Turm 12 mit einer hierauf befestigten Gondel 14. Eine Vielzahl von Rotorblättern 16 sind an der Rotornabe 18 befestigt, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Rotornabe 18 legt einen Mittelpunkt 19 fest (s. 7). Die Windturbinenstromherstellungs- und -steuerkomponenten sind innerhalb der Gondel 14 angeordnet. Die Ansicht von 1 dient nur illustrativen Zwecken, um die Erfindung in ein beispielhaftes Benutzungsgebiet zu platzieren. Es sollte verstanden werden, dass die Erfindung nicht beschränkt ist auf irgendeine besondere Art von Windturbinenkonfigurationen.
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Mit Bezug zu den 2 und 7, ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann Oberflächen umfassen, die eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 festlegen (siehe 4 bis 6), die sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 erstrecken, und die sich von einer Blattspitze 32 zu einer Blattwurzel 34 erstrecken können.
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In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 eine Vielzahl von individuellen Blattsegmenten umfassen, die von der Blattspitze 32 bis zur Blattwurzel 34 aneinander anschließend ausgerichtet sind. Jedes der individuellen Blattsegmente kann einzigartig ausgestaltet sein, sodass die Vielzahl von Blattsegmenten ein vollständiges Rotorblatt 16 festlegen mit einem ausgelegten aerodynamischen Profil, einer Länge und anderen gewünschten Eigenschaften. Zum Beispiel kann jedes der Blattsegmente ein aerodynamisches Profil aufweisen, das dem aerodynamischen Profil von benachbarten Blattsegmenten entspricht. Damit können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein durchgängiges aerodynamisches Profil des Rotorblattes 16 festlegen. Alternativer Weise kann das Rotorblatt 16 als ein singuläres einheitliches Blatt gebildet sein, das das ausgelegte aerodynamische Profil, die Länge, und andere gewünschte Eigenschaften aufweist.
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Das Rotorblatt 16 kann in beispielhaften Ausführungsformen gekrümmt sein. Das Krümmen des Rotorblattes 16 kann ein Biegen des Rotorblattes 16 in einer im Allgemeinen störklappenwärtigen („flapwise”) Richtung und/oder in einer im Allgemeinen kantenwärtigen Richtung mit sich bringen. Die störklappenwärtige Richtung kann im Allgemeinen auszulegen sein, als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung), in der der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 16 wirkt. Die kantenwärtige Richtung ist im Allgemeinen senkrecht zur störklappenwärtigen Richtung. Eine störklappenwärtige Krümmung des Rotorblattes 16 ist auch bekannt als Vorbiegung („pre-bend”), während die kantenwärtige Krümmung auch bekannt ist als Auslenkung („sweep”). Damit kann ein gekrümmtes Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder ausgelenkt sein. Das Krümmen kann es ermöglichen, dass das Rotorblatt 16 besser störklappenwärtige und kantenwärtige Belastungen während des Betriebs der Windturbine 10 widersteht, und kann des Weiteren einen Abstand für das Rotorblatt 16 vom Turm 12 während des Betriebs der Windturbine 10 zur Verfügung stellen.
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Das Rotorblatt 16 kann des Weiteren eine Blattwinkelachse 40 festlegen, wie in den 2 und 3 gezeigt ist. Die Blattwinkelachse 40 kann im Allgemeinen festgelegt sein in Bezug auf die Rotornabe 18 der Windturbine 10. Zum Beispiel kann die Blattwinkelachse 40 sich im Allgemeinen senkrecht zur Rotornabe 18 und der Blattwurzel 34 durch die Mitte der Blattwurzel 34 erstrecken. Ein Blattwinkel oder Blattpitch des Rotorblattes 16, das heißt, ein Winkel, der eine Ausrichtung des Rotorblattes 16 mit Bezug auf den Luftstrom über die Windturbine 10 hinweg festlegt, kann definiert werden durch die Rotation des Rotorblattes 16, um die Blattwinkelachse 40.
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Das Rotorblatt 16 kann des Weiteren eine Blattbreite 42 und eine Spannweite 44 festlegen. Wie in den 2 und 7 gezeigt, kann sich die Blattbreite 42 über die Spannweite 44 des Rotorblattes 16 hinweg verändern. Daher kann wie weiter unten diskutiert wird, eine lokale Blattbreite 46 an jedem Punkt auf dem Rotorblatt 16 entlang der Spannweite 44 festgelegt werden.
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Wie in den 2 bis 8 illustriert wird, kann die vorliegende Offenbarung des Weiteren gerichtet sein auf eine Rotorblattanordnung 100. Die Rotorblattanordnung 100 kann einen Geräuschverminderer 110 und ein Rotorblatt 16 umfassen. Im Allgemeinen kann der Geräuschverminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 ausgestaltet sein, und kann das aerodynamisches Geräusch reduzieren, das von dem Rotorblatt 16 während des Betriebes der Windturbine 10 emittiert wird, und/oder kann die Effizienz des Rotorblattes 16 erhöhen. In einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung kann der Geräuschverminderer 110 ausgestaltet sein auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 nahe der Hinterkante 28 des Rotorblattes 16. Alternativer Weise kann der Geräuschverminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 nahe der Vorderkante 26 des Rotorblattes 16 ausgestaltet sein, oder nahe der Spitze 32 oder der Wurzel 34 des Rotorblattes 16, oder an irgendeiner anderen geeigneten Position auf dem Rotorblatt 16.
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In beispielhaften Ausführungsformen, wie es in den 2 bis 5 und 7 bis 8 gezeigt ist, kann der Geräuschverminderer 110 ausgestaltet sein, zum Beispiel befestigt sein, auf der Druckseite 22 des Rotorblattes 16. In alternativen Ausführungsformen kann der Geräuschverminderer 110 ausgestaltet sein, wie zum Beispiel befestigt sein, auf der Saugseite 24. In noch anderen alternativen Ausführungsformen kann der Geräuschverminderer 110 ausgestaltet sein auf dem Rotorblatt 16 zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24.
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Wie in 6 gezeigt, kann der Geräuschverminderer 110 zum Beispiel auf der Hinterkante 28 zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24 ausgestaltet sein. In dieser Ausführungsform kann das Rotorblatt 16 aus einem oder mehreren Schalenteilen gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Schalenteil die Druckseite 22 umfassen und sich zwischen der Vorderkante 26 und der Hinterkante 28 erstrecken, während ein weiteres Schalenteil die Saugseite 24 umfassen kann und sich zwischen der Vorderkante 26 und der Hinterkante 28 erstrecken kann. Der Geräuschverminderer 110 kann zwischen diesen Schalenteilen befestigt sein derart, dass ein Teil des Geräuschverminderers 110 im Inneren des Rotorblattes 16 angeordnet ist, während ein weiterer Teil aus dem Rotorblatt 16 herausragt. Alternativer Weise kann der Geräuschverminderer 110 sich durch ein Schalenteil des Rotorblattes 16 an einer gewünschten Position erstrecken, wie zum Beispiel an der Hinterkante 28. In weiteren alternativen Ausführungsformen kann der Geräuschverminderer 110 direkt an das Äußere des Rotorblattes zwischen der Druckseite 22 und der Saugseite 24 mit Hilfe von, zum Beispiel, einem geeigneten Kleber oder geeigneten mechanischen Befestigungsmitteln befestigt sein. Zum Beispiel, in beispielhaften Ausführungsformen, kann der Geräuschverminderer 110 direkt an der Hinterkante 28 befestigt sein.
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Der Geräuschverminderer 110 kann eine Vielzahl von Zähnen 112 aufweisen. In einigen Ausführungsformen können sich die Zähne von einer Basisplatte 114 aus erstrecken. In diesen Ausführungsformen kann die Basisplatte 114 im Allgemeinen der Teil des Geräuschverminderers 110 sein, der an dem Rotorblatt 16 befestigt ist, um den Geräuschverminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorblattes 16 auszugestalten. Alternativer Weise können die Zähne 112 direkt an dem Rotorblatt 16 befestigt sein, oder können integraler Teil des Rotorblattes sein. Zum Beispiel kann die Hinterkante 28 in Ausführungsformen, in denen der Geräuschverminderer auf der Hinterkante 28 ausgestaltet ist, einfach die Vielzahl von sich hiervon erstreckenden Zähne 112 umfassen, und die Zähne 112 können integral mit der Hinterkante 28 gebildet sein.
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Die Geräuschverminderer 110 können in einigen Ausführungsformen aus einer Vielzahl von Geräuschvermindererabschnitten gebildet sein. Jeder Abschnitt kann eine oder mehrere Zähne 112 umfassen, und jeder Abschnitt kann des Weiteren einen Basisplattenteil umfassen. Alternativer Weise kann der Geräuschverminderer 110 eine singuläre einheitliche Komponente sein.
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Wie gezeigt, können benachbarte Zähne 112 im Allgemeinen Einschnitte 116 dazwischen festlegen. Während in beispielhaften Ausführungsformen die Zähne 112 im Allgemeinen V-förmig sind, und damit im Allgemeinen V-förmige Einschnitte 116 festlegen, können in alternativen Ausführungsformen die Zähne 112 und Einschnitte 116 U-förmig sein, oder können jede andere Form oder Ausgestaltung haben, die geeignet ist, das Geräusch zu reduzieren, das von der Windturbine 10 emittiert wird und/oder die Effizienz des Rotorblattes 16 während des Betriebs der Windturbine 10 zu erhöhen. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die Zähne 112 und Einschnitte 116 im Allgemeinen sinusförmig oder quadratischsinusförmig sein.
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Wie in der 3 und 8 gezeigt, kann jeder der Zähne 112 eine Zahnbreite 120 aufweisen. Die Zahnbreite 120 kann festgelegt sein für jede Zähne 112 an einer Basis 122 von jedem Zahn. Darüber hinaus kann eine Zahnlänge 124 für jeden Zahn 112 festgelegt werden. Die Länge 124 kann zwischen der Basis 122 und einer Spitze 126 des Zahns 112 gemessen werden, und kann im Allgemeinen senkrecht zur Basis 122 definiert sein. Darüber hinaus kann jeder der Zähne 112 eine Mittellinie 128 aufweisen. Die Mittellinie 128 kann sich durch die Spitze 126 des Zahns 112 erstrecken, wie zum Beispiel durch die Mitte der Spitze 126, und durch die Basis 122 des Zahns, wie zum Beispiel durch die Mitte der Basis 122 und kann im Allgemeinen den Zahn 112 in zwei Teile aufteilen.
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Es sollte verstanden werden, dass ein Zahn 112 gemäß der vorliegenden Offenbarung jede geeignete Eigenschaft aufweisen kann, wie zum Beispiel Breite 120, Länge 124, Form, oder Orientierung, je nach den gewünschten Geräuschverminderungseigenschaften für den Geräuschverminderer 110, während beispielhafte Ausführungsformen der Zähne unten diskutiert werden. Darüber hinaus kann in beispielhaften Ausführungsformen jeder individuelle Zahn 112 individuell Eigenschaften aufweisen, wie sie benötigt sind, um optimale Geräuschverminderungseigenschaften zu erreichen. In alternativen Ausführungsformen können verschiedene Gruppen von Zähnen 112 jedoch ähnliche Eigenschaften aufweisen, oder alle Zähne 112 können ähnliche Eigenschaften aufweisen, je nach den gewünschten Geräuschverminderungseigenschaften für den Geräuschverminderer 110.
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In einigen Ausführungsformen, wie in den 2 und 3 gezeigt, kann die Mittellinie 128 eines Zahns 112 gemäß der vorliegenden Offenbarung mit Bezug zur Blattwinkelachse 40 des Rotorblattes 16 orientiert sein. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Mittellinie 128 im Bereich von ungefähr 10 Grad von der Senkrechten zur Blattwinkelachse 40 und ungefähr senkrecht zur Blattwinkelachse 40 liegen. Alternative Weise kann die Mittellinie 128 im Bereich zwischen ungefähr 5 Grad von der Senkrechten zur Blattwinkelachse 40 und ungefähr senkrecht zur Blattwinkelachse 40 liegen. In weiteren beispielhaften Ausführungsformen kann die Mittellinie 128 ungefähr senkrecht zur Blattwinkelachse 40 liegen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Zähne 112 beschränkt ist, die bestimmte wie oben besprochene Winkel aufweisen, sondern dass jeder geeignete Zahn 112 mit irgendeinem geeigneten Winkel sich im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung befindet. Vorteilhafter Weise kann die oben besprochene Orientierung der Mittellinie 128 im Bezug auf die Blattwinkelachse 40 die Geräuschverminderungscharakteristik des Geräuschverminderers 110 der vorliegenden Offenbarung verbessern. Zum Beispiel kann der Windstrom über die Rotorblattanordnung 100 in vielen Ausführungsformen im Allgemeinen senkrecht zur Blattwinkelachse 40 sein. Die Ausrichtung der Zähne 112 mit Bezug auf die Blattwinkelachse 40 erlaubt es den Zähnen 112, besser mit den Windstrom zu wechselwirken, womit die Geräuschverminderungseigenschaften des vorliegenden Geräuschverminderers 110 verbessert werden.
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In alternativen Ausführungsformen kann die Mittellinie 128 eines Zahns 112 gemäß der vorliegenden Offenbarung auf andere Weise orientiert sein, um die Geräuschverminderungseigenschaften des Geräuschverminderers 110 der vorliegenden Offenbarung zu verbessern. Zum Beispiel kann, wie in de 7 und 8 gezeigt, die Mittellinie 128 eines Zahns 112 in Bezug auf eine Linie 129 von der Basis 122, wie zum Beispiel der Mitte der Basis 122, zu dem Mittelpunkt 19 der Rotornabe der Windturbine 10 orientiert sein. Wie gezeigt, kann die Linie 129 individuell für jeden Zahn 112 festgelegt sein, sodass jeder Zahn 112 eine individuelle Orientierung in Bezug auf andere Zähne 112 aufweist. In einigen Ausführungsformen kann die Mittellinie 128 im Bereich zwischen ungefähr 10 Grad von der Senkrechten zur Linie 129 und ungefähr senkrecht zur Linie 129 liegen. Alternativer Weise kann die Mittellinie 128 im Bereich zwischen ungefähr 5 Grad von der Senkrechten zur Linie 129 und ungefähr senkrecht zur Linie 129 liegen. In weiteren alternativen beispielhaften Ausführungsformen kann die Mittellinie 128 ungefähr senkrecht zur Linie 129 liegen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf Zähne 112 beschränkt ist, die wie oben besprochene Winkel aufweisen, sondern dass jeder geeignete Zahn 112 mit jedem geeigneten Winkel im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung liegt. Vorteilhafter Weise kann das Orientieren der Mittellinie 128 in Bezug auf die Linie 129, wie oben besprochen, die Geräuschverminderungseigenschaften des Geräuschverminderers 110 der vorliegenden Offenbarung verbessern. Zum Beispiel kann der Windstrom über die Rotorblattanordnung 100 in vielen Ausführungsformen in Bezug zur Linie 129 für jeden individuellen Zahn 112 orientiert sein. Die Orientierung der Zähne 112 mit Bezug zur Linie 129 kann es ermöglichen, dass die Zähne 112 besser mit dem Windstrom Wechselwirken, und somit die Geräuschverminderungseigenschaften des vorliegenden Geräuschverminderers 110 verbessern.
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Wie oben besprochen wurde, in beispielhaften Ausführungsformen, kann jeder individuelle Zahn 112 individuelle Eigenschaften aufweisen, wie zum Beispiel die Breite 120, Länge 124, Form, oder Orientierung, wie es benötigt wird, um eine optimale Geräuschverminderungseigenschaften zu erreichen. Des Weiteren kann in einigen Ausführungsformen jeder einzelne Zahn 112 eine Mittellinie 128 aufweisen, die einen maßgeschneiderten Winkel in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Faktoren festlegt. Der Winkel kann in einigen Ausführungsformen maßgeschneidert sein in Bezug zur Blattwinkelachse 40, der Linie 129, oder der Hinterkante 28. Das Maßschneidern des Winkels für jeden individuellen Zahn kann abhängig sein von Faktoren, wie zum Beispiel (nicht-beschränkend), der Position entlang der Spannweite 44, der lokalen Blattbreite 46, der Breite 120, der Länge 124, dem Biegungswinkel (siehe unten), und/oder der Dicke (siehe unten). Es sollte verstanden werden, dass die Faktoren für das Maßschneidern der Winkel der individuellen Zähne nicht auf die oben offenbarten beschränkt ist. Stattdessen befindet sich jeder geeignete Faktor, der hierin oder anderswo besprochen wird, sich im Umfang und im Geist der vorliegenden Offenbarung.
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Wie oben besprochen wurde, kann sich jeder Zahn 112 zwischen einer Basis 122 und einer Spitze 126 erstrecken. In einigen Ausführungsformen, wie zum Beispiel in Ausführungsformen, in denen die Zähne 112 im Allgemeinen V-förmig sind, können die Spitzen 126 im Allgemeinen die spitzen Enden der Zähne 112 sein. In diesen Ausführungsformen haben die Spitzen 126 einen minimalen oder keinen Radius. In anderen Ausführungsformen können die Spitzen 126 jedoch gerunded sein. In diesen Ausführungsformen können die gerundeten Spitzen 126 jeweils einen Radius aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann der Radius einer Spitze 126 weniger oder gleich ungefähr 2 Millimeter sein. In anderen Ausführungsformen kann der Radius einer Spitze 126 weniger oder gleich ungefähr 1 Millimeter sein. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt auf Spitzen 126, die bestimmte wie oben besprochene Radien haben, sondern dass jede geeignete Spitze 126 mit jedem geeigneten Radius sich innerhalb dem Umfang und dem Geist der vorliegenden Offenbarung befindet.
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Wie oben besprochen wurde, kann jeder der Zähne 112 eine Breite 120 und eine Länge 124 festlegen. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann die Breite 120 und Länge 124 von jedem Zahn 112 derart größenmäßig bemessen sein, dass die Geräuschverminderungseigenschaften des Geräuschverminderers 110 optimiert werden. Zum Beispiel kann in einigen beispielhaften Ausführungsformen ein Zahn 112 ein Verhältnis der Länge 124 zur Breite 120 im Bereich zwischen ungefähr 0,5:1 und ungefähr 4:1 aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann ein Zahn ein Verhältnis der Länge 124 zur Breite 120 im Bereich zwischen ungefähr 1:1 und ungefähr 2:1 aufweisen. In nochmals anderen Ausführungsformen kann ein Zahn 112 ein Verhältnis der Länge 124 zur Breite 120 von ungefähr 2:1 aufweisen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass der vorliegende Gegenstand nicht beschränkt ist auf Zähne 112, die bestimmte wie oben besprochene Verhältnisse aufweisen, sondern dass jeder geeignete Zahn 112 mit jedem geeigneten Verhältnis sich im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung befindet.
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Wie oben erwähnt, kann eine lokale Blattbreite 46 für das Rotorblatt 16 an jedem Punkt auf dem Rotorblatt 16 im Bezug zur Spannweite 44 festgelegt sein. Damit kann zum Beispiel eine lokale Blattbreite 46 für jeden der Zähne 112 festgelegt sein. Zum Beispiel kann die lokale Blattbreite 46 gemessen werden entlang der Spannweite 44 an irgendeinem Punkt entlang der Breite 120 des Zahns 112, oder kann berechnet werden als ein Durchschnitt der Blattbreiten über die Breite 120 des Zahns 112 hinweg.
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Die Zähne 112 können in beispielhaften Ausführungsformen optimiert sein mit Bezug auf die lokalen Blattbreiten 46 für jeden Zahn 112, um die Geräuschverminderungseigenschaften des Geräuschverminderers 110 zu optimieren. Zum Beispiel kann die Länge 124 eines Zahns 112 in einigen Ausführungsformen im Bereich zwischen ungefähr 5% der lokalen Blattbreite 46 für den Zahn 112 und ungefähr 15% der lokalen Blattbreite 46 für den Zahn 112 sein. In anderen Ausführungsformen kann die Länge 124 eines Zahns 112 ungefähr 10% der lokalen Blattbreite 46 für den Zahn 112 sein. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht beschränkt ist auf Zähne 112, die bestimmte wie oben besprochene Längen 124 aufweisen, sondern dass jeder geeignete Zahn 112 mit jeder geeigneten Länge 124 sich im Umfang und dem Geist der vorliegenden Offenbarung befinden.
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Wie in den 4 und 5 illustriert wird, kann die Rotorblattanordnung 100 der vorliegenden Offenbarung im Betrieb einem Windstrom ausgesetzt sein. Der Windstrom über die Rotorblattanordnung 100 hinweg kann Strömungsstromlinien erzeugen. Zum Beispiel kann der Windstrom über die Druckseite 22 eine Strömungsstromlinie erzeugen, und der Windstrom über die Saugseite 24 hinweg kann auch eine Strömungsstromlinie erzeugen. Darüber hinaus können lokale Strömungsstromlinien für das Rotorblatt 16 an jedem Punkt auf dem Rotorblatt 16 entlang der Spannweite 44 festgelegt sein. Damit kann zum Beispiel eine lokale Strömungsstromlinie festgelegt sein für jeden der Zähne 112. Zum Beispiel kann die lokale Strömungsstromlinie entlang der Spannweite 44 an jeden Punkt entlang der Breite 120 des Zahns 112 gemessen werden, oder als Durchschnitt aus den lokalen Strömungsstromlinien über die Breite 120 des Zahns 112 hinweg berechnet werden. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die lokale Strömungsstromlinie für einen Zahn 112 eine lokale Druckseitenströmungsstromlinie 130 oder eine lokale Saugseitenströmungsstromlinie 132 sein. Alternativer Weise kann die lokale Strömungsstromlinie berechnet werden basierend auf der lokalen Druckseitenströmungsstromlinie 130 und der lokalen Saugseitenströmungsstromlinie 132 und kann zum Beispiel eine lokale Durchschnittsströmungsstromlinie sein.
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Die Zähne 112 können in beispielhaften Ausführungsformen optimiert werden in Bezug auf eine lokale Strömungsstromlinie für jeden Zahn 112, um die Geräuschverminderungseigenschaften des Geräuschverminderers 110 zu optimieren. Zum Beispiel kann der Querschnitt eines Zahns, wie in den 4 und 5 gezeigt, ungefähr parallel zur lokalen Strömungsstromlinie sein. Zum Beispiel illustrieren die 4 und 5 den Querschnitt eines Zahns 112, der ungefähr parallel zur lokalen Saugseitenströmungsstromlinie 132 ist. Der Querschnitt eines Zahns 112 kann jedoch alternativer Weise oder darüber hinaus ungefähr parallel sein beispielsweise zu der lokalen Druckseitenströmungsstromlinie 130 oder der lokalen Durchschnittsströmungsstromlinie.
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Darüber hinaus oder alternativer Weise kann ein Zahn 112, wie in 4 gezeigt, einen Biegungswinkel 134 festlegen. Der Biegungswinkel 134 kann festgelegt sein in Bezug auf die lokale Blattbreite 46 für den Zahn 112. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Biegungswinkel 134 berechnet werden basierend auf einer lokalen Strömungsstromlinie, um die Geräuschverminderung in Bezug auf die lokale Strömungsstromlinie und den individuellen Zahn 112 zu optimieren. Zum Beispiel kann der Biegungswinkel 134 derart berechnet werden, dass der sich in einem Biegungswinkel 134 erstreckende Zahn 112 sich der lokalen Strömungsstromlinie 112 angleicht. In einigen Ausführungsformen kann der Biegungswinkel 134 berechnet werden basierend auf einer lokalen Strömungsstromlinie derart, dass ein Querschnitt des sich in einem Biegungswinkel 134 erstreckenden Zahns 112 ungefähr parallel zur lokalen Strömungsstromlinie ist.
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In einigen Ausführungsformen, wie in 4 gezeigt, kann der Querschnitt des Zahns 112 im Allgemeinen linear sein. Der lineare Querschnitt kann sich in beispielhaften Ausführungsformen einer lokalen Strömungsstromlinie angleichen und/oder ungefähr parallel zur lokalen Strömungsstromlinie sein. In alternativen Ausführungsformen, wie in 5 gezeigt, kann der Querschnitt des Zahns 112 im Allgemeinen krummlinig sein. Der krummlinige Querschnitt kann in beispielhaften Ausführungsformen sich einer lokalen Strömungsstromlinie angleichen und/oder ungefähr parallel sein zu der lokalen Strömungsstromlinie.
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Jeder Zahn 112 kann des Weiteren eine Dicke 140 festlegen, wie in 4 gezeigt. Die Dicke eines Zahns 112 kann in einigen Ausführungsformen im Bereich zwischen ungefähr 0,1 Millimeter und ungefähr 2,5 Millimeter liegen. In anderen Ausführungsformen kann die Dicke eines Zahns 112 im Bereich zwischen ungefähr 1 Millimeter und ungefähr 2 Millimeter liegen. Es sollte jedoch verstanden werden, dass der vorliegende Gegenstand nicht beschränkt ist auf Zähne 112 mit einer bestimmten wie oben besprochenen Dicke 140, sondern dass jeder geeignete Zahn 112 mit jeder geeigneten Dicke 140 im Umfang und Geist der vorliegenden Offenbarung liegt.
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Die vorliegende Beschreibung nutzt Beispiele, mitunter die beste Ausführungsform, um die Erfindung zu offenbaren und auch um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, insbesondere Geräte oder Systeme herzustellen und zu benutzen sowie beinhaltete Verfahren auszuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die sich dem Fachmann ergeben. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, wenn sie Strukturelemente umfassen, die nicht von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen sich unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen enthalten.
| Bezugszeichen | Komponente |
| 10 | Windturbine |
| 12 | Turm |
| 14 | Gondel |
| 16 | Rotorblatt |
| 18 | Rotornabe |
| 19 | Mittelpunkt |
| 22 | Druckseite |
| 24 | Saugseite |
| 26 | Vorderkante |
| 28 | Hinterkante |
| 32 | Blattspitze |
| 34 | Blattwurzel |
| 40 | Blattwinkelachse |
| 42 | Blattbreite |
| 44 | Spannweite |
| 46 | Lokale Blattbreite |
| 100 | Rotorblattanordnung |
| 110 | Geräuschverminderer |
| 112 | Zahn |
| 114 | Basisplatte |
| 116 | Einschnitt |
| 120 | Breite |
| 122 | Basis |
| 124 | Länge |
| 126 | Spitze |
| 128 | Mittellinie |
| 129 | Linie (Zahnbasis zur Rotornabe) |
| 130 | Lokale Druckseitenstromströmungslinie |
| 132 | Lokale Saugseitenströmungsstromlinie |
| 134 | Biegungswinkel |
| 140 | Dicke |
