DE102012102369A1

DE102012102369A1 - Auftriebsvorrichtung für ein Rotorblatt in einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102012102369A1
Application number: DE102012102369A
Authority: DE
Inventors: Laurent Bonnet
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM WIND POWER A/S, DK
Priority date: 2011-03-22
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-09-27
Anticipated expiration: 2032-03-21
Also published as: DK201270120A; CN102691615A; CN102691615B; US8047784B2; DK178209B1; DE102012102369B4; US20110211954A1

Abstract

Es werden eine Auftriebsvorrichtung (110) für ein Rotorblatt (16) und ein Verfahren zum Erhöhen des Auftriebs eines Rotorblattes (16) für eine Windkraftanlage (10) offengelegt. Das Rotorblatt (16) hat Außenoberflächen, die eine sich zwischen einer Vorderkante (26) und einer Hinterkante (28) erstreckende Druckseite (22) und eine Saugseite (28) definieren. Die Auftriebsvorrichtung (110) enthält eine erste aerodynamische Oberfläche (112), die für eine Befestigung an der Druckseite (22) des Rotorblattes (16) ausgelegt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche (114), die für eine Wechselwirkung mit an der Auftriebsvorrichtung (110) vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist. Die Auftriebsvorrichtung (110) hat eine im Wesentlichen zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung (116) des Windes. Die Auftriebsvorrichtung (110) ist dafür ausgelegt, den Auftrieb des Rotorblattes (16) zu erhöhen.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Offenlegung betrifft allgemein Windkraftanlagen-Rotorblätter, und insbesondere auf den Rotorblättern ausgebildete Auftriebsvorrichtungen.
Hintergrund der Erfindung
Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten der derzeit zur Verfügung stehenden Energiequellen betrachtet, und Windkraftanlagen haben diesbezüglich erhöhte Aufmerksamkeit gefunden. Eine moderne Windkraftanlage enthält typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter gewinnen kinetische Energie des Windes unter Anwendung bekannter Flügelprinzipien. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie in der Form von Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die an ein Stromversorgungsnetz geliefert werden kann.
Wenn Rotorblätter und Windkraftanlagen insgesamt größere kinetische Energie gewinnen können, kann der akustische Lärm in Verbindung mit dem Betrieb der Windkraftanlage in ähnlicher Weise zunehmen. Somit können in vielen Fällen bekannte Windkraftanlagen und Rotorblätter erfordern, dass die Menge der gewonnenen kinetischen Energie begrenzt wird, um ein zu hohes damit verbundenes Geräusch zu verhindern. Ferner sind bekannte Windkraftanlagen und Rotorblätter für einen maximalen Auftrieb und dem damit verbundenen Lärm bei nur einem einzigen Arbeitspunkt ausgelegt. Somit können diese Windkraftanlagen und Rotorblätter nicht genau auf mehrere Arbeitspunkte und/oder erweitere Bereiche mit vergrößertem Auftrieb bei gleichzeitiger Einhaltung oder Verringerung des damit verbundenen Lärms angepasst werden.
Somit wäre eine verbesserte Rotorblattanordnung und Auftriebsvorrichtung für eine Rotorblattanordnung vorteilhaft. Beispielsweise wären eine Rotorblattanordnung und eine Auftriebsvorrichtung, die keine Beschränkung der Auftriebsparameter zur Verhinderung von zu viel Lärm erfordern, erwünscht. Ferner wären eine Rotorblattanordnung und eine Auftriebsvorrichtung erwünscht, die einen erhöhten Auftrieb und einen verringerten damit verbundenen Lärm ermöglichen.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.
In einer Ausführungsform wird eine Auftriebsvorrichtung für ein Rotorblatt offengelegt. Das Rotorblatt hat Außenoberflächen, die eine sich zwischen einer Vorderkante und einer Hinterkante erstreckende Druckseite und eine Saugseite definieren. Die Auftriebsvorrichtung enthält eine erste aerodynamische Oberfläche, die für eine Befestigung an der Druckseite des Rotorblattes ausgelegt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche, die für eine Wechselwirkung mit an der Auftriebsvorrichtung vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist. Die Auftriebsvorrichtung hat eine im Wesentlichen zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung des Windes. Die Auftriebsvorrichtung ist dafür ausgelegt, den Auftrieb des Rotorblattes zu erhöhen.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Steigern des Auftriebs eines Rotorblattes für eine Windkraftanlage offengelegt. Das Verfahren beinhaltet die Befestigung einer Auftriebsvorrichtung an einer Druckseite eines Rotorblattes. Das Rotorblatt hat Außenoberflächen, die die Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Auftriebsvorrichtung enthält eine erste aerodynamische Oberfläche, die für eine Befestigung an der Druckseite des Rotorblattes ausgelegt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche, die für eine Wechselwirkung mit an der Rotorblattanordnung vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist, und im Wesentlichen eine zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung des Windes hat. Das Verfahren beinhaltet ferner die Rotation des Rotorblattes auf der Windkraftanlage.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart, die an den Fachmann gerichtet ist, wird nachstehend in der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
2 eine Draufsicht auf eine Rotorblattanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
3 eine Rückseitenansicht einer Rotorblattanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
4 eine Querschnittsansicht, entlang den Linien 4-4 von 2 einer Rotorblattanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
5 eine Unterseitenansicht einer Auftriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
6 eine Rückseitenansicht einer Auftriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
7 eine Unterseitenansicht einer Auftriebsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
8 eine Rückseitenansicht einer Auftriebsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist; und
9 eine Seitenansicht einer Auftriebsvorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun detailliert Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder dem Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
1 stellte eine Windkraftanlage 10 herkömmlichen Aufbaus dar. Die Windkraftanlage 10 enthält einen Turm 12 mit einer darauf befestigten Gondel 16. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, welche wiederum an einem Hauptflansch befestigt ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Energieerzeugungs- und Steuerkomponenten der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht von 1 ist für nur für Veranschaulichungszwecke vorgesehen, um die vorliegende Erfindung in ein exemplarisches Anwendungsumfeld zu stellen. Es dürfte erkennbar sein, dass die Erfindung auf keinerlei speziellen Typ einer Windkraftanlage beschränkt ist.
Bezüglich 2 kann ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenlegung eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 (siehe 3 bis 5) definierende Oberflächen haben, die sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 erstrecken, und sich von einer Blattspitze 32 zu einem Blattfuß 34 erstrecken können.
In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 mehrere einzelne Blattsegmente enthalten, die in einer Ende-an-Ende-Reihenfolge von der Blattspitze 32 zu dem Blattfuß 34 ausgerichtet sind. Jedes von den einzelnen Blattsegmenten kann einzigartig ausgelegt sein, sodass die mehreren Blattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 mit einem ausgelegten aerodynamischen Profil, einer Länge und anderen gewünschten Eigenschaften definieren. Beispielsweise kann jedes von den Blattsegmenten ein aerodynamisches Profil haben, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Blattsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein zusammenhängendes Profil des Rotorblattes 16 definieren. Alternativ kann das Rotorblatt 16 als ein einzelnes einteiliges Blatt mit dem ausgelegten aerodynamischen Profil, der Länge und anderen gewünschten Eigenschaften ausgebildet sein.
Das Rotorblatt 16 kann in exemplarischen Ausführungsformen gekrümmt sein. Die Krümmung des Rotorblattes 16 kann eine Biegung des Rotorblattes 16 im Wesentlichen in Schlagrichtung und/oder im Wesentlichen in Kantenrichtung umfassen. Die Schlagrichtung kann im Wesentlichen als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung) betrachtet werden, in welcher der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 16 einwirkt. Die Kantenrichtung ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Schlagrichtung. Die Schlagkrümmung des Rotorblattes 16 ist auch als Vorbiegung bekannt, während die Kantenkrümmung als Krümmung ("Sweep") bekannt ist. Somit kann das gekrümmte Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder vorgekrümmt sein. Die Krümmung kann dem Rotorblatt 16 ermöglichen, besser Belastungen in Schlagrichtung und Kantenrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 zu widerstehen und kann ferner für einen Abstand des Rotorblattes 16 von dem Turm (12) während des Betriebs der Windkraftanlage 10 sorgen.
Das Rotorblatt 16 kann ferner eine Sehne 42 und eine Spanne 44 definieren. Gemäß Darstellung in den 2 und 4 kann die Sehne 42 über die gesamte Spanne 44 des Rotorblattes 26 variieren. Somit kann, wie nachstehend diskutiert, eine lokale Sehne 46 für das Rotorblatt 16 an jedem Punkt des Rotorblattes 16 entlang der Spanne 44 definiert werden.
Zusätzlich kann das Rotorblatt 16 einen Innenbereich 52 und einen Außenbereich 54 definieren. Der Innenbereich 52 kann ein Abschnitt in Spannenrichtung des Rotorblattes 16 sein, der sich von dem Fuß 34 aus erstreckt. Beispielsweise kann der Innenbereich 52 in einigen Ausführungsformen angenähert 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder irgendeinen Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen dazwischen oder irgendeinen anderen geeigneten Prozentsatz oder Bereich Prozentsätzen der Spanne 44 von dem Fuß 34 aus beinhalten. Der Außenbereich 54 kann ein Teil des Rotorblattes 16 in Spannenrichtung sein, der sich von der Spitze 32 aus erstreckt, und kann in einigen Ausführungsformen den restlichen Anteil des Rotorblattes 16 zwischen dem Innenbereich 52 und der Spitze 32 beinhalten. Zusätzlich oder alternativ kann der Außenbereich 54 in einigen Ausführungsformen angenähert 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder jeden Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen dazwischen oder jeden anderen geeigneten Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen der Spanne 44 von der Spitze 32 aus beinhalten.
Gemäß Darstellung in den 2–9 kann die vorliegende Offenlegung ferner auf eine Rotorblattanordnung 100 gerichtet sein. Die Rotorblattanordnung 100 kann eine Auftriebsvorrichtung 110 und das Rotorblatt 10 enthalten. Insbesondere kann die Auftriebsvorrichtung 110 auf einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 befestigt sein und kann den Auftrieb des Rotorblattes 16 und der Rotorblattanordnung 100 erhöhen. Ferner kann, wie es nachstehend diskutiert wird, die Auftriebsvorrichtung 110 verschiedene Merkmale zur Verringerung des Lärms in Verbindung mit dem Rotorblatt 16 und der Rotorblattanordnung 100 enthalten.
Die Auftriebsvorrichtung 110 kann eine erste aerodynamische Oberfläche 112 und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche 114 enthalten. Die erste aerodynamische Oberfläche 112 kann für eine Befestigung an einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 ausgelegt sein. Somit kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 eine aerodynamische Kontur ähnlich der Kontur der Außenoberfläche haben, an welcher die erste aerodynamische Oberfläche 112 zu befestigen ist, sodass die erste aerodynamische Oberfläche 112 im Wesentlichen an die Außenoberfläche angepasst ist.
In exemplarischen Ausführungsformen kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 für eine Befestigung an der Druckseite 22 ausgelegt und daran befestigt sein. Alternativ kann jedoch die erste aerodynamische Oberfläche 112 für eine Befestigung an jeder geeigneten Außenoberfläche des Rotorblattes 16 ausgelegt und daran befestigt sein.
Zusätzlich kann in einigen exemplarischen Ausführungsformen, wie in 2 dargestellt, die erste aerodynamische Oberfläche 112 für eine Befestigung in dem Innenbereich 52 des Rotorblattes 16 ausgelegt und daran befestigt sein. Alternativ kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 für eine Befestigung in dem Außenbereich 54 des Rotorblattes 16 oder an jeder anderen Stelle in Spannenrichtung des Rotorblattes 16 ausgelegt und daran befestigt sein.
Ferner kann in einigen exemplarischen Ausführungsformen die erste aerodynamische Oberfläche 112 für eine Befestigung angrenzend an die Hinterkante 28 des Rotorblattes ausgelegt und daran befestigt sein. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen, gemäß Darstellung in 4, die erste aerodynamische Oberfläche 112 angrenzend an die Hinterkante 28 dergestalt befestigt sein, dass sich die Auftriebsvorrichtung 110 zu der Hinterkante 28 hin erstreckt und sich nicht über die Hinterkante 28 hinaus erstreckt. In weiteren Ausführungsformen kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 angrenzend an die Hinterkante 28 dergestalt befestigt sein, dass sich die Auftriebsvorrichtung 110 nicht zu der Hinterkante hin erstreckt, oder dergestalt, dass sich die Auftriebsvorrichtung 110 über die Hinterkante 28 hinaus erstreckt. Alternativ kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 angrenzend an die Vorderkante 26 befestigt sein oder kann in jeder anderen geeigneten Position angrenzend an irgendeine Außenoberfläche des Rotorblattes 16 befestigt sein.
Die erste aerodynamische Oberfläche 112 kann unter Anwendung irgendeines geeigneten Prozesses oder einer geeigneten Vorrichtung befestigt werden. Beispielsweise kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 unter Verwendung eines geeigneten Klebers oder eines mechanischen Befestigungselementes befestigt werden. Ferner dürfte es sich verstehen, dass die Befestigung der ersten aerodynamischen Oberfläche 112 auch einen integrierten Einbau der Auftriebsvorrichtung in das Rotorblatt 16 zur Ausbildung einer Rotorblattanordnung 100 beinhaltet.
Gemäß Darstellung in 4 kann die zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche 114 für eine Wechselwirkung mit an dem Rotorblatt 16 und die Rotorblattanordnung 100 vorbeiströmendem Wind ausgelegt sein. Beispielsweise kann der Wind im Wesentlichen an der Rotorblattanordnung 100 in einer Strömungsrichtung 116 vorbeiströmen. Die zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche 114 kann im Wesentlichen eine aerodynamische Kontur haben, um mit dem Wind in Wechselwirkung zu treten. Beispielsweise kann die zweite aerodynamische Oberfläche 114 eine aerodynamische Kontur dergestalt haben, dass, wenn die erste aerodynamische Oberfläche 112 an dem Rotorblatt 16 befestigt ist, sich die zweite aerodynamische Oberfläche 114 von einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 aus erstreckt. Somit kann der über die Außenoberfläche strömende Wind ferner mit der zweiten aerodynamischen Oberfläche 114 in Wechselwirkung treten.
In exemplarischen Ausführungsformen, gemäß Darstellung in den 4 und 9 kann die Auftriebsvorrichtung 110 eine im Wesentlichen zunehmende Querschnittsfläche in der Strömungsrichtung 116 des Windes haben. Somit können die erste aerodynamische Oberfläche 112 und zweite aerodynamische Oberfläche 114 an dem einen Ende eine(n) minimale(n) Abstand oder Dicke dazwischen haben, während die erste aerodynamische Oberfläche 112 und zweite aerodynamische Oberfläche 114 an dem anderen Ende eine(n) maximale(n) Abstand oder Dicke dazwischen haben können. In exemplarischen Ausführungsformen kann sich die Querschnittsfläche entgegengesetzt zu der Strömungsrichtung 116 zu einem Ende mit minimalen(r) oder keinem(r) Abstand oder Dicke zwischen der ersten aerodynamischen Oberfläche 112 und der zweiten aerodynamischen Oberfläche 114 so verjüngen, dass, wenn die erste aerodynamische Oberfläche 112 an einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 befestigt ist, der offenliegende Abschnitt der Außenoberfläche und die zweite aerodynamische Oberfläche 114 im Wesentlichen eine glatte zusammenhängende Außenoberfläche ausbilden können.
Es dürfte sich verstehen, dass die Querschnittsfläche der Auftriebsvorrichtung 100 nicht ständig in der Strömungsrichtung 110 zunehmen muss. Beispielsweise müssen nur ein Teil oder verschiedene Teile der Querschnittsfläche zunehmen, statt der gesamten Querschnittsfläche.
Ferner kann die zunehmende Querschnittsfläche der Auftriebsvorrichtung 110 die Gesamtquerschnittsfläche der Rotorblattanordnung 100 an dem Ende der Auftriebsvorrichtung 110 mit der größten Querschnittsfläche vergrößern. Beispielsweise kann die Gesamtquerschnittsfläche der Rotorblattanordnung 100 an diesem Ende, welches beispielsweise an die Hinterkante 28 angrenzt, um einen Faktor in dem Bereich einer Zunahme von 1 bis 2 und einer Zunahme von 1 bis 10 vergrößert sein. Mit anderen Worten, die Gesamtdicke der Rotorblattanordnung 100 an diesem Ende kann um einen Faktor in dem Bereich zwischen einem Faktor von 2 und einem Faktor von 10 aufgrund der Hinzufügung der Auftriebsvorrichtung 110 zunehmen.
Die Auftriebsvorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Offenlegung kann dafür ausgelegt sein, den Auftrieb des Rotorblattes 16 und der Rotorblattanordnung 100 zu vergrößern. Beispielsweise kann, wenn die Auftriebsvorrichtung 110 an dem Rotorblatt 16 montiert ist, der von der Rotorblattanordnung 100 für eine gegebene Windströmung erzeugte Auftrieb vergrößert sein. Wie vorstehend diskutiert, kann die zweite aerodynamische Oberfläche 114 für eine Wechselwirkung mit an der Rotorblattanordnung 100 vorbeiströmendem Wind ausgelegt sein. Die Kontur und die Ausrichtung der zweiten aerodynamischen Oberfläche 114 in Bezug auf das Rotorblatt 16 können somit einen Auftrieb durch eine Wechselwirkung mit an der Rotorblattanordnung 100 vorbeiströmendem Wind erzeugen, der den von dem Rotorblatt erzeugten Auftrieb 16 ergänzt und den Gesamtauftrieb der Rotorblattanordnung 100 vergrößert.
Gemäß Darstellung in 4 kann die Auftriebsvorrichtung 110 eine Länge 118 haben. Die Länge 118 kann ein Teil der lokalen Sehne an Stellen in der Spannenrichtung entlang des Rotorblattes 16 sein, an welchem die erste aerodynamische Oberfläche 112 zu montieren ist oder montiert ist. Beispielsweise kann sich in exemplarischen Ausführungsformen die Länge 118 in dem Bereich zwischen 25% und 50% der lokalen Sehne 46 an jeder Stelle in Spannenrichtung entlang des Rotorblattes 16 sein, an welcher die erste aerodynamische Oberfläche 112 zu montieren ist, oder montiert ist. Alternativ kann die Auftriebsvorrichtung 110 jede geeignete Länge 118 oder Bereich von Längen 118 in Bezug auf eine lokale Sehne 46 an jeder Stelle oder an Stellen in Spannenrichtung haben.
Gemäß Darstellung in den 4–8 kann in einigen Ausführungsformen die Auftriebsvorrichtung 110 der vorliegenden Offenlegung einen Kanal 120 oder mehrere Kanäle 120 enthalten, die in der zweiten aerodynamischen Oberfläche 114 definiert sind. Die Kanäle 120 können dafür ausgelegt sein, den Lärm in Verbindung mit dem Rotorblatt 16 und der Rotorblattanordnung 100 zu verringern. Somit kann die Auftriebsvorrichtung 110 in exemplarischen Ausführungsformen einen vergrößerten Auftrieb und eine vergrößerte Energieerzeugung für die Windkraftanlage 10 bei gleichzeitiger Reduzierung des damit verbundenen Lärms bereitstellen.
Ein Kanal 120 kann sich über einen Abschnitt oder über die gesamte Länge 118 der Auftriebsvorrichtung 110 erstrecken. Somit kann ein Anteil des über die zweite aerodynamische Oberfläche 114 und an der Rotorblattanordnung 100 vorbeiströmenden Windes bei Auftreffen auf die Kanäle 120 eintreten und mit den Kanälen 120 in Wechselwirkung treten. Die Kanäle 120 können eine Scherungsströmung induzieren und eine vergrößerte Scherungsströmungsdiffusion bei einem Austritt des Windes aus den Kanälen 120 bewirken, wie es durch die Austrittströmung 122 dargestellt ist. Diese Wechselwirkung der Kanäle 120 mit dem Wind und die Erzeugung einer turbulenten Austrittsströmung 122 können somit den Lärm in Verbindung mit der Rotorblattanordnung 100 reduzieren.
In exemplarischen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in den 4 bis 8 ein Kanal 120 oder ein Abschnitt davon eine im Wesentlichen zunehmende Fläche in der Strömungsrichtung 116 des Windes haben. Alternativ kann ein Kanal 120 oder ein Abschnitt davon eine im Wesentlichen abnehmende Fläche in der Strömungsrichtung 116 haben, oder eine im Wesentlichen konstante Fläche in der Strömungsrichtung. Ferner kann gemäß Darstellung in den 4 bis 8 ein Kanal 120 in exemplarischen Ausführungsformen im Wesentlichen eine Trapezform haben. Alternativ kann jedoch der Kanal 120 jede geeignete polygonale Form haben.
Jeder Kanal 120 kann eine ähnliche Form und Größe haben, oder verschiedene Gruppen von Kanälen 120 können ähnliche Formen und Größen haben, oder jeder Kanal 120 kann eine individuelle Form und Größe haben. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann beispielsweise die Auftriebsoberfläche 120 mehrere darin definierte Kanäle enthalten. Die mehreren Kanäle 120 können einen ersten Kanal 126 und einen zweiten Kanal 128 enthalten oder mehrere erste Kanäle 126 und zweite Kanäle 128, wie es in den 7 und 8 dargestellt ist. In einigen Ausführungsformen können die ersten Kanäle 126 ein erstes Aspektverhältnis haben, und die zweiten Kanäle können jeweils ein sich von dem ersten Aspektverhältnis unterscheidendes zweites Aspektverhältnis haben. Zusätzlich oder alternativ können die ersten Kanäle 126 im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Längen, Breiten und/oder Tiefen haben, und die zweiten Kanäle 128 können im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Länge, Breiten und/oder Tiefen haben. Ferner können die Längen, Breiten und/oder Tiefen der ersten Kanäle 126 identisch oder unterschiedlich zu den Längen, Breiten und/oder Tiefen der zweiten Kanäle 128 sein. Zusätzlich oder alternativ können die ersten Kanäle 126 im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Formen haben, und die zweiten Kanäle 128 können im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Formen haben. Ferner können die Formen der ersten Kanäle 126 identisch oder unterschiedlich zu den Formen der zweiten Kanäle 128 sein. In exemplarischen Ausführungsformen können die ersten Kanäle 126 und die zweiten Kanäle 128 über die Breite oder einen beliebigen Abschnitt der Auftriebvorrichtung 120 abwechseln. Alternativ können die ersten Kanäle 126 und die zweiten Kanäle 128 in jeder geeigneten Anordnung oder Muster definiert sein.
Ferner dürfte es sich verstehen, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf die ersten Kanäle 126 und zweiten Kanäle 128 begrenzt ist, und dass stattdessen jede geeignete Anzahl von Kanalgruppen innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Offenlegung liegt.
Gemäß Darstellung in 9 kann in einigen Ausführungsformen die Auftriebsvorrichtung 110 der vorliegenden Offenlegung eine erste Schicht 132 und eine zweite Schicht 134 enthalten. Die erste Schicht 132 kann die erste aerodynamische Oberfläche 112 enthalten, und die zweite Schicht 134 kann die zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche 114 enthalten.
Eine von der ersten Schicht 132 oder der zweiten Schicht 134, wie beispielsweise in exemplarischen Ausführungsformen die erste Schicht 132, kann aus einem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildet sein. Das akustische Absorptionsmaterial kann Lärm in Verbindung mit dem Rotorblatt 16 und mit der Rotorblattanordnung 100 absorbieren, indem ein Teil des Lärms absorbiert wird. Beispielsweise kann das akustische Absorptionsmaterial im Wesentlichen ein akustisch poröses Material sein. Akustisch poröses Material erlaubt den Eintritt von Luft in das Material und die Reibungswechselwirkung zwischen dem akustischen porösen Material und der Luft absorbiert, verteilt und reduziert somit den Lärm. Das akustisch poröse Material kann beispielsweise ein akustisch poröses Zellschaummaterial, wie z.B. Polyurethanschaum, Polyetherschaum, Melaninschaum oder irgendein anderer geeigneter Schaum sein. Alternativ kann das akustisch poröse Material beispielsweise ein akustisch poröses Naturfasermaterial-Agglomerat, wie z.B. Holzfaser, Kokosnussfaser oder irgendeine andere geeignete Faser sein. Alternativ kann das akustisch poröse Material beispielsweise ein ein- oder mehrlagiges Abdeckmaterial, wie z.B. Baumwolle, Leinen, Hanf oder irgendein anderes geeignetes Abdeckmaterial sein. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass das akustische Absorptionsmaterial gemäß der vorliegenden Offenlegung nicht auf die vorstehend offengelegten Materialien beschränkt ist, und stattdessen alle geeigneten akustisch absorptionsfähigen Materialien innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung liegen.
Ferner kann in exemplarischen Ausführungsformen die aus dem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildete Schicht einen Absorptionskoeffizienten haben. In exemplarischen Ausführungsformen kann der Absorptionskoeffizient in dem Bereich zwischen angenähert 0,6 und 1,0 liegen. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass der Absorptionskoeffizient nicht auf den vorstehend offengelegten Bereich beschränkt ist, und dass stattdessen jeder geeignete Bereich innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Offenlegung liegt.
Die andere von der ersten Schicht 132 oder der zweiten Schicht 134, wie z.B. in exemplarischen Ausführungsformen die zweite Schicht 134, kann aus einem Material ausgebildet sein, das steifer und/oder fester als das Material der ersten Schicht 132 oder der zweiten Schicht 134 ist. Dieses Material kann als eine Schutzschicht und/oder Verstärkungsoder Versteifungsschicht für die Auftriebsvorrichtung 110 dienen. Ferner kann das Material in exemplarischen Ausführungsformen akustisch nicht-porös sein. Somit kann das Material beispielsweise ein Polymer, wie z.B. ein thermoplastischer Faser- oder Gewebefaserverstärkerkunststoff, ein Metall oder irgendein anderes geeignetes Material sein. Ferner kann in exemplarischen Ausführungsformen die andere von der ersten Schicht 132 und der zweiten Schicht 134, die dieses Material aufweist, im Vergleich zu der ersten Schicht 132 oder der zweiten Schicht 134 relativ dünn sein.
Es dürfte sich verstehen, dass die Auftriebsvorrichtung 110 der vorliegenden Offenlegung während der Herstellung des Rotorblattes 16 an den Rotorblättern 16 befestigt werden kann oder an vorhandenen Rotorblättern 16 nachgerüstet werden kann, um die Rotorblattanordnungen 100 zu erzeugen. Die ein Rotorblatt 16 und eine Auftriebsvorrichtung 110 enthaltende Rotorblattanordnung 100 kann erwünschtermaßen einen verstärkten Auftrieb und verringerten Lärm für eine gegebene Windströmung haben. Zusätzlich kann die Hinzufügung einer Auftriebsvorrichtung 110 zu einem Rotorblatt 16 zur Erzeugung einer Rotorblattanordnung 100 eine verbesserte Beständigkeit gegen einen aerodynamischen Strömungsabriss bereitstellen. Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen die Hinzufügung der Kanäle 120 zu der Auftriebsvorrichtung 110 diesen eine verbesserte Beständigkeit verleihen. Ferner kann die Hinzufügung einer Auftriebsvorrichtung 110 zu einem Rotorblatt 16 zur Erzeugung einer Rotorblattanordnung 100 der Rotorblattanordnung 100 eine zusätzliche strukturelle Biege- und Torsionsfestigkeit verleihen. Diese zusätzliche strukturelle Biege- und Torsionsfestigkeit kann in einigen Ausführungsformen durch die Vergrößerung der Querschnittsfläche und der sich daraus ergebenden vergrößerten Massenträgheit bewirkt werden.
Die vorliegende Erfindung ist ferner auf ein Verfahren zur Vergrößerung des Auftriebs eines Rotorblattes 16 für eine Windkraftanlage 10 gerichtet. Das Verfahren kann die Befestigung einer Auftriebsvorrichtung 110 an einer Druckseite 22 eines Rotorblattes 16 wie vorstehend diskutiert beinhalten. Das Verfahren kann ferner das Drehen des Rotorblattes 16 auf der Windkraftanlage 10 wie vorstehend diskutiert beinhalten.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es werden eine Auftriebsvorrichtung 110 für ein Rotorblatt 16 und ein Verfahren zum Erhöhen des Auftriebs eines Rotorblattes 16 für eine Windkraftanlage 10 offengelegt. Das Rotorblatt 16 hat Außenoberflächen, die eine sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 erstreckende Druckseite 22 und eine Saugseite 28 definieren. Die Auftriebsvorrichtung 110 enthält eine erste aerodynamische Oberfläche 112, die für eine Befestigung an der Druckseite 22 des Rotorblattes 16 ausgelegt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche 114, die für eine Wechselwirkung mit an der Auftriebsvorrichtung 110 vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist. Die Auftriebsvorrichtung 110 hat eine im Wesentlichen zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung 116 des Windes. Die Auftriebsvorrichtung 110 ist dafür ausgelegt, den Auftrieb des Rotorblattes 16 zu erhöhen.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Rotorblatt
18: Rotornabe
22: Druckseite
24: Saugseite
26: Vorderkante
28: Hinterkante
32: Blattspitze
34: Blattfuß
42: Sehne
44: Spanne
46: lokale Sehne
52: Innenbereich
54: Außenbereich
100: Rotorblattanordnung
110: Auftriebsvorrichtung
112: erste aerodynamische Oberfläche
114: zweite aerodynamische Oberfläche
116: Strömungsrichtung
118: Länge
120: Kanal
122: Auslassströmung
126: erster Kanal
128: zweiter Kanal
132: erste Schicht
134: zweite Schicht

Claims

Rotorblattanordnung (100) für eine Windkraftanlage (10), wobei die Rotorblattanordnung (100) aufweist: ein Rotorblatt (16) mit Außenoberflächen, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) definieren, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, eine Auftriebsvorrichtung (110), die dafür ausgelegt ist, den Auftrieb der Rotorblattanordnung (100) zu erhöhen, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) eine erste aerodynamische Oberfläche (112) aufweist, die an der Druckseite (22) des Rotorblattes (16) befestigt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche (114), die für eine Wechselwirkung mit an der Rotorblattanordnung (100) vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) im Wesentlichen eine zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung (116) des Windes hat.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) ferner einen in der zweiten aerodynamischen Oberfläche (114) definierten Kanal (120) aufweist, wobei der Kanal (120) dafür ausgelegt ist, den Lärm in Verbindung mit dem Rotorblatt (16) zu reduzieren.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 2, die ferner mehrere Kanäle (120) aufweist.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 3, wobei die mehreren Kanäle (120) einen ersten Kanal (126) mit einem ersten Aspektverhältnis und einen zweiten Kanal (128) mit einem zweiten Aspektverhältnis aufweisen.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Kanal (120) im Wesentlichen eine zunehmende Fläche in der Strömungsrichtung (116) des Windes hat.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) eine Länge (118) hat, und wobei die Länge (118) in dem Bereich zwischen 25% und 50% einer lokalen Sehne (46) des Rotorblattes (16) an jeder Stelle in der Spannenrichtung (44) entlang des Rotorblattes (16) dort hat, wo die erste aerodynamische Oberfläche (112) befestigt ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die erste aerodynamische Oberfläche (112) in einem Innenbereich (52) des Rotorblattes (16) befestigt ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste aerodynamische Oberfläche (112) angrenzend an die Hinterkante (28) des Rotorblattes (16) befestigt ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) ferner eine erste Schicht (132) und eine zweite Schicht (134) aufweist, wobei die erste Schicht (132) die erste aerodynamische Oberfläche (112) aufweist und die zweite Schicht (134) die zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche (114) aufweist.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 9, wobei die erste Schicht (132) aus einem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht (134) wenigstens eines von steifer oder fester als die erste Schicht (132) ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 10, wobei die erste Schicht (132) einen Absorptionskoeffizienten in dem Bereich zwischen ca. 0,6 und ca. 1,0 hat.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite Schicht (134) akustisch nicht-porös ist.
Auftriebsvorrichtung (110) für ein Rotorblatt (16) mit Außenoberflächen, die eine Druckseite (22) und eine Saugseite (24) definieren, die sich zwischen einer Vorderkante (26) und einer Hinterkante (28) erstrecken, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) aufweist: eine erste aerodynamische Oberfläche (112), die für eine Befestigung an der Druckseite (22) des Rotorblattes (16) ausgelegt ist; und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche (114), die für eine Wechselwirkung mit an der Auftriebsvorrichtung (110) vorbeiströmendem Wind ausgelegt ist, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) im Wesentlichen eine zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung (116) des Windes hat, und wobei die Auftriebsvorrichtung (110) dafür ausgelegt ist, den Auftrieb des Rotorblattes (16) zu vergrößern.
Auftriebsvorrichtung (110) nach Anspruch 13, die ferner einen Kanal (120) aufweist, der in der zweiten aerodynamischen Oberfläche (114) definiert ist, wobei der Kanal (120) dafür ausgelegt ist, Lärm in Verbindung mit dem Rotorblatt (16) zu reduzieren.
Verfahren zum Vergrößern des Auftriebs eines Rotorblattes (16) für eine Windkraftanlage (10), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Befestigen einer Auftriebsvorrichtung (110) an einer Druckseite (22) eines Rotorblattes (16), wobei das Rotorblatt (16) Außenoberflächen hat, die die Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) definieren, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei die Auftriebsvorrichtung (110) eine erste aerodynamische Oberfläche (112) aufweist, die an der Druckseite (22) des Rotorblattes (16) befestigt ist, und eine zweite gegenüberliegende aerodynamische Oberfläche (114), die für eine Wechselwirkung mit an dem Rotorblatt (16) vorbeiströmenden Wind ausgelegt ist und im Wesentlichen eine zunehmende Querschnittsfläche in einer Strömungsrichtung (116) des Windes; und Rotieren lassen des Rotorblattes (16) auf der Windkraftanlage (10).