DE102012104604A1

DE102012104604A1 - Geräuschminderer für einen Rotorflügel einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102012104604A1
Application number: DE102012104604A
Authority: DE
Inventors: Laurent Bonnet
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: GENERAL ELECTRIC RENOVABLES ESPANA, S.L., ES
Priority date: 2011-05-31
Filing date: 2012-05-29
Publication date: 2012-12-06
Also published as: CN102808725A; DK201270274A; DK178197B1; US20120027590A1; CN102808725B; US8414261B2

Abstract

Es werden eine Rotorflügelanordnung (100) und ein Verfahren zum Reduzieren des Geräuschs eines Rotorflügels (16) für eine Windkraftanlage (10) offengelegt. Der Rotorflügel (16) hat Oberflächen, 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. Die Rotorflügelanordnung (100) enthält ferner einen auf einer Oberfläche des Rotorflügels (16) ausgebildeten Geräuschminderer (110), wobei der Geräuschminderer (110) mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen (112) enthält. Jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen (112) enthält eine erste Oberfläche (120) und eine zweite Oberfläche (122). Die erste Oberfläche (120) enthält einen ersten Abschnitt (124), der auf einer von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt (126), der dafür ausgebildet ist, mit an der anderen von der Druckseite (22) oder Saugseite (24) vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Die zweite Oberfläche (122) unterbricht eine aerodynamische Kontur von der einen von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24).

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Windkraftanlagen-Rotorflügel, und insbesondere auf den Rotorflügeln ausgebildete Geräuschminderer.
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 Rotorflügel. Die Rotorflügel gewinnen kinetische Energie des Windes unter Anwendung bekannter Flügelprinzipien und übertragen die kinetische Energie über Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorflügel 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.
Da Rotorflügel und Windkraftanlagen fähig werden, größere kinetische Energie zu gewinnen, nimmt das akustische Geräusch in Verbindung mit dem Betrieb der Windkraftanlage ebenso zu. Somit können in vielen Fällen bekannte Windkraftanlagen und Rotorflügel erfordern, dass die Menge der gewonnenen Energie beschränkt wird, um das damit verbundene übermäßige Geräusch zu verhindern. In vielen Fällen sind Geräuschminderer an den Rotorflügeln von Windkraftanlagen befestigt, um das Geräusch zu vermindern und den den Rotorflügeln zugeordneten Wirkungsgrad zu verbessern. Diese Komponenten können häufig in der Nähe der Hinterkanten der Rotorflügel angebracht sein. Jedoch haben typische herkömmliche Geräuschminderer vielfältige Nachteile und können das Geräusch in Verbindung mit typischen Rotorflügeln nicht angemessen verringern. Beispielsweise sind viele Rotorflügel und zugehörige Geräuschminderer für maximalen Auftrieb und das damit verbundene Geräusch nur an einem Betriebspunkt ausgelegt. Die Kombination eines Rotorflügels und eines herkömmlichen Geräuschminderers kann das Geräusch an diesem Arbeitspunkt ausreichend reduzieren, kann aber nicht genau auf mehrere Arbeitspunkte und/oder erweiterte Bereiche bei gleichzeitiger Reduzierung oder Beibehaltung des damit verbundenen Geräusches eingestellt werden.
Somit wäre ein verbesserter Geräuschminderer für einen Rotorflügel erwünscht. Beispielsweise wäre ein Geräuschminderer mit verbesserten Geräuschminderungseigenschaften vorteilhaft. Insbesondere wäre ein Geräuschminderer mit Geräuschminderungsvorrichtungen, die ein verbessertes Reaktionsvermögen auf die Windströmung über dem Geräuschminderer haben, erwünscht.
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 Rotorflügelanordnung für eine Windkraftanlage offengelegt. Der Rotorflügel hat Oberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Rotorflügelanordnung enthält ferner einen auf einer Oberfläche des Rotorflügels ausgebildeten Geräuschminderer, wobei der Geräuschminderer mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen enthält. Jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen enthält eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche enthält einen ersten Abschnitt, der auf einer von der Druckseite oder der Saugseite befestigt ist und einen zweiten Abschnitt, der dafür ausgebildet ist, mit dem an der anderen von der Druckseite oder Saugseite vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Die zweite Oberfläche unterbricht eine aerodynamische Kontur von der einen von der Druckseite oder der Saugseite.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein Verfahren zum Verringern des Geräusches eines Rotorflügels für eine Windkraftanlage offengelegt. Das Verfahren beinhaltet die Befestigung eines Geräuschminderers auf einem Rotorflügel und die Drehung des Rotorflügels auf der Windkraftanlage. Der Geräuschminderer enthält mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen. Jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen enthält eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche enthält einen ersten Abschnitt, der auf einer von der Druckseite oder der Saugseite befestigt ist und einen zweiten Abschnitt, der dafür ausgebildet ist, mit an der anderen von der Druckseite oder der Saugseite vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Die zweite Oberfläche unterbricht eine aerodynamische Kontur der einen von der Druckseite oder der Saugseite.
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 Beschreibung 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 perspektivische Ansicht einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
2 eine Draufsicht auf eine Rotorflügelanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
3 eine Querschnittsansicht entlang der Linien 3-3 von 2 einer Rotorflügelanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
4 eine Draufsicht auf einen Geräuschminderer gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
5 eine Rückseitenansicht des Geräuschminderers von 4 ist;
6 eine Draufsicht auf einen Geräuschminderer gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung ist;
7 eine Rückseitenansicht des Geräuschminderers von 6 ist; und
8 eine Seitenansicht eines Geräuschminderers gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung 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 Rotorflügel 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, welche wiederum an einem Hauptflansch befestigt ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Stromerzeugungs- 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 Rotorflügel 16 gemäß der vorliegenden Beschreibung eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 (siehe 3 bis 5) definierende Außenoberflächen haben, die sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 erstrecken, und sich von einer Flügelspitze 32 zu einem Flügelfuß 34 erstrecken können. Die Außenoberflächen können im Wesentlichen aerodynamische Oberflächen sein, die im Wesentlichen aerodynamische Konturen haben, wie sie Fachgebiet allgemein bekannt sind.
In einigen Ausführungsformen kann der Rotorflügel 16 mehrere einzelne Flügelsegmente enthalten, die in einer Ende-an-Ende-Reihenfolge von der Flügelspitze 32 zu dem Flügelfuß 34 ausgerichtet sind. Jedes von den einzelnen Flügelsegmenten kann einzigartig ausgelegt sein, so dass die mehreren Flügelsegmente einen vollständigen Rotorflügel 16 mit einem ausgelegten aerodynamischen Profil, Länge und anderen gewünschten Eigenschaften definieren. Beispielsweise kann jedes von den Flügelsegmenten ein aerodynamisches Profil haben, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Flügelsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Flügelsegmente ein zusammenhängendes Profil des Rotorflügels 16 definieren. Alternativ kann der Rotorflügel 16 als ein einzelner einteiliger Flügel mit dem ausgelegten aerodynamischen Profil, der Länge und anderen gewünschten Eigenschaften ausgebildet sein.
Der Rotorflügel 16 kann in exemplarischen Ausführungsformen gekrümmt sein. Die Krümmung des Rotorflügels 16 kann eine Biegung des Rotorflügels 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 den Rotorflügel 16 einwirkt. Die Kantenrichtung ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Schlagrichtung. Die Schlagkrümmung des Rotorflügels 16 ist auch als Vorbiegung bekannt, während die Kantenkrümmung als Krümmung (”Sweep”) bekannt ist. Somit kann der gekrümmte Rotorflügel 16 vorgebogen und/oder vorgekrümmt sein. Die Krümmung kann dem Rotorflügel 16 ermöglichen, besser Belastungen in Schlagrichtung und Kantenrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 zu widerstehen und kann ferner für einen Abstand des Rotorflügels 16 von dem Turm (12) während des Betriebs der Windkraftanlage 10 sorgen.
Der Rotorflügel 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 Rotorflügels 16 hinweg variieren. Somit kann eine lokale Sehne für den Rotorflügel 16 an jedem Punkt entlang der Spanne 44 des Rotorflügels 16 definiert sein.
Zusätzlich kann der Rotorflügel 16 einen Innenbereich 52 und einen Außenbereich 54 definieren. Der Innenbereich 52 kann ein Abschnitt in Spannenrichtung des Rotorflügels 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 von Prozentsätzen der Spanne 44 von dem Fuß 34 aus umfassen. Der Außenbereich 54 kann ein Teil des Rotorflügels 16 in Spannenrichtung sein, der sich von der Spitze 32 aus erstreckt, und kann in einigen Ausführungsformen den restlichen Anteil des Rotorflügels 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 umfassen.
Gemäß Darstellung in den 2 bis 8 kann die vorliegende Beschreibung ferner auf eine Rotorflügelanordnung 100 gerichtet sein. Die Rotorflügelanordnung 100 kann einen Geräuschminderer 110 und den Rotorflügel 10 enthalten. Insbesondere kann der Geräuschminderer 110 auf einer Außenoberfläche des Rotorflügels 16 ausgebildet sein und kann das von dem Rotorflügel 16 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 emittierte aerodynamische Geräusch reduzieren und/oder den Wirkungsgrad des Rotorflügels 16 erhöhen. In einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Beschreibung kann der Geräuschminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorflügels 16 angrenzend an die Hinterkante 28 des Rotorflügels 16 ausbildet sein. Alternativ kann der Geräuschminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorflügels 16 angrenzend an die Vorderkante 26 des Rotorflügels 16 oder angrenzend an die Spitze 32 oder den Fuß 34 des Rotorflügels 16 oder an irgendeiner anderen geeigneten Position auf dem Rotorflügel 16 ausgebildet sein.
In exemplarischen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in 2 der Geräuschminderer 110 auf der Druckseite 22 des Rotorflügels 16 beispielsweise durch Befestigung daran ausgebildet sein. In alternativen Ausführungsformen kann der Geräuschminderer 110 auf der Saugseite 24 des Rotorflügels 16 beispielsweise durch Befestigung daran ausgebildet sein.
Gemäß Darstellung in den 2 und 4 bis 7 enthält der Geräuschminderer 110 der vorliegenden Beschreibung mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen 112. Im Wesentlichen können die Geräuschminderungsvorrichtungen 112 mit dem an dem Geräuschminderer 110 vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung treten, wenn sich die Rotorflügelanordnung 100 in Betrieb befindet, und können das dem Rotorflügel 16 zugeordnete Geräusch vermindern.
In einigen Ausführungen kann gemäß Darstellung in 2 der Geräuschminderer 110 eine Basisplatte 114 enthalten. In diesen Ausführungsformen kann die Basisplatte 114 im Wesentlichen der Abschnitt des Geräuschminderers 110 sein, der an dem Rotorflügel 16 befestigt ist, um den Geräuschminderer 110 auf einer Oberfläche des Rotorflügels 16 auszubilden, und die Geräuschminderungsvorrichtungen 112 können sich aus der Basisplatte 114 erstrecken. Mit anderen Worten, die Basisplatte 114 kann jede von den Geräuschminderungsvorrichtungen 112 an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 befestigten. Alternativ können die Geräuschminderungsvorrichtungen 112 direkt an dem Rotorflügel 16 befestigt sein, oder können ein integrierter Teil des Rotorflügels 16 sein.
Der Geräuschminderer 110 kann in einigen Ausführungsformen aus mehreren Geräuschminderungsbereichen aufgebaut sein. Jeder Bereich kann einen oder mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen 112 enthalten, und jeder Bereich kann ferner einen Basisplattenabschnitt enthalten. Alternativ kann der Geräuschminderer 110 eine einzelne einteilige Komponente sein.
Eine Geräuschminderungsvorrichtung 112 enthält im Wesentlichen eine erste Oberfläche 120 und eine zweite Oberfläche 122. Die erste Oberfläche 120 enthält einen ersten Abschnitt 124 und einen zweiten Abschnitt 126 gemäß Darstellung in den 3 und 8. Der erste Abschnitt 124 ist auf einer Oberfläche des Rotorflügels 16 wie zum Beispiel der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 befestigt. 3 stellt beispielsweise einen ersten Abschnitt 124 dar, der auf der Saugseite 24 befestigt ist. Somit kann der erste Abschnitt 124 im Wesentlichen eine aerodynamische Kontur haben, die der aerodynamischen Kontur der Oberfläche entspricht, an welcher er befestigt ist. Ferner sollte angemerkt werden, dass in Ausführungsformen, in welchen der Geräuschminderer 110 eine Basisplatte 114 enthält, der erste Abschnitt 124 der Geräuschminderungsvorrichtung 112 an der Basisplatte 114 befestigt sein kann und die Basisplatte 114 an dem ersten Abschnitt 124 an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 befestigt sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann ein erster Abschnitt 124 an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 in dem Außenbereich 54 des Rotorflügels 16 befestigt sein. Zusätzlich oder alternativ kann ein erster Abschnitt 124 an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 in dem Innenbereich 52 des Rotorflügels 16 oder an jeder geeigneten Stelle auf dem Rotorflügel 16 befestigt sein.
Der zweite Abschnitt 126 ist dafür ausgebildet, mit an der anderen Oberfläche des Rotorflügels wie zum Beispiel der anderen von der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Somit ist der zweite Abschnitt 126 der Windströmung ausgesetzt, und kann die Sehne 42 der Rotorflügelanordnung 100 wenigstens an den Stellen der Geräuschminderungsvorrichtungen 112 auf der Rotorflügelanordnung 100 vergrößern. 3 stellt beispielsweise einen zweiten Abschnitt 126 dar, der dafür ausgebildet ist, mit an der Druckseite 22 vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Wenn Wind an der Rotorflügelanordnung 100 vorbeiströmt, kann der Wind an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 und dann an den zweiten Abschnitten 126 der Geräuschminderungsvorrichtungen 112 vorbeiströmen. Wenn der Wind an den zweiten Abschnitten 126 vorbeiströmt, kann der Wind mit den zweiten Abschnitten in Wechselwirkung treten, und das Geräusch des an der Rotorflügelanordnung 100 vorbeiströmenden Windes verringern.
Die zweite Oberfläche 122 unterbricht die aerodynamische Kontur einer Oberfläche des Rotorflügels 16 wie zum Beispiel der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 gemäß Darstellung in den 2 bis 7. 3 stellt beispielsweise eine zweite Oberfläche 122 dar, die die aerodynamische Kontur der Saugseite 24 unterbricht. Beispielsweise steht, wie es dargestellt ist, die zweite Oberfläche 122 von jeder der Geräuschminderungsvorrichtungen 112, wenn der Geräuschminderer 110 an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 befestigt ist, aus dieser Oberfläche des Rotorflügels 16 hervor, und unterbricht somit die aerodynamische Kontur dieser Oberfläche. 3 stellt beispielsweise eine zweite Oberfläche 122 dar, die die aerodynamische Kontur der Saugseite 24 unterbricht. Wenn Wind an der Flügelblattanordnung 100 vorbeiströmt, kann der Wind an einer Oberfläche des Rotorflügels 16 vorbeiströmen und dann an der zweiten Oberfläche 122 der Geräuschminderungsvorrichtungen 112. Wenn der Wind an den zweiten Oberflächen 122 vorbeiströmt, kann der Wind mit den zweiten Oberflächen 122 in Wechselwirkung treten und dadurch das Geräusch des an der Rotorflügelanordnung 100 vorbeiströmenden Windes reduzieren.
In einigen Ausführungsformen kann die zweite Oberfläche 122 einer Geräuschminderungsvorrichtung 112 im Wesentlichen ein gebogenes Querschnittsprofil gemäß Darstellung in den 3 und 8 haben. Alternativ kann die zweite Oberfläche 122 im Wesentlichen ein gerades Querschnittsprofil oder jedes andere geeignete Querschnittsprofil haben.
Gemäß Darstellung in den 4 bis 7 definiert jede von den mehreren zweiten Oberflächen 122 eine Breite 130, eine Höhe 132 und eine Länge 134. In einigen Ausführungsformen kann sich die Breite 130 einer zweiten Oberfläche 122 in verschiedenen Richtungen über verschiedene Abschnitte der Länge 134 hinweg verjüngen. Beispielsweise kann sich, wie es in den 4 und 6 dargestellt ist, die Breite 130 in der Richtung der Windströmung durch einen Abschnitt der Länge 134 und/oder in der entgegengesetzten Richtung der Windströmung durch einen Abschnitt der Länge 134 verjüngen. In einigen Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromabwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122, wie zum Beispiel ein stromabwärts liegender Viertel-, stromabwärts liegender Drittel-, stromabwärts liegender Hälften- oder anderer geeigneter stromabwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromaufwärts liegender Abschnitt oder jeder andere geeignete Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Ausführungsformen der Abschnitt, der sich in der entgegengesetzten Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromaufwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122, wie zum Beispiel ein stromaufwärts liegender Viertel-, ein stromaufwärts liegender Drittel-, ein stromaufwärts liegender Hälften- oder anderer geeigneter stromaufwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt ein stromabwärts liegender Abschnitt oder jeder andere geeignete Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein.
Ferner kann sich in einigen Ausführungsformen die Höhe 132 einer zweiten Oberfläche 122 in verschiedenen Richtungen über verschiedene Abschnitte der Länge 134 hinweg verjüngen. Beispielsweise kann sich gemäß Darstellung in den 5 und 7 die Höhe 132 in der Richtung der Windströmung durch einen Abschnitt der Länge 134 verjüngen und/oder in der entgegengesetzten Richtung der Windströmung durch einen Abschnitt der Länge 134 verjüngen. In einigen Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromabwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122, wie zum Beispiel ein stromabwärts liegender Viertel-, stromabwärts liegender Drittel-, stromabwärts liegender Hälften- oder anderer geeigneter stromabwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromaufwärts liegender Abschnitt oder jeder andere geeignete Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. Zusätzlich oder alternativ kann in einigen Ausführungsformen der Abschnitt, der sich in der entgegengesetzten Richtung der Windströmung verjüngt, ein stromaufwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122, wie zum Beispiel ein stromaufwärts liegender Viertel-, ein stromaufwärts liegender Drittel-, ein stromaufwärts liegender Hälften- oder anderer geeigneter stromaufwärts liegender Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein. In weiteren Ausführungsformen kann der Abschnitt, der sich in der Richtung der Windströmung verjüngt ein stromabwärts liegender Abschnitt oder jeder andere geeignete Abschnitt der zweiten Oberfläche 122 sein.
Jede Geräuschminderungsvorrichtung 112 kann eine ähnliche Gestalt und Größe haben, oder verschiedene Gruppen von Geräuschminderungsvorrichtungen 112 können ähnliche Gestalten und Größen haben, oder jede Geräuschminderungsvorrichtung 112 kann eine individuelle Gestalt und Größe haben. In einigen exemplarischen Ausführungsformen kann der Geräuschminderer 110 beispielsweise mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen 112 enthalten. Die mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen 112 können eine erste Geräuschminderungsvorrichtung 142 und eine zweite Geräuschminderungsvorrichtung 144 oder mehrere erste Geräuschminderungsvorrichtungen 142 und zweite Geräuschminderungsvorrichtungen 144 gemäß Darstellung in 6 und 7 enthalten. In einigen Ausführungsformen können die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 jeweils ein erstes Aspektverhältnis enthalten, und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 können jeweils ein sich von dem ersten Aspektverhältnis unterscheidendes zweites Aspektverhältnis haben. Zusätzlich oder alternativ können die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Breiten 130, Höhen 132 und/oder Längen 134 haben, und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 können im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Breiten 130, Höhen 132 und/oder Längen 134 haben. Ferner können die Breiten 130, Höhen 132 und/oder Längen 134 der ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 identisch mit oder unterschiedlich gegenüber den Breiten 130, Höhen 132 und/oder Längen 134 der zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 sein. Zusätzlich oder alternativ können die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Gestalten haben, und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 können im Wesentlichen identische oder unterschiedliche Gestalten haben. Ferner können die Gestalten der ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 mit den Gestalten der zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 identisch oder dazu unterschiedlich sein. In exemplarischen Ausführungsformen können sich die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 über der Länge oder einem beliebigen Abschnitt des Geräuschminderers 110 abwechseln. Alternativ können die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 in jeder(m) geeigneten Anordnung oder Muster definiert sein.
Ferner dürfte es sich verstehen, dass die vorliegende Beschreibung nicht auf die ersten Geräuschminderungsvorrichtungen 142 und die zweiten Geräuschminderungsvorrichtungen 144 beschränkt ist, und dass stattdessen jede geeignete Anzahl von Geräuschminderungsvorrichtungsgruppen mit beliebigem geeigneten Aspektverhältnis oder andere Vorrichtungen und in jeder geeigneten Anordnung innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Beschreibung liegen.
Gemäß Darstellung in 8 kann in einigen Ausführungsformen der Geräuschminderer 110 der vorliegenden Beschreibung ferner eine erste Schicht 152 und eine zweite Schicht 154 enthalten. Die erste Schicht 152 kann den Befestigungsabschnitt 124 und die zweite Oberfläche 122 enthalten, und die zweite Schicht 154 kann den zweiten Abschnitt 126 enthalten. Alternativ kann sowohl die erste Schicht 152 als auch die zweite Schicht 154 jede(n) geeignete(n) Schicht oder Abschnitt einer Schicht enthalten.
Eine von der ersten Schicht 152 oder der zweiten Schicht 154 kann wie bei exemplarischen Ausführungsformen der ersten Schicht 152 aus einem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildet sein. Das akustische Absorptionsmaterial kann dem Rotorflügel 16 und der Rotorflügelanordnung 100 zugeordnetes Geräusch durch Absorbieren eines Teils des Geräusches absorbieren. Beispielsweise kann das akustische Absorptionsmaterial ein im Wesentlichen akustisch poröses Material sein. Akustisch poröses material ermöglicht das Eindringen von Luft in das Material, und die Reibungswechselwirkung zwischen dem akustisch porösen Material und der Luft absorbiert, dissipiert und reduziert somit das Geräusch. Das akustisch poröse Material kann beispielsweise ein Schaummaterial mit akustisch poröses Zellen, wie zum Beispiel Polyurethanschaum, Polyetherschaum, Melaminschaum oder jeder andere geeignete Schaum sein. Alternativ kann das akustisch poröse Material beispielsweise ein akustisch poröses Naturfasermaterialagglomerat, wie zum Beispiel Holzfaser, Kokosnussfaser oder jede andere geeignete Faser sein. Alternativ kann das akustisch poröse Material beispielsweise ein ein- oder mehrlagiges Gewebematerial, wie zum Beispiel Baumwolle, Leinen, Hanf oder jedes andere geeignete Gewebematerial, sein. Es dürfte sich jedoch verstehen, dass das akustische Absorptionsmaterial gemäß der vorliegenden Beschreibung nicht auf die vorstehend offengelegten Materialien beschränkt ist, und dass stattdessen jedes geeignete akustisch absorptionsfähige Material innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedankens der vorliegenden Beschreibung liegt.
Ferner kann in exemplarischen Ausführungsformen die aus dem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildete Schicht einen Absorptionskoeffizienten haben. In exemplarischen Ausführungsformen kann der Absorptionskoeffizient in den Bereich zwischen ca. 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 Beschreibung liegt.
Die andere von der ersten Schicht 152 oder der zweiten Schicht 154, wie zum Beispiel in exemplarischen Ausführungsformen die zweite Schicht 154, kann aus einem Material ausgebildet sein, das steifer und/oder stärker als das Material der ersten Schicht 152 oder der zweiten Schicht 154 ist. Dieses Material kann als eine Schutzschicht und/oder Verstärkungs- oder Versteifungsschicht für den Geräuschminderer 110 wirken. Ferner kann das Material in exemplarischen Ausführungsformen akustisch nicht-porös sein. Somit kann das Material beispielsweise ein Polymer sein, wie zum Beispiel ein thermoplastisches, ein faser- oder webfaserverstärkter Kunststoff, ein Metall oder irgendein anderes geeignetes Material sein. Ferner kann die andere von der ersten Schicht 152 oder der zweiten Schicht 154, die dieses Material aufweist, in exemplarischen Ausführungsformen relativ dünn im Vergleich zu der ersten Schicht 152 oder der zweiten Schicht 154 sein.
In exemplarischen Ausführungsformen ist der geräuschminderer 110 an die Windströmung an der Rotorflügelanordnung 100 anpassbar. Beispielsweise bildet der an der Rotorflügelanordnung 100 vorbeiströmende Wind Strömungslinien aus. Eine mittlere Strömungslinie kann ferner wie es im Fachgebiet allgemein bekannt, berechnet werden. Ferner können sich die Strömungslinien und/oder die mittlere Strömungslinie auf der Basis des Anstellwinkels des Rotorflügels 16 ändern. Der Geräuschminderer 110, wie zum Beispiel die Schicht oder Schichten seiner Materialien können eine erwünschte Flexibilität dergestalt haben, dass sich der Geräuschminderer 110 an eine Strömungslinie oder mittlere Strömungslinie während des Betriebs der Windkraftanlage 10 anpasst. Beispielsweise kann sich das stromabwärts liegende Ende des zweiten Abschnittes 126 in der Richtung der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 abhängig von der Ausrichtung des Geräuschminderers 110 und/oder des Anstellwinkels und aufgrund der Strömungslinien und/oder mittleren Strömungslinie biegen. In exemplarischen Ausführungsformen kann sich somit der Geräuschminderer 110 an die mittlere Strömungslinie anpassen.
Es dürfte sich verstehen, dass der Geräuschminderer 110 der vorliegenden Beschreibung an Rotorflügeln 16 während der Herstellung des Rotorflügels 16 befestigt werden können, oder an bestehenden Rotorflügeln 16 nachgerüstet werden kann, um Rotorflügelanordnungen 100 auszubilden. Die einen Rotorflügel 16 und eines Geräuschminderer 110 beinhaltende Rottorflügelanordnung 100 kann erwünschtermaßen ein verringertes Geräusch für eine gegebene Windströmung haben.
Die vorliegende Beschreibung ist ferner auch ein Verfahren zum Reduzieren des Geräuschs eines Rotorflügels 16 für eine Windkraftanlage 10 gerichtet. Das Verfahren kann die Befestigung eines Geräuschminderers 110 an dem Rotorflügel 16 wie vorstehend diskutiert umfassen. Das Verfahren kann ferner das Drehen des Rotorflügels 16 auf der Windkraftanlage 10 wie vorstehend diskutiert umfassen.
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 unter scheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es werden eine Rotorflügelanordnung 100 und ein Verfahren zum Reduzieren des Geräuschs eines Rotorflügels 16 für eine Windkraftanlage 10 offengelegt. Der Rotorflügel 16 hat Oberflächen, 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. Die Rotorflügelanordnung 10 enthält ferner einen auf einer Oberfläche des Rotorflügels 16 ausgebildeten Geräuschminderer 110, wobei der Geräuschminderer 110 mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen 112 enthält. Jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen 112 enthält eine erste Oberfläche 120 und eine zweite Oberfläche 122. Die erste Oberfläche 120 enthält einen ersten Abschnitt 124, der auf einer von der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt 126, der dafür ausgebildet ist, mit an der anderen von der Druckseite 22 oder Saugseite 24 vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten. Die zweite Oberfläche 122 unterbricht eine aerodynamische Kontur von der einen von der Druckseite 22 oder der Saugseite 24.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Rotorblatt
18: Rotornabe
22: Druckseite
24: Saugseite
26: Vorderkante
28: Hinterkante
32: Flügelspitze
34: Flügelfuß
42: Sehne
44: Spanne
52: Innenbereich
54: Außenbereich
100: Rotorblattanordnung
110: Geräuschminderer
112: Geräuschminderungsvorrichtung
114: Basisplatte
120: erste Oberfläche
122: zweite Oberfläche
126: erster Abschnitt
128: zweiter Abschnitt
130: Breite
132: Höhe
134: Länge
142: erste Geräuschminderungsvorrichtung
144: zweite Geräuschminderungsvorrichtung
152: erste Schicht
154: zweite Schicht

Claims

Rotorflügelanordnung (100) für eine Windkraftanlage (10), aufweisend: einen Rotorflügel (16) mit Oberflächen, 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; und einen auf einer Oberfläche des Rotorflügels (16) ausgebildeten Geräuschminderer (110), wobei der Geräuschminderer (110) mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen (112) enthält, wobei jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen (112) aufweist: eine erste Oberfläche (120) mit einem ersten Abschnitt (124), der auf einer von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) befestigt ist, und einen zweiten Abschnitt (126), der dafür ausgebildet ist, mit an der anderen von der Druckseite (22) oder Saugseite (24) vorbeiströmendem Wind in Wechselwirkung zu treten; und eine zweite Oberfläche (122), die eine aerodynamische Kontur von der einen von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) unterbricht.
Rotorflügelanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei jede von den mehreren zweiten Oberflächen (122) eine Breite (130) und eine Länge (134) definiert, und wobei sich die Breite (130) in der Richtung der Windströmung über einen Abschnitt der Länge (134) hinweg verjüngt.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–2, wobei jede von den mehreren zweiten Oberflächen (122) eine Höhe (132) und eine Länge (134) definiert, und wobei sich die Höhe (132) in der Richtung der Windströmung über einen Abschnitt der Länge (134) hinweg verjüngt.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–3, wobei die zweite Oberfläche (122) ein im Wesentlichen gebogenes Querschnittsprofil hat.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei der erste Abschnitt (124) an der Saugseite (124) befestigt ist, der zweite Abschnitt (126) für eine Wechselwirkung mit an der Druckseite (22) vorbeiströmendem Wind ausgebildet ist, und die zweite Oberfläche (122) die aerodynamische Kontur der Saugseite (24) unterbricht.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–5, wobei die mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen (112) eine erste Geräuschminderungsvorrichtung (142) in einem ersten Aspektverhältnis und eine zweite Geräuschminderungsvorrichtung (144) mit einem zweiten Aspektverhältnis aufweisen.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–6, wobei der Geräuschminderer (110) ferner eine Basisplatte (114) aufweist, die jeden von den mehreren ersten Abschnitten (124) an der einen von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) befestigt.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–7, wobei der erste Abschnitt (124) in dem Außenbereich (54) des Rotorflügels (16) befestigt ist.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Geräuschminderer (110) angrenzend an die Hinterkante (28) des Rotorflügels (16) ausgebildet ist.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–9, wobei der Geräuschminderer (110) ferner eine erste Schicht (152) und eine zweite Schicht (154) aufweist, wobei die erste Schicht (152) einen ersten Abschnitt (124) aufweist und die zweite Oberfläche (122) von jeder von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen (112) und die zweite Schicht (154) den zweiten Abschnitt (126) aufweist.
Rotorflügelanordnung (100) nach Anspruch 10, wobei die erste Schicht (152) aus einem akustischen Absorptionsmaterial ausgebildet ist, und wobei die zweite Schicht (154) wenigstens Eines von steifer oder stärker als die erste Schicht (152) ist.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 10–11, wobei die erste Schicht (152) einen Absorptionskoeffizienten in dem Bereich zwischen ca. 0,6 und ca. 1,0 hat.
Rotorflügelanordnung (100) nach einem der Ansprüche 10–12, wobei die zweite Schicht (154) akustisch nicht-porös ist.
Windkraftanlage (10), aufweisend: mehrere Rotorflügel (16), wobei jeder von den mehreren Rotorflügeln (16) Oberflächen hat, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28), die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, definieren; und einen Geräuschminderer (110), der auf einer Oberfläche von wenigstens einem der mehreren Rotorflügel (16) ausgebildet ist, wobei der Geräuschminderer (110) mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen (112) aufweist, wovon jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen aufweist: eine erste Oberfläche (120), die einen auf einer von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) befestigten ersten Abschnitt (124) und einen zweiten Abschnitt (126) aufweist, der für eine Wechselwirkung mit an der anderen von der Druckseite (22) und der Saugseite (24) vorbeiströmendem Wind ausgebildet ist; und eine zweite Oberfläche (122), die eine aerodynamische Kontur auf einer von der Druckseite (22) und der Saugseite (24) unterbricht.
Verfahren zum Reduzieren des Geräusches eines Rotorflügels (16) für eine Windkraftanlage (10), wobei das Verfahren die Schritte aufweist: Befestigen eines Geräuschminderers (110) auf einem Rotorflügel (16), wobei der Geräuschminderer (110) mehrere Geräuschminderungsvorrichtungen (112) aufweist, wobei jede von den mehreren Geräuschminderungsvorrichtungen (112) eine erste Oberfläche (120) mit einem ersten Abschnitt (124) aufweist, der auf einer von einer Druckseite (22) oder einer Saugseite (24) des Rotorflügels (16) befestigt ist und einen zweiten Abschnitt (126), der für eine Wechselwirkung mit über die andere von der Druckseite (22) oder der Saugseite (24) vorbeiströmendem Wind ausgebildet ist, und eine zweite Oberfläche (122), die eine aerodynamische Kontur auf einer von der Druckseite (22) und der Saugseite (24) unterbricht; und Drehen des Rotorflügels (16) auf der Windkraftanlage (10).