DE102012109989A1

DE102012109989A1 - Windkraftturbinenrotorblatt mit Hinterkantenerweiterung und Befestigungsverfahren

Info

Publication number: DE102012109989A1
Application number: DE102012109989A
Authority: DE
Inventors: Bharat Bagepalli; Stefan Herr
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM WIND POWER A/S, DK
Priority date: 2011-10-19
Filing date: 2012-10-19
Publication date: 2013-04-25
Anticipated expiration: 2032-10-20
Also published as: US8506250B2; CN103061966A; DE102012109989B4; CN103061966B; DK201200638A; US20120134817A1; DK178050B1

Abstract

Eine Rotorblattbaugruppe einer Windkraftturbine weist ein Rotorblatt mit einer Druckseite, einer Sogseite, einer Vorderkante und einer Hinterkante auf, die sich in allgemein spannweitiger Richtung zwischen Spitze und Wurzel erstrecken. Eine Kantenerweiterung ist entlang der Hinterkante befestigt und weist ein erstes Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt auf, der an der Druckseite befestigt ist, und ein zweites Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, der an der Sogseite befestigt ist. Sowohl das erste und auch das zweite Streifenelement haben eine äußere Kante und einen Erweiterungsabschnitt, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hervorsteht. Die Erweiterungsabschnitte sind miteinander außerhalb der Hinterkante entlang einer spannweitigen Länge des ersten und des zweiten Streifenelements haftend miteinander verbunden und bilden eine haftverbundene Abschlusskante der Kantenerweiterung. Es wird außerdem ein Verfahren zur Bildung einer Kantenerweiterung an einem Windturbinenrotorblatt zur Verfügung gestellt.

Description

BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf Windkraftturbinenrotorblätter und spezieller auf eine Hinterkantenerweiterung für ein Windkraftturbinenblatt.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten Energiequellen angesehen, die gegenwärtig verfügbar sind, und in dieser Beziehung haben Windkraftturbinen erhöhte Aufmerksamkeit erlangt. Eine moderne Windkraftturbine weist typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter auf. Die Rotorblätter nehmen kinetische Energie des Winds unter Benutzung bekannter Tragflächenprinzipien auf. Die Rotorblätter geben die kinetische Energie in Form von Rotationsenergie weiter, um eine Welle, die die Rotorblätter an ein Getriebe ankoppelt, zu drehen oder, wenn ein Getriebe nicht verwendet wird, direkt an den Generator. Der Generator konvertiert daraufhin die mechanische Energie in elektrische Energie, die in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
Windkraftturbinenblätter werden im Allgemeinen für eine optimale Windgeschwindigkeit ausgelegt und sind deshalb weniger effizient bei anderen Windgeschwindigkeiten. Frühere Ansätze zur Vergrößerung des effektiven Bereichs von Geschwindigkeiten für die Turbinenblätter haben Systeme verwendet, die das aerodynamische Profil des Blatts durch den Zusatz von aktiven oder passiven Anhängen, Klappen oder anderen Steueroberflächen, die an die Blätter angebracht sind, speziell entlang der Hinterkante des Blatts, modifizieren oder verändern.
Zusätzlich ist ein anhaltendes Anliegen, das moderne Windkraftturbinen betrifft, der Lärm, der beim Betrieb der Turbinen emittiert wird, der bei größeren Windkraftturbinen erheblich sein kann. Ein Teil des Lärms ist das Ergebnis der Wechselwirkung zwischen der Grenzflächenluft, die sich über das Blatt bewegt, und der Hinterkante des Blatts. Es ist im Allgemeinen anerkannt, dass größere Hinterkantendicken erhöhte Lärmniveaus erzeugen. Es ist bekannt, Hinterkantenteile an ein vorhandenes Blatt anzubringen, um den Lärm, der durch die Blätter emittiert wird, zu reduzieren.
Ungeachtet ihrer beabsichtigten Funktion sind existierende Hinterkantenerweiterungen im Allgemeinen mit spezifischen Dimensionen und Konturen für bestimmet Blattgrößen vorgeformt. Diese Erweiterungen sind deshalb relativ teuer herzustellen und es muss ein Bestand von verschieden großen Erweiterungen verfügbar sein. Sind die Elemente einmal angebracht, können sie nicht weiter geformt oder konturiert werden. Der Ablauf zum Anbringen dieser Elemente an vorhandene Blätter ist mühsam und zeitaufwändig und trägt zu den Gesamtkosten der Energieerzeugung der Windkraftturbine bei.
Dementsprechend wäre eine verbesserte Hinterkantenerweiterung für Windkraftturbinenblätter und ein dazugehöriges Anbringungsverfahren wünschenswert.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung dargelegt, oder können von der Beschreibung nahegelegt oder können durch Anwendung der Erfindung gelernt werden.
In einer Ausführungsform wird eine Rotorblattbaugruppe einer Windkraftturbine bereitgestellt und weist ein Rotorblatt mit einem Druckseiten-Mantelelement, einem Sogseiten-Mantelelement, einer Vorderkante und einer Hinterkante sich in einer im Wesentlichen spannweitigen Richtung zwischen einem Spitzenteil und einer Blattwurzel auf. Eine Kantenerweiterung ist entlang der Hinterkante angebracht und weist ein erstes Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, das an das Druckseiten-Mantelelement angebracht ist, und ein zweites Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, das an das Sogseiten-Mantelelement angebracht ist. Jedes der ersten und zweiten Streifenelemente weist eine äußere Kante und einen Erweiterungsabschnitt auf, der sich flügeltiefenweise über die Hinterkante erstreckt. Die Erweiterungsabschnitte sind außerhalb der Hinterkante entlang einer spannweitigen Länge der ersten und zweiten Streifenelemente miteinander haftend verbunden, wobei die Außenkanten der Streifenelemente eine haftend verbundene Abschlusskante der Hinterkantenerweiterung bilden.
Die ersten und zweiten Streifenelemente können dasselbe oder eine Kombination von verschiedenen Materialien sein. In einer speziellen Ausführungsform sind die Streifenelemente Klebstreifen, die biegsam und fügsam entlang der Hinterkante des Blatts sind. Die Streifen können beispielsweise in Form von Streifenrollen bereitgestellt sein, wobei die Streifen von den Rollen abgemessen und abgeschnitten werden. Die Streifen können jegliche gewünschte Dicke und Breite abhängig von jeglicher Kombination von Einflussfaktoren, wie z.B. der Blattgröße, der Bearbeitbarkeit und der Festigkeit der Materialien, Einfachheit der Anbringung an die Blattoberflächen usw. haben.
Die ersten und zweiten Streifenelemente können direkt miteinander haftend entlang der Erweiterungsabschnitte ohne zwischentretende strukturelle Komponenten verbunden sein. Allerdings kann es in anderen Ausführungsformen wünschenswert sein, ein versteifendes Streifenelement zwischen dem ersten und zweiten Streifenelement entlang der Erweiterungsabschnitte einzuschließen. Dieses versteifende Streifenelement kann beispielsweise ein Verbundstoff oder Kunststoffmaterial sein, das der Kantenerweiterung einen gewünschten endgültigen Grad Festigkeit ohne abträgliche Gewichtsvergrößerung verleiht.
In Ausführungsformen, die versteifende Streifenelemente aufweisen, können die Elemente mit dem ersten und zweiten Streifenelement haftend verbunden und mit der Hinterkante unverbunden sein. Beispielsweise kann ein versteifendes Streifenelement ein ein- oder doppelseitig klebender Streifen sein, der zwischen den Erweiterungsabschnitten des ersten und zweiten Streifenelements vor dem haftenden Zusammenverbinden der Streifenelemente angeordnet ist. In einer anderen Ausführungsform kann das versteifende Streifenelement eine Vielzahl von druckseitigen Befestigungsstreifen und sogseitigen Befestigungsstreifen aufweisen, die entlang einer inneren Kante hiervon voneinander beabstandet verteilt sind und direkt an das Druck- und Sogseiten-Mantelelement des Blatts angebracht sind.
In gewissen Ausführungsformen kann jede Art von lärmreduzierenden strukturellen Elementen oder Merkmalen in den Erweiterungsabschnitten gebildet sein. Beispielsweise können Verzahnungen entlang der Außenkante der Erweiterungsabschnitte gebildet sein.
Die vorliegende Erfindung umfasst auch verschiedene Verfahrensgestaltungen, um eine Kantenerweiterung an einem Rotorblatt einer Windkraftturbine auszubilden, wobei das Rotorblatt einen Druckseiten-Mantelelement, einen Sogseiten-Mantelelement, eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, die sich in einer im Allgemeinen spannweitigen Richtung zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstreckend. Das Verfahren beinhaltet das Anbringen eines ersten Streifenelements an das Druckseiten-Mantelelement entlang der Hinterkante des Blatts, so dass ein spannweitiger Abschnitt des ersten Streifenelements einen Erweiterungsabschnitt bildet, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hervorsteht, und Anbringen eines zweiten Streifenelements an das Sogseiten-Mantelelement entlang der Hinterkante des Blatts, so dass ein spannweitiger Abschnitt des zweiten Streifenelements einen Erweiterungsabschnitt bildet, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hervorsteht. Die betreffenden Erweiterungsabschnitte des ersten und zweiten Streifenelements sind haftend miteinander verbunden (direkt oder indirekt), so dass die Außenkante der Erweiterungsabschnitte eine haftend verbundene Abschlusskante bildet.
In einer speziellen Ausführungsform weist das Verfahren das Anbringen der Streifenelemente in Form von Klebstreifen auf, beispielsweise durch Zuschneiden der Streifen von einer Bandrolle oder aus ebenen Bögen des Streifenmaterials.
Das Verfahren kann das direkte Verbinden des ersten und des zweiten Streifenelements miteinander entlang der Weiterungsabschnitte ohne dazwischentretende strukturelle Komponenten aufweisen. In anderen Ausführungsformen kann das Verfahren das Verstärken der Streifenelemente z.B. durch Anordnen eines versteifenden Elements zwischen dem ersten und dem zweiten Streifenelement aufweisen.
Bestimmte Verfahrensausführungsformen können jede Art von Endbearbeitungsschritten aufweisen, um eine gewünschte Außenkantenkontur entlang der Kantenerweiterung zu erhalten. Beispielsweise kann ein äußerer Teil der Erweiterungsabschnitte abgeschnitten werden, um das gewünschte Profil zu bilden, das das Bilden lärmreduzierender Merkmale in der Kantenerweiterung beinhaltet, wie beispielsweise ein gezacktes Profil.
Die Erfindung umfasst auch jede Art von Windkraftturbinenkonfigurationen mit einem oder mehreren Rotorblättern, die mit einer Kantenerweiterung in Übereinstimmung mit hierin dargestellten Aspekten ausgestattet sind.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung und angehängte Ansprüche besser verstanden werden. Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Beschreibung einbezogen sind und einen Teil dieser Beschreibung bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erklärung der Prinzipien der Erfindung.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine volle und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich ihrer besten Ausführungsform, die sich an jemanden mit Durchschnittsfachwissen wendet, ist in der Beschreibung dargelegt, die Bezüge zu den angehängten Figuren herstellt, in denen:
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Windkraftturbine mit einem oder mehreren Rotorblattbaugruppen, die eine Kantenerweiterung und Übereinstimmung mit Aspekten der Erfindung aufweisen können;
2 ist eine Querschnittsansicht eines Rotorblatts mit einer Hinterkantenerweiterung;
3 ist eine perspektivische Ansicht eines Windkraftturbinenblatts mit Streifenelementen zur Hinterkantenerweiterung;
4 ist eine perspektivische Teilansicht und Querschnittsansicht eines Blatts einer Windkraftturbine mit einer Hinterkantenerweiterung;
5 ist eine perspektivische Teil- und eine Querschnittsansicht einer alternativen Ausführungsform eines Windkraftturbinenblatts mit einer Hinterkantenerweiterung;
6 ist eine perspektivische Teil- und eine Querschnittsansicht einer anderen Ausführungsform eines Windkraftturbinenblatts mit einer Hinterkantenerweiterung; und
7 ist eine perspektivische Teil- und Querschnittsansicht noch einer anderen Ausführungsform eines Windkraftturbinenblatts mit einer Hinterkantenerweiterung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Hier wird im Detail auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist durch Erklärung der Erfindung nicht durch Beschränkung der Erfindung zur Verfügung gestellt. Tatsächlich wird es solchen mit Fachwissen deutlich werden, dass vielerlei Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne von dem Bereich oder dem Geist der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können die Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform dargestellt oder beschrieben sind, mit einer anderen Ausführungsform benutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Deshalb ist es beabsichtigt, dass die vorliegende Erfindung solche Modifikationen und Variationen umfasst, die in den Bereich der angehängten Ansprüche und ihrer Äquivalente gelangen.
1 stellt eine Windkraftturbine 10 nach konventioneller Bauart dar. Die Windkraftturbine 10 weist einen Turm 12 mit einer darauf angebauten Gondel 14 auf. Mehrere Rotorblattbaugruppen 16 mit einer Hinterkantenerweiterung 40 sind in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung an einer Rotornabe 18 angebracht, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Komponenten der Windkraftturbine zur Leistungserzeugung und Steuerung sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht der 1 wird zu darstellenden Zwecken nur zur Verfügung gestellt, um die vorliegende Erfindung in einen beispielhaften Nutzungsbereich zu stellen. Es sollte anerkannt sein, dass die Erfindung nicht auf irgendeinen bestimmten Typ einer Windkraftturbinenkonfiguration beschränkt ist.
Bezugnehmend auf 2 und 3 schließen Aspekte einer Rotorblattbaugruppe 16 äußere Oberflächen ein, die ein Druckseiten-Mantelelement 22 und ein Sogseiten-Mantelelement 24 einschließen, die sich zwischen der Vorderkante 26 und der Hinterkante 28 erstrecken. Das Blatt 16 erstreckt sich von einer Blattspitze 30 bis zu einer Blattwurzel 32. Die äußeren Oberflächen können aerodynamische Oberflächen mit im Allgemeinen aerodynamischen Konturen sein, wie es im Allgemeinen im Stand der Technik bekannt ist. Die Mantelelemente 22, 24 bilden einen inneren Hohlraum 25 des Blatts 16, in dem jede Art von inneren Stützelementen 27 angeordnet sind, wie beispielsweise Holmgurte, Scherstege und oder ähnliches.
In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 mehrere einzelne Blattsegmente aufweisen, die in einer Endebis-Ende-Ordnung von der Blattspitze 32 bis zur Blattwurzel 34 aneinandergereiht sind. Jedes der einzelnen Blattsegmente kann besonders konfiguriert sein, so dass die mehreren Blattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 bilden, das ein vorgesehenes aerodynamisches Profil, Länge oder andere gewünschte Charakteristiken aufweist. Beispielsweise kann jedes der Blattsegmente ein aerodynamisches Profil haben, das zu dem aerodynamischen Profil von angrenzenden Blattsegmenten korrespondiert. Dadurch können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein durchgängiges aerodynamisches Profil des Rotorblatts 16 bilden. Alternativ kann das Rotorblatt 16 als ein einziges einheitliches Blatt ausgebildet sein, das das vorgesehene aerodynamische Profil, Länge und andere gewünschte Charakteristiken aufweist.
Die Rotorblattbaugruppe 16 bildet eine flügeltiefenweise Erstreckung 36 bzw. eine spannweitige Erstreckung 38, wie es in 3 dargestellt ist. Die Flügeltiefe 36 kann entlang der Spannweite 38 des Rotorblatts 16 variieren. Daher kann eine lokale Flügeltiefe 36 für das Rotorblatt 16 an jedem Punkt des Rotorblatts 16 entlang der Spannweite 38 definiert werden.
Bezugnehmend auf die 2 und 3 weist eine Rotorblattbaugruppe 16 in Übereinstimmung mit Aspekten der vorliegenden Offenbarung eine Kantenerweiterung 40 auf, die entlang der Hinterkante 28 des Blatts angebracht ist. Die Kantenerweiterung 40 ist als ein erstes Streifenelement 42, das an das Druckseiten-Mantelelement 22, und ein zweites Streifenelement 52, das an das Sogseiten-Mantelelement 24 angebracht ist, konfiguriert. Bezugnehmend auf 4 weist das erste Streifenelement 42 einen Befestigungsabschnitt 46 auf, der von der inneren Kante 44 begrenzt ist. Der Befestigungsabschnitt 46 erstreckt sich spannweitig entlang der Länge des Streifenelements 42 und ist mit geeigneten Mitteln an die äußere Oberfläche des Druckseiten-Mantelelements 22 angebracht. Beispielsweise weist der Befestigungsabschnitt 46 des ersten Streifenelements 42 ein Haftmittel 62 (5) auf, das darauf zur direkten Befestigung an das Druckseiten-Mantelelement 22 aufgebracht ist. Gleichermaßen weist das zweite Streifenelement 52 einen Befestigungsabschnitt 56 auf, der von der Innenkante 54 begrenzt ist. Der Befestigungsabschnitt 56 ist haftend an der äußeren Oberfläche des Sogseiten-Mantelelements 24 angebracht, wie beispielsweise in 4 dargestellt.
Jedes der betreffenden Streifenelemente 42, 52 weist einen Erweiterungsabschnitt 50, 60 auf, der in einer Flügeltiefenrichtung über die Hinterkante 28 des Blatts 16 hervorsteht. Diese Erweiterungsabschnitte 50, 60 sind haftend miteinander außerhalb der Hinterkante 28 entlang einer spannweitigen Länge der Streifenelement 42, 52 verbunden, so dass die Außenkanten 48, 58 der betreffenden Streifenelemente 42, 52 eine haftend verbundene Abschlusskante 64 (5) der Hinterkantenerweiterung 40 bilden.
Beispielsweise bezugnehmend auf die 4 und 5 können das erste und zweite Streifenelement 42, 52 als Klebstreifen konfiguriert sein, die eine haftende Schicht 62 voraufgetragen auf die Streifen aufweisen. Eine ablösbare Rückschicht kann über die haftende Schicht 62 gelegt sein und vor der Befestigung der Streifen an die Mantelelemente 22, 24 entfernt werden. Die Bandstreifen können beispielsweise in Rollenform (oder anderen geeigneten Mitteln für das Transportieren und das Aufbewahren von Band) zur Verfügung gestellt sein, wobei das erste und das zweite Streifenelement 42, 52 abgemessen und von der Bandrolle abgeschnitten sind. In anderen Ausführungsformen kann das erste und zweite Streifenelement 42, 52 von Bogenmaterial abgeschnitten sein, das in Stapelform transportiert und gelagert sein kann. Die Streifenelemente 42, 52 sind nicht durch irgendein speziellen Materialtyp begrenzt und können aus einem oder einer Kombination von Materialien zusammengesetzt sein, die biegsam und fügsam an die Hinterkante 28 der Blattbaugruppe 16 sind. Die Materialien für die Streifenelemente 42, 52 können ausgesucht sein, eine gewünschte Dicke, Stabilität und Eigenschaften aufzuweisen, um der Betriebsumgebung einer konventionellen Windkraftturbine zu widerstehen.
Sollte auch anerkannt werden, dass die Streifenelemente 42, 52 keine Klebstreifen sein müssen, und dass ein Haftmittel zwischen den Streifenelementen 42, 52 während des Verbindungsprozesses aufgebracht (beispielsweise gestrichen, gesprüht, usw.) werden kann.
In den Ausführungsformen der 3 und 4 sind das erste und das zweite Streifenelement 42, 52 miteinander direkt entlang der Erweiterungsabschnitte 50, 60 ohne dazwischentretende strukturelle Komponenten verbunden. In dieser Ausführungsform können die Streifenelemente einfach zusammengepresst sein und aneinander durch die betreffenden Haftschichten 62 haften. Die Streifenelemente 42, 52 sind in die Ausführungsform ausgewählt, eine Materialcharakteristik und zusammengesetzte Dicke aufzuweisen, um der resultierenden Hinterkantenerweiterung 40 eine gewünschte Stabilität zu verleihen und trotzdem Fügsamkeit und Einfachheit der Aufbringung der einzelnen Streifen zu gewährleisten.
Bezugnehmend auf 5 kann es in einigen Ausführungsformen gewünscht sein, die Erweiterungsabschnitte 50, 60 des ersten und zweiten Streifenelements 42, 52 strukturell zu verstärken. Beispielsweise kann jede Sorte versteifender Elemente oder Streifenelemente 66 zwischen den Erweiterungsabschnitten 50, 60 in einer spannweitigen Richtung der Streifenelemente 42, 52 angeordnet sein. Dieses versteifende Streifenelement 66 kann aus irgendeinem geeigneten Material gebildet sein, das den Erweiterungsabschnitten 50, 60 den gewünschten Grad Steifigkeit verleiht. Beispielsweise ist das Streifenelement in einer wünschenswerten Ausführungsform aus faserverstärktem Material gebildet, das eine Vielzahl von gekreuzten Fasern aufweist, wie beispielsweise Glasfasermattenmaterial. Bezugnehmend auf die 6 und 7 können die einzelnen Fasern in einem Winkel von 45 Grad in Bezug auf die äußere Kante 48 der Erweiterung 40 orientiert sein. Diese Faserkonfiguration ruft einen „Trellis-Effekt“ hervor, der das dreidimensionale Anpassen des versteifenden Streifenelements 66 an das Blatt und die Streifenelementkonturen ohne Knicken oder Bündeln des Elements 66 in longitudinaler Erstreckung ermöglicht.
In der Ausführungsform der 5 ist das versteifende Streifenelement 66 mit den Blattmantelelementen 22, 24 unverbunden und ist haftend mit den Haftschichten 62 auf jedem der Streifenelemente 42, 52 verbunden.
In der Ausführungsform der 6 ist das versteifende Streifenelement 66 auch an eines oder beide der Sog- oder Druckseiten-Mantelelemente 22, 42 angebracht. Beispielsweise kann eine Vielzahl von beabstandeten Befestigungsstreifen 68 alternierend entlang der spannweitigen Länge des versteifenden Streifenelements 66 ausgebildet sein, wobei die Streifen 68 sich in der Befestigung an das Druckseiten-Mantelelement 22 und das Sogseiten-Mantelelement 24 abwechseln (sich abwechselnde Streifen auf dem Sogseiten-Mantelelement 24 sind in 6 dargestellt). Der Streifen 68 kann ein Haftmittel aufweisen, das auf dessen Unterseite zur Anbringung an die Mantelelemente aufgebracht ist.
Bezugnehmend auf 2 und 4 können das erste und zweite Streifenelement 42, 52 in vorteilhafter Weise eine flügeltiefenweise Breite aufweisen, die das Schneiden und Formen der Hinterkantenerweiterung 40 entlang der spannweitigen Länge des Blatts ermöglicht. Beispielsweise kann jeder Teil 76 der haftend verbundenen Erweiterungsabschnitte 50, 60 entlang einer Schnittlinie 74 geschnitten werden, so dass die äußere haftend verbundene Abschlusskante 64 (5) der endgültigen Hinterkantenerweiterung 40 sich nach der Form der Hinterkante 28 ungeachtet der Anordnung der inneren Kanten 44, 54 der entsprechenden Streifenelemente 42, 52 richtet.
Bezugnehmend auf 7 kann die Hinterkantenerweiterung 40 vorteilhaft weitere Funktionalitäten aufweisen. Beispielsweise kann die Kantenerweiterung 40 Lärmreduzierungsstrukturelemente 70 aufweisen, die in den Erweiterungsabschnitten 50, 60 gebildet sind. In einer bestimmten Ausführungsform, die in 7 dargestellt ist, können diese lärmreduzierenden Elemente 70 als individuelle Zahnungen 72 gebildet sein.
Wie erwähnt, umfasst die vorliegende Erfindung auch verschiedene Verfahren zur Bildung einer Kantenerweiterung 40 an einem Rotorblatt 16 einer Windkraftturbine. Das Verfahren kann das Anbringen eines ersten Streifenelements 42 an einen Druckseiten-Mantelelement 22 entlang der Hinterkante 28 des Blatts beinhalten, so dass ein spannweitiger Erweiterungsabschnitt 50 des ersten Streifenelements 42 einen Erweiterungsabschnitt in einer flügeltiefenweisen Erstreckung über die Hinterkante 28 bildet. Ebenso ist ein zweites Streifenelement an dem Sogseiten-Mantelelement 24 entlang der Hinterkante 28 des Blatts angebracht, so dass ein spannweitiger Abschnitt des zweiten Streifenelements 52 einen Erweiterungsabschnitt 60 bildet, der flügeltiefenweise über die Hinterkante 28 vorsteht. Die betreffenden Erweiterungsabschnitte 50, 60 sind miteinander verbunden, so dass die Außenkanten 48, 58 der entsprechenden Erweiterungsabschnitte eine haftend verbundene Abschlusskante 64 der Hinterkantenerweiterung 40 bilden.
Das Verfahren kann das Aufbringen des ersten und zweiten Streifenelements 42, 52 auf die Druck- und Sogseiten-Mantelelemente 22, 24 in Form von Klebstreifen beinhalten, wobei die Streifenelemente von einer Streifenrolle zugeschnitten sind. Alternativ kann das Verfahren das Schneiden des ersten und des zweiten Streifenelements 42, 52 aus ebenen Bögen eines Materials, wie beispielsweise eines Materials mit klebenden Seiten, beinhalten.
Eine Ausführungsform des Verfahrens kann das direkte miteinander Verbinden des ersten und zweiten Streifenelements 42, 52 entlang der Erweiterungsabschnitte 50, 60 ohne dazwischentretende strukturelle Komponenten beinhalten. In dieser Ausführungsform beinhaltet das Verfahren das Auswählen des Materials für das erste und das zweite Streifenelement 42, 52, so dass die Kantenerweiterung 40 die gewünschte Enddicke und Stabilität aufweist.
In einer anderen Ausführungsform kann das Verfahren das strukturelle Verstärken der Steifenelemente 42, 52 wenigstens entlang der Erweiterungsabschnitte 50, 60 durch Einfügen eines versteifenden Elements 66 zwischen den Erweiterungsabschnitten 50, 60 einschließen.
Verschiedene anderen Ausführungsformen können das Verleihen von weiteren Funktionalitäten der Hinterkantenerweiterung 40 beinhalten. Beispielsweise kann jeder Art eines lärmreduzierenden Merkmals vor dem Anbringen des Streifenelements an das Rotorblatt 16 in dem ersten und zweiten Streifenelement 42, 52 gebildet werden. Diese lärmreduzierenden Merkmale können beispielsweise ein gezahntes Profil sein, das entlang der äußeren Kanten 48, 58 der betreffenden Streifenelemente gebildet ist. Alternativ können die gezahnten Profile oder andere lärmreduzierende strukturelle Merkmale in den betreffenden Streifenelementen gebildet werden, nachdem die Streifenelemente 42, 52 an das Mantelelement 22, 24 des Rotorblatts angebracht worden sind.
Zur Vereinfachung des Transports und der Lieferung des Rotorblatts 16 an den Aufstellort der Windkraftturbine kann das Verfahren das Anbringen des ersten und des zweiten Streifenelements 42, 52 an das Mantelelement 22, 24 am Aufstellort der Windkraftturbine einschließen.
Verschiedene Ausführungsformen des Verfahrens können des weiteren das zur Verfügung stellen des ersten und des zweiten Streifenelements 42, 52 in einer Größe (speziell in der flügeltiefenweisen Erstreckung) einschließen, so dass die Streifenelemente 42, 52 nachträglich entlang einer Schnittlinie 74 geschnitten werden können, um der äußeren haftend verbundenen Kante 74 eine Kontur zu verleihen, die zu den Konturen der Hinterkante 28 unabhängig von der Anordnung der inneren Kanten 44, 54 der Streifenelemente 42, 52 passt.
Wie erwähnt, umfasst die vorliegende Erfindung jede Art einer Windkraftturbine 10 (1), die mehrere Rotorblattbaugruppen 16 aufweist, die an einer Rotornabe 18 angebracht sind, wobei eine oder alle Blätter 16 eine Hinterkantenerweiterung 40, wie oben beschrieben, aufweisen.
Diese niedergeschriebene Beschreibung verwendet Beispiele, einschließlich der besten Ausführungsform, um die Erfindung zu offenbaren und auch um jede Person mit entsprechendem Durchschnittsfachwissen dazu zu befähigen, die Erfindung auszuführen, dass das Herstellen und Benutzen jeglicher Geräte oder Systeme und das Durchführen aller eingeschlossenen Verfahren beinhaltet. Der patentfähige Umfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele einschließen, die solchen mit entsprechendem Durchschnittsfachwissen einfallen. Es ist beabsichtigt, dass solche anderen Beispiele im Offenbarungsbereich der Ansprüche sind, wenn sie strukturelle Elemente aufweisen, die sich nicht vom Wortsinn der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unerheblichen Unterschieden zum Wortsinn der Ansprüche aufweisen.
Eine Rotorblattbaugruppe einer Windkraftturbine weist ein Rotorblatt mit einer Druckseite, einer Sogseite, einer Vorderkante und einer Hinterkante auf, die sich in allgemein spannweitiger Richtung zwischen Spitze und Wurzel erstrecken. Eine Kantenerweiterung ist entlang der Hinterkante befestigt und weist ein erstes Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt auf, der an der Druckseite befestigt ist, und ein zweites Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, der an der Sogseite befestigt ist. Sowohl das erste und auch das zweite Streifenelement hat eine äußere Kante und einen Erweiterungsabschnitt, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hervorsteht. Die Erweiterungsabschnitte sind miteinander außerhalb der Hinterkante entlang einer spannweitigen Länge des ersten und des zweiten Streifenelements haftend miteinander verbunden und bilden eine haftverbundene Abschlusskante der Kantenerweiterung. Es wird außerdem ein Verfahren zur Bildung einer Kantenerweiterung an einem Windturbinenrotorblatt zur Verfügung gestellt.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftturbine
12: Turm
14: Gondel
16: Rotorblattbaugruppe
18: Rotornabe
22: Druckseiten-Mantelelement
24: Sogseiten-Mantelelement
25: innerer Hohlraum
26: Vorderkante
28: Hinterkante
30: Blattspitze
32: Blattwurzel
34: strukturelles Element
36: Flügeltiefe
38: Spannweite
40: Kantenerweiterung
42: erstes Streifenelement
44: innere Kante
46: Befestigungsabschnitt
48: äußere Kante
50: Erweiterungsabschnitt
52: zweites Streifenelement
54: innere Kante
56: Befestigungsabschnitt
58: äußerer Abschnitt
60: Erweiterungsabschnitt
62: Haftmittel
64: haftend verbundener Abschluss
66: versteifendes Streifenelement
68: Befestigungsstreifen
70: Lärmreduzierungselement
72: Verzahnung
74: Schnittlinie
76: Schnittabschnitt

Claims

Blattbaugruppe eines Windkraftturbinenrotors, die aufweist: Ein Rotorblatt mit einem Druckseiten-Mantelelement, einem Sogseiten-Mantelelement, einer Vorderkante und einer Hinterkante, die sich in einer im Wesentlichen spannweitigen Richtung zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstrecken; eine Kantenerweiterung, die entlang der Hinterkante angebracht ist, wobei die Kantenerweiterung aufweist: ein erstes Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, das an das Druckseiten-Mantelelement angebracht ist; ein zweites Streifenelement mit einem spannweitigen Befestigungsabschnitt, das an dem Sogseiten-Mantelelement angebracht ist; wobei sowohl das erste Streifenelement als auch das zweite Streifenelement eine Außenkante und einen Erweiterungsabschnitt aufweist, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hinausragt; und wobei die Erweiterungsabschnitte miteinander haftend außerhalb der Hinterkante entlang einer spannweitigen Länge des ersten Streifenelements und des zweiten Streifenelements verbunden sind, wobei die Außenkanten eine haftend verbundene Abschlusskante der Kantenerweiterung bilden.
Blattbaugruppe nach Anspruch 1, wobei das erste und das zweite Streifenelement Klebstreifen aufweisen.
Blattbaugruppe nach Anspruch 1, wobei die ersten und zweiten Streifenelemente entlang der Erweiterungsabschnitte ohne dazwischentretende strukturelle Komponenten direkt haftend miteinander verbunden sind.
Blattbaugruppe nach Anspruch 1, mit einem versteifenden Streifenelement, das zwischen dem ersten und zweiten Streifenelement entlang den Erweiterungsabschnitten angeordnet ist.
Blattbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das aussteifende Streifenelement haftend mit dem ersten und zweiten Streifenelement verbunden und unverbunden mit der Hinterkante ist.
Blattbaugruppe nach Anspruch 4, wobei das aussteifende Streifenelement mit der Druckseite und/oder der Sogseite entlang der Hinterkante verbunden ist.
Blattbaugruppe nach Anspruch 6, wobei das aussteifende Streifenelement desweiteren eine Vielzahl von Druckseiten-Befestigungsstreifen und Sogseiten-Befestigungsstreifen aufweist, die entlang einer Innenkante davon verteilt sind.
Blattbaugruppe nach Anspruch 6, wobei der versteifende Streifen ein faserverstärktes Material aufweist, wobei die Fasern in dem Material in einem Winkel von im Allgemeinen 45° in Bezug auf eine Außenkante der Kantenerweiterung orientiert sind.
Blattbaugruppe nach Anspruch 1, mit Lärmreduzierungsstrukturelementen, die in den Erweiterungsabschnitten gebildet sind.
Verfahren zum Ausbilden einer Kantenerweiterung an einem Rotorblatt einer Windkraftanlage, wobei das Rotorblatt ein Druckseiten-Mantelelement, ein Sogseiten-Mantelelement, eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, die sich in einer im Wesentlichen spannweitigen Richtung zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstrecken, wobei das Verfahren aufweist; Anbringen eines ersten Streifenelements an das Druckseiten-Mantelelement entlang der Hinterkante des Blatts, so dass ein spannweitiger Abschnitt des ersten Streifenelements einen Erweiterungsabschnitt definiert, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hinausragt; Anbringen eines zweiten Streifenelements an das Sogseiten-Mantelelement entlang der Hinterkante des Blatts, so dass ein spannweitiger Abschnitt des zweiten Streifenelements einen Erweiterungsabschnitt definiert, der flügeltiefenweise über die Hinterkante hinausragt; Haftendes Verbinden der betreffenden Erweiterungsabschnitte des ersten und zweiten Streifenelements, so dass Außenkanten der Erweiterungsabschnitte eine haftend verbundene Abschlusskante bilden.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das erste und zweite Streifenelement an die Druck- und Sogseite als Klebstreifen angebracht sind.
Verfahren nach Anspruch 11, das das haftende direkte Verbinden des ersten und zweiten Streifenelements entlang der Erweiterungsabschnitte ohne dazwischentretende strukturelle Komponenten aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, das das Anordnen eines versteifenden Elements zwischen dem ersten und dem zweiten Streifenelement aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, das außerdem die Endbearbeitung der haftend verbundenen Abschlusskante aufweist, um eine gewünschte äußere Kantenkontur entlang der Kantenerweiterung zu schaffen.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Endbearbeitung das Anschneiden eines Teils der Erweiterungsabschnitte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, das außerdem das Bereitstellen von Lärmreduzierungsstrukturelementen entlang der Erweiterungsabschnitte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Lärmreduzierungsstrukturelemente in den ersten und zweiten Streifenelementen vor dem Anbringen der Streifenelemente an das Rotorblatt gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 16, das das Bilden der Lärmreduzierungsstrukturelemente in den Erweiterungsabschnitten anschließend an das Anbringen des ersten und zweiten Streifenelements an das Rotorblatt aufweist.
Verfahren nach Anspruch 18, das das Bilden eines gezackten Profils entlang der Außenkanten der Erweiterungsabschnitte aufweist.
Verfahren nach Anspruch 10, das das Anbringen der ersten und zweiten Streifenelemente an das Rotorblatt am Aufstellungsort der Windkraftturbine aufweist.