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QUERVERWEIS ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
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Diese Anmeldung beansprucht Priorität aus, Rechte aus und stellt eine teilweise Fortsetzungsanmeldung der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 12/642,891, die am 21. Dezember 2009 eingereicht worden ist und deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin mit aufgenommen ist.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Fluidturbinen und insbesondere einen Flanschabschnitt zur Verbindung eines Rotorblattes mit einer Nabe einer Fluidturbine.
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Fluidturbinen finden als eine umweltverträgliche und relativ kostengünstige alternative Energiequelle zunehmend Beachtung. Bei diesem steigenden Interesse werden beträchtliche Anstrengungen unternommen, um Fluidturbinen zu entwickeln, die betriebssicher und effizient arbeiten. Einige Beispiele für Fluidturbinen können Windturbinen, Gezeitenturbinen, Meeresströmungs-Propellerturbinen, Meeresturbinen für hydrokinetische Energie, Gezeitenstromgeneratoren und Axialturbinen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Der Ausdruck „Fluid”, wie er hierin verwendet wird, bezeichnet allgemein Flüssigkeiten und Gase, wie beispielsweise Wasser und Luft. Eine Gezeitenturbine ist vom Konzept her einer Windturbine ähnlich, außer dass die Gezeitenturbine durch strömendes Wasser anstatt von Luft angetrieben ist. Bestimmte Bauarten von Turbinen, wie beispielsweise eine Gezeiten- oder Meeresströmungsturbine, können in Gewässern, wie beispielsweise der See, wo eine starke Gezeitenströmung oder eine kontinuierliche Ozeanströmung herrscht, installiert werden, um Energie aus den Mengen strömenden Wassers zu extrahieren. Die für einen Betrieb in Gewässern ausgelegten Turbinen werden hierin allgemein als „Unterwasser”-Turbinen bezeichnet.
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Allgemein enthält eine Fluidturbine einen Rotor, der eine Nabe und mehrere an der Nabe montierte Blätter aufweist. Der Rotor ist gewöhnlich über ein Getriebe mit einem Generator gekoppelt. Der Generator ist im Allgemeinen innerhalb eines Gehäuses oder einer Gondel montiert. In dem Fall einer Windturbine kann der Generator oben auf einem rohrförmigen Turm positioniert sein. Fluidturbinen zur Energieversorgung (d. h. Fluidturbinen, die ausgelegt sind, um elektrische Leistung zu einem Versorgungsnetz zu liefern) können große Rotoren (mit einem Durchmesser von z. B. 30 oder mehr Metern) aufweisen. Die Blätter eines derartigen Rotors wandeln Fluidenergie, wie beispielsweise von sich bewegender Luft oder sich bewegendem Wasser, in Drehmoment oder Rotationskraft um, das bzw. die den Generator antreibt. Der Rotor kann durch einen Turm oder eine andere geeignete Struktur über ein Lager gelagert sein, das ein feststehendes Teil enthält, das mit einem drehbaren Teil gekoppelt ist.
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Abgesehen von der aerodynamischen und hydrodynamischen Gestaltung eines Rotorblattes für eine Fluidturbine sind die Qualität und das Gewicht des Rotorblattes durch die Konstruktion des Blattwurzelabschnitts wesentlich bestimmt. Dieser Blattwurzelabschnitt ist an einer Stelle, die als die Blattwurzelverbindung bezeichnet wird, mit der Rotornabe verbunden. Die Blattwurzelverbindung stellt einen kritischen Aspekt von Rotorblättern für eine Fluidturbine dar, da sie die gesamte aerodynamische oder hydrokinetische Kraft von dem Rotorblatt auf den restlichen Teil der Windturbineneinheit überträgt.
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Ein schwieriger Aspekt bei der Konstruktion der Blattverbindung zu der Rotornabe ist die Lastübertragung von der Faserverbundstruktur des Rotorblattes auf die Metallstruktur der Rotornabe. Eine derartige Lastübertragung ist aufgrund der deutlich unterschiedlichen Eigenschaften der beteiligten Materialien im Prinzip schwierig. Außerdem konzentrieren sich die Rotorlasten an dem Blattwurzelabschnitt und der Rotornabe, und die Lasten weisen ein stark dynamisches Lastspektrum auf.
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Der Wurzelabschnitt des Rotorblattes ist im Allgemeinen dicker im Vergleich zu anderen Blattabschnitten, um hohe Lasten aufzunehmen. In herkömmlichen Fluidturbinen ist der Wurzelabschnitt der Rotorblätter aus glasfaserverstärkten Polymeren („GFRP”) mit T-Bolzenverbindungen geschaffen. Die Länge des Wurzelabschnitts des aus glasfaserverstärkten Polymeren hergestellten Rotorblattes liegt gewöhnlich in dem Bereich von ungefähr 1,2 bis 1,4 Metern. Das glasfaserverstärkte Polymer ist im Allgemeinen bei 0 und +/–45 Grad in Bezug auf eine Längsachse des Rotorblattes orientiert, um Biege- und Scherbelastungen aufzunehmen. Die Blattwurzelverbindung wird gewöhnlich anhand der Ermüdungslebensdauer der Verbindungsbolzen bewertet.
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Es wird erwartet, dass die Nachfrage nach erzeugter Elektrizität aus sauberen Ressourcen, wie beispielsweise Wind und Wasser, Fluidturbinen größerer Kapazität erfordern kann. Eine Möglichkeit zur Steigerung der Kapazität einer Fluidturbine besteht darin, die Größe des Rotorblattes zu vergrößern. Wenn die Größe des Rotorblattes vergrößert wird, wird die Konstruktion des Wurzelabschnitts im Hinblick auf die Festigkeit und das Gewicht der verwendeten Materialien zunehmend wichtig.
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Demgemäß wäre es wünschenswert, einen Wurzelabschnitt für ein Rotorblatt zu schaffen, der wenigstens einige der vorstehend angegebenen Probleme angeht.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Wie hierin beschrieben, überwinden die beispielhaften Ausführungsformen einen oder mehrere der obigen oder sonstigen in der Technik bekannten Nachteile.
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Ein Aspekt der beispielhaften Ausführungsformen betrifft ein Rotorblatt für eine Fluidturbine. Es ist ein Rotorblatt für eine Fluidturbine offenbart. Das Rotorblatt enthält einen Flanschabschnitt, der eingerichtet ist, um das Rotorblatt mit einer Rotornabe zu verbinden, und einen Flügelprofilabschnitt, der sich von dem Flanschabschnitt aus nach außen erstreckt. Der Flanschabschnitt weist ein kohlenstoffverstärktes Polymer auf.
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Ein weiterer Aspekt der offenbarten Ausführungsformen betrifft eine Blattwurzel für ein Rotorblatt für eine Fluidturbine. Die Blattwurzel enthält ein erstes Ende zur Verbindung mit einer Rotornabe, ein zweites Ende, von dem sich ein Flügelprofilabschnitt des Rotorblattes nach außen erstreckt, und einen verjüngten Abschnitt zwischen dem ersten Ende und dem zweiten Ende. Die Blattwurzel weist ein kohlenstoffverstärktes Polymer auf.
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Diese und weitere Aspekte und Vorteile der beispielhaften Ausführungsform erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen betrachtet wird. Es ist jedoch zu verstehen, dass die Zeichnungen lediglich für die Zwecke der Veranschaulichung und nicht als eine Definition der Grenzen der Erfindung vorgesehen sind, für die auf die beigefügten Ansprüche Bezug genommen werden sollte. Außerdem sind die Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet, und sie sind, sofern nicht anders angegeben, lediglich dazu bestimmt, die hierin beschriebenen Strukturen und Prozeduren konzeptionell zu veranschaulichen. Außerdem könnte eine beliebige geeignete Größe, Gestalt oder Art von Elementen oder Materialien verwendet werden.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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In den Zeichnungen:
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1 zeigt eine Seitenansicht einer Fluidturbine gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 zeigt eine Perspektivansicht eines Fluidturbinenblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit Blick von oben;
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3 zeigt eine Ansicht eines Flanschabschnitts des Fluidturbinenblattes nach 2;
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4 zeigt eine Teilansicht einer T-Bolzenverbindung in dem Flanschabschnitt im Querschnitt entlang der Linie 4-4 in 3;
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer T-Bolzenverbindung zwischen der Blattwurzel und einem Flanschabschnitt einer Rotornabe;
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6 zeigt eine Längsschnittsansicht der Seitenwand des Flanschabschnitts eines Rotorblattes, wie es in 3 veranschaulicht ist;
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7 zeigt eine GFRP-Blattwurzel und die Blattwurzel, die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen enthält, in verschiedenen Ansichten; und
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8 zeigt ein beispielhaftes hydrokinetisches Meeresenergiesystem, das Aspekte der offenbarten Ausführungsformen enthält.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 veranschaulicht eine beispielhafte Windturbine 100, die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen enthält. Die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen sind allgemein auf die Schaffung eines Flanschabschnitts oder einer Blattwurzel für ein Rotorblatt gerichtet, wobei die Blattwurzel ein kohlenstoffverstärktes Polymer enthält, wodurch eine Reduktion einer Größe des Blattwurzeldurchmessers und der Anzahl von Verbindungsbolzen im Vergleich zu herkömmlichen Blattwurzeln ermöglicht wird. Obwohl die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen hierin allgemein in Bezug auf die Windturbine 100 beschrieben sind, sind die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen nicht darauf beschränkt. Die Aspekte der offenbarten Ausführungsformen können allgemein auf Fluidturbinen angewandt werden, wobei Meeresturbinenblätter für hydrokinetische Energie lediglich ein derartiges Beispiel darstellen.
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Wie in 1 veranschaulicht, enthält die Windturbine 100 eine Gondel 102 und einen Rotor 106. Die Gondel 102 ist ein Gehäuse, das oben auf einem Turm 104 montiert ist. Die Gondel 102 enthält einen innerhalb dieser angeordneten (nicht veranschaulichten) Generator. Die Höhe des Turms 104 wird auf der Basis von Faktoren oder Bedingungen, die in der Technik bekannt sind, ausgewählt und kann bis zu Höhen bis zu 60 m oder mehr reichen. Die Windturbine 100 kann auf einem beliebigen Gelände aufgebaut werden, das Zugang zu Bereichen mit gewünschten Windbedingungen bietet. Das Gelände kann sehr verschieden sein und kann bergiges Gelände, Offshore-Standorte oder in Unterwasseranwendungen Gewässer umfassen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Der Rotor 106 enthält ein oder mehrere Turbinenblätter 108, die an einer drehbaren Nabe 110 angebracht sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform enthält die Windturbine 100 drei Turbinenblätter 108.
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2 veranschaulicht ein beispielhaftes Turbinenblatt 108 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung. Das Turbinenblatt 108 enthält einen Flügelprofilabschnitt 205 und eine Blattwurzel oder einen Wurzelabschnitt 209. Der Flügelprofilabschnitt 205 ist (in einer bekannten Weise) mit der Blattwurzel 209 verbunden und erstreckt sich von dieser weg nach außen. Der Flügelprofilabschnitt 205 enthält eine Vorderkante 201, eine Hinterkante 203, eine Spitze 207 und eine Wurzelkante 211. Das Turbinenblatt 208 weist eine Länge L zwischen der inneren Kante 210 der Blattwurzel 209 und der Spitze 207 auf. Die Blattwurzel 209, die auch als ein Flanschabschnitt bezeichnet wird, ist mit der Nabe 110 der in 1 veranschaulichten Windturbine 100 verbindbar.
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3 veranschaulicht den Flanschabschnitt 209 des Rotorblattes 108, von einem proximalen Ende aus betrachtet (d. h. in der Richtung von der inneren Kante 210 des Blattwurzelendes 210 zu der Spitze 207 des Rotorblattes 108). Der Flanschabschnitt 209 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt auf, wobei eine äußere Seitenwandoberfläche 304 von einer Längsachse 302 des Rotorblattes 108 um einen Radius R1 beabstandet ist. Der Flanschabschnitt 209 weist ferner eine innere Seitenwandoberfläche 306 auf, die von der Längsachse 302 des Rotorblattes 108 um einen Radius R2 beabstandet ist. Die Wanddicke 310 des Flanschabschnitts 209 entspricht der Differenz zwischen R1 und R2.
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Der Flanschabschnitt 209 enthält ferner eine Anzahl von Längsbohrungen 402. Die Längsbohrungen 402 weisen jeweils gewöhnlich einen Durchmesser W1 auf und sind in einem Bogenabstand D1 entlang einer Umfangsrichtung des Flanschabschnitts 209 beabstandet angeordnet. Wenn das Rotorblatt 108 an der Nabe 110 montiert ist, werden Bolzen in die Längsbohrungen 402 eingeführt, um eine T-Bolzenverbindung zu schaffen.
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4 zeigt eine längsgeschnittene Teilansicht der T-Bolzenverbindung in dem Flanschabschnitt 209, geschnitten entlang der Linie 4-4 in 3. Die Längsbohrungen 402 sind vorzugsweise in dem mittleren Bereich zwischen der äußeren Seitenwandfläche 304 und der inneren Seitenwandfläche 306 des Rotorblattes 108 angeordnet. Zwischen den Seitenwandflächen 304 und 306 ist für jede Längsbohrung 402 eine Radialbohrung 404 vorgesehen. Wenn das Rotorblatt 108 an der Rotornabe 110 montiert ist, werden Querbolzen in die radialen Bohrungen 404 eingeführt, um die T-Bolzenverbindung mit in die Längsbohrungen 402 eingeführten Bolzen zu bilden. Der Flanschabschnitt 209 gemäß den offenbarten Ausführungsformen enthält ein kohlenstofffaserverstärktes Polymer oder ist aus einem kohlenstofffaserverstärkten Polymer ausgebildet.
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5 zeigt eine Querschnittsansicht einer Querbolzenverbindung, die zwischen dem Flanschabschnitt 209 des Rotorblattes 108 und einem Flansch 502 der Rotornabe 110 geschaffen ist. Es ist ein Querbolzen 506 veranschaulicht, wie er in die Radialbohrung 404 eingesetzt ist. Der Querbolzen 506 weist einen Innengewindeabschnitt 512 auf, der mit der Längsbohrung 402 fluchtend ausgerichtet ist. Der Flansch 502 der Rotornabe 110 liegt gegen die innere Kante 210 des Flanschabschnitts 209 an. Der Flansch 502 weist ein zu der Längsbohrung 402 des Flanschabschnitts 209 passendes Durchgangsloch 508 auf. Das Durchgangsloch 508 und die Längsbohrung 402 sind in Bezug aufeinander fluchtend ausgerichtet, so dass ein Bolzen 504 in das Durchgangsloch 508 und die Längsbohrung 402 eingeführt werden kann. Der Bolzen 504 enthält ein zu dem Innengewinde des Querbolzens 506 passendes Außengewinde 510. Der Bolzen 504 wird an dem Querbolzen 506 durch Schraubbefestigung fixiert, so dass eine Querbolzenverbindung hergestellt ist. Das Rotorblatt 108 ist auf diese Weise an der Rotornabe 110 fixiert.
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In der vorstehend beschriebenen Bolzenverbindungsanordnung sind der Flansch 502 der Rotornabe 110, der Querbolzen 506 und der Längsbolzen 504 gewöhnlich aus Stahl hergestellt. Jedoch ist der Flanschabschnitt 209 gewöhnlich aus einem kohlenstoffverstärkten Polymer hergestellt.
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6 veranschaulicht eine Längsschnittansicht der Seitenwand einer Ausführungsform eines Flanschabschnitts 209. Der Flanschabschnitt 209 enthält die Längsbohrung 402 und die Radialbohrung 404. In der in 6 veranschaulichten Ausführungsform weist die Wand des Flanschabschnitts 209 drei Abschnitte auf – einen Wurzelendabschnitt 602 mit einer im Wesentlichen konstanten Wanddicke, einen mittleren Abschnitt 604 mit einer abnehmenden Wanddicke und einen Blattseitenabschnitt 606 mit einer im Wesentlichen konstanten Wanddicke. Der Innenradius R2 nach 3 ist an dem Wurzelendabschnitt 602 im Vergleich zu R3 an dem Blattseitenabschnitt 606 kleiner. Der Mittelabschnitt 604 verbindet den Wurzelendabschnitt 602 und den Blattseitenabschnitt 606 miteinander. Innerhalb des Mittelabschnitts 604 nimmt der Innenradius R2 an dem Wurzelendabschnitt 602 bis auf den Innenradius R3 an dem Blattseitenabschnitt 606 zu, um einen im Wesentlichen sanften Übergang zwischen den beiden Abschnitten zu bilden. Gewöhnlich nimmt der Innenradius entlang der longitudinalen Länge des Mittelabschnitts 604 von R2 auf R3 linear zu, so dass die Wanddicke 310 des Flanschabschnitts 209 innerhalb des Mittelabschnitts 604 von einer größeren, im Wesentlichen konstanten Dicke an dem Wurzelendabschnitt 602 bis zu einer geringeren, im Wesentlichen konstanten Dicke an dem Blattseitenabschnitt 606 linear variiert. In der veranschaulichten Ausführungsform bleibt der Außenradius R1 über die longitudinale Länge des Flanschabschnitts 209 hinweg im Wesentlichen konstant. In alternativen Ausführungsformen kann der Außenradius R1 variieren.
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Das kohlenstofffaserverstärkte Polymer ergibt ein hohes Verhältnis zwischen Steifigkeit und Gewicht im Vergleich zu einem glasfaserverstärkten Polymer. Durch den Einsatz eines kohlestofffaserverstärkten Polymers (CFRP) anstelle eines glasfaserverstärkten Polymers in der Blattwurzel 209 kann die Anzahl von Verbindungsbolzen für den gleichen Wurzeldurchmesser verringert werden. Außerdem kann durch Verwendung einer Blattwurzel aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer der Durchmesser der Blattwurzel 209 reduziert werden, was entsprechend eine Reduktion der Größe des Blattverstelllagers und der Nabe 110 ermöglicht.
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Wie in 7 veranschaulicht, weist eine Blattwurzel 702 einen relativ konstanten Außendurchmesser von 2,3 m von einem Blattende 701 bis zu einem Lochkreisdurchmesserende 703 auf. In der Studie wird das glasfaserverstärkte Polymer einer herkömmlichen Blattwurzel mit einem 2,3 Lochkreisdurchmesser (LKD) durch ein kohlenstoffverstärktes Polymer ersetzt, um die Blattwurzel mit der gleichen Größe und Konfiguration zu bilden. Das Rotorblatt wird mit Klappenbelastungen entlang einer Länge des Blattes belastet. Für die Klappenbelastungen wird festgestellt, dass Blattwurzelverformungen an der Blattwurzel aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer innerhalb zulässiger Verformungsgrenzen liegen. Es ist festgestellt worden, dass der Reservefaktor gegen Ermüdung für die Verbindungsbolzen in der Blattwurzel aus kohlenstoffverstärktem Polymer ungefähr doppelt so groß ist wie derjenige der Verbindungsbolzen in der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Blattwurzel aus glasfaserverstärktem Polymer. Die Gestaltungsoption mit der Erhöhung der Sicherheitsreserve für die Blattwurzel aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer ermöglicht folglich eine Reduktion der Größe der Blattwurzel und/oder eine Reduktion der Anzahl von Bolzenverbindungen.
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Wie in 7 veranschaulicht, ist in einer Ausführungsform die Blattwurzel 702 aus glasfaserverstärktem Polymer mit einem Lochkreisdurchmesser von 2,3 m durch eine Blattwurzel 704 aus kohlenstoffverstärktem Polymer ersetzt, die ein Blattende oder Flügelprofilende 706 von 2,3 m und ein Lochkreisdurchmesserende 708 mit einem Durchmesser von 1,8 m aufweist. Obwohl für die Zwecke der hier gegebenen Beschreibung die Abmessungen der Durchmesser des Blattendes 706 und des Lochkreisendes 708 als 2,3 m bzw. 1,8 m angegeben sind, kann in modifizierten Ausführungsformen der Durchmesser des Blattendes 706 zwischen ungefähr 1,8 und 2,3 m variieren, während der Durchmesser des Lochkreisendes 708 zwischen ungefähr 1,5 und 1,85 m variieren kann. Ein Verhältnis der Durchmesser des Lochkreisendes 708 zu dem Blattende 706 liegt in dem Bereich von ungefähr 0,75 bis 1,0.
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Wie in 7 veranschaulicht, enthält die Blattwurzel 704 aus kohlenstoffverstärktem Polymer einen verjüngten Abschnitt 712 zwischen dem Lochkreisende 708 und dem Flügelprofilende 706. In einer Ausführungsform weist die Blattwurzel 704 eine Länge von 1718 mm auf. In einer Ausführungsform werden zusätzliche 100 kg (etwa 3–5 Gew.-%) eines Glasmaterials in einem Übergangsabschnitt 710 zwischen dem Lochkreisende 708 und dem verjüngten Abschnitt 712 hinzugefügt, um eine bessere Biege- und Scherkraftübertragung zu ermöglichen. Dem verjüngten Abschnitt 712 werden etwa 3–5 Gew.-% einer unidirektionalen Faser zugegeben. Wie in 7 veranschaulicht, beträgt ein Abstand zwischen dem Lochkreisende 708 und dem distalen Ende des Übergangsabschnitts 710 300 mm. In diesem Beispiel haben die Verbindungsbolzen in der Blattwurzel 704 aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer einen Reservefaktor gegen Ermüdung, der größer ist als der erforderliche Reservefaktor. Der Ermüdungsreservefaktor liegt vorzugsweise in dem Bereich von 1,00 bis 1,60. Somit kann durch den Einsatz einer Blattwurzel aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer in einer 2,5 MW Turbine der Durchmesser des Lochkreisendes 708 von 2,3 m auf einen Durchmesser reduziert werden, der verschieden zwischen 1,5 und 1,85 m liegt. Dies ergibt ein Blattverstelllager mit kleinerem Durchmesser und eine reduzierte Nabengröße, was erzielte Kostenersparnisse hervorbringt. Eine Schätzung positioniert die Kosten einer 2,5 MW Turbine mit einer einen 1,8 m Lochkreisdurchmesser aufweisenden kohlenstofffaserverstärkten Blattwurzel zwischen den Kosten einer 1,5 MW und einer 2,5 MW Turbine mit einer einen 2,3 m Lochkreisdurchmesser aufweisenden Blattwurzel. Die geringeren Größen und Gewichte, die mit der Blattwurzel 704 aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer realisiert werden, sollten auch die mit der Turbine verbundenen logistischen Kosten reduzieren.
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Bezugnehmend auf
3 ist die Wanddicke
310 der Blattwurzel
209 entlang des Umfangs der Blattwurzel
209 im Wesentlichen konstant. In einer Ausführungsform beträgt die Wanddicke
310 der Blattwurzel
209 100 mm, die entlang der Längserstreckung der Blattwurzel
209 im Wesentlichen konstant sind. In anderen Ausführungsformen, wie beispielsweise der in
7 veranschaulichten, bei der die Blattwurzel
704 aus kohlenstofffaserverstärktem Polymer sich von dem 1,8 m Lochkreisdurchmesser an dem Ende
708 bis auf einen 2,3 m Durchmesser an dem Ende
706 verjüngt, kann die Wanddicke
310 variieren. Zum Beispiel, und bezugnehmend auf die
2 und
7, bezieht sich in einer Ausführungsform, in der das Blatt
108 ein 48,7 m Blatt ist, die Länge l = 50000 mm auf die Länge von der Nabenmitte bis zu der Blattspitze
207, einschließlich einer Nabenlänge von 1,282 m. In diesem Beispiel befinden sich die Länge l = 0 an der Nabenmitte und l = 1282 mm an dem Blattwurzelende
210. Für die 2,3 m GFRP-Blattwurzel
702, wie sie in
7 veranschaulicht ist, ist die Wanddickenveränderung entlang der Länge der Blattwurzel
702 ungefähr wie folgt:
| l (mm) | Dicke (mm) |
| 1282 | 100 |
| 1582 | 100 |
| 2682 | 56 |
| 3000 | 56 |
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Die Wanddicke zwischen l = 1282 mm und 1582 mm beträgt ungefähr 100 mm (d. h. dieser Abschnitt weist eine im Wesentlichen konstante Wanddicke auf). Die Wanddickenveränderung ist im Wesentlichen linear zwischen l = 1582 mm und l = 2682 mm, wobei sie von ungefähr 100 mm auf ungefähr 56 mm abnimmt.
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Die Wanddicke zwischen l = 2682 mm und l = 3000 mm beträgt ungefähr 56 mm (d. h. dieser Abschnitt weist eine im Wesentlichen konstante Wanddicke auf).
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In der 1,8 m CFRP-Blattwurzel 704, wie sie in 7 veranschaulicht ist, beträgt die Wanddicke zwischen l = 1282 mm und 1582 mm ebenfalls ungefähr 100 mm (d. h. der Übergangsabschnitt 710 weist eine im Wesentlichen konstante Wanddicke auf). Bei l = 2682 beträgt die Wanddicke ungefähr 58 mm nach einer linearen Veränderung zwischen l = 1582 mm und l = 2682 mm, während der die Wanddicke sich von ungefähr 100 mm auf ungefähr 58 mm verringert. Die Wanddicke zwischen l = 2682 mm und l = 3000 mm beträgt ungefähr 56 mm (d. h. dieser Abschnitt weist eine im Wesentlichen konstante Wanddicke auf).
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Es wird allgemein verstanden, dass, obwohl bestimmte Abmessungen vorstehend in Bezug auf Windturbinen beschrieben sind, die hierin verwendeten Abmessungen lediglich beispielhaft sind, so dass beliebige geeignet bemessene Teile in der gewünschten Anwendung verwendet werden können, um die gewünschte Leistungsausgabe zu erhalten. In Meeres- oder Unterwasseranwendungen können ähnliche Abmessungen verwendet werden. Zum Beispiel kann in einigen Situationen der Rotordurchmesser einer Unterwasserturbine geringer sein als derjenige einer Windturbine für eine ähnliche Leistung oder Generatorausgabe. Als ein Beispiel kann ein Rotordurchmesser für eine 1 MW Unterwasserturbine in dem Bereich von ungefähr 18–20 m liegen.
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8 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften Unterwasser-Turbinensystems 800, wie dieser Ausdruck hierin allgemein definiert ist. Wie in 8 veranschaulicht, ist eine Unterwasserturbine 802 in einem Gewässer 804 angeordnet, das z. B. einen Fluss, den Ozean oder einen See enthalten kann. Die Turbine 802 ist im Allgemeinen an dem Meeresboden 806 montiert oder gesichert. In dem Beispiel nach 8 enthält die Turbine 802 eine Gondel 102 und einen Rotor 106. Die Gondel 102 ist ein Gehäuse, das oben auf einem Turm 104 montiert ist. Obwohl das Beispiel in 8 die Gondel 102 veranschaulicht, wie sie oben auf dem Turm 104 montiert ist, kann die Gondel 102 in modifizierten Ausführungsformen an oder in irgendeiner geeigneten Unterwasser-Tragstruktur montiert sein. Die Gondel 102 enthält einen in dieser angeordneten (nicht veranschaulichten) Generator. Die Höhe des Turms 104 wird auf der Basis von in der Technik bekannten Faktoren und Bedingungen ausgewählt, und dieser kann sich bis zu Höhen von bis zu 60 m oder mehr erstrecken. Der Rotor 106 enthält ein oder mehrere Turbinenblätter 108, die an einer drehbaren Nabe 110 befestigt sind. In dieser beispielhaften Ausführungsform enthält die Fluidturbine 100 drei Turbinenblätter 108.
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Während grundlegende neue Merkmale der Erfindung in Anwendung auf die beispielhaften Ausführungsformen von dieser veranschaulicht, beschrieben und angegeben worden sind, wird somit verständlich, dass verschiedene Weglassungen und Ersetzungen und Veränderungen an der Form und den Einzelheiten der veranschaulichten Vorrichtungen und an ihrem Betrieb durch Fachleute auf dem Gebiet vorgenommen werden können, ohne dass von dem Wesen der Erfindung abgewichen wird. Außerdem besteht ausdrücklich die Absicht, dass alle Kombinationen derjenigen Elemente und/oder Verfahrensschritte, die im Wesentlichen die gleiche Funktion auf im Wesentlichen die gleiche Art und Weise erfüllen, um die gleichen Ergebnisse zu erreichen, in den Umfang der Erfindung fallen. Außerdem sollte erkannt werden, dass Strukturen und/oder Elemente und/oder Verfahrensschritte, die in Verbindung mit irgendeiner offenbarten Form oder irgendeinem offenbarten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht und/oder beschrieben sind, als eine generelle Gestaltungsermessenssache in jeder beliebigen sonstigen offenbarten oder beschriebenen oder vorgeschlagenen Form oder einem entsprechenden Ausführungsbeispiel aufgenommen werden können. Die Erfindung soll folglich lediglich nur derart beschränkt sein, wie dies durch den Umfang der hier beigefügten Ansprüche angezeigt ist.
