DE19738278A1 - Adaptive rotor for wind power plants - Google Patents

Adaptive rotor for wind power plants

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DE19738278A1
DE19738278A1 DE19738278A DE19738278A DE19738278A1 DE 19738278 A1 DE19738278 A1 DE 19738278A1 DE 19738278 A DE19738278 A DE 19738278A DE 19738278 A DE19738278 A DE 19738278A DE 19738278 A1 DE19738278 A1 DE 19738278A1
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Abstract

The adaptive rotor (20) for a wind power plant (22) has a central part (1) with horizontal axis (1) and several rotor blades (2) with bearing surface profile, outer end (3) and side edges (4,5). Each blade is connected to the central part. The longitudinal axis (7) of each rotor blade is composed of curved sectors or of curved and straight sectors. The side edges are curved. The width (depth) of the rotor blade from the centre (1) to the outer wall (3) decreases constantly.

Description

Die Erfindung betrifft den Rotor für eine Windkraftanlage.The invention relates to the rotor for a wind turbine.

Mit windelektrischen Anlagen stehen heute bereits hinsichtlich des technologischen Entwicklungsstandes, der Leistungsklassen und akzeptablen Energiegestehungskosten umweltfreundliche und wirtschaftliche Wandlersysteme zur Verfügung. Fraglos wird die Verwertung von Windkraft zur Energiegewinnung als eine der un­ verbrauchbaren Energieressourcen ohne Freisetzung jeglicher Art von Schadstoffen und ohne schädigende Einwirkungen auf das Kli­ ma akzeptiert.With wind electrical systems are already available today the technological level of development, the performance classes and acceptable energy production costs environmentally friendly and economical converter systems are available. That is undoubtedly Utilization of wind power for energy generation as one of the un consumable energy resources without release of any kind of pollutants and without harmful effects on the Kli ma accepted.

Trotz unbestreitbarer Erfolge der Windkraftindustrie in den vergangenen Jahren ist Ernüchterung eingetreten. Gegenüber den meisten Windkraftanlagen kommt es in letzter Zeit zu wachsendem Widerstand von Bürgerinitiativen und Umweltschützern. Der Wi­ derstand richtet sich gegen das Erscheinungsbild, d. h. auf das konkrete Aussehen und die Betriebsgeräusche der Windkraftanla­ gen.Despite the undeniable success of the wind power industry in the Disillusionment has occurred in recent years. Compared to the Most wind turbines have been growing lately Resistance from citizens' initiatives and environmentalists. The Wi the stand is directed against the appearance, d. H. on the concrete appearance and the operating noise of the wind turbine gene.

Die Geräuschentwicklung an den Rotorblättern und am Getriebe empfinden Anwohner als unzumutbare Belästigung. Der Rotor einer Windkraftanlage bildet in der Landschaft einen scharfen, als unpassend empfundenen Akzent. Es handelt sich um harte, spitz zulaufende, blendend weiß oder hellgrau gehaltene Radialformen. Der von der Bewegung des Rotors ausgehende Schlagschatten wird, je nach Sonneneinstrahlung, zum Ärgernis, sobald er auf benach­ barte Gebäude fällt.The noise development on the rotor blades and on the gearbox residents find it an unreasonable nuisance. The rotor one Wind turbine forms a sharp, as in the landscape inappropriate accent. It is hard, pointed tapering, dazzling white or light gray radial shapes. The drop shadow resulting from the movement of the rotor becomes depending on the sun, to the annoyance as soon as he beard building falls.

Aus klima- und energiepolitischer Sicht kann aber langfristig nicht auf diese umweltfreundliche Energienutzung verzichtet werden. Ausgereifte Anlagen mit strömungstechnisch optimierten Rotoren in einem ästhetisch ansprechenden Design könnten die Einsatzbreite im Inland, insbesondere in Schwachwindregionen wesentlich erweitern und die Akzeptanz solcher Anlagen durch die Bevölkerung deutlich steigern.From a climate and energy policy perspective, however, long-term does not forego this environmentally friendly use of energy become. Well-engineered systems with optimized flow technology Rotors in an aesthetically pleasing design could do that Wide range of use in Germany, especially in low wind regions significantly expand and acceptance of such systems through  increase the population significantly.

Voraussetzung ist jedoch die Entwicklung innovativer Rotorblät­ ter, die ein besseres Stabilitätsverhalten, geringere Verfor­ mungen, hohe Wirkungsgrade in einem breiten Betriebsspektrum und stark reduzierte Geräuschentwicklung aufweisen. Die größten Lärmquellen am Rotor sind: Turbulenzlärm, Blatthinterkantenlärm und Blattspitzenlärm. Die aeroakustische und strömungstechni­ sche Optimierung bedingen, daß die Rotorblattform individuell an die jeweilige Baugröße und an die Entwurfsdrehzahl angepaßt (adaptiert) werden muß.However, the prerequisite is the development of innovative rotor blades ter that better stability behavior, lower Verfor high efficiency in a wide range of operations and have greatly reduced noise. The biggest Noise sources on the rotor are: turbulence noise, trailing edge noise and leaf tip noise. The aeroacoustic and flow technology cal optimization require that the rotor blade shape individually adapted to the respective size and to the design speed (adapted) must be.

Obwohl bisher viele Erfahrungen des Flugzeugbaues bei der Ro­ torentwicklung nutzbar gemacht werden konnten, sind die Rotor­ blätter immer noch viel zu robust und damit zu schwer und zu teuer gebaut. Zudem berücksichtigen die konventionellen Rotor­ blattformen die unterschiedlichen Baugrößen und Strömungsver­ hältnisse viel zu wenig. So besteht bei den heutigen Windkraft­ anlagen grundsätzlich kein Unterschied zwischen den kleinen, schnell laufenden Rotoren und den großen, langsam drehenden Ro­ toren. Sie sind weitgehend geometrisch ähnlich.Although a lot of experience in aircraft construction with Ro rotor development are the rotor leaves still too robust and therefore too heavy and too built expensive. They also take conventional rotors into account sheet shapes the different sizes and flow rate Ratios far too little. So with today's wind power basically no difference between the small, fast running rotors and the big, slowly rotating ro goals. They are largely geometrically similar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, durch Kombination von Form- und Funktionselementen eine ästhetisch ansprechende Rotorform bei gleichzeitiger aeroakustischer und strömungstechnischer Optimierung, stark reduzierter Lärmab­ strahlung und Steigerung der Wirtschaftlichkeit bereitzustel­ len. Dabei soll die Gestaltung des Rotors stets einen harmoni­ schen, fließenden Bewegungsablauf erzeugen, der die Akzeptanz des Betrachters steigert.The object underlying the invention is through Combination of form and functional elements an aesthetic attractive rotor shape with simultaneous aeroacoustic and aerodynamic optimization, greatly reduced noise radiation and increase in profitability len. The design of the rotor should always be harmonious a smooth, flowing sequence of movements that increase acceptance of the viewer increases.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird mit der Erfindung ein Rotor vor­ geschlagen, der versehen ist mit
To solve this problem, a rotor is proposed with the invention, which is provided with

  • - einem zentralen Mittelteil, das in der horizontalen Dreh­ achse des Rotors angeordnet ist und mit - A central midsection that rotates horizontally axis of the rotor is arranged and with  
  • - mehreren von dem Mittelteil in radialer Richtung aus gehen­ den Rotorblättern, vorzugsweise drei Rotorblättern.- Several go from the central part in the radial direction the rotor blades, preferably three rotor blades.

Der erfindungsgemäße Rotor besteht aus einem Mittelteil und den Rotorblättern. Die Rotorblätter sind in ihrer Form durch ein innenliegendes und ein außenliegendes Ende und zwei Seitenrän­ der definiert und starr oder drehbar gelagert mit dem Mittel­ teil verbunden. Das Rotorblatt hat eine Mittelachse in Blatt­ längsrichtung, verlaufend zwischen Zentrum und dem Außenrand der vom Rotor überstrichenen Fläche.The rotor according to the invention consists of a central part and the Rotor blades. The rotor blades are in one shape inside and one outside end and two side rims which is defined and rigidly or rotatably mounted with the medium partly connected. The rotor blade has a central axis in the blade lengthways, running between the center and the outer edge the area swept by the rotor.

Das erfindungsgemäße Rotorblatt weist ein Tragflächenprofil auf. Die Geometrie ist bestimmt von einer mittleren Rotorblatt­ längsachse und einer Rotorblattskelettlinie, die äquidistant zu den Quer- und Längskonturlinien verlaufen.The rotor blade according to the invention has an airfoil profile on. The geometry is determined by a middle rotor blade longitudinal axis and a rotor blade skeleton line that is equidistant to the transverse and longitudinal contour lines run.

Die Mittelachse des Rotorblattes ist aus Geraden oder Bogenab­ schnitten zusammengesetzt. Die Mittelachse ist eine Kombination von Bögen und ggf. einem geraden Abschnitt, wobei die Krümmung sowohl konkav und/oder konvex verlaufen kann. Je nach den kon­ struktiven Vorgaben, insbesondere Drehzahl und Rotordurchmes­ ser, kann die Blattlängsachse an die jeweiligen Strömungsbedin­ gungen adaptiert werden. Die optimale Formgebung des Rotorblat­ tes ist erstmalig baugrößen- und drehzahlabhängig.The central axis of the rotor blade is straight or curved cut together. The central axis is a combination of arches and possibly a straight section, the curvature can be concave and / or convex. Depending on the con structural specifications, especially speed and rotor diameter ser, the blade longitudinal axis to the respective flow conditions conditions are adapted. The optimal shape of the rotor blade For the first time, it is dependent on size and speed.

Die Rotorblätter verfügen am Mittelteil über ihre größte Brei­ te. Die Rotorblätter und das Mittelteil bilden eine Einheit und können das Windfeld innerhalb der vom Rotor überstrichenen Flä­ che vollständig nutzen. Die bisher übliche Nabenkonstruktion und Einschnürung der Rotorblätter zur Nabe entfällt. Durch das Ausnutzen des Rotorinnenbereiches verbessert sich der Rotorlei­ stungsbeiwert.The rotor blades have their largest pulp on the middle section te. The rotor blades and the middle part form a unit and can the wind field within the area swept by the rotor full use. The usual hub design and constriction of the rotor blades to the hub is eliminated. By the Exploiting the inside of the rotor improves the rotor lead performance factor.

Durch die gekrümmt verlaufende Ausbildung des Rotorblattes er­ gibt sich eine größere Streckung des Rotorblattes als beim her­ kömmlichen Rotorblatt, dessen Mittelachse zwischen Nabe und Au­ ßenrand der Rotorfläche stets linear verläuft. Größere Streckung, d. h. größere Spannweite bei vorgegebenem Rotordurchmes­ ser, senkt den Luftwiderstand und verbessert den Wirkungsgrad.Due to the curved design of the rotor blade he there is a greater extension of the rotor blade than in the conventional rotor blade, the central axis between the hub and the Au the outer edge of the rotor surface is always linear. Greater stretch,  d. H. larger span for a given rotor diameter it lowers air resistance and improves efficiency.

Turbulenzen um den Rotor verschlingen bekannterweise einen Großteil der verfügbaren Energie und produzieren unerwünschte Geräusche. Besonders lästig sind die Pfeifgeräusche an den Blattenden.Turbulence around the rotor is known to devour you Much of the available energy and produce unwanted Sounds. The whistling noises are particularly annoying Leaf ends.

Die individuell an die Baugröße und Drehzahl angepaßte (adaptierte) Ausbildung der Rotorblattlängsachse reduziert die Geräuschbildung und die hochfrequenten Ablöseerscheinungen am Blattende. Durch die variierte, zum äußeren Rand kontinuierlich abnehmende Blattbreite und durch die gekrümmte hintere Blatt­ kante erfolgt eine zeitlich versetzte Wirbelablösung der Luft­ strömung. Da die Wirbel kleiner sind und sich teilweise aufhe­ ben, kommt es zu deutlich geringerer Lärmentwicklung und zum Abbau des Schalldruckes.The individually adapted to the size and speed (Adapted) design of the longitudinal axis of the rotor blade reduces the Noise generation and the high-frequency separation phenomena on Leaf end. Through the varied, continuous to the outer edge decreasing sheet width and due to the curved rear sheet edge there is a temporally staggered eddy separation of the air flow. Because the vertebrae are smaller and partially open ben, there is significantly less noise and Reduction of the sound pressure.

Die Ursache liegt in der Bildung vieler kleiner, sich gegensei­ tig störender und interferierender Turbulenzen, die aufgrund der Rotorblattgeometrie zwangsweise radial gegeneinander ge­ führt werden.The cause lies in the formation of many small, opposing ones annoying and interfering turbulence caused by the rotor blade geometry necessarily radially against each other leads.

Dieser Effekt wird verstärkt, wenn die Rotorlängsachse insge­ samt gekrümmt verläuft. Damit ist die Hinterkante in der Ab­ wicklung wesentlich kürzer als die Blattvorderkante. Es ergibt sich eine konvex verlaufende Blattvorderkante.This effect is amplified if the rotor longitudinal axis in total velvety curved. So the trailing edge is in the Ab winding much shorter than the leading edge of the sheet. It results a convex leading edge of the sheet.

Erstaunlicherweise wird ebenfalls eine Geräuschminderung er­ reicht, wenn die Hinterkante des Rotorblattes länger ist als die Blattvorderkante. Statt der fokussierenden Wirkung werden in diesem Fall die Ablösungen gestreut, erfolgen zeitlich ver­ setzt und bilden ein breites, aber schwächeres Turbulenzfeld. Das Ergebnis führt ebenfalls zu einer Geräuschminderung und da­ mit zu einer Erhöhung des Wirkungsgrades.Amazingly, it also reduces noise is sufficient if the rear edge of the rotor blade is longer than the leading edge of the sheet. Instead of being the focusing effect in this case the detachments are spread out over time sets and forms a broad but weaker turbulence field. The result also leads to noise reduction and there with an increase in efficiency.

Ferner bewirkt die zum Rotoraußenrand abnehmende Blattbreite, zusammen mit dem Effekt der größeren Streckung, eine Verminde­ rung der Bildung sekundärer Wirbel und verringert den induzier­ ten Widerstand.Furthermore, the blade width decreasing towards the outer edge of the rotor causes  along with the effect of the greater stretch, a dimple formation of secondary vertebrae and reduces the induced resistance.

Interessanterweise kann das Turbulenzverhalten und die Ge­ räuschentwicklung am Rotorblatt grundsätzlich in zwei Wirkzonen aufgeteilt werden. Bezogen auf den Radius der vom Rotor über­ strichenen Fläche bildet sich eine Innenfläche Ai heraus, deren Radius Ri sich von der Rotorachse bis vorzugsweise auf 0,75.RRotor erstreckt und eine zweite überstrichene ringförmige Außen­ fläche Aa. Der Radius Ra = (RRotor - Ri) ergibt aus dem vom Rand der Innenfläche bis zum Rand der vollen Rotorfläche verlaufen­ den Abstand.Interestingly, the turbulence behavior and the noise development on the rotor blade can basically be divided into two effective zones. Based on the radius of the surface swept by the rotor, an inner surface A i is formed , the radius R i of which extends from the rotor axis to preferably 0.75.R rotor and a second swept annular outer surface A a . The radius R a = (R rotor - R i ) results from the distance running from the edge of the inner surface to the edge of the full rotor surface.

Für alle Baugrößen des Rotorblattes kann durch eine gekrümmte, Ausbildung des äußeren Blattbereiches eine deutliche Reduzie­ rung der Pfeifgeräusche erreicht werden. Das Phänomen tritt auf, unabhängig davon, ob die Krümmung der Blattvorderkante konvex oder konkav ausgebildet wird.For all sizes of the rotor blade, a curved, Formation of the outer leaf area a significant reduction Whistling noises can be achieved. The phenomenon occurs regardless of whether the curvature of the sheet leading edge is convex or concave.

Eine zusätzliche Reduzierung der Pfeifgeräusche kann durch die Anordnung sog. Diffusoren erreicht werden. Auf dem hinteren Randstreifen des als Tragflächenprofil ausgebildeten Rotorblat­ tes werden kleine Erhebungen (Noppen) angeordnet, um die Luft­ strömung auf der gerundeten Tragflächenoberseite nach dem Um­ schlag von laminar in turbulent durch zusätzlichen Turbu­ lenzeintrag diffus abzuleiten. Die Luft strömt so wesentlich leiser ab, der Schalldruck reduziert sich. Vorzugsweise soll die Anordnung der Noppen in der Blattendzone vorgesehen werden, da dort die höchsten Umfanggeschwindigkeiten und hochfrequente Ablösungen auftreten.An additional reduction in the whistling noise can be achieved by the Arrangement of so-called diffusers can be achieved. On the back Edge strip of the rotor blade designed as a wing profile Small bumps are arranged around the air flow on the rounded wing top after the um blow of laminar in turbulent by additional turbu derived diffuse. The air flows so much quieter, the sound pressure is reduced. Preferably should the arrangement of the knobs in the leaf end zone are provided, because there the highest peripheral speeds and high-frequency Detachments occur.

Eine weitere Möglichkeit besteht, den Effekt der diffusen Luftabströmung zu verstärken, indem statt der Noppen auf dem hinteren Randstreifen linsen-, rauten- oder rillenförmige Ein­ tiefungen als linienförmige Strukturelemente vorgesehen werden. Another option is to use the diffuse effect To increase airflow by using the knobs on the rear edge strips lenticular, diamond-shaped or groove-shaped in indentations are provided as linear structural elements.  

Ein Vorteil der verstärkt diffusen Luftabströmung ergibt sich durch die geringere Schwingungsanfachung des Rotorblattes und durch Vermeidung des Infraschalles. Die nachteiligen Wechsel­ wirkungen zwischen Mast und durchlaufendem Rotorblatt können durch den Einsatz der Diffusoren weitgehend abgebaut werden.There is an advantage of the increasingly diffuse air flow due to the reduced vibration of the rotor blade and by avoiding infrasound. The adverse changes effects between mast and continuous rotor blade can are largely reduced by the use of the diffusers.

Eine weitere Variante zur Beeinflussung betriebsbedingter Lärm­ entwicklung und Pfeifgeräuschen wird möglich, indem die Spitze des Rotorblattes, vorzugsweise 10 bis 25% der Rotorblattlänge, geschwenkt werden kann. Damit verkürzt sich der Rotorradius und die Umlaufgeschwindigkeit der Blattspitze nimmt ab. Das verän­ derte Strömungsverhalten mindert ebenfalls die Geräuschentwick­ lung.Another variant for influencing operational noise development and whistling becomes possible by the tip the rotor blade, preferably 10 to 25% of the rotor blade length, can be pivoted. This shortens the rotor radius and the speed of the tip of the blade decreases. That changes changed flow behavior also reduces noise lung.

Die Anpassung des Rotorradius an herrschende Windgeschwindig­ keiten vergrößert das Arbeitsspektrum der Windkraftanlage im Normalbetrieb.The adaptation of the rotor radius to prevailing wind speeds The range of work of the wind turbine in the Normal operation.

Bei extremen Windverhältnissen kann durch das Schwenken des Blattendes die angeströmte Rotorfläche reduziert und die Si­ cherheit verbessert werden.In extreme wind conditions, swiveling the Leafing reduces the rotor area and the Si security can be improved.

Das optische Nachlaufen der Blattspitze steigert für den Be­ trachter den Eindruck eines harmonischen Bewegungsablaufes.The optical tracking of the blade tip increases for the Be trachten the impression of a harmonious movement.

Nachfolgend werden anhand der Figuren Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Im einzelnen zeigtExemplary embodiments of the Invention explained in more detail. In detail shows

Fig. 1 die Vorderansicht einer Windkraftanlage, bestehend aus dem Mast und dem Rotor, Fig. 1 is a front view of a wind power plant, consisting of the mast and the rotor,

Fig. 2 ein Rotorblatt mit einer aus zwei gleichgerichteten Kreisbögen zusammengesetzten Blattlängsachse, Fig. 2 shows a blade assembled with a rectified from two circular arcs blade longitudinal axis,

Fig. 3 ein Rotorblatt mit einer aus zwei gegenläufig gerichte­ ten Kreisbögen zusammengesetzten Blattlängsachse, Fig. 3 shows a rotor blade with a composite of two counter-th dishes arcs blade longitudinal axis,

Fig. 4 ein Rotorblatt mit einer aus einem geraden Abschnitt und einem Kreisbogenabschnitt zusammengesetzten Rotor­ blattlängsachse, Fig. 4 shows a rotor blade with the blade longitudinal axis of a composite of a straight portion and an arc portion rotor,

Fig. 5 die Anordnung von Diffusoren auf der Hinterkante des Rotorblattes in Form von Einzelerhebungen, Fig. 5 shows the arrangement of diffusers on the trailing edge of the rotor blade in the form of individual projections,

Fig. 6 die Anordnung von Diffusoren auf der Hinterkante des Rotorblattes in Form eines linienförmigen, durchlaufen­ den Strukturelementes, Figure 6 shows the arrangement of diffusers on the trailing edge of the rotor blade in the form of a line-shaped, through. The structural element,

Fig. 7 die Anordnung von Diffusoren auf der Hinterkante des Rotorblattes in Form von Einzelvertiefungen, Fig. 7 shows the arrangement of diffusers on the trailing edge of the rotor blade in the form of individual depressions,

Fig. 8 den gelenkig gelagerten Endabschnitt des Rotorblattes in Normalposition, radial ausgerichtet, Fig. 8 shows the articulated end portion of the rotor blade in the normal position, radially aligned,

Fig. 9 den gelenkig gelagerten Endabschnitt des Rotorblattes in ausgelenkter Position. Fig. 9 shows the articulated end portion of the rotor blade in the deflected position.

In Fig. 1 ist eine Windkraftanlage 22 dargestellt, die aus ei­ nem Mast 23 und einem am oberen Ende drehbar gelagerten Rotor 21 besteht. Der Rotor verfügt über eine Drehachse 10, die fest mit dem Mittelteil des Rotors 1 verbunden ist. Vom Mittelteil 1 erstrecken sich drei Rotorblätter 2, je um 120° versetzt. Das Rotorblatt 2 verfügt über eine Längsachse 7, die sich in zwei Abschnitte einteilen läßt: Den innenliegenden Achsabschnitt 14, der sich vorzugsweise vom Mittelteil 1 bis auf 0,75 R erstreckt und die innere Rotationsfläche 8 bildet sowie dem äußeren Achs­ abschnitt 12 zwischen 0,75 R bis zum vollen Rotorradius R, mit dem sich die außenliegende Rotationsfläche 9 ergibt.In Fig. 1, a wind turbine 22 is shown, which consists of egg nem 23 and a rotatably mounted rotor 21 at the upper end. The rotor has an axis of rotation 10 which is fixedly connected to the central part of the rotor 1 . Three rotor blades 2 extend from the central part 1 , each offset by 120 °. The rotor blade 2 has a longitudinal axis 7 , which can be divided into two sections: the inner axle section 14 , which preferably extends from the central part 1 to 0.75 R and forms the inner rotational surface 8 , and the outer axle section 12 between 0, 75 R up to the full rotor radius R, with which the external rotation surface 9 results.

Die Rotorblätter 2 haben am Mittelteil 1 die größte Breite. Das innenliegende Blattende 6 ist als 120°-Winkel ausgebildet. Die drei Rotorblätter 2 und das Mittelteil 1 bilden eine Einheit. Die Befestigung kann fest verbunden oder drehbar ausgeführt werden. Diese Konstruktion ermöglicht die optimale Nutzung des Strömungsfeldes in der gesamten vom Rotor 21 überstrichenen Fläche.The rotor blades 2 have the greatest width at the central part 1 . The inner leaf end 6 is designed as a 120 ° angle. The three rotor blades 2 and the central part 1 form a unit. The attachment can be fixed or rotatable. This construction enables optimal use of the flow field in the entire area swept by the rotor 21 .

Je nach Baugröße der Windkraftanlage kann durch Kombination der Form der innen- und außenliegenden Achsabschnitte, 14 bzw. 12, die gesamte Rotorlängsachse 7 der Rotorblätter 21 an die ent­ wurfsbestimmenden Kenngrößen, insbesondere Drehzahl und Rotor­ radius, angepaßt werden, um die Anforderungen an optimale Be­ triebsbedingungen, hohen Wirkungsgrad, Geräuscharmut und Ästhe­ tik, z. B. einen harmonischen und fließenden Bewegungsablauf des Rotors zu erfüllen.Depending on the size of the wind turbine, the entire longitudinal axis 7 of the rotor blades 21 can be adapted to the design parameters, in particular speed and rotor radius, by combining the shape of the inner and outer axial sections, 14 and 12 , respectively, in order to meet the requirements for optimal loading drive conditions, high efficiency, low noise and aesthetics, z. B. to fulfill a harmonious and flowing movement of the rotor.

Die konventionellen Rotorblattformen, überwiegend trapezförmi­ ge, radiale Konstruktionen, sind sowohl bei kleinen, schnell laufenden Windkraftanlagen als auch bei großen Anlagen mit ge­ ringer Drehzahl geometrisch gleich.The conventional rotor blade shapes, mostly trapezoidal ge, radial constructions, are both small, fast running wind turbines as well as large systems with ge ring speed geometrically the same.

Erstmalig eröffnen die in Fig. 2, Fig. 3 und Fig. 4 dargestell­ ten adaptiven Rotorblattformen die Möglichkeit zur Anpassung an die o.g. Kenngrößen. Die bevorzugte Anwendung für Fig. 2 gilt für Anlagen mit dem Rotorradius 7 bis 8,0 m und einer Drehzahl < 60 min-1.For the first time dargestell th in Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 4 adaptive rotor blade molds open the possibility to adapt to the above mentioned parameters. The preferred application for FIG. 2 applies to systems with a rotor radius of 7 to 8.0 m and a speed of <60 min -1 .

Für Fig. 3 ergibt sich ein Einsatzbereich für Rotoren 21 mit einem Radius zwischen 8 m und 15 in und Drehzahlen von 25 bis 60 min-1. Die Krümmung des innenliegenden Achsabschnittes 13 und des außenliegenden Abschnittes 12 sind gegenläufig, der Wende­ punkt befindet sich bevorzugt bei 0,75 R. Der Übergang zwischen den Achsabschnitten 13 und 12 erfolgt tangential.For FIG. 3 results in a field of application for rotors 21 with a radius between 8 and 15 m in and speeds of 25 to 60 min -1. The curvature of the inner axis section 13 and the outer section 12 are opposite, the turning point is preferably at 0.75 R. The transition between the axis sections 13 and 12 is tangential.

Für Fig. 4 ergibt sich ein optimaler Einsatzbereich der Rotor­ blätter 2 mit einem Radius < 15 m und Drehzahlen < 25 min-1.For Fig. 4 there is an optimal application of the rotor blades 2 with a radius <15 m and speeds <25 min -1 .

In der außenliegenden Wirkfläche 9 der Drehebene 24 entstehen die größten Geräuschentwicklungen. Zur Senkung des Schalldruckes wird die Längsachse 12 des äußeren Blattabschnittes 26 ge­ krümmt ausgebildet. Um eine weitere Reduzierung der Geräusche zu erreichen, werden auf der Profiloberseite 27 (Fig. 5), an der Blatthinterkante 5 sog. Diffusoren 15 vorgesehen. Diese Störkörper sind einzelne Erhebungen, die die turbulente Strö­ mung beeinflussen.The greatest noise developments occur in the outer active surface 9 of the rotary plane 24 . To reduce the sound pressure, the longitudinal axis 12 of the outer sheet portion 26 is formed GE curved. In order to achieve a further reduction in noise, so-called diffusers 15 are provided on the upper side 27 of the profile ( FIG. 5), on the trailing edge of the blade 5 . These disruptive bodies are individual surveys that influence the turbulent flow.

Fig. 6 stellt eine Variante dar. Der Diffusor 16 ist als durch­ laufendes, aufgeprägtes Strukturelement ebenfalls geeignet, auf die Strömung vorteilhaft geräuschdämpfend einzuwirken. FIG. 6 shows a variant. The diffuser 16 , as a running, embossed structural element, is also suitable for advantageously having a noise-damping effect on the flow.

Auch als Einzelelement in Form einer Vertiefung 17 sind Diffu­ soren geeignet, wie z. B. in Fig. 7 dargestellt, oder in Kombi­ nation von 15, 16 und 17, die Geräuschentstehung nachhaltig zu dämpfen.Diffu sensors are also suitable as a single element in the form of a depression 17 , such as, for. B. in Fig. 7, or in combi nation of 15 , 16 and 17 to dampen the noise generation sustainably.

Wie in Fig. 8 und 9 verdeutlicht, kann ein schwenkbares Ende des Rotorblattes 18 den Arbeitsbereich der Windkraftanlage 22 wesentlich erweitern. Bei geringeren Windgeschwindigkeiten läßt sich der Rotorradius 7 vergrößern, um das Winddargebot besser zu nutzen. Bei hohen Windgeschwindigkeiten und großen Rotor­ drehzahlen kann die Rotationsfläche 24 durch Schwenken des Ro­ torendes 18 verkleinert werden. Gleichzeitig verringert sich die Umlaufgeschwindigkeit des Rotors 21. Das Rotorende 18 ist mit einem Drehgelenk 20 und einem Hydraulikzylinder 19 verse­ hen. Das Schwenken des Rotorendes reduziert vorteilhaft die Ge­ räuschentwicklung.As illustrated in FIGS. 8 and 9, a pivotable end of the rotor blade 18 can significantly expand the working area of the wind turbine 22 . At lower wind speeds, the rotor radius 7 can be increased in order to make better use of the wind available. At high wind speeds and large rotor speeds, the rotating surface 24 can be reduced by pivoting the Ro torende 18 . At the same time, the rotational speed of the rotor 21 is reduced. The rotor end 18 is hen with a swivel 20 and a hydraulic cylinder 19 verses. The swiveling of the rotor end advantageously reduces noise generation.

Claims (12)

1. Der Rotor (21) für eine Windkraftanlage (22)
  • - mit einem zentralen Mittelteil (1) mit horizontaler Achse (10) und
  • - mit mehreren, am Mittelteil (1) befestigten Rotorblättern mit Tragflächenprofil (2), deren Längserstreckung von dem innenliegenden Blattende (6) und einem außen liegenden Ende (3) und deren Breite durch die Seitenränder (4, 5) begrenzt ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß
  • - jedes Rotorblatt (2) mit dem Mittelteil (1) verbunden ist,
  • - jedes Rotorblatt (2) eine Blattlängsachse (7) aufweist, die
  • - sich aus gekrümmten (11, 12, 13) oder gekrümmten (12) und geraden (14) Achsabschnitten zusammensetzt,
  • - die Seitenränder (4, 5) gekrümmt verlaufen,
  • - die Breite des Rotorblattes (2), ausgehend vom Mittelteil (1) bis zum Außenrand (3), kontinuierlich abnimmt.
1. The rotor ( 21 ) for a wind turbine ( 22 )
  • - With a central central part ( 1 ) with a horizontal axis ( 10 ) and
  • - with a plurality of, attached to the central part (1) rotor blades with airfoil profile (2), the longitudinal extension of the inboard end of the sheet (6) and an outboard end (3) and their width by the side edges (4, 5) is limited, characterized characterized in that
  • - each rotor blade ( 2 ) is connected to the central part ( 1 ),
  • - Each rotor blade ( 2 ) has a blade longitudinal axis ( 7 ) which
  • - is composed of curved ( 11 , 12 , 13 ) or curved ( 12 ) and straight ( 14 ) axis sections,
  • - The side edges ( 4 , 5 ) are curved,
  • - The width of the rotor blade ( 2 ), starting from the central part ( 1 ) to the outer edge ( 3 ), decreases continuously.
2. Rotor (21) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Rotorblattlängsachse (7) aus einem oder mehreren gekrümmten oder geraden und gekrümmten Abschnitten zusam­ mensetzt.2. Rotor ( 21 ) according to claim 1, characterized in that the longitudinal axis of the rotor blade ( 7 ) is composed of one or more curved or straight and curved sections. 3. Rotor nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß sich Rotorblattlängsachse (7) in einen innenliegenden Achs­ abschnitt (14) zwischen der Rotorachse (10) und dem vor­ zugsweise 0,75-fachen des Rotorradius R sowie in einen au­ ßenliegenden Achsabschnitt (12) zwischen dem 0,75-fachen und dem Rotorradius R unterteilt.3. Rotor according to claim 1 or 2, characterized in that the rotor blade longitudinal axis ( 7 ) in an inner axis section ( 14 ) between the rotor axis ( 10 ) and the preferably 0.75 times the rotor radius R and in an outer axis section ( 12 ) divided between 0.75 times and the rotor radius R. 4. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sich der innenliegende Abschnitt (11) der Längsachse (7) aus einem Bogenstück mit einem Radius von vorzugsweise 2 R und der außenliegende Abschnitt der Längs­ achse (12) aus einem Bogen vorzugsweise mit einem Radius von 0,5 R gebildet wird. Der Übergang der Kreisbögen (11 und 12) erfolgt tangential.4. Rotor according to one of claims 1 to 3, characterized in that the inner portion ( 11 ) of the longitudinal axis ( 7 ) from an arc piece with a radius of preferably 2 R and the outer portion of the longitudinal axis ( 12 ) from one Arc is preferably formed with a radius of 0.5 R. The transition of the arcs ( 11 and 12 ) is tangential. 5. Rotor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung der innenliegenden Rotorlängsachse (13) gegenläu­ fig zur Krümmung der außenliegenden Längsachse (12) ange­ ordnet ist. Der Übergang beider Krümmungsradien verläuft tangential.5. A rotor according to claim 4, characterized in that the curvature of the inner longitudinal axis of the rotor ( 13 ) is arranged against the curvature of the outer longitudinal axis ( 12 ). The transition from both radii of curvature is tangential. 6. Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Radius des innenliegenden Achsabschnittes (14) der Rotorblattlängsachse R = ∞ wird und somit einer Geraden entspricht.6. Rotor according to one of claims 1 to 5, characterized in that the radius of the inner axis portion ( 14 ) of the rotor blade longitudinal axis R = ∞ and thus corresponds to a straight line. 7. Der Rotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die gekrümmt verlaufenden Abschnitte der Ro­ torblattlängsachse (11, 12, 13) bei gleicher Drehrichtung des Rotors (20) geometrisch entgegengesetzt, d. h. in Längsrich­ tung gespiegelt, angeordnet werden können.7. The rotor according to one of claims 1 to 6, characterized in that the curved portions of the Ro torblattlängsachse ( 11 , 12 , 13 ) with the same direction of rotation of the rotor ( 20 ) geometrically opposite, ie mirrored in the longitudinal direction, are arranged can. 8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Blatthinterkante (5) des Rotorblattes (2), vorzugsweise im außenliegenden Rotor­ blattabschnitt (26) auf der Oberseite des Tragflächenpro­ fils (27), sog. Diffusoren (15) als punktförmige Erhebungen angeordnet sind.8. Rotor blade according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the region of the blade rear edge ( 5 ) of the rotor blade ( 2 ), preferably in the outer rotor blade section ( 26 ) on the top of the Tragflächenpro fils ( 27 ), so-called. Diffusers ( 15 ) are arranged as point-like elevations. 9. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Blatthinterkante (5) des Rotorblattes (2), vorzugsweise im außenliegenden Rotor­ blattabschnitt (26) auf der Oberseite des Tragflächenpro­ fils (27), sog. Diffusoren (16) als linienförmige Struktur­ elemente angeordnet sind. 9. Rotor blade according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the region of the blade rear edge ( 5 ) of the rotor blade ( 2 ), preferably in the outer rotor blade section ( 26 ) on the top of the Tragflächenpro fils ( 27 ), so-called. Diffusers ( 16 ) are arranged as linear structure elements. 10. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß im Bereich der Blatthinterkante (5) des Rotorblattes (2), vorzugsweise im außenliegenden Rotor­ blattabschnitt (26) auf der Oberseite des Tragflächenpro­ fils, sog. Diffusoren (17) als punktförmige Vertiefungen angeordnet sind.10. Rotor blade according to one of claims 1 to 7, characterized in that in the area of the blade trailing edge ( 5 ) of the rotor blade ( 2 ), preferably in the outer rotor blade section ( 26 ) on the top of the Tragflächenpro fils, so-called. Diffusers ( 17 ) are arranged as punctiform depressions. 11. Rotorblatt (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch gekennzeichnet, daß sich der außenliegende Blattabschnitt (18) in der Drehebene (24) des Rotors (21) ganz oder teil­ weise verstellen läßt, wobei im Bereich der Blatthinterkan­ te (5) ein Drehgelenk (20) und im vorderen Blattbereich ein Hydraulikzylinder (19) angeordnet ist.11. Rotor blade ( 2 ) according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer blade section ( 18 ) in the plane of rotation ( 24 ) of the rotor ( 21 ) can be adjusted in whole or in part, te in the region of the blade trailing edge ( 5th ) a swivel joint ( 20 ) and a hydraulic cylinder ( 19 ) is arranged in the front leaf area. 12. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 10 dadurch ge­ kennzeichnet, daß sich der außenliegende Rotorblattab­ schnitt (18) in der Drehebene (24) des Rotors (21) ganz oder teilweise verstellen läßt, wobei im Bereich der Blatt­ hinterkante (5) ein Drehgelenk (20) und im vorderen Blatt­ bereich ein Federelement (19) angeordnet ist.12. Rotor blade according to one of claims 1 to 10, characterized in that the outer rotor blade section ( 18 ) in the plane of rotation ( 24 ) of the rotor ( 21 ) can be adjusted in whole or in part, with a trailing edge ( 5 ) in the area of the blade Swivel joint ( 20 ) and in the front leaf area a spring element ( 19 ) is arranged.
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