DE19951346A1 - Noise reducer for wind generator turbine has flow deflector layer formed on surface of rotor - Google Patents
Noise reducer for wind generator turbine has flow deflector layer formed on surface of rotorInfo
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- Y02E10/70—Wind energy
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Abstract
Description
Rotorblätter für Windenergieanlagen sind in vielfacher Form bekannt. An einer Windenergieanlage stellen die Rotorblätter die Hauptschallquelle dar. Aus akzep tanz- und lärmschutzrechtlichen Gründen soll/muß darauf hingearbeitet werden, die Schallemissionen zu verringern, da Windenergieanlagen auch oft in der Nähe von Wohngebäuden aufgestellt werden. Die sich mit einer Windenergieanlage bzw. einem Windenergiekonverter bislang einstellenden Schallemissionen führen auch dazu, daß Windenergieanlagen aufgrund der Lärmentstehung Widerständen aus breiten Bevölkerungskreisen entgegenstehen und sich diese Anlagen deswegen teilweise schwer oder gar nicht durchsetzen können, da die Genehmigungsbehörden wegen der bestehenden Umweltauflagen - auch Lärm ist ein Umweltbelastungs faktor - die Genehmigung von Windenergieanlagen verweigern.Rotor blades for wind turbines are known in many forms. At a Wind turbines are the main source of noise. From accept dance and noise protection reasons should / must be worked towards Reduce noise emissions because wind turbines are also often close to Residential buildings can be erected. The one with a wind turbine or A wind energy converter also leads to noise emissions that have previously occurred cause wind turbines to resist due to the generation of noise oppose broad sections of the population and therefore these facilities sometimes difficult or impossible to enforce because of the approval authorities because of the existing environmental regulations - noise is also an environmental burden factor - refuse to approve wind turbines.
Es sind bereits vielfach Vorschläge gemacht worden, ein Rotorblatt einer Wind energieanlage konstruktiv so zu verändern, daß sich eine Schallreduktion einstellt. Beispielhaft sei hier auf die Dokumentation, wie sie in EP-A-0 652 367 oder DE 196 14 420.5 veröffentlicht ist, verwiesen. Many suggestions have already been made, a rotor blade of a wind constructively change the energy system so that a sound reduction occurs. An example here is the documentation as described in EP-A-0 652 367 or DE 196 14 420.5 is published.
Allerdings ist die Reduzierung des Schalls durch konstruktive Maßnahmen am Rotorblatt nur begrenzt möglich.However, the reduction of sound through constructive measures is the most Rotor blade only possible to a limited extent.
Es ist daher das Ziel der Erfindung, die Schallemission von Windenergieanlagen weiter zu verbessern.It is therefore the aim of the invention, the sound emission of wind turbines continue to improve.
Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Rotorblatt mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This goal is achieved according to the invention with a rotor blade with the features Claim 1 reached. Advantageous further developments are in the further claims described.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn die Oberfläche eines Rotor blattes wenigstens teilweise mit einer flüssigkeitsabweisenden Schicht versehen wird, das Rotorblatt auch rauher wird. Anstatt also das Rotorblatt mit einer Be schichtung aus einem Farbanstrich zu versehen, welcher dem Rotorblatt oberseitig eine größtmögliche Glätte: verleiht, wird genau das Gegenteil gemacht, nämlich eine in der Mikrostruktur rauhe Oberfläche gegeben. Solche Oberflächen sind beispiels weise auch von Lacken oder Beschichtungen bekannt, die die Funktionalität des sogenannten "Lotuseffekts" erfüllen. Hierbei besteht die Beschichtung, die aus einem Farbanstrich geschaffen wird aus einer Art Nagelbett in Nanogröße. Diese Nano-Nägel des Nagelbetts rauhen die Oberfläche des Rotorblattes nicht nur auf, sondern verleihen der Oberfläche auch eine geringere Härte, weil die einzelnen Nano-Nägel auch in ihrer Längsrichtung verformbar sind, bzw. in ihrer Struktur erheblich weicher sind, als die Glasfaserbeschichtung eines Rotorblattes.The invention is based on the knowledge that when the surface of a rotor sheet at least partially provided with a liquid-repellent layer the rotor blade also gets rougher. So instead of the rotor blade with a Be Layering to paint, which the top of the rotor blade the greatest possible smoothness: gives, the opposite is done, namely one given rough surface in the microstructure. Such surfaces are exemplary as well known from paints or coatings that affect the functionality of the so-called "lotus effect". Here the coating consists of a coat of paint is created from a kind of nail bed in nano size. This Nano nails of the nail bed not only roughen the surface of the rotor blade, but also give the surface a lower hardness because the individual Nano nails are also deformable in their longitudinal direction, or in their structure are considerably softer than the glass fiber coating of a rotor blade.
Somit bewirkt die "Lotus-"Beschichtung auf dem Rotorblatt, daß die sich auf der Oberseite des Rotorblattes ausbildenden Wirbel durch die weiche Struktur der Oberfläche gedämmt werden bzw. den Luftwirbeln Energie entzogen wird, so daß insgesamt - wie festgesltellt worden ist - der sich beim Rotieren des Rotorblattes einstellende Schall reduziert wird.Thus, the "lotus" coating on the rotor blade causes that on the Top of the rotor blade forming vortex through the soft structure of the Surface are insulated or energy is extracted from the air vortices, so that overall - as has been established - the rotation of the rotor blade adjusting sound is reduced.
Als selbstreinigende Beschichtung bzw. Anstrich, mit dem eine erhebliche Schall reduzierung eines Rotorblattes im Betrieb erreicht werden kann, sei die Mikro- Silikonfarbe "Lotusan" (Marke der Firma ispo GmbH, ein Unternehmen der Dycker hoff-Gruppe) genannt. Diese Mikro-Silikonfarbe wird von dem Unternehmen unter der Artikelbezeichnung Nr. 1950 vertrieben und als schmutz- und wasserabweisend beschrieben. Es ist auch möglich, die Beschichtung durch eine Folie auszubilden, deren Oberflächenstruktur eine wasserabweisende Schicht bildet. As a self-cleaning coating or paint with which a considerable sound reduction of a rotor blade can be achieved during operation, be it the micro Silicone paint "Lotusan" (brand of ispo GmbH, a Dycker company hoff group). This micro silicone paint is used by the company of the article designation no. 1950 and as dirt and water repellent described. It is also possible to form the coating using a film, whose surface structure forms a water-repellent layer.
Selbstreinigende Oberflächen (und ihre Herstellung) sind aus EP 0 772 514 be kannt.Self-cleaning surfaces (and their production) are known from EP 0 772 514 knows.
Die Erfindung ist beispielhaft auch anhand der Fig. 1 und 2 erläutert.The invention is also explained by way of example with reference to FIGS. 1 and 2.
Fig. 1 zeigt die Ansicht einer Windenergieanlage mit einem Rotor, welcher drei Rotorblätter 10 aufnimmt. In Fig. 1 ist eine Windenergieanlage vom Typ E-40 der Firma Enercon dargestelltt. Fig. 1 shows the view of a wind energy installation having a rotor which receives three rotor blades 10th In Fig. 1, a wind turbine of the type E-40 from Enercon is shown.
Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Rotorblattes im Querschnitt. Hierbei ist zu sehen, daß sich auf der Oberfläche eine Beschichtung 1 bzw. ein Anstrich befindet, welcher ein Nagelbett 2 bildet, welches aus "Nano-Nägeln" 3 besteht. Der Abstand A zwischen den Nano-Nägeln liegt im Bereich von etwa 2 bis 250 µm und die Höhe H der Nano-Nägel liegt im Bereich von etwa 2 bis 250 µm. Die Nano-Nägel beste hen zum Beispiel aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobierten Mate rialien. Besonders gute Ergebnisse zur Verminderung des durch das Rotorblatt erzeugten Schalls werden erzielt, wenn die Nano-Nägel eine Höhe von etwa 5 bis 60 µm aufweisen und ihr Abstand untereinander in etwa im Bereich von 5 bis 110 µm liegt. Fig. 2 shows a section of a rotor blade in cross section. It can be seen that there is a coating 1 or a paint on the surface, which forms a nail bed 2 , which consists of "nano-nails" 3. The distance A between the nano nails is in the range of approximately 2 to 250 μm and the height H of the nano nails is in the range of approximately 2 to 250 μm. The nano-nails consist, for example, of hydrophobic polymers or durable hydrophobic materials. Particularly good results for reducing the sound generated by the rotor blade are achieved if the nano-nails have a height of approximately 5 to 60 μm and their distance from one another is approximately in the range of 5 to 110 μm.
Die Beschichtung des Rotorblattes mit einer Mikro-Silikonfarbe (zum Beispiel "Lotusan") hat auch zur Folge, daß Wasser (H2O) bzw. andere Flüssigkeiten nicht auf der Rotorblattoberfläche haften bleiben. Somit wird auch jedem Eisansatz von vornherein die Grundlage entzogen.Coating the rotor blade with a micro-silicone paint (for example "Lotusan") also means that water (H 2 O) or other liquids do not adhere to the rotor blade surface. In this way, the basis is withdrawn from the beginning of every ice deposit.
Vorzugsweise ist die Beschichtung nicht zur Gänze auf dem Rotorblatt aufgebracht, sondern nur im letzten Drittel (vom Rotor aus gesehen) des Rotorblattes und dort bevorzugt im Bereich der Rotorblattspitze bzw. an der Rotorblatthinterkante und -vorderkante.The coating is preferably not applied entirely to the rotor blade, but only in the last third (seen from the rotor) of the rotor blade and there preferably in the area of the rotor blade tip or on the rear edge of the rotor blade and - front edge.
Durch die Ausbildung der Nano-Nägel 3 weist die Oberfläche des Rotorblattes eine sehr große Unregelmäßigkeit bzw. Rauhigkeit auf, so daß die Massenanziehung von Wassertropfen 4 (Moleküle) und der Rotorblattoberfläche nicht ausreicht, daß die Wassermoleküle daran haften bleiben. Die Nano-Nägel halten somit die Wasser- Fremdmoleküle quasi auf Abstand zur Oberfläche 6 des Rotorblattes, wodurch die Anziehungskraft zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche drastisch verringert ist. Due to the design of the nano-nails 3 , the surface of the rotor blade has a very large irregularity or roughness, so that the mass attraction of water drops 4 (molecules) and the rotor blade surface is not sufficient for the water molecules to adhere to them. The nano-nails thus keep the foreign water molecules virtually at a distance from the surface 6 of the rotor blade, as a result of which the force of attraction between the water molecules and the surface is drastically reduced.
Gleichzeitig haben die Nano-Nägel 3 für die Schallreduzierung quasi die Funktion eines "(Schall-)Stoßdämpfers", weil Wirbel (nicht dargestellt), die sich auf der Oberfläche des Rotorblattes naturgemäß ausbilden und die für die Schallerzeugung sorgen, auf die Nano-Nägel treffen, die ihrerseits durch ihre relativ große Beweg lichkeit, verglichen zur starren Glasfaserstruktur des Rotorblattes, die Energie der Wirbel aufnehmen können und somit den Luftwirbeln Energie entziehen, so daß der Schall reduziert wird.At the same time, the nano-nails 3 have virtually the function of a "(sound) shock absorber" for sound reduction, because vortices (not shown), which naturally form on the surface of the rotor blade and which provide the sound, on the nano-nails meet, which in turn due to their relatively large mobility compared to the rigid glass fiber structure of the rotor blade, can absorb the energy of the vortices and thus withdraw energy from the air vortices, so that the sound is reduced.
Die Beschichtung kann durch einen Anstrich oder durch eine aufgeklebte Foüe gebildet werden.The coating can be done with a coat of paint or with a glue on be formed.
Die vorgenannte Beschichtung kann nicht nur auf einem Rotorblatt oder Teilen hiervon aufgebracht werden, sondern auch auf anderen Teilen der Windenergie anlage, beispielsweise am Turm 7 der Windenergieanlage und/oder an der Ver kleidung 8. Diese Verkleidung - üblicherweise auch Gondel genannt - befindet sich am Kopfende des Turms und umgibt regelmäßig den Generator der Windenergie anlage oder weitere Teile der Windenergieanlage, welche nicht direkt den Umwelt einflüssen ausgesetzt werden sollen. Die Beschichtung kann hierbei nicht nur außen am Turm bzw. des Rotorblatts und/oder der Verkleidung angebracht werden, sondern auch innenseitig. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn innen- und/oder außen seitig Abtropfrinnen (nicht dargestellt) vorgesehen sind, über die beispielsweise das am Turm und/oder an der Verkleidung ablaufende Wasser aufgefangen, gesammelt und kontrolliert abgeführt werden kann. Solche Rinnen verlaufen bevorzugt im wesentlichen senkrecht (oder leicht geneigt hierzu) zur Turmlängsachse an der Turmwandung und die aufgefangene Flüssigkeit wird über ein angeschlossenes Fallrohr abgeführt.The aforementioned coating can be applied not only to a rotor blade or parts thereof, but also to other parts of the wind energy installation, for example on the tower 7 of the wind energy installation and / or on the clothing 8 . This cladding - usually also called a gondola - is located at the head of the tower and regularly surrounds the generator of the wind power plant or other parts of the wind power plant that should not be directly exposed to the environment. The coating can be applied not only on the outside of the tower or the rotor blade and / or the cladding, but also on the inside. For this purpose, it is advantageous if drip channels (not shown) are provided on the inside and / or outside, via which, for example, the water running off the tower and / or the cladding can be collected, collected and discharged in a controlled manner. Such channels preferably run essentially perpendicular (or slightly inclined to this) to the longitudinal axis of the tower on the tower wall and the collected liquid is discharged via a connected downpipe.
Die Reduzierung der Schallentwicklung kann auch dadurch erreicht werden, daß das Rotorblatt eine spezielle Oberfläche aufweist nach Art einer "Haifischhaut". Diese Oberfläche kann durch eine Folienbeschichtung geschaffen werden. Eine solche Folie wird beispielsweise von der Firma 3M unter der Typenbezeichnung 3M 8691 Drag Reduction Tape (Riblet Tape) vertrieben. Diese Folie wurde im Auftrag der Luftfahrtindustrie mit dem Ziel entwickelt, die Einsparung von Brennstoff bei Flugzeugen durch diese spezielle "Haifischhaut"-Oberfläche zu erreichen.The reduction in sound development can also be achieved in that the Rotor blade has a special surface like a "shark skin". This Surface can be created by a film coating. Such Foil is, for example, from 3M under the type designation 3M 8691 Drag Reduction Tape (Riblet Tape) distributed. This film was commissioned by Aviation industry developed with the aim of saving fuel Reach planes through this special "shark skin" surface.
Da der Schall bei Flugzeugen im wesentlichen durch die Triebwerke bestimmt ist, wird der von den Flugzeugen hervorgerufene Schall nicht reduziert, zumal sich die Schallpegel, die aufgrund der aerodynamischen Begebenheiten am Flugzeug (Tragfläche) erzeugt werden, unterhalb der Mithörschwelle liegen und deshalb nicht wahrgenommen werden können.Since the noise in aircraft is essentially determined by the engines, the noise caused by the aircraft is not reduced, especially since the Sound level due to the aerodynamic conditions on the aircraft (Wing) are generated, are below the listening threshold and therefore not can be perceived.
Eine zu den vorbeschriebenen Schallreduktions-Maßnahmen alternative oder ergänzende Maßnahme kann auch darin bestehen, Teilbereiche eines Rotorblattes, insbesondere die Rotorblattvorderkante mit einem Erosionsschutzlack zu versehen. Als solcher Erosionsschutzlack kann beispielsweise ein lösemittelhaltiger 2- Komponenten-PUR-Lack mit teflonähnlichen Oberflächeneigenschaften vorgesehen werden. Bislang werden auf Rotorblattvorderkanten Erosionsschutzfolien aufgeklebt, um die Erosion der Rotorblattvorderkante durch Schmutzteilchen/ Regen/Hagel etc. zu verhindern. Das Aufkleben dieser Folie ist sehr aufwendig und muß mit größter Sorgfalt durchgeführt werden, um ein baldiges Ablösen im Betrieb zu verhindern. Trotz größter Sorgfalt kommt es dann doch immer wieder vor, daß sich die aufgebrachten Folien lösen, was unter Umständen auch zur Erhöhung des Schallpegels im Betrieb führen kann, in jedem Fall aber hohe Servicekosten verursacht, da die abgelösten bzw. abstehenden Folienteile (Folienecken) wieder am Rotorblatt neu befestigt werden müssen oder neue Folien angebracht werden müssen.An alternative to the above-mentioned sound reduction measures or supplementary measure can also consist of partial areas of a rotor blade, in particular to provide the front edge of the rotor blade with an erosion protection lacquer. A solvent-containing 2- Component PUR lacquer with Teflon-like surface properties provided become. So far, erosion protection foils have been used on rotor blade leading edges glued to the erosion of the rotor blade leading edge by dirt particles / To prevent rain / hail etc. The sticking of this film is very complex and must be carried out with the utmost care to ensure that it can be replaced soon to prevent. Despite the greatest care, it always happens that the applied foils loosen, which may also increase the Noise level during operation, but in any case high service costs caused because the detached or protruding film parts (film corners) on Rotor blade must be reattached or new foils have to be attached have to.
Als Erosionsschutzlack, reit welchem die Probleme der bekannten Erosionsschutz folie beseitigt werden kcinnen, eignet sich eine Gleitversiegelung, wie sie von der Firma Coelan unter der Kennzeichnung VP 1970M angeboten wird. Hierbei handelt es sich um einen lösemititelhaltigen 2-Komponenten-PUR-Lack mit teflonähnlichen Oberflächeneigenschaften sowie folgenden Charakteristika:As an erosion protection varnish, which rides the problems of known erosion protection can be removed, a slide seal, such as that of the Coelan is offered under the label VP 1970M. This is about it is a solvent-based 2-component PUR lacquer with Teflon-like Surface properties and the following characteristics:
Festkörpergehalt:
Komponente A: ca. 60%
Komponente B: ca. 5%
Mischung: ca. 32%Solids content:
Component A: approx. 60%
Component B: approx. 5%
Mix: approx. 32%
Flammpunkt:
-22°CFlash point:
-22 ° C
Dichte:
Komponente A: 1,11 g/cm3 (20°C)
Komponente B: 0,83 g/cm3 (20°C)Density:
Component A: 1.11 g / cm 3 (20 ° C)
Component B: 0.83 g / cm 3 (20 ° C)
Viskosität:
Komponente A: ca. 80 s DIN 4 (23°C)
Komponente B: < 10 s DIN 4 (23°C)Viscosity:
Component A: approx. 80 s DIN 4 (23 ° C)
Component B: <10 s DIN 4 (23 ° C)
Verarbeitungszeit:
ca. 16 h im geschlossenen Behälter
Processing time:
approx. 16 h in a closed container
Hautbildung:
ca. 30 min (20°C; 50% relative Luftfeuchtigkeit)Skin formation:
approx. 30 min (20 ° C; 50% relative air humidity)
Klebfrei nach:
ca. 2 h (20°C; 50% relative Luftfeuchtigkeit)Non-sticky after:
approx. 2 h (20 ° C; 50% relative air humidity)
Durchtrocknung:
ca. 96 h (20°C; 50% relative Luftfeuchtigkeit)Full drying:
approx. 96 h (20 ° C; 50% relative air humidity)
Pendelhärte:
147 Sekunden (nach König; DIN 53157)Pendulum hardness:
147 seconds (according to König; DIN 53157)
Schnellbewitterung:
2350 h UV-A mit dem Q-Panel-Gerät bestanden
(QUV-Test)
2430 h UV-B mit dem Q-Panel-Gerät bestandenRapid weathering:
2350 h UV-A passed with the Q-Panel device (QUV test)
Passed 2430 h UV-B with the Q-Panel device
Mischungsverhältnis:
Komponente A: 100 Gewichtsteile
Komponente B: 100 GewichtsteileMixing ratio:
Component A: 100 parts by weight
Component B: 100 parts by weight
Dieser Lack ist für den Bootsbau entwickelt worden, seine Verwendung bei Rotorblättern zur Verringerung der Geräuschentwicklung ist bislang jedoch noch nie vorgeschlagen worden und sehr vorteilhaft, weil hierdurch die bekannte Erosions schutzfolie ersetzt und ihre Probleme beseitigt werden können.This varnish was developed for boat building, its use in However, rotor blades to reduce noise have never been has been proposed and very advantageous because of the known erosion protective film can be replaced and their problems can be eliminated.
Claims (10)
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