DE4428731A1 - Variable length rotor blade for wind power systems - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein längenvariables Rotorblatt für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten, das aus einem tragenden Hohlprofil, daran befestigten Spanten und Verkleidungsblechen für Flügelnase und Flügelschwanz besteht, wie es für die rationelle Nutzung der regenerativen Energiequelle Windkraft benötigt wird.The invention relates to a variable-length rotor blade for wind turbines, especially for wind turbines at inland locations, which from one load-bearing hollow profile, frames and cladding panels attached to it Wing nose and wing tail exist as it is for the rational use of the regenerative energy source wind power is needed.
Windkraftanlagen nach dem Stande der Technik zeichnen sich durch Rotoren aus, die dem verfügbaren Wind am jeweiligen Standort mittels hochleistungsfähiger Rotorblätter mechanische Energie entziehen und über die Rotornabe auf die Hauptwelle oder direkt einem Generator übertragen.State-of-the-art wind turbines are characterized by rotors, the available wind at the respective location using high-performance Extract mechanical energy from the rotor blades and apply them to the rotor hub Main shaft or transmitted directly to a generator.
In der Leistungsklasse 50 bis 1.000 kW dominieren heute Rotorblatt-Bauweisen, deren CharakteristikaIn the 50 to 1,000 kW power class, rotor blade designs dominate today, their characteristics
- - hochwertige Verbundwerkstoffe für die tragenden Bauteile,- high-quality composite materials for the load-bearing components,
- - die Nutzung organischer Matrixmaterialien für das Sichern der Korrosionsbeständigkeit, geringer Baumassen und hoher Oberflächengüte und- The use of organic matrix materials for securing the Corrosion resistance, small dimensions and high surface quality and
- - das Verlagern der tragenden Querschnitte in die äußere Kontur der Rotorblattprofile sind.- the shifting of the load-bearing cross-sections into the outer contour of the Rotor blade profiles are.
Während bisherige Hauptanwendungsgebiete für die Nutzung von Windkraftanlagen in windreichen Küstenregionen mit überwiegend vergleichmäßigten klimatischen Bedingungen bestanden, gewinnen nun auch an Binnenlandstandorten Windkraftanagen an Bedeutung.While previous main areas of application for the use of Wind turbines in windy coastal regions with predominantly If there were more uniform climatic conditions, they are now also gaining Inland locations of wind power plants in importance.
Häufig genannte Gründe für diese Entwicklung sind:Common reasons for this development are:
- - das gewachsene Umweltbewußtsein von Energieanlagenbetreibern und Energieverbrauchern;- the growing environmental awareness of energy system operators and Energy consumers;
- - die wachsenden Kosten für die Energiebereitstellung auf der Basis fossiler Energieträger;- the growing costs of energy supply based on fossil fuels Energy source;
- - die Verbrauchernähe von Windkraftanagen an Binnenlandstandorten, verbunden mit geringeren Energieübertragungsverlusten; - the proximity of consumers to wind turbines at inland locations, associated with lower energy transmission losses;
- - die im allgemeinen günstigeren energetischen und verkehrstechnischen Erschließungsgrade von Binnenlandstandorten;- the generally cheaper energetic and traffic engineering Degrees of development of inland locations;
- - die überwiegend unproblematischeren Baugrundbedingungen an orografisch vorteilhaften Standorten im Binnenland und- The largely unproblematic subsoil conditions on orographically advantageous locations inland and
- - das zunehmend verbesserte Preis-Leistungs-Verhältnis moderner Anlagenkonstruktionen.- the increasingly improved price-performance ratio of modern Plant designs.
Binnenlandstandorte für Windkraftanlagen sind jedoch oft mit Anforderungen verbunden, die mit bisher verfügbaren Konstruktionen nicht zufriedenstellend zu erfüllen sind.Inland locations for wind turbines are often demanding connected, which is not satisfactory with previously available designs are fulfilled.
Derartige Anforderungen bestehen bekanntlich insbesondere inSuch requirements are known to exist in particular in
- - stark wechselnden klimatischen Bedingungen an einem Binnenlandstandort, von tiefen Temperaturen um -30°C über rauhreifbegünstigende Temperaturen zwischen -5°C und -1°C bis zu 50°C hohen Umgebungstemperaturen;- strongly changing climatic conditions at an inland location, from low temperatures around -30 ° C to temperatures that favor roughness between -5 ° C and -1 ° C up to 50 ° C high ambient temperatures;
- - anerkannt höherer Blitzeinschlaggefahr;- recognized higher risk of lightning strikes;
- - größerer Flauten- und Böenhäufigkeit;- greater frequency of gusts and gusts;
- - häufigerer Windrichtungswechsel;- frequent changes of wind direction;
- - möglicher Nähe zu lärmimmissiongefährdeten Bereichen.- possible proximity to areas at risk of noise pollution.
Für Binnenlandstandorte besonders geeignete Windkraftanlagen werden deshalb so ausgelegt,Wind turbines that are particularly suitable for inland locations are therefore designed so
- - daß sie im sogenannten Schwachwindbereich zwischen 2m/s bis 8 m/s mit variablen Rotordrehzahlen und mit optimalen Leistungsausbeuten arbeiten können;- That they in the so-called low wind range between 2m / s to 8 m / s with variable rotor speeds and work with optimal performance can;
- - daß die witterungsbedingten Anlagenstillstände auf Werte von weniger als 15% der Kalenderzeit reduziert werden;- that the weather-related plant shutdowns to values of less than 15% the calendar time can be reduced;
- - daß die maschinentechnischen Ausrüstungen bedarfsweise mit energieaufwendigen Beheizungs- und/oder Kühlsystemen ausgestattet sind;- That the mechanical equipment if necessary with energy-consuming heating and / or cooling systems are equipped;
- - daß Maßnahmen zur Verminderung der von den Rotorblättern ausgehenden Lärmemissionen, beispielsweise durch Begrenzung der Rotordrehzahl auf möglichst kleine Werte, durch Sichern einer höchstmöglichen Qualität der Windabrißkanten an den Rotorblättern und durch Gewährleisten von erforderlichen Mindestabständen zwischen Rotorblatt und Standmast, getroffen werden.- That measures to reduce the outgoing from the rotor blades Noise emissions, for example by limiting the rotor speed to values as small as possible, by ensuring the highest possible quality of the Wind breaking edges on the rotor blades and by ensuring required minimum clearances between the rotor blade and the mast will.
Bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten von weniger als 3 m/s anlaufende Rotoren sollen gegenüber den sogenannten Starkwind-Windkraftanlagen, wie sie üblicherweise an windreichen Küstenstandorten zum Einsatz kommen, bei vergleichbarer Nennleistung der installierten Maschinensätze über Rotoren mit größerem Durchmesser verfügen. Starting at low wind speeds of less than 3 m / s Compared to the so-called strong wind wind turbines, such as rotors are usually used in windy coastal locations comparable nominal power of the installed machine sets via rotors with have a larger diameter.
Das Überdimensionieren der Rotorenabmessungen ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, nach Erreichen der Nennleistung bei weiter steigenden Windgeschwindigkeiten nicht mit der erforderlichen Sicherheit die leistungsseitige Überbeanspruchung des Maschinensatzes oder den regelmäßigen Bremsfall vermeiden zu können.However, oversizing the rotor dimensions has the disadvantage connected, after reaching the nominal output with increasing Wind speeds do not have the required security Overloading of the machine set or the regular ones To be able to avoid braking.
Wird diesem Mangel bei stallgeregelten Rotorblättern mit veränderten Anstellwinkeln des Rotorblattes beim Befestigen der Rotorblätter an der Rotornabe begegnet, muß dies mit deutlich verschlechtertem Anlaufverhalten des Rotors erkauft werden.Is this deficiency with stall-regulated rotor blades changed? Angle of attack of the rotor blade when attaching the rotor blades to the If the rotor hub is encountered, this has to do with the starting behavior of the Rotors are bought.
Es hat deshalb bisher nicht an Versuchen gefehlt, geeignetere Rotorblätter für Windkraftanlagen zu entwickeln, die den vorgenannten Anforderungen besser entsprechen sollen.There has therefore been no lack of attempts to find more suitable rotor blades for To develop wind turbines that meet the above requirements better should correspond.
Die Lösung des Problems wird bisher in erster Linie in der sogenannten Pitchregelung der auf das Leistungsvermögen des mit dem Rotor verbundenen Maschinensatzes abgestimmten Rotorblätter gesehen.So far, the solution to the problem is primarily in the so-called Pitch control based on the performance of the rotor Machine set matched rotor blades seen.
Eingeführte technische Lösungen bestehen dazu in Form der synchronen Verdrehung der Rotorblätter am Verbindungsflansch zur Rotornabe über mittels hydraulisch bewegter Gestänge oder über elektromotorisch angetriebene Kugeldrehverbindungen.Introduced technical solutions exist in the form of synchronous Rotation of the rotor blades on the connecting flange to the rotor hub using hydraulically moved linkage or via electric motor driven Ball slewing rings.
Bei diesen bekannten Lösungen bleibt die wirksame Rotorkreisfläche für die Energieübertragung auf die Rotorwelle unverändert.In these known solutions, the effective rotor circle area remains for the Energy transfer to the rotor shaft unchanged.
Mit Hilfe der Verdrehung des Flügelprofils quer zur Rotorkreisebene wird bei zu starken Winden das aerodynamische Abbremsen des Rotors erreicht, ebenso wie bei Stillstand der Anlage in der gleichen Stellung des Flügelprofils der Rotoranlauf bewirkt wird.With the help of the twisting of the wing profile transversely to the rotor circle plane at strong winds achieve the aerodynamic braking of the rotor, as well when the system is at a standstill in the same position of the sash profile Rotor start is effected.
Dennoch ist zu verzeichnen, daß auch Windkraftanlagen mit pitchgeregelten Rotorblättern wegen des Verzichts auf eine überdimensionierte Rotorkreisfläche erst bei Windgeschwindigkeiten von deutlich mehr als 3,5 m/s anlaufen und damit an typischen Binnenlandstandorten über verhältnismäßig große Teile der Kalenderzeit nicht in der Lage sind, Gebrauchsenergie zu liefern.Nevertheless, it can be seen that wind turbines with pitch-controlled Rotor blades due to the lack of an oversized rotor circular area only start up at wind speeds of significantly more than 3.5 m / s and thus at typical inland locations over relatively large parts of the Calendar time are unable to supply energy.
Eine technische Lösung des genannten Probleins steht bisher nicht zur Verfügung. A technical solution to the problem mentioned is not yet available.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Beseitigung der genannten Mängel des Standes der Technik und in der Schaffung einer Lösung für ein längenvariables Rotorblatt, das mit geringem technischen Aufwand herstellbar ist, das bedarfsweise für Bestreichen einer zeitweilig vergrößerten Rotorkreisfläche geeignet ist und in seiner Leistungsfähigkeit bei zulässigen Starkwinden sicher begrenzt ist.The object of the invention is therefore to eliminate the above Deficiencies in the prior art and in creating a solution for one variable-length rotor blade that can be produced with little technical effort, if necessary for painting a temporarily enlarged rotor circle area is suitable and safe in its performance with permissible strong winds is limited.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 und deren vorteilhaften Ausgestaltungen gelöst.The object is achieved by the features of main claim 1 and solved their advantageous embodiments.
Das vorgeschlagene längenvariable Rotorblatt, das besonders vorteilhaft für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten geeignet sein soll, besteht aus einem über die gesamte Länge des Rotorblattes reichende und sich zur Blattspitze hin verjüngenden tragenden Hohlprofil, das zumindest in einem Teilbereich als Teleskop mit einem starren Teleskopteil und einem beweglichen Teleskopteil ausgeführt ist.The proposed variable-length rotor blade, which is particularly advantageous for Wind turbines at inland locations should be suitable consists of one extending over the entire length of the rotor blade and towards the blade tip tapered load-bearing hollow profile, which is at least in a partial area Telescope with a rigid telescopic part and a movable telescopic part is executed.
Das bewegliche Teleskopteil ist dabei in Führungsbahnen angeordnet. Die das Verdrehen des beweglichen Teleskopteiles beim Verschieben bewirkenden Führungsbahnen sind wahlweise mit dem starren oder mit dem beweglichen Teleskopteil fest verbunden.The movable telescopic part is arranged in guideways. The twisting of the movable telescopic part when moving effecting guideways are either with the rigid or with the movable telescopic part firmly connected.
In einzelnen Abschnitten sind die Führungsbahnen so ausgebildet, daß sie verschieden starke Verdrehungen des beweglichen Teiles des Rotorblattes bewirken.In individual sections, the guideways are designed so that they different degrees of twisting of the movable part of the rotor blade effect.
Die Verwendung eines Rotors für Windkraftanlagen mit den erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblättern, deren synchrone Steuerung vorausgesetzt, ermöglicht es nun, das Anlaufverhalten und die Energiegewinnung bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten deutlich zu verbessern, weil für diesen Fall mit Hilfe der bedarfsweise verlängerten Rotorblätter nicht nur eine erheblich größere Rotorkreisfläche nutzbar ist, sondern weil die pitchgeregelten beweglichen Teile des Rotorblattes in diesem Fall eine unübersehbar stärkere Anfahrhilfe darstellen. Nach Ingangsetzen des Rotors durch das Überwinden der Massenträgheit des kompletten Maschinensatzes einschließlich des Rotors wird mittels Verschiebung des beweglichen Teiles des Rotorblattes die der resultierenden Windgeschwindigkeit am Rotorblatt entsprechende optimale Rotorstellung gewählt und dabei eine bedarfsweise etwas verkleinerte Rotorkreisfläche genutzt. Bei größeren Windgeschwindigkeiten als der für die Gewinnung der Nennleistung erforderlichen werden durch weitere Verkleinerung der Rotorkreisfläche die erforderlichen Anpassungen zwischen Leistungsangebot des Rotors und mit ihm gekoppeltem Maschinensatz vorgenommen. Das erlaubt es gegebenenfalls, wegen zunächst nicht bestehender Überlastungsgefahr auch deutlich stärkere Winde als bisher üblich für die Energiegewinnung nutzen zu können. The use of a rotor for wind turbines with the invention variable-length rotor blades, provided that they are synchronized, now enables start-up behavior and energy generation to improve low wind speeds significantly, because for this case with With the help of the longer rotor blades, if necessary, not only a considerably larger one Rotor circle area is usable, but because the pitch-controlled moving parts the rotor blade in this case represent an unmistakably stronger starting aid. After starting the rotor by overcoming the inertia of the complete machine set including the rotor is moved of the movable part of the rotor blade that of the resulting Optimal rotor position corresponding to the wind speed on the rotor blade selected and, if necessary, used a somewhat smaller rotor circle area. At higher wind speeds than that for the generation of the nominal power are required by further reducing the area of the rotor circle necessary adjustments between the range of services of the rotor and with it coupled machine set made. This may allow because of the initially non-existent risk of overloading, also significantly stronger To be able to use the winch as usual to generate energy.
Schließlich wird einer Anlagenüberlastung bei verminderten Anforderungen an die Standfestigkeit der Mastkonstruktion der mit den erfindungsgemäßen Rotorblättern ausgestatteten Windkraftanlage vorgebeugt, indem in der kürzesten Stellung des längenvariablen Rotorblattes ebenfalls die aerodynamische Bremsstellung durch Ausrichten des Profils des Rotorblattes quer zur Rotorkreisebene erreicht.Finally, a system overload with reduced requirements the stability of the mast construction with the invention Rotor blades equipped wind turbine prevented by the shortest Position of the variable-length rotor blade also the aerodynamic Braking position by aligning the profile of the rotor blade across Rotor circle level reached.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der als Teleskop ausgebildete Teilbereich des tragenden Hohlprofils des längenvariablen Rotorblattes etwa an der Blattwurzel beginnend über eine Länge von bis zu 5 m angeordnet ist, wobei das Hohlprofil in diesem Bereich vorteilhafterweise einen kreisförmigen Rohrquerschnitt aufweist.Another advantageous embodiment of the invention is that the as Telescopic section of the load-bearing hollow profile of the variable length Rotor blade starting at the blade root over a length of up to 5 m is arranged, the hollow profile advantageously in this area circular tube cross section.
In diesem Fall erfolgt die Längenveränderung des Rotorblattes beispielsweise durch Verlängerung des tragenden Hohlprofils zwischen der Blattwurzel am Nabenanschluß und dem profilierten Teil des Rotorblattes.In this case, the length of the rotor blade is changed, for example by extending the load-bearing hollow profile between the leaf root on Hub connection and the profiled part of the rotor blade.
Geht man beispielsweise von einem Rotorblatt aus, das eine kürzeste Länge von 18 m besitzt und zwischen Nabe und Beginn des Rotorblattprofils der Bereich des Teleskops mit einer Länge von 5 m vorgesehen ist, dann besitzt der Rotor in diesem Fall bei einem Nabendurchmesser von 2 m eine vom Rotorblattprofil bestrichene Kreisfläche von zunächst etwa 1.020 m².For example, if you start from a rotor blade that has a shortest length of The area has 18 m and between the hub and the beginning of the rotor blade profile of the telescope is provided with a length of 5 m, then the rotor in in this case with a hub diameter of 2 m one from the rotor blade profile covered circular area of initially about 1,020 m².
Wird nun die vorgesehene Verlängerung des tragenden Hohlprofils zwischen Nabenanschluß und Beginn des Rotorblattprofils von etwa 4 m vorgenommen, so vergrößert sich die vom Rotorblattprofil bestrichene Kreisfläche auf etwa 1.350 m², womit eine zeitweilige Vergrößerung des Leistungsangebotes des Rotors von über 30% erwartet werden kann.Now the intended extension of the load-bearing hollow profile between Hub connection and beginning of the rotor blade profile made of about 4 m, see above the circular area covered by the rotor blade profile increases to approximately 1,350 m², thus temporarily increasing the range of services offered by the rotor from over 30% can be expected.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht die Anordnung des teleskopierfähigen Teiles des tragenden Hohlprofils etwa im Bereich zwischen 50 und 80% der Rotorblattlänge, von der Blattwurzel aus gerechnet, vor.A further advantageous embodiment of the solution according to the invention is shown in FIG Arrangement of the telescopic part of the supporting hollow profile in about Range between 50 and 80% of the rotor blade length, from the blade root calculated before.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes wird eine zeitweilige Unterbrechung des über die Rotorblattlänge geschlossenen Rotorblattprofils in Kauf genommen, weil der verlängerte Zustand des Rotorblattes ausschließlich als Anfahrhilfe oder für den extremen Schwachwindbetrieb genutzt wird. Dagegen verringern sich die bautechnischen Anforderungen für diese Variante der Ausstattung des längenvariablen Rotorblattes spürbar.In this embodiment of the variable-length rotor blade according to the invention there is a temporary interruption of the closed over the length of the rotor blade Rotor blade profile accepted because the extended condition of the Rotor blade only as a starting aid or for the extreme Low wind operation is used. On the other hand, the structural engineering is reduced Requirements for this variant of the equipment of the length variable Noticeable rotor blade.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des längenvariablen Rotorblattes sieht vor, den beweglichen Teil des Teleskops im Kontaktbereich mit dem starren Teil des Teleskops mit wenigstens drei Führungsbahnen auszustatten. An advantageous embodiment of the variable-length rotor blade provides the moving part of the telescope in the contact area with the rigid part of the To equip telescopes with at least three guideways.
Der starre Teil des Teleskops ist in diesem Fall mit in die Führungsbahnen eingreifenden Gleit- und/oder Rollelementen ausgerüstet.In this case, the rigid part of the telescope is included in the guideways engaging sliding and / or rolling elements equipped.
In besonderen Fällen kann es sich als nützlich erweisen, eine größere Anzahl als drei Führungsbahnen zu installieren und damit die Führung des beweglichen Teiles des Teleskops im starren Teleskopteil und zugleich die erforderliche Verdrehung des beweglichen Teleskopteils gegenüber dem starren Teleskopteil sicher zu gewährleisten.In special cases, it may prove useful to use a larger number than to install three guideways and thus the guidance of the movable Part of the telescope in the rigid telescopic part and at the same time the required Rotation of the movable telescopic part in relation to the rigid telescopic part ensure safely.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist es auch möglich, den starren Teil des Teleskops im Kontaktbereich mit dem beweglichen Teleskopteil mit wenigstens drei Führungsbahnen auszustatten, wobei sich in diesem Fall die in die Führungsbahnen eingreifenden Gleit- und/oder Rollelemente am beweglichen Teil des Teleskops befinden.In a further embodiment variant, it is also possible for the rigid part of the Telescopes in the contact area with the movable telescopic part with at least to equip three guideways, in which case the Sliding and / or rolling elements engaging guideways on the movable part of the telescope.
Die Verschiebung des beweglichen Teleskopteils gegenüber dem starren Teleskopteil erfolgt mit an sich bekannten technischen Mitteln, wie hydraulische Arbeitszylinder, Spindelantriebe, Zahnstangenantriebe und/oder Seilzugmechaniken, die zweckmäßigerweise im tragenden Hohlprofil angeordnet sind.The displacement of the movable telescopic part compared to the rigid Telescopic part is carried out using technical means known per se, such as hydraulic ones Working cylinders, spindle drives, rack drives and / or Cable mechanisms, which are expediently arranged in the load-bearing hollow profile are.
Außerdem sind zwischen dem beweglichen Teleskopteil und dem starren Teleskopteil Dichtelemente angeordnet, mit deren Hilfe das Eindringen von Schmutz und Witterungsfeuchte in das Innere des Hohlprofils oder zwischen beweglichen Teleskopteil und starren Teleskopteil verhindert wird.In addition, between the movable telescopic part and the rigid Telescopic part sealing elements arranged, with the help of the penetration of Dirt and weather moisture in the interior of the hollow profile or between movable telescopic part and rigid telescopic part is prevented.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die gesamte mit Hilfe des Teleskops bewirkbare Längenänderung des Rotorblattes, bezeichnet als die Länge A, in mehrere Abschnitte unterteilt ist.An advantageous embodiment of the invention is that the entire with Change in length of the rotor blade which can be effected with the aid of the telescope, referred to as the length A, is divided into several sections.
Es wird unterschieden in die Länge B als der sich ergebende Bereich zwischen der inneren Endstellung und der inneren Arbeitsstellung des längenvariablen Rotorblattes. Die inneren Stellungen ergeben sich jeweils für die extremen Lagen des Rotorblattes bei zusammengeführtem Teleskop.A distinction is made in length B as the resulting area between the inner end position and the inner working position of the length variable Rotor blade. The inner positions result for the extreme positions of the rotor blade when the telescope is merged.
Weiterhin wird in die Länge C unterschieden, die sich als Bereich zwischen der inneren Arbeitsstellung und der äußeren Arbeitsstellung des Rotorblattes ergibt. Dieser Bereich wird bei normalem Betrieb der Windkraftanage bevorzugt, wobei sich die Anpassungen des Leistungsangebotes des Rotors an die mögliche Leistungsaufnahme des Maschinensatzes in erster Linie durch Variation der Stellung des Rotorblattes in diesem Bereich ergibt. A further distinction is made in length C, which is the area between the inner working position and the outer working position of the rotor blade results. This area is preferred during normal operation of the wind power plant, whereby the adjustments of the range of services of the rotor to the possible Power consumption of the machine set primarily by varying the Position of the rotor blade in this area results.
Schließlich ist auch noch eine Länge D als der Bereich zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung definiert.Finally, there is also a length D as the area between the outer Working position and the outer end position defined.
Diese Stellungen ergeben sich jeweils bei extremer Lage des Rotorblattes im Zusammenhang mit der teleskopartigen Verlängerung des Rotorblattes.These positions result from the extreme position of the rotor blade in the Connection with the telescopic extension of the rotor blade.
Vorteilhafterweise sind die einzelnen Längenbereiche in folgenden Proportionen vorgesehen:The individual length ranges are advantageously in the following proportions intended:
0,05 A<B<0,15 A,
0,05 A<D<0,15 A,
0,70 A<C<0,90 A.0.05 A <B <0.15 A,
0.05 A <D <0.15 A,
0.70 A <C <0.90 A.
In den unterschiedenen Bereichen sind die Führungsbahnen so angeordnet, daß sich jeweils charakteristische Verdrehungen des beweglichen Teleskopteiles beim ergeben.In the different areas, the guideways are arranged so that characteristic twists of the movable telescopic part when surrender.
Sie betragen vorteilhafterweise im Längenbereich C zwischen der inneren und der äußeren Arbeitsstellung zwischen 0,6 und 1,0 Grad je Meter Verschiebeweg, wobei diese Verdrehung mit der Verdrillung des Rotorblattprofils gleichläufig ist.They are advantageously in the length range C between the inner and the outer working position between 0.6 and 1.0 degrees per meter Displacement, this twisting with the twisting of the Rotor blade profile is the same.
Damit wird gewährleistet, daß die Veränderungen der Lage des Rotorblattes im normalen Arbeitsbereich der Windkraftanlage mit der Beibehaltung der jeweils optimalen Lage des Rotorblattprofils zum am Rotorblatt angreifenden Windvektor einhergeht.This ensures that the changes in the position of the rotor blade in normal working area of the wind turbine with the retention of each optimal position of the rotor blade profile to the one attacking the rotor blade Wind vector goes hand in hand.
Im Längenbereich B zwischen der inneren Arbeitsstellung und der inneren Endstellung beträgt die Verdrehung vorteilhafterweise zwischen 65 und 80 Grad gegen die Richtung der Rotorblattverdrillung, so daß nach Erreichen der inneren Endstellung zugleich eine weitgehende Ausrichtung des Rotorblattprofils quer zur Rotorkreisebene und damit die aerodynamische Bremsstellung bei geringstmöglicher Angriffsfläche für den dann für die Energieumwandlung zu starken Wind erreicht ist.In the length range B between the inner working position and the inner one The end position is advantageously between 65 and 80 Degree against the direction of the rotor blade twist, so that after reaching the inner end position also extensive alignment of the rotor blade profile across the rotor circle level and thus the aerodynamic braking position smallest possible target for the then for the energy conversion strong wind is reached.
Im Längenbereich D zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung beträgt die Verdrehung zwischen 10 und 30 Grad gegen die Rotorblattverdrillung, so daß nach Erreichen der äußeren Endstellung eine günstige Stellung des Rotorblattprofils als Anfahrhilfe zu verzeichnen ist.In the length range D between the outer working position and the outer one End position is between 10 and 30 degrees against the Rotor blade twisting, so that after reaching the outer end position favorable position of the rotor blade profile can be recorded as a starting aid.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammenfassend insbesondere in der nunmehr verfügbaren technischen Lösung, eine pitchgeregelten Rotor zusätzlich in besonderer Weise den unterschiedlichen Windverhältnissen mit der Zielstellung einer Maximierung der Energieerträge an einem konkreten Standort anpassen zu können. The advantages of the invention consist in particular in the now available technical solution, an additional pitch-controlled rotor in a special way the different wind conditions with the Aim to maximize energy yields at a specific location to be able to adapt.
Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.The invention will be explained in more detail below using an exemplary embodiment will.
In der beiliegenden Zeichnung zeigenShow in the attached drawing
Fig. 1 die schematischen Ansicht eines erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes mit Anordnung des Teleskopbereiches an der Blattwurzel; Figure 1 is a schematic view of a variable-length rotor blade according to the invention with arrangement of the telescopic area on the blade root.
Fig. 2 die schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes mit Anordnung des Teleskopbereiches in der äußeren Hälfte des Rotorblattes; Fig. 2 is a schematic view of a wavelength-variable rotor blade assembly of the invention with the telescoping portion in the outer half of the rotor blade;
Fig. 3 den schematischen Querschnitt einer Teleskopverbindung mit am starren Teleskopteil angeordneten Führungsbahnen und am beweglichen Teleskopteil angeordneten Gleitelementen; Fig. 3 is the schematic cross section of a telescopic connection with which is arranged on the rigid telescopic part arranged guide tracks and on the movable telescopic part slide members;
Fig. 4 den schematischen Querschnitt einer Teleskopverbindung mit am beweglichen Teleskopteil angeordneten Führungsbahnen und am starren Teleskopteil angeordneten Rollelementen; Fig. 4 is the schematic cross section of a telescopic connection with which is arranged at the movable telescopic part arranged guide tracks and the rigid telescopic part rolling elements;
Fig. 5 die schematische Darstellung des Rotorblatt-Endprofils bei Erreichen der einzelnen Längenbereichsgrenzen beim Verschieben des beweglichen Teleskopteiles gegenüber dem starren Teleskopteil. Fig. 5 shows the schematic representation of the rotor blade end profile when reaching the individual length range limits when moving the movable telescopic part relative to the rigid telescopic part.
Der Rotor einer Windkraftanlage mit einer Nennleistung von 500 kW hat einen Durchmesser von 42 m. Die Nabe des Rotors ist mit drei längenvariablen Rotorblättern 1 bestückt.The rotor of a wind turbine with a nominal output of 500 kW has a diameter of 42 m. The hub of the rotor is equipped with three variable-length rotor blades 1 .
Das längenvariable Rotorblatt 1 mit einer Gesamtlänge von 20 m besteht aus einem tragenden Hohlprofil 5, das von der Blattwurzel 2 bis zum Ansatz des Rotorblattprofils zunächst als zylindrisches Rohr ausgebildet ist und sich sodann bis zum der Nabe entgegengesetzten Ende des Rotorblattes 1 hin stetig verjüngt. Die Verkleidung des tragenden Hohlprofils 5 beginnt in einem Abstand von 5.000 mm ab Blattwurzel 2. In diesem verkleidungsfreien Abschnitt des längenvariablen Rotorblattes 1 hat das tragende Hohlprofil 5 ein kreisförmiges Profil mit einem Außendurchmesser von 800 mm. Im Bereich der Blattwurzel ist dieses Profil mit einem Ringflansch für den Nabenanschluß 16 verbunden.The variable-length rotor blade 1 with a total length of 20 m consists of a load-bearing hollow profile 5 , which is initially designed as a cylindrical tube from the blade root 2 to the attachment of the rotor blade profile and then tapers continuously until the end of the rotor blade 1 opposite the hub. The cladding of the load-bearing hollow profile 5 begins at a distance of 5,000 mm from the leaf root 2 . In this cladding-free section of the variable-length rotor blade 1 , the supporting hollow profile 5 has a circular profile with an outer diameter of 800 mm. In the area of the blade root, this profile is connected to an annular flange for the hub connection 16 .
Das tragende Hohlprofil 5 ist im Bereich von der Blattwurzel 2 bis zum Ansatz des Rotorblattprofils über eine Länge von 5.000 mm als starres Teleskopteil 20 ausgeführt.The load-bearing hollow profile 5 is designed as a rigid telescopic part 20 in the area from the blade root 2 to the attachment of the rotor blade profile over a length of 5,000 mm.
Innerhalb dieses starren Teleskopteils 20 sind vier Führungsbahnen 7 gleichmäßig an der Rohrwand befestigt. Das bewegliche Teleskopteil 21 ist mittels hydraulischem Arbeitszylinder 10 kraftschlüssig mit einem Verlagerungspunkt in der Ebene der Blattwurzel 2 verbunden. Within this rigid telescopic part 20 four guideways 7 are evenly attached to the tube wall. The movable telescopic part 21 is non-positively connected to a displacement point in the plane of the leaf root 2 by means of a hydraulic working cylinder 10 .
Bei Erfordernis kann der hydraulische Arbeitszylinder problemlos durch einen Spindelantrieb 11, einen Zahnstangenantrieb 12 oder durch eine Seilzugmechanik 13 ersetzt werden.If required, the hydraulic working cylinder can easily be replaced by a spindle drive 11 , a rack and pinion drive 12 or by a cable pull mechanism 13 .
Mit Hilfe der gewählten Antriebskomponente läßt sich der bewegliche Teil des Teleskops 21 etwa 4.000 mm aus dem starren Teil des Teleskops 20 hinausschieben.With the help of the selected drive component, the movable part of the telescope 21 can be pushed out about 4,000 mm from the rigid part of the telescope 20 .
Die seitliche Führung erhält der bewegliche Teleskopteil 21 durch seitlich in Aussparungen befestigte Gleitelemente 8, die formschlüssig in die Führungsbahnen 7 eingreifen. Mittels der Gleitelemente 8 erfolgt die Längsführung des beweglichen Teleskopteils 21 und zugleich das definierte Verdrehen des beweglichen Teleskopteils 21 gegenüber dem starren Teleskopteils 20.The movable telescopic part 21 receives lateral guidance through sliding elements 8 which are laterally fastened in recesses and which engage in the guide tracks 7 in a form-fitting manner. By means of the sliding elements 8 , the longitudinal guidance of the movable telescopic part 21 and, at the same time, the defined rotation of the movable telescopic part 21 relative to the rigid telescopic part 20 are carried out .
Die Gleitelemente 8 sind in dem Bereich am beweglichen Teleskopteil 21 befestigt, der auch bei Erreichen der äußeren Endstellung des beweglichen Teleskopteil im starren Teleskopteil 20 verbleibt.The sliding elements 8 are fastened in the region on the movable telescopic part 21 which remains in the rigid telescopic part 20 even when the outer telescopic part has reached its outer end position.
Die Führungsbahnen 7 sind so ausgeführt, daß in der inneren Endstellung die Lage der Flügelspitze 16 durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet ist, die mit der Rotorkreisebene einen Winkel von 75 Grad bildet.The guideways 7 are designed so that in the inner end position, the position of the wing tip 16 is characterized by an axial position of the wing tip, which forms an angle of 75 degrees with the rotor circle plane.
Nach einer Längsverschiebung von 400 mm erreicht der bewegliche Teleskopteil 21 die innere Arbeitsstellung. In dieser Stellung besitzt die Flügelspitze eine Lage 17, die durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet ist, die mit der Rotorkreisebene einen Winkel von etwa 3 Grad bildet. Die Verdrehung des beweglichen Teleskopteils 21 beträgt auf diesem Abschnitt mithin 72 Grad. Zwischen der inneren und der äußeren Arbeitsstellung kann der bewegliche Teleskopteil 21 um 3.400 mm verschoben werden. Dabei erfolgt mittels der Führungsbahnen 7 ein stetiges Verdrehen des beweglichen Teleskopteils 21 um etwa 3 Grad. Die Lage der Flügelspitze ist nach Erreichen der äußeren Arbeitsstellung 18 durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet, die parallel zur Rotorkreisebene ausgerichtet ist.After a longitudinal displacement of 400 mm, the movable telescopic part 21 reaches the inner working position. In this position the wing tip has a layer 17 which is characterized by an axial position of the wing tip which forms an angle of approximately 3 degrees with the plane of the rotor circle. The rotation of the movable telescopic part 21 is therefore 72 degrees on this section. The movable telescopic part 21 can be moved by 3,400 mm between the inner and the outer working position. In this case, the movable telescopic part 21 is continuously rotated by approximately 3 degrees by means of the guide tracks 7 . After reaching the outer working position 18, the position of the wing tip is characterized by an axial position of the wing tip, which is aligned parallel to the rotor circle plane.
Zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung wird der bewegliche Teleskopteil nur noch um 200 mm verschoben.Between the outer working position and the outer end position movable telescopic part only moved by 200 mm.
Dabei erfährt der bewegliche Teleskopteil 21 eine Verdrehung um 25 Grad, so daß die Lage der Flügelspitze dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit der Rotorkreisebene erneut einen Winkel von 25 Grad bildet.The movable telescopic part 21 is rotated by 25 degrees, so that the position of the wing tip is characterized in that it again forms an angle of 25 degrees with the plane of the rotor circle.
Die letztgenannte Stellung wird vom Betriebsführungssystem der Windkraftanlage nur zum Zwecke des Ingangsetzens der Rotordrehung angefahren, wenn sich infolge unzureichender Windgeschwindigkeit die der Rotor im Stillstand befindet.The latter position is held by the management system of Wind turbine only for the purpose of starting the rotor rotation approached if, due to insufficient wind speed, the Rotor is at a standstill.
Nach erfolgter Inbetriebsetzung des Rotors wird unverzüglich die äußere Arbeitsstellung eingenommen. After the rotor has been put into operation, the outer one immediately Working position taken.
In Abhängigkeit von den tatsächlichen Windgeschwindigkeiten und vom Leistungsangebot des Rotors wird der Arbeitsbereich des Teleskops zwischen der äußeren und der inneren Arbeitsstellung zum Zwecke der Anpassung genutzt. Steigt die Windgeschwindigkeit auf höhere Werte und werden bereits Leistungen oberhalb der Nennleistung der Windkraftanlage verzeichnet, steuert das Betriebsführungssystem eine Stellung des beweglichen Teleskopteils 21 zwischen der inneren Arbeitsstellung und der inneren Endstellung an.Depending on the actual wind speeds and the range of services provided by the rotor, the working range of the telescope between the outer and inner working positions is used for the purpose of adaptation. If the wind speed rises to higher values and powers are already recorded above the rated power of the wind turbine, the operational management system controls a position of the movable telescopic part 21 between the inner working position and the inner end position.
Mit dieser Maßnahme werden trotz höherer Windgeschwindigkeiten Überlastungen der maschinentechnischen Anlage vermieden, weil bereits nennenswerte Leistungsanteile mittels der einsetzenden aerodynamischen Bremswirkungen kompensiert werden.With this measure, despite higher wind speeds Overloading of the mechanical engineering system avoided because it is already noteworthy performance shares by means of the aerodynamic Braking effects are compensated.
Bei notwendigen Außerbetriebsetzen wird schließlich die innere Endstellung des beweglichen Teleskopteiles eingenommen.If it is necessary to shut down, the inner end position of the movable telescopic part.
Am beweglichen Teleskopteil 21 sind Sensoren 19 für das Registrieren der jeweils erreichten Stellung des beweglichen Teleskopteils 21 angeordnet.The movable telescopic part 21 sensors 19 are arranged for registering the position reached in each case of the movable telescopic part 21st
Das ausgeführte Rotorblatt 1 verfügt infolge der erfindungsgemäßen Ausstattung über ein vorteilhaftes Anlaufverhalten, über eine gut steuerbare Flügelstellung zum Zwecke optimierter Ausnutzung der Windenergie und zum Zwecke der Verhinderung von unzulässigen Rotordrehzahlen bei größeren Windgeschwindigkeiten. Der Rotor mit drei erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblättern läuft bereits bei Windgeschwindigkeiten von weniger als 2 m/s an und liefert bereits bei weniger als 12 m/s die Nennleistung von 500 kW.As a result of the equipment according to the invention, the executed rotor blade 1 has an advantageous starting behavior, an easily controllable wing position for the purpose of optimized use of wind energy and for the purpose of preventing impermissible rotor speeds at higher wind speeds. The rotor with three variable-length rotor blades according to the invention starts up at wind speeds of less than 2 m / s and delivers the nominal power of 500 kW at less than 12 m / s.
Claims (11)
0,05 A<B<0,15 A,
0,05 A<D<0,15 A,
0,70 A<C<0,90 A
betragen.8. Variable-length rotor blade according to claims 1 to 7, characterized in that the entire length change A of the rotor blade ( 1 ) which can be effected with the aid of the telescope is divided into an area B between the inner end position and the inner working position, an area C between the inner Working position and the outer working position and a region D between the outer working position and the outer end position and that the length dimensions of these areas approximately
0.05 A <B <0.15 A,
0.05 A <D <0.15 A,
0.70 A <C <0.90 A
be.
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---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licences paragraph 23 | ||
8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |