EP2297455A2 - Rotor blade for a wind power plant and wind power plant - Google Patents

Rotor blade for a wind power plant and wind power plant

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Publication number
EP2297455A2
EP2297455A2 EP09757193A EP09757193A EP2297455A2 EP 2297455 A2 EP2297455 A2 EP 2297455A2 EP 09757193 A EP09757193 A EP 09757193A EP 09757193 A EP09757193 A EP 09757193A EP 2297455 A2 EP2297455 A2 EP 2297455A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor blade
slat
rotor
blade
profile
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP09757193A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Siegfried Mickeler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Publication of EP2297455A2 publication Critical patent/EP2297455A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor blade for a wind turbine according to the preambles of claims 1 and 2 and a wind turbine with a rotor blade according to the invention according to the preamble of claim 23.
  • wind turbines consist of a tower, at the end of a rotor is rotatably mounted with radially oriented rotor blades.
  • the wind impinging on the rotor blades causes the rotor to rotate, which drives a generator coupled to the rotor to generate electricity.
  • a possible high efficiency i. to convert the inherent kinetic energy of the wind into electrical energy with as little loss as possible.
  • An example of such a wind turbine is described in DE 103 00 284 A1.
  • a braking device is provided to limit the rotor speed.
  • the braking device provides a slat along the leading edge of the rotor blade, which pivots on its longitudinal axis when a limit speed is exceeded pivots and the aerodynamically qualified profile up to the nominal load range such that the air flow abruptly on the top profile and thus produces braking power.
  • the length of the slat is about 75% of the length of the rotor blade.
  • the propulsion generated in the outer area of the rotor blade outweighs the counteracting braking power in the interior, so that only insufficient braking power is made available.
  • the slat these wind turbines thus comes exclusively to the function of overload protection.
  • the object of the invention is to increase wind power plants in their performance, in particular to specify a rotor blade for a wind turbine, which has over its entire interior area an improved efficiency, without having to accept the aforementioned disadvantages.
  • This object is achieved by a rotor blade with the features of claim 1 or 2 and a wind turbine made therefrom according to the features of claim 23.
  • the invention overcomes the ubiquitous notion in the art of aerodynamically optimizing a wind turbine by modifying the profile of the blade root in the blade root region. Instead, the invention takes a completely different approach by compensating for losses due to aerodynamically imperfect or completely inactive blade root profiles by placing a slat in the corresponding area.
  • the arrangement of a slat usually generates, so in a profile with pressure and suction side, a flow of air at high speed from the pressure side of the rotor blade towards the suction side and thus leads to the suction side kinetic energy. Enriched with this kinetic energy, the boundary layer of the flow can better withstand the pressure increase in the rear area of the suction side without detaching.
  • the slat at profile depths of relative thicknesses D / T of 40% and more, that is for so-called Strakprofile by the Strak of a last aerodynamically secured profile of, for example, 40% relative thickness D / T on the circular profile of the immediate sheet connection area arise.
  • the slat has a performance-enhancing effect.
  • this per se neutral profile no buoyancy, only resistance
  • the slat creates an asymmetry of the flow around and thus a suction and a pressure side and thus a useful buoyancy at only a lower
  • the present invention aims at increasing the c a value with the aid of a slat.
  • the slat invention does not necessarily require modifications to the blade profile, it is also possible to retrofit existing wind turbines in accordance with the invention, in order to benefit from an increased power output even with existing systems.
  • FIG. 1 is a view of the windward side of a wind turbine according to the invention
  • FIG. 2a is a plan view of the suction side of a rotor blade according to the invention of the wind turbine shown in Fig. 1,
  • FIG. 3 is a partial view obliquely from behind on the inner region of the rotor blade shown in Figures 1 and 2a to f,
  • FIG. 4-5 two partial views of further embodiments of an inventive
  • FIG. 17 is an oblique view of a further embodiment of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,
  • FIG. 18 shows a cross section through the rotor blade shown in FIG. 17 along the line XVIII-XVIII there
  • FIG. 19 shows a partial cross section through the connection region of a rotor blade according to the invention with the arrangement of a Gurney flap and
  • Fig. 20 is a partial cross-section through an inventive rotor blade with a
  • Fig. 1 shows an inventive wind turbine 1, which is composed of a tower 2, which is firmly anchored with its foot in the ground 3. In the head area of the tower 2 you can see a rotor 4, which is a perpendicular to the
  • the rotor 4 is essentially composed of a hub 5, which is rotatably mounted on the head of the tower 2 and coupled to a generator for generating electricity. In the region of the hub 5, the rotor blades 6 are connected to the rotor 4.
  • FIG. 2 a shows a plan view of the suction side of a rotor blade 6 according to the invention
  • FIGS. 2 b to f show cross sections thereof in the respectively designated solder planes to the blade longitudinal axis.
  • reference numeral 9 denotes the direction of longitudinal extent of the rotor blade 6.
  • the rotor blade 6 extends from the hub-side blade terminal 10 to the free end of the rotor blade 6, which is referred to as the blade tip 11.
  • Fig. 2a From Fig. 2a also a longitudinal structure of the rotor blade 6 can be seen, to which reference is made in the rest of the description.
  • the reference plane for a rotor blade 6 according to the invention is the sheet connection plane 12, which defines the transition of the rotor blade 6 to the hub 5.
  • the distance of the Blattan gleichebene 12 to the axis of rotation 7 is indicated in Fig. 2a with L 1 and corresponds to the hub radius.
  • the circular-cylindrical part of the rotor blade with the length L 2 represents the distance from the sheet connection plane 12 to the beginning of the strake profiles of the rotor blade 6 and is referred to below as the blade connection region.
  • L 3 is the leaf root area , which corresponds to the distance of the Blattan gleichebene 12 for aerodynamically effective sheet beginning.
  • the aerodynamically effective blade start is in the plumb plane to the longitudinal extension direction 9, in which due to a sufficiently aerodynamically qualified profile for the first time a contribution to the power yield of the wind turbine 1 is generated.
  • the aerodynamically effective leaf beginning is also called aerodynamic hub radius.
  • L 4 describes the distance of the sheet connection plane 12 to the first third point of the rotor blade 6, which is also referred to below as the inner region or inner wing.
  • the blade leading edge 13 of the rotor blade 6 is also recognizable, which represents the leading edge during rotation of the rotor 4.
  • the distance between the leading edge 13 and the trailing edge 14 results in the depth T, which increases from the blade connection region L 2 to a point inside the inner wing, from where it decreases continuously towards the blade tip 11.
  • the upper side of the rotor blade shown in FIG. 2a corresponds to the suction side 15, the lower side of the pressure side 16 lying underneath.
  • FIGS. 2b-2f show the different profile cross sections at the specified distances from the sheet connection plane 12. Accordingly, in the blade connection plane 12, the rotor blade 6 has a circular cross section, with which it adjoins the hub 5. The circular cross-section is usually maintained over the entire blade connection area L 2 . Since a circular profile provides no buoyancy without additional measures, no contribution to energy production would be generated in this area. This also applies to a large extent to the first strake profiles of L 3 and L 2 in particular. Figure 2c shows such a profile section, which can contribute virtually nothing to the performance of the rotor without further measures.
  • the flow dissolves on the top and possibly also on the underside and with worse results than in a profile with a well-chosen finite trailing edge thickness.
  • the tread depth increases, tread thickness and rear edge thickness decrease (see Fig. 2e).
  • a slat 20 is provided according to the invention, which, as Figure 2a shows, on the suction side 15 in
  • Longitudinal direction 9 extends at least over the entire distance L3.
  • the slat 20 can, as far as the hub geometry permits, project beyond the blade connection 12 and overlap the hub 5, as FIG. 2 a shows.
  • the profile cuts will have a relative thickness of about 40%, corresponding to a relative radial position r / R (R is the blade radius) of on average 20% to 25%, depending on the blade design.
  • Substantial extensions of the slat beyond this radial position, ie up to profile sections significantly below 40% relative thickness D / T, can prove detrimental, since here the slat contributes too much to the buoyancy and thus the optimum
  • Circulation distribution does not help as well as further inside, but this injures with the result of unnecessarily high induced power dissipation.
  • the leading edge of the slat 20 extends approximately parallel to the leading edge 13 of the rotor blade 6. As shown in FIGS. 2a to 2e, the slat 20 is under
  • Fig. 3 shows the inner wing of the rotor blade 6 shown in Fig. 2a to f from a different perspective, namely obliquely from above on the trailing edge 14.
  • the recognizable in dashed profile profile cross sections are always thicker towards the blade connection area L 2 and therefore require large depths aerodynamically more effective be. Since large blade depths 6 have a disadvantageous effect in the production and transport of rotor blades 6, the trailing edge 14 is cut off in this area, it being accepted that the resulting profiles develop only limited propulsion.
  • a slat 20 is arranged at a distance from the suction side 15 along the front edge 13 of the rotor blade 6. Since the slat 20 also gives the circular cylinder a buoyancy, the slat 20 can even cover the cylindrical blade connection area L 2 and overlaps the inside of the hub 5 of the rotor 4 as far as possible, if necessary.
  • the slat 20 shown in FIGS. 2a to f has a rectangular plan view in plan view, ie, is provided with a constant depth T VF
  • the embodiment of the slat 20 shown in FIGS. 4 and 5 has one in the direction of the blade root area the blade tip 11 decreasing depth, ie the slat 20 is tapered to the outside.
  • the taper can have both a linear and a curved course.
  • the slat 20 has an aerodynamic profile, d. H. in a Luftumströmung an additional buoyancy is generated on the slat 20, which is effective in addition to the buoyancy of the rotor blade 6 and contributes to the overall performance.
  • Suitable profiles for a slat 20 have a convex suction side 23 and a concave pressure side 24, the latter following a tapered gap 25 of the suction side 15 of the rotor blade 6 follows. With its front edge, which runs approximately parallel to the front edge 13 of the rotor blade 6, the slat 20 forms an air inlet 26. In this area, the gap 25 has its greatest height and is in the direction of downstream air outlet 27 narrower. In this way, an acceleration of the air flow in the gap 25 takes place, which reduces the tendency to flow separation on the suction side 15 of the rotor blade 6.
  • the thickening in the region of the leading edge of the slat 20 which is very easy to produce in this way results in an approximation to an aerodynamically qualified profile and thus increases the performance of the slat 20 in comparison with a wing made of a simple sheet metal.
  • spacers 28 for fastening the slat 20 on the rotor blade 6.
  • the spacers 28 may themselves have an aerodynamic profile in the direction of flow and are interposed between the suction side 15 of the rotor blade 6 and the pressure side 24 of the slat 20 in order to ensure the geometry of the gap 25.
  • screws 29 which extend through the slat 20 and the spacers 28 into the rotor blade 6, the slat 20 is fixed in its intended position.
  • FIG. 8 An alternative embodiment for this purpose is shown in FIG. 8.
  • the wing by means of ribs 30 which are arranged at regular intervals over the length of the slat 20, attached to the rotor blade 6.
  • the ribs 30 are precisely fitted into the gap 25 so that the slat 20 has a larger support surface with the advantage that the exact relative position of the slat 20 relative to the rotor blade 6 can be better maintained.
  • the connection of the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6 or to the hub 5 is of particular importance.
  • the slat 20 rests on spaced at regular axial spacers 28 or ribs 30, wherein the inner end 31 and the outer end 32 are freely running, ie these ends collar with a part of her Length over the outer attachment points.
  • the slat 20 includes in the region of its ends 31 and 32 by the arrangement of flush with the slat 20 final end ribs 33 to the rotor blade 6 at. In this way, the induced power loss is minimized.
  • Fig. 12 shows a further possibility of connecting the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6.
  • the ends 31 and 32 are bent twice in the opposite direction and screwed with the resulting in this way, parallel to the rotor blade 6 end portion by means of fastening screws ,
  • FIGS. 10 to 12 for connecting the slat 20 to a rotor blade 6 represent a non-exhaustive list of examples, so that the invention is not limited thereto. It is also within the scope of the invention to make the connection of the inner end 31 of the slat 20 different than the connection of the outer end 32. Also, the variants shown in Figs. 10 to 12 can be combined.
  • 13 to 16 relate to the relative position of the inner end 31 of the slat 20 to the hub 5.
  • a rotor 4 is provided to hold the slat 20 arriving in the longitudinal extension direction 9 in the sheet connection region L 2, for example by means of a spacer 28 or rib 30, and in the further course with overlap of the hub 5 free to project.
  • a smallest possible aerodynamically effective sheet start is achieved and thus increases the usable rotor area and reduces the induced power loss.
  • the invention proposes to provide an additional rib 35 on the hub 5 in the region of the inner end 31 of the slat 20.
  • the slat 20 extends in compliance a small air gap to the rib 35, so that the induced power loss is additionally reduced ( Figure 14).
  • FIG. 16 shows the connection of a slat 20 to the hub 5 in a rotor 4 with rigid attachment of the rotor blades 6, as is customary in wind turbines with stable control.
  • the inner end 31 of the slat 20 is mutually cranked twice and screwed with its end portion to the hub 5.
  • slat 20 is an integral part of the rotor blade 6, d.
  • Slat 20 and rotor blade 6 form a monolithic unit, which has been created by forming the slat 20 and possibly also the ribs from a whole. In this way, an aerodynamically high profile is available.
  • FIG. 19 and 20 finally show the combination of a Gurney flap 36 in conjunction with a rotor blade 6 according to the invention with slat 20.
  • the Gurney flap 36 is on the pressure side 16 of the rotor blade 6 along the trailing edge 14 over a length of the slat 20 corresponding possibly shorter or longer

Abstract

The invention relates to a rotor blade for a wind power plant, particularly for a horizontal axis wind turbine having an aerodynamic profile comprising a pressure side (16) and a suction side (15). The depth (T) of the aerodynamic profile is determined by the distance from the front blade edge (13) to the rear blade edge (14), and the thickness (D) thereof is defined by the distance from the suction side (15) to the pressure side (16). The rotor blade extends, starting from the blade connection (10), along a longitudinal extension direction to the blade tip (11). According to the invention, a fore flap (20) is disposed in the region of the front edge (13) on the suction side (15) of the rotor blade (6), maintaining a gap to the suction side (15), said flap extending approximately from the blade connection (10) over a maximum of one-third of the length of the rotor blade (6). Using the fore flap (20), the power deficiencies due to the aerodynamically imperfect profile in the indicated region are at least partially compensated for, thus increasing the power potential of a rotor blade according to the invention.

Description

Beschreibung: Description:
Rotorblatt für eine Windkraftanlage sowie WindkraftanlageRotor blade for a wind turbine and wind turbine
Technisches Gebiet:Technical area:
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage gemäß den Oberbegriffen der Patentansprüche 1 und 2 sowie eine Windkraftanlage mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 23.The invention relates to a rotor blade for a wind turbine according to the preambles of claims 1 and 2 and a wind turbine with a rotor blade according to the invention according to the preamble of claim 23.
Stand der Technik:State of the art:
Angesichts eines in den letzten Jahrzehnten kontinuierlich steigenden Energiebedarfs, der zur Deckung dieses Energiebedarfs immer knapper werdenden Primärrohstoffe sowie eines gesteigerten Bewusstseins für eine umweltverträgliche Energieerzeugung rücken regenerative Energiequellen immer mehr ins Interesse der Öffentlichkeit. Neben derIn view of the continuously increasing demand for energy in the last decades, the ever scarcer primary raw materials to meet this energy demand and an increased awareness of environmentally friendly energy generation, regenerative energy sources are becoming more and more in the public interest. In addition to the
Nutzung der Wasserkraft und Sonnenenergie bestehen erhebliche Anstrengungen darin, die Windkraft zur Erzeugung von Energie zu nutzen.Utilizing hydropower and solar energy, there is considerable effort in using wind power to generate energy.
Zu diesem Zweck bekannte Windkraftanlagen bestehen aus einem Turm, an dessen Ende ein Rotor mit radial ausgerichteten Rotorblättern drehbar gelagert ist. Der auf die Rotorblätter auftreffende Wind versetzt den Rotor in eine Rotationsbewegung, die einen mit dem Rotor gekoppelten Generator zur Stromerzeugung antreibt. Durch ein entsprechend aerodynamisches Design der Rotorblätter ist man dabei bestrebt, einen möglich großen Wirkungsgrad zu erzielen, d.h. die dem Wind innewohnende kinetische Energie mit möglichst geringen Verlusten in elektrische Energie umzuwandeln. Ein Beispiel für eine solche Windkraftanlage ist in der DE 103 00 284 A1 beschrieben.For this purpose known wind turbines consist of a tower, at the end of a rotor is rotatably mounted with radially oriented rotor blades. The wind impinging on the rotor blades causes the rotor to rotate, which drives a generator coupled to the rotor to generate electricity. By a correspondingly aerodynamic design of the rotor blades, efforts are made to achieve a possible high efficiency, i. to convert the inherent kinetic energy of the wind into electrical energy with as little loss as possible. An example of such a wind turbine is described in DE 103 00 284 A1.
Dabei stellt sich als allgemein problematisch heraus, dass Windkraftanlagen mehreren Bedingungen gleichzeitig genügen müssen, die sich teilweise gegenseitig ausschließen und die teilweise in Abhängigkeit weiterer Parameter veränderlich sind. Die Gründe hierfür sind zum Teil konstruktionsbedingt, nämlich dass infolge der Rotation eines Rotorblatts in einer Ebene senkrecht zur Rotationsachse über die Länge des Rotorblattes in Abhängigkeit des jeweiligen radialen Abstandes zur Rotationsachse unterschiedliche Umfangsgeschwindigkeiten auftreten. Überlagert werden diese unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten von in der Natur schwankend vorherrschenden Windverhältnissen, so dass ein Rotorblatt im Betrieb sowohl stark schwankenden Anströmgeschwindigkeiten als auch veränderlichen Anströmwinkeln gegenübersteht. Weitere Rahmenbedingungen sind durch Grenzwerte bei Lärmemissionen sowie durch maximale Abmessungen zur Bewerkstelligung des Transports vorgegeben. Beim Design eines Rotorblattes besteht die Kunst daher darin, den unterschiedlichen Ausgangsbedingungen und Anforderungen in einem Design gerecht zu werden. Das Design eines Rotorblatts ist daher immer ein bestmöglicher Kompromiss, um allen Erfordernissen so weit wie möglich gerecht zu werden.It turns out to be generally problematic that wind turbines must meet several conditions simultaneously, which are partially mutually exclusive and which are partly variable depending on other parameters. The reasons for this are partly due to the design, namely that as a result of the rotation of a rotor blade in a plane perpendicular to the axis of rotation over the length of the rotor blade in dependence on the respective radial distance to the axis of rotation different Circumferential speeds occur. Superimposed on these different peripheral velocities of prevailing in nature fluctuating wind conditions, so that a rotor blade faces in operation both strongly fluctuating flow velocities and variable angles of attack. Further framework conditions are specified by noise emission limits as well as maximum dimensions to accomplish the transport. In the design of a rotor blade, the art is therefore to meet the different initial conditions and requirements in a design. The design of a rotor blade is therefore always the best possible compromise to meet all requirements as much as possible.
Die aerodynamische Optimierung von Rotorblättern in ihrem Außenbereich ist bereits weit fortgeschritten. Hingegen ist der Innenbereich eines Rotorblatts einer weiteren Zwangsbedingung unterworfen, die dessen Optimierung erheblich erschwert. Infolge der auf die Rotorblätter auftreffenden Windlast ergibt sich in Richtung des Anschlussbereichs des Rotorblatts an die Rotornabe eine exponential steigende Momentenbeanspruchung. Beim Design eines Rotorblatts muss dieser Beanspruchung in konstruktiver Hinsicht Rechnung getragen werden, was in der Praxis zu einer erheblichen Verdickung der aerodynamischen Profile im Bereich der Blattwurzel führt. Ab einem bestimmten Dicken- Tiefen-Verhältnis sind diese Profile aerodynamisch nur noch bedingt wirksam, wenn nicht sogar unwirksam und tragen daher nur in geringem Umfang oder gar nicht zur Leistungsausbeute der Windkraftanlage bei. Hinzu kommt, dass die Hinterkante konventioneller Rotorblätter im Blattwurzelbereich oft abgeschnitten ist, was die aerodynamische Leistungsfähigkeit des Rotorblatts prinzipiell beeinträchtigt und in der Folge der aerodynamisch wirksame Nabenradius radial nach außen verlagert wird.The aerodynamic optimization of rotor blades in their outdoor area is already well advanced. By contrast, the inner region of a rotor blade is subject to a further constraint condition, which makes its optimization considerably more difficult. As a result of the wind load impinging on the rotor blades, an exponentially increasing moment load results in the direction of the connection region of the rotor blade to the rotor hub. In the design of a rotor blade, this stress must be taken into account constructively, which leads in practice to a considerable thickening of the aerodynamic profiles in the area of the blade root. From a certain thickness-depth ratio, these profiles are aerodynamically only partially effective, if not ineffective and therefore contribute only to a small extent or not at all to the power output of the wind turbine. In addition, the trailing edge of conventional rotor blades in the blade root area is often cut off, which fundamentally impairs the aerodynamic performance of the rotor blade and, as a result, shifts the aerodynamically effective hub radius radially outward.
Um auch den Blattwurzelbereich für die Energiegewinnung besser zu nutzen, wird gemäß der DE 103 19 246 A1 vorgeschlagen, ein Rotorblatt im Wurzelbereich mit extrem großen Blatttiefen auszustatten. Auf diese Weise wird das Blattprofil aerodynamisch verbessert, so dass die Häufigkeit von Strömungsabrissen abnimmt und damit Verluste minimiert werden. Zudem wird mit der großen Blatttiefe im Bereich der Blattwurzel eine zusätzliche Ertragsfläche zur besseren Ausnutzung der Windenergie bereitgestellt. Auch entspricht eine große Blatttiefe im Blattwurzelbereich besser der optimalen Blattzirkulationsverteilung mit der Folge einer geringeren induzierten Verlustleistung. Der Nachteil eines solchen Rotorblatts wird vor allem bei Windkraftanlagen mit großem Rotordurchmesser deutlich. So werden bei Rotorblättern mit einer Länge von 50 m bis 70 m Blatttiefen im Wurzelbereich mit bis zu 8 m erreicht. Solche Rotorblätter sind für einen Transport auf der Straße nicht mehr geeignet. Es ist daher notwendig, derartige Rotorblätter mehrteilig zu konstruieren mit dem damit verbundenen zusätzlichen Aufwand bei der Blattherstellung und den Gefahren einer aerodynamisch problematischen Stoßstelle.In order to make better use of the blade root area for energy generation, it is proposed according to DE 103 19 246 A1 to equip a rotor blade in the root area with extremely large blade depths. In this way, the blade profile is aerodynamically improved, so that the frequency of stalls decreases and thus losses are minimized. In addition, with the large blade depth in the area of the blade root, an additional yield area is provided for better utilization of the wind energy. Also, a large blade depth in the blade root area better corresponds to the optimum blade circulation distribution with the result of a lower induced power loss. The disadvantage of such a rotor blade is particularly evident in wind turbines with a large rotor diameter. For rotor blades with a length of 50 m to 70 m, blade depths in the root area of up to 8 m are achieved. Such rotor blades are no longer suitable for transport by road. It is therefore necessary to construct such rotor blades in several parts with the associated additional effort in the production of sheets and the dangers of an aerodynamically problematic joint.
Schließlich ist auch schon durch Benutzung eine Windkraftanlage mit einem einflügligen Rotor bekannt. Das einzige Rotorblatt der Anlage ist über ein Schlaggelenk an der Rotorwelle befestigt. Das über seine Länge verwindungsfreie Rotorblatt weist einen konstanten Querschnitt auf und besitzt somit über seine gesamte Länge konstante aerodynamische Eigenschaften. Um die Anlage stets im stabilen Bereich betreiben zu können, ist eine Bremseinrichtung zur Begrenzung der Rotordrehzahl vorgesehen. Die Bremseinrichtung sieht einen Vorflügel entlang der Vorderkante des Rotorblatts vor, der bei Überschreiten einer Grenzdrehzahl fliehkraftbetätigt um seine Längsachse schwenkt und das bis zum Nennlastbereich aerodynamisch qualifizierte Profil derart verändert, dass sich die Luftströmung auf der Profiloberseite plötzlich ablöst und damit Bremsleistung erzeugt. Um die Bremsleistung überhaupt erzeugen zu können beträgt die Länge des Vorflügels etwa 75 % der Länge des Rotorblatts. Bei kürzeren Vorflügeln überwiegt der im Außenbereich des Rotorblatts erzeugte Vortrieb die dem entgegenwirkende Bremsleistung im Innenbereich, so dass nur ungenügend Bremsleistung zur Verfügung gestellt wird. Dem Vorflügel dieser Windkraftanlagen kommt somit ausschließlich die Funktion einer Überlastsicherung zu.Finally, even by using a wind turbine with a single-rotor is known. The only rotor blade of the system is attached to the rotor shaft via a hinge joint. The torsion-free rotor blade has a constant cross-section and thus has constant aerodynamic properties over its entire length. In order to operate the system always in the stable range, a braking device is provided to limit the rotor speed. The braking device provides a slat along the leading edge of the rotor blade, which pivots on its longitudinal axis when a limit speed is exceeded pivots and the aerodynamically qualified profile up to the nominal load range such that the air flow abruptly on the top profile and thus produces braking power. In order to generate the braking power at all, the length of the slat is about 75% of the length of the rotor blade. With shorter slats, the propulsion generated in the outer area of the rotor blade outweighs the counteracting braking power in the interior, so that only insufficient braking power is made available. The slat these wind turbines thus comes exclusively to the function of overload protection.
Darstellung der Erfindung:Presentation of the invention:
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, Windkraftanlagen in ihrer Leistung zu steigern, insbesondere ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage anzugeben, das über seinen gesamten Innenbereich einen verbesserten Wirkungsgrad aufweist, ohne die vorgenannten Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Diese Aufgabe wird durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 oder 2 sowie eine daraus hergestellte Windkraftanlage gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 23 gelöst.Against this background, the object of the invention is to increase wind power plants in their performance, in particular to specify a rotor blade for a wind turbine, which has over its entire interior area an improved efficiency, without having to accept the aforementioned disadvantages. This object is achieved by a rotor blade with the features of claim 1 or 2 and a wind turbine made therefrom according to the features of claim 23.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.Advantageous embodiments will be apparent from the dependent claims.
Die Erfindung löst sich von der im Stand der Technik allgegenwärtigen Vorstellung, eine Windkraftanlage aerodynamisch zu optimieren, indem das Profil des Rotorblatts im Blattwurzelbereich modifiziert wird. Stattdessen beschreitet die Erfindung einen gänzlich anderen Weg, indem Verluste infolge aerodynamisch unvollkommener oder gänzlich unwirksamer Blattwurzelprofile durch die Anordnung eines Vorflügels in dem entsprechenden Bereich ausgeglichen werden.The invention overcomes the ubiquitous notion in the art of aerodynamically optimizing a wind turbine by modifying the profile of the blade root in the blade root region. Instead, the invention takes a completely different approach by compensating for losses due to aerodynamically imperfect or completely inactive blade root profiles by placing a slat in the corresponding area.
Die Anordnung eines Vorflügels erzeugt gewöhnlicherweise, also bei einem Profil mit Druck- und Saugseite, eine Luftströmung mit hoher Geschwindigkeit von der Druckseite des Rotorblatts hin zu dessen Saugseite und führt so der Saugseite kinetische Energie zu. Angereichert mir dieser kinetischen Energie kann die Grenzschicht der Strömung den Druckanstieg im hinteren Bereich der Saugseite weit besser aushalten ohne abzulösen. Ganz besonders geeignet ist der Vorflügel bei Profiltiefen von relativen Dicken D/T von 40 % und mehr, das heißt also für sogenannte Strakprofile, die durch den Strak von einem letzten aerodynamisch gesicherten Profil von zum Beispiel 40 % relativer Dicke D/T auf das Kreisprofil des unmittelbaren Blattanschlussbereichs entstehen. Selbst im Extremfall eines Kreisprofils, wie es zum Beispiel im Blattanschlussbereich vorhanden ist, wirkt sich der Vorflügel leistungssteigernd aus. Bei diesem per se neutralen Profil (kein Auftrieb, nur Widerstand) erzeugt der Vorflügel eine Unsymmetrie der Umströmung und dadurch eine Saug- und eine Druckseite und somit einen nutzbaren Auftrieb bei nur geringerThe arrangement of a slat usually generates, so in a profile with pressure and suction side, a flow of air at high speed from the pressure side of the rotor blade towards the suction side and thus leads to the suction side kinetic energy. Enriched with this kinetic energy, the boundary layer of the flow can better withstand the pressure increase in the rear area of the suction side without detaching. Especially suitable is the slat at profile depths of relative thicknesses D / T of 40% and more, that is for so-called Strakprofile by the Strak of a last aerodynamically secured profile of, for example, 40% relative thickness D / T on the circular profile of the immediate sheet connection area arise. Even in the extreme case of a circular profile, as is the case, for example, in the blade connection area, the slat has a performance-enhancing effect. In this per se neutral profile (no buoyancy, only resistance), the slat creates an asymmetry of the flow around and thus a suction and a pressure side and thus a useful buoyancy at only a lower
Widerstandserhöhung. Durch den Vorflügel wird also zum einen der aerodynamisch wirksame Blattbeginn wesentlich in Richtung der Rotorachse verlagert und somit das Rotorblatt über seine Länge besser genutzt.Resistance increase. By the slat so aerodynamically effective sheet beginning is so much shifted in the direction of the rotor axis and thus better used the rotor blade over its length.
Zum anderen lässt sich die optimale Zirkulationsverteilung r über die Spannweite des Rotorblatts besser realisieren und somit die induzierte Verlustleistung des Rotors verringern. Mit der Zirkulationsgleichung t • CaOn the other hand, the optimum circulation distribution r over the span of the rotor blade can be better realized and thus reduce the induced power loss of the rotor. With the circulation equation t • Approx
(wobei weff der effektiven lokalen Anströmgeschwindigkeit des betreffenden Profilschnitts entspricht)(where w eff corresponds to the effective local flow velocity of the respective profile section)
zeigt sich, dass die optimale Zirkulation im Blattwurzelbereich sowohl mit vergrößerter Blatttiefe t (wie bei DE 103 19 246 A1) als auch mit vergrößertem Auftriebsbeiwert ca realisiert werden kann. Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Vergrößerung des ca- Wertes mit Hilfe eines Vorflügels ab.shows that the optimal circulation in the blade root area both with increased blade depth t (as in DE 103 19 246 A1) and with increased lift coefficient c a can be realized. The present invention aims at increasing the c a value with the aid of a slat.
Diese beiden genannten Vorteile, die der Vorflügel am Innenflügel bewirkt, nämlich bessere Ausnutzung des Rotorblatts und geringere induzierte Verlustleistung durch bessere Anpassung an die optimale radiale Zirkulationsverteilung, addieren sich nicht nur, sondern verstärken sich gegenseitig mit dem Effekt einer überproportionalen Leistungssteigerung der Windturbine.These two advantages, which the vane on the inner wing causes, namely better utilization of the rotor blade and lower induced power loss due to better adaptation to the optimal radial circulation distribution, not only add up but mutually reinforce each other with the effect of a disproportionate performance increase of the wind turbine.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich dabei, dass die Leistungssteigerung dank der Erfindung ohne Änderungen am Blattprofil selbst erreicht werden kann. Es ist also möglich, weiterhin Rotorblätter mit verhältnismäßig geringen Tiefen im Blattwurzelbereich herzustellen und zu nutzen mit dem Vorzug einer einfachen und kostengünstigen Herstellung sowie eines einfachen Transports, ohne Einbußen beim Wirkungsgrad einer Windkraftanlage hinnehmen zu müssen.It proves to be particularly advantageous that the power increase can be achieved thanks to the invention without changes to the blade profile itself. It is therefore possible to continue to produce rotor blades with relatively small depths in the blade root area and to use with the advantage of a simple and cost-effective production and a simple transport without having to accept losses in the efficiency of a wind turbine.
Da der erfindungsgemäße Vorflügel nicht zwangsläufig Modifikationen am Blattprofil voraussetzt, ist es ferner möglich, bestehende Windkraftanlagen in erfindungsgemäßer Weise nachzurüsten, um auch bei bestehenden Anlagen in den Genuss einer erhöhten Leistungsausbeute zu kommen.Since the slat invention does not necessarily require modifications to the blade profile, it is also possible to retrofit existing wind turbines in accordance with the invention, in order to benefit from an increased power output even with existing systems.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:Brief description of the drawings:
Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Dabei werden zur Erleichterung des Verständnisses für gleiche oder gleichwirkende Elemente der Erfindung bei allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet.The invention will be explained in more detail below with reference to embodiments illustrated in the drawings. In doing so, to facilitate understanding for the same or equivalent elements of the invention, the same reference numerals are used in all figures.
Es zeigtIt shows
Fig. 1 eine Ansicht auf die Luvseite einer erfindungsgemäße Windkraftanlage,1 is a view of the windward side of a wind turbine according to the invention,
Fig. 2a eine Draufsicht auf die Saugseite eines erfindungsgemäßen Rotorblatts der in Fig. 1 dargestellten Windkraftanlage,2a is a plan view of the suction side of a rotor blade according to the invention of the wind turbine shown in Fig. 1,
Fig. 2b-f Profilschnitte des in Fig. 2a dargestellten Rotorblatts in unterschiedlichen Querschnittsebenen,2b-f profile sections of the rotor blade shown in Fig. 2a in different cross-sectional planes,
Fig. 3 eine Teilansicht von schräg hinten auf den Innenbereich des in den Figuren 1 und 2a bis f dargestellten Rotorblatts,3 is a partial view obliquely from behind on the inner region of the rotor blade shown in Figures 1 and 2a to f,
Fig. 4-5 zwei Teilansichten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßenFig. 4-5 two partial views of further embodiments of an inventive
Rotorblatts im Bereich des Innenflügels,Rotor blades in the area of the inner wing,
Fig. 6-9 jeweils einen Querschnitt weiterer Ausführungsformen durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt im Bereich des Vorflügels,6-9 each show a cross section of further embodiments by an inventive rotor blade in the region of the slat,
Fig. 10-12 jeweils eine Schrägansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels,10-12 each an oblique view of further embodiments of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,
Fig. 13-16 jeweils eine Schrägansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Anschlussbereich an die Rotornabe,13-16 in each case an oblique view of further embodiments of a rotor blade according to the invention in the connection region to the rotor hub,
Fig. 17 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels,17 is an oblique view of a further embodiment of a rotor blade according to the invention in the region of the inner wing,
Fig. 18 einen Querschnitt durch das in Figur 17 dargestellte Rotorblatt entlang der dortigen Linie XVIII - XVIII, Fig. 19 einen Teilquerschnitt durch den Anschlussbereich eines erfindungsgemäßen Rotorblatts mit der Anordnung einer Gurney-Flap und18 shows a cross section through the rotor blade shown in FIG. 17 along the line XVIII-XVIII there, FIG. 19 shows a partial cross section through the connection region of a rotor blade according to the invention with the arrangement of a Gurney flap and
Fig. 20 einen Teilquerschnitt durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt mit einerFig. 20 is a partial cross-section through an inventive rotor blade with a
Gurney-Flap im Bereich der Hinterkante.Gurney flap in the area of the trailing edge.
Ausführliche Darstellung der Ausführungsbeispiele:Detailed representation of the embodiments:
Fig. 1 zeigt eine erfindungsgemäße Windkraftanlage 1 , die sich zusammensetzt aus einem Turm 2, der mit seinem Fußbereich fest im Untergrund 3 verankert ist. Im Kopfbereich des Turms 2 sieht man einen Rotor 4, der um eine senkrecht zurFig. 1 shows an inventive wind turbine 1, which is composed of a tower 2, which is firmly anchored with its foot in the ground 3. In the head area of the tower 2 you can see a rotor 4, which is a perpendicular to the
Darstellungsebene verlaufende Rotationsachse 7 in Richtung eines Pfeils 8 rotiert. Der Rotor 4 setzt sich im Wesentlichen zusammen aus einer Nabe 5, die am Kopf des Turms 2 drehbar gelagert und mit einem Generator zur Stromerzeugung gekoppelt ist. Im Bereich der Nabe 5 sind die Rotorblätter 6 an den Rotor 4 angeschlossen.Display plane extending rotation axis 7 in the direction of arrow 8 rotates. The rotor 4 is essentially composed of a hub 5, which is rotatably mounted on the head of the tower 2 and coupled to a generator for generating electricity. In the region of the hub 5, the rotor blades 6 are connected to the rotor 4.
In den Figuren 2a bis f ist ein Rotorblatt 6 des Rotors 4 in größerem Maßstab dargestellt. Während Figur 2a eine Draufsicht auf die Saugseite eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 6 zeigt, stellen die Figuren 2b bis f Querschnitte desselben in den entsprechend benannten Lotebenen zur Blattlängsachse dar.In the figures 2a to f, a rotor blade 6 of the rotor 4 is shown in a larger scale. While FIG. 2 a shows a plan view of the suction side of a rotor blade 6 according to the invention, FIGS. 2 b to f show cross sections thereof in the respectively designated solder planes to the blade longitudinal axis.
In Fig. 2a ist mit dem Bezugszeichen 9 die Längserstreckungsrichtung des Rotorblatts 6 bezeichnet. In Längserstreckungsrichtung 9 erstreckt sich das Rotorblatt 6 vom nabenseitigen Blattanschluss 10 bis zum freien Ende des Rotorblatts 6, das als Blattspitze 11 bezeichnet ist.In FIG. 2a, reference numeral 9 denotes the direction of longitudinal extent of the rotor blade 6. In the longitudinal extension direction 9, the rotor blade 6 extends from the hub-side blade terminal 10 to the free end of the rotor blade 6, which is referred to as the blade tip 11.
Aus Fig. 2a ist zudem eine Längsgliederung des Rotorblatts 6 ersichtlich, auf die im weiteren Teil der Beschreibung Bezug genommen wird. Die Bezugsebene für ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 6 ist die Blattanschlussebene 12, die den Übergang des Rotorblatts 6 zur Nabe 5 definiert. Der Abstand der Blattanschlussebene 12 zur Rotationsachse 7 ist in Fig. 2a mit L1 bezeichnet und entspricht dem Nabenradius. Der kreiszylindrische Teil des Rotorblatts mit der Länge L2 stellt den Abstand von der Blattanschlussebene 12 zum Beginn der Strakprofile des Rotorblatts 6 dar und wird im Weiteren als Blattanschlussbereich bezeichnet. Mit L3 ist der Blattwurzelbereich gekennzeichnet, der dem Abstand der Blattanschlussebene 12 zum aerodynamisch wirksamen Blattbeginn entspricht. Der aerodynamisch wirksame Blattbeginn liegt in der Lotebene zur Längserstreckungsrichtung 9, in der aufgrund eines ausreichend aerodynamisch qualifizierten Profils erstmals ein Beitrag zur Leistungsausbeute der Windkraftanlage 1 erwirtschaftet wird. Der aerodynamisch wirksame Blattbeginn wird auch aerodynamischer Nabenradius genannt. L4 beschreibt schließlich den Abstand der Blattanschlussebene 12 zum ersten Drittelpunkt des Rotorblattes 6, der im weiteren auch als Innenbereich oder Innenflügel bezeichnet ist.From Fig. 2a also a longitudinal structure of the rotor blade 6 can be seen, to which reference is made in the rest of the description. The reference plane for a rotor blade 6 according to the invention is the sheet connection plane 12, which defines the transition of the rotor blade 6 to the hub 5. The distance of the Blattanschlussebene 12 to the axis of rotation 7 is indicated in Fig. 2a with L 1 and corresponds to the hub radius. The circular-cylindrical part of the rotor blade with the length L 2 represents the distance from the sheet connection plane 12 to the beginning of the strake profiles of the rotor blade 6 and is referred to below as the blade connection region. With L 3 is the leaf root area , which corresponds to the distance of the Blattanschlussebene 12 for aerodynamically effective sheet beginning. The aerodynamically effective blade start is in the plumb plane to the longitudinal extension direction 9, in which due to a sufficiently aerodynamically qualified profile for the first time a contribution to the power yield of the wind turbine 1 is generated. The aerodynamically effective leaf beginning is also called aerodynamic hub radius. Finally, L 4 describes the distance of the sheet connection plane 12 to the first third point of the rotor blade 6, which is also referred to below as the inner region or inner wing.
In Fig. 2a ist ferner die Blattvorderkante 13 des Rotorblatts 6 erkennbar, die bei Rotation des Rotors 4 die Anströmkante darstellt. Ihr in Blattebene gegenüberliegend verläuft die Blatthinterkante 14. Der Abstand zwischen Vorderkante 13 und Hinterkante 14 ergibt die Tiefe T, die ausgehend vom Blattanschlussbereich L2 zunimmt bis zu einem Punkt innerhalb des Innenflügels, von wo sie sich zur Blattspitze 11 hin kontinuierlich verringert. Die in Fig. 2a dargestellte Oberseite des Rotorblatts entspricht der Saugseite 15, die darunter liegende Unterseite der Druckseite 16.In Fig. 2a, the blade leading edge 13 of the rotor blade 6 is also recognizable, which represents the leading edge during rotation of the rotor 4. The distance between the leading edge 13 and the trailing edge 14 results in the depth T, which increases from the blade connection region L 2 to a point inside the inner wing, from where it decreases continuously towards the blade tip 11. The upper side of the rotor blade shown in FIG. 2a corresponds to the suction side 15, the lower side of the pressure side 16 lying underneath.
Die Figuren 2b - 2f geben die unterschiedlichen Profilquerschnitte in den angegebenen Abständen zur Blattanschlussebene 12 wieder. In der Blattanschlussebene 12 besitzt demnach das Rotorblatt 6 einen Kreisquerschnitt, mit dem es an die Nabe 5 anschließt. Der Kreisquerschnitt wird in der Regel über den gesamten Blattanschlussbereich L2 beibehalten. Da ein Kreisprofil ohne zusätzliche Maßnahmen keinen Auftrieb liefert, würde in diesem Bereich kein Beitrag zur Energiegewinnung erzeugt werden. Das gilt auch weitgehend für die ersten Strakprofile der Strecken L3 und insbesondere L2. Figur 2c zeigt einen solchen Profilschnitt, der ohne weitere Maßnahmen praktisch nichts zur Leistung des Rotors beitragen kann.FIGS. 2b-2f show the different profile cross sections at the specified distances from the sheet connection plane 12. Accordingly, in the blade connection plane 12, the rotor blade 6 has a circular cross section, with which it adjoins the hub 5. The circular cross-section is usually maintained over the entire blade connection area L 2 . Since a circular profile provides no buoyancy without additional measures, no contribution to energy production would be generated in this area. This also applies to a large extent to the first strake profiles of L 3 and L 2 in particular. Figure 2c shows such a profile section, which can contribute virtually nothing to the performance of the rotor without further measures.
Erst außerhalb von L3 würden die Strakprofile ohne weitere Maßnahme in der Lage sein, Auftrieb zu erzeugen, wenn auch nur in geringem Maße. Hinzu kommt, dass die Hinterkante 14 bekannter Rotorblätter meist abgeschnitten ist, um große Blatttiefen zu vermeiden (vgl. Figur 2d). Durch den Hinterkantenabschnitt erhält man aber große relative Profildicken D/T von z.B. 70 %, womit der Auftrieb sowie der wirksame Anstellwinkelbereich sinken und der Widerstand steigt. Diese Probleme lassen sich auch nicht dadurch beheben, dass man ein solches Profil einfach an der Hinterkante zuspitzt, Profildicke und -tiefe aber beibehält. Man würde durch diese Zuspitzung in Richtung der Hinterkante einen Druckanstieg verlangen, den die Grenzschicht nicht darstellen kann. Die Strömung löst auf der Ober- und eventuell auch auf der Unterseite ab und zwar mit schlechterem Ergebnis als bei einem Profil mit gut gewählter endlicher Hinterkantendicke. Mit zunehmender radialer Position erhält man eine immer besser werdende Annäherung an ein aerodynamisch qualifiziertes Profil. Die Profiltiefe nimmt zu, Profildicke und Hinterkantendicke nehmen ab (siehe Fig. 2e).Only outside of L 3 would the strut profiles without further action be able to generate buoyancy, albeit to a lesser extent. In addition, the trailing edge 14 of known rotor blades is usually cut off in order to avoid large blade depths (see Figure 2d). By the trailing edge section but you get large relative profile thickness D / T of eg 70%, whereby the buoyancy and the effective Anstellwinkelbereich decrease and the resistance increases. These problems can not be resolved by simply tapering such a profile at the trailing edge, Profile thickness and depth but maintains. This taper in the direction of the trailing edge would require an increase in pressure which the boundary layer can not represent. The flow dissolves on the top and possibly also on the underside and with worse results than in a profile with a well-chosen finite trailing edge thickness. With increasing radial position one gets an ever better approximation to an aerodynamically qualified profile. The tread depth increases, tread thickness and rear edge thickness decrease (see Fig. 2e).
Um die Leistungsausbeute eines erfindungsgemäßen Rotorblatts 6 im Bereich aerodynamisch ungünstiger Profilquerschnitte zu erhöhen, ist gemäß der Erfindung ein Vorflügel 20 vorgesehen, der, wie Figur 2a zeigt, sich auf der Saugseite 15 inIn order to increase the power yield of a rotor blade 6 according to the invention in the region of aerodynamically unfavorable profile cross sections, a slat 20 is provided according to the invention, which, as Figure 2a shows, on the suction side 15 in
Längserstreckungsrichtung 9 mindestens über die ganze Strecke L3 erstreckt. Nach innen hin kann der Vorflügel 20, soweit es die Nabengeometrie erlaubt, über den Blattanschluss 12 überstehen und die Nabe 5 überlappen, wie Fig. 2a zeigt. Nach außen hin wird man den Vorflügel 20 soweit fortsetzen, bis er Profilschnitte genügender aerodynamischer Qualifikation erreicht. In der Regel werden das Profilschnitte mit einer relativen Dicke von ungefähr 40 % sein, entsprechend einer relativen radialen Position r/R (R ist der Blattradius) von durchschnittlich 20 % bis 25 %, je nach Blattdesign. Wesentliche Verlängerungen des Vorflügels über diese radiale Position hinaus, also bis zu Profilschnitten deutlich unter 40 % relativer Dicke D/T, können sich als schädlich erweisen, da hier der Vorflügel zuviel zum Auftrieb beiträgt und damit die optimaleLongitudinal direction 9 extends at least over the entire distance L3. Towards the inside, the slat 20 can, as far as the hub geometry permits, project beyond the blade connection 12 and overlap the hub 5, as FIG. 2 a shows. To the outside, you will continue the slat 20 until it reaches profile sections sufficient aerodynamic qualification. Typically, the profile cuts will have a relative thickness of about 40%, corresponding to a relative radial position r / R (R is the blade radius) of on average 20% to 25%, depending on the blade design. Substantial extensions of the slat beyond this radial position, ie up to profile sections significantly below 40% relative thickness D / T, can prove detrimental, since here the slat contributes too much to the buoyancy and thus the optimum
Zirkulationsverteilung nicht erfüllen hilft wie weiter innen, sondern diese verletzt mit dem Ergebnis einer unnötig hohen induzierten Verlustleistung.Circulation distribution does not help as well as further inside, but this injures with the result of unnecessarily high induced power dissipation.
Die Vorderkante des Vorflügels 20 verläuft etwa parallel zur Vorderkante 13 des Rotorblatts 6. Wie aus den Fig. 2a bis 2e ersichtlich, liegt der Vorflügel 20 unterThe leading edge of the slat 20 extends approximately parallel to the leading edge 13 of the rotor blade 6. As shown in FIGS. 2a to 2e, the slat 20 is under
Einhaltung eines Spalts zur Saugseite 15 hin mit seiner Vorderkante in etwa auf Höhe der Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 und endet etwa im Bereich der größten Dicke D des Rotorblatts 6.Maintaining a gap to the suction side 15 with its leading edge approximately at the height of the leading edge 13 of the rotor blade 6 and ends approximately in the region of the largest thickness D of the rotor blade. 6
Fig. 3 zeigt den Innenflügel des in Fig. 2a bis f dargestellten Rotorblatts 6 aus einer anderen Perspektive, nämlich von schräg oben auf die Hinterkante 14. Die in gestrichelter Darstellung erkennbaren Profilquerschnitte werden zum Blattanschlussbereich L2 hin immer dicker und verlangen daher nach großen Tiefen um aerodynamisch effektiver zu sein. Da sich große Blatttiefen bei der Herstellung und dem Transport von Rotorblättern 6 nachteilig auswirken, ist die Hinterkante 14 in diesem Bereich abgeschnitten, wobei in Kauf genommen wird, dass die dadurch entstehenden Profile nur bedingt Vortrieb entwickeln. Zur Leistungssteigerung dieses Bereichs ist im Abstand zur Saugseite 15 entlang der Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 ein Vorflügel 20 angeordnet. Da der Vorflügel 20 auch dem Kreiszylinder einen Auftrieb verleiht, kann der Vorflügel 20 sogar auch den zylindrischen Blattanschlussbereich L2 überdecken und überlappt dabei nach innen gegebenenfalls die Nabe 5 des Rotors 4 soweit wie möglich.Fig. 3 shows the inner wing of the rotor blade 6 shown in Fig. 2a to f from a different perspective, namely obliquely from above on the trailing edge 14. The recognizable in dashed profile profile cross sections are always thicker towards the blade connection area L 2 and therefore require large depths aerodynamically more effective be. Since large blade depths 6 have a disadvantageous effect in the production and transport of rotor blades 6, the trailing edge 14 is cut off in this area, it being accepted that the resulting profiles develop only limited propulsion. To increase the performance of this area, a slat 20 is arranged at a distance from the suction side 15 along the front edge 13 of the rotor blade 6. Since the slat 20 also gives the circular cylinder a buoyancy, the slat 20 can even cover the cylindrical blade connection area L 2 and overlaps the inside of the hub 5 of the rotor 4 as far as possible, if necessary.
Während der in den Fig. 2a bis f dargestellte Vorflügel 20 in der Draufsicht einen rechteckförmigen Grundriss besitzt, d. h. also mit einer konstanten Tiefe TVF ausgestattet ist, besitzt die in den Fig. 4 und 5 dargestellte Ausführungsform des Vorflügels 20 eine vom Blattwurzelbereich in Richtung der Blattspitze 11 abnehmende Tiefe, d. h. der Vorflügel 20 ist nach außen hin verjüngt. Die Verjüngung kann dabei sowohl einen linearen als auch gekrümmten Verlauf aufweisen. Mit einer solchen Ausbildung des Vorflügels 20 wird berücksichtigt, dass das Profil des Rotorblatts 6 zur Blattspitze 11 hin aerodynamisch leistungsfähiger wird, so dass ein Ausgleich der profilbedingten Leistungsdefizite mit Hilfe des Vorflügels 20 nicht mehr in dem Maße notwendig ist.While the slat 20 shown in FIGS. 2a to f has a rectangular plan view in plan view, ie, is provided with a constant depth T VF , the embodiment of the slat 20 shown in FIGS. 4 and 5 has one in the direction of the blade root area the blade tip 11 decreasing depth, ie the slat 20 is tapered to the outside. The taper can have both a linear and a curved course. With such a design of the slat 20 is taken into account that the profile of the rotor blade 6 is aerodynamically more efficient towards the blade tip 11, so that a compensation of the profile-related performance deficits using the slat 20 is no longer necessary to the extent.
Aus den Fig. 4 und 5 ist ferner ersichtlich, dass das innere Ende 31 des Vorflügels 20 sowie dessen äußeres Ende 32 jeweils einen elliptisch geformten Randbogen 21 und 22 aufweisen, um die induzierte Verlustleistung möglichst gering zu halten.From FIGS. 4 and 5 it can also be seen that the inner end 31 of the slat 20 and its outer end 32 each have an elliptically shaped edge bow 21 and 22 in order to minimize the induced power loss.
Die Fig. 6, 7, 8 und 9 zeigen Querschnitte durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 6 im Bereich des Vorflügels 20. Demnach besitzt der Vorflügel 20 ein aerodynamisches Profil, d. h. bei einer Luftumströmung wird am Vorflügel 20 ein Zusatzauftrieb erzeugt, der zusätzlich zum Auftrieb des Rotorblatts 6 wirksam ist und zur Leistungssteigerung insgesamt beiträgt.6, 7, 8 and 9 show cross-sections through an inventive rotor blade 6 in the region of the slat 20. Accordingly, the slat 20 has an aerodynamic profile, d. H. in a Luftumströmung an additional buoyancy is generated on the slat 20, which is effective in addition to the buoyancy of the rotor blade 6 and contributes to the overall performance.
Geeignete Profile für einen Vorflügel 20 besitzen eine konvexe Saugseite 23 und eine konkave Druckseite 24, wobei letztere unter Einhaltung eines sich verjüngenden Spalts 25 der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 folgt. Mit seiner Vorderkante, die etwa parallel zur Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 verläuft, bildet der Vorflügel 20 einen Lufteintritt 26 aus. In diesem Bereich weist der Spalt 25 seine größte Höhe auf und wird in Richtung des stromabwärts liegenden Luftaustritts 27 enger. Auf diese Weise findet eine Beschleunigung der Luftströmung im Spalt 25 statt, die die Neigung zur Strömungsablösung auf der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 reduziert.Suitable profiles for a slat 20 have a convex suction side 23 and a concave pressure side 24, the latter following a tapered gap 25 of the suction side 15 of the rotor blade 6 follows. With its front edge, which runs approximately parallel to the front edge 13 of the rotor blade 6, the slat 20 forms an air inlet 26. In this area, the gap 25 has its greatest height and is in the direction of downstream air outlet 27 narrower. In this way, an acceleration of the air flow in the gap 25 takes place, which reduces the tendency to flow separation on the suction side 15 of the rotor blade 6.
Während der in den Fig. 6, 7 und 8 dargestellte Querschnitt des Vorflügels 20 einen über seine Tiefe TVF veränderlichen Dickenverlauf besitzt, ist die in Fig. 9 gezeigteWhile the cross-section of the slat 20 shown in FIGS. 6, 7 and 8 has a varying thickness over its depth T VF , that shown in Fig. 9
Ausführungsform des Vorflügels 20 durchgehend aus einem Blech gedrückt, das im Bereich der Anströmkante umgebördelt ist. Die auf diese Weise sehr einfach herzustellende Verdickung im Bereich der Vorderkante des Vorflügels 20 ergibt eine Annäherung an ein aerodynamisch qualifiziertes Profil und erhöht somit die Leistung des Vorflügels 20 im Vergleich zu einem Flügel aus einem einfachen Blech.Embodiment of the slat 20 continuously pressed from a sheet that is flanged in the leading edge. The thickening in the region of the leading edge of the slat 20 which is very easy to produce in this way results in an approximation to an aerodynamically qualified profile and thus increases the performance of the slat 20 in comparison with a wing made of a simple sheet metal.
Wie aus den Figuren 6, 7 und 9 hervorgeht, können zur Befestigung des Vorflügels 20 am Rotorblatt 6 Abstandhalter 28 vorgesehen sein. Die Abstandhalter 28 können selbst ein in Anströmrichtung aerodynamisches Profil aufweisen und sind zwischen der Saugseite 15 des Rotorblatts 6 und der Druckseite 24 des Vorflügels 20 zwischengeschoben, um die Geometrie des Spalts 25 sicher zu stellen. Mittels Schrauben 29, die sich durch den Vorflügel 20 und die Abstandshalter 28 bis in das Rotorblatt 6 erstrecken, wird der Vorflügel 20 in seiner bestimmungsgemäßen Lage fixiert.As can be seen from FIGS. 6, 7 and 9, it is possible to provide spacers 28 for fastening the slat 20 on the rotor blade 6. The spacers 28 may themselves have an aerodynamic profile in the direction of flow and are interposed between the suction side 15 of the rotor blade 6 and the pressure side 24 of the slat 20 in order to ensure the geometry of the gap 25. By means of screws 29 which extend through the slat 20 and the spacers 28 into the rotor blade 6, the slat 20 is fixed in its intended position.
Eine hierzu alternative Ausführungsform ist in Fig. 8 dargestellt. Dort wird der Flügel mittels Rippen 30, die in regelmäßigen Abständen über die Länge des Vorflügels 20 angeordnet sind, am Rotorblatt 6 befestigt. Die Rippen 30 sind präzise in den Spalt 25 eingepasst, so dass sich für den Vorflügel 20 eine größere Auflagefläche ergibt mit dem Vorteil, dass die exakte relative Lage des Vorflügels 20 gegenüber dem Rotorblatt 6 besser eingehalten werden kann.An alternative embodiment for this purpose is shown in FIG. 8. There, the wing by means of ribs 30 which are arranged at regular intervals over the length of the slat 20, attached to the rotor blade 6. The ribs 30 are precisely fitted into the gap 25 so that the slat 20 has a larger support surface with the advantage that the exact relative position of the slat 20 relative to the rotor blade 6 can be better maintained.
Im Hinblick auf die Minimierung der induzierten Verlustleistung und damit Erhöhung der Rotorleistung kommt dem Anschluss der Enden 31 und 32 des Vorflügels 20 an das Rotorblatt 6 bzw. an die Nabe 5 eine besondere Bedeutung zu. Gemäß einer ersten in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform der Erfindung ruht der Vorflügel 20 auf in regelmäßigen axialen Abständen angeordneten Abstandhaltern 28 oder Rippen 30, wobei das innere Ende 31 und das äußere Ende 32 frei fahrend ausgebildet sind, d. h. diese Enden kragen mit einem Teil ihrer Länge über die äußeren Befestigungspunkte aus. Wie bereits unter den Fig. 4 und 5 erwähnt, erweist es sich als vorteilhaft, bei einer solchen Ausführungsform die Enden 31 und 32 als elliptische Randbögen auszubilden.With regard to minimizing the induced power loss and thus increasing the rotor power, the connection of the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6 or to the hub 5 is of particular importance. According to a first shown in Fig. 10 embodiment of the invention, the slat 20 rests on spaced at regular axial spacers 28 or ribs 30, wherein the inner end 31 and the outer end 32 are freely running, ie these ends collar with a part of her Length over the outer attachment points. As already mentioned in FIGS. 4 and 5, it proves to be advantageous in such an embodiment to form the ends 31 and 32 as elliptical edge arches.
Bei der in Fig. 11 dargestellten Ausführungsform der Erfindung schließt der Vorflügel 20 im Bereich seiner Enden 31 und 32 durch die Anordnung von bündig mit dem Vorflügel 20 abschließenden Endrippen 33 an das Rotorblatt 6 an. Auf diese Weise wird die induzierte Verlustleistung minimiert.In the embodiment of the invention shown in Fig. 11, the slat 20 includes in the region of its ends 31 and 32 by the arrangement of flush with the slat 20 final end ribs 33 to the rotor blade 6 at. In this way, the induced power loss is minimized.
Fig. 12 zeigt eine weitere Möglichkeit des Anschlusses der Enden 31 und 32 des Vorflügels 20 an das Rotorblatt 6. Dort sind die Enden 31 und 32 zweifach in entgegengesetzter Richtung gekröpft und mit dem auf diese Weise entstehenden, zum Rotorblatt 6 parallelen Endabschnitt mittels Befestigungsschrauben angeschraubt.Fig. 12 shows a further possibility of connecting the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6. There, the ends 31 and 32 are bent twice in the opposite direction and screwed with the resulting in this way, parallel to the rotor blade 6 end portion by means of fastening screws ,
Die in den Fig. 10 bis 12 beschriebenen Varianten zum Anschluss des Vorflügels 20 an ein Rotorblatt 6 stellen eine nicht abschließende Aufzählung von Beispielen dar, so dass die Erfindung nicht darauf beschränkt ist. Es liegt ebenso im Rahmen der Erfindung, den Anschluss des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 anders zu gestalten als den Anschluss des äußeren Endes 32. Auch können die in den Fig. 10 bis 12 aufgezeigten Varianten miteinander kombiniert werden.The variants described in FIGS. 10 to 12 for connecting the slat 20 to a rotor blade 6 represent a non-exhaustive list of examples, so that the invention is not limited thereto. It is also within the scope of the invention to make the connection of the inner end 31 of the slat 20 different than the connection of the outer end 32. Also, the variants shown in Figs. 10 to 12 can be combined.
Die Fig. 13 bis 16 betreffen die relative Lage des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 zur Nabe 5. Bei Windkraftanlagen mit Pitch-Verstellung der Rotorblätter 6 ist es notwendig, eine Relativbewegung zwischen Rotorblatt 6 und Nabe 5 zu ermöglichen. Um dennoch einen aerodynamisch optimal arbeitenden Vorflügel 20 zu erhalten, ist bei der in Fig. 13 dargestellten Ausführungsform eines Rotors 4 vorgesehen, den in Längserstreckungs- richtung 9 ankommenden Vorflügel 20 im Blattanschlussbereich L2 beispielsweise mittels eines Abstandhalters 28 oder einer Rippe 30 zu halten und im weiteren Verlauf unter Überlappung der Nabe 5 frei auskragen zu lassen. Dadurch wird ein kleinst möglicher aerodynamisch wirksamer Blattbeginn erreicht und somit die nutzbare Rotorfläche vergrößert und die induzierte Verlustleistung reduziert.13 to 16 relate to the relative position of the inner end 31 of the slat 20 to the hub 5. In wind turbines with pitch adjustment of the rotor blades 6, it is necessary to allow a relative movement between the rotor blade 6 and hub 5. In order nevertheless to obtain an aerodynamically optimally working slat 20, in the embodiment shown in FIG. 13 a rotor 4 is provided to hold the slat 20 arriving in the longitudinal extension direction 9 in the sheet connection region L 2, for example by means of a spacer 28 or rib 30, and in the further course with overlap of the hub 5 free to project. As a result, a smallest possible aerodynamically effective sheet start is achieved and thus increases the usable rotor area and reduces the induced power loss.
In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung dieser Ausführungsform wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, an der Nabe 5 im Bereich des inneren Endes 31 des Vorflügels 20 eine zusätzliche Rippe 35 vorzusehen. Dabei erstreckt sich der Vorflügel 20 unter Einhaltung eines geringen Luftspaltes bis zur Rippe 35, so dass die induzierte Verlustleistung zusätzlich reduziert wird (Figur 14).In a further advantageous embodiment of this embodiment, the invention proposes to provide an additional rib 35 on the hub 5 in the region of the inner end 31 of the slat 20. In this case, the slat 20 extends in compliance a small air gap to the rib 35, so that the induced power loss is additionally reduced (Figure 14).
Ein ähnlicher Effekt lässt sich mit der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform der Erfindung zeigen. Dort ist das in den Bereich der Nabe 5 auskragende innere Ende 31 des Vorflügels 20 zur Nabe 5 hin abgekröpft. Ein dabei eingehaltener geringer Spalt ermöglicht Relativbewegungen des Rotorblatts 6 und damit auch des Vorflügels 20 gegenüber dem Kreisquerschnitt der Nabe 5.A similar effect can be seen with the embodiment of the invention shown in FIG. There, the projecting into the region of the hub 5 inner end 31 of the slat 20 to the hub 5 is bent back. A small gap maintained thereby enables relative movements of the rotor blade 6 and thus also of the slat 20 with respect to the circular cross-section of the hub 5.
Die in Fig. 16 dargestellte Ausführungsform der Erfindung zeigt den Anschluss eines Vorflügels 20 an die Nabe 5 bei einem Rotor 4 mit starrer Befestigung der Rotorblätter 6, wie es bei Windkraftanlagen mit Stallregelung üblich ist. Ähnlich wie bereits unter Fig. 11 beschrieben, ist das innere Ende 31 des Vorflügels 20 zweimal wechselseitig gekröpft und mit seinem Endabschnitt an die Nabe 5 geschraubt.The embodiment of the invention shown in Fig. 16 shows the connection of a slat 20 to the hub 5 in a rotor 4 with rigid attachment of the rotor blades 6, as is customary in wind turbines with stable control. Similarly as already described under Fig. 11, the inner end 31 of the slat 20 is mutually cranked twice and screwed with its end portion to the hub 5.
Die Fig. 17 und 18 zeigen eine weitere Möglichkeit zur Ausbildung eines Vorflügels 20 an einem Rotorblatt 6. Die Besonderheit dieser Ausführungsform liegt darin, dass der Vorflügel 20 integraler Bestandteil des Rotorblatts 6 ist, d. h. Vorflügel 20 und Rotorblatt 6 bilden eine monolithische Einheit, die durch Herausformen des Vorflügels 20 und gegebenenfalls auch der Rippen aus einem Ganzen entstanden ist. Auf diese Weise ist ein aerodynamisch hochqualifiziertes Profil erhältlich.17 and 18 show another possibility for forming a slat 20 on a rotor blade 6. The peculiarity of this embodiment is that the slat 20 is an integral part of the rotor blade 6, d. H. Slat 20 and rotor blade 6 form a monolithic unit, which has been created by forming the slat 20 and possibly also the ribs from a whole. In this way, an aerodynamically high profile is available.
Fig. 19 und 20 zeigen schließlich die Kombination einer Gurney-Flap 36 in Verbindung mit einem erfindungsgemäßen Rotorblatt 6 mit Vorflügel 20. Die Gurney-Flap 36 ist auf der Druckseite 16 des Rotorblatts 6 entlang der Hinterkante 14 über einen der Länge des Vorflügels 20 entsprechenden eventuell auch kürzeren oder auch längeren19 and 20 finally show the combination of a Gurney flap 36 in conjunction with a rotor blade 6 according to the invention with slat 20. The Gurney flap 36 is on the pressure side 16 of the rotor blade 6 along the trailing edge 14 over a length of the slat 20 corresponding possibly shorter or longer
Längsabschnitt angebracht. Deren von der Druckseite 16 des Rotorblatts 6 abstehender Schenkel bewirkt eine Auftriebserhöhung des Rotorblatts 6 und trägt auf diese Weise zusätzlich zur Leistungssteigerung der Windkraftanlage 1 bei.Longitudinal section attached. Their protruding from the pressure side 16 of the rotor blade 6 leg causes a lift increase of the rotor blade 6 and contributes in this way in addition to the increase in performance of the wind turbine 1 at.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den einzelnen Figuren dargestellten und mit den Patentansprüchen beanspruchten Ausführungsformen beschränkt ist. Vielmehr liegen auch Merkmalskombinationen unterschiedlicher Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, soweit sie an den Sinn und Zweck der Erfindung anschließen. It is understood that the invention is not limited to the embodiments shown in the individual figures and claimed with the patent claims. Rather, feature combinations of different embodiments are within the scope of the invention, as far as they follow the spirit and purpose of the invention.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1 ), insbesondere für eine1. Rotor blade for a wind turbine (1), in particular for a
Horizontalachsenwindturbine mit einem eine Druckseite (16) und eine Saugseite (15) aufweisenden aerodynamischen Profil, dessen Tiefe (T) durch den Abstand der Blattvorderkante (13) zur Blatthinterkante (14) und dessen Dicke (D) durch den Abstand der Saugseite (15) zur Druckseite (16) definiert ist und das sich ausgehend vom Blattanschluss (10) entlang einer Längserstreckungsrichtung zur Blattspitze (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite (15) des Rotorblatts (6) im Bereich der Blattvorderkante (13) und unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite (15) ein Vorflügel (20) angeordnet ist, der sich etwa vom Blattanschluss (10) über maximal ein Drittel der Länge des Rotorblatts (6) erstreckt.Horizontal axis wind turbine with a pressure side (16) and a suction side (15) having aerodynamic profile whose depth (T) by the distance of the leading edge of the sheet (13) to the sheet trailing edge (14) and the thickness (D) by the distance of the suction side (15) is defined to the pressure side (16) and extending from the blade connection (10) along a longitudinal direction to the blade tip (11), characterized in that on the suction side (15) of the rotor blade (6) in the region of the leading edge (13) and under Keeping a gap to the suction side (15) a slat (20) is arranged, which extends approximately from the blade connection (10) over a maximum of one third of the length of the rotor blade (6).
2. Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1), insbesondere für eine2. Rotor blade for a wind turbine (1), in particular for a
Horizontalachsenwindturbine mit einem eine Druckseite (16) und eine Saugseite (15) aufweisenden aerodynamischen Profil, dessen Tiefe (T) durch den Abstand der Blattvorderkante (13) zur Blatthinterkante (14) und dessen Dicke (D) durch den Abstand der Saugseite (15) zur Druckseite (16) definiert ist und das sich ausgehend vom Blattanschluss (10) entlang einer Längserstreckungsrichtung zurHorizontal axis wind turbine with a pressure side (16) and a suction side (15) having aerodynamic profile whose depth (T) by the distance of the leading edge of the sheet (13) to the sheet trailing edge (14) and the thickness (D) by the distance of the suction side (15) is defined to the pressure side (16) and which, starting from the blade connection (10) along a longitudinal direction to the
Blattspitze (11) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Saugseite (15) des Rotorblatts (6) im Bereich der Blattvorderkante (13) und unter Einhaltung eines Spalts zur Saugseite (15) ein Vorflügel (20) angeordnet ist, der sich über einen Längsabschnitt des Rotorblatts (6) erstreckt, in dem das Blattprofil eine relative Dicke von D/T > 40 % besitzt, vorzugsweise eine relative Dicke DfT zwischen 60 % und 100 %.Blade tip (11) extends, characterized in that on the suction side (15) of the rotor blade (6) in the region of the sheet leading edge (13) and maintaining a gap to the suction side (15) a slat (20) is arranged, which extends over a Longitudinal portion of the rotor blade (6) extends, in which the blade profile has a relative thickness of D / T> 40%, preferably a relative thickness DfT between 60% and 100%.
3. Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) über maximal 25 % der Länge des Rotorblatts (6) erstreckt. 3. Rotor blade according to claim 1 or 2, characterized in that extending the slat (20) over a maximum of 25% of the length of the rotor blade (6).
4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der4. Rotor blade according to one of claims 1 to 3, characterized in that the
Vorflügel (20) starr gegenüber dem Rotorblatt (6) angeordnet ist.Slat (20) is arranged rigidly relative to the rotor blade (6).
5. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) ausgehend vom Blattanschluss (10) bis maximal zum Bereich der größten Profiltiefe (T) erstreckt.5. Rotor blade according to one of claims 1 to 4, characterized in that extending the slat (20), starting from the blade connection (10) to a maximum of the region of the largest profile depth (T).
6. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Vorflügel (20) ausgehend vom Blattanschluss (10) bis maximal zum aerodynamisch wirksamen Nabenradius erstreckt.6. Rotor blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that extending the slat (20), starting from the blade connection (10) to a maximum of the aerodynamically effective hub radius.
7. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) über seine Länge einen konstanten Querschnitt besitzt, vorzugsweise aus einem strangpressgezogenen Profil besteht.7. Rotor blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the slat (20) has over its length a constant cross-section, preferably consists of an extruded profile.
8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der8. Rotor blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the
Vorflügel (20) über seine Länge einen variablen Tiefen-, Wölbungs-, Spalt- oder Dickenverlauf aufweist.Slat (20) over its length has a variable depth, curvature, gap or thickness profile.
9. Rotorblatt nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe und/oder Dicke des Vorflügels (20) in Richtung der Blattspitze (1 1 ) verjüngt sind.9. Rotor blade according to claim 8, characterized in that the depth and / or thickness of the slat (20) in the direction of the blade tip (1 1) are tapered.
10. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Tiefe des Vorflügels (20) etwa 10 % bis 14 % der Tiefe des Rotorblatts (6) entspricht, vorzugsweise 12 %.10. Rotor blade according to one of claims 1 to 9, characterized in that the depth of the slat (20) corresponds to about 10% to 14% of the depth of the rotor blade (6), preferably 12%.
11. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) ein aerodynamisches Profil besitzt.11. Rotor blade according to one of claims 1 to 10, characterized in that the slat (20) has an aerodynamic profile.
12. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende (31) und/oder das äußere Ende (32) des Vorflügels (20) frei fahrend sind. 12. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the inner end (31) and / or the outer end (32) of the slat (20) are free to drive.
13. Rotorblatt nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren und/oder äußeren Ende (31 , 32) mit einem elliptischen Randbogen (21 , 22) abschließt.13. Rotor blade according to claim 12, characterized in that the slat (20) at its inner and / or outer end (31, 32) terminates with an elliptical edge bow (21, 22).
14. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren Ende (31) und/oder äußeren Ende (32) mit einer14. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat (20) at its inner end (31) and / or outer end (32) with a
Rippe (33) abschließt, die mit dem Rotorblatt (6) verbunden ist.Fin finishes (33) which is connected to the rotor blade (6).
15. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) an seinem inneren Ende (31) und/oder äußeren Ende (32) in Richtung des Rotorblatts (6) abgekröpft und an dieses angeschlossen ist.15. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat (20) at its inner end (31) and / or outer end (32) in the direction of the rotor blade (6) is bent and connected to this.
16. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) mit Abstandhalter (28) oder Rippen (30) am Rotorblatt (6) befestigt ist.16. Rotor blade according to one of claims 1 to 15, characterized in that the slat (20) with spacers (28) or ribs (30) on the rotor blade (6) is attached.
17. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel (20) aus einem Blech gedrückt ist.17. Rotor blade according to one of claims 1 to 16, characterized in that the slat (20) is pressed from a sheet.
18. Rotorblatt nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Blech an der die Vorderkante des Vorflügels (20) bildende Kante zu einer Nase umgebördelt ist.18. Rotor blade according to claim 17, characterized in that the sheet on which the leading edge of the slat (20) forming edge is crimped to a nose.
19. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Vorflügel aus einem strangpressgezogenen Profil besteht.19. Rotor blade according to one of claims 1 to 18, characterized in that the slat consists of an extruded profile.
20. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der20. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the
Vorflügel (20) monolithisch aus dem Rotorblatt (6) herausgeformt ist.Slat (20) is monolithically molded out of the rotor blade (6).
21. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Längsabschnitts des Rotorblatts (6), an dem ein Vorflügel (20) angeordnet ist, auf der Druckseite (16) in der Nähe der Hinterkante (14) des21. Rotor blade according to one of claims 1 to 20, characterized in that within the longitudinal section of the rotor blade (6) on which a slat (20) is arranged on the pressure side (16) in the vicinity of the trailing edge (14) of the
Rotorblatts (6) eine Gumey-Flap (36) angeordnet ist. Rotor blade (6) a Gumey flap (36) is arranged.
22. Rotorblatt nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gumey-Flap (36) auf dem Kreisprofil des Blattanschlussbereichs (L2) des Rotorblatts (6) so abgeordnet ist, dass die Gurney-Flap (36) etwa diametral zum Vorflügel (20) zu liegen kommt und die Lage des freien Randes der Gurney-Flap (36) dabei eine Position von etwa 120° gegenüber der lokalen effektiven Anströmgeschwindigkeit aufweist.22. Rotor blade according to claim 21, characterized in that the Gumey flap (36) on the circular profile of the blade connection region (L 2 ) of the rotor blade (6) is so arranged that the Gurney flap (36) approximately diametrically to the slat (20 ) and the position of the free edge of the Gurney flap (36) has a position of about 120 ° with respect to the local effective flow velocity.
23. Windkraftanlage mit einem Rotor, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) mindestens ein, vorzugsweise drei Rotorblätter (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 22 besitzt.23. Wind turbine with a rotor, characterized in that the rotor (4) has at least one, preferably three rotor blades (6) according to one of claims 1 to 22.
24. Windkraftanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (4) einen Nabenkörper (5) besitzt und der Vorflügel (20) unter Einhaltung eines geringen Spalts oder mittels einer Dichtung an den Nabenkörper (5) anschließt.24. Wind turbine according to claim 23, characterized in that the rotor (4) has a hub body (5) and the slat (20) adhering to a small gap or by means of a seal to the hub body (5).
25. Windkraftanlage nach Anspruch 23 oder 24, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des Vorflügels (20) den Blattanschluss (10) und teilweise den Nabenkörper (5) überdeckt.25. Wind turbine according to claim 23 or 24, characterized in that the inner end of the slat (20) covers the blade connection (10) and partially the hub body (5).
26. Windkraftanlage nach einem der Ansprüche 23 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Ende des Vorflügels (20) gerade verläuft oder abgekröpft ist.26. Wind turbine according to one of claims 23 to 25, characterized in that the inner end of the slat (20) is straight or bent.
27. Windkraftanlage nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotorblatt starr an die Nabe anschließt und der Vorflügel mit seinem inneren Ende starr an den Nabenkörper anschließt. 27. Wind turbine according to claim 23, characterized in that the rotor blade rigidly connects to the hub and the slat with its inner end rigidly connected to the hub body.
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