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Patents

  1. Advanced Patent Search
Publication numberEP2297455 A2
Publication typeApplication
Application numberEP20090757193
PCT numberPCT/EP2009/003712
Publication date23 Mar 2011
Filing date26 May 2009
Priority date3 Jun 2008
Also published asDE102008026474A1, WO2009146810A2, WO2009146810A3
Publication number09757193, 09757193.9, 2009757193, EP 2297455 A2, EP 2297455A2, EP-A2-2297455, EP09757193, EP20090757193, EP2297455 A2, EP2297455A2, PCT/2009/3712, PCT/EP/2009/003712, PCT/EP/2009/03712, PCT/EP/9/003712, PCT/EP/9/03712, PCT/EP2009/003712, PCT/EP2009/03712, PCT/EP2009003712, PCT/EP200903712, PCT/EP9/003712, PCT/EP9/03712, PCT/EP9003712, PCT/EP903712
InventorsSiegfried Mickeler
ApplicantSiegfried Mickeler
Export CitationBiBTeX, EndNote, RefMan
External Links: Espacenet, EP Register
Rotor blade for a wind power plant and wind power plant
EP 2297455 A2 (text from WO2009146810A2) 
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.
Claims  translated from German  (OCR text may contain errors)
Patentansprüche: claims:
1. Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1 ), insbesondere für eine 1. Rotor blade for a wind power plant (1), particularly 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 a pressure side (16) and a suction side (15) having aerodynamic profile whose depth (T) by the distance of the blade leading edge (13) to the blade trailing edge (14) and its thickness (D) by the distance of suction side (15) to the pressure side (16) is defined and that, starting from the blade connection (10) extending along a longitudinal direction of the blade tip (11), characterized in that on the suction side (15) of the rotor blade (6) in the region of the blade leading edge (13) and with a gap to the suction side (15) of a slat (20) is arranged, which extends approximately from the blade attachment (10) over a maximum of one third of the length of the rotor blade (6).
2. Rotorblatt für eine Windkraftanlage (1), insbesondere für eine 2. Rotor blade for a wind power plant (1), particularly 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 Horizontal axis wind turbine with a a pressure side (16) and a suction side (15) having aerodynamic profile whose depth (T) by the distance of the blade leading edge (13) to the blade trailing edge (14) and its thickness (D) by the distance of suction side (15) to the pressure side (16) is defined and that, starting from the blade connection (10) along a longitudinal extension direction of 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), characterized in that on the suction side (15) of the rotor blade (6) in the region of the blade leading edge (13) and with a gap to the suction side (15) of a slat (20) is arranged, which extends over a longitudinal section of the rotor blade (6), in which the airfoil 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. The rotor blade according to claim 1 or 2, characterized in that the slat (20) over a maximum of 25% of the length of the rotor blade (6) extends.
4. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der 4. The rotor blade according to any one of claims 1 to 3, characterized, in that the
Vorflügel (20) starr gegenüber dem Rotorblatt (6) angeordnet ist. Vane (20) is arranged rigidly with respect 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. The rotor blade according to one of claims 1 to 4, characterized in that the slat (20) extends starting from the blade connection (10) up to the maximum area of the greatest 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. The rotor blade according to one of claims 1 to 5, characterized in that the slat (20) from the blade attachment (10) up to a maximum aerodynamic hub radius extends.
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. The rotor blade according to one of claims 1 to 6, characterized in that the slat (20) has a constant cross section over its length, preferably consists of an extruded solid profile.
8. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der 8. 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. having slats (20) over its length a variable depth, camber, 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. The rotor blade according to claim 8, characterized in that the depth and / or thickness of the slat (20) towards 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. The rotor blade according to any one of claims 1 to 9, characterized in that the depth of the slat (20) is approximately 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. The rotor blade according to any 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-propelled.
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. The rotor blade according to claim 12, characterized in that the slat (20) at its inner and / or outer end (31, 32) with an elliptical edge arc (21, 22) closes.
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 einer 14. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the slat (20) at its inner end (31) and / or the outer end (32) having a
Rippe (33) abschließt, die mit dem Rotorblatt (6) verbunden ist. Rib (33) terminates 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 the outer end (32) is bent in the direction of the rotor blade (6) 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 metal 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. The rotor blade according to claim 17, characterized in that the metal sheet at the leading edge of the slat (20) forming the edge is flanged 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 is composed of an extruded solid profile.
20. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der 20. Rotor blade according to one of claims 1 to 11, characterized in that the
Vorflügel (20) monolithisch aus dem Rotorblatt (6) herausgeformt ist. Vane (20) monolithically from the rotor blade (6) is formed out.
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) des 21. Rotor blade according to one of claims 1 to 20, characterized in that within the longitudinal section of the rotor blade (6) is arranged on which a slat (20) on the pressure side (16) near the trailing edge (14) of the
Rotorblatts (6) eine Gumey-Flap (36) angeordnet ist. Rotor blade (6) has a Gumey flap (36) is arranged.
22. Rotorblatt nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die Gumey-Flap (36) auf dem Kreisprofil des Blattanschlussbereichs (L 2 ) 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. The rotor blade according to claim 21, characterized in that the Gumey flap (36) on the circular profile of the blade connection area (L 2) of the rotor blade (6) is seconded so that the Gurney flap (36) approximately diametrically (for slats 20 ) comes to rest and the location of the free edge of the Gurney flap (36) thereby having a position of about 120 ° relative to the local free stream velocity effective.
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 any one of claims 1 to 22nd
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 power plant according to claim 23, characterized in that the rotor (4) a hub body (5) has, and the slat (20) while maintaining a small gap or by means of a seal at the hub body (5) is connected.
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 power plant according to claim 23 or 24, characterized in that the inner end of the slat (20) covers the blade connector (10) and partly to 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 power plant according to any one of claims 23 to 25, characterized in that the inner end of the slat (20) is straight or is 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 power plant according to claim 23, characterized in that the rotor blade connects rigidly to the hub and the slat connects with its inner end rigidly fixed to the hub body.
Description  translated from German  (OCR text may contain errors)

Beschreibung: Description:

Rotorblatt für eine Windkraftanlage sowie Windkraftanlage Rotor blade for a wind turbine and wind turbine

Technisches Gebiet: Technical Field:

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 power plant according to the preambles of claims 1 and 2 as well as a wind turbine with an inventive rotor blade according to the preamble of claim 23rd

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. In the face of steadily rising in recent decades, energy demand, increasingly scarce to meet this energy demand for primary raw materials as well as an increased awareness of environmentally sound energy renewable energy sources are attracting increasing interest of the public. Neben der In addition to the

Nutzung der Wasserkraft und Sonnenenergie bestehen erhebliche Anstrengungen darin, die Windkraft zur Erzeugung von Energie zu nutzen. Use of water power and solar power are considerable effort is to use 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. For this purpose, known wind turbines consist of a tower, at the end of a rotor with radially oriented rotor blades is rotatably mounted. Der auf die Rotorblätter auftreffende Wind versetzt den Rotor in eine Rotationsbewegung, die einen mit dem Rotor gekoppelten Generator zur Stromerzeugung antreibt. Impinging on the rotor blades of wind causes the rotor into a rotational movement, which drives a rotor coupled to the generator to generate electricity. Durch ein entsprechend aerodynamisches Design der Rotorblätter ist man dabei bestrebt, einen möglich großen Wirkungsgrad zu erzielen, dh die dem Wind innewohnende kinetische Energie mit möglichst geringen Verlusten in elektrische Energie umzuwandeln. By an appropriately aerodynamic design of the rotor blades, efforts in achieving a possible large efficiency, ie convert the inherent wind kinetic energy with minimal losses into electrical energy. Ein Beispiel für eine solche Windkraftanlage ist in der DE 103 00 284 A1 beschrieben. 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. It turns out to be a general problem is that wind turbines must meet several conditions simultaneously, the exclusive partially each other and which are variable depending in part upon other parameters. 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. The reasons for this construction are caused in part, namely that due to the rotation of a rotor blade to occur in a plane perpendicular to the rotation axis over the length of the rotor blade depending on the respective radial distance to the rotational axis different circumferential speeds. 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. are superimposed these different peripheral speeds of swaying prevailing wind conditions in nature, so that a rotor blade in operation is facing both highly fluctuating flow speeds and variable angles of attack. Weitere Rahmenbedingungen sind durch Grenzwerte bei Lärmemissionen sowie durch maximale Abmessungen zur Bewerkstelligung des Transports vorgegeben. Other conditions are dictated by limits for noise emissions, as well as maximum dimensions for effecting transport. Beim Design eines Rotorblattes besteht die Kunst daher darin, den unterschiedlichen Ausgangsbedingungen und Anforderungen in einem Design gerecht zu werden. The design of a rotor blade, therefore, the trick is to get the different initial conditions and requirements in a design. Das Design eines Rotorblatts ist daher immer ein bestmöglicher Kompromiss, um allen Erfordernissen so weit wie möglich gerecht zu werden. Therefore, the design of a rotor blade is always the best possible compromise to all the requirements to be as far as possible meet.

Die aerodynamische Optimierung von Rotorblättern in ihrem Außenbereich ist bereits weit fortgeschritten. The aerodynamic optimization of rotor blades in their outdoor area is well advanced. Hingegen ist der Innenbereich eines Rotorblatts einer weiteren Zwangsbedingung unterworfen, die dessen Optimierung erheblich erschwert. In contrast, the interior of a rotor blade of a further constraint is subjected to the considerably more difficult its optimization. Infolge der auf die Rotorblätter auftreffenden Windlast ergibt sich in Richtung des Anschlussbereichs des Rotorblatts an die Rotornabe eine exponential steigende Momentenbeanspruchung. As a result of the impinging on the rotor blades of the wind load is obtained in the direction of the connection region of the rotor blade to the rotor hub a rising exponential moment stress. 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. The design of a rotor blade stress of these need to be considered in terms of construction, which in practice leads to a significant thickening of the aerodynamic profile in the blade root. 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. At a certain thickness to depth ratio, these profiles are aerodynamically only partially effective, if not ineffective and therefore carry only a limited extent or not at all to the power output of the wind turbine. 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. In addition, the trailing edge of conventional blades is often cut in the blade root area, which is principally affects the aerodynamic performance of the rotor blade and moved in the sequence of the aerodynamically active 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. In order to better take advantage of the blade root area for energy, it is proposed in DE 103 19 246 A1 to provide a rotor blade in the root zone with extremely large sheet depths. Auf diese Weise wird das Blattprofil aerodynamisch verbessert, so dass die Häufigkeit von Strömungsabrissen abnimmt und damit Verluste minimiert werden. In this way, the blade profile is aerodynamically improved so that the frequency of stalls decreases and thus losses are minimized. Zudem wird mit der großen Blatttiefe im Bereich der Blattwurzel eine zusätzliche Ertragsfläche zur besseren Ausnutzung der Windenergie bereitgestellt. In addition, an additional income area for better utilization of wind energy is provided with the large blade depth in the area of the blade root. Auch entspricht eine große Blatttiefe im Blattwurzelbereich besser der optimalen Blattzirkulationsverteilung mit der Folge einer geringeren induzierten Verlustleistung. Also, a large blade chord in the blade root area corresponds to the optimum sheet better distribution of circulation, resulting in a lower induced power loss. Der Nachteil eines solchen Rotorblatts wird vor allem bei Windkraftanlagen mit großem Rotordurchmesser deutlich. The disadvantage of such a rotor blade is particularly evident in wind turbines with large rotor diameter. So werden bei Rotorblättern mit einer Länge von 50 m bis 70 m Blatttiefen im Wurzelbereich mit bis zu 8 m erreicht. So be achieved with up to 8 m with rotor blades having a length of 50 m to 70 m sheet depths in the root area. Solche Rotorblätter sind für einen Transport auf der Straße nicht mehr geeignet. Such blades are no longer suitable for transport on the road. 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. It is therefore necessary to design such rotor blades in several parts with the attendant additional expense in the sheet production and the risks of aerodynamically problematic joint.

Schließlich ist auch schon durch Benutzung eine Windkraftanlage mit einem einflügligen Rotor bekannt. Finally, a wind turbine with a single leaf rotor is also known already through use. Das einzige Rotorblatt der Anlage ist über ein Schlaggelenk an der Rotorwelle befestigt. The only rotor blade of the system is attached via a flapping hinge on the rotor shaft. Das über seine Länge verwindungsfreie Rotorblatt weist einen konstanten Querschnitt auf und besitzt somit über seine gesamte Länge konstante aerodynamische Eigenschaften. The torsion over its length rotor blade has a constant cross-section and thus has over its entire length constant aerodynamic properties. Um die Anlage stets im stabilen Bereich betreiben zu können, ist eine Bremseinrichtung zur Begrenzung der Rotordrehzahl vorgesehen. To the system to always operate in the stable region, a braking device for limiting the rotor speed is provided. 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. The braking device provides a slat along the leading edge of the rotor blade, the centrifugal force-actuated upon exceeding a limit speed pivots about its longitudinal axis and changes the up to the rated load range aerodynamically skilled profile such that the air flow on the top surface is peeled off suddenly, thus generating braking power. Um die Bremsleistung überhaupt erzeugen zu können beträgt die Länge des Vorflügels etwa 75 % der Länge des Rotorblatts. To be able to generate the braking performance over all the length of the slat is about 75% of the length of the rotor blade. 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. For shorter slats of the propulsion generated in the outer region of the rotor blade outweighs the counteracting braking performance in the inner region is provided so that only insufficient braking power. Dem Vorflügel dieser Windkraftanlagen kommt somit ausschließlich die Funktion einer Überlastsicherung zu. The slat of these wind turbines therefore comes exclusively to the function of an overload protection.

Darstellung der Erfindung: Summary 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. Against this background, the object of the invention is to increase wind power plants in their performance, in particular to provide a rotor blade for a wind turbine, which has improved efficiency over its entire interior, without taking the above-mentioned disadvantages. 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. This object is achieved by a rotor blade having the features of claim 1 or 2 as well as a wind turbine made from it according to the features of patent claim 23rd

Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen. Advantageous embodiments emerge 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. The present invention breaks away from the ubiquitous in the prior art concept of optimizing a wind turbine aero dynamically by the profile of the rotor blade is modified in the blade root area. 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. Instead, the invention takes an entirely different approach by losses due to incomplete or entirely aerodynamically ineffective blade root sections by the arrangement of a slat in the corresponding region can be compensated.

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. The arrangement of a slat usually generated, ie, at a profile with pressure and suction sides, an air flow at high speed from the pressure side of the rotor blade toward the suction side, thus resulting kinetic energy to the suction side. Angereichert mir dieser kinetischen Energie kann die Grenzschicht der Strömung den Druckanstieg im hinteren Bereich der Saugseite weit besser aushalten ohne abzulösen. Enriched me this kinetic energy, the boundary layer of the flow the pressure rise in the rear of the suction side far better withstand without peeling. 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. Very particularly suitable the slat is in profile depths of relative thicknesses D / T of 40% or more, that is to say for the so-called Strakprofile passing through the Strak from a last aerodynamically secured profile of, for example 40% relative thickness D / T to the circular profile Journal of the direct connection region formed. Selbst im Extremfall eines Kreisprofils, wie es zum Beispiel im Blattanschlussbereich vorhanden ist, wirkt sich der Vorflügel leistungssteigernd aus. Even in the extreme case of a circular profile as it exists for example in the blade attachment area, the slat affect performance enhancing. 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 geringer In this profile per se neutral (no lift, only resistance) of the slat produced an asymmetry of flow around and thereby a suction side and a pressure side, and thus a usable lift with only small

Widerstandserhöhung. Resistance increase. 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. Through the slats so the aerodynamically efficient blade start is significantly shifted toward the rotor axis and thus make better use of the rotor blade along its length to one.

Zum anderen lässt sich die optimale Zirkulationsverteilung r über die Spannweite des Rotorblatts besser realisieren und somit die induzierte Verlustleistung des Rotors verringern. Secondly, can the optimal distribution of circulation r better realize over the span of the rotor blade and thus reduce the induced power dissipation of the rotor. Mit der Zirkulationsgleichung With the circulation equation

Figure imgf000007_0001
t Ca t Ca

(wobei w eff der effektiven lokalen Anströmgeschwindigkeit des betreffenden Profilschnitts entspricht) (wherein W eff of the effective local flow velocity of the respective profile-section corresponds)

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 c a realisiert werden kann. shows that the optimal circulation in the blade root region with both enlarged Journal depth t may be (as in DE 103 19 246 A1) as well as with increased lift coefficient c a realized. Die vorliegende Erfindung zielt auf eine Vergrößerung des c a - Wertes mit Hilfe eines Vorflügels ab. The present invention is directed to an enlargement of the c a - from value by means 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 mentioned, which causes the leading edge slats on the inner wing, that better utilization of the rotor blade and lower-induced power loss through better adaptation to the optimum radial distribution of circulation, not just add up, but reinforce each other with the effect of a disproportionate increase in output 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. Especially advantageous proves to be that the increase in performance thanks to the invention without modification can be achieved over the blade airfoil itself. 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. So it is possible to continue to manufacture rotor blades at relatively shallow depths in the blade root area and use the advantage of a simple and inexpensive production and a simple transportation, having to accept losses in the efficiency of a wind turbine without.

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 according to the invention not necessarily requires modifications to the blade profile, it is possible to retrofit existing wind turbines in the inventive manner in order to get even with existing equipment to enjoy an increased power output.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen: Brief Description of Drawings:

Die Erfindung wird nachstehend anhand in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. The invention is explained below with reference shown in the drawings exemplary embodiments. Dabei werden zur Erleichterung des Verständnisses für gleiche oder gleichwirkende Elemente der Erfindung bei allen Figuren gleiche Bezugszeichen verwendet. Here, for ease of understanding, identical or equivalent elements of the invention are used the same reference characters in all figures.

Es zeigt It shows

Fig. 1 eine Ansicht auf die Luvseite einer erfindungsgemäße Windkraftanlage, Fig. 1 is a view on 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, FIG. 2a is a plan view of the suction side of an inventive rotor blade of the wind turbine shown in Fig. 1,

Fig. 2b-f Profilschnitte des in Fig. 2a dargestellten Rotorblatts in unterschiedlichen Querschnittsebenen, Fig. 2b-f profile sections of the in Fig. 2a the rotor blade shown in different cross section planes,

Fig. 3 eine Teilansicht von schräg hinten auf den Innenbereich des in den Figuren 1 und 2a bis f dargestellten Rotorblatts, Fig. 3 is a partial oblique view from the back of the interior region of the rotor blade shown in Figures 1 and 2a to f

Fig. 4-5 zwei Teilansichten weiterer Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Fig. 4-5 two partial views of further embodiments of an inventive

Rotorblatts im Bereich des Innenflügels, Rotor blade in the region of the inner wing,

Fig. 6-9 jeweils einen Querschnitt weiterer Ausführungsformen durch ein erfindungsgemäßes Rotorblatt im Bereich des Vorflügels, Fig. 6-9 are cross sectional views of further embodiments of 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, Figs. 10-12 respectively an oblique view of other embodiments of an inventive rotor blade in the region of the inner wing,

Fig. 13-16 jeweils eine Schrägansicht auf weitere Ausführungsformen eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Anschlussbereich an die Rotornabe, Figs. 13-16 are each a perspective view of further embodiments of an inventive rotor blade in the connection area at the rotor hub,

Fig. 17 eine Schrägansicht auf eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Rotorblatts im Bereich des Innenflügels, Fig. 17 is an oblique view of another embodiment of an inventive rotor blade 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 und 18 shows a cross section through the rotor blade shown in Figure 17 along the line XVIII -.. XVIII, Figure 19 is a partial cross section through the connecting 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 einer Fig. 20 is a partial cross-sectional view of an inventive rotor blade with a

Gurney-Flap im Bereich der Hinterkante. Gurney flap in the region of the trailing edge.

Ausführliche Darstellung der Ausführungsbeispiele: Detailed description of 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. Fig. 1 shows a wind turbine 1 of the invention, which consists of a tower 2, which is anchored with its foot region fixed in the subsoil. 3 Im Kopfbereich des Turms 2 sieht man einen Rotor 4, der um eine senkrecht zur In the head area of the tower 2 can be seen a rotor 4 about an axis perpendicular to the

Darstellungsebene verlaufende Rotationsachse 7 in Richtung eines Pfeils 8 rotiert. Display plane extending axis of rotation 7 rotates in the direction of an arrow. 8 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. The rotor 4 is essentially composed of a hub 5, which is rotatably mounted at the top of the tower 2 and coupled to a generator to generate electricity. Im Bereich der Nabe 5 sind die Rotorblätter 6 an den Rotor 4 angeschlossen. In the area 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. In the Figures 2a to f a rotor blade 6 of the rotor 4 is illustrated in a larger scale. 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. While Figure 2a shows a plan view of the suction side of a rotor blade 6 according to the invention, Figures 2b-f cross sections thereof are in the correspondingly named solders planes to the blade longitudinal axis.

In Fig. 2a ist mit dem Bezugszeichen 9 die Längserstreckungsrichtung des Rotorblatts 6 bezeichnet. In Fig. 2a the direction of longitudinal extension of the rotor blade 6 is denoted with the reference numeral 9. 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 the longitudinal direction 9, the rotor blade 6 from the hub-side blade connection 10 extends 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. From Fig. 2a also a longitudinal division of the rotor blade 6 is shown, to which reference is made in another part of the description. Die Bezugsebene für ein erfindungsgemäßes Rotorblatt 6 ist die Blattanschlussebene 12, die den Übergang des Rotorblatts 6 zur Nabe 5 definiert. The reference plane for an inventive rotor blade 6 is the blade attachment plane 12 that defines the transition of the rotor blade 6 to the hub. 5 Der Abstand der Blattanschlussebene 12 zur Rotationsachse 7 ist in Fig. 2a mit L 1 bezeichnet und entspricht dem Nabenradius. The distance between the blade attachment plane 12 to the rotation axis 7 is designated in Fig. 2a having L 1 and corresponds to the hub radius. Der kreiszylindrische Teil des Rotorblatts mit der Länge L 2 stellt den Abstand von der Blattanschlussebene 12 zum Beginn der Strakprofile des Rotorblatts 6 dar und wird im Weiteren als Blattanschlussbereich bezeichnet. The circular cylindrical part of the rotor blade with the length L 2 represents the distance from the blade connection plane 12 to the beginning of Strakprofile of the rotor blade 6 and is referred to as blade connection area. Mit L 3 ist der Blattwurzelbereich gekennzeichnet, der dem Abstand der Blattanschlussebene 12 zum aerodynamisch wirksamen Blattbeginn entspricht. With L 3 of the blade root region is identified that corresponds to the distance between the blade attachment plane 12 for aerodynamic blade beginning. 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. The aerodynamically efficient blade beginning lies in the vertical plane to the longitudinal direction 9 in which a contribution to the power output of the wind turbine 1 is generated due to a sufficient aerodynamic profile qualified for the first time. Der aerodynamisch wirksame Blattbeginn wird auch aerodynamischer Nabenradius genannt. The aerodynamically efficient blade beginning is also called aerodynamic hub radius. L 4 beschreibt schließlich den Abstand der Blattanschlussebene 12 zum ersten Drittelpunkt des Rotorblattes 6, der im weiteren auch als Innenbereich oder Innenflügel bezeichnet ist. L 4, finally, describes the distance of the blade attachment plane 12 for the first-third point of the rotor blade 6, which is also referred to below as an inner area or inner wing.

In Fig. 2a ist ferner die Blattvorderkante 13 des Rotorblatts 6 erkennbar, die bei Rotation des Rotors 4 die Anströmkante darstellt. In Fig. 2a, the blade leading edge 13 of the blade 6 can also be seen, which represents the leading edge during rotation of the rotor 4. Ihr in Blattebene gegenüberliegend verläuft die Blatthinterkante 14. Der Abstand zwischen Vorderkante 13 und Hinterkante 14 ergibt die Tiefe T, die ausgehend vom Blattanschlussbereich L 2 zunimmt bis zu einem Punkt innerhalb des Innenflügels, von wo sie sich zur Blattspitze 11 hin kontinuierlich verringert. Her in the sheet plane, the blade trailing edge opposite runs 14. The distance between leading edge 13 and trailing edge 14 produces the depth T, which increases starting from the blade connection area L 2 to a point within the inner wing, from where they go continuously decreases toward the blade tip. 11 Die in Fig. 2a dargestellte Oberseite des Rotorblatts entspricht der Saugseite 15, die darunter liegende Unterseite der Druckseite 16. The top of the rotor blade shown in Fig. 2a corresponds to the suction side 15, the bottom beneath the printing page 16.

Die Figuren 2b - 2f geben die unterschiedlichen Profilquerschnitte in den angegebenen Abständen zur Blattanschlussebene 12 wieder. Figures 2b - 2f enter the different profile cross-sections in the specified distances from the blade attachment plane 12 again. In der Blattanschlussebene 12 besitzt demnach das Rotorblatt 6 einen Kreisquerschnitt, mit dem es an die Nabe 5 anschließt. In the blade attachment plane 12. Accordingly, the rotor blade 6 has a circular cross-section, with which it connects with the hub. 5 Der Kreisquerschnitt wird in der Regel über den gesamten Blattanschlussbereich L 2 beibehalten. The circular cross-section is usually maintained over the entire blade attachment area L2. Da ein Kreisprofil ohne zusätzliche Maßnahmen keinen Auftrieb liefert, würde in diesem Bereich kein Beitrag zur Energiegewinnung erzeugt werden. Since a circular profile does not provide a lift without additional measures in this area no contribution would be created for energy. Das gilt auch weitgehend für die ersten Strakprofile der Strecken L 3 und insbesondere L 2 . This is also largely for the first Strakprofile the distances L 3 and in particular L2. Figur 2c zeigt einen solchen Profilschnitt, der ohne weitere Maßnahmen praktisch nichts zur Leistung des Rotors beitragen kann. Figure 2c shows such a profile section which virtually nothing can contribute to the performance of the rotor without further measures.

Erst außerhalb von L 3 würden die Strakprofile ohne weitere Maßnahme in der Lage sein, Auftrieb zu erzeugen, wenn auch nur in geringem Maße. Only outside L 3, the Strakprofile would be able with no further action, to generate lift, albeit only slightly. Hinzu kommt, dass die Hinterkante 14 bekannter Rotorblätter meist abgeschnitten ist, um große Blatttiefen zu vermeiden (vgl. Figur 2d). In addition, the trailing edge 14 known rotor blades is usually cut off to avoid large sheet depths (see FIG. 2d). Durch den Hinterkantenabschnitt erhält man aber große relative Profildicken D/T von zB 70 %, womit der Auftrieb sowie der wirksame Anstellwinkelbereich sinken und der Widerstand steigt. By the trailing edge portion but you get large relative profile thicknesses D / T of eg 70%, bringing the lift and the effective angle of attack and decrease the resistance increases. Diese Probleme lassen sich auch nicht dadurch beheben, dass man ein solches Profil einfach an der Hinterkante zuspitzt, Profildicke und -tiefe aber beibehält. These problems also can not show, that you simply escalate such a profile at the trailing edge, profile thickness and depth but maintains. Man würde durch diese Zuspitzung in Richtung der Hinterkante einen Druckanstieg verlangen, den die Grenzschicht nicht darstellen kann. One would require by this escalation towards the trailing edge of a pressure rise, the boundary layer can not represent. 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. The flow separates at the top and possibly also on the bottom, and does so with a worse result than a profile with well-chosen finite trailing edge thickness. Mit zunehmender radialer Position erhält man eine immer besser werdende Annäherung an ein aerodynamisch qualifiziertes Profil. With increasing radial position is obtained an increasingly better approximation to an aerodynamic profile qualified. Die Profiltiefe nimmt zu, Profildicke und Hinterkantendicke nehmen ab (siehe Fig. 2e). The tread depth increases, profile thickness and the trailing 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 in In order to increase the power output of a rotor blade 6 according to the invention in the range of unfavorable aerodynamic profile cross-sections, according to the invention, a leading edge slat 20 is provided, which, as Figure 2a shows, on the suction side 15 in

Längserstreckungsrichtung 9 mindestens über die ganze Strecke L3 erstreckt. Direction of longitudinal extension 9 extends at least over the whole distance L3. 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. Inwardly of the slat 20 can, as far as it allows the hub geometry, project beyond the blade attachment 12 and the hub 5 are overlapped, as shown in Fig. 2a. Nach außen hin wird man den Vorflügel 20 soweit fortsetzen, bis er Profilschnitte genügender aerodynamischer Qualifikation erreicht. Outwardly to 20 as far as the slat continue until it reaches profile sections sufficient aerodynamic qualification. 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. In general, the profile sections having a relative thickness of about 40% will be, corresponding to a relative radial position of r / R (R is the journal radius) from an average of 20% to 25%, depending on the blade design. 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 optimale Significant extensions of the slat of this radial position beyond that is up to profile sections well below 40% relative thickness D / T, may prove to be harmful, since the slats contributes too much to uplift and to determine the optimal

Zirkulationsverteilung nicht erfüllen hilft wie weiter innen, sondern diese verletzt mit dem Ergebnis einer unnötig hohen induzierten Verlustleistung. Distribution of circulation fulfill does not help as further inside, but this hurt with the result of unnecessarily high induced power loss.

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 unter The leading edge of the slat 20 extends approximately parallel to the front edge 13 of the blade 6. As shown in FIGS. 2a to 2e can be seen, the slat 20 is located 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. With a gap to the suction side 15 toward ends approximately in the region of the largest thickness D of the rotor blade 6 with its front edge approximately at the height of the front edge 13 of the blade 6 and.

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 L 2 hin immer dicker und verlangen daher nach großen Tiefen um aerodynamisch effektiver zu sein. Fig. 3 shows the inside wing of the in Fig. 2a to f shown rotor blade 6 from a different perspective, namely from 14 to the trailing edge obliquely above the recognizable in dotted outline profile cross-sections to the blade connection area L 2 towards becoming thicker and therefore require great depths to be aerodynamically efficient. 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. Since large sheet depths have an adverse effect in the production and transportation of rotor blades 6, the trailing edge is cut away in this region 14, being taken into account that the profiles resulting only partially develop propulsion. Zur Leistungssteigerung dieses Bereichs ist im Abstand zur Saugseite 15 entlang der Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 ein Vorflügel 20 angeordnet. To increase the power of this region a leading edge slat 20 is spaced from the suction side 15 along the leading edge 13 of the rotor blade. 6 Da der Vorflügel 20 auch dem Kreiszylinder einen Auftrieb verleiht, kann der Vorflügel 20 sogar auch den zylindrischen Blattanschlussbereich L 2 überdecken und überlappt dabei nach innen gegebenenfalls die Nabe 5 des Rotors 4 soweit wie möglich. Since the slat 20 provides a boost and the circular cylinder, the slat 20 may even also cover the cylindrical blade connection range L 2 and thereby overlapping inwardly optionally the hub 5 of the rotor 4 as far as possible.

Während der in den Fig. 2a bis f dargestellte Vorflügel 20 in der Draufsicht einen rechteckförmigen Grundriss besitzt, dh also mit einer konstanten Tiefe T VF 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, dh der Vorflügel 20 ist nach außen hin verjüngt. While, in FIGS. 2a has to f shown slat 20 in the plan view a rectangular outline, so that is equipped with a constant depth T VF is as shown in Figs. 4 and 5 illustrated embodiment, the slat 20 a from the blade root area in the direction the blade tip 11 decreasing depth, ie, the leading edge slat 20 is tapered towards the outside. Die Verjüngung kann dabei sowohl einen linearen als auch gekrümmten Verlauf aufweisen. The taper can have both a linear and curved profile. 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. With such a configuration of the slat 20 that the profile of the rotor blade 6 to the blade tip 11 towards aerodynamic performance is taken into consideration, so that an equalization of the profile induced performance deficits by means of the slat 20 is no longer necessary in 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 can also be seen that the inner end 31 of the slat 20 and its outer end 32 each having an elliptical-shaped tip edge 21 and 22 to hold the induced power losses as low as possible.

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, dh bei einer Luftumströmung wird am Vorflügel 20 ein Zusatzauftrieb erzeugt, der zusätzlich zum Auftrieb des Rotorblatts 6 wirksam ist und zur Leistungssteigerung insgesamt beiträgt. FIGS. 6, 7, 8 and 9 show cross sections through an inventive rotor blade 6 in the region of the slat 20. Thus, the slat 20 has an aerodynamic profile, that is, at a air flow around an additional lift is generated at the leading edge slat 20, which in addition to the buoyancy of the rotor blade 6 is effective and overall contributes to improve 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. Suitable profiles for a slat 20 having a convex suction side 23 and a concave pressure side 24, the latter follows while maintaining a tapered gap 25 of the suction side 15 of the rotor blade. 6 Mit seiner Vorderkante, die etwa parallel zur Vorderkante 13 des Rotorblatts 6 verläuft, bildet der Vorflügel 20 einen Lufteintritt 26 aus. With its front edge which runs approximately parallel to the front edge 13 of the blade 6, the slats 20 forms an air inlet 26th In diesem Bereich weist der Spalt 25 seine größte Höhe auf und wird in Richtung des stromabwärts liegenden Luftaustritts 27 enger. In this region 25, the gap has its greatest height and is narrower in the direction of downstream air outlet 27th 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. In this way, an acceleration of the air flow in the gap 25 takes place, which reduces the tendency for 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 T VF veränderlichen Dickenverlauf besitzt, ist die in Fig. 9 gezeigte While having a variable depth over its T VF thickness course in the Fig. 6, cross-section of the slat 20 shown 7 and 8, is as shown in Fig. 9

Ausführungsform des Vorflügels 20 durchgehend aus einem Blech gedrückt, das im Bereich der Anströmkante umgebördelt ist. pressed out of a sheet embodiment of the slat 20 through which is flanged in the area of the leading edge. 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. The thus very simple to produce thickening in the region of the leading edge of the slat 20 results in an approximation of an aerodynamically profile qualified, thus increasing the power of the slat 20 as compared to a wing of a simple plate.

Wie aus den Figuren 6, 7 und 9 hervorgeht, können zur Befestigung des Vorflügels 20 am Rotorblatt 6 Abstandhalter 28 vorgesehen sein. As is apparent from the Figures 6, 7 and 9, 6 spacer 28 may be provided for attachment of the slat 20 on the rotor blade. 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. The spacers 28 may themselves have an aerodynamic profile in the flow direction and are interposed in order to provide the geometry of the gap 25 securely between the suction side 15 of the rotor blade 6 and the pressure side 24 of the slat 20th 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. By means of screws 29 which extend through the slat 20 and the spacer 28 into the rotor blade 6, the slat is fixed in its intended position twentieth

Eine hierzu alternative Ausführungsform ist in Fig. 8 dargestellt. An alternative embodiment is shown in Fig. 8. Dort wird der Flügel mittels Rippen 30, die in regelmäßigen Abständen über die Länge des Vorflügels 20 angeordnet sind, am Rotorblatt 6 befestigt. There, the wing by means of ribs 30 which are arranged at regular intervals along the length of the slat 20 is attached to the rotor blade. 6 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. The ribs 30 are precisely fitted into the gap 25, so that the slat 20, a larger contact area results in the advantage that the exact relative position of the slat 20 relative to the rotor blade 6 can be maintained better.

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. With a view to minimizing of the induced power loss and thus increase in rotor power connecting the ends 31 and 32 is of the slat 20 to the rotor blade 6 and the hub 5 is of particular importance. 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, dh diese Enden kragen mit einem Teil ihrer Länge über die äußeren Befestigungspunkte aus. According to a first embodiment shown in Fig. 10 embodiment of the invention the slat 20 rests on at regular axial intervals arranged spacers 28 or ribs 30, the inner end 31 and outer end 32 are formed free-propelled, ie these ends collar with a part of its length about the outer attachment points. 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. As mentioned in FIGS. 4 and 5, it proves advantageous to design such an embodiment, the ends 31 and 32 as the elliptic boundary arcs.

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. Wherein in embodiment of FIG. 11 of the invention, the slat 20 includes in the region of its ends at 31 and 32 by the arrangement of the slat 20 is flush with the final end ribs 33 to the rotor blade 6. Auf diese Weise wird die induzierte Verlustleistung minimiert. 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 the connection of the ends 31 and 32 of the slat 20 to the rotor blade 6. There are the ends 31 and 32 doubly bent 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. The variants described in FIGS. 10 to 12 for connecting of the slat 20 to a rotor blade 6 illustrate a non-exhaustive list of examples, so that the invention is not limited thereto. 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. It is also within the scope of the invention to make the connection of the inner end 31 of the slat 20 other than the connection of the outer end 32. Also indicated in Figs. 10 to 12 variants 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. Figs. 13 to 16 relate to the relative position of the inner end 31 of the slat 20 to the hub 5. In the case of wind turbines with pitch adjustment of the rotor blades 6, it is necessary to allow relative motion between the rotor blade 6 and hub 5. 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 L 2 beispielsweise mittels eines Abstandhalters 28 oder einer Rippe 30 zu halten und im weiteren Verlauf unter Überlappung der Nabe 5 frei auskragen zu lassen. In order to receive an aerodynamically optimal operating slat 20, in the illustrated in Fig. 13 embodiment of a rotor 4 are provided to keep the incoming in Längserstreckungs- direction 9 slat 20 in the blade attachment region L 2, for example by means of a spacer 28 or a rib 30 and to make the further course freely protrude at the overlap of the hub. 5 Dadurch wird ein kleinst möglicher aerodynamisch wirksamer Blattbeginn erreicht und somit die nutzbare Rotorfläche vergrößert und die induzierte Verlustleistung reduziert. Thus, a smallest possible aerodynamically effective blade start is achieved, thus increasing the usable rotor surface and the induced power loss is reduced.

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. In a further advantageous aspect of this embodiment the invention proposes to provide to the hub 5 in the region of the inner end 31 of the slat 20 is an additional rib 35th 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 this case, the slat 20 extends while maintaining a small air gap to the rib 35, so that the induced power loss is also reduced (Figure 14).

Ein ähnlicher Effekt lässt sich mit der in Fig. 15 dargestellten Ausführungsform der Erfindung zeigen. A similar effect can be shown with the embodiment shown in Fig. 15 embodiment of the invention. Dort ist das in den Bereich der Nabe 5 auskragende innere Ende 31 des Vorflügels 20 zur Nabe 5 hin abgekröpft. There is bent in the region of the hub 5 cantilevered inner end 31 of the slat 20 to the hub 5 through. Ein dabei eingehaltener geringer Spalt ermöglicht Relativbewegungen des Rotorblatts 6 und damit auch des Vorflügels 20 gegenüber dem Kreisquerschnitt der Nabe 5. A case-observed small gap allowing relative movements of the rotor blade 6, and thus also of the slat 20 relative 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. The embodiment of the invention shown in Fig. 16 shows the connection of the slat 20 to the hub 5 with a rotor 4 with a rigid attachment of the rotor blades 6, as is common in wind turbines with stall regulation. 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. Similarly as described already with reference to FIG. 11, the inner end 31 of the slat 20 is bent twice and mutually 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, dh 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. FIGS. 17 and 18 show another way of forming a slat 20 on a rotor blade 6. The particularity of this embodiment is that the slat 20 is an integral part of the rotor blade 6, that is, slats 20 and rotor blade 6 form a monolithic unit was created by removing forms of the slat 20 and possibly also the ribs from a whole. Auf diese Weise ist ein aerodynamisch hochqualifiziertes Profil erhältlich. In this way, an aerodynamically highly qualified 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 längeren FIGS. 19 and 20, finally, the combination of a Gurney flap 36 show in connection with an inventive rotor blade 6 20. with slats The Gurney flap 36 is corresponding to the pressure side 16 of the rotor blade 6 along the trailing edge 14 over a length of the slat 20 possibly shorter or longer

Längsabschnitt angebracht. Longitudinal section attached. 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. Their protruding from the pressure side 16 of the rotor blade 6 leg causes an increase in lift of the rotor blade 6 and in this way contributes in addition to the increase in output of the wind turbine. 1

Es versteht sich, dass die Erfindung nicht auf die in den einzelnen Figuren dargestellten und mit den Patentansprüchen beanspruchten Ausführungsformen beschränkt ist. It will be understood that the invention is not limited to those illustrated in the individual figures and claimed by the patent claims embodiments. Vielmehr liegen auch Merkmalskombinationen unterschiedlicher Ausführungsformen im Rahmen der Erfindung, soweit sie an den Sinn und Zweck der Erfindung anschließen. Rather, are also combinations of features of different embodiments within the scope of the invention, insofar as they connect to the sense and purpose of the invention.

Non-Patent Citations
Reference
1 *See references of WO2009146810A3
Classifications
International ClassificationF03D1/06
Cooperative ClassificationF05B2240/30, Y02E10/721, F03D1/0675
European ClassificationF03D1/06C6
Legal Events
DateCodeEventDescription
23 Mar 201117PRequest for examination filed
Effective date: 20101223
23 Mar 2011AKDesignated contracting states:
Kind code of ref document: A2
Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO SE SI SK TR
23 Mar 2011AXRequest for extension of the european patent to
Countries concerned: ALBARS
19 Oct 2011DAXRequest for extension of the european patent (to any country) deleted
18 Jun 201418DDeemed to be withdrawn
Effective date: 20131203