WO2007118581A1 - Rotorblatt einer windenergieanlage - Google Patents

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WO2007118581A1
WO2007118581A1 PCT/EP2007/002735 EP2007002735W WO2007118581A1 WO 2007118581 A1 WO2007118581 A1 WO 2007118581A1 EP 2007002735 W EP2007002735 W EP 2007002735W WO 2007118581 A1 WO2007118581 A1 WO 2007118581A1
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WO
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rotor blade
attachment device
aufsatzanströmfläche
profile
rotor
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PCT/EP2007/002735
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English (en)
French (fr)
Inventor
Marc Petsche
Urs Bendel
Original Assignee
Repower Systems Ag
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Publication date
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Priority to CN2007800133567A priority patent/CN101711308B/zh
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Priority to EP07723681.8A priority patent/EP2004990B1/de
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Priority to US12/296,745 priority patent/US8052394B2/en
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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/0608Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F03D1/0641Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades of the section profile of the blades, i.e. aerofoil profile
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301Cross-section characteristics
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/31Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor of changeable form or shape
    • YGENERAL 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
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    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
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    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49316Impeller making
    • Y10T29/49336Blade making
    • Y10T29/49337Composite blade

Definitions

  • the invention relates to a rotor blade of a wind turbine with an upper side (suction side) and a lower side (pressure side), wherein along a longitudinal axis between a rotor blade root and a rotor blade profile in cross section with a front edge and a trailing edge are formed, for each profile in each case one
  • Design Anströmungsanraum is predetermined and the profiles in the outer, the rotor blade tip facing area are formed with a relative thickness of less than 30%.
  • the invention relates to a wind turbine and a use of a device attachment.
  • the invention relates to a method for
  • the efficiency of rotor blades of a wind turbine is determined by the angle of attack, ie the angle between the rotor blade profile chord and the direction of air flow.
  • angle of attack ie the angle between the rotor blade profile chord and the direction of air flow.
  • the flow of the win must be as long as possible on the profile of the rotor blade.
  • the rotor blade should always be flowed at a favorable angle.
  • the size and the angle of the inflow velocity change here depending on the wind speed and the rotational speed in each point of a rotor blade. Because the peripheral speed at the rotor blade tip is greatest and decreases towards the rotor hub, this results in an increase of the angle of attack relative to the rotor plane from the blade tip in the direction of the hub. To ensure that the rotor blade is optimally flown at every point, the rotor blades are twisted.
  • Rotor blades of a wind turbine are described in DE-A-198 15 519 and DE-A-10 2004 007 487.
  • Another rotor blade of a wind turbine is disclosed in WO-A-2002/008600.
  • the object of the present invention is to provide a rotor blade of a wind turbine and to improve the operation of a wind turbine, whereby the energy yield is optimized or increased at a wind turbine when using such a rotor blade.
  • the invention is based on the idea that a rotor blade profile in the inner region, i. with a greater relative thickness of more than 30%, in particular more than 50% relative thickness, receives an optimized aerodynamic design through an additionally formed inflow surface or Aufsatzanström Structure by the attachment device on the pressure side of the rotor blade. Due to the additionally formed inflow surface, which, for example, is subsequently applied to a preferred point in the inner region of the rotor blade after manufacture of a complete rotor blade, a type of bulge elevation is formed on the preferred profiles of the rotor blade, which leads to an increase in lift.
  • the relative thickness of a rotor blade profile is generally understood to mean the ratio of the (largest) profile thickness to the chordal length of the profile.
  • the attachment device according to the invention on the pressure side of the rotor blade profile in the inner region at relative profile thicknesses of more than 30%, preferably more than 50%, determined or marked.
  • a tolerance of approximately ⁇ 20 ° between the contact person at the point of attachment to the profile and the design flow direction is advantageous or possible.
  • the profiles are in the inner region with a relative thickness of more than 50%.
  • the rotor blade profiles (as primary profiles) in the interior, which is very Edinburgh ⁇ ⁇ dig in construction and in production, with the trained or arranged Aufsatzanström simulation the attachment device on a kind of secondary profiles, so that the increase of the angle of attack in the rotor hub near range the additionally formed inflow area is taken into account and the energy yield is thus increased.
  • the aerodynamic profile properties of a rotor blade are improved with regard to an improved energy yield (on an annual average).
  • the tread lift of inner profile cuts for relative profile thicknesses of 100% to 30% is effectively increased.
  • the shape of the rotor blade is such that, along the longitudinal axis in the inner region of the rotor blade root associated with profiles with a relative thickness of more than 30% on the pressure side, a top device facing a Friedberganström preparation and one of the front edge facing Auftician the Aufsatzanström preparation and one of the trailing edge End point of Aufsatzanström formation has, is arranged, wherein the Auftician the Aufsatzanström sampling before the separation point of the wind flow on the pressure side or before the separation point of the rotor blade flowing medium is formed on the pressure side.
  • a stall in the region of the rotor blade close to the center on the pressure side is avoided or at least shifted downstream.
  • ⁇ of a rotor blade or a wind turbine is an important indicator for the design of wind turbines. It indicates the ratio of the peripheral speed of the rotor (blade tip speed) to the wind speed.
  • the high-speed number indicates how fast the wings move in relation to the wind.
  • the high-speed numbers change as a result of the wind speed and the rotor speed.
  • the rotor of a wind turbine reaches its maximum power coefficient (fixed rotor characteristic). Therefore, with a corresponding design speed number of a rotor blade, there is a corresponding predetermined design flow direction for each profile in front.
  • the speed of rotation of the rotor blade be between 7 and 1 1.
  • the profiles in the inner region have a relative thickness of more than 50%.
  • the profiles are characterized in that the tangent is formed in the point of Aufsatzanström formation substantially parallel to the Auslegerungsanströmeuros.
  • a curved spatial structure of the attachment device results when the distance of the end points or the tear-off points of the Aufsatzanström structure (or the attachment device) increases from the leading edge of the rotor blade along the longitudinal axis from the inside out, at least in a longitudinal axis portion.
  • Spoiler founded with an inwardly returning, ie curved to the trailing edge construction, wherein the after formed inside the trailing edge curvature of the attachment device results from the rotation of the direction of flow.
  • the attachment device is designed in the manner of a spoiler with a Heilieit Structure in the form of Aufsatzanstömflä- surface, whereby the energy efficiency of the rotor blade is increased in the inner region.
  • the attachment device is glued or is on the rotor blade.
  • the attachment device can be arranged later after production of the rotor blade in the inner region on the pressure side. Accordingly, in particular the attachment device can be retrofitted or retrofitted. In practice, this advantageously has the consequence that no or no significant increase in the system load in the
  • the attachment device is or is brought from a rest position to a working position.
  • the inflow surface of the attachment device can be adjusted accordingly or retracted with a corresponding wind load, as a result of which the attachment inflow surface of the attachment device rests closely on the usual profile of the rotor blade.
  • the object is achieved by a wind energy plant, which with at least one rotor blade, as described voranstehe ⁇ d, equipped.
  • a further solution of the problem consists in the use of an attachment device which is or is arranged in an inner region of a rotor blade according to the invention described above.
  • the object is achieved by a method for producing a rotor blade of a wind energy plant, wherein an attachment device is arranged in the inner region of a rotor blade, so that the rotor blade is formed in one embodiment according to the abovementioned possibilities.
  • an attachment device is arranged in the inner region of a rotor blade, so that the rotor blade is formed in one embodiment according to the abovementioned possibilities.
  • Fig. 1 superimposed profile sections of a rotor blade according to the invention
  • FIG. 2 superimposed profile sections of a further rotor blade according to the invention
  • FIG. 3 is a perspective view of a rotor blade in the inner region with an attachment device according to the invention.
  • FIG. 4a to 4d each profile sections of a rotor blade according to the invention and 5 shows a profile section of a further rotor blade according to the invention.
  • the innermost profile 21 in this example has the largest relative thickness.
  • the profile 25 is the thinnest profile in the inner region with a relative thickness of 45%.
  • the superimposed profile sections 21, 22, 23, 24, 25 represent a profile profile of a rotor blade in various sections. For the sake of clarity, the presentation of profiles with a relative thickness of less than 30% in the outer area has been omitted.
  • the rotor plane is shown in Fig. 1 by the reference numeral 1 1 in a predetermined operating position of the rotor blade.
  • the various profile sections 21, 22, 23, 24, 25 are threaded along a Auffädelachse of the rotor blade root outward to the rotor blade tip.
  • FIG. 1 shows the cross sections of the attachment body 51 at the respective profile sections 21 to 25, wherein the cross section of the attachment body 51 is formed on the profile sections 21 to 25 in the manner of a triangle or the like or approximately triangular.
  • the corresponding point 41 to 43 of the attachment body 51 on the respective profiles 21 to 23 is determined, for example, in that the contact end at the point 41 to 43, i. the tangent to the respective profile is formed parallel or with a slight inclination of ⁇ 20 °, in particular ⁇ 15 °, to the respective design flow direction 31, 33 and 35 of the associated profile section 21, 23 and 25.
  • the point 41 to 43 on the profile 21 to 23 before the respective pressure-side stall point of the corresponding profile 21 to 23 is arranged.
  • the profile properties of the rotor blade 60 in the inner region ie in the area with a profile thickness of more than 30%, in particular 50%, improved because with the attachment body 51, a Völbungserhöhung on the pressure side of the rotor blade 60th is formed.
  • a topping inflow surface see FIG 52
  • a somewhat increased profile resistance due to an increased dead water area is accepted or tolerated here.
  • From the profile sections 21 to 25 also shows that the position of the attachment body 51 with its corresponding Aufaff 41 to 43 differs or changed from profile to profile, so that first in the inner profile section 21 to the next adjacent profile section 22 of the Auftician 41 in the Projection along the Auffädelachse behind the Auftician 42 of the subsequent outer profile section 22 is located.
  • the length of the attachment device 51 along the threading axis or another predetermined axis is determined as a function of the length of the rotor blade. Depending on the slender nature of the rotor blade, the length of the attachment device may be about 15% to 25% of the rotor blade length.
  • the length of the attachment device for a wind turbine with a capacity of 1, 5 MW and a rotor blade Length of 37 m, the length of the attachment device, for example, 5.5 m, in a wind turbine with a capacity of 2 MW and a rotor blade length of 45 m, the length of the attachment device, for example, 7 m and in a wind turbine with a capacity of 5 MW and a rotor blade length of 61 m and a slim blade geometry, the length of the attachment device, for example, 15.5 m (for relatively thick profiles).
  • the cross-sectional shape of the attachment device 51 is not decisive, the triangular shape is in particular made of structural
  • the attachment device 51 can be retrofitted, since in practice no increase in the system load arises in comparison to the high load assumptions of the design method.
  • FIG. 1 The geometry of an advantageous positioning of the attachment device 51 is shown by way of example in FIG. 1 for a rotor blade with a length of 37 m.
  • a radius (from the rotor hub) of 2.8 m (profile 21), 4 m (profile 22), 5 m (profile 23), 6 m (profile 24) and 7 m (profile 25) is also the rotor plane 1 1 entered.
  • a further preferred embodiment for a rotor blade is shown, in which the profiles 21 to 25 are arranged asymmetrically on the blade longitudinal axis or Auffädelachse.
  • the leaf release is increased accordingly before a tower of a wind turbine.
  • the corresponding Auslegungsanströmraumen 31 to 35 are the associated profile sections 21 to 25th also drawn in each case.
  • the height of the attachment device 51 in the exemplary embodiments in FIGS. 1 and 2 in the circular cylindrical region of the rotor blade is about 10% of the cylinder diameter, in the region of a profile thickness of 45% about 8% of the profile thickness.
  • the aerodynamic efficiency will increase, wherein care must be taken in the embodiments that a good compromise is achieved for the construction costs for an additional attachment device 51 and the additional load for a rotor blade and the yield increase to be achieved therewith.
  • the attachment device 51 runs back in the inner region (profile 21) to the trailing edge of the profile. Since the flow in the inner region rotates strongly, the circular cylinder of the rotor blade with the attachment device 51 is also rotated in the counterclockwise direction, whereby the position of the attachment device 51 moves upward. By this reverse rotation results in a total curved or curved shape of the attachment device 51 along the Auffädelachse of the rotor blade.
  • a preferred embodiment provides to dispense with the reverse rotation of the attachment device in the interior. This is slightly worse in terms of energy yield, but allows a very simple, substantially straight geometry of the attachment device and thus a simple construction.
  • the attachment device 51 can be arranged in the form of a spoiler in the manufacture of the rotor blades, so that no complete change in the manufacturing process of a rotor blade has to be carried out.
  • an attachment device 51 for example, glass fiber reinforced plastic (GRP) is suitable.
  • GFP glass fiber reinforced plastic
  • the corner is advantageously rounded for strength reasons. This results in a very high strength at the attachment device with a low weight of the attachment device.
  • the attachment device 51 is designed to be comparatively elastic in the direction of the longitudinal axis of the blade, ie. in that this results in very high elongations in the longitudinal direction within a tolerance range.
  • the attachment device is brought into a working position.
  • the attachment device is designed to be activated in order to increase the energy yield at wind speeds below the rated speed when the attachment device 51 is switched on or switched on.
  • the load on the rotor blade is reduced by the attachment inflow surface resting close to the normal rotor blade profile.
  • the attachment device 51 is brought from a rest position into a working position by the airbag or another switchable device, this process being reversible.
  • FIG. 3 furthermore shows a perspective view of an inner region of a rotor blade 60 in a perspective illustration.
  • the rotor blade 60 has a circular rotor blade connection 61.
  • the attachment body 51 facing away from the leading edge adjoins the attachment body 51 in the manner of a spoiler
  • Pressure side of the rotor blade 60 is arranged.
  • the attachment body 51 has a Aufsatzanström nature 52, wherein at the transition from the normal flow surface of the rotor blade 60 to Aufsatzanström preparation 52, the corresponding Aufus the profiles are.
  • the drawn line 53 thus forms a kind of connecting line of Auf.
  • the attachment inflow surface 52 of the attachment device 51 is bounded by the connection line 54 of the attachment inflow surface 52.
  • the connecting line 54 are the end points of the Aufsatzanström
  • FIGS. 4a to 4d show advantageous embodiments of an attachment device 51 or modified profiles from FIG.
  • the drawn profiles 21, 22, 23, 25 correspond to the in
  • Fig. 1 profile sections shown.
  • the modified profile sections 21, 22, 23, 25 have in this embodiment, a very high aerodynamic quality, so that the energy yield of a rotor blade in the inner rotor hub near range is maximized or is.
  • the energy-yield-optimized design of the attachment device 1 51 has an even stronger displacement of the tear-off point away from the blade leading edge than the geometry of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2.
  • Extension device high Such an attachment device is particularly useful if rotor blades are to be improved during production, whereby no completely new rotor blade form has to be built.
  • the illustrated attachment device can be easily mounted on an existing rotor blade.
  • Fig. 5 shows the embodiment of an attachment device 51 with adhesive tabs 71, 72 in cross section on a profile.
  • adhesive tabs 71, 72 With a rotor blade with a length of 37 m and a length of the attachment device of about 5.5 m, adhesive tabs 71, 72 with a width of 50 to 80 mm prove to be advantageous.
  • the attachment 51 itself is made of 2 to 4 mm thick fiberglass (laminated fabric or fiber spray) manufactured. The tear-off is designed to achieve a high aerodynamic quality as sharp as possible corner.
  • the unavoidable contour jump in the Aufddling 45 should be kept as small as possible, a maximum of 5 mm, in particular 2 to 3 mm in a glued attachment device 51 or glued spoiler.
  • rounding with adhesive for example Sikaflex is advantageous.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt (60) einer Windenergieanlage mit einer Oberseite (Saugseite) und einer Unterseite (Druckseite), wobei entlang einer Längsachse zwischen einer Rotorblattwurzel und einer Rotorblattspitze Profile im Querschnitt mit einer Vorderkante und einer Hinterkante (62) ausgebildet sind, für jedes Profil jeweils eine Auslegungsanströmrichtung (31, 32, 33, 34, 35) vorbestimmt ist und die Profile im äußeren, der Rotorblattspitze zugewandten Bereich mit einer relativen Dicke von weniger als 30 % ausgebildet sind und im inneren, der Rotorblattwurzel zugeordneten Bereich an Profilen mit einer relativen Dicke von mehr als 30 % auf der Druckseite eine Aufsatzvorrichtung (51), die eine Aufsatzanströmfläche sowie einen der Vorderkante zugewandten Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) und einen der Hinterkante (62) zugewandten Endpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) aufweist, angeordnet ist, wobei der Aufpunkt der Aufsatzanströmflache (52) in einem Bereich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante (62) der Profile angeordnet ist, so dass die Tangente an das Profil im Aufpunkt in einem Winkelbereich zwischen +20° und -20°, insbesondere zwischen +15° und -15°, zur Auslegungsanströmrichtung des Profils ausgebildet ist. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts (60) einer Windenergieanlage.

Description

Rotorblatt einer Windenergieanlage
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt einer Windenergieanlage mit einer Oberseite (Saugseite) und einer Unterseite (Druckseite), wobei entlang einer Längsachse zwischen einer Rotorblattwurzel und einer Rotorblattspitze Profile im Querschnitt mit einer Vorderkante und einer Hinterkante ausgebildet sind, für jedes Profil jeweils eine
Auslegungsanströmrichtung vorbestimmt ist und die Profile im äußeren, der Rotorblattspitze zugewandten Bereich mit einer relativen Dicke von weniger als 30 % ausgebildet sind. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Windenergieanlage sowie eine Verwendung einer Aufsatzvorrichtung. Überdies betrifft die Erfindung ein Verfahren zur
Herstellung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage.
Der Wirkungsgrad von Rotorblättern einer Windenergieanlage wird durch den Anströmwinkel, also den Winkel zwischen der Rotorblatt- profilsehne und der Anströmrichtung der Luft, bestimmt. Bei Windenergieanlagen hängt insbesondere der Anströmwinkel von der Rotorblattgeschwindigkeit und somit von der Rotordrehzahl und der Windgeschwindigkeit ab.
Damit sich bei einem aerodynamischen Auftrieb eines Rotorblatts die Auftriebskraft voll entfalten kann, muss die Strömung des Win- des möglichst lange am Profil des Rotorblatts anliegen. Hierbei sollte das Rotorblatt immer unter einem günstigen Winkel angeströmt werden. Die Größe und der Winkel der Anströmgeschwindigkeit ändern sich hierbei in Abhängigkeit der Windgeschwindigkeit und der Umlaufgeschwindigkeit im jeweiligen Punkt eines Rotorblatts. Da- durch, dass die Umfangsgeschwindigkeit an der Rotorblattspitze am größten ist und zur Rotornabe hin abnimmt, ergibt sich daraus eine Zunahme des Anströmwinkels relativ zur Rotorebene von der Blattspitze in Richtung Nabe. Um zu gewährleisten, dass das Rotorblatt an jedem Punkt optimal angeströmt wird, werden die Rotorblätter mit einer Verwindung ausgeführt.
Rotorblätter einer Windenergieanlage sind in DE-A-198 15 519 und DE-A-10 2004 007 487 beschrieben. Ein weiteres Rotorblatt einer Windturbine ist in WO-A-2002/008600 offenbart.
Ausgehend von diesem Stand der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Rotorblatt einer Windenergieanlage bereit zu stellen sowie den Betrieb einer Windenergieanlage zu verbessern, wodurch beim Einsatz eines derartigen Rotorblatts der Energieertrag an einer Windenergieanlage optimiert bzw. erhöht wird.
Gelöst wird diese Aufgabe bei einem Rotorblatt der eingangs genannten Art dadurch, dass entlang der Längsachse im inneren, der Rotorblattwurzel zugeordneten Bereich an Profilen mit einer relativen Dicke von mehr als 30 % auf der Druckseite eine Aufsatzvorrichtung angeordnet ist, die eine Aufsatzanströmfläche sowie einen der Vorderkante zugewandten Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche und einen der Hinterkante zugewandten Endpunkt der Aufsatzanströmfläche aufweist, wobei der Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche in einem Bereich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante der Profile angeordnet ist, so dass die Tangente an das Profil im Aufpunkt in einem Winkelbereich zwischen +20° und -20°, insbesondere zwischen +15° und -15°, zur Auslegungsanströmrichtung des Profils ausgebildet ist.
Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass ein Rotorblattprofil im inneren Bereich, d.h. mit einer größeren relativen Dicke von mehr als 30 %, insbesondere mehr als 50 % relativer Dicke, durch eine zusätzlich ausgebildete Anströmfläche bzw. Aufsatzanströmfläche durch die Aufsatzvorrichtung auf der Druckseite des Rotorblatts eine optimierte aerodynamische Ausbildung erhält. Durch die zusätzlich ausgebildete Anströmfläche, die beispielsweise nachträglich nach Fertigung eines kompletten Rotorblatts auf eine bevorzugte Stelle im inneren Bereich des Rotorblatts aufgebracht wird, wird eine Art Wölbungserhöhung an den bevorzugten Profilen des Rotor- blatts ausgebildet, die zu einer Auftriebserhöhung führt.
Unter der relativen Dicke eines Rotorblattprofils wird im Allgemeinen das Verhältnis der (größten) Profildicke zur Sehnenlänge des Profils verstanden.
Bei dickeren Profilen, bei denen üblicherweise die Strömung des Windes auf der Druckseite im Rotornaben nahen Bereich abzulösen droht, werden die Aufpunkte der Aufsatzvorrichtung in einem Bereich der Profilkontur angeordnet, bei denen die Berührenden bzw. die Tangenten im jeweiligen Aufpunkt in etwa parallel zur Anströmrichtung bzw. zur (vorbestimmten) Auslegungsanströmrichtung liegen bzw. ausgebildet sind. Dadurch sind die Aufpunkte der erfin- - A -
dungsgemäßen Aufsatzvorrichtung auf der Druckseite des Rotorblattprofils im inneren Bereich bei relativen Profildicken von mehr als 30 %, vorzugsweise mehr als 50 %, bestimmt bzw. gekennzeichnet. Hierbei ist eine Toleranz von etwa ± 20° zwischen der Be- rührenden im Aufpunkt an das Profil und der Auslegungsanströmrichtung von Vorteil bzw. möglich. Typischerweise liegen die Profile im inneren Bereich mit einer relativen Dicke von mehr als 50 % vor.
Gemäß der Erfindung weisen die Rotorblattprofile (als Primärprofile) im Innenbereich, der in seiner Konstruktion und bei der Fertigung sehr aufwäπdig ist, mit der ausgebildeten bzw. angeordneten Aufsatzanströmfläche der Aufsatzvorrichtung eine Art Sekundärprofile auf, so dass die Zunahme des Anströmwinkels im Rotornaben nahen Bereich durch die zusätzlich ausgebildete Anströmfläche be- rücksichtigt wird und der Energieertrag damit gesteigert wird.
Beim Übergang zwischen der druckseitigen Strömungsfläche des Rotorblatts und der anschließenden Anströmfläche der Aufsatzvorrichtung ist nach wie vor eine anliegende Strömung des Mediums bzw. Winds vorgesehen.
Mit der erfindungsgemäßen Aufsatzvorrichtung werden die aerodynamischen Profileigenschaften eines Rotorblatts im Hinblick auf einen verbesserten Energieertrag (im jährlichen Mittel) verbessert. Gemäß der Erfindung wird der Profilauftrieb von inneren Profilschnitten für relative Profildicken von 100 % bis 30 % effektiv erhöht. Dadurch, dass die Aufsatzvorrichtung vor dem Ablösepunkt der Strömung am Profil bezogen auf die Vorderkante des Profils angeordnet ist, wird die Leistung eines Rotors im Jahresmittel bis zu 3,0 % gesteigert.
Eine weitere Lösung der Aufgabe oder eine bevorzugte Ausfüh- rungsform des Rotorblatts besteht darin, dass entlang der Längsachse im inneren, der Rotorblattwurzel zugeordneten Bereich an Profilen mit einer relativen Dicke von mehr als 30 % auf der Druckseite eine Aufsatzvorrichtung, die eine Aufsatzanströmfläche sowie einen der Vorderkante zugewandten Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche und einen der Hinterkante zugewandten Endpunkt der Aufsatzanströmfläche aufweist, angeordnet ist, wobei der Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche vor dem Ablösepunkt der Windströmung auf der Druckseite bzw. vor dem Ablösepunkt des das Rotorblatt an- strömenden Mediums auf der Druckseite ausgebildet ist. Hierdurch wird ein Strömungsabriss im zentrumsnahen Bereich des Rotorblatts auf der Druckseite vermieden oder zumindest stromabwärts verschoben.
Gemäß der Erfindung liegt bei einer vorbestimmten Auslegungs- schnelllaufzahl eine so genannte Auslegungsanströmrichtung vor, die für jedes Querschnittsprofil des Rotorblatts unterschiedlich ausgebildet ist. Die Schnelllaufzahl λ eines Rotorblatts bzw. einer Windenergieanlage ist eine wichtige Kennzahl für die Auslegung von Windenergieanlagen. Sie gibt das Verhältnis der Umfangsgeschwindigkeit des Rotors (Blattspitzengeschwindigkeit) zur Windgeschwindigkeit an. Die Schnelllaufzahl gibt an, wie schnell sich die Flügel in Relation zum Wind bewegen.
Grundsätzlich verändern sich während des Betriebs einer Windenergieanlage die Schnelllaufzahlen in Folge der Windgeschwindigkeit und der Rotordrehzahl. Bei der Auslegungsschnelllaufzahl erreicht der Rotor einer Windenergieanlage seinen maximalen Leistungsbeiwert (fester Rotorkennwert). Daher liegt bei einer entspre- chenden Auslegungsschnelllaufzahl eines Rotorblatts eine entsprechende vorbestimmte Auslegungsanströmrichtung für jedes Profil vor.
In einer bevorzugten Weiterbildung des Rotorblatts wird vorgeschlagen, dass die Schnelllaufzahl des Rotorblatts zwischen 7 und 1 1 liegt.
Darüber hinaus ist weiterhin von Vorteil, wenn die Profile im inneren Bereich eine relative Dicke von mehr als 50 % aufweisen.
Außerdem zeichnen sich die Profile dadurch aus, dass die Tangente im Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche im Wesentlichen parallel zur Auslegungsanströmrichtung ausgebildet ist.
Günstig ist es ferner, wenn der Endpunkt der Aufsatzanströmfläche bezogen auf die Anströmrichtung vor der Hinterkante des Rotorblatts endet.
Weiterhin sind insbesondere die Aufpunkte der Aufsatzanströmfläche bzw. der Aufsatzvorrichtung von innen nach außen, d. h. entlang der Längsachse, kontinuierlich verbunden. Ferner sind die Endpunkte der Aufsatzvorrichtung von innen nach außen kontinuierlich verbunden, so dass die Aufsatzvorrichtung als eine Art Bauteil oder Körper ausgebildet ist.
Eine gekrümmte räumliche Struktur der Aufsatzvorrichtung ergibt sich, wenn sich der Abstand der Endpunkte oder der Abreißpunkte der Aufsatzanströmfläche (bzw. der Aufsatzvorrichtung) von der Vorderkante des Rotorblatts entlang der Längsachse von innen nach außen zumindest in einem Längsachsenabschnitt vergrößert. Hierdurch wird eine Art gekrümmte Aufsatzvorrichtung oder eine Art
Spoilereinrichtung mit einer nach innen zurücklaufenden d.h. zur Hinterkante gebogenen Konstruktion ausgebildet, wobei die nach innen zur Hinterkante ausgebildete Krümmung der Aufsatzvorrichtung sich durch die Verdrehung der Anströmrichtung ergibt.
Dazu ist weiter vorgesehen, dass die Aufsatzvorrichtung nach Art eines Spoilers mit einer Luftieitfläche in Form der Aufsatzanstömflä- che ausgebildet ist, wodurch die Energieeffizienz des Rotorblatts im inneren Bereich gesteigert wird.
Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn die Aufsatzvorrichtung auf das Rotorblatt geklebt wird oder ist. Hierbei kann die Aufsatzvorrichtung nachträglich nach Herstellung des Rotorblatts im inneren Bereich auf der Druckseite angeordnet werden. Dementsprechend ist insbesondere die Aufsatzvorrichtung nachrüstbar oder nachgerüstet. In der Praxis hat dies vorteilhafterweise zur Folge, dass gar keine oder keine signifikante Erhöhung der Anlagenbelastung im
Vergleich zu den Lastannahmen des Auslegungsverfahrens stattfindet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist es ferner möglich, dass die Aufsatzvorrichtung von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition gebracht wird oder ist. Hierbei kann beispielsweise die Anströmfläche der Aufsatzvorrichtung entsprechend eingestellt oder bei entsprechender Windlast eingefahren werden, wodurch die Aufsatzanströmfläche der Aufsatzvorrichtung eng am üblichen Profil des Ro- torblatts anliegt.
Außerdem ist es in einer Weiterbildung bevorzugt, wenn der Endpunkt der Aufsatzanströmfläche als Strömungsabreißpunkt auf der Druckseite des Profils ausgebildet ist.
Ferner wird die Aufgabe gelöst durch eine Windenergieanlage, die mit wenigstens einem Rotorblatt, wie voransteheπd beschrieben, ausgerüstet ist.
Eine weitere Lösung der Aufgabe besteht in einer Verwendung einer Aufsatzvorrichtung, die in einem inneren Bereich eines erfindungs- gemäßen, voranstehend beschriebenen Rotorblatts angeordnet wird oder ist.
Außerdem wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts einer Windenergieanlage, wobei eine Auf- satzvorrichtung im inneren Bereich eines Rotorblatts angeordnet wird, so dass das Rotorblatt in einer Ausführungsform gemäß den oben genannten Möglichkeiten ausgebildet ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird auf die voranstehenden Ausführungen zu dem oben beschriebenen Rotorblatt ausdrücklich verwiesen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen exemplarisch beschrieben, wobei bezüglich aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich auf die Zeichnungen verwiesen wird. Es zeigen:
Fig. 1 überlagerte Profilschnitte eines erfindungsgemäßen Rotorblatts;
Fig. 2 überlagerte Profilschnitte eines weiteren erfin- dungsgemäßen Rotorblatts;
Fig. 3 eine perspektivische Darstellung eines Rotorblatts im inneren Bereich mit einer erfindungsgemäßen Aufsatzvorrichtung;
Fig. 4a bis 4d jeweils Profilschnitte eines erfindungsgemäßen Rotorblatts und Fig. 5 einen Profilschnitt eines weiteren erfindungsgemäßen Rotorblatts.
In den folgenden Figuren sind jeweils gleiche oder gleichartige EIe- mente bzw. entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern versehen, so dass von einer entsprechenden erneuten Vorstellung abgesehen wird.
In Fig. 1 sind mehrere überlagerte Profilschnitte 21 , 22, 23, 24, 25 eines Rotorblatts 60 (vgl. Fig. 3) von der Rotorblattwurzel in inneren
Bereich zum äußeren Bereich dargestellt. Das innerste Profil 21 weist in diesem Beispiel die größte relative Dicke aus. Das Profil 25 ist mit einer relativen Dicke von 45 % das dünnste Profil im inneren Bereich. Die überlagerten Profilschnitte 21 , 22, 23, 24, 25 geben einen Profilverlauf eines Rotorblatts in verschiedenen Abschnitten wieder. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde von der Darstellung von Profilen mit einer relativen Dicke von weniger als 30 % im äußeren Bereich abgesehen.
Darüber hinaus ist in Fig. 1 mit dem Bezugszeichen 1 1 die Rotorebene in einer vorbestimmten Betriebsstellung des Rotorblatts eingezeichnet. Die verschiedenen Profilschnitte 21 , 22, 23, 24, 25 sind entlang einer Auffädelachse von der Rotorblattwurzel nach außen zur Rotorblattspitze aufgefädelt.
Aus Fig. 1 geht hervor, dass die relative Dicke der Profilschnitte 21 bis 25 von innen (Profil 21 ) nach außen (Profil 25) abnimmt. Das heißt, dass das Profil 21 im inneren Bereich näher an der Rotorblattwurzel als die nachfolgenden Profilschnitte 22 bis 25 angeord- net ist.
Entsprechend zum (inneren) Profilschnitt 21 ist in Fig. 1 die dazu- gehörige vorbestimmte Auslegungsanströmrichtung 31 eingezeichnet. Darüber hinaus sind für die Profile 23, 25 die entsprechenden jeweiligen Auslegungsanströmrichtungen 33, 35 eingezeichnet. Überdies sind in Fig . 1 für die Profilschnitte 21 , 22, 23 jeweils die Aufpunkte 41 , 42, 43 eines erfindungsgemäßen Aufsatzkörpers 51 als Aufsatzvorrichtung auf der Druckseite der Profile 21 bis 25 im Querschnitt dargestellt.
In Fig. 1 sind die Querschnitte des Aufsatzkörpers 51 an den jewei- ligen Profilschnitten 21 bis 25 eingezeichnet, wobei der Querschnitt des Aufsatzkörpers 51 an den Profilschnitten 21 bis 25 jeweils nach Art eines Dreiecks oder dergleichen oder annähernd dreiecksförmig ausgebildet ist.
Der entsprechende Aufpunkt 41 bis 43 des Aufsatzkörpers 51 an den jeweiligen Profilen 21 bis 23 ist beispielsweise dadurch bestimmt, dass die Berührende im Aufpunkt 41 bis 43, d.h. die Tangente an das jeweilige Profil parallel oder mit einer geringen Neigung von ± 20°, insbesondere ± 15°, zur jeweiligen Auslegungsan- Strömrichtung 31 , 33 und 35 des dazugehörigen Profilschnitts 21 , 23 sowie 25 ausgebildet ist. Hierbei ist der Aufpunkt 41 bis 43 an dem Profil 21 bis 23 vor dem jeweiligen druckseitigen Strömungsabrisspunkt des entsprechenden Profils 21 bis 23 angeordnet.
Durch den nachträglich aufgebrachten bzw. nachrüstbaren Aufsatzkörper 51 werden die Profileigenschaften des Rotorblatts 60 im inneren Bereich, d.h. im Bereich mit einer Profildicke von mehr als 30 %, insbesondere 50 %, verbessert, da mit dem Aufsatzkörper 51 eine Wölbungserhöhung auf der Druckseite des Rotorblatts 60 aus- gebildet wird. Bevor die Strömung auf der Druckseite der Profile 21 bis 23 sich ablöst, wird durch die Aufsatzvorrichtung 51 auf der Druckseite eine Aufsatzanströmfläche (vgl. Fig. 3, Bezugszeichen 52) der Aufsatzvorrichtung bzw. des Aufsatzkörpers 51 ausgebildet, wodurch der Profilauftrieb des Rotorblatts im inneren Bereich und damit der Energieertrag verbessert werden. Ein etwas vergrößerter Profilwiderstand durch ein vergrößertes Totwassergebiet wird hier- bei in Kauf genommen bzw. toleriert.
Aus den Profilschnitten 21 bis 25 geht ferner hervor, dass die Position des Aufsatzkörpers 51 mit seinen entsprechenden Aufpunkte 41 bis 43 sich von Profil zu Profil unterscheidet bzw. verändert, so dass zunächst im inneren Profilschnitt 21 zum nächsten benachbarten Profilschnitt 22 der Aufpunkt 41 in der Projektion entlang der Auffädelachse hinter dem Aufpunkt 42 des nachfolgenden äußeren Profilschnitts 22 liegt.
Mit zunehmendem Rotorblattradius liegen die Aufpunkte 43 und die weiteren Aufpunkte, die aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht bezeichnet sind, zunehmend mehr von der vorderen Profilkante entfernt. Das heißt, dass der Abstand zwischen den Aufpunkten 42, 43 und den weiter außen liegenden Aufpunkten und der Vorderkante des entsprechenden Profils sich vergrößert.
Darüber hinaus vergrößert sich die Winkelposition der Aufpunkte 41 , 42, 43 mit größer werdendem Rotorradius, wobei die Winkelpositionen bezogen auf die Rotorblattebene um die Rotorblattlängs- achse gemessen werden.
Die Länge der Aufsatzvorrichtung 51 entlang der Auffädelachse oder einer anderen vorbestimmten Achse wird in Abhängigkeit der Länge des Rotorblatts festgelegt. Je nach Schlankheit des Rotor- blattes kann die Länge der Aufsatzvorrichtung etwa 15% bis 25% der Rotorblattlänge betragen. Das bedeutet, dass bei einer Windenergieanlage mit einer Leistung von 1 ,5 MW und einer Rotorblatt- länge von 37 m die Länge der Aufsatzvorrichtung beispielsweise 5,5 m beträgt, bei einer Windenergieanlage mit einer Leistung von 2 MW und einer Rotorblattlänge von 45 m die Länge der Aufsatzvorrichtung beispielsweise 7 m beträgt und bei einer Windenergieanla- ge mit einer Leistung von 5 MW und einer Rotorblattlänge von 61 m sowie einer schlanken Blattgeometrie die Länge der Aufsatzvorrichtung beispielsweise 15,5 m (bei relativ dicken Profilen) beträgt.
Die Querschnittsform der Aufsatzvorrichtung 51 ist dabei nicht ent- scheidend, die Dreiecksform ist insbesondere aus strukturellen
Gründen besonders vorteilhaft. Bei bekannten Windenergieanlagen mit bereits installierten Rotorblättern ist die Aufsatzvorrichtung 51 nachrüstbar, da in der Praxis keine Erhöhung der Anlagenbelastung im Vergleich zu den hohen Lastannahmen des Auslegungsverfah- rens entsteht.
Hierbei liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die mit einfachen Berechnungsverfahren vorhergesagten sowie theoretisch ermittelten Auftriebsbeiwerte im Rotorblattinnenbereich real nicht erreicht wer- den. Mit der erfindungsgemäßen Aufsatzvorrichtung werden die Profileigenschaften eines Rotorblatts so verbessert, dass die ursprünglichen Annahmen auch in der Praxis erreicht werden.
Die Geometrie einer vorteilhaften Positionierung der Aufsatzvorrich- tung 51 ist beispielhaft für ein Rotorblatt mit einer Länge von 37 m in der Figur 1 gezeigt. Neben den Auslegungsanströmrichtungen für einen Radius (von der Rotornabe) von 2.8 m (Profil 21 ), 4 m (Profil 22), 5 m (Profil 23), 6 m (Profil 24) und 7 m (Profil 25) ist auch die Rotorebene 1 1 eingetragen.
Es ist zu erkennen, dass die Position der Aufsatzvorrichtung 51 mit zunehmendem Rotorradius von der Blattvorderkante weg nach hinten wandert. Der absolute Abstand des Abreißpunktes als Referenzpunkt der Aufsatzvorrichtung 51 zur jeweiligen Blattvorderkante vergrößert sich. Eine Ausnahme bildet lediglich der innerste Profilschnitt 21 bei einem Radius vom 2.8 m.
Bezogen auf die Rotorblattebene 1 1 ergeben sich folgende Winkelpositionen der Aufsatzvorrichtung gemessen um die Rotorblattlängsachse:
Figure imgf000015_0001
Es ist zu erkennen, dass für die inneren Profile ab einem vorbestimmten Profil die Winkelposition der Aufsatzvorrichtung mit größer werdendem Rotorradius zunimmt. Beim Übergang von dem innersten Profil 21 (Radius 2.8 m) zum nächsten Profil 22 (Radius 4 m) nimmt die Winkelposition der Aufsatzvorrichtung 51 leicht ab.
In Fig. 2 ist eine weitere bevorzugte Ausführungsform für ein Rotorblatt dargestellt, bei der die Profile 21 bis 25 asymmetrisch auf der Blattlängsachse bzw. Auffädelachse angeordnet sind. Hierdurch wird der Blattfreigang vor einem Turm einer Windenergieanlage entsprechend vergrößert. Die entsprechenden Auslegungsanströmrichtungen 31 bis 35 sind zu den zugehörigen Profilschnitten 21 bis 25 ebenfalls jeweils eingezeichnet.
Die Höhe der Aufsatzvorrichtung 51 beträgt in den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und Fig. 2 im Kreiszylinderbereich des Rotorblatts ca. 10 % des Zylinderdurchmessers, im Bereich einer Profildicke von 45 % ca. 8 % der Profildicke. Mit größerer Höhe der Aufsatzvorrichtung 51 wird die aerodynamische Wirksamkeit zunehmen, wobei bei den Ausführungsformen darauf zu achten ist, dass ein guter Kompromiss für den Bauaufwand für eine zusätzliche Aufsatzvor- richtung 51 und die Zusatzbelastung für ein Rotorblatt sowie die damit zu erzielende Ertragssteigerung erreicht wird.
In den Ausführungsbeispielen in Fig. 1 und 2 ist erkennbar, dass die Aufsatzvorrichtung 51 im inneren Bereich (Profil 21) zur Hinterkante des Profils zurück läuft. Da im inneren Bereich die Anströmung stark dreht, wird der Kreiszylinder des Rotorblatts mit der Aufsatzvorrichtung 51 ebenfalls entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wodurch die Position der Aufsatzvorrichtung 51 nach oben wandert. Durch diese Rückdrehung ergibt sich eine insgesamt gebogene oder gekrümmte Form der Aufsatzvorrichtung 51 entlang der Auffädelachse des Rotorblatts.
Alternativ sieht eine bevorzugte Ausführungsform vor, auf das Rückdrehen der Aufsatzvorrichtung im Innenbereich zu verzichten. Dies ist hinsichtlich des Energieertrags geringfügig schlechter, ermöglicht aber eine sehr einfache, im Wesentlichen gerade Geometrie der Aufsatzvorrichtung und somit eine einfache Bauausführung.
Dadurch, dass durch die Aufsatzvorrichtung 51 eine Aufsatzan- strömfläche im inneren Bereich eines Rotorblatts vorliegt, wird die
Effizienz des Rotorblatts in der Nähe des Rotorblattsanschlusses in seiner Energieausbeute gesteigert. Hierdurch wird eine energieer- tragsoptimierte Ausführung eines Rotorblatts ermöglicht. Beispielsweise kann die Aufsatzvorrichtung 51 in Form eines Spoilers bei der Herstellung der Rotorblätter angeordnet werden, so dass keine komplette Änderung des Herstellungsvorgangs eines Rotorblatts durchgeführt werden muss.
Als geeignetes Material zur Herstellung einer Aufsatzvorrichtung 51 eignet sich beispielsweise glasfaserverstärkter Kunststoff (GFK). Im Abreißpunkt, d.h. am Endpunkt der Anströmfläche bzw. der Aufsatz- anströmfläche der Aufsatzvorrichtung 51 ist bevorzugt, eine scharfe
Kante als Endkante auszubilden. An der Innenseite im Bereich der scharfen Endpunkte der Aufsatzvorrichtung 51 im Bereich der Endkante ist die Ecke aus Festigkeitsgründen vorteilhafterweise abgerundet. Dadurch ergibt sich an der Aufsatzvorrichtung eine sehr ho- he Festigkeit bei einem geringen Gewicht der Aufsatzvorrichtung.
Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Aufsatzvorrichtung 51 in Richtung der Blattlängsachse vergleichsweise elastisch ausgeführt ist, d .h. , dass dadurch sehr hohe Dehnungen in Längsrichtung in einem Toleranzbereich liegen.
In weiteren Ausführungsformen ist vorgesehen, dass die Aufsatzvorrichtung in eine Arbeitsposition gebracht wird. Hierbei ist die Aufsatzvorrichtung aktivierbar ausgebildet, um bei Windgeschwindig- keiten unterhalb der Nenngeschwindigkeit bei eingeschalteter oder zugeschalteter Aufsatzvorrichtung 51 den Energieertrag zu steigern. Bei hohen Windgeschwindigkeiten wird durch Einklappen bzw. Einfahren oder Abschalten der Aufsatzanströmfläche bzw. der Aufsatzvorrichtung 51 die Belastung des Rotorblatts reduziert, indem die Aufsatzanströmfläche eng am normalen Rotorblattprofil anliegt.
Insbesondere eignet sich zum Einschalten bzw. Zuschalten der Auf- satzvorrichtung ein Luftsack im Innern der Vorrichtung, wodurch das innere Volumen der Aufsatzvorrichtung verringert oder vergrößert wird, so dass sich unterschiedliche Anstellwinkel der Aufsatzvorrichtung 51 in Bezug auf die Druckseite des Rotorblatts ergeben. Insbe- sondere wird durch den Luftsack oder eine andere schaltbare Einrichtung die Aufsatzvorrichtung 51 von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition gebracht, wobei dieser Vorgang reversibel ausgebildet ist.
In Fig. 3 ist femer eine perspektivische Ansicht eines inneren Bereichs eines Rotorblatts 60 in einer perspektivischen Darstellung dargestellt. Das Rotorblatt 60 verfügt über einen kreisförmigen Ro- torblattanschluss 61. Im Anschluss an den runden Kreisquerschnitt des Rotorblatts 60 schließt sich im Vorderkanten abgewandten Be- reich der Aufsatzkörper 51 an, der nach Art eines Spoilers auf der
Druckseite des Rotorblatts 60 angeordnet ist.
Auf der Rückseite des Rotorblatts 60 setzt oberhalb des Rotorblattanschlusses 61 die Hinterkante 62 an. Der Aufsatzkörper 51 verfügt über eine Aufsatzanströmfläche 52, wobei beim Übergang von der normalen Strömungsfläche des Rotorblatts 60 zur Aufsatzanströmfläche 52 die entsprechenden Aufpunkte der Profile liegen. Die eingezeichnete Linie 53 bildet somit eine Art Verbindungslinie der Aufpunkte. Die Aufsatzanströmfläche 52 der Aufsatzvorrichtung 51 wird durch die Verbindungslinie 54 der Aufsatzanströmfläche 52 begrenzt. Entlang der Verbindungslinie 54 sind die Endpunkte der Aufsatzanströmfläche 52.
In den Figuren 4a bis 4d sind vorteilhafte Ausbildungsformen einer Aufsatzvorrichtung 51 bzw. modifizierte Profile aus Fig. 1 gezeigt.
Die eingezeichneten Profile 21 , 22, 23, 25 entsprechen dabei den in
Fig. 1 gezeigten Profilschnitten. Die modifizierten Profilschnitte 21 , 22, 23, 25 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine sehr hohe aerodynamischer Güte auf, so dass die Energieausbeute eines Rotorblatts im inneren Rotornaben nahen Bereich maximiert wird oder ist. Hierdurch ergibt sich im Hinblick auf den erzielbaren zusätzli- chen Energieertrag eine optimierte Aufsatzvorrichtung 151 (im Vergleich zu der anderen Aufsatzvorrichtung 51 (vgl. Fig. 1 oder Fig. 2).
Es ist in den Figuren 4a bis 4d jeweils in dieser Darstellung die Lage der Aufpunkte der einzelnen Profilschnitte 21 , 22, 24, 25 sowie die lokale Anströmrichtung 31 , 32, 33 und 35 gut zu erkennen. Fig.
4a bis. 4c zeigen sehr deutlich, dass die Profilkontur bei den dicken Profilen im Bereich des Aufpunkts 41 , 42, 43 im Wesentlichen parallel zur Anströmrichtung liegt.
Nur der ganz außen liegende Profilschnitt 25 in Fig. 4d zeigt eine schon etwas größere Abweichung der Profilkontur im Aufpunkt 45 von der Anströmrichtung (ca. 12°). Das dort im Außenbereich der Aufsatzvorrichtung 151 liegende, schon etwas dünnere Profil ermöglicht der Strömung bereits einen geringen Druckanstieg durch eine zurücklaufende Profilkontur zu ertragen. Hierdurch ist erst kurz vor dem potentiellen Abreißpunkt der Aufpunkt 45 der Aufsatzvorrichtung 1 51 positioniert, wobei die Profilkontur durch die Aufsatzvorrichtung 151 nach außen gezogen wird, so dass die Strömung erst wesentlich weiter hinten am Abreißpunkt der Aussatzvorrich- tung 151 abreißt.
Die energieertragsoptimierte Ausführung der Aufsatzvorrichtung 1 51 weist eine noch stärkere Verschiebung des Abreißpunktes von der Blattvorderkante weg auf als die Geometrie der in Fig. 1 und 2 ge- zeigten Ausführung. Allerdings ist der Bauaufwand für eine derartige
Ausatzvorrichtung hoch. Eine derartige Aufsatzvorrichtung ist insbesondere dann sehr sinnvoll, wenn Rotorblätter gleich bei der Herstellung verbessert werden sollen, wobei keine komplett neue Rotorblattform gebaut werden muss. Die dargestellte Aufsatzvorrichtung kann auf einfache Weise an einem vorhandenen Rotorblatt montiert werden.
Fig. 5 zeigt die Ausführung einer Aufsatzvorrichtung 51 mit Klebelaschen 71 , 72 im Querschnitt an einem Profil. Bei einem Rotorblatt mit einer Länge von 37 m und einer Länge der Aufsatzvorrichtung von etwa 5,5 m erweisen sich Klebelaschen 71 , 72 mit einer Breite von 50 bis 80 mm als vorteilhaft. Die Aufsatzvorrichtung 51 selbst ist aus 2 bis 4 mm dickem GFK (laminiertes Gewebe oder Faserspritz) gefertigt. Der Abreißpunkt ist zur Erzielung einer hohen aerodynamischen Güte als möglichst scharfe Ecke ausgeführt.
Der bei einer aufgeklebten Aufsatzvorrichtung 51 bzw. aufgeklebten Spoiler unvermeidliche Kontursprung im Aufpunkt 45 sollte möglichst klein gehalten werden, maximal 5 mm, insbesondere 2 bis 3 mm. Zur Widerstandsregulierung ist eine Ausrundung mit Klebe- masse (z.B. Sikaflex) von Vorteil.
In der Innenkontur wird diese Ecke aus Festigkeitsgründen vorteilhaft etwas ausgerundet. Durch den Dreiecksquerschnitt ergibt sich für die aufgeklebte Aufsatzvorrichtung 51 eine sehr hohe Festigkeit bei geringem Gewicht.
Bezugszeichenliste
1 1 Rotorebene
21 Profil
22 Profil
23 Profil
24 Profil
25 Profil
31 Auslegungsanströmrichtung
32 Ausleg ungsanströmrichtung
33 Auslegungsanströmrichtung
41 Aufpunkt
42 Aufpunkt
43 Aufpunkt
51 Aufsatzvorrichtung
52 Aufsatzanströmfläche
53 Linie
54 Verbindungslinie
60 Rotorblatt
61 Rotorblattanschluss
62 Hinterkante
71 Klebelasche
72 Klebelasche
151 Aufsatzvorrichtung

Claims

Rotorblatt einer WindenergieanlagePatentansprüche
1. Rotorblatt (60) einer Windenergieaπlage mit einer Oberseite (Saugseite) und einer Unterseite (Druckseite), wobei entlang einer Längsachse zwischen einer Rotorblattwurzel und einer Rotorblattspitze Profile (21 , 22, 23, 24, 25) im Querschnitt mit einer Vorderkante und einer Hinterkante (62) ausgebildet sind, für jedes Profil (21 , 22, 23, 24, 25) jeweils eine Auslegungsanströmrichtung (31 , 32, 33, 34, 35) vorbestimmt ist und die Profile (21 , 22, 23, 24, 25) im äußeren, der Rotorblattspitze zugewandten Bereich mit einer relativen Dicke von weniger als 30 % ausgebildet sind, dadurch gekennzeichnet, dass entlang der
Längsachse im inneren, der Rotorblattwurzel zugeordneten Bereich an Profilen (21 , 22, 23, 24, 25) mit einer relativen Dicke von mehr als 30 % auf der Druckseite eine Aufsatzvorrichtung (51), die eine Aufsatzanströmfläche (52) sowie einen der Vor- derkante zugewandten Aufpunkt (41 , 42, 43) der Aufsatzanströmfläche (52) und einen der Hinterkante (62) zugewandten Endpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) aufweist, angeordnet ist, wobei der Aufpunkt (41 , 42, 43) der Aufsatzanströmfläche (52) in einem Bereich zwischen der Vorderkante und der Hinterkante (62) der Profile (21 , 22, 23, 24, 25) angeordnet ist, so dass die Tangente an das Profil (21 , 22, 23, 24, 25) im Auf- punkt (41 , 42, 43) in einem Winkelbereich zwischen +20° und -
20°, insbesondere zwischen +15° und -15°, zur Auslegungsanströmrichtung (31 , 32, 33, 34, 35) des Profils (21 , 22, 23, 24, 25) ausgebildet ist.
2. Rotorblatt (60) gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass entlang der Längsachse im inneren, der Rotorblattwurzel zugeordneten Bereich an Profilen (21 , 22, 23, 24, 25) mit einer relativen Dicke von mehr als 30 % auf der Druckseite eine Aufsatzvorrichtung (51 ), die eine Aufsatzanströmfläche (52) sowie einen der Vorderkante zugewandten Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) und einen der Hinterkante (62) zugewandten Endpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) aufweist, angeordnet ist, wobei der Aufpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) vor dem Ablösepunkt des das Rotorblatt (60) anströmenden Mediums auf der Druckseite ausgebildet ist.
3. Rotorblatt (60) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Tangente im Aufpunkt (41 , 42, 43) im Wesentli- chen parallel zur Auslegungsanströmrichtung (31 , 32, 33, 34,
35) ausgebildet ist.
4. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Endpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) vor der Hinterkante endet.
5. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufpunkte (53) der Aufsatzanströmfläche (52) von innen nach außen kontinuierlich verbunden sind.
6. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Endpunkte (54) der Aufsatzanströmfläche (52) von innen nach außen kontinuierlich verbunden sind.
7. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge- kennzeichnet, dass der Abstand der Endpunkte (54) der Aufsatzanströmfläche (52) von der Vorderkante des Rotorblatts (60) entlang der Längsachse von innen nach außen sich vergrößert.
8. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsatzvorrichtung (51 ) nach Art eines Spoilers (51 ) ausgebildet ist.
9. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch ge- kennzeichnet, dass die Aufsatzvorrichtung (51 ) auf das Rotorblatt (60) geklebt wird oder ist.
1 0. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsatzvorrichtung (51 ) nachrüstbar oder nachgerüstet ist.
1 1 . Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufsatzvorrichtung (51 ) von einer Ruheposition in eine Arbeitsposition gebracht wird oder ist.
12. Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Endpunkt der Aufsatzanströmfläche (52) als Strömungsabreißpunkt ausgebildet ist.
13. Windenergieanlage mit wenigstens einem Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Verwendung einer Aufsatzvorrichtung (51), die in einem inneren Bereich eines Rotorblatts (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 angeordnet wird oder ist.
15. Verfahren zur Herstellung eines Rotorblatts (60) einer Windenergieanlage, wobei eine Aufsatzvorrichtung (51 ) im inneren Bereich des Rotorblatts (60) angeordnet wird, so dass das Rotorblatt (60) nach einem der Ansprüche 1 bis 12 ausgebildet wird.
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