DE102017107459A1 - Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine - Google Patents
Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine Download PDFInfo
- Publication number
- DE102017107459A1 DE102017107459A1 DE102017107459.7A DE102017107459A DE102017107459A1 DE 102017107459 A1 DE102017107459 A1 DE 102017107459A1 DE 102017107459 A DE102017107459 A DE 102017107459A DE 102017107459 A1 DE102017107459 A1 DE 102017107459A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- rotor blade
- peaks
- projections
- rotor
- chord length
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 16
- 230000001603 reducing effect Effects 0.000 abstract 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 6
- 230000001351 cycling effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 241001295925 Gegenes Species 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 125000004122 cyclic group Chemical group 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000011152 fibreglass Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000001020 rhythmical effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- F03D—WIND MOTORS
- F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
- F03D1/06—Rotors
- F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
- F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2240/00—Components
- F05B2240/20—Rotors
- F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05B2240/306—Surface measures
- F05B2240/3062—Vortex generators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/20—Geometry three-dimensional
- F05B2250/22—Geometry three-dimensional parallelepipedic
- F05B2250/221—Geometry three-dimensional parallelepipedic cubic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/20—Geometry three-dimensional
- F05B2250/23—Geometry three-dimensional prismatic
- F05B2250/231—Geometry three-dimensional prismatic cylindrical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/20—Geometry three-dimensional
- F05B2250/23—Geometry three-dimensional prismatic
- F05B2250/232—Geometry three-dimensional prismatic conical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/20—Geometry three-dimensional
- F05B2250/24—Geometry three-dimensional ellipsoidal
- F05B2250/241—Geometry three-dimensional ellipsoidal spherical
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
- F05B2250/00—Geometry
- F05B2250/60—Structure; Surface texture
- F05B2250/61—Structure; Surface texture corrugated
- F05B2250/611—Structure; Surface texture corrugated undulated
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
Das erfindungsgemäße Rotorblatt (1) für eine Windkraftanlage weist eine Profilnase (10) auf, die den in die Anströmrichtung (26) des Rotorblatts (1) gesehen vorderen Bereich des Rotorblatts (1) bildet und die die Vorderkante (2) des Rotorblatts (1) aufweist, wobei die Profilnase (10) in die Spannweitenrichtung (27) gesehen einen Außenbereich (7) aufweist, der eine Mehrzahl von in der Spannweitenrichtung (27) des Rotorblatts nebeneinander angeordneten und von der Profilnase (10) vorstehenden Vorsprüngen (11) aufweist, die jeweils einen Gipfel (12) aufweisen, der derjenige Bereich des ihm zugeordneten Vorsprungs (11) ist, der am meisten von der Profilnase (10) vorsteht, wobei die Höhen (18) der Gipfel (12) und/oder die Abstände (19) der Gipfel (12) zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln (12) und/oder die Versatze (20) der Gipfel (12) weg von der Vorderkante (2) in die Strömungsrichtung (26) gesehen in Abhängigkeit derjenigen Sehnenlänge (28) des Rotorblatts (1) am Ort des jeweiligen Gipfels (12) bestimmt sind, wobei die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge (11) erst bei denjenigen Anstellwinkeln (21) des Rotorblatts (1) auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel (25) des Rotorblatts (1) sind, bei dem die maximale Gleitzahl sich im Wesentlichen einstellt. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen Rotor auf, der mindestens das Rotorblatt (1) aufweist. The rotor blade (1) according to the invention for a wind power plant has a profile nose (10), which forms the front area of the rotor blade (1) as viewed in the direction of flow (26) of the rotor blade (1) and which holds the leading edge (2) of the rotor blade (1 ), wherein the profile nose (10) in the spanwise direction (27) has an outer region (7) having a plurality of in the spanwise direction (27) of the rotor blade side by side and of the profile nose (10) protruding projections (11) each having a peak (12) which is that portion of its associated projection (11) which projects most from the profile nose (10), the heights (18) of the peaks (12) and / or the distances (12) 19) the peak (12) to the immediately adjacent peaks (12) and / or the offset (20) of the peaks (12) away from the leading edge (2) in the flow direction (26) as a function of the chord length (28) of the Rotor blade (1) at the place of jew the lift - reducing effect of the projections (11) occurs only at those angles of incidence (21) of the rotor blade (1) which are equal to or greater than the design setting angle (25) of the rotor blade (1), in which the maximum glide ratio essentially sets. The wind power plant according to the invention has a rotor which has at least the rotor blade (1).
Description
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage und die Windkraftanlage mit einem Rotor, der mindestens ein Rotorblatt aufweist.The invention relates to a rotor blade for a wind turbine and the wind turbine with a rotor having at least one rotor blade.
Eine Windkraftanlage weist einen Turm auf, auf dem eine Gondel montiert ist. In der Gondel sind ein Generator und ein Getriebe vorgesehen, via das ein Rotor mit dem Generator gekoppelt ist. Der Rotor weist herkömmlich in der Regel drei Rotorblätter auf, die an eine Nabe mit einer horizontal angeordneten Drehachse angebaut sind. Beim Betrieb der Windkraftanlage wird der Rotor von Wind durchströmt, wobei mittels den Rotorblättern dem Wind kinetische Energie entzogen wird. Bei der Auslegung insbesondere der Rotorblätter sind standortspezifische Randbedingungen zu berücksichtigen, insbesondere wann und wie stark Wind auftritt sowie die damit einhergehende Schwingungsbelastung der Rotorblätter. Erstrebenswert ist es, dass die Windkraftanlage die verfügbare kinetische Energie des Winds möglichst optimal abschöpft und eine lange Gesamtstandzeit hat.A wind turbine has a tower on which a nacelle is mounted. In the nacelle, a generator and a transmission are provided, via which a rotor is coupled to the generator. The rotor usually has conventionally three rotor blades, which are mounted on a hub with a horizontally arranged axis of rotation. During operation of the wind turbine, the rotor is traversed by wind, whereby kinetic energy is withdrawn from the wind by means of the rotor blades. In the design of the rotor blades in particular site-specific boundary conditions are to be considered, in particular when and how strong wind occurs and the associated vibration load of the rotor blades. It is desirable that the wind turbine optimally absorbs the available kinetic energy of the wind and has a long total service life.
Die Gesamtstandzeit ist insbesondere durch die Dauerfestigkeit der Rotortblätter bestimmt. Aufgrund von Windböen werden die Rotorblätter zum Schwingen angeregt, wobei die Rotorblätter Biegeschwingungen unterworfen sind. Die Biegeschwingungen führen zu einer Erhöhung der Wechselbeanspruchung des Materials der Rotorblätter, wodurch die Dauerfestigkeit der Rotorblätter reduziert wird.The total service life is determined in particular by the fatigue strength of the rotor blades. Due to gusts of wind, the rotor blades are excited to vibrate, wherein the rotor blades are subjected to bending vibrations. The bending vibrations lead to an increase of the alternating stress of the material of the rotor blades, whereby the fatigue strength of the rotor blades is reduced.
Bei der herkömmlichen Windkraftanlage sind die Rotorblätter um ihre Längsachse verschwenkbar an der Nabe gelagert, so dass der Anstellwinkel der Rotorblätter mit einer entsprechenden Steuerungseinrichtung an die jeweilige Windsituation anpassbar ist. Hierbei wird der Anstellwinkel der Rotorblätter derart gewählt, dass der aerodynamische Anströmwinkel im Bereich des Auslegungswinkels liegt. Bei Windböen variiert der aerodynamische Anstellwinkel sehr schnell und stark, wobei während der Spitzengeschwindigkeit einer Windböe der aerodynamische Anstellwinkel hoch ist. Dadurch erhöht sich während dieser Momente der von dem Rotorblatt erzeugte Auftrieb, wodurch das Rotorblatt biegebeansprucht wird. Beim Abflauen der Windböe reduziert sich die Windgeschwindigkeit wieder auf Nominalniveau, so dass am Rotorblatt wieder aerodynamische Auslegungsbedingungen vorherrschen. Durch das rhythmische Auftreten von Windböen wird die dynamische Belastung der Rotorblätter bezüglich Biegung erhöht.In the conventional wind turbine, the rotor blades are mounted pivotably about their longitudinal axis on the hub, so that the angle of attack of the rotor blades can be adapted to the respective wind situation with a corresponding control device. Here, the angle of attack of the rotor blades is selected such that the aerodynamic angle of attack is in the range of the design angle. In gusts of wind, the aerodynamic angle of attack varies very rapidly and strongly, with the aerodynamic angle of attack being high during the peak velocity of a gust of wind. As a result, the lift generated by the rotor blade increases during these moments, as a result of which the rotor blade is subjected to bending stress. As the gust of wind subsides, the wind speed reduces again to its nominal level, so that again aerodynamic design conditions prevail on the rotor blade. The rhythmic occurrence of wind gusts increases the dynamic load on the rotor blades with respect to bending.
Abhilfe könnte eine an die Windböen variabel angepasste Anstellung der Rotorblätter schaffen, so dass auch während der Windböen der am Rotorblatt erzeugte Auftrieb im Bereich der Auslegung der Windkraftanlage und vergleichsweise konstant bleibt. Dadurch wäre die dynamische Belastung der Rotorblätter bezüglich Biegung gering. Allerdings ist es aufgrund der mechanischen Trägheit der Rotorblätter und diverser konstruktiver Grenzen nicht sinnvoll umsetzbar, dass mit der Steuerungseinrichtung durch entsprechende Verstellungen des Anstellwinkels adäquat den Windböen entgegengewirkt wird.A remedy could create a variably adapted to the wind gusts employment of the rotor blades, so that even during the gusts of wind generated on the rotor blade buoyancy in the design of the wind turbine and remains relatively constant. As a result, the dynamic load of the rotor blades with respect to bending would be low. However, due to the mechanical inertia of the rotor blades and various constructional limits, it is not feasible to implement an adequate counteracting of the wind gusts by means of corresponding adjustments of the angle of attack with the control device.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage und die Windkraftanlage mit einem Rotor, der mindestens ein Rotorblatt aufweist, zu schaffen, wobei die Windkraftanlage eine lange Gesamtstandzeit hat.The object of the invention is to provide a rotor blade for a wind turbine and the wind turbine with a rotor having at least one rotor blade, wherein the wind turbine has a long total life.
Die Aufgabe wird gelöst mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 und 10. Bevorzugte Ausgestaltungen dazu sind in den weiteren Patentansprüchen angegeben.The object is solved with the features of
Das erfindungsgemäße Rotorblatt für eine Windkraftanlage weist eine Profilnase auf, die den in die Anströmrichtung des Rotorblatts gesehen vorderen Bereich des Rotorblatts bildet und die die Vorderkante des Rotorblatts aufweist, wobei die Profilnase in die Spannweitenrichtung gesehen einen Außenbereich aufweist, der eine Mehrzahl von in der Spannweitenrichtung des Rotorblatts nebeneinander angeordneten und von der Profilnase vorstehenden Vorsprüngen aufweist, die jeweils einen Gipfel aufweisen, der derjenige Bereich des ihm zugeordneten Vorsprungs ist, der am meisten von der Profilnase vorsteht, wobei die Höhen der Gipfel und/oder die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln und/oder die Versatze der Gipfel weg von der Vorderkante in die Strömungsrichtung gesehen in Abhängigkeit derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels bestimmt sind, wobei die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, bei dem die maximale Gleitzahl sich im Wesentlichen einstellt. Die erfindungsgemäße Windkraftanlage weist einen Rotor auf, der mindestens ein erfindungsgemäßes Rotorblatt aufweist.The rotor blade according to the invention for a wind turbine has a profile nose, which forms the front of the rotor blade seen in the direction of flow of the rotor blade and having the leading edge of the rotor blade, wherein the profile nose seen in the spanwise direction has an outer region having a plurality of in the spanwise direction of the rotor blade arranged side by side and from the profile nose protruding projections, each having a summit, which is that portion of its associated projection which protrudes most from the profile nose, wherein the heights of the peaks and / or the distances of the summits to the immediate neighboring peaks and / or the offsets of the peaks away from the front edge in the flow direction as a function of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit are determined, wherein the buoyancy-reducing effect of the projections only at those angles of incidence of R otor blade occurs, which are equal to or greater than the design angle of the rotor blade, wherein the maximum glide ratio is substantially adjusted. The wind turbine according to the invention has a rotor which has at least one rotor blade according to the invention.
Die Gleitzahl entspricht dem Verhältnis von Auftrieb und Luftwiderstand des Rotorblatts. Hat das Rotorblatt denjenigen Anstellwinkel, der dem Auslegungsanstellwinkel entspricht, stellen sich der Auftrieb und der Luftwiderstand des Rotorblatts derart ein, dass die Gleitzahl im Bereich der maximalen Gleitzahl liegt. Bevorzugt ist es, dass der Abstand des Auslegungsanstellwinkels zum Anstellwinkel, bei dem die maximale Gleitzahl vorherrscht, bei maximal +/- 5% liegt. Besonders bevorzugt ist es, dass der Auslegungsanstellwinkel maximal um 5% größer ist als der Anstellwinkel, bei dem die maximale Gleitzahl vorherrscht.The glide ratio corresponds to the ratio of buoyancy and air resistance of the rotor blade. If the rotor blade has the angle of attack that corresponds to the design setting angle, the buoyancy and the air resistance of the rotor blade adjust such that the glide ratio lies in the region of the maximum glide ratio. It is preferred that the distance between the design adjustment angle and the angle at which the maximum glide ratio prevails is at most +/- 5%. It is particularly preferred that the design engagement angle is at most 5% greater than the angle at which the maximum glide ratio prevails.
Wind ist eine Strömung der Atmosphäre, die mit einer vergleichsweise konstanten, nominellen Geschwindigkeit strömt und mit Windböen überlagert ist. Während der Windböen ist die Windgeschwindigkeit gegenüber der nominalen Windgeschwindigkeit erhöht die Windrichtung variabel, wodurch während der Windböen der aerodynamische Anstellwinkel des Rotorblatts vergrößert ist. Wind is a flow of the atmosphere that flows at a comparatively constant, nominal speed and is superimposed with wind gusts. During wind gusts, the wind speed is variable with respect to the nominal wind speed, increasing the wind direction, thereby increasing the aerodynamic pitch of the rotor blade during gusts.
Dadurch, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, wird erfindungsgemäß erreicht, dass während der Windböen die dynamische Belastung bezüglich Biegung des Rotorblatts gering ist. Deshalb hat die Windkraftanlage mit den erfindungsgemäßen Rotorblättern eine lange Gesamtstandzeit. Sind die Rotorblätter der erfindungsgemäßen Windkraftanlage aus glasfaserverstärktem Kunststoff hergestellt, ist die Gesamtstandzeit um 100% verlängert verglichen mit einer herkömmlichen Windkraftanlage. Für Bauteile aus Stahl, wie beispielsweise der Turm der Windkraftanlage, verlängert sich die Gesamtstandzeit um 30%.Due to the fact that the lift-reducing effect of the projections only occurs at those angles of attack of the rotor blade which are equal to or greater than the design setting angle of the rotor blade, it is achieved according to the invention that the dynamic load with respect to bending of the rotor blade is low during the gusts of wind. Therefore, the wind turbine with the rotor blades according to the invention has a long total life. If the rotor blades of the wind turbine according to the invention made of glass fiber reinforced plastic, the total service life is extended by 100% compared to a conventional wind turbine. For steel components, such as the tower of the wind turbine, the overall service life is extended by 30%.
Wären die Vorsprünge an der Profilnase derart angeordnet, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge auch bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die kleiner dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, würde dies mit einer übermäßigen Verschlechterung des aerodynamischen Wirkungsgrads des Rotorblatts einhergehen.If the projections on the tread lug were arranged such that the buoyancy-reducing effect of the projections also occurs at those pitch angles of the rotor blade that are smaller than the design pitch angle of the rotor blade, this would be accompanied by excessive deterioration of the aerodynamic efficiency of the rotor blade.
Mittels der Vorsprünge werden beim Betrieb der Windkraftanlage während der Windböen an der Profilnase Wirbel generiert, die an der Hinterkante des Rotorblatts zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vorsprüngen eine lokale Ablösung hervorrufen, die eine auftriebsreduzierende Wirkung hat. Dadurch ist der Auftriebskoeffizient des erfindungsgemäßen Rotorblatts bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind, relativ konstant verglichen mit dem Auftriebskoeffizient, der sich bei dem Anstellwinkel des Rotorblatts einstellt, der dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts entspricht.By means of the projections, during the operation of the wind turbine, during the wind gusts, vortices are generated at the profile nose, which cause a local separation at the trailing edge of the rotor blade between two immediately adjacent projections, which has a buoyancy-reducing effect. Thereby, the buoyancy coefficient of the rotor blade according to the invention is at those angles of attack of the rotor blade, which are equal to or greater than the design pitch of the rotor blade, relatively constant compared to the lift coefficient, which adjusts the angle of attack of the rotor blade, which corresponds to the design angle of attack of the rotor blade.
Auf Windböen reagiert der Außenbereich des Rotorblatts empfindlicher als der nabennahe Bereich, da der Außenbereich einen größeren Hebelarm bezogen auf die Nabe hat. Ferner hat der Außenbereich eine höhere Umfangsgeschwindigkeit als der nabennahe Bereich, wodurch am Außenbereich höhere aerodynamische Kräfte wirken. Dadurch, dass die Vorsprünge im Außenbereich des erfindungsgemäßen Rotorblatts angesiedelt sind, ist die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge im Außenbereich besonders gut entfaltbar. Nichtdestotrotz geht mit den Vorsprüngen eine nachteilige Erhöhung des Strömungswiderstands einher, die durch das lediglich Vorsehen der Vorsprünge im Außenbereich nicht wesentlich eingehandelt zu werden braucht. Denkbar ist es allerdings auch, dass die Vorsprünge über die gesamte Spannweite des Rotorblatts angesiedelt sind.On wind gusts, the outer area of the rotor blade is more sensitive than the near-nook area, because the outer area has a larger lever arm relative to the hub. Furthermore, the outer area has a higher circumferential speed than the near-nook area, whereby higher aerodynamic forces act on the outer area. The fact that the projections are located in the outer region of the rotor blade according to the invention, the buoyancy-reducing effect of the projections in the outer region is particularly well deployable. Nevertheless, the projections are accompanied by a disadvantageous increase in the flow resistance, which does not need to be handled significantly by the mere provision of the projections in the outer area. It is also conceivable, however, that the projections are located over the entire span of the rotor blade.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Auslegen des erfindungsgemäßen Rotorblatts weist die Schritte auf: Anhand der zu erwarteten Windverhältnisse am Aufstellungsort der Windkraftanlage, Bestimmen des Auslegungsanstellwinkels des Rotorblatts, bei dem die maximale Gleitzahl sich im Wesentlichen einstellt; Versehen des Außenbereichs mit der Mehrzahl von in der Spannweitenrichtung des Rotorblatts nebeneinander angeordneten und von der Profilnase vorstehenden Vorsprüngen, wobei die Höhen der Gipfel und/oder die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln und/oder die Versatze der Gipfel weg von der Vorderkante in die Strömungsrichtung gesehen in Abhängigkeit derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels bestimmt werden, wobei die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge erst bei denjenigen Anstellwinkeln des Rotorblatts auftritt, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel des Rotorblatts sind; Bestimmen der maximal möglichen Länge des Rotorblatts dahingehend, dass vorgegebene Grenzwerte zur maximalen Umfangsgeschwindigkeit des Rotorblatts nicht überschritten werden.A method according to the invention for laying out the rotor blade according to the invention comprises the steps: on the basis of the expected wind conditions at the installation site of the wind turbine, determining the design pitch angle of the rotor blade, in which the maximum glide ratio is substantially established; Providing the heights of the peaks and / or the distances of the peaks to the immediately adjacent peaks and / or the offsets of the peaks away from the leading edge in the plurality of juxtaposed and in the spanwise direction of the rotor blade side protrusions the direction of flow can be determined as a function of the chord length of the rotor blade at the location of the respective peak, wherein the buoyancy-reducing effect of the projections only occurs at those angles of attack of the rotor blade which are equal to or greater than the design pitch angle of the rotor blade; Determining the maximum possible length of the rotor blade to the effect that predetermined limits to the maximum peripheral speed of the rotor blade are not exceeded.
Bevorzugt ist es, dass die Höhen der Gipfel und/oder die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln und/oder die Versatze der Gipfel weg von der Vorderkante in die Strömungsrichtung gesehen direkt proportional zu derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels bestimmt sind. Dem liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei örtlichen Profilierungen mit großer Sehnenlänge entsprechend abgestimmte Höhen und/oder Abstände und/oder Versatze der Gipfel der Vorsprünge vorteilhaft hinsichtlich der auftriebsreduzierenden Wirkung der Vorsprünge sind. Umgekehrt sind bei örtlichen Profilierungen mit kleiner Sehnenlänge entsprechend abgestimmte Höhen und/oder Abstände und/oder Versatze der Gipfel der Vorsprünge vorteilhaft hinsichtlich der auftriebsreduzierenden Wirkung der Vorsprünge vorgesehen.It is preferred that the heights of the peaks and / or the distances of the peaks to the immediately adjacent peaks and / or the offset of the peaks away from the leading edge in the flow direction are determined directly proportional to that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit , This is based on the finding that, in the case of local profilings having a large chord length, suitably adjusted heights and / or distances and / or displacements of the summits of the protrusions are advantageous with regard to the lift-reducing effect of the protrusions. Conversely, in the case of local profilings having a small chord length, correspondingly adjusted heights and / or distances and / or offset of the summit of the projections are advantageously provided with regard to the lift-reducing effect of the projections.
Besonders bevorzugt ist es, dass die Höhen der Gipfel bis 12%, insbesondere 0,2% bis 1,5%, besonders bevorzugt 1%, oder insbesondere 4% bis 12%, besonders bevorzugt 5%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln bis 50%, insbesondere 2% bis 10%, besonders bevorzugt 4% bis 5%, oder insbesondere 30% bis 45%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen. Dabei kann entweder der eine der Gipfel oder der andere der Gipfel der beiden unmittelbar benachbarten Gipfel als Referenz genommen werden. Außerdem ist es besonders bevorzugt, dass die Versatze der Gipfel weg von der Vorderkante in die Strömungsrichtung gesehen 0% bis 3%, insbesondere 1% bis 2%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfel entsprechen. Diesen bevorzugten Ausführungsformen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass hierbei eine überraschend gute Lösung der Aufgabe erzielbar ist, nämlich die vorteilhafte auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge.It is particularly preferred that the heights of the peaks are up to 12%, in particular 0.2% to 1.5%, particularly preferably 1%, or in particular 4% to 12%, particularly preferably 5%, of that chord length of the rotor blade at the location of the rotor blade corresponding summit. Furthermore, it is particularly preferred that the distances of the peaks to the immediately adjacent peaks to 50%, in particular 2% to 10%, particularly preferably 4% to 5%, or in particular 30% to 45% of that chord length of the rotor blade at the place of respective summit correspond. Either one of the summits or the other of the peaks of the two immediately adjacent summits can be taken as reference. Moreover, it is particularly preferred that the offsets of the peaks away from the leading edge in the flow direction correspond to 0% to 3%, in particular 1% to 2%, of the chord length of the rotor blade at the location of the respective peak. These preferred embodiments are based on the finding that in this case a surprisingly good solution of the problem can be achieved, namely the advantageous buoyancy-reducing effect of the projections.
Insbesondere ist mit der Dimensionierung der Höhe der Gipfel derjenige Anstellwinkel einzustellen, ab dem die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge eintritt, wobei dieser Anstellwinkel dem Auslegungsanstellwinkel entspricht. Je größer die Höhen der Gipfel im Verhältnis zur lokal an den Vorsprüngen vorliegenden Sehnenlängen sind, desto kleiner ist derjenige Anstellwinkel, ab dem die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge auftritt.In particular, with the dimensioning of the height of the summit, that angle of incidence is set from which the buoyancy-reducing effect of the projections occurs, this angle of attack corresponding to the design setting angle. The greater the heights of the peaks in relation to the chord lengths present locally at the projections, the smaller is the angle of attack above which the buoyancy-reducing effect of the projections occurs.
Das Rotorblatt weist bevorzugtermaßen eine Spitze auf, wobei der Außenbereich sich von der Spitze bis zu einem Bereich des Rotorblatts erstreckt, der bei 50% bis 70% der Spannweite des Rotorblatts angeordnet ist. Die Spitze ist dasjenige Längsende des Rotorblatts, das am weitesten weg von dem nabenseitigem Längsende des Rotorblatts angeordnet ist. Dieser bevorzugten Ausführungsformen liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass hierbei eine überraschend gute Lösung der Aufgabe erzielbar ist, nämlich die ausreichend auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge, wobei die mit den Vorsprüngen einhergehende Wirkungsgradeinbuße vertretbar ist.The rotor blade preferably has a tip, the outer region extending from the tip to a portion of the rotor blade located at 50% to 70% of the span of the rotor blade. The tip is the longitudinal end of the rotor blade which is located furthest away from the hub-side longitudinal end of the rotor blade. These preferred embodiments are based on the finding that in this case a surprisingly good solution of the problem can be achieved, namely the sufficient buoyancy-reducing effect of the projections, wherein the loss of efficiency associated with the protrusions is justifiable.
Die Vorsprünge sind bevorzugt von einer welligen Form der Profilnase gebildet und weisen jeweils einen Wellenberg auf, wobei zwischen zwei der unmittelbar nebeneinander angeordneten Wellenberge jeweils ein Wellental angeordnet ist. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Gipfel in die Strömungsrichtung gesehen bis zum Maximum des Dickenverlaufs des Rotorblatts sich erstrecken. Alternativ bevorzugt erstrecken sich die Vorsprünge bis 10% bis 15% derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Höhen der Gipfel 4% bis 12%, bevorzugt 5%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 30% bis 45% derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen.The projections are preferably formed by a wavy shape of the profile nose and each have a wave crest, wherein between each of the immediately adjacent wave crests each have a wave trough is arranged. In this case, it is preferred that the peaks extend in the direction of flow up to the maximum of the thickness profile of the rotor blade. Alternatively preferably, the projections extend to 10% to 15% of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit. In this case, it is preferred that the heights of the peaks correspond to 4% to 12%, preferably 5%, of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit. Furthermore, it is particularly preferred that the distances of the peaks to the immediately adjacent peaks correspond to 30% to 45% of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit.
Alternativ oder zusätzlich ist es bevorzugt, dass die Vorsprünge zylinderförmig, quaderförmig, halbkugelförmig, kalottenförmig und/oder kegelförmig sind, deren Durchmesser bevorzugtermaßen im Bereich von 1% bis 3% derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Vorsprungs entsprechen. Hierbei ist es bevorzugt, dass die Höhen der Gipfel 0,2% bis 1,5% derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen. Ferner ist es besonders bevorzugt, dass die Abstände der Gipfel zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 2% bis 10%, insbesondere 4% bis 5%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfels entsprechen. Außerdem ist es besonders bevorzugt, dass die Versatze der Gipfel weg von der Vorderkante in die Strömungsrichtung gesehen 0% bis 3%, insbesondere 1% bis 2%, derjenigen Sehnenlänge des Rotorblatts am Ort des jeweiligen Gipfel entsprechen.Alternatively or additionally, it is preferred that the projections are cylindrical, cuboidal, hemispherical, dome-shaped and / or conical, the diameter of which preferably corresponds in the range of 1% to 3% of that chord length of the rotor blade at the location of the respective projection. Here it is preferred that the heights of the peaks correspond to 0.2% to 1.5% of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit. Furthermore, it is particularly preferred that the distances of the peaks to the immediately adjacent peaks correspond to 2% to 10%, in particular 4% to 5%, of that chord length of the rotor blade at the location of the respective summit. Moreover, it is particularly preferred that the offsets of the peaks away from the leading edge in the flow direction correspond to 0% to 3%, in particular 1% to 2%, of the chord length of the rotor blade at the location of the respective peak.
Es ist denkbar, dass sich die Vorsprünge nur an der Saugseite oder nur an der der Druckseite oder sowohl an der Saugseite als auch an der Druckseite des Rotorblatts erstrecken. Ferner ist es denkbar, dass die Vorsprünge im Bereich des zu erwarteten Staupunkts bei nominaler Windgeschwindigkeit vorgesehen sind.It is conceivable that the projections extend only on the suction side or only on the pressure side or both on the suction side and on the pressure side of the rotor blade. Furthermore, it is conceivable that the projections are provided in the region of the expected stagnation point at nominal wind speed.
Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblatts anhand der beigefügten schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 eine perspektivische Darstellung einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblatts, -
2 eine perspektivische Darstellung vonDetail Y aus 1 , -
3 eine perspektivische Darstellung eines Ausrisses einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblatts, -
4 eine Profilschnittdarstellung der Profilnase der zweiten Ausführungsform und -
5 ein Diagramm, bei dem ein Auftriebskoeffizient gegen den Anstellwinkel aufgetragen ist.
-
1 a perspective view of a first embodiment of the rotor blade according to the invention, -
2 a perspective view of detail Y from1 . -
3 a perspective view of an outbreak of a second embodiment of the rotor blade according to the invention, -
4 a profile sectional view of the profile nose of the second embodiment and -
5 a diagram in which a buoyancy coefficient is plotted against the angle of attack.
Wie es aus
Das Rotorblatt
Der Strömungsrichtung
Gemäß der ersten Ausführungsform, wie sie in
Gemäß der zweiten, zur ersten alternativen Ausführungsform, wie sie in
Der senkrechte Abstand eines der Gipfel
Die Höhen
Gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen die Höhen
Gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechen die Höhen
Die Höhen
Hingegen ist das erfindungsgemäße Rotorblatt
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Rotorblatt eines Rotors einer WindkraftanlageRotor blade of a rotor of a wind turbine
- 22
- Vorderkanteleading edge
- 33
- Hinterkantetrailing edge
- 44
- Wurzelroot
- 55
- Spitzetop
- 66
- Innenbereichinterior
- 77
- Außenbereichoutdoors
- 88th
- Spannweitespan
- 99
- AußenbereichslängeExterior length
- 1010
- Profilnaseprofile nose
- 1111
- Vorsprunghead Start
- 1212
- Gipfelsummit
- 1313
- Muldetrough
- 1414
- WellenbergWellenberg
- 1515
- Wellentaltrough
- 1616
- Bereich maximaler ProfildickeRange of maximum profile thickness
- 1717
- Vorsprungskörperprojection body
- 1818
- Höheheight
- 1919
- Abstanddistance
- 2020
- Versatzoffset
- 2121
- Anstellwinkelangle of attack
- 2222
- Auftriebskoeffizientlift coefficient
- 2323
- Auftriebskoeffizientenverlauf eines unmodifizierten RotorblattsBuoyancy coefficient curve of an unmodified rotor blade
- 2424
- Auftriebskoeffizientenverlauf eines modifizierten RotorblattsBuoyancy coefficient curve of a modified rotor blade
- 2525
- AuslegungsanstellwinkelAuslegungsanstellwinkel
- 2626
- Strömrichtungflow direction
- 2727
- Spannweitenrichtungspan direction
- 2828
- Sehnenlängechord length
- 2929
- Druckseitepressure side
- 3030
- Saugseitesuction
Claims (10)
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017107459.7A DE102017107459A1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine |
PCT/EP2018/056963 WO2018184828A1 (en) | 2017-04-06 | 2018-03-20 | Rotor blade for a wind turbine, and said wind turbine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102017107459.7A DE102017107459A1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102017107459A1 true DE102017107459A1 (en) | 2018-10-11 |
Family
ID=61750123
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102017107459.7A Withdrawn DE102017107459A1 (en) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102017107459A1 (en) |
WO (1) | WO2018184828A1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010000852A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Dundalk Institute Of Technology | A wind turbine blade |
DE102010026588A1 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | Nordex Energy Gmbh | Wind turbine rotor blade has aerodynamic profile, pressure side, suction side, front edge and rear edge, where multiple rear edge extension bodies are arranged side by side along rear edge |
DE102012104604A1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | General Electric Company | Noise reducer for a rotor wing of a wind turbine |
WO2013130163A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-09-06 | General Electric Company | Airfoils and corresponding fabricating method |
DE102013207640A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-17 | Wobben Properties Gmbh | Wind turbine rotor blade |
US20150217851A1 (en) * | 2012-08-16 | 2015-08-06 | Richard Kelso | Wing configuration |
US20150361951A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Siemens Energy, Inc. | Pressure side stall strip for wind turbine blade |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
AU4941597A (en) * | 1996-11-18 | 1998-06-10 | Lm Glasfiber A/S | The use of a turbulator for damping stall vibrations in the blades of a wind turbine |
DK1805412T3 (en) * | 2004-10-18 | 2016-04-11 | Whalepower Corp | The turbine and compressor, which uses a rotor model with tuberkelforkant |
DE102005018427A1 (en) * | 2005-04-21 | 2006-11-02 | Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. | Buoyancy surface with improved separation behavior with a strongly variable angle of attack |
DK178874B1 (en) * | 2015-08-19 | 2017-04-18 | Envision Energy (Jiangsu) Co Ltd | Wind turbine blade with tripping device and method thereof |
-
2017
- 2017-04-06 DE DE102017107459.7A patent/DE102017107459A1/en not_active Withdrawn
-
2018
- 2018-03-20 WO PCT/EP2018/056963 patent/WO2018184828A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010000852A1 (en) * | 2008-07-03 | 2010-01-07 | Dundalk Institute Of Technology | A wind turbine blade |
DE102010026588A1 (en) * | 2010-07-08 | 2012-01-12 | Nordex Energy Gmbh | Wind turbine rotor blade has aerodynamic profile, pressure side, suction side, front edge and rear edge, where multiple rear edge extension bodies are arranged side by side along rear edge |
DE102012104604A1 (en) * | 2011-05-31 | 2012-12-06 | General Electric Company | Noise reducer for a rotor wing of a wind turbine |
WO2013130163A1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-09-06 | General Electric Company | Airfoils and corresponding fabricating method |
US20150217851A1 (en) * | 2012-08-16 | 2015-08-06 | Richard Kelso | Wing configuration |
DE102013207640A1 (en) * | 2012-10-16 | 2014-04-17 | Wobben Properties Gmbh | Wind turbine rotor blade |
US20150361951A1 (en) * | 2014-06-17 | 2015-12-17 | Siemens Energy, Inc. | Pressure side stall strip for wind turbine blade |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2018184828A1 (en) | 2018-10-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102011051831B4 (en) | Rotor blade for a wind turbine with a suction side winglet | |
DE102012100650A1 (en) | Controllable surface features for wind turbine rotor blades | |
DE102012100593A1 (en) | Controllable surface features for rotor blades of wind turbines | |
DE102011052930A1 (en) | Blade attachment for rotor blades in wind turbines | |
DE102011056353A1 (en) | WIND TURBINE BLADE | |
DE102011055377A1 (en) | Rotor blade assembly with an auxiliary blade | |
DE102013207640A1 (en) | Wind turbine rotor blade | |
WO2012164045A1 (en) | Rotor with a curved rotor blade for a wind power plant | |
EP3755899B1 (en) | Rotor blade of a wind turbine, having a splitter plate | |
DE102017107464A1 (en) | Retrofit body for a rotor blade of a wind turbine, retrofitted rotor blade and method for retrofitting the rotor blade | |
DE102017107459A1 (en) | Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine | |
DE112017004377B4 (en) | wind turbine plant | |
EP3844384A1 (en) | Rotor blade, wind turbine, and method for optimising a wind turbine | |
DE102012107250B4 (en) | Rotor of a vertical axis wind turbine | |
DE102018100397A1 (en) | Wind energy plant with end edge flow flap | |
DE102010016086A1 (en) | Rotor blade for H rotor | |
DE102015102461A1 (en) | Wind turbine with days ahead of the rotor blades | |
DE202007014366U1 (en) | Blade adjustment for vertical wind turbines | |
DE202018003498U1 (en) | Length-variable H-Darrieus rotor | |
DE19807193C1 (en) | Wind-powered energy generation plant | |
DE102017107465A1 (en) | Profile body for generating dynamic buoyancy, rotor blade with the profile body and method for profiling the profile body | |
DE212016000270U1 (en) | Wind power station | |
EP3969741B1 (en) | Rotor blade and wind turbine | |
DE102013006203A1 (en) | Rotor blade for wind turbine, comprises profile, which has suction side that is convexly curved in central portion having fixed radius, where central portion of suction side has length, whose projection extends to chord from leading edge | |
DE102017114414B3 (en) | Aerodynamic structure, method of making and using such |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R012 | Request for examination validly filed | ||
R082 | Change of representative |
Representative=s name: PATERIS PATENTANWAELTE, PARTMBB, DE |
|
R016 | Response to examination communication | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |