DE102017107459A1 - Rotor blade for a wind turbine and the wind turbine - Google Patents

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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.

Figure DE102017107459A1_0000
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).
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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 claims 1 and 10. Preferred embodiments thereof are given in the further claims.

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 von Detail 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.
In the following, a preferred embodiment of the rotor blade according to the invention will be explained with reference to the accompanying schematic drawings. Show it:
  • 1 a perspective view of a first embodiment of the rotor blade according to the invention,
  • 2 a perspective view of detail Y from 1 .
  • 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 1 bis 5 ersichtlich ist, weist ein Rotorblatt 1 eines Rotors einer Windkraftanlage eine Vorderkante 2 und eine Hinterkante 3 auf, wobei Wind, der das Rotorblatt 1 anströmt, zuerst auf die Vorderkante 2 trifft, dann das Rotorblatt 1 unter Erzeugung von Auftrieb umströmt und dann an der Hinterkante 3 vom Rotorblatt 1 abströmt. Die Umströmung des Rotorblatts 1 erfolgt im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung des Rotorblatts 1, wobei die Richtung der Umströmung als die Strömungsrichtung 26 bezeichnet ist. Das Rotorblatt 1 erstreckt sich in seiner Längsrichtung von seiner Wurzel 4 bis zu seiner Spitze 5, wobei die Richtung von der Wurzel 4 bis zur Spitze 5 als die Spannweitenrichtung 27 bezeichnet ist. Der Abstand von der Vorderkante 2 bis zur Hinterkante 3 in die Strömungsrichtung 26 gesehen ist als die Sehnenlänge 28 bezeichnet. An derjenigen Seite des Rotorblatts 1, an der beim Umströmen des Rotorblatts 1 Überdruck vorliegt, ist als die Druckseite 29 bezeichnet, wohingegen diejenige Seite des Rotorblatts 1, an der beim Umströmen des Rotorblatts 1 Unterdruck vorliegt, als die Saugseite 30 bezeichnet ist. Der Rotor weist eine Nabe auf, an die das Rotorblatt 1 mit seiner Wurzel 4 montiert ist. Der Rotor dreht sich im Betrieb der Windkraftanlage um die Drehachse der Nabe, so dass die Spitze 5 derjenige Bereich des Rotorblatts 1 ist, der die höchste Bewegungsgeschwindigkeit hat. Die Spannweite 8 des Rotorblatts 1 ist der Abstand zwischen der Wurzel 4 und der Spitze 5. Das Rotorblatt 1 ist auf einen nominellen Wind mit einer nominellen Windgeschwindigkeit ausgelegt. Hieraus ergibt sich für das Rotorblatt 1 ein Auslegungsanstellwinkel 25, bei dem unter der Voraussetzung der Windanströmung bei der nominellen Windgeschwindigkeit sich die maximale Gleitzahl ergibt. Denkbar ist, dass der Abstand des Auslegungsanstellwinkels zum Anstellwinkel, bei dem die maximale Gleitzahl vorherrscht, bei maximal +/- 5% liegt.Like it out 1 to 5 can be seen, has a rotor blade 1 a rotor of a wind turbine a leading edge 2 and a trailing edge 3 on, with wind being the rotor blade 1 flows, first on the leading edge 2 hits, then the rotor blade 1 flows around generating lift and then at the trailing edge 3 from the rotor blade 1 flows. The flow around the rotor blade 1 takes place substantially perpendicular to the longitudinal direction of the rotor blade 1 , wherein the direction of the flow around as the flow direction 26 is designated. The rotor blade 1 extends in its longitudinal direction from its root 4 up to its peak 5 where the direction is from the root 4 to the top 5 as the spanwise direction 27 is designated. The distance from the front edge 2 to the trailing edge 3 in the flow direction 26 seen as the chord length 28 designated. At the one Side of the rotor blade 1 , at the flow around the rotor blade 1 Overpressure is present than the pressure side 29 whereas that side of the rotor blade 1 , at the flow around the rotor blade 1 There is negative pressure, as the suction side 30 is designated. The rotor has a hub to which the rotor blade 1 with its root 4 is mounted. The rotor rotates during operation of the wind turbine around the axis of rotation of the hub, leaving the tip 5 the area of the rotor blade 1 is, which has the highest movement speed. The span 8th of the rotor blade 1 is the distance between the root 4 and the top 5 , The rotor blade 1 is designed for a nominal wind with a nominal wind speed. This results for the rotor blade 1 a design adjustment angle 25 in which the maximum glide ratio is given at the nominal wind speed on condition that the wind is flowing. It is conceivable that the distance of the design angle of attack to the angle of attack, at which the maximum glide ratio prevails, is a maximum of +/- 5%.

Das Rotorblatt 1 ist von einem Innenbereich 6 und einem Außenbereich 7 gebildet, wobei der Innenbereich 6 sich von der Wurzel 4 bis in die Mitte des Rotorblatts 1 erstreckt und der Außenbereich 7 von der Spitze 5 bis an den Innenbereich 6 sich erstreckt. Die Grenzfläche zwischen dem Innenbereich 6 und dem Außenbereich liegt bei 68% der Spannweite 8 des Rotorblatts 1 von der Wurzel 4 aus gesehen in die Spannweitenrichtung 27. Somit beträgt die Länge 9 des Außenbereichs 7 32% der Spannweite 8.The rotor blade 1 is from an interior area 6 and an outdoor area 7 formed, with the interior area 6 from the root 4 to the middle of the rotor blade 1 extends and the outdoor area 7 from the top 5 to the interior 6 extends. The interface between the interior 6 and the outdoor area is 68% of the span 8th of the rotor blade 1 from the root 4 seen in the spanwise direction 27 , Thus, the length is 9 of the outdoor area 7 32% of the span 8th ,

Der Strömungsrichtung 26 zugewandt weist das Rotorblatt 1 eine die Vorderkante 2 aufweisende Profilnase 10 auf. Die Profilnase 10 weist eine Mehrzahl von in der Spannweitenrichtung 27 des Rotorblatts 1 nebeneinander angeordneten Vorsprünge 11 auf, die von der Profilnase 10 vorstehen. Die Vorsprünge 11 haben jeweils einen Gipfel 12, der örtlich gesehen derjenige Bereich des jeweiligen Vorsprungs 11 ist, der am meisten von der Oberfläche der Profilnase 10 vorsteht. Zwischen zwei unmittelbar benachbarten Vorsprüngen 11 ist jeweils eine Mulde 13 angeordnet, die dem Niveau der Oberfläche Profilnase 10 entspricht, das zwischen den Vorsprüngen 11 vorliegt.The flow direction 26 faces facing the rotor blade 1 one the leading edge 2 having profile nose 10 on. The profile nose 10 has a plurality of in the spanwise direction 27 of the rotor blade 1 juxtaposed projections 11 on top of the profile nose 10 protrude. The projections 11 each have a peak 12 Locally, that area of the respective projection 11 is the most of the surface of the profile nose 10 protrudes. Between two immediately adjacent projections 11 is each a trough 13 arranged, which is the level of the surface profile nose 10 corresponds to that between the protrusions 11 is present.

Gemäß der ersten Ausführungsform, wie sie in 1 und 2 gezeigt ist, sind die Vorsprünge 11 von einer welligen Form der Profilnase 10 gebildet. Die Profilnase 10 weist eine Mehrzahl an Wellenbergen 14 als die Vorsprünge auf, wobei zwischen zwei der unmittelbar nebeneinander angeordneten Wellenbergen 14 jeweils ein Wellental 15 angeordnet ist, das der Mulde 13 entspricht. Die wellige Form der Profilnase 10 ist derart ausgebildet, dass die Wellenberge 14 und die Wellentäler 15 in die Strömungsrichtung 26 gesehen bis 12% der lokalen Sehnenlänge sich erstrecken. Alternativ denkbar ist, dass die Wellenberge 14 und die Wellentäler 15 in die Strömungsrichtung 26 gesehen bis zum Maximum 16 des Dickenverlaufs des Rotorblatts 1 sich erstrecken.According to the first embodiment, as in 1 and 2 is shown, the projections 11 from a wavy shape of the profile nose 10 educated. The profile nose 10 has a plurality of wave crests 14 as the protrusions, wherein between two of the immediately adjacent wave crests 14 one wave trough each 15 is arranged, that of the hollow 13 equivalent. The wavy shape of the profile nose 10 is designed such that the wave crests 14 and the troughs 15 in the flow direction 26 seen to extend to 12% of the local chord length. Alternatively, it is conceivable that the wave crests 14 and the troughs 15 in the flow direction 26 seen to the maximum 16 the thickness of the rotor blade 1 extend.

Gemäß der zweiten, zur ersten alternativen Ausführungsform, wie sie in 3 und 4 gezeigt ist, sind die Vorsprünge 11 zylinderförmig ausgebildet, wobei die Zylinderachsen der Vorsprünge 11 senkrecht zur Oberfläche der Profilnase 10 stehen. Die Vorsprünge 11 sind an der Druckseite 29 des Rotorblatts 1 entlang der Vorderkante 2 parallel aufgereiht und von der Oberfläche der Profilnase 10 vorstehend angeordnet. Die Vorsprünge 11 sind als Vorsprungskörper 17 ausgebildet, die an der Profilnase 10 angebracht sind. Als die Vorsprungskörper 17 sind Nieten mit einem Zylinderkopf denkbar, die in das Material der Profilnase 10 genietet sind. Weitere Formen, Ausbuchtungen aus der Oberfläche der Profilnase 10 und Körper für die Vorsprünge 11 sind ebenfalls denkbar.According to the second, to the first alternative embodiment, as in 3 and 4 is shown, the projections 11 cylindrical, wherein the cylinder axes of the projections 11 perpendicular to the surface of the profile nose 10 stand. The projections 11 are on the pressure side 29 of the rotor blade 1 along the front edge 2 lined up in parallel and from the surface of the profile nose 10 arranged above. The projections 11 are as protrusion bodies 17 formed at the profile nose 10 are attached. As the protrusion bodies 17 Rivets with a cylinder head are conceivable in the material of the profile nose 10 are riveted. Other shapes, bulges from the surface of the profile nose 10 and body for the projections 11 are also possible.

Der senkrechte Abstand eines der Gipfel 12 zur Oberfläche der Profilnase 10 ist die Höhe 18 dieses Gipfels 12. Ferner ist der Abstand eines der Gipfel 12 zu einem unmittelbar benachbarten Gipfel 12 der Abstand 19 dieser Gipfel 12. Außerdem ist der Versatz 20 eines der Gipfel 12 der Abstand dieses Gipfels 12 von der Vorderkante 2 in die Strömungsrichtung 26 gesehen. Die Höhen 18 der Gipfel 12 und die Abstände 19 der Gipfel 12 zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 12 und die Versatze 20 der Gipfel 12 weg von der Vorderkante 2 in die Strömungsrichtung 26 gesehen sind in Abhängigkeit derjenigen Sehnenlänge 28 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12 derart bestimmt, dass 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.The vertical distance of one of the peaks 12 to the surface of the profile nose 10 is the height 18 this summit 12 , Further, the distance is one of the peaks 12 to an immediately adjacent summit 12 the distance 19 this summit 12 , In addition, the offset 20 one of the peaks 12 the distance of this summit 12 from the front edge 2 in the flow direction 26 seen. The heights 18 the summit 12 and the distances 19 the summit 12 to the immediately adjacent peaks 12 and the offenses 20 the summit 12 away from the leading edge 2 in the flow direction 26 are seen depending on that chord length 28 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 determined so that the buoyancy-reducing effect of the projections 11 only at those angles of attack 21 of the rotor blade 1 occurs equal to or greater than the design angle of attack 25 of the rotor blade 1 are.

Die Höhen 18 der Gipfel 12 und die Abstände 19 der Gipfel 12 zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 12 und die Versatze 20 der Gipfel 12 weg von der Vorderkante 2 in die Strömungsrichtung 26 gesehen sind direkt proportional zu derjenigen Sehnenlänge 28 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12 bestimmt. Bei der Bestimmung der Abstände 19 kann entweder der eine der Vorsprünge 11 oder der andere der Vorsprünge 11 der beiden unmittelbar benachbarten Vorsprünge 11 als Referenz genommen werden.The heights 18 the summit 12 and the distances 19 the summit 12 to the immediately adjacent peaks 12 and the offenses 20 the summit 12 away from the leading edge 2 in the flow direction 26 seen are directly proportional to that chord length 28 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 certainly. When determining the distances 19 can either be one of the protrusions 11 or the other of the projections 11 the two immediately adjacent projections 11 to be taken as a reference.

Gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen die Höhen 18 der Gipfel 12 5% derjenigen Sehnenlänge 26 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12. Ferner entsprechen die Abstände 19 der Gipfel 12 zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 12 38% derjenigen Sehnenlänge 26 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12. Dabei kann entweder der eine der Gipfel 12 oder der andere der Gipfel 12 der beiden unmittelbar benachbarten Vorsprünge 11 als Referenz genommen werden.According to the first embodiment, the heights correspond 18 the summit 12 5% of that chord length 26 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 , Furthermore, the distances correspond 19 the summit 12 to the immediately adjacent peaks 12 38% of that chord length 26 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 , Either one of the peaks 12 or the other the summit 12 the two immediately adjacent projections 11 to be taken as a reference.

Gemäß der zweiten Ausführungsform entsprechen die Höhen 18 der Gipfel 12 0,86% derjenigen Sehnenlänge 26 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12. Ferner entsprechen die Abstände 19 der Gipfel 12 zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln 12 4,3% derjenigen Sehnenlänge 26 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12. Dabei kann entweder der eine der Gipfel 12 oder der andere der Gipfel 12 der beiden unmittelbar benachbarten Vorsprünge 11 als Referenz genommen werden. Außerdem entsprechen die Versatze 20 der Gipfel 12 weg von der Vorderkante 2 in die Strömungsrichtung 26 gesehen 1,57% derjenigen Sehnenlänge 26 des Rotorblatts 1 am Ort des jeweiligen Gipfels 12.According to the second embodiment, the heights correspond 18 the summit 12 0.86% of that chord length 26 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 , Furthermore, the distances correspond 19 the summit 12 to the immediately adjacent peaks 12 4 , 3% of those chord length 26 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 , Either one of the peaks 12 or the other the summit 12 the two immediately adjacent projections 11 to be taken as a reference. In addition, the offsets correspond 20 the summit 12 away from the leading edge 2 in the flow direction 26 seen 1.57% of that chord length 26 of the rotor blade 1 at the place of the respective summit 12 ,

Die Höhen 18, die Abstände 10 und die Versatze 20 sind derart dimensioniert, dass die auftriebsreduzierende Wirkung der Vorsprünge erst dann auftritt, wenn der Anstellwinkel 21 der Rotorschaufel 1 gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel 25 ist. 5 zeigt ein Diagramm, in dem der Auftriebskoeffizient 22 des Rotorblatts 1 über dem Anstellwinkel 21 des Rotorblatts 1 zu seiner Zuströmung aufgetragen ist. Mit 23 bezeichnet ist der Auftriebsverlauf eines herkömmlichen Rotorblatts ohne die Vorsprünge 11 gezeigt, wohingegen mit 24 bezeichnet der Auftriebsverlauf des erfindungsgemäßen Rotorblatts 1 mit den Vorsprüngen 11 gezeigt ist. Der Auslegungsanstellwinkel 25 ist 4°. Beim Auslegungsanstellwinkel 25 stellt sich die maximale Gleitzahl ein.The heights 18 , the distances 10 and the offenses 20 are dimensioned such that the buoyancy-reducing effect of the projections occurs only when the angle of attack 21 the rotor blade 1 equal to or greater than the design angle of attack 25 is. 5 shows a diagram in which the buoyancy coefficient 22 of the rotor blade 1 above the angle of attack 21 of the rotor blade 1 is applied to its inflow. With 23 is the buoyancy course of a conventional rotor blade without the projections 11 whereas, at 24, the buoyancy curve of the rotor blade according to the invention is shown 1 with the projections 11 is shown. The design adjustment angle 25 is 4 °. At the design adjustment angle 25 sets the maximum glide ratio.

5 zeigt, dass Zuströmungen des erfindungsgemäßen Rotorblatts 1, die einen Anstellwinkel 21 haben, der kleiner als der Auslegungsanstellwinkel 25 ist, keinen Unterschied im Auftriebskoeffizient 22 zu einem herkömmlichen Rotorblatt zeigen. Vielmehr entzweit sich das Auftriebsverhalten bei Anstellwinkeln 21, die gleich oder größer dem Auslegungsanstellwinkel 25 sind. Bei dem erfindungsgemäßen Rotorblatt 1 bleibt der Auftriebskoeffizient 24 gegenüber dem Auftriebskoeffizient 23 des herkömmlichen Rotorblatts relativ konstant, wohingegen der Auftriebsverlauf 23 des herkömmlichen Rotorblatts ansteigt. Dadurch ist das herkömmliche Rotorblatt empfindlich auf Windböen, die zu einer erhöhten Wechselbeanspruchung des herkömmlichen Rotorblatts führen. 5 shows that inflows of the rotor blade according to the invention 1 that have a pitch angle 21 which is smaller than the design angle 25 is, no difference in the lift coefficient 22 to a conventional rotor blade show. Rather, the buoyancy at expansion angles divided 21 equal to or greater than the design angle of attack 25 are. In the rotor blade according to the invention 1 remains the buoyancy coefficient 24 versus the buoyancy coefficient 23 of the conventional rotor blade relatively constant, whereas the buoyancy 23 of the conventional rotor blade increases. As a result, the conventional rotor blade is sensitive to wind gusts, which lead to increased cycling of the conventional rotor blade.

Hingegen ist das erfindungsgemäße Rotorblatt 1 vor dem Einfluss hinsichtlich der schädlichen Wechselbeanspruchung gefeit, da ein Auftreten von den Windböen nicht zu einer Erhöhung der Wechselbeanspruchung des erfindungsgemäßen Rotorblatts 1 führt.By contrast, the rotor blade according to the invention 1 Protected against the influence of the harmful cyclic load, since an occurrence of the gusts of wind does not increase the cycling of the rotor blade according to the invention 1 leads.

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)

Rotorblatt für eine Windkraftanlage, mit einer Profilnase (10), 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 (1) 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 einem Auslegungsanstellwinkel (25) des Rotorblatts (1) sind, bei dem die maximale Gleitzahl sich im Wesentlichen einstellt.Rotor blade for a wind power plant, having a profiled nose (10) which forms the front area of the rotor blade (1) in the direction of flow (26) of the rotor blade (1) and which has the leading edge (2) of the rotor blade (1) Profile nose (10) in the spanwise direction (27) seen an outer region (7) having a plurality of in the spanwise direction (27) of the rotor blade (1) arranged side by side and of the profile nose (10) projecting projections (11), each having a summit (12), which is that portion of the associated projection (11) which protrudes most from the profile nose (10), wherein the Heights (18) of the peaks (12) and / or the distances (19) of the peaks (12) to the immediately adjacent peaks (12) and / or the gaps (20) of the peaks (12) away from the leading edge (2) in the flow direction (26) as a function of that chord length (28) of the rotor blade (1) at the location of the respective summit (12) are determined, wherein the buoyancy-reducing effect of the projections (11) only at those angles of incidence (21) of the rotor blade (1 ) equal to or greater than a design pitch angle (25) of the rotor blade (1) at which the maximum glide ratio substantially adjusts. Rotorblatt gemäß Anspruch 1, 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 direkt proportional zu derjenigen Sehnenlänge (28) des Rotorblatts (1) am Ort des jeweiligen Gipfels (12) bestimmt sind.Rotor blade according to Claim 1 wherein the heights (18) of the peaks (12) and / or the distances (19) of the peaks (12) to the immediately adjacent peaks (12) and / or the offsets (20) of the peaks (12) away from the leading edge (2) in the direction of flow (26) are directly proportional to that chord length (28) of the rotor blade (1) determined at the location of the respective peak (12). Rotorblatt gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Höhen (18) der Gipfel (12) bis 12%, insbesondere 0,2 bis 1,5% oder 4% bis 12%, derjenigen Sehnenlänge (26) des Rotorblatts (1) am Ort des jeweiligen Gipfels (12) entsprechen.Rotor blade according to Claim 1 or 2 wherein the heights (18) of the peaks (12) to 12%, in particular 0.2 to 1.5% or 4% to 12%, of that chord length (26) of the rotor blade (1) at the location of the respective peak (12) correspond. Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Abstände (19) der Gipfel (12) zu den unmittelbar benachbarten Gipfeln (12) bis 50%, insbesondere 2% bis 10%, insbesondere 4% bis 5%, 4% bis 5% oder insbesondere 30% bis 45%, derjenigen Sehnenlänge (26) des Rotorblatts (1) am Ort des jeweiligen Gipfels (12) entsprechen.Rotor blade according to one of Claims 1 to 3 wherein the distances (19) of the peaks (12) to the immediately adjacent peaks (12) to 50%, in particular 2% to 10%, in particular 4% to 5%, 4% to 5% or in particular 30% to 45% which correspond to chord length (26) of the rotor blade (1) at the location of the respective peak (12). Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Versatze (20) der Gipfel (12) weg von der Vorderkante (2) in die Strömungsrichtung (26) gesehen 0% bis 3% derjenigen Sehnenlänge (26) des Rotorblatts (1) am Ort des jeweiligen Gipfels (12) entsprechen.Rotor blade according to one of Claims 1 to 4 in that the offsets (20) of the peaks (12) seen from the leading edge (2) in the flow direction (26) correspond to 0% to 3% of that chord length (26) of the rotor blade (1) at the location of the respective peak (12) , Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Rotorblatt (1) eine Spitze (5) aufweist und der Außenbereich (7) sich von der Spitze (5) bis zu einem Bereich des Rotorblatts (1) erstreckt, der bei 50% bis 70% der Spannweite des Rotorblatts (1) angeordnet ist.Rotor blade according to one of Claims 1 to 5 wherein the rotor blade (1) has a tip (5) and the outer region (7) extends from the tip (5) to a region of the rotor blade (1) which is at 50% to 70% of the span of the rotor blade (1 ) is arranged. Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorsprünge (11) von einer welligen Form der Profilnase (10) gebildet sind und jeweils einen Wellenberg (14) aufweisen, wobei zwischen zwei der unmittelbar nebeneinander angeordneten Wellenberge (14) jeweils ein Wellental (15) angeordnet ist.Rotor blade according to one of Claims 1 to 6 , wherein the projections (11) of a wavy shape of the profile nose (10) are formed and each having a wave crest (14), wherein between each of the immediately adjacent wave crests (14) each have a trough (15) is arranged. Rotorblatt gemäß Anspruch 7, wobei die Gipfel (12) in die Strömungsrichtung (26) gesehen bis zum Maximum (16) des Dickenverlaufs des Rotorblatts (1) sich erstrecken.Rotor blade according to Claim 7 , wherein the peaks (12) in the flow direction (26) seen to the maximum (16) of the thickness profile of the rotor blade (1) extend. Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Vorsprünge (11) zylinderförmig, quaderförmig, halbkugelförmig, kalottenförmig und/oder kegelförmig sind.Rotor blade according to one of Claims 1 to 6 , wherein the projections (11) are cylindrical, cuboid, hemispherical, dome-shaped and / or conical. Windkraftanlage mit einem Rotor, der mindestens ein Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.Wind turbine with a rotor, the at least one rotor blade according to one of Claims 1 to 9 having.
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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

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