DE102008007908B4

DE102008007908B4 - Rotorflügelanordnung und Abströmkantenanordnung

Info

Publication number: DE102008007908B4
Application number: DE102008007908.1A
Authority: DE
Inventors: Kevin Standish; Nicholas Keane Althoff; Stefan Herr; Jamie T. Livingston
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Renovables Espana SL Es
Priority date: 2007-02-07
Filing date: 2008-02-06
Publication date: 2022-11-03
Anticipated expiration: 2028-02-07
Also published as: CN101240771B; DK177756B1; DE102008007908A1; CN101240771A; US7918653B2; DK200800118A; DK177756B2; US20080187442A1

Abstract

Rotorflügelanordnung, aufweisend:- einen Rotorflügel (22), der eine Saugseitenwand (30) und eine Druckseitenwand (32) aufweist, die einen Abströmkantenabschnitt (88) in einem hohlen Abschnitt des Rotorflügels (22) bilden; und- eine mit dem Abströmkantenabschnitt (88) verbundene Abströmkantenanordnung (28), wobei die Abströmkantenanordnung (28)- einen ersten Schenkel (58), der an einer Innenfläche (40) der Saugseitenwand (30) anliegt, und- einen zweiten Schenkel (60) aufweist, der an einer Innenfläche (46) der Druckseitenwand (32) anliegt,- wobei die Abströmkantenanordnung (28) einen Querschnitt aufweist, der über die Länge des Rotorflügels (22) variiert und einen Umriss von Außenflächen (42, 48) der Saugseitenwand (30) und der Druckseitenwand (32) verlängert, und eine Abströmkante (36) aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft allgemein rotierende Rotorflügel, und speziell eine Rotorflügelanordnung und eine Abströmkantenanordnung.
Allgemein enthält eine Windkraftanlage einen Rotor mit mehreren Rotorflügeln. Der Rotor ist gelegentlich in einem Gehäuse oder einer Gondel befestigt, die am oberen Ende eines Fundaments, beispielsweise, einem Gittergerüst oder einem rohrförmigen Turmgerüst, angeordnet ist. Zumindest einige bekannte zur Stromversorgung dienende Windkraftanlagen (d. h. Windkraftanlagen, die darauf eingerichtet sind, elektrische Energie in ein Versorgungsnetz einzuspeisen) können Rotorflügel mit einer Länge von 30 Meter (m) (100 Fuß (ft)) oder mehr haben.
US 5 533 865 A zeigt einen Rotorflügel an dessen in Abströmrichtung weisendem stumpfen Ende ein sägezahnförmiges Element angeordnet ist.
US 2003 / 0 175 121 A1 zeigt einen Rotorflügel mit einem gezahnten Abströmseitenabschnitt, der mit dem Rotorflügel über eine Bolzenverbindung verbunden ist.
Die Herstellung bekannter Rotorflügel ist gewöhnlich schwierig und zeitaufwendig. Diese sind im Wesentlichen aus zwei gegossenen Glasfaserschalen aufgebaut, die aneinander befestigt sind, um einen Flügelquerschnitt zu bilden, der eine Anströmkante und eine Abströmkante aufweist. Aufgrund der unzureichenden strukturellen Eigenschaften von Glasfaserstoff erfordert die Abströmkante, nachdem die Schalen miteinander verbunden sind, allerdings gewöhnlich eine zusätzliche Endbearbeitung, um eine vergütete Abströmkantenbreite zu definieren. Mittels herkömmlicher Techniken ist es im Allgemeinen nicht möglich, bekannte Glasfaserabströmkanten hinsichtlich einer Breite von weniger als zweieinhalb Millimetern endzubearbeiten. Die Abströmkante ist im Allgemeinen der schwächste Bereich eines Rotorflügels und ihre Breite kann außerdem den Lärm beeinflussen, der während des Windkraftanlagenbetriebs durch die Rotorflügel erzeugt wird.
Aufgrund ihrer Abmessung und/oder Zerbrechlichkeit kommt es bei einigen bekannten großen Rotorflügeln gelegentlich zu Transportschäden. Beispielsweise wird die Abströmkante einiger bekannter Rotorflügel möglicherweise während des Ladevorgangs im Zusammenhang mit zumindest einigen bekannten Transportkontainern oder bei der Montage beschädigt. Da die Rotorflügel wesentlich länger als breit sind, werden sie außerdem im Betrieb und während des Transportes und Einbaus häufig verbeult.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Konzept für eine Rotorflügelanordnung anzugeben.
Die Aufgabe wird durch eine Rotorflügelanordnung gemäß Anspruch 1 gelöst. Zu der Rotorflügelanordnung gehören ein Rotorflügel mit einem Abströmkantenabschnitt und eine Abströmkantenanordnung, die mit dem Abströmkantenabschnitt verbunden ist, wobei die Abströmkantenanordnung einen sich verändernden Querschnitt aufweist und eine Abströmkante enthält.
Weiterhin wird weiterhin durch einen Abströmkanteneinsatz für einen Rotorflügel nach Anspruch 8 gelöst.

1 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Windkraftanlage;
2 zeigt in einer Schnittansicht einen Rotorflügel, der in Zusammenhang mit der in 1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann;
3 zeigt eine Schnittansicht eines Rotorflügels, der eine exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist, die in Zusammenhang mit der in 1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann;
4 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in 3 dargestellten Rotorflügels, der die exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist;
5 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in 3 dargestellten Rotorflügels, der eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung aufweist;
6 zeigt den Rotorflügel mit der exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben;
7 zeigt den Rotorflügel mit einer abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben;
8 zeigt eine partielle Vorderansicht der in 7 dargestellten abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung;
9 zeigt in einer Ansicht von oben den Rotorflügel mit einer anderen abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung;
10 zeigt die in 9 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung in einer vergrößerten Schnittansicht;
11 zeigt in einer Ansicht von oben den Rotorflügel mit noch einer weiteren abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung;
12 zeigt die in 11 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung in einer vergrößerten Schnittansicht; und
13 zeigt den Rotorflügel mit noch einer weiteren abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung in einer Ansicht von oben.

1 veranschaulicht schematisch eine exemplarische Windkraftanlage 10. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel basiert die Windkraftanlage 10 auf einem Windrad mit horizontaler Achse. In einer Abwandlung kann die Windkraftanlage 10 eine Windturbine mit vertikaler Achse sein. Zu der Windkraftanlage 10 gehören: ein Turmgerüst 12, das sich von einer tragenden Fläche 14 ausgehend erstreckt, eine an dem Turmgerüst 12 befestigte Gondel 16, und ein an der Gondel 16 angebrachter Rotor 18. Der Rotor 18 weist eine drehbare Rotornabe 20 und mehrere an der Rotornabe 20 angebrachte Rotorflügel 22 auf. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel weist der Rotor 18 drei Rotorflügel 22 auf. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel kann der Rotor 18 mehr oder auch weniger als drei Rotorflügel 22 aufweisen. Eine Mittellinie 24 verläuft durch die Gondel 16 und die Rotornabe 20. Jeder Rotorflügel 22 weist eine Spitze 26 auf. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist das Turmgerüst 12 rohrförmig aus Stahl hergestellt und weist einen (in 1 nicht dargestellten) Hohlraum auf, der sich zwischen der tragenden Fläche 14 und der Gondel 16 erstreckt. In einem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist das Turmgerüst 12 ein Stahlgittermast. Die Höhe des Turmgerüsts 12 ist basierend auf Faktoren und Bedingungen ausgewählt, die aus dem Stand der Technik bekannt sind. Die Rotorflügel 22 sind um die Rotornabe 20 angeordnet, so dass eine Rotation des Rotors 18 gefördert wird, um kinetische Energie des Windes in nutzbare mechanische Energie, und anschließend in elektrische Energie umzuwandeln.
2 zeigt eine Schnittansicht des Rotorflügels 22, der in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann. Insbesondere enthält jeder Rotorflügel 22 eine Saugseitenwand 30, die eine Saugseite des Rotorflügels 22 definiert, und eine Druckseitenwand 32, die eine Druckseite des Rotorflügels 22 definiert. Die Saugseitenwand 30 und Druckseitenwand 32 sind an einer Anströmkante 34 und an einer bekannten Abströmkante 50 vereinigt. Die Saugseitenwand 30 weist einen sich verändernden Umriss auf, erstreckt sich von der Anströmkante 34 ausgehend zu einem Saugseitenende 38, weist eine Innenfläche 40 auf und weist eine Außenfläche 42 auf. Die Druckseitenwand 32 weist einen sich verändernden Umriss auf, erstreckt sich von der Anströmkante 34 zu einem Druckseitenende 44, weist eine Innenfläche 46 auf und weist eine Außenfläche 48 auf. Die Saugseitenwand 30 und die Druckseitenwand 32 repräsentieren jeweils eine gegossene Glasfaserhalbschale des Rotorflügels 22. Die Saugseitenwand 30 und die Druckseitenwand 32 sind vereinigt, um den Rotorflügel 22 zu bilden. Der Rotorflügel 22 definiert eine Sehne 52 als den Abstand zwischen der Anströmkante 34 und einem Mittelpunkt 54 der bekannten Abströmkante 50. Ein Strom von Fluid 55 um den Rotorflügel 22 ist durch Pfeile veranschaulicht. Es sollte klar sein, dass der Begriff „Fluid“ in dem hier verwendeten Sinne ein beliebiges strömendes Material oder Medium sein kann, einschließlich, Gas, Luft und Flüssigkeiten.
Die in 3 dargestellte Information stimmt mit der in 2 dargestellten, wie weiter unten näher erläutert, überein. Dementsprechend sind in 3 veranschaulichte Komponenten, die mit in 2 dargestellten Komponenten identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in 2 verwendet sind.
3 zeigt eine Schnittansicht des eine exemplarische Abströmkantenanordnung 28 aufweisenden Rotorflügels 22, der in Verbindung mit dem in 1 dargestellten Windkraftanlage verwendet werden kann. Es sollte klar sein, dass die Länge der Sehne 52, wie in 3 gezeigt, mit der Länge der in 2 gezeigten Sehne 52 identisch ist. Es versteht sich, dass Schall durch Druckänderungen oder -schwankungen entsteht. Bekannte Rotorabströmkanten können hinsichtlich einer minimalen Breite von zweieinhalb Millimeter hergestellt sein. Diese bekannten Abströmkanten der Rotorflügel erfahren aufgrund der im Allgemeinen chaotischen Natur des Stroms von Fluid 55 während des Betriebs an den Abströmkanten Druckschwankungen, und erzeugen damit verbundenen unerwünschten Lärm. Um durch Rotorflügel erzeugten Lärm zu reduzieren, können bekannte Abströmkanten dazu eingerichtet sein, Druckschwankungen zu vermeiden. Indem das Fluid 55 veranlasst wird, ausgehend von der Anströmkante 34 hin zu einer scharfen oder spitz zulaufend gestalteten Abströmkante 36 der Saugseitenwand 30 und Druckseitenwand 32 zu folgen, vereinigt sich das längs der Saugseitenwand 30 strömende Fluid 55 mit dem längs der Druckseitenwand 32 strömenden Fluid 55 an der Abströmkante 36 in einer stetigen gleichmäßigen Weise. Auf diese Weise werden Druckschwankungen an der Abströmkante 36 reduziert.
4 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt der in 3 dargestellten Rotorflügel 22, zu dem eine exemplarische Abströmkantenanordnung 28 gehört. Die Abströmkantenanordnung 28 enthält einen Körper 56 und einen sich davon weg erstreckenden ersten und zweiten Schenkel 58 und 60. Der Körper 56 weist eine untere Seite 62 und eine obere Seite 64 und eine Innenseite 66 auf. Insbesondere weist die untere Seite 62 einen äußeren Flächenabschnitt 68 und einen inneren Flächenabschnitt 70 mit einer dazwischen angeordneten Stufe 72 auf. Der äußere Flächenabschnitt 68 ist so gestaltet, dass er den Umriss der Außenfläche 48 der Druckseitenwand 32 verlängert, und kann gegen die Abströmkante 36 hin linear werden. Der innere Flächenabschnitt 70 ist so gestaltet, dass er an der Innenfläche 46 der Druckseitenwand 32 anliegt, und die Stufe 72 stimmt mit der Dicke der Druckseitenwand 32 überein. Desgleichen weist die Seite 64 einen äußeren Flächenabschnitt 74 und einen inneren Flächenabschnitt 76 auf, wobei dazwischen eine Stufe 78 angeordnet ist. Der äußere Flächenabschnitt 74 ist so gestaltet, dass er den Umriss der Außenfläche 42 der Saugseitenwand 30 verlängert, und er kann gegen die Abströmkante 36 hin linear werden. Der innere Flächenabschnitt 76 ist so gestaltet, dass er gegen die Innenfläche 40 der Saugseitenwand 30 passend anliegt, und die Stufe 78 stimmt mit der Dicke der Saugseitenwand 30 überein. Die äußeren Flächenabschnitte 68 und 74 laufen beide kegelförmig zu und konvergieren an einer Kante oder einer Spitze, die die Abströmkante 36 definiert. Die Innenseite 66 weist ein erstes Ende 80 und ein zweites Ende 82 auf. Der erste Schenkel 58 erstreckt sich von dem ersten Ende 80 zu einem Ende 84 und ist so gestaltet, dass er in der Nähe eines Endes 39 der Saugseitenwand 30 zu der Innenfläche 40 der Saugseitenwand 30 passt. Der zweite Schenkel 60 erstreckt sich von dem zweiten Ende 82 zu einem Ende 86 und ist so gestaltet, dass er in der Nähe eines Endes 43 der Druckseitenwand 32 zu der Innenfläche 46 der Druckseitenwand 32 passt. Es sollte klar sein, dass die Schenkel 58 und 60 eine beliebige Länge aufweisen können, die eine Verbindung der Abströmkantenanordnung 28 mit dem Rotorflügel 22 erleichtert und es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Weiter sollte es klar sein, dass die äußeren Flächenabschnitte 68 und 74 abgeschrägt sein können, um an einer Kante oder einer Spitze zu konvergieren, um die Spitze 36 zu definieren.
Es sollte klar sein, dass sich der Querschnitt des Rotorflügels 22 ausgehend von der Rotornabe 20 hin zu der Spitze 26 ändert. Darüber hinaus sollte es klar sein, dass der der durch die Flächenabschnitte 68 und 74 gebildete Querschnitt der Abströmkantenanordnung 28 sich von der Rotornabe 20 aus hin zu der Spitze 26 ebenfalls über die gesamte Länge des Rotorflügels 22 ändert, so dass der Umriss der Flächen 48 bzw. 42 verlängert wird. Folglich weist die Abströmkantenanordnung 28 keinen konstanten Querschnitt über die gesamte Länge des Rotorflügels 22 auf.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel wird die Abströmkantenanordnung 28 unabhängig und getrennt von dem Rotorflügel 22 hergestellt. Bei der Herstellung des Rotorflügels 22 wird die Abströmkantenanordnung 28 zwischen der Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 angeordnet. Insbesondere werden der erste Schenkel 58 und der innere Flächenabschnitt 76 so angeordnet, dass sie parallel zu der Innenfläche 40 und benachbart zu dieser verlaufen. Weiter wird die Stufe 78 gegen das Ende 39 in Anlage gebracht, so dass der äußere Flächenabschnitt 74 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche 42 ist und eine ebenmäßige Fortführung der Außenfläche 42 bildet. Desgleichen werden der zweite Schenkel 60 und der innere Flächenabschnitt 70 so angeordnet, dass sie parallel zu der Innenfläche 40 und benachbart zu dieser verlaufen. Weiter wird die Stufe 72 gegen das Ende 43 in Anlage gebracht, so dass der äußere Flächenabschnitt 68 im Wesentlichen bündig mit der Außenfläche 48 ist und eine ebenmäßige Fortführung der Außenfläche 48 bildet. Die Schenkel 58 und 60 und die zugeordneten Stufen 78 und 72 werden mittels eines Klebstoffs an die Seite 30 bzw. 32 gebunden. Es sollte klar sein, dass die Abströmkantenanordnung 28, obwohl das Ausführungsbeispiel die Schenkel 58 und 60 als innerhalb des Rotorflügels 22 gegen die Innenfläche 40 bzw. die Innenfläche 46 anliegend positioniert beschreibt, in weiteren Ausführungsbeispiele so angeordnet sein kann, dass die Schenkel 58 und 60 gegen die Außenfläche 42 bzw. 48 anliegend angeordnet sind, so dass es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt ist, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. In solchen Ausführungsbeispielen ist der innere Flächenabschnitt 70 bündig mit der Außenfläche 48, und der innere Flächenabschnitt 76 bündig mit der Außenfläche 42. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist der Klebstoff eine Klebemasse. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele, obwohl das Ausführungsbeispiel als Klebstoff eine Klebemasse verwendet, beliebige sonstige Klebstoffe oder Befestigungsmittel verwenden kann, beispielsweise mechanische Befestigungsmittel, die eine Befestigung der Abströmkantenanordnung 28 an dem Rotorflügel 22 vereinfachen und es einer Abströmkantenanordnung 28 erlauben, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
Die in 5 dargestellte Information stimmt, wie weiter unten näher erläutert, mit der in 4 dargestellten überein. Dementsprechend sind in 5 veranschaulichte Komponenten, die mit in 4 dargestellten Komponenten identisch sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, wie sie in 4 verwendet sind.
5 zeigt in einer vergrößerten Schnittansicht einen Abschnitt des in 3 dargestellten Rotorflügels 22, zu der eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 gehört. Dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in 4 dargestellten. Allerdings weist die Abströmkantenanordnung 28 nicht die Stufen 72 und 78 auf, und die Schenkel 58 und 60 sind gegen die Außenfläche 42 der Saugseitenwand 30 bzw. gegen die Außenfläche 48 der Druckseitenwand 32 anliegend angeordnet. Insbesondere weisen die Saugseitenwand 30 und die Druckseitenwand 32 Stufen 79 bzw. 71 auf. Enden 84 und 86 sind bündig mit den Stufen 79 bzw. 71 angeordnet, so dass äußere Flächenabschnitte 74 und 68 gestaltet werden, die die Umrisse von Außenflächen 42 bzw. 48 verlängern. Es sollte klar sein, dass die Schenkel 58 und 60 eine beliebige Länge aufweisen können, die eine Verbindung der Abströmkantenanordnung 28 mit dem Rotorflügel 22 vereinfacht und es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
Da die Abströmkantenanordnung 28 dazu eingerichtet ist, an einer scharfen Abströmkante 36 zu enden, ist eine Endbearbeitung der Abströmkante nicht erforderlich. Als Folge hiervon reduzieren sich die Arbeitskosten. Da die Abströmkantenanordnung 28 in dem Ausführungsbeispiel in den Rotorflügel 22 integriert ist, ist es darüber hinaus nicht erforderlich, einen (in 3 gezeigten) Abströmkantenabschnitt 88 der Seiten 30 und 32 herzustellen. Da die Breiten der Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 reduziert sind, werden Transportbeschränkungen in Zusammenhang mit der Breite der Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 erleichtert. Somit ist es in dem Ausführungsbeispiel möglich, den Rotorflügel 22 zu einem Projektstandort zu transportieren, und die Abströmkantenanordnung 28 an dem Projektstandort in den Rotorflügel 22 zu integrieren. Es sollte als Vorteil angesehen werden, dass der Abströmkantenabschnitt 88 in dem Ausführungsbeispiel die Breite der Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 um etwa zehn Prozent reduziert. Obwohl das Ausführungsbeispiel von einer Reduzierung der Breite der Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 durch den Abströmkantenabschnitt 88 um etwa zehn Prozent ausgeht, kann der Abströmkantenabschnitt 88 in weiteren Ausführungsbeispielen bemessen sein, um die Breite der Seiten Saugseitenwand 30 und der Druckseitenwand 32 um einen beliebigen Prozentsatz zu reduzieren, der es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Abströmkantenanordnung 28 aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt, der nachgiebig ist und in der Lage ist, dem Rotorflügel 22 Festigkeit und Steifigkeit zu verleihen. Darüber hinaus lässt sich der Werkstoff spitz zulaufend ausbilden und ist nicht spröde. Zu solchen Werkstoffen gehören Kupfer, Aluminium, Stahl, Zinn und Titan. Es sollte klar sein, dass vielfältige andere Ausführungsbeispiele einen beliebigen sonstigen Werkstoff verwenden können, der es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
Der Körper 56 der Abströmkantenanordnung 28 ist in dem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen massiv. Allerdings sollte es klar sein, dass obwohl der Körper 56 in dem Ausführungsbeispiel massiv ist, weitere Ausführungsbeispiele einen ganz oder teilweise hohlen Körper 56 verwenden können, der es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ermöglicht das Integrieren der Abströmkantenanordnung 28 in den Rotorflügel 22 es, Herstellungszeit, Kosten und Wartezeiten zu reduzieren. Außerdem erhält der Rotorflügel 22 durch die Abströmkantenanordnung 28 eine erhebliche strukturelle Integrität. Aufgrund ihrer strukturellen Festigkeit und Steifigkeit fördert die Abströmkantenanordnung 28 die Vermeidung einer Verbeulung des Rotorflügels 22 und ermöglicht es, die Anfälligkeit der Abströmkante 36 gegenüber einer Beschädigung während des Transports und Einbaus zu verringern. Darüber hinaus kann die Abströmkantenanordnung 28, da sie in dem Ausführungsbeispiel aus elektrisch leitenden Werkstoffen hergestellt ist, außerdem als Blitzschutz für den Rotorflügel 22 und die Windkraftanlage 10 dienen.
Bekannte Rotorflügel 22 weisen eine geringe Anzahl von gesonderten Positionen auf, die darauf eingerichtet sind, Blitzschlag anzuziehen. Im Allgemeinen ist an der Spitze 26 des Rotorflügels 22 eine Scheibe mit einem Durchmesser von drei oder vier Zoll angeordnet. Eine (nicht gezeigte) Erdleitung erstreckt sich von der Spitze 26 des Rotorflügels 22 zu der Gondel 16 und durch das Turmgerüst 12 zum Boden, wo sie geerdet ist. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Abströmkantenanordnung 28 über die gesamte Länge des Rotorflügels 22 und ist elektrisch leitend, und bildet somit eine kontinuierliche Blitzschutzkante, die die Gefahr eines Blitzschlag in den Rotorflügel 22 reduziert. Da sich die Abströmkantenanordnung 28 über die gesamte Länge des Rotorflügels 22 erstreckt, ist es nicht erforderlich, die Erdleitung durch den Rotorflügel 22 zu verlegen, so dass Kosten eingespart sind. Es sollte klar sein, dass sich die Abströmkantenanordnung 28, obwohl das Ausführungsbeispiel eine Abströmkantenanordnung 28 enthält, die sich über die gesamte Länge des Rotorflügels 22 erstreckt, in anderen Ausführungsbeispielen nicht über die gesamte Länge des Rotorflügels 22, sondern lediglich längs eines Abschnitts des Rotorflügels 22 erstreckt.
Andere vielfältige Ausführungsbeispiele, die Ausstattungsmerkmale wie einen erhöhten Blitzschutz oder wesentliche Steifigkeit nicht benötigen, können andere Materialien als die oben beschriebenen verwenden. Beispielsweise kann die Abströmkantenanordnung 28 im Falle von Ausführungsbeispielen, die erhöhten Blitzschutz nicht benötigen, aus Kunststoffmaterialien hergestellt sein. In einer Abwandlung kann die Anordnung 28 im Falle von Ausführungsbeispielen, die eher einen flexiblen als ein starren Rotorflügel 22 erfordern, aus Gummiwerkstoffen hergestellt sein.
6 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel 22, die eine exemplarische Abströmkantenanordnung 28 enthält. In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Abströmkantenanordnung 28 entlang der Enden 39 und 43 der Seiten 30 bzw. 32, so dass die Abströmkante 36 ein Profil einer ununterbrochenen Geraden bildet, die gegenüber den Enden 39 und 43 versetzt und parallel verläuft. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele, obwohl das Ausführungsbeispiel eine kontinuierliche Abströmkante 36 enthält, die ein gegenüber den Enden 39 und 43 versetztes und paralleles geradliniges Profil definiert, ein beliebiges Profil verwenden können, das es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
7 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel 22, die eine abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel ist die Abströmkantenanordnung 28 dazu eingerichtet, eine Vielzahl von benachbarten dreieckig ausgebildeten Zähnen 90 zu definieren. Jeder Zahn 90 weist eine Spitze 92, ein Basis 94, die sich längs einer Zeile erstreckt, die durch das Ende 39 der Saugseitenwand 30 definiert ist, und Seiten 96 auf. Die Zähne 90 grenzen an ihren entsprechenden Basen 94 aneinander an und sind an ihren entsprechende Spitzen 92 durch eine Lücke 98 getrennt, so dass die Abströmkante 36 ein Sägezahnprofil aufweist. Die Sägezahnprofilkonfiguration der Abströmkante 36 fördert eine Minimierung des an der Abströmkante 36 erzeugten Lärms.
8 zeigt eine partielle Vorderansicht der in 7 dargestellten abgewandelten exemplarischen Abströmkantenanordnung 28. Insbesondere weist die Basis 94 der Zähne 90 in diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel vier Basisseiten 100, 102, 104 und 106 auf, die eine quadratische Basis 94 bilden. Eine obere Kante 108 erstreckt sich von dem Schnittpunkt der Seiten 100 und 106 zu der Spitze 92, und ein unterer Rand 110 erstreckt sich von dem Schnittpunkt der Seiten 102 und 104 zu der Spitze 92. Desgleichen erstrecken sich von dem Schnittpunkt der Seiten 104 und 106 sowie der Seiten 100 und 102 ausgehend Seiten 96 zu der Spitze 92. Es sollte klar sein, dass die Seiten 100, 102, 104 und 106 eine beliebige, nicht notwendig übereinstimmende Länge aufweisen können, die es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Darüber hinaus sollte es klar sein, dass sonstige vielfältige Ausführungsbeispiele, obwohl die Basis 94 in dem exemplarischen Ausführungsbeispiel als eine quadratische Konfiguration aufweisend beschrieben ist, eine beliebige Konfiguration für die Basis 94 verwenden kann, die es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
9 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel 22, der noch eine weitere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 enthält. Dieses abgewandelte Ausführungsbeispiel ähnelt dem in 7 und 8 gezeigten. Allerdings enthält die Abströmkantenanordnung 28 eine Vielzahl von Zähnen 90, die jeweils davon sich weg erstreckende Borsten 112 aufweisen.
10 zeigt die in 9 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 in einer vergrößerten Schnittansicht. Insbesondere endet in diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel jeder Zahn 90 mit einer beschnittenen Abströmkante 114, und es erstrecken sich von der beschnittenen Abströmkante 114 ausgehend Borsten 112. Die mit den Borsten 112 verbundenen Zähne 90 fördern eine Minderung des an der beschnittenen Abströmkante 114 entstehenden Lärms. In diesem Ausführungsbeispiel und in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen können die Borsten 112 aus Kunststoff- oder Nylonmaterialien hergestellt sein. Es sollte klar sein, dass weitere Ausführungsbeispiele Borsten 112 enthalten können, die aus einem beliebigen sonstigen Material hergestellt sind, das es der beschnittenen Abströmkante 114 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen. Weiter sollte als ein Vorteil erachtet werden, dass die Borsten 112 mit einer beliebigen Länge bemessen sein können, die es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
11 zeigt eine Draufsicht auf den Rotorflügel 22, der noch eine andere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel weist die Abströmkantenanordnung 28 eine Vielzahl von Zähnen 90 auf, und es ist zwischen den Basen 94 jedes Zahns 90 eine Lücke 116 definiert. In jeder Lücke 116 zwischen den Zähnen 90 ist eine Borste 112 angeordnet.
12 zeigt die in 11 dargestellte abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 in einer vergrößerten Schnittansicht. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind die Borsten 112 in einem unteren Körperabschnitt 118 der Abströmkantenanordnung 28 angeordnet und ragen von dem Körperabschnitt weg. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel erstrecken sich die Borsten 112 und die Zähne 90 um etwa ein bis zwei Zentimeter von dem Ende 39 der Saugseitenwand 30 weg. In diesem abgewandelte Ausführungsbeispiel sind die Zähne 90 im Wesentlichen identisch zu den in 7 und 8 gezeigten Zähnen 90. Die abwechselnd mit den Borsten 112 angeordneten Zähne 90 fördern eine Minimierung des an der alternierenden Abströmkante 120 erzeugten Lärms. Es sollte klar sein, dass die Lücken 116 mit einer beliebigen Breite bemessen sein können, die es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
13 zeigt eine Draufsicht auf des Rotorflügels 22, die noch eine weitere abgewandelte exemplarische Abströmkantenanordnung 28 enthält. In diesem abgewandelten Ausführungsbeispiel sind über die Länge der Abströmkantenanordnung 28 hinweg viele Borsten 112 angeordnet, um eine unstetige Abströmkante 122 zu definieren. Es sollte klar sein, dass die Borsten 112, wie in 12 veranschaulicht, in dem unteren Körperabschnitt 118 angeordnet sind und sich von diesem weg erstrecken. Ein Anordnen der Borsten 112 über die Länge der Abströmkantenanordnung 28 hinweg fördert eine Minimierung des an der unstetigen Abströmkante 122 erzeugten Lärms. Es sollte klar sein, dass die Borsten 112 in weiteren Ausführungsbeispielen möglicherweise über die gesamte Länge der Anordnung 28 hinweg in einem beliebigen Abstand angeordnet sind, der es der Abströmkantenanordnung 28 erlaubt, die hier beschriebene Funktion zu erfüllen.
In jedem Ausführungsbeispiel ermöglichen die oben beschriebene Abströmkantenanordnungen eine Reduzierung des durch Rotorflügel erzeugten Lärms und erleichtern es, die strukturelle Integrität der Rotorflügel zu steigern. Insbesondere fördert die Abströmkantenanordnung in jedem Ausführungsbeispiel die Vermeidung von Druckschwankungen an der Abströmkante, indem das Fluid veranlasst wird, den Seiten der Schaufel zu folgen und sich an entsprechenden Abströmkanten zu vereinigen. Darüber hinaus verleiht die Abströmkantenanordnung, da sie sich über die gesamte Länge des Rotorflügels erstreckt, dem Rotorflügel strukturelle Integrität und stellt einen kontinuierlichen Blitzschutz bereit. Im Ergebnis werden die Entstehung von Lärm und die Gefahr einer Beschädigung des Rotorflügels im Turbinenbetrieb auf ein Minimum reduziert. Dementsprechend ist sowohl die Turbinenleistung als auch die Nutzungslebensdauer der Komponenten auf ökonomische und zuverlässige Weise verbessert.
Im Vorausgehenden sind Ausführungsbeispiele der Abströmkantenanordnungen im Einzelnen beschrieben. Die Vorrichtungen sind nicht auf eine Verwendung in Zusammenhang mit den hier beschriebenen speziellen Ausführungsbeispielen der Windkraftanlage beschränkt, sondern können vielmehr unabhängig und getrennt von sonstigen hier beschriebenen Vorrichtungskomponenten verwendet werden. Weiter ist die Erfindung nicht auf die Ausführungsbeispiele der oben im Einzelnen beschriebenen Abströmkantenanordnung beschränkt. Vielmehr können auch andere Veränderungen der Ausführungsbeispiele der Abströmkantenanordnung innerhalb des Schutzbereichs der Ansprüche genutzt werden.
Während die Erfindung anhand vielfältiger spezieller Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, wird der Fachmann erkennen, dass es möglich ist, die Erfindung mit Abwandlungen zu verwirklichen, ohne von dem Schutzbereich der Ansprüche abzuweichen.

Claims

Rotorflügelanordnung, aufweisend: - einen Rotorflügel (22), der eine Saugseitenwand (30) und eine Druckseitenwand (32) aufweist, die einen Abströmkantenabschnitt (88) in einem hohlen Abschnitt des Rotorflügels (22) bilden; und - eine mit dem Abströmkantenabschnitt (88) verbundene Abströmkantenanordnung (28), wobei die Abströmkantenanordnung (28) - einen ersten Schenkel (58), der an einer Innenfläche (40) der Saugseitenwand (30) anliegt, und - einen zweiten Schenkel (60) aufweist, der an einer Innenfläche (46) der Druckseitenwand (32) anliegt, - wobei die Abströmkantenanordnung (28) einen Querschnitt aufweist, der über die Länge des Rotorflügels (22) variiert und einen Umriss von Außenflächen (42, 48) der Saugseitenwand (30) und der Druckseitenwand (32) verlängert, und eine Abströmkante (36) aufweist.
Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Abströmkante (36) auf einer scharfen Kante, einer beschnittenen Kante (114) und/oder einer unstetigen Kante (122) basiert.
Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Abströmkante (36) ferner mit einer Vielzahl von Zähnen (90) ausgebildet ist, wobei jeder Zahn durch eine Lücke (98) von einem benachbarten Zahn getrennt ist.
Rotorflügelanordnung nach Anspruch 3, wobei in der Lücke (98) wenigstens eine Borste (112) angeordnet ist.
Rotorflügelanordnung nach Anspruch 1, wobei die Abströmkante (36) viele Borsten (112) enthält.
Rotorflügelanordnung nach einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die Saugseitenwand (30) einen veränderlichen Außenumriss aufweist und die Druckseitenwand (32) einen veränderlichen Außenumriss aufweist.
Rotorflügelanordnung nach Anspruch 6, wobei zu der Abströmkantenanordnung (28) ferner eine obere Seitenfläche (64) und eine untere Seitenfläche (62) gehören, wobei die obere Seitenfläche (64) mit dem veränderlichen Außenumriss der Saugseitenwand (30) bündig ist und dazu eingerichtet ist, den veränderlichen Außenumriss zu verlängern, und, wobei die untere Seitenfläche (62) mit dem veränderlichen Außenumriss der Druckseitenwand (32) bündig ist und dazu eingerichtet ist, den veränderlichen Außenumriss der Druckseitenwand (32) zu verlängern.
Abströmkantenanordnung (28) für einen Rotorflügel (22) mit einer Saugseitenwand (30) und einer Druckseitenwand (32), wobei die Abströmkantenanordnung (28) einen Körper (56) mit einer oberen Seite (64) und einer unteren Seite (62), einen ersten Schenkel (58), und einen zweiten Schenkel (60) aufweist, - wobei die obere Seite (64) und die untere Seite (62) dazu eingerichtet sind, eine Abströmkante (36) zu bilden, - wobei der Körper (56) dazu eingerichtet ist, an einen hohlen Abschnitt des Rotorflügels (22) angebracht zu werden, - wobei der erste Schenkel (58) dazu eingerichtet ist, eine Innenfläche (40) einer Saugseitenwand (30) des Rotorflügels (22) zu berühren und mit dieser gekoppelt zu sein, und der zweite Schenkel (60) dazu eingerichtet ist, eine Innenfläche (46) einer Druckseitenwand (32) des Rotorflügels (22) zu berühren und mit dieser gekoppelt zu sein, - wobei die Abströmkantenanordnung (28) einen Querschnitt aufweist, der konfiguriert ist, entlang der Länge des Rotorblattes (22) zu variieren und einen Umriss von Außenflächen (42, 48) der Saugseitenwand (30) und der Druckseitenwand (32) zu verlängern.
Abströmkantenanordnung (28) nach Anspruch 8, wobei der Körper (56) aus einem elektrisch leitenden Werkstoff hergestellt ist.
Abströmkantenanordnung (28) nach Anspruch 8 oder 9, wobei die Abströmkante (36) ein kontinuierliches Profil, ein Sägezahnprofil (120) und/oder ein unstetiges Profil (122) aufweist.