DE102008048617B4

DE102008048617B4 - Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einer Entwässerungsöffnung

Info

Publication number: DE102008048617B4
Application number: DE102008048617A
Authority: DE
Inventors: Dr. Harms Uwe; Micha Schulz; Matthias Korjahn; Jan Lüneburg; Siegfried Köpke; Owe Petersen; Lenz Simon Zeller; Arne Kieback
Original assignee: Repower Systems SE
Current assignee: Senvion GmbH
Priority date: 2008-09-23
Filing date: 2008-09-23
Publication date: 2012-05-03
Anticipated expiration: 2028-09-24
Also published as: DE102008048617A1; DE102008048617B9

Abstract

Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einer Entwässerungsöffnung, vorzugsweise im Bereich der Rotorblattspitze, wobei die Entwässerungsöffnung ein Loch in einer Wandung des Motorblattes ist und eine Öffnungsweite von größer oder gleich 1 Zentimenter aufweist, vorzugsweise größer oder gleich 3 Zentimeter aufweist und wobei die Entwässerungsöffnung wenigstens teilweise zu ihrem Windschutz abgedeckt oder abgeschirmt ist, ohne einen Flüssigkeitsaustritt zu verhindern.

Description

Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einer Entwässerungsöffnung, vorzugsweise etwa im Bereich der Rotorblattspitze.
Ein solches gattungsgemäßes Rotorblatt ist prinzipiell bekannt. Zum Beispiel ist aus der US 6,979,179 B2 ein Rotorblatt entnehmbar, bei dem ein Abflusskanal für eine Entwässerung des Rotorblattes mit einem sogenannten Blitzrezeptor kombiniert ist, der ein Bestandteil eines Blitzschutzes für das Rotorblatt ist.
Aus der EP 1 607 623 A2 ist ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage bekannt mit einer Entwässerungsbohrung, durch die Wasser aus dem Rotorblatt austreten kann, und mit einem Sieb, das innerhalb des Rotorblattes vor der Austrittsöffnung angeordnet ist.
Aus der WO 2007/062659 A1 ist ein Blitzschutzsystem für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage bekannt. Auch hier ist eine Entwässerungsöffnung offenbart und ein der Entwässerungsöffnung vorgeschalteter Filter, der ein Verstopfen der Entwässerungsöffnung verhindern soll.
In der US 6,979,179 B2 ist eine Blitzableitvorrichtung beschrieben, bei der eine Entwässerungsöffnung durch den Blitzrezeptor hindurchgeführt ist.
Ein Rotorblatt ist im Wesentlichen ein langgestreckter Hohlkörper, der zur Nabe hin offen ist. bei großen und langen Rotorblättern, zum Beispiel bei Rotorblättern für eine Windenergieanlage, die mehrere Megawatt Leistung abgeben soll und bei der ein Rotorblatt zum Beispiel 60 Meter lang ist oder länger, ist auch die Blatttiefe von einer Blattvorderkante zu einer Blatthinterkante so groß, dass ein Mensch, zum Beispiel bei der Fertigung oder der Wartung des Blattes, über eine weite Strecke in das Blatt hineinlaufen kann. Der Innenraum bzw. das Volumen des von dem Rotorblatt umschlossenen, einseitig offenen Hohlraumes ist also ganz beträchtlich und entspricht etwa dem eines größeren Zimmers oder Saales. Das Rotorblatt wird aber zumeist aus einem Glasfaser-Harz-Laminat gefertigt, und die Wandung des Rotorblattes ist daher luft- und wasserdicht. Es findet durch die nabenseitige Öffnung ein Luftaustausch statt, aber nur ein sehr beschränkter Luftaustausch. Zum Beispiel durch Außentemperaturwechsel kann es daher in dem Rotorblatt zu einer erheblichen Kondenswasserbildung kommen, und dieses Wasser kann nabenseitig nicht ablaufen und auch nicht verdunsten, sondern schlägt sich an der Innenseite der Rotorblattwandung nieder und fließt im Zweifel, schon durch die Fliehkraft bei rotierendem Rotorblatt, zur Rotorblattspitze. Da beispielsweise beim Innenaufbau eines Rotorblattes häufig auch Balsaholz oder dergleichen Materialien benutzt werden, kann es aber durch Kondenswasser im Inneren des Rotorblattes auch zu Verrottungen kommen. Zudem bilden Wasseransammlungen im Rotorblatt eine ungünstige Unwucht, und bei einem Blitzschlag in das Rotorblatt kann es zu einer explosionsartigen Verdampfung des Wassers kommen, durch die die Rotorblattspitze birst. Es gibt also viele Gründe, Wasser die Möglichkeit zu geben, aus dem Bereich der Rotorblattspitze ausfließen zu können.
Bei einem Abflusskanal der eingangs genannten Art kann es aber leicht zu einer Verstopfung dieses Abflusses kommen, da das Wasser auf seinem Weg an der Innenseite des Blattes zu der Rotorblattspitze zum Beispiel Klebstoffreste oder sonstige Materialreste mitnehmen kann, die an der Innenseite des Rotorblattes an der Innenseite nach seiner Fertigung verblieben waren und den Abfluss schnell verstopfen und verkleben. Dies wird unter Umständen erst spät bemerkt, so dass sich trotzdem erhebliche Wasseransammlungen bilden können, und eine Reinigung der Abflusskanäle ist sehr aufwändig, weil es sehr schwierig, aufwändig und auch kostspielig ist, bei einem an einer Windenergieanlage montierten Rotorblatt an dessen Spitze zu gelangen. Dazu sind Abseiltechniken und/oder größere Kräne notwendig.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstopfung einer Entwässerungsöffnung eines Rotorblattes, und damit eine aufwändige Wartung, in möglichst einfacher Weise zu vermeiden oder zumindest unwahrscheinlicher zu machen, ohne die Aerodynamik und die sonstigen Betriebseigenschaften des Rotorblattes über Gebühr zu beeinträchtigen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Entwässerungsöffnung im Wesentlichen ein Loch in einer Wandung des Rotorblattes ist und eine Öffnungsweite von größer oder etwa gleich 1 Zentimeter aufweist, vorzugsweise größer oder etwa gleich 3 Zentimeter aufweist.
Die einfach aussehende, aber dennoch pfiffige erfindungsgemäße Lösung besteht also darin, ein Entwässerungsloch vorzusehen, das groß genug ist, um nicht so leicht zu verstopfen, ohne am bekannten Abflusskanal weitere aufwändige Maßnahmen vorsehen zu müssen, die anderweitig ein Verstopfen verhindern. Das erfindungsgemäße Loch ist mit Vorteil wartungsarm und könnte beispielsweise gebohrt oder auch beim Aufbau des Rotorblattes mit Hilfe der Platzierung des Glasfasergeleges auch von vornherein vorgesehen werden. Es ist als fertigungstechnisch serienmäßig einbaubar, aber auch in einfacher Weise an bestehenden Rotorblättern nachrüstbar. Es könnte zum Beispiel so groß wie ein Tischtennisball oder sogar so groß wie ein Tennisball im Durchmesser sein. Dennoch beeinträchtigt es in dieser Größe überraschend nicht die Struktur oder Aerodynamik des Rotorblattes. Des sich im Blatt niederschlagende Wasser kann dadurch frei, ungehindert und ständig abfließen.
Vorzugsweise ist die Entwässerungsöffnung insbesondere aus fertigungstechnischen und strukturellen Gründen im Wesentlichen rund ausgebildet und die genannte Öffnungsweite stellt den Durchmesser der Öffnung dar. Es wären aber auch andere Öffnungsformen denkbar.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Entwässerungsöffnung an der Saugseite des Rotorblattes angeordnet ist. Der Abfluss des Wassers wird durch die Sogwirkung der des Rotorblatt umstreichenden Luft hier begünstigt, und die Öffnung und des austretende Wasser beeinträchtigen gleichzeitig die Aerodynamik des Rotorblattprofils nicht oder nur wenig. Aus ähnlichen Gründen ist bevorzugt vorgesehen, dass die Entwässerungsöffnung in einem der Hinterkante des Rotorblattes nahen Bereich angeordnet ist.
Vorzugsweise ist die Entwässerungsöffnung wenigstens teilweise zu ihrem Windschutz abgedeckt oder abgeschirmt, ohne einen Flüssigkeitsaustritt zu verhindern. Diese Abdeckung wird bevorzugt aerodynamisch ausgeformt, zum Beispiel könnte im Bereich der Entwässerungsöffnung eine Hutze angeordnet sein. Dies hilft, die Aerodynamik des Rotorblattprofils nicht über Gebühr zu beeinträchtigen, schützt den Wasseraustritt und verstärkt gegebenenfalls eine Sogwirkung der überstreichenden Luft.
Ein Ausführungsbeispiel, aus dem sich auch weitere erfinderische Merkmale ergeben können, auf des die Erfindung in ihrem Umfange aber nicht beschränkt ist, ist in der Zeichnung dargestellt. Es zeigen nur sehr schematisch:
1 eine Draufsicht auf ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Entwässerungseinrichtung,
2 einen Querschnitt durch die Rotorblattspitze und die Entwässerungseinrichtung entlang der in 1 mit II-II bezeichneten strichpunktierten Linie,
3 eine Ausschnittvergrößerung der Rotorblattspitze mit Entwässerungseinrichtung gemäß 1 und
4 einen Längsschnitt durch die Entwässerungseinrichtung entlang der in 2 mit IV-IV bezeichneten strichpunktierten Linie.
1 zeigt eine Draufsicht auf ein Rotorblatt 1 für eine Windenergieanlage mit einer erfindungsgemäßen Entwässerungseinrichtung.
Des Rotorblatt 1 weist eine etwa in Rotationsrichtung des Rotorblattes 1 weisende Vorderkante 1a und eine Hinterkante 1b auf und es erstreckt sich von einer Rotorblattwurzel 2, die an einer Nabe angebracht werden kann, bis zu einer Rotorblattspitze 3.
Im Bereich der Rotorblattspitze 3 ist in der 1 eine erfindungsgemäße Entwässerungseinrichtung 4 angedeutet. Diese Entwässerungseinrichtung 4 soll sich auf der sogenannten Saugseite des Rotorblatts 1 befinden. Auf der Saugseite überstreicht die das Rotorblatt umströmende Luft, ähnlich wie bei einer Tragfläche eines Flugzeuges, im Prinzip einen längeren Weg über den Profilquerschnitt des Rotorblattes 1, wodurch im Verhältnis zum Luftdruck auf der anderen Seite des Rotorblattes ein relativ tieferer Luftdruck entsteht, also quasi ein Unterdruck oder Sog. Diese unterschiedlichen Druckverhältnisse führen bei einem Flugzeug im Wesentlichen zum Auftrieb, bei einem Rotorblatt zu einer Rotationsbewegung eines Rotors einer Windenergieanlage, der einen Generator antreibt.
2 zeigt einen Querschnitt durch die Rotorblattspitze 3 und die Entwässerungseinrichtung 4 entlang der in 1 mit II-II bezeichneten strichpunktierten Linie, zeigt also die Rotorblattspitze 3 in einem schräg verlaufenden Profilquerschnitt Die Zeichnung ist in keiner Weise maßstabsgerecht. Ein unterschiedlicher Profilverlauf an der Saugseite und der Druckseite des Profilquerschnittes ist hier nicht deutlich zu erkennen, zumal dieser Unterschied zur Rotorblattspitze 3 hin bei einem Rotorblatt 1 üblicherweise ohnehin abnimmt und der Schnitt in 2, wie gesagt, schräg verläuft.
Im Schnitt der 2 ist aber prinzipiell zu erkennen, dass die Entwässerungseinrichtung ein Entwässerungsloch 5 mit einem gewissen Durchmesser in der Rotorblattwandung umfasst, sowie eine die Entwässerungsöffnung 5 in Richtung der Rotorblattvorderkante 1a abschirmende Hutze 6.
3 zeigt eine Ausschnittvergrößerung der Rotorblattspitze 3 mit Entwässerungseinrichtung 4 gemäß 1 und 2 in einer Draufsicht. Die Entwässerungsöffnung 5 ist kreisrund ausgebildet und eingezeichnet und die Hutze 6 ist nur mit gestrichelten Linien in ihrer Kontur etwa angedeutet
4 zeigt einen Längsschnitt durch die Entwässerungseinrichtung 4 entlang der in 2 mit IV-IV bezeichneten strichpunktierten Linie. In dieser Darstellung ist eine aerodynamische Aufwölbung der Hutze 6 über der Entwässerungsöffnung 5 angedeutet.

Claims

Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einer Entwässerungsöffnung, vorzugsweise im Bereich der Rotorblattspitze, wobei die Entwässerungsöffnung ein Loch in einer Wandung des Motorblattes ist und eine Öffnungsweite von größer oder gleich 1 Zentimenter aufweist, vorzugsweise größer oder gleich 3 Zentimeter aufweist und wobei die Entwässerungsöffnung wenigstens teilweise zu ihrem Windschutz abgedeckt oder abgeschirmt ist, ohne einen Flüssigkeitsaustritt zu verhindern.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerungsöffnung rund ausgebildet ist und die genannte Öffnungsweite den Durchmesser der Öffnung darstellt.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerungsöffnung an der Saugseite des Rotorblattes angeordnet ist.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Entwässerungsöffnung in einem der Hinterkante des Rotorblattes nahen Bereich angeordnet ist.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Bereich der Entwässerungsöffnung eine Hutze angeordnet ist.