DE102010051296A1

DE102010051296A1 - Rotorblatt sowie Verfahren zum Enteisen des Rotorblatts einer Windenergieanlage

Info

Publication number: DE102010051296A1
Application number: DE102010051296A
Authority: DE
Inventors: Philipp Rindt; Dr. Löwe Astrid; Moritz Dreher; Gunter Reinald Fischer
Original assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Current assignee: Nordex Energy SE and Co KG
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2010-11-12
Publication date: 2012-05-16
Anticipated expiration: 2030-11-13
Also published as: DE102010051296B4

Abstract

Rotorblatt für eine Windenergieanlage, mit – zwei sich in Längsrichtung des Rotorblatts erstreckenden Trennwänden, die einen an seinen Enden offenen Mittelkanal und einen an seinen Enden offenen Nasenkantenkanal bilden, wobei der Mittelkanal und der Nasenkantenkanal miteinander in Verbindung stehen, – einer Gebläseeinrichtung, die einen Luftstrom durch den Mittelkanal erzeugt, wobei der Luftstrom in dem Rotorblatt über den Mittelkanal und den Nasenkantenkanal zirkuliert und die Richtung des Luftstroms mittels der Gebläseeinrichtung umschaltbar ist, und – mindestens einer Heizeinrichtung, die von dem zirkulierenden Luftstrom umströmt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage sowie ein Verfahren zum Enteisen des Rotorblatts einer Windenergieanlage.
Windenergieanlagen werden zunehmend auch in kalten Regionen betrieben. Aufgrund des Zusammenspiels verschiedener Umweltbedingungen, wie beispielsweise Luftfeuchte und Temperatur, besteht die Gefahr, dass eine Vereisung an den Rotorblättern auftritt. Da das Rotorblatt von der Nasenkante her umströmt wird, setzt die Vereisung eines Rotorblatts stets zuerst an der Nasenkante ein. Beim Eisansatz an dem Rotorblatt entsteht ein erhöhtes Gewicht und eine Veränderung des aerodynamischen Profils, was sich insgesamt als Unwucht an den drehenden Bauteilen der Windenergieanlage bemerkbar macht. Dies kann zur Abschaltung und somit zum Ertragsausfall der Windenergieanlage führen. Es besteht daher das Bedürfnis, die Rotorblätter einer Windenergieanlage zu enteisen.
Aus EP 0 842 360 B1 ist ein Enteisen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage bekannt. Hierbei wird ein erwärmtes Wärmeträgermedium, in der Regel Luft, nach Durchströmen eines blattnasenkantenseitigen Hohlraumes mit entsprechender Wärmeabgabe an Bereiche der Blattwand in einen blatthinterkantenseitigen Hohlraum gelenkt und daraus abgeleitet. Ebenfalls ist aus EP 0 842 360 B1 ein Windenergieanlagen-Rotorblatt mit kommunizierenden Hohlräumen bekannt, die durch eine in Richtung der Rotorblattlängsachse verlaufende Trennwand voneinander getrennt sind und die eine Verbindung aufweisen, um einen Strom des Wärmeträgermediums auszutauschen.
Aus DE 196 21 485 A1 ist ein Enteisungsverfahren für eine Windenergieanlage bekannt, bei dem gut wärmeleitende Materialien in das Rotorblattmaterial zur besseren Wärmeleitung eingearbeitet sind. Die Enteisung des Rotorblatts erfolgt, indem über die Blattwurzel nasenkantenseitig erwärmte Luft in das Rotorblatt eingeführt wird, die teilweise an der Blattspitze austritt und teilweise über eine hinterkantenseitige Kammer zur Blattwurzel zurückgeführt wird.
Aus EP 1 375 913 A1 ist eine Windenergieanlage bekannt, bei der von dem in dem Maschinenhaus befindlichen Generator erwärmte Luft blattwurzelseitig in das Rotorblatt eingeblasen wird und in eine nasenkantenseitig vorgesehene Kammer übertritt, um über die Rotorblattwurzel an der Rotornabe auszutreten.
Aus DE 10 2005 034 131 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Enteisen von Rotorblättern bekannt. Hierbei wird erwärmte Luft in einem nasenkantenseitig vorgesehenen Kanal zur Rotorblattspitze gefördert, um in einem den nasenkantenseitigen Kanal umschließenden Mantelkanal wieder zurückgeführt zu werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Enteisen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage sowie ein Rotorblatt bereitzustellen, die bei einem Eisbefall zuverlässig mit geringem Energieeinsatz ein schnelles Enteisen des Rotorblatts sicherstellen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen aus Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
Das erfindungsgemäße Rotorblatt ist für eine Windenergieanlage vorgesehen. Das Rotorblatt besitzt zwei sich in Längsrichtung des Rotorblatts erstreckende Trennwände, die einen an seinen Enden offenen Mittelkanal und einen an seinen Enden offenen Nasenkantenkanal bilden. Der Mittelkanal und der Nasenkantenkanal sind über blattspitzenseitig angeordnete Öffnungen und blattwurzelseitig vorgesehene Öffnungen miteinander verbunden. Ferner ist das erfindungsgemäße Rotorblatt mit einer Gebläseeinrichtung ausgestattet, die einen Luftstrom durch den Mittelkanal und den Nasenkantenkanal erzeugt. Der von der Gebläseeinrichtung erzeugte Luftstrom ist ein geschlossener Luftstrom, der in dem Rotorblatt zirkuliert. Zur Erwärmung des Luftstroms ist mindestens eine Heizeinrichtung vorgesehen, die von dem zirkulierenden Luftstrom durchströmt wird. Die Gebläseeinrichtung ist umschaltbar, um den Luftstrom entweder in Richtung der Blattwurzel oder in Richtung der Blattspitze durch den Mittelkanal zu leiten. Das Umschalten der Gebläseeinrichtung bietet den besonderen Vorteil, dass eine Enteisung sehr schnell und gezielt durchgeführt werden kann. Indem die Zirkulationsrichtung der Luft umgekehrt wird, können jeweils andere Bereiche der Rotorblattwandung zuerst in Kontakt mit der heißen Luft gelangen. Auf diese Weise kann auch ein starker Eisbefall des Rotorblatts in kürzester Zeit entfernt werden.
Das erfindungsgemäße Rotorblatt besitzt den Vorteil, dass mit einem zirkulierenden Luftstrom gearbeitet wird, der nicht aus dem Rotorblatt austritt. Hierdurch wird die zum Aufheizen des Luftstroms eingesetzte Energie effektiver ausgenutzt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Rotorblatts liegt darin, dass ein offener Mittelkanal durch zwei Trennwände ohne großen technischen Aufwand bei der Herstellung des Rotorblatts vorgesehen werden kann. Hierzu können beispielsweise die im Rotorblatt vorhandenen Stege genutzt werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotorblatts ist mindestens eine Heizeinrichtung in dem Mittelkanal angeordnet. Die in dem Mittelkanal angeordnete Heizeinrichtung stellt sicher, dass der Luftstrom in dem Mittelkanal aufgeheizt wird. Eine entsprechend vorgenommene Isolierung des Mittelkanals gewährleistet, dass die Abgabe der Wärme im Bereich der Blattspitze erfolgt. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens eine Heizeinrichtung im Nasenkantenkanal angeordnet sein.
Das erfindungsgemäße Blatt besitzt in einer bevorzugten Ausgestaltung Luftlenkmittel. Diese Luftlenkmittel verhindern ein Abströmen der erwärmten Luft in hinterkantenseitige Bereiche des Rotorblatts. Der Luftstrom wird nach einem Durchströmen des Mittelkanals über die Blattspitze in den Nasenkantenkanal geführt. Bei umgekehrter Zirkulationsrichtung strömt die Luft aus dem Nasenkantenkanal in die Blattspitze und wird durch die Luftlenkmittel in den Mittelkanal geleitet.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Gebläseeinrichtung für den Luftstrom derart ausgebildet, dass der Luftstrom um 180° umgelenkt wird.
Die erfindungsgemäße Aufgabe wird ebenfalls durch ein Verfahren mit den Merkmalen aus Anspruch 6 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen bilden den Gegenstand der abhängigen Verfahrensansprüche.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zum Enteisen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage mit einem zirkulierenden Luftstrom zwischen Rotorblattspitze und Rotorblattwurzel. Der zirkulierende Luftstrom wird über eine Heizeinrichtung aufgeheizt. Erfindungsgemäß kann die Zirkulationsrichtung des Luftstroms durch eine Gebläseeinrichtung umgeschaltet werden. Je nach Betriebsrichtung der Gebläseeinrichtung besitzt der Luftstrom eine andere Strömungsrichtung zwischen Rotorblattwurzel und Rotorblattspitze. Durch Umschalten der Zirkulationsrichtung kann ein Rotorblatt gezielt enteist werden, da wahlweise Flächen im Bereich der Blattspitze oder im nabennahen Bereich des Rotorblatts zuerst in Kontakt mit der erwärmten Luft geraten.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens strömt der Luftstrom durch einen sich in Rotorblattlängsrichtung erstreckenden Mittelkanal und wird dank der Luftlenkmittel im Bereich der Rotorblattspitze in den Nasenkantenkanal zurückgeführt. Bei dieser Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zirkuliert die Luft also über den Mittelkanal und den sich nasenkantenseitig daran anschließenden Hohlraum.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird in vorbestimmten Zeitintervallen die Strömung des zirkulierenden Luftstroms in dem Rotorblatt durch ein Umschalten der Gebläseeinrichtung umgekehrt. Die Umkehrung des Luftstroms kann auch in Abhängigkeit von verschiedenen Betriebszuständen der Windenergieanlage und der damit verbundenen Vereisung der Rotorblätter erfolgen.
Eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rotorblatts wird nachfolgend anhand einer Figur näher beschrieben.
Die einzige Figur zeigt ein Rotorblatt 10 mit einem blattwurzelseitigen Abschnitt 12 und einem blattspitzenseitigen Abschnitt 14. Der innere Aufbau des Rotorblatts in seinem Mittelteil (nicht dargestellt) zwischen dem blattwurzelseitigen Abschnitt 12 und dem blattspitzenseitigen Abschnitt 14 entspricht im wesentlichen dem Aufbau der beiden dargestellten Rotorblattabschnitte. Das Rotorblatt besitzt zwei durch die Stege gebildete Trennwände 18 und 20, durch welche ein Mittelkanal 16 und ein Nasenkantenkanal 28 gebildet werden. Die Trennwände erstrecken sich jeweils zwischen der saugseitigen und der druckseitigen Rotorblattwandung. Der Mittelkanal kann aus einem thermisch isolierenden Material gebildet sein oder mit einer zusätzlichen Wärmedämmung versehen sein. Die Wärmeabgabe der den Mittelkanal durchströmenden Luft erfolgt nur im Bereich der Rotorblattspitze über die Wandung des Rotorblatts.
Der Mittelkanal 16 und der Nasenkantenkanal 28 sind an ihren zur Blattspitze weisenden Enden offen. Im Bereich der Rotorblattspitze ist ein Luftlenkmittel 22 vorgesehen, dass den zur Rotorblatthinterkante weisenden Innenraum 24 des Rotorblatts von der Rotorblattspitze abtrennt. Der Innenraum in der Rotorblattspitze 26 ist mit dem Nasenkantenkanal 28 verbunden. Der Nasenkantenkanal 28 besitzt im Bereich der Rotorblattwurzel eine Verbindung mit dem Mittelkanal 16.
Im Bereich der Rotorblattwurzel ist eine Gebläseeinrichtung 30 vorgesehen, in der elektrisch betriebene Ventilatoren 32 angeordnet sind. Die Gebläseeinrichtung besitzt eine mit dem Mittelkanal 16 verbundene Öffnung 34 und eine mit dem Nasenkantenkanal 28 verbundene Öffnung 36. Je nach Betriebsrichtung der Ventilatoren 32 wird über die Öffnung 36 der Luftstrom angesaugt und über die Austrittsöffnung 34 wieder abgegeben. Werden die Ventilatoren 32 mit entgegen gesetzter Richtung betrieben, so wird Luft aus dem Mittelkanal 16 über die Öffnung 34 angesaugt und über die Öffnung 36 in den Nasenkantenkanal 28 abgegeben.
Das in der einzigen Figur dargestellte Rotorblatt besitzt ferner eine Heizeinrichtung 38, die nahe der Rotorblattwurzel in dem Mittelkanal 16 angeordnet ist. Die Heizeinrichtung 38 wird von der durch den Mittelkanal 16 strömenden Luft umströmt, welche dabei Wärme aufnimmt. Alternativ kann sich die Heizeinrichtung auch im Nasenkantenkanal 28 befinden. Denkbar sind auch zwei oder mehrere Heizeinrichtungen, die im Mittelkanal und im Nasenkantenkanal voneinander beabstandet angeordnet sind. Wie in der einzigen Figur durch Doppelpfeile 40 dargestellt ist, besitzt die Luft in dem Mittelkanal 16 und in dem Nasenkantenkanal 28 zwei Strömungsrichtungen. Je nach Betriebsweise der Gebläseeinrichtung 30 wird der Mittelkanal 16 entweder von der Rotorblattwurzel hin zur Rotorblattspitze oder von der Rotorblattspitze hin zur Rotorblattwurzel durchströmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0842360 B1 [0003]
EP 0842360 B [0003]
DE 19621485 A1 [0004]
EP 1375913 A1 [0005]
DE 102005034131 A1 [0006]

Claims

Rotorblatt für eine Windenergieanlage, mit – zwei sich in Längsrichtung des Rotorblatts (10) erstreckenden Trennwänden (18, 20), die einen an seinen Enden offenen Mittelkanal (16) und einen an seinen Enden offenen Nasenkantenkanal (28) bilden, wobei der Mittelkanal und der Nasenkantenkanal miteinander in Verbindung stehen, – einer Gebläseeinrichtung (30), die einen Luftstrom (40) durch den Mittelkanal (16) erzeugt, wobei der Luftstrom (40) in dem Rotorblatt über den Mittelkanal (16) und den Nasenkantenkanal (28) zirkuliert und die Richtung des Luftstroms mittels der Gebläseeinrichtung (30) umschaltbar ist, und – mindestens einer Heizeinrichtung (38), die von dem zirkulierenden Luftstrom umströmt wird.
Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Heizeinrichtung (38) in dem Mittelkanal (16) angeordnet ist.
Rotorblatt nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Heizeinrichtung (38) in dem Nasenkantenkanal (28) angeordnet ist.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Luftlenkmittel (22) vorgesehen sind, um den Luftstrom nach einem Durchströmen des Mittelkanals (16) über die Blattspitze in den Nasenkantenkanal (28) oder umgekehrt zu führen.
Rotorblatt nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Gebläseeinrichtung (30) den Luftstrom um 180° umlenkt.
Verfahren zum Enteisen eines Rotorblatts einer Windenergieanlage mit einem zirkulierenden Luftstrom zwischen Rotorblattspitze und Rotorblattwurzel, der über eine Heizeinrichtung aufgeheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulationsrichtung des Luftstroms durch eine Gebläseeinrichtung umgekehrt werden kann.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftstrom durch einen sich in Rotorblattlängsrichtung erstreckenden Mittelkanal strömt und über die Blattspitze in den Nasenkantenkanal oder umgekehrt geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass in vorbestimmten Zeitintervallen die Strömungsrichtung des Luftstroms umgekehrt wird.