DE102011012965A1 - Rotor blade for wind energy plant, has transition section formed between blade root and blade section and comprising front edge and blunt rear edge, and aerodynamic element i.e. plate, arranged at blunt rear edge of transition section - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Windenergieanlage.The present invention relates to a rotor blade for wind turbines with horizontal axis of rotation according to the preamble of
Rotorblätter von Windenergieanlagen haben eine große Bedeutung für den Wirkungsgrad (Effizienz) und den wirtschaftlichen Betrieb der Windenergieanlagen. Bei den bekannten Rotorblättern gemäß der eingangs genannten Art besteht die Anforderung an den Rotorblattwurzel nahen Profilquerschnitt darin, in Abhängigkeit vom Anstellwinkel α im Betriebsbereich von –10° < α < 20° zu arbeiten. Die Strömungsbedingungen sind dabei unter anderem instationär und führen aufgrund der Druckunterschiede an den unterschiedlichen Profilschnitten zur Ablösung der Strömung und zur Wirbelbildung. Die Umströmung des Rotorblattes erzeugt dadurch nicht stetige Kraft- und Momentänderungen, d. h. unerwünschte Rotorblattschwingungen, und beeinträchtigt die Effizienz.Rotor blades of wind turbines are of great importance for the efficiency (efficiency) and economic operation of the wind turbines. In the known rotor blades according to the type mentioned above, the requirement for the rotor blade root near cross-sectional profile is to work in dependence on the angle of attack α in the operating range of -10 ° <α <20 °. Among other things, the flow conditions are unsteady and lead due to the pressure differences at the different profile sections to the flow separation and vortex formation. The flow around the rotor blade thereby produces non-steady force and moment changes, d. H. unwanted rotor blade vibrations, and affects the efficiency.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Abriss einer Strömung, und zwar möglichst unabhängig vom Anstellwinkel, im Rotorblattwurzel nahen Bereich zu reduzieren.The invention is therefore based on the object to reduce the demolition of a flow, and as independent as possible of the angle of attack, in the rotor blade root near range.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Rotorblatt der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass an der stumpfen Hinterkante mindestens ein aerodynamisches Element vorgesehen ist. Unter einem aerodynamischen Element soll ein Element verstanden werden, das die Luftströmung beeinflusst.According to the invention this object is achieved in the rotor blade of the type mentioned in that at least one aerodynamic element is provided on the blunt trailing edge. An aerodynamic element is to be understood as an element which influences the air flow.
Weiterhin wird diese Aufgabe gelöst durch eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 17.Furthermore, this object is achieved by a wind energy plant according to claim 17.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Rotorblattwurzel einen im wesentlichen kreisförmigen Querschnitt aufweist.In particular, it may be provided that the rotor blade root has a substantially circular cross-section.
Gemäß einer besonderen Ausführungsform ist das aerodynamische Element mit dem Übergangsbereich integral bzw. monolithisch ausgebildet.According to a particular embodiment, the aerodynamic element is integrally or monolithically formed with the transition region.
Alternativ ist auch denkbar, dass das aerodynamische Element vom Übergangsbereich separat ausgebildet und daran befestigt ist. Beispielsweise kann es nachträglich angebracht sein.Alternatively, it is also conceivable that the aerodynamic element is formed separately from the transition region and secured thereto. For example, it may be retrospectively attached.
Vorteilhafterweise ist das aerodynamische Element formstabil.Advantageously, the aerodynamic element is dimensionally stable.
Zweckmäßigerweise ist das aerodynamische Element aus einem wetterfesten Material hergestellt.Conveniently, the aerodynamic element is made of a weatherproof material.
Vorteilhafterweise ist das aerodynamische Element aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff (GFK), vorzugsweise mit Sandwichaufbau und/oder Wabenkern, Edelstahl, Aluminium, einer kohlefaserverstärkten Kunststoff (CFK), Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff oder einem Kunststoff hergestellt.Advantageously, the aerodynamic element of a glass fiber reinforced plastic (GRP), preferably with sandwich construction and / or honeycomb core, stainless steel, aluminum, a carbon fiber reinforced plastic (CFRP), fiber-plastic composite material or a plastic produced.
Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das aerodynamische Element eine Platte, die vorzugsweise normal zur stumpfen Hinterkante angeordnet ist und sich vorzugsweise in Richtung zur Rotorblattspitze erstreckt.According to a further particular embodiment of the invention, the aerodynamic element is a plate, which is preferably arranged normal to the blunt trailing edge and preferably extends in the direction of the rotor blade tip.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Höhe der Platte im Bereich von ca. 5% bis ca. 15% der Profilsehnenlänge liegt und vorzugsweise 9% der Profilsehnenlänge beträgt.In particular, it may be provided that the height of the plate in the range of about 5% to about 15% of the chord and is preferably 9% of the chord.
Andererseits ist auch denkbar, dass die Höhe der Platte von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt vorzugsweise linear ansteigt.On the other hand, it is also conceivable that the height of the plate from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section preferably increases linearly.
Zweckmäßigerweise ist die Platte entlang ihrer Längserstreckung mit einem Winkelprofil einseitig oder beidseitig zur Befestigung an dem Übergangsbereich versehen.Conveniently, the plate is provided along its longitudinal extent with an angle profile on one side or on both sides for attachment to the transition region.
In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist das aerodynamische Element ein im Querschnitt T-förmiges Element, vorzugsweise aus zwei Platten, dessen Steg vorzugsweise normal zur stumpfen Hinterkante angeordnet ist und sich vorzugsweise in Richtung zur Rotorblattspitze erstreckt und dessen Querbalken sich vorzugsweise parallel zur Hinterkante erstreckt.In a particular embodiment of the invention, the aerodynamic element is a T-shaped element, preferably two plates whose web is preferably normal to the blunt trailing edge and preferably extends in the direction of the rotor blade tip and whose transverse bar preferably extends parallel to the trailing edge.
Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Höhe des Stegs im Bereich von ca. 2% bis 15% der Profilsehnenlänge liegt und vorzugsweise 5% der Profilsehnenlänge beträgt.In particular, it may be provided that the height of the web is in the range of about 2% to 15% of the chord, and preferably 5% of the chord.
Andererseits ist auch denkbar, dass die Höhe des Stegs von der Rotorblattwurzel zum aerodynamischen Rotorblattabschnitt vorzugsweise linear ansteigt.On the other hand, it is also conceivable that the height of the web from the rotor blade root to the aerodynamic rotor blade section preferably increases linearly.
Vorteilhafterweise ist der Steg entlang seiner Längserstreckung mit einem Winkelprofil einseitig oder beidseitig zur Befestigung an den Übergangsbereich versehen.Advantageously, the web along its longitudinal extent with an angle profile on one side or both sides provided for attachment to the transition region.
Schließlich kann die Höhe des Querbalkens im Bereich von ca. 10% bis 30% der Profilsehnenlänge liegt und vorzugsweise 19% der Profilsehnenlänge beträgt.Finally, the height of the crossbar may be in the range of about 10% to 30% of the chordal length and preferably is 19% of the chordal length.
Der Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die Anordnung mindestens eines aerodynamischen Elements bzw. Strömungselements an der stumpfen Hinterkante im Übergangsbereich eine Wirbelbildung im Nachlauf sowie eine Grenzschichtablösung reduziert und dadurch der Luftwiderstand verringert wird. Dies hat wiederum zur Folge, dass die Gleitzahl erhöht wird und über einen weiten Anstellwinkelbereich einen vergleichsweise hohen Wert erreicht, der für die Effizienz der Rotorblätter entscheidend ist. Es lässt sich also eine aerodynamische Optimierung mittels mindestens eines aerodynamischen Elements erreichen.The invention is based on the surprising finding that by the arrangement of at least one aerodynamic element or Flow element at the blunt trailing edge in the transition region, a vortex formation in the wake and reduces a boundary layer separation and thereby the air resistance is reduced. This in turn means that the glide ratio is increased and reaches a comparatively high value over a wide angle of attack range, which is crucial for the efficiency of the rotor blades. It is thus possible to achieve aerodynamic optimization by means of at least one aerodynamic element.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung, in der zwei Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention will become apparent from the appended claims and the following description, are explained in the two embodiments with reference to the schematic drawings in detail. Showing:
Das in den
Die Dicke der Platten
Vorzugsweise nimmt die Höhendifferenz dabei über den Übergangsbereich
Die in den
Die in der vorstehenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawings and in the claims may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Rotorblattrotor blade
- 1212
- RotorblattwurzelRotor blade root
- 1414
- RotorblattspitzeRotor blade tip
- 1616
- aerodynamischer RotorblattabschnittAerodynamic rotor blade section
- 1818
- Vorderkanteleading edge
- 2020
- Hinterkantetrailing edge
- 2222
- ÜbergangsbereichTransition area
- 2424
- Vorderkanteleading edge
- 2626
- Hinterkantetrailing edge
- 2727
- Druckseitepressure side
- 2828
- aerodynamisches Elementaerodynamic element
- 2929
- Saugseitesuction
- 30, 3230, 32
- Plattenplates
- 3434
- Schenkelleg
- 3636
- ProfilsehnenlängeChord length
- 3838
- Breitewidth
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