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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Rotorblätter von Windkraftanlagen und insbesondere Blattansatzstücke, die an den Rotorblättern montiert sind. Die vorliegende Offenbarung betrifft ferner eine Windkraftanlage mit an Rotorblättern montierten Blattansatzstücken.
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HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
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Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten Energiequellen angesehen, die derzeit verfügbar sind, und Windkraftanlagen haben in dieser Hinsicht zunehmend Aufmerksamkeit erlangt. Eine moderne Windkraftanlage weist üblicherweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter auf. Die Rotorblätter erfassen unter Verwendung bekannter Flügelprinzipien die kinetische Energie des Windes. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie in Form von Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe oder, wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator koppelt. Der Generator wandelt anschließend die mechanische Energie in elektrische Energie um, die in einem Stromversorgungsnetz eingespeist werden kann.
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In vielen Fällen sind an den Rotorblättern von Windkraftanlagen verschiedene Bauteile befestigt, um während des Betriebs der Windkraftanlagen verschiedene Aufgaben zu erfüllen. Diese Bauteile können häufig angrenzend an den Hinterkanten der Rotorblätter befestigt sein. Es ist jedoch im Allgemeinen schwierig, diese Bauteile an den Rotorblättern zu befestigen und macht zum Beispiel wesentliche Veränderungen sowohl an der Druckseite als auch an der Saugseite der Rotorblätter erforderlich. Diese Veränderungen können zudem teuer und zeitaufwändig sein und können das aerodynamische Profil der Rotorblätter beeinträchtigen. Verschiedene bekannte Befestigungslösungen verhindern zudem, dass die Bauteile schnell und effizient an den Rotorblättern befestigt und von ihnen abgenommen werden können, wie es zum Beispiel durch Umgebungsbedingungen erforderlich ist. Viele der Bauteile können ferner relativ steif sein, was verhindert, dass sich die Bauteile dem aerodynamischen Profil der Rotorblätter anpassen können.
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EP 1 662 137 A1 beschreibt ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, das eine Einrichtung zur Geräuschreduzierung aufweist. In Ausführungsformen ist die Einrichtung zur Geräuschreduzierung durch ein von dem Rotorblatt gesondertes schall- oder resonanzabsorbierendes Element gebildet, das in einer Vertiefung in einer Seite des Rotorblattes derart montiert wird, dass dessen Außenseite mit der umliegenden Außenfläche der Seite des Rotorblattes im Wesentlichen bündig abschließt.
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DE 10 2008 037 368 A1 beschreibt ein Rotorblatt einer Windkraftanlage, dessen Hinterkante zur Reduzierung aueroakustischer Geräusche mit mehreren Zackenprofilen ausgebildet ist.
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EP 0 652 367 A1 beschreibt ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einem Sägezahnprofil an seiner Hinterkante zur Geräuschredunktion. In Ausführungsformen ist ein gesondertes Sägezahnformteil an dem Rotorblatt an einem abgeschrägten oder ausgeschnittenen Motageabschnitt des Rotorblattes derart fixiert, dass es sanft in die Oberfläche des Rotorblattes übergeht.
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DE 10 2008 007 908 A1 beschreibt ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit einer Hinerkantenanordnung, die einen sich verändernden Querschnitt und eine Abströmkante aufweist. Die Hinerkantenanordnung ist abschnittsweise in einem außen ausgeschnittetenen Montageabschnitt an der Saug- und Druckseite des Rotorblattes derart aufgenommen, dass ihre äußeren Seitenflächen mit dem Außenumriss der Saug- bzw. Druckseite bündig sind und den Saug- bzw. Druckseitenumriss verlängern, oder es sind umgekehrt die Saug- und Druckseite des Rotorblattes in äußeren ausgeschnittetenen Montageabschnitten der Abströmkantenanordnung entprechend aufgenommen.
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US 2008 / 0 107 540 A1 beschreibt ein Rotorblatt einer Windkraftanlage mit Dämpfungselementen, die an einer Innen- oder Außenfläche eines Vorder- und/oder Hinterkantenabschnitts des Rotorblattkörpers angebracht, insbesondere angeklebt sind.
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Somit wäre ein Blattansatzstück wünschenswert, das schnell und effizient an einem Rotorblatt befestigt und von ihm abgenommen werden kann. Zudem wäre ein Blattansatzstück von Vorteil, das jegliche Störung des aerodynamischen Profils des Rotorblatts minimiert. Ferner wäre ein Rotorblattbauteil wünschenswert, das sich an das aerodynamische Profil eines Rotorblatts anpassen kann. Schließlich wäre ein Blattansatzstück von Vorteil, das verschiedenen Umgebungsbedingungen widerstehen kann.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Aspekte und Vorteile der Erfindung sind teilweise nachstehend in der folgenden Beschreibung dargelegt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder können durch Anwendung der Erfindung in Erfahrung gebracht werden.
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In einem Aspekt der Erfindung ist eine Rotorblattbaugruppe einer Windkraftanlage offenbart. Die Rotorblattbaugruppe weist ein Rotorblatt und ein Blattansatzstück auf. Das Rotorblatt weist eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante auf, die sich zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstrecken. Das Rotorblatt weist ferner ein aerodynamisches Profil auf. Das Blattansatzstück ist an dem Rotorblatt montiert. Das Blattansatzstück weist einen ausgeschnittenen Montageabschnitt zur Montage des Blattansatzstücks an dem Rotorblatt auf, so dass das Blattansatzstück im Wesentlichen bündig mit wenigstens einer von der Druckseite und/oder der Saugseite des Rotorblatts abschließt. Der ausgeschnittene Montageabschnitt definiert eine Kerbe bzw. einen Einschnitt, der dafür eingerichtet ist, das Blattansatzstück relativ zu dem Rotorblatt zu positionieren. Der ausgeschnittene Montageabschnitt verjüngt sich derart, dass das Blattansatzstück im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil der anderen von der Druckseite und der Saugseite des Rotorblatts entspricht.
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In einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Windkraftanlage offenbart. Die Windkraftanlage weist mehrere Rotorblätter auf, wobei jedes der Rotorblätter eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante aufweist, die sich zwischen einer Spitze und einer Wurzel erstrecken. Jedes der Rotorblätter weist ferner ein aerodynamisches Profil und ein Blattansatzstück auf, das an wenigstens einem der mehreren Rotorblätter montiert ist. Das Blattansatzstück weist einen ausgeschnittenen Montageabschnitt zur Montage des Blattansatzstücks an einer von der Druckseite und der Saugseite des wenigstens einen Rotorblatts auf, so dass das Blattansatzstück im Wesentlichen bündig mit wenigstens einer von der Druckseite und/oder der Saugseite des wenigstens einen Rotorblatts abschließt. Der ausgeschnittene Montageabschnitt definiert einen Einschnitt, der dafür eingerichtet ist, das Blattansatzstück relativ zu dem wenigstens einen Rotorblatt zu positionieren. Der ausgeschnittene Montageabschnitt verjüngt sich derart, dass das Blattansatzstück im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil der anderen von der Druckseite und der Saugseite des Rotorblatts entspricht.
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Diese und weitere Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind unter Bezug auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser zu verstehen. Die zugehörigen Zeichnungen, die in dieser Beschreibung enthalten sind und einen Teil von ihr darstellen, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Grundsätze der Erfindung zu erläutern.
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Figurenliste
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Eine vollständige und nacharbeitbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich der besten Ausführung derselben, die an einen Fachmann gerichtet ist, ist in der Beschreibung dargelegt, die sich auf die beigefügten Figuren bezieht, in denen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Windkraftanlage der vorliegenden Offenbarung ist;
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Rotorblattbaugruppe der vorliegenden Offenbarung ist;
- 3 eine perspektivische Explosionsdarstellung einer Ausführungsform einer Rotorblattbaugruppe der vorliegenden Offenbarung ist;
- 4 eine Querschnittdarstellung einer Ausführungsform einer Rotorblattbaugruppe der vorliegenden Offenbarung ist;
- 5 eine Querschnittdarstellung einer weiteren Ausführungsform einer Rotorblattbaugruppe der vorliegenden Offenbarung ist; und
- 6 eine Draufsicht einer Ausführungsform eines Blattansatzstücks der vorliegenden Offenbarung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Es wird nun ausführlich auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, für die ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind.
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1 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Windkraftanlage 10. In dem Ausführungsbeispiel ist die Windkraftanlage 10 eine Horizontalachsen-Windkraftanlage. Alternativ kann die Windkraftanlage 10 eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein. In dem Ausführungsbeispiel weist die Windkraftanlage 10 einen Turm 12 auf, der sich von einer Standfläche 14, beispielsweise dem Erdboden oder einer Plattform oder einem Fundament, aus erstreckt, eine Gondel 16, die am Turm 12 montiert ist, und einen Rotor 18, der mit der Gondel 16 gekoppelt ist. Der Rotor 18 weist eine drehbare Nabe 20 und mindestens ein Rotorblatt 22 auf, das mit der Nabe 20 gekoppelt ist und sich von dieser aus nach außen erstreckt. In dem Ausführungsbeispiel weist der Rotor 18 drei Rotorblätter 22 auf. In einer alternativen Ausführungsform weist der Rotor 18 mehr oder weniger als drei Rotorblätter 22 auf. In dem Ausführungsbeispiel ist der Turm 12 aus Stahlrohr hergestellt, um einen Hohlraum (nicht in 1 dargestellt) zwischen der Standfläche 14 und der Gondel 16 zu definieren. In einer alternativen Ausführungsform ist der Turm 12 jede geeignete Art von Turm, der eine geeignete Höhe aufweist.
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Die Rotorblätter 22 sind mit einem Abstand um die Nabe 20 herum angeordnet, um das Drehen des Rotors 18 zu ermöglichen, so dass kinetische Energie des Windes in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie umgewandelt werden kann. Die Rotorblätter 22 sind mit der Nabe 20 verbunden, indem ein Blattwurzelabschnitt 24 an mehreren Kraftübertragungsbereichen 26 mit der Nabe 20 gekoppelt ist. Die Kraftübertragungsbereiche 26 weisen einen Nabenkraftübertragungsbereich und einen Blattkraftübertragungsbereich auf (beide nicht in 1 dargestellt). Kräfte, die auf die Rotorblätter 22 einwirken, werden über die Kraftübertragungsbereiche 26 auf die Nabe 20 übertragen. In einer Ausführungsform weisen die Rotorblätter 22 eine Länge im Bereich von 15 Metern (m) bis etwa 91 m auf. Alternativ können die Rotorblätter 22 jede geeignete Länge aufweisen, die es ermöglicht, dass die Windkraftanlage 10 wie hier beschrieben arbeitet. Beispielsweise umfassen weitere Beispiele für Blattlängen 10 m oder kürzer, 20 m, 37 m oder eine Länge, die über 91 m beträgt. Wenn der Wind aus einer Richtung 28 auf die Rotorblätter 22 trifft, wird der Rotor 18 um eine Drehachse 30 gedreht. Wenn die Rotorblätter 22 gedreht und Fliehkräften ausgesetzt werden, sind die Rotorblätter 22 auch verschiedenen Kräften und Momenten ausgesetzt. Die Rotorblätter 22 können sich so von einer Ruheposition oder nicht gebogenen Position in eine gebogene Position biegen und/oder drehen. Darüber hinaus kann ein Neigungswinkel oder Anstellwinkel der Rotorblätter 22, d.h. ein Winkel, der einen Blickwinkel der Rotorblätter 22 zur Richtung 28 des Windes bestimmt, mit einem Anstellwinkelverstellsystem 32 verändert werden, um die Last und die Energie, die die Windkraftanlage 10 erzeugt, durch Einstellen der Winkellage von mindestens einem Rotorblatt 22 relativ zu Windvektoren zu steuern. Es sind die Neigungsachsen 34 für die Rotorblätter 22 dargestellt. Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 kann das Anstellwinkelverstellsystem 32 einen Anstellwinkel der Rotorblätter 22 derart verändern, dass die Rotorblätter 22 in eine Segelstellung bewegt werden, so dass der Blickwinkel von mindestens einem Rotorblatt 22 relativ zu Windvektoren dafür sorgt, dass eine minimale Oberfläche des Rotorblatts 22 zu den Windvektoren gerichtet ist, wodurch die Verringerung der Drehzahl des Rotors 18 ermöglicht wird, oder den Windvektoren eine größere Oberfläche des Rotorblatts 22 zugewendet werden kann, was einen Strömungsabriss am Rotor 18 erleichtert.
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In dem Ausführungsbeispiel wird ein Anstellwinkel jedes Rotorblatts 22 einzeln durch ein Steuersystem 36 gesteuert. Alternativ kann der Anstellwinkel sämtlicher Rotorblätter 22 gleichzeitig durch das Steuersystem 36 gesteuert werden. In dem Ausführungsbeispiel kann ferner, wenn sich die Richtung 28 ändert, eine Gierrichtung der Gondel 16 um eine Gierachse 38 herum gesteuert werden, um die Rotorblätter 22 bezüglich der Richtung 28 zu positionieren.
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In dem Ausführungsbeispiel ist das Steuersystem 36 in der Gondel 16 zentralisiert angeordnet dargestellt, jedoch kann das Steuersystem 36 ein über die gesamte Windkraftanlage 10, auf der Standfläche 14, in einem Windpark und/oder in einer Fernsteuerungszentrale verteiltes System sein. Das Steuersystem 36 weist einen Prozessor 40 auf, der dafür eingerichtet ist, die hier beschriebenen Verfahren und/oder Schritte durchzuführen. Ferner weisen viele der anderen hier beschriebenen Bauteile einen Prozessor auf. Der Begriff „Prozessor“, wie hier verwendet, ist nicht auf integrierte Schaltkreise beschränkt, die im Fachgebiet als Computer bezeichnet werden, sondern bezeichnet allgemein einen Controller, einen Mikrocontroller, einen Mikrocomputer, eine speicherprogrammierbare Steuerung (SPS), einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis und andere programmierbare Schaltungen, und diese Begriffe werden hier austauschbar verwendet. Es sollte sich verstehen, dass ein Prozessor und/oder ein Steuersystem auch einen Speicher, Eingangskanäle und/oder Ausgangskanäle umfassen kann bzw. können.
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Unter Bezug auf 2 bis 6 sind verschiedene Ausführungsformen einer Rotorblattbaugruppe 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung dargestellt. Die Rotorblattbaugruppe 100 kann ein Rotorblatt 22 aufweisen. Das Rotorblatt 22 kann sich von einer Blattspitze 54 bis zu einer Blattwurzel 56 erstrecken. Das Rotorblatt 22 kann in einer Ausführungsform mehrere einzelne Blattsegmente 52 aufweisen, die mit den Enden aneinanderstoßend von der Blattspitze 54 bis zur Blattwurzel 56 ausgerichtet sind. Jedes der einzelnen Blattsegmente 52 kann einzeln konfiguriert werden, so dass die mehreren Blattsegmente 52 ein komplettes Rotorblatt 22 definieren, das ein entworfenes aerodynamisches Profil, eine Länge und weitere erwünschte Merkmale aufweist. Beispielsweise kann jedes der Blattsegmente 52 ein aerodynamisches Profil aufweisen, das dem aerodynamischen Profil der angrenzenden Blattsegmente 52 entspricht. Die aerodynamischen Profile der Blattsegmente 52 können somit ein durchgängiges aerodynamisches Profil des Rotorblatts 22 bilden. Alternativ kann das Rotorblatt 22 als einzelnes, einstückiges Blatt geformt sein, dass das entworfene aerodynamische Profil, die Länge und weitere erwünschte Merkmale aufweist.
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Allgemein kann das Rotorblatt 22 eine Druckseite 62 und eine Saugseite 64 (siehe 3 bis 5) aufweisen, die sich zwischen einer Vorderkante 66 und einer Hinterkante 68 erstrecken. Des Weiteren kann das Rotorblatt 22 eine Spannweite 72 und eine Sehne 74 aufweisen.
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Das Rotorblatt 22 kann in Ausführungsbeispielen gekrümmt sein. Die Krümmung des Rotorblatts 22 kann eine Biegung des Rotorblatts 22 im Allgemeinen in Schlagrichtung und/oder im Allgemeinen in Schwenkrichtung bedingen. Die Schlagrichtung ist eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu einer Querachse durch einen Querschnitt der breitesten Seite des Rotorblatts 22. Alternativ kann die Schlagrichtung als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung) ausgelegt werden, in der der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 22 einwirkt. Die Schwenkrichtung verläuft senkrecht zur Schlagrichtung. Die Krümmung des Rotorblatts 22 in Schlagrichtung ist auch als Vorbiegung bekannt, während die Krümmung in Schwenkrichtung auch als Pfeilung bekannt ist. Ein gekrümmtes Rotorblatt 22 kann somit vorgebogen und/oder gepfeilt sein. Durch die Krümmung kann das Rotorblatt 22 Belastungen in Schlag- und Schwenkrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 besser standhalten und kann ferner während des Betriebs der Windkraftanlage 10 für einen Abstand des Rotorblatts 22 zum Turm 12 sorgen.
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Die Rotorblattbaugruppe 100 kann ferner ein Blattansatzstück 110 aufweisen, das an dem Rotorblatt 22 montiert ist. Das Blattansatzstück 110 kann dafür eingerichtet sein, eine Vielfalt von Aufgaben zu erfüllen. In einem Ausführungsbeispiel kann das Blattansatzstück 110 zum Beispiel ein Geräuschminderer 111 sein. Der Geräuschminderer 111 kann die aerodynamischen Geräusche mindern, die während des Betriebs der Windkraftanlage 10 von dem Rotorblatt 22 emittiert werden, und/oder kann den Wirkungsgrad des Rotorblatts 22 erhöhen. Alternativ kann das Blattansatzstück 110 zum Beispiel ein Blitzableiter, eine Verkleidung, ein Wirbelgenerator-Modul, ein Grenzschicht-Turbulator oder jedes andere Bauteil sein, das am Rotorblatt 22 einer Windkraftanlage 10 befestigt werden kann.
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In einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Offenbarung kann das Blattansatzstück 110 angrenzend an der Hinterkante 68 des Rotorblatts 22 am Rotorblatt 22 befestigt sein. Alternativ kann das Blattansatzstück 110 angrenzend an der Vorderkante 66 des Rotorblatts 22 oder angrenzend an der Spitze 54 oder der Wurzel 56 des Rotorblatts 22 oder an jeder anderen geeigneten Stelle des Rotorblatts 22 an dem Rotorblatt 22 befestigt sein. Ferner kann das Blattansatzstück 110 an der Druckseite 62 des Rotorblatts 22 oder an der Saugseite 64 des Rotorblatts montiert sein, wie nachstehend erörtert ist. In einigen Ausführungsbeispielen darf das Blattansatzstück 110 nur an der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 am Rotorblatt 22 montiert sein, um das aerodynamische Profil des Rotorblatts 22 auf der anderen Seite nicht zu beeinträchtigen.
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Wie zuvor erörtert wurde, kann das Blattansatzstück 110 in einem Ausführungsbeispiel zum Beispiel ein Geräuschminderer 111 sein. Der Geräuschminderer 111 kann ein Geräuschminderungs- oder Blattverbesserungselement 112 aufweisen. Das Element 112 kann ganz allgemein jedes Element sein, das dafür eingerichtet ist, einen Leistungsaspekt des Rotorblatts 22 oder der Windkraftanlage 10 zu verändern oder abzuwandeln. In Ausführungsformen, in denen das Element 112 beispielsweise ein Geräuschminderungselement ist, kann das Element 112 dafür eingerichtet sein, die aerodynamischen Geräusche zu mindern, die während des Betriebs der Windkraftanlage 10 von dem Rotorblatt 22 emittiert werden, und/oder kann den Wirkungsgrad des Rotorblatts 22 erhöhen.
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In einer Ausführungsform, wie in 2 bis 5 dargestellt ist, kann das Geräuschminderungselement 112 eine Vielzahl von Vorsprüngen 114 aufweisen. Die Vorsprünge 114 können einen Abstand zueinander aufweisen und dazwischen die Vertiefungen 115 definieren. Die Vorsprünge 114 und Vertiefungen 115 können im Wesentlichen V-förmig oder U-förmig sein oder können jede beliebige andere Form oder Konfiguration aufweisen, die geeignet ist, um während des Betriebs der Windkraftanlage 10 die Geräusche zu mindern, die von dem Rotorblatt 22 emittiert werden, und/oder seinen Wirkungsgrad zu erhöhen. Ferner können die Vorsprünge 114 in Ausführungsbeispielen gezahnt sein, wie es sich im Fachgebiet versteht, oder können beliebige andere geeignete Merkmale aufweisen.
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Die Vorsprünge 114 können Winkel 116 dazwischen definieren, so dass die Vertiefungen 115 unter diesen Winkeln 116 definiert sind. Die Winkel 116 können im Allgemeinen alle Winkel zwischen 0 Grad und ungefähr 180 Grad sein. In Ausführungsbeispielen können die Winkel 116 zum Beispiel im Bereich von ungefähr 0,01 Grad bis ungefähr 150 Grad liegen, insbesondere im Bereich von ungefähr 0,01 Grad bis ungefähr 90 Grad, insbesondere im Bereich von ungefähr 0,01 Grad bis ungefähr 60 Grad, insbesondere im Bereich von ungefähr 0,01 Grad bis ungefähr 10 Grad.
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Die Vorsprünge 114 können ferner die Länge 117 definieren, die auch durch die Vertiefungen 115 definiert sein kann. Die Länge 117 kann jede Länge sein, die geeignet ist, um während des Betriebs der Windkraftanlage 10 die Geräusche zu mindern, die von dem Rotorblatt 22 emittiert werden, und/oder seinen Wirkungsgrad zu erhöhen. In Ausführungsbeispielen kann die Länge 117 mehr als ungefähr 50 mm, insbesondere mehr als ungefähr 75 Millimeter betragen.
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In Ausführungsbeispielen kann das Geräuschminderungselement 112, beispielsweise die Vorsprünge 114 und die Vertiefungen 115, außerhalb des Körpers des Rotorblatts 22 definiert sein. In einem Ausführungsbeispiel, bei dem der Geräuschminderer 111 angrenzend an der Hinterkante 68 des Rotorblatts 22 montiert ist, können zum Beispiel die Vorsprünge 114 und die Vertiefungen 115 vollständig in dem Geräuschminderer 111 über die Hinterkante 68 hinaus relativ zur Sehne 74 definiert sein.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 6 dargestellt ist, kann das Geräuschminderungselement 112 eine Vielzahl von Borsten 118 aufweisen, die von dem Geräuschminderer 111 aus verlaufen. Die Borsten 118 können beispielsweise aus Naturfasern oder Polymerfasern geformt sein. In Ausführungsbeispielen können die Borsten 118 aus einem Polyamid (wie Nylon) oder einem Polyester geformt sein. Die Borsten 118 weisen jede beliebige Form oder Konfiguration auf, die geeignet ist, um während des Betriebs der Windkraftanlage 10 die Geräusche zu mindern, die von dem Rotorblatt 22 emittiert werden, und/oder seinen Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Das Blattansatzstück 110 und/oder das Rotorblatt 22 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann bzw. können einen ausgeschnittenen Montageabschnitt (Montageausschnitt) 120 aufweisen. Obwohl bei den vorliegend offenbarten Ausführungsformen erörtert ist, dass der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 an dem Blattansatzstück 110 vorgesehen ist, kann somit in einigen Ausführungsformen der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 an dem Rotorblatt 22 vorgesehen sein. Ferner können in anderen Ausführungsformen die ausgeschnittenen Montageabschnitte 120 sowohl an dem Blattansatzstück 110 als auch an dem Rotorblatt 22 enthalten sein.
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Der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 kann vorgesehen sein, um das Blattansatzstück 110 so an dem Rotorblatt 22 zu montieren, dass das Blattansatzstück 110 im Wesentlichen bündig mit wenigstens entweder der Druckseite 62 und/oder der Saugseite 64 abschließt. Ferner kann der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 eine Kerbe bzw. einen Einschnitt 122 definieren, der dafür eingerichtet ist, das Blattansatzstück 110 relativ zum Rotorblatt 22 zu positionieren. Der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 kann zum Beispiel derart in dem Blattansatzstück 110 geformt sein, dass der Einschnitt 122 mit einer Tiefe 124 definiert ist. Die Tiefe 124 kann in Ausführungsbeispielen im Wesentlichen der Stärke des Rotorblatts 22 an der Stelle am Rotorblatt 22 entsprechen, an der der Einschnitt 122 an dem Rotorblatt 22 anliegt. Wie in 4 und 5 dargestellt ist, kann die Tiefe 124 in Ausführungsbeispielen im Wesentlichen der Stärke 126 des Rotorblatts 22 an der Hinterkante 68 entsprechen. Die Tiefe 124 kann zum Beispiel geringer sein als die Tiefe 126, um einen Klebstoff oder ein anderes Zwischenmaterial zu berücksichtigen, wie in 4 dargestellt ist, oder die Tiefe 124 kann im Wesentlichen der Stärke 126 entsprechen. Wenn das Blattansatzstück 110 an dem Rotorblatt 22 montiert wird, kann der Einschnitt 122 an einer Stelle an dem Rotorblatt 22, beispielsweise der Hinterkante 68 oder der Vorderkante 66, angelegt werden, wodurch das Blattansatzstück 110 relativ zum Rotorblatt 22 positioniert wird.
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Je nach Ausrichtung des Blattansatzstücks 110 kann somit die ungefähre Übereinstimmung zwischen der Tiefe 124 des Einschnitts 122 und der Stärke des Rotorblatts 22 an der Stoß- bzw. Anlagestelle gewährleisten, dass das Blattansatzstück im Wesentlichen bündig mit der Druckseite 62 und/oder der Saugseite 64 abschließt. Gemäß einem Ausführungsbeispiel, wie in 2 bis 6 dargestellt, kann zum Beispiel, wenn das Blattansatzstück 110 angrenzend an der Hinterkante 68 an dem Rotorblatt 22 montiert ist, der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 angrenzend an der Druckseite 62 des Rotorblatts 22 verlaufen. Die ungefähre Übereinstimmung zwischen der Tiefe 124 des Einschnitts 122 und der Stärke 126 des Rotorblatts 22 an der Hinterkante 68 kann gewährleisten, dass das Blattansatzstück im Wesentlichen bündig mit der Saugseite 64 abschließt.
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Das Blattansatzstück 110 kann in einigen Ausführungsformen ferner im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil wenigstens entweder der Druckseite 62 und/oder der Saugseite 64 entsprechen. Das Blattansatzstück 110 kann zum Beispiel, wie zuvor erörtert, im Wesentlichen bündig mit entweder der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 abschließen. Das Blattansatzstück 110 kann auch so profiliert oder gebogen sein, dass die Fläche des Blattansatzstücks 110, die bündig mit der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 abschließt, im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 entspricht. Das aerodynamische Profil entweder der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 der Rotorblattbaugruppe 100 kann somit vom Rotorblatt 22 über das Blattansatzstück 110 im Wesentlichen durchgängig sein.
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In einigen Ausführungsformen kann das Blattansatzstück 110 im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil der anderen Seite von der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 entsprechen. Beispielsweise kann, wie zuvor erwähnt ist, wenn das Blattansatzstück 110 an dem Rotorblatt 22 montiert ist, der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 angrenzend an der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 des Rotorblatts 22 verlaufen, während die andere von der Druckseite 62 und der Saugseite 64 bündig mit dem Einschnitt 122 abschließen kann, wie zuvor erörtert. Der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 kann ferner spitz zulaufen, wenn er angrenzend an der Druckseite 62 oder Saugseite 64 verläuft, wie dies in 3 bis 6 dargestellt ist. Die Verjüngung kann mit jeder geeigneten Steigung erfolgen, beispielsweise mit einer solchen Steigung, dass die Außenfläche des Blattansatzstücks 110 im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil der Druckseite 62 oder der Saugseite 64 entspricht, wie in 5 dargestellt ist. Das aerodynamische Profil der anderen Seite von der Druckseite 62 und der Saugseite 64 der Rotorblattbaugruppe 100 kann somit vom Rotorblatt 22 über das Blattansatzstück 110 im Wesentlichen durchgängig sein.
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Das Blattansatzstück 110 kann ferner mindestens eine oder mehrere Profilkerben 128 definieren. Die Profilkerben 128 können im Allgemeinen ausgeschnittene Abschnitte des Blattansatzstücks 110 sein. Die Profilkerben 128 können ferner im Allgemeinen wie gewünscht entlang der Länge 129 des Blattansatzstücks 110 (definiert als in die Richtung der Spannweite 72 des Rotorblatts 22 verlaufend) aus dem Blattansatzstück 110 herausgeschnitten sein. Die Profilkerben 128 können im Allgemeinen die Flexibilität des Blattansatzstücks 110 erhöhen und die Spannungen darin verringern. Die Profilkerben 128 können zum Beispiel ermöglichen, dass das Blattansatzstück 110, wenn es an dem Rotorblatt 22 montiert ist, im Wesentlichen dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 22 entspricht, wie zuvor erörtert. Zusätzlich können die Profilkerben 128 die Oberfläche des Blattansatzstücks 110 verkleinern und die Kontinuität der Oberfläche über die Länge des Blattansatzstücks 110 herabsetzen, wodurch Spannungen in dem Blattansatzstück 110 vermindert werden und ermöglicht wird, dass sich das Blattansatzstück 110 leichter durchbiegt und gleichzeitig eine geeignete Steifheit und Festigkeit behält. Die Profilkerben 128 können ferner eine Wärmeausdehnung und Wärmeschrumpfung des Blattansatzstücks 110 ermöglichen. Die Profilkerben 128 können somit ermöglichen, dass sich das Blattansatzstück 110 verbiegt und der Form des aerodynamischen Profils des Rotorblatts 22 anpasst.
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Die Profilkerben 128 können jede geeignete Form und Größe aufweisen. Die Profilkerben können zum Beispiel im Wesentlichen rechteckig sein oder können kreisförmig oder oval, dreieckig oder rautenförmig sein oder jede geeignete mehreckige Form aufweisen.
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Wie zuvor erwähnt, kann das Blattansatzstück 110 an dem Rotorblatt 22 montiert sein. In einem Ausführungsbeispiel kann, wie in 4 dargestellt ist, das Blattansatzstück 110 mit einem Klebstoff 130 an dem Rotorblatt 22 befestigt sein. Der Klebstoff 130 kann zwischen dem ausgeschnittenen Montageabschnitt 120 und entweder der Druckseite 62 oder Saugseite 64 aufgebracht sein, so dass der ausgeschnittene Montageabschnitt 120 und entweder die Druckseite 62 oder Saugseite 64 verklebt sind. Zusätzlich oder alternativ kann der Klebstoff zwischen dem Einschnitt 122 und beispielsweise der Vorderkante 66 oder der Hinterkante 68 aufgebracht sein, so dass der Einschnitt 122 und beispielsweise die Vorderkante 66 oder die Hinterkante 68 verklebt sind.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie in 2, 3, 5 und 6 dargestellt, kann das Blattansatzstück 110 mit mindestens einer oder mehreren mechanischen Verbindungsvorrichtungen 132 an dem Rotorblatt 22 montiert sein. Die mechanischen Verbindungsvorrichtungen 132 können zum Beispiel Niete, Bolzen, Nägel, Schrauben oder beliebige andere geeignete Verbindungsvorrichtungen sein. In einem Ausführungsbeispiel kann die mechanische Verbindungsvorrichtung 132 durch Niete gebildet sein. Die Niete können beispielsweise aus Metall oder Kunststoff geformt sein. In einem Ausführungsbeispiel können Kunststoffniete verwendet werden, die zum Beispiel verhindern können, dass ein Blitz in die Rotorblattbaugruppe 100 einschlägt, oder die Wahrscheinlichkeit dafür verringern können. Die mechanischen Verbindungsvorrichtungen 132 können sich durch Bohrungen 133 in dem Rotorblatt 22 und dem Blattansatzstück 110 an verschiedenen geeigneten Stellen an dem Rotorblatt 22 und dem Blattansatzstück 110 erstrecken, wodurch das Blattansatzstück 110 am Rotorblatt 22 montiert wird.
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Das Rotorblatt 22 und/oder das Blattansatzstück 110 kann bzw. können ferner mindestens eine oder mehrere Senkungen 134 definieren. Die Senkungen 134 können Abschnitte der Bohrungen 133 sein, die aufgeweitet sind, um im Wesentlichen die äußeren Abschnitte der mechanischen Verbindungsvorrichtungen 132 aufzunehmen. Die Senkungen 134 können zum Beispiel im Allgemeinen Abschnitte der Bohrungen 133 sein, die in dem Rotorblatt 22 und/oder dem Blattansatzstück 110 definiert sind, um im Wesentlichen die Köpfe und/oder hinteren Enden der mechanischen Verbindungselemente 132 aufzunehmen. Die Senkungen 134 können somit den Köpfen und/oder hinteren Enden der mechanischen Verbindungselemente 132 ermöglichen, in dem Rotorblatt 22 und/oder dem Blattansatzstück 110 derart „versenkt“ zu werden, dass die Köpfe und/oder hinteren Enden im Wesentlichen bündig mit der Druckseite 62 oder Saugseite 64 des Rotorblatts 22 und dem daran montierten Blattansatzstück 110 abschließen oder alternativ darunter oder darüber liegen. Somit können aufgrund der Senkungen 134 die mechanischen Verbindungselemente 132 bei der Rotorblattbaugruppe 100 verwendet werden, ohne das aerodynamische Profil der Rotorblattbaugruppe 100 wesentlich zu unterbrechen.
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Die zuvor erörterte Konfiguration des Blattansatzstücks 110 der vorliegenden Offenbarung kann ermöglichen, dass das Blattansatzstück 110 relativ schnell und effizient, wie gewünscht, an einem Rotorblatt 22 befestigt, richtig dazu ausgerichtet und davon abgenommen werden kann. Die Blattansatzstücke 110 können somit bei einigen Ausführungsformen relativ einfach nachträglich an vorhandenen Rotorblättern 22 nachgerüstet werden. Zum Beispiel können in Ausführungsbeispielen, bei denen die Blattansatzstücke 110 die Geräuschminderer 111 sind, die Geräuschminderer 111 nachträglich an vorhandenen Rotorblättern 22 angebracht werden, um vorteilhafterweise die Geräusche der vorhandenen Rotorblätter 22 zu mindern und ihren Wirkungsgrad zu erhöhen.
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Das Blattansatzstück 110 kann aus jedem geeigneten Material geformt sein. In einigen Ausführungsformen kann das Blattansatzstück 110 zum Beispiel aus Glasfasern oder Kohlefasern oder aus einem Metall oder einer Metalllegierung geformt sein. In anderen Ausführungsbeispielen kann das Blattansatzstück 110 jedoch aus jedem geeigneten Polymer geformt sein. Das Blattansatzstück 110 kann in einem Ausführungsbeispiel insbesondere aus einem Polymer mit ungesättigten Kohlenwasserstoffen geformt sein. Das Blattansatzstück 110 kann zum Beispiel aus einem Vinyl geformt sein. Das Blattansatzstück 110 kann insbesondere aus Polyvinylchlorid („PVC“) geformt sein. Blattansatzstücke 110, die aus Polymeren und insbesondere aus Vinylen erzeugt sind, können vorteilhafterweise relativ günstig, wetterbeständig und flexibel sein. Durch die relative Flexibilität dieser Materialien können die Blattansatzstücke 110 wie erforderlich profiliert werden, um dem aerodynamischen Profil des Rotorblatts 22 zu entsprechen.
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Es sollte sich verstehen, dass, obwohl das Blattansatzstück 110 aus einem geeigneten Material wie einem Polymer geformt werden kann, verschiedene Bestandteile des Blattansatzstücks 110 aus unterschiedlichen Materialien geformt werden können. In einem Ausführungsbeispiel kann das Blattansatzstück 110 zum Beispiel, wie zuvor erörtert, ein Geräuschminderer 111 sein, der mehrere Borsten 118 enthält. Die Borsten 118 können, wie zuvor erörtert, aus einem anderen Material als der Rest des Geräuschminderers 111 hergestellt sein.
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Das Blattansatzstück 110 kann in einigen Ausführungsformen relativ steif sein. Das Blattansatzstück 110 kann zum Beispiel eine Stärke (Dicke) 136 aufweisen. Die Stärke 136 kann in Ausführungsbeispielen größer als oder gleich ungefähr 0,5 Millimeter („mm“) sein, insbesondere im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 10 mm liegen, insbesondere im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 4 mm, insbesondere im Bereich von ungefähr 1 mm bis ungefähr 2 mm.
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Das Blattansatzstück 110 kann entlang eines beliebigen Abschnitts der Spannweite 72 des Rotorblatts 22 an dem Rotorblatt 22 montiert sein und ferner eine geeignete Länge 129 aufweisen. In einigen Ausführungsformen kann das Blattansatzstück 110 zum Beispiel nahe der Blattspitze 54 montiert sein, wie in 2 dargestellt. Das Blattansatzstück 110 kann in einigen Ausführungsformen eine Länge 129 aufweisen, die ungefähr 3/4, 2/3, 1/2, 1/3, 1/4, 1/5 oder 1/10, oder jeder andere geeignete Bruchteil, der Spannweite 72 ist. Es sollte sich jedoch verstehen, dass jede geeignete Länge 129 und Platzierung des Blattansatzstücks 110 in den Geltungsbereich und Rahmen der vorliegenden Offenbarung fallen. Es sollte sich ferner verstehen, dass mehr als ein Blattansatzstück 110 an irgendeiner Stelle des Rotorblatts 22 an dem Rotorblatt 22 montiert werden kann und dass die Blattansatzstücke 110 ferner aneinander angrenzen oder einen Abstand zueinander aufweisen können.
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In dieser schriftlichen Beschreibung werden Beispiele verwendet, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsform, zu offenbaren und auch um es einem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung anzuwenden, einschließlich der Herstellung und Benutzung von Vorrichtungen oder Systemen und der Durchführung von darin enthaltenen Verfahren. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, an die der Fachmann denkt.
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Es ist eine Rotorblattbaugruppe 100 offenbart. Die Rotorblattbaugruppe 100 weist ein Rotorblatt 22 und ein Blattansatzstück 110 auf. Das Rotorblatt 22 weist eine Druckseite 62, eine Saugseite 64, eine Vorderkante 66 und eine Hinterkante 68 auf, die sich zwischen einer Spitze 54 und einer Wurzel 56 erstrecken. Das Rotorblatt 22 weist ferner ein aerodynamisches Profil auf. Das Blattansatzstück 110 ist an dem Rotorblatt 22 montiert. Das Blattansatzstück 110 weist einen Montageausschnitt 120 zur Montage des Blattansatzstücks 110 an dem Rotorblatt 22 auf, so dass das Blattansatzstück 110 im Wesentlichen bündig mit wenigstens entweder der Druckseite 62 und/oder der Saugseite 64 des Rotorblatts 22 abschließt. Der Montageausschnitt 120 definiert eine Kerbe 122, die dafür eingerichtet ist, das Blattansatzstück 110 relativ zu dem Rotorblatt 22 zu positionieren.
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Bezugszeichenliste
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| Bezugszeichen |
Komponente |
| 10 |
Windkraftanlage |
| 12 |
Turm |
| 14 |
Standfläche |
| 16 |
Gondel |
| 18 |
Rotor |
| 20 |
Drehbare Nabe |
| 22 |
Rotorblatt |
| 24 |
Blattwurzelabschnitt |
| 26 |
Kraftübertragungsbereich |
| 28 |
Windrichtung |
| 30 |
Drehachse |
| 32 |
Anstellwinkelverstellsystem |
| 34 |
Neigungsachse |
| 36 |
Steuersystem |
| 38 |
Gierachse |
| 40 |
Prozessor |
| 52 |
Blattsegment |
| 54 |
Blattspitze |
| 56 |
Blattwurzel |
| 62 |
Druckseite |
| 64 |
Saugseite |
| 66 |
Vorderkante |
| 68 |
Hinterkante |
| 72 |
Spannweite |
| 74 |
Sehne |
| 100 |
Rotorblattbaugrupe |
| 110 |
Blattansatzstück |
| 111 |
Geräuschminderer |
| 112 |
Geräuschminderungselement |
| 114 |
Vorsprung |
| 115 |
Vertiefung |
| 116 |
Winkel |
| 117 |
Länge |
| 118 |
Borste |
| 120 |
Ausgeschnittener Montageabschnitt, Montageausschnitt |
| 122 |
Einschnitt, Kerbe |
| 124 |
Tiefe |
| 126 |
Stärke, Dicke |
| 128 |
Profilkerbe |
| 129 |
Länge |
| 130 |
Klebstoff |
| 132 |
Mechanische Verbindungsvorrichtung |
| 134 |
Senkung |
| 136 |
Stärke, Dicke |
