DE102011056106A1

DE102011056106A1 - Windkraftanlagen-Rotorblatt mit durchlässigem Fenster und steuerbarem Abdeckelement

Info

Publication number: DE102011056106A1
Application number: DE102011056106A
Authority: DE
Inventors: David Samuel Pesetsky
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2010-12-07
Filing date: 2011-12-06
Publication date: 2012-06-14
Also published as: DK178193B1; US8128364B2; US20110142629A1; CN102536631B; CN102536631A; DK201170635A

Abstract

Ein Windkraftanlagen-Rotorblatt (16) enthält ein in der Saugseite (22) des Blattes definiertes durchlässiges Fenster (34). Das durchlässige Fenster ist für einen Luftstrom aus dem Innenhohlraum (32) des Blattes durch die Saugseite hindurch durchlässig. Ein verschiebbares Abdeckelement (46) ist zusammen mit dem durchlässigen Fenster ausgestaltet und ist verstellbar von einer vollständig geschlossenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das durchlässige Fenster blockiert ist, bis zu einer vollständig offenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das gesamte durchlässige Fenster hindurch aufgebaut wird, positionierbar. Ein Betätigungsmechanismus (58) ist in dem Innenhohlraum (32) des Blattes angeordnet und zusammen mit dem Abdeckelement dafür ausgestaltet, das Abdeckelement zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig ou positionieren.

Description

Gebiet der Erfindung
Der vorliegende Erfindungsgegenstand betrifft allgemein Windkraftanlagen und insbesondere Windkraftanlagen-Rotorblätter mit Schaufelblattkanälen für Laststeuerungsgesichtspunkte.
Hintergrund der Erfindung
Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten der derzeit zur Verfügung stehenden Energiequellen betrachtet und Windkraftanlagen haben diesbezüglich erhöhte Aufmerksamkeit gefunden. Eine moderne Windkraftanlage enthält typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter gewinnen kinetische Energie des Windes unter Anwendung bekannter Flügelprinzipien und übertragen die kinetische Energie über Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die an ein Stromversorgungsnetz geliefert werden kann.
Um sicherzustellen, dass Windenergie eine brauchbare Energiequelle bleibt, wurden Anstrengungen unternommen, die Energieabgabe durch Modifizieren der Größe und Kapazität von Windkraftanlagen einschließlich der Vergrößerung der Länge und der Oberfläche der Rotorblätter zu steigern. Jedoch ist die Größe von Biegekräften und die Belastung eines Rotorblattes im Wesentlichen eine Funktion der Blattlänge zusammen mit der Windgeschwindigkeit, Anlagenbetriebszuständen, Blattsteifigkeit und weiteren Variablen. Diese erhöhte Belastung erzeugt nicht nur eine Ermüdung auf den Rotorblättern und anderen Windkraftanlagenkomponenten, sondern kann auch das Risiko eines plötzlichen katastrophalen Ausfalls der Rotorblätter bewirken, wenn beispielsweise eine zu hohe Belastung eine Biegung eines Blattes bewirkt, die zu einer Turmberührung führt.
Laststeuerung ist somit ein wesentlicher Gesichtspunkt bei dem Betrieb moderner Windkraftanlagen. Aktive Anstellsteuerungssysteme werden allgemein zur Steuerung der Belastung auf den Rotorblättern durch Verändern der Anstellung der Blätter eingesetzt. Jedoch ist es unter Starkwindbedingungen oft schwierig, den Anstellwinkel der Blätter aufgrund eines erhöhten Windwiderstandes und der Reaktionsgeschwindigkeit des Anstellsteuersystems einzustellen.
Es ist auch bekannt, die aerodynamischen Eigenschaften der einzelnen Rotorblätter als Mittel zur Laststeuerung zu verändern, beispielsweise mittels steuerbarer Wirbelelemente (”Generatoren”), Klappen, Hilfsruder und dergleichen, die auf den Blattoberflächen ausgestaltet sind.
Das U.S. Patent Nr. 6,984,110 beschreibt ein System, in welchem die Windkraftanlagenblätter mit Winddruckanpassungslöchern versehen sind, die variabel durch einstellbare Platten abgedeckt werden, die auf einer Seite des Blattes so angeordnet sind, dass sie in Führungen entlang der Oberfläche des Blattes gleiten. Ein relativ komplexes mechanisches Betätigungs- und Steuerungssystem ist erforderlich, um gleichzeitig alle Platten auf einem einzelnen Blatt einzustellen.
Das U.S. Patent Nr. 7,400,057 beschreibt eine allseitig vertikal ausgerichtete Windkraftanlage mit ringförmig gestapelten Blättern. Die Blätter enthalten Luftab-zweigkanäle entlang der Vorderkante und der konkaven Oberfläche jedes Rings für den Zweck der Einführung hoher kinetischer Energie aus der Vorderkante in die konvexe Oberfläche des Blattes, um die Grenzschicht zu verstärken und die Luftstromablösung entlang des Blattes zu verringern. Diese Kanäle sind offen (nicht bedeckt) und spielen keine bedeutende Rolle bei der Laststeuerung der Blätter.
Demzufolge würde die Industrie von einem Laststeuerungssystem und einem Verfahren für einzelne Rotorblätter profitieren, die das aerodynamische Verhalten des Blattes innerhalb von Ausgestaltungslastbegrenzungen nicht nachteilig beeinflussen und relativ leicht unter Hochlastbedingungen zu betätigen sind.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.
In einem Aspekt wird ein Windkraftanlagen-Rotorblatt mit einer Druckseite und einer Saugseite, die an einer Vorderkante und einer Hinterkante verbunden sind, bereitgestellt. Ein durchlässiges Fenster ist in der Saugseite als ein Abschnitt mit wenigstens einer(m) darin definierten Öffnung oder Loch definiert. In einer speziellen Ausführungsform sind mehrere Löcher in dem durchlässigen Fenster definiert. Ein verschiebbares Abdeckelement ist zusammen mit dem durchlässigen Fenster ausgestaltet und ist verstellbar von einer vollständig geschlossenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das durchlässige Fenster blockiert ist, bis zu einer vollständig offenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das gesamte durchlässige Fenster hindurch aufgebaut wird, positionierbar. Ein Betätigungsmechanismus ist in dem Innenhohlraum angeordnet und zusammen mit dem Abdeckelement dafür ausgestaltet, das Abdeckelement zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig offenen Position in Reaktion auf ein Steuersignal zu positionieren.
In einer speziellen Ausführungsform ist der Betätigungsmechanismus eine aktive Vorrichtung, die das Abdeckelement in Reaktion auf ein von einer Steuerung erzeugtes aktives Steuersignal bewegt, um das Abdeckelement als eine Funktion eines variierenden Zustandes des Blattes, wie zum Beispiel von Blattbelastung, variierender Rotorleistung, Blattposition usw. zu positionieren.
In weiteren Ausführungsformen kann das Windkraftanlagenblatt mehrere durchlässige Fenster und entsprechende Abdeckelemente und eine Steuerung in Verbindung mit jedem von den mehreren Abdeckelementen enthalten. Die Abdeckelemente können unabhängig positionierbar sein, um eine variierende Abdeckung zwischen den verschiedenen durchlässigen Fenstern zu erzeugen.
Der Betätigungsmechanismus kann in bestimmten Ausführungsformen eine passive Vorrichtung sein, die zusammen mit Abdeckelement dafür ausgestaltet ist, das Abdeckelement in eine von der vollständig geschlossenen oder vollständig offenen Position vorzuspannen und eine Bewegung des Abdeckelementes in die entgegengesetzte Position bei einem von dem Blatt erfahrenen definierten Sollwertzustand zu ermöglichen. Beispielsweise kann der Betätigungsmechanismus ein federvorgespanntes Kernelement sein, um welches sich das Abdeckelement wickelt, während sich das Abdeckelement aus der vollständig geschlossenen in die vollständig offene Position bewegt. Eine angetriebene Rolle kann vorgesehen sein, die das Abdeckelement von dem Kern in die vollständig geschlossene Position mit einem Befestigungselement zieht, das das Abdeckelement mit der angetriebenen Rolle verbindet. Das Abdeckelement kann beispielsweise aus mehreren in Abstand entlang einer Kante des Abdeckelementes angeordneten Streifenelementen bestehen. In einer alternativen Ausführungsform kann das Befestigungselement ein durchlässiges Bahnenmaterial sein, das sich mit dem Abdeckelement in gleicher Richtung erstreckt und eine Luftstromdurchlässigkeit dergestalt besitzt, dass es den Luftstrom durch das durchlässige Fenster in der offenen Position des Abdeckelementes nicht behindert.
In bestimmten Ausführungsformen ist der Betätigungsmechanismus eine umkehrbar angetriebene Rolle, die mit dem Abdeckelement in Eingriff steht und abwechselnd das Abdeckelement zwischen der vollständig offenen und der vollständig geschlossenen Position bewegt.
In noch weiteren Ausführungsformen enthält das Windkraftanlagenblatt wenigstens einen Einlassluftkanal in Luftstromverbindung mit dem durchlässigen Fenster. Dieser Kanal kann eine betätigbare Abdeckplatte enthalten, die sich aus einer geschlossenen Position, in welcher der Einlassluftkanal blockiert ist, in eine offene Position, in welcher der Einlassluftkanal nicht blockiert, bewegt, um einen Luftstrom durch das durchlässige Fenster zuzulassen. Eine Betätigungseinrichtung kann zusammen mit der Abdeckplatte dafür ausgestaltet sein, die Abdeckplatte zwischen der offenen und der geschlossenen Position als Reaktion auf ein Steuersignal zu bewegen.
Die Erfindung umfasst auch eine Windkraftanlage mit einem oder mehreren Anlagenblättern, die mit den aktiv oder passiv betätigten Blattkanälen gemäß Beschreibung hierin ausgebildet sind.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart, die an den Fachmann gerichtet ist, wird nachstehend in der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine perspektivische Ansicht einer herkömmlichen Windkraftanlage darstellt;
2 eine Längsansicht eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit mehreren durchlässigen Fenstern und zugeordneten Abdeckelementen, die in Längsrichtung zu dem Blatt ausgerichtet sind, darstellt;
3 eine Längsansicht eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit einem in Längsrichtung verschiebbaren Abdeckelement darstellt;
4 eine Längsansicht eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit einem in Sehnenrichtung verschiebbaren Abdeckelement in einer Aussparung in der Außenoberfläche des Blattes darstellt;
5 eine Längsansicht eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit einer alternativen Ausführungsform eines in Längsrichtung verschiebbaren Abdeckelements darstellt;
6 eine Längsansicht eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit noch einer anderen Ausführungsform eines in Längsrichtung verschiebbaren Abdeckelements darstellt;
7 eine Längsansicht einer Ausführungsform eines Windkraftanlagen-Rotorblattes mit zwei verschiebbaren Abdeckelementen darstellt;
8 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines internen in Sehnenrichtung verschiebbaren Abdeckelementes ist;
9 eine Querschnittsansicht einer weiteren Ausführungsform eines internen in Sehnenrichtung verschiebbaren und zurückziehbaren Abdeckelementes ist;
10 eine Querschnittsansicht noch einer weiteren Ausführungsform eines internen in Sehnenrichtung verschiebbaren und zurückziehbaren Abdeckelementes ist;
11 eine Querschnittsansicht eines Windkraftanlagenblattes ist, die eine Ausführungsform eines Luftverteilers mit mehreren Einlassluftkanälen veranschaulicht;
12 eine Längsinnenansicht einer weiteren Ausführungsform eines externen in Sehnenrichtung verschiebbaren Abdeckelementes ist;
13 eine Querschnittsansicht einer Ausführungsform eines internen Abdeckelementes mit Endlosschlaufe ist; und
14 eine Veranschaulichung einer Windkraftanlage mit Rotorblättern gemäß Aspekten der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun detailliert Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder dem Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
In den Zeichnungen stellt 1 eine perspektivische Ansicht einer exemplarischen Horizontalachsen-Windkraftanlage 10 dar. Es dürfte erkennbar sein, dass die Windkraftanlage 10 eine Vertikalachsen-Windkraftanlage sein kann. In der exemplarischen Ausführungsform enthält die Windkraftanlage 10 einen Turm 12, eine auf dem Turm 12 montierte Gondel 14, und eine Rotornabe 18, die mit einem Generator in der Gondel 14 über eine Antriebswelle und ein Getriebe verbunden ist. Der Turm 12 kann aus rohrförmigem Stahl oder einem anderen geeigneten Material aufgebaut sein. Die Rotornabe 18 enthält ein oder mehrere Rotorblätter 16, die mit der Nabe 18 verbunden sind und sich davon radial nach außen erstrecken.
Die Rotorblätter 16 können im Allgemeinen jede geeignete Länge haben, die es der Windkraftanlage 10 ermöglicht gemäß Ausgestaltungskriterien zu arbeiten. Beispielsweise können die Rotorblätter 16 eine Länge von etwa 15 m bis etwa 91 m haben. Jedoch können weitere nicht einschränkende Beispiele von Blattlängen 10 m oder weniger, 20 m, 37 m oder eine Länge haben, die größer als 91 Meter ist. Die Rotorblätter 16 drehen die Rotornabe 18, um die Übertragung von kinetischer Energie aus dem Wind in nutzbare mechanische Energie und anschließend in elektrische Energie zu ermöglichen. Insbesondere kann die Nabe 18 drehbar mit einem (nicht dargestellten) elektrischen Generator gekoppelt sein, der in der Gondel 14 zur Erzeugung von elektrischer Energie positioniert ist.
Wie in der dargestellten Ausführungsform gezeigt kann die Windkraftanlage 10 auch ein Turbinensteuerungssystem oder eine Turbinensteuerung 76 (1 und 14) enthalten, die sich in der Gondel 14 oder an irgendeiner Stelle auf oder in der Windkraftanlage 10 oder im Wesentlichen an irgendeinem anderen geeigneten Ort befindet. Die Steuerung 76 kann geeignete Prozessoren und/oder eine andere Verarbeitungsfunktionalität enthalten, um die hierin beschriebenen Verfahren, Schritte, Operationen, Berechnungen und dergleichen auszuführen. Beispielsweise kann in einer Ausführungsform die Steuerung 76 als ein Computer oder eine andere zentrale Verarbeitungseinheit ausgelegt sein. Ferner kann die Steuerung 76 verschiedene Eingangs-/Ausgangskanäle und/oder Vorrichtungen für den Empfang von Eingangssignalen aus Sensoren und anderen Messvorrichtungen und zum Senden von Steuersignalen an verschiedene Komponenten der Windkraftanlage, insbesondere an die verschiebbaren Abdeckelemente 46, gemäß Beschreibung hierin enthalten.
Durch Ausführen von Windkraftanlagen-Steuerbefehlen kann die Steuerung 76 im Wesentlichen dafür ausgestaltet sein, die verschiedenen Betriebsarten der Windkraftanlage 10 (zum Beispiel Hochfahr- und Herunterfahr-Sequenzen) zu steuern. Die Steuerung 76 kann auch so ausgestaltet sein, dass sie die Blattanstellung oder den Anstellwinkel von jedem der Rotorblätter 16 steuert, um die Last und die von der Windkraftanlage 10 erzeugte Energie zu steuern. Beispielsweise kann die Steuerung 76 den Anstellwinkel der Rotorblätter 16 entweder individuell oder gleichzeitig steuern, indem sie geeignete Steuersignale an einen Anstellantrieb oder ein Einstellsystem in der Gondel 14 überträgt. Ferner kann die Steuerung 76, wenn sich die Windrichtung verändert, dafür ausgestaltet sein, die Position der Gondel 14 in Bezug auf eine Gierachse über einen Gier-Antriebsmechanismus in der Gondel 14 zu steuern, um die Rotorblätter 16 in Bezug auf die Windrichtung zu positionieren.
Während des Betriebs der Windkraftanlage 10 trifft Wind auf die Rotorblätter 16 auf, was eine Drehung der Rotornabe 18 bewirkt. Während die Rotorblätter 16 gedreht und Zentrifugalkräften unterworfen werden, werden die Blätter auch verschiedenen Lastkräften und Biegemomenten unterworfen. Wenn die aerodynamischen Belastungen zunehmen, können zu hohe Kräfte und Biegemomente bewirken, dass eines oder mehrere von den Rotorblättern den Turm 12 treffen, was zu einem erheblichen Schaden und Ausfallzeit führt. Jedoch können auch ohne Turmberührung zu hohe Last- und Biegemomente eine signifikante Ermüdung auf den Rotorblättern 16 und anderen Windkraftanlagen-Komponenten bewirken.
2 bis 7 stellen Längsansichten von verschiedenen Ausführungsformen von Windkraftanlagen-Rotorblättern 16 gemäß verschiedenen Aspekten der Erfindung dar. 8 bis 11 und 13 stellen Querschnittsansichten verschiedener Ausführungsformen der Blätter 16 dar. Die Blätter 16 enthalten eine Saugseite 20 und eine Druckseite 22. Die Seiten 20, 22 sind an einer Vorderkante 24 und einer Hinterkante 26 von einer Blattspitze 30 aus bis zu einem Fuß 28 verbunden. Ein Innenhohlraum 32 ist in dem Blatt 16 definiert, in welchem jede Art von Struktur, Steuervorrichtungen und dergleichen angeordnet sein kann. Beispielsweise würde, obwohl es in den Figuren nicht dargestellt ist, das Rotorblatt 16 typischerweise Strukturunterstützungselemente wie zum Beispiel einen sich in Längsrichtung erstreckenden Steg oder entsprechende Holmgurte aufweisen, die an den Innenoberflächen der Saugseite 20 und der Druckseite 22 angebracht sind. Es dürfte auch erkennbar sein, dass die Rotorblätter 16 auf keinerlei spezielle Form oder Ausgestaltung eingeschränkt sind, und dass die in den vorliegenden Figuren dargestellten Blätter nicht als eine Einschränkung der allgemeinen Konstruktion und Ausgestaltung der Blätter gedacht sind.
Des Weiteren enthält das Blatt 16 gemäß den 2 bis 7 wenigstens ein in der Saugseite 20 des Blattes 16 definiertes durchlässiges Fenster 34. Das durchlässige Fenster kann unterschiedlich ausgebildet sein. Beispielsweise kann das durchlässige Fenster ein Abschnitt der Saugseite 20 mit mehreren darin definierten Löchern oder eine relativ große einzelne Öffnung oder ein Loch sein. Das durchlässige Fenster 34 kann ein gitter- oder maschenartiges Material gemäß Darstellung in 3 enthalten. Es dürfte erkennbar sein, dass das durchlässige Fenster 34 jede Ausgestaltung umfasst, in welcher ein definierter Abschnitt der Saugseite 20 für einen Luftstrom durch den entsprechenden Abschnitt durchlässig ist. In der Ausführungsform von 2 enthält das durchlässige Fenster 34 mehrere Löcher 40, die sich durch die Saugseite 20 und in dem Innenhohlraum 32 des Blattes 16 erstrecken. Es dürfte jedoch erkennbar sein, dass das durchlässige Fenster 34 eine einzelne große Öffnung oder mehrere Öffnungen mit variierender Form, Größe usw. haben kann. Die Lage und Ausrichtung des durchlässigen Fensters 34 sowie die Anzahl, Form und Ausgestaltung der Löcher 40 können in großem Umfang innerhalb des Schutzumfangs und Erfindungsgedanken der Erfindung abhängig von jeder beliebigen Anzahl von Faktoren, wie zum Beispiel der Blattausgestaltung und dem aerodynamischen Profil, der Länge und der Lage entlang der Längsachse des Blattes oder der Sehnenachse 50 (8), den von der Schaufel 16 erfahrenen Lastbedingung usw. variieren. In der in 2 dargestellten speziellen Ausführungsform sind mehrere getrennte durchlässige Fenster 34 in Längsrichtung entlang dem Blatt 16 in Abstand angeordnet. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, ist die Ausdehnung des durchlässigen Fensters 34 im Wesentlichen durch die Abmessung (das heißt Überdeckung) eines zugeordneten Abdeckelementes 46 definiert.
Im Bezug auf die Ausrichtung des durchlässigen Fensters 34 oder die Bewegung eines entsprechenden (nachstehend detaillierter beschriebenen) Abdeckelementes 46 umfassen die Begriffe ”in Längsrichtung” und ”in Sehnenrichtung” jede Richtung mit einem Längsrichtungsaspekt bzw. Sehnenrichtungsaspekt. Beispielsweise hat ein durchlässiges Fenster 34, das diagonal ausgerichtet ist (oder ein Abdeckelement 46, das sich diagonal bewegt), in Bezug auf die Blattsehne eine Ausrichtung sowohl in Sehnenrichtung als auch in Längsrichtung.
Das Blatt 16 enthält einen Luftverteiler 42 (8) in dem Innenhohlraum 32. Der Luftverteiler 42 steht mit dem entsprechenden Fenster 34 in Luftstromverbindung. Wenigstens ein in der Druckseite 22 des Blattes 16 definierter Einlasskanal 44 steht mit dem Luftverteiler 42 gemäß Darstellung in den 8 und 9 in Verbindung. Der Einlassluftkanal 44 und der Luftverteiler 42 definieren eine Luftstromleitung für Luft durch das Blatt 16 und insbesondere durch die Löcher 40 in dem durchlässigen Fenster 34 als eine Funktion der Position des verschiebbaren Abdeckelementes 46. Das Abdeckelement 46 ist angrenzend an das durchlässige Fenster 34 ausgestaltet und von einer vollständig geschlossenen Position, in welcher der Luftstrom durch das durchlässige Fenster 34 blockiert ist, bis zu einer vollständig offenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das gesamte durchlässige Fenster 34 aufgebaut wird, variabel positionierbar.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform sind mehrere entsprechende durchlässige Fenster 34 in Längsrichtung entlang des Blattes 16 definiert, wobei jedes von den durchlässigen Fenstern 34 ein zugeordnetes verschiebbares Abdeckelement 46 hat. Jedes von den Abdeckelementen 46 ist in einer Sehnenrichtung (zwischen der Vorderkante 24 und der Hinterkante 26) gemäß Darstellung durch die Pfeile 48 in 2 verschiebbar. Die Abdeckelemente 46 können entlang jeder Art von Führungsstruktur 54 beweglich sein, die innerhalb oder außerhalb des Innenhohlraums 32 des Blattes 16 und angrenzend an die Saugseite 20 des Blattes vorgesehen ist. Das dem Blattfuß 28 am nächsten gelegene durchlässige Fenster 34 hat das Abdeckelement 46 in der vollständig geschlossenen Position, in welcher alle Löcher 40 durch das darunter liegende Abdeckelement 46 so ”abgedeckt” sind, dass der Luftstrom aus dem Verteiler 42 nicht durch dieses spezielle durchlässige Fenster 34 hindurchtreten kann. Die restlichen durchlässigen Fenster 34 haben den entsprechenden Abschnitt ihrer entsprechenden Löcher 40 nicht bedeckt, sodass ein Luftstromkanal durch das Blatt 14 hindurch über den Einlassluftkanal 44, den Luftverteiler 42 und die Löcher 40 aufgebaut wird. Wie es nachstehend detaillierter beschrieben wird, ist jede Art eines geeigneten Betätigungsmechanismus zusammen mit den Abdeckelementen 44 zum Bewegen der Abdeckelemente in wenigstens einer Sehnenrichtung zwischen der vollständig geschlossenen Position und der vollständig offenen Position ausgestaltet. In der in 2 dargestellten Ausführungsform sollen die Pfeile 48 anzeigen, dass die entsprechenden Abdeckelemente 46 in einer Richtung zu der Vorderkante 24 oder zu der Hinterkante 26 hin abhängig davon bewegt werden können, ob Vorderkanten- oder Hinterkantenlöcher 40 zu Beginn aufgedeckt werden sollen, wenn das Abdeckelement 46 aus der vollständig geschlossenen Position in die vollständig geöffnete Position bewegt wird.
Gemäß Darstellung in 4 kann nu ein durchlässiges Fenster 34 in Längsrichtung entlang der Saugseite 20 des Blattes 16 anstelle der mehreren getrennten Fenster 34 gemäß Darstellung in 2 angeordnet sein. In der Ausführungsform von 4 ist nur ein verschiebbares Abdeckelement 46 dem durchlässigen Fenster 34 zugeordnet und ist in jeder Sehnenrichtung (Pfeil 48) in Bezug auf die Vorderkante 24 und die Hinterkante 26 des Blattes bewegbar. Zusätzlich stellt 4 das verschiebbare Abdeckelement 46 als auf der Außenoberfläche der Saugseite 20 im Vergleich zu der Ausgestaltung in 2 betreibbar dar, wobei jedes von den verschiebbaren Abdeckelementen 46 in dem Innenhohlraum 32 des Blattes gegenüber einer Innenoberfläche der Saugseite 20 betreibbar ist. Eine Aussparung 56 kann in dem Außenaspekt der Saugseite 20 definiert sein, in welchem das durchlässige Fenster 34 definiert ist, wobei das Abdeckelement 46 in der Aussparung 56 bewegbar ist. Erwünschtermaßen ”füllt”, wenn das Abdeckelement 46 in der vollständig geschlossenen Position ist, das Abdeckelement 46 die Aussparung 56, um somit dem Blatt 16 ein aerodynamischeres Profil zu verleihen.
Es dürfte aus einem Vergleich der Ausführungsformen der 2 und 4 erkennbar sein, dass die getrennt definierten durchlässigen Fenster 34 und getrennt gesteuerten Abdeckelemente 46 der Ausführungsform von 2 einen größeren Grad an Variabilität bei der Steuerung des Profils geöffneter Löcher entlang des Längsverlaufs des Blattes 16 bieten. Beispielsweise kann es unter bestimmten Betriebsbedingungen der Fall sein, dass der an den Fuß 28 angrenzende Abschnitt des Blattes 16 eine größere Last als der an die Spitze 30 angrenzende Abschnitt des Blattes oder umgekehrt erfährt. Unter derart variierenden Lastbedingungen kann es erwünscht sein, ein Lastreduzierungsprofil für das Blatt 16 durch Verändern der relativen Positionen der einzelnen entsprechenden Abdeckelemente 46 innerhalb ihres entsprechenden durchlässigen Fensters 34 gemäß Darstellung in 2 spezifisch anzupassen. In der Ausführungsform von 4 wird das gesamte Längsprofil des durchlässigen Fensters 34 gleichmäßig mit der Bewegung des Abdeckelementes 46 in der Sehnenrichtung gesteuert.
3 veranschaulicht eine Ausführungsform des Blattes 16, wobei das durchlässige Fenster 34 wiederum durch einen Sieb- oder Mascheneinsatz definiert ist, der in Längsrichtung entlang der Saugseite 20 des Blattes 16 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform ist jedoch das Abdeckelement 46 in der Längsrichtung des Blattes 16 verschiebbar, wie es durch den Richtungspfeil 48 angezeigt wird. Das Abdeckelement 46 ist in dieser speziellen Ausführungsform entlang einer Führungsstruktur innerhalb des Innenhohlraums 32 des Blattes 18 aus einer vollständig geschlossenen Position, in welcher das gesamte durchlässige Fenster 34 vollständig abgedeckt ist, entweder zu dem Fußabschnitt 28 oder dem Spitzenabschnitt 30 des Blattes hin in Abhängigkeit davon bewegbar, welche Abschnitt des durchlässigen Fensters 34 zuerst geöffnet wird. Beispielsweise wird, wenn das Steuersystem anzeigt, dass die Last auf dem Blatt 16 vorgibt, dass die Löcher näher an dem Fuß 38 zuerst geöffnet werden sollten, dann das verschiebbare Abdeckelement 46 zu der Spitze 30 des Blattes gemäß Darstellung in 3 hin bewegt. Alternativ kann die verschiebbare Abdeckung 46 aus der vollständig geschlossenen Position zu dem Fuß 28 hin bewegt werden, um so den Abschnitt des durchlässigen Fensters 34 näher an der Spitze 30 des Blattes wiederum abhängig von einem von dem Blatt 16 erfahrenen speziellen Belastungsprofil zu öffnen.
5 stellt eine alternative Ausführungsform des Blattes 16 dar, in welcher das verschiebbare Abdeckelement 46 wiederum in einer Längsrichtung in Bezug auf den Fuß 28 und die Spitze 30 bewegbar ist. In dieser speziellen Ausführungsform enthält das durchlässige Fenster 34 in Abstand angeordnete Löcher 40. Das Abdeckelement 46 enthält Kanäle 52, die in einer vollständig geschlossenen Position des Abdeckelementes 46 gegenüber den Löchern 40 gemäß Darstellung in 5 versetzt sind. Das Abdeckelement 46 kann in der Längsrichtung zu dem Fuß 28 hin (wie durch den Pfeil 48 in 5 dargestellt) stufenweise zu einer vollständig geöffneten Position verschoben werden, in welcher die Kanäle 52 zu den Löchern 40 ausgerichtet sind. Es dürfte erkennbar sein, dass das Abdeckelement 46 stufenweise zwischen der in 5 dargestellten geschlossenen Position in die vollständig geöffnete Position verschoben werden kann, sodass ein variabler Grad an Lochöffnung erreicht wird. Beispielsweise kann eine erste stufenweise Verschiebung des Abdeckelementes 46 nur 10% der Oberfläche der Löcher 40 öffnen usw. In dieser Ausführungsform kann das Abdeckelement 46 in der Führungsstruktur 54 verschiebbar sein, die in dem Innenhohlraum 32 des Blattes 16 so ausgestaltet ist, dass sich das Abdeckelement 46 gegenüber de Innenoberfläche der Saugseite 20 bewegt.
Es dürfte leicht erkennbar sein, dass die verschiedenen Ausgestaltungen von hierin beschriebenen verschiebbaren Abdeckelementen 46 alternativ so ausgestaltet sein können, dass sie entweder auf den Außen- oder Innenoberflächen der Saugseite 20 verschiebbar sind. Beispielsweise können die Ausgestaltungen von 3 und 5 alternativ so ausgestaltet sein, dass sich die verschiebbaren Abdeckelemente 46 in einer Vertiefung oder einer anderen auf der Außenoberfläche der Saugseite 20 definierten Führungsstruktur bewegen.
6 stellt noch eine weitere Ausführungsform eines Blattes 16 dar, in welchem das Abdeckelement 46 in der Längsrichtung zwischen der Spitze 30 und dem Fuß 28 des Blattes verschiebbar ist. In dieser speziellen Ausführungsform sind die Löcher 40 in gleichmäßigem Abstand entlang des durchlässigen Fensters 34 angeordnet und die Kanäle 52 in dem verschiebbaren Abdeckelement 46 haben einen abnehmenden longitudinalen offenen Aspekt von einem Ende des Abdeckelementes 46 zu dem anderen. Mit dieser Ausgestaltung erzeugt die Längsbewegung des Abdeckelementes 46 von der in 6 dargestellten vollständig geschlossenen Position in die vollständig offene Position ein sequentielles Aufdecken der Löcher 40. Beispielsweise führt in der Ausführungsform von 6 eine erste stufenweise Verschiebung des Abdeckelementes 46 nach rechts (dargestellt durch den Pfeil), dass das am weitesten links liegende Loch 40 innerhalb des durchlässigen Fensters 34 aufgedeckt wird. Eine anschließende sequentielle Verschiebung des Abdeckelementes 46 in derselben Richtung führt zur Aufdeckung des benachbarten Loches 40. Es dürfte leicht erkennbar sein, dass der abnehmende longitudinale offene Aspekt der Kanäle 52 gegenüber der in 6 dargestellten Ausgestaltung umgekehrt werden kann, sodass die sequentielle Öffnungsreihenfolge der Löcher 40 gegenüber der in 6 dargestellten umgekehrt ist. In dieser Ausführungsform ist das Abdeckelement 46 in einer in der Außenoberfläche der Saugseite 20 definierten Vertiefung 56 verschiebbar.
7 ist eine Ausführungsform, in welcher zwei verschiebbare Abdeckelemente 46 eine offene Fläche 49 dazwischen mit einer definierten Breite definieren. Diese offene Fläche 49 kann in Bezug auf die Saugseite 20 durch eine koordinierte Bewegung der Abdeckelemente 46 in Sehnenrichtung bewegt werden. Die Breite der offenen Fläche 49 in Sehnenrichtung kann durch eine Bewegung eines oder beider Abdeckelemente aufeinander zu oder voneinander weg eingestellt werden.
8 bis 11 stellen verschiedene Ausführungsformen des Innenaufbaus in Verbindung mit den verschiebbaren Deckelementen 46, Einlassluftkanälen 44 und dem Luftverteiler 42 in unterschiedlichen speziellen Ausführungsformen dar. Gemäß 8 kann das Abdeckelement 46 in dieser speziellen Ausführungsform ein flexibles, halbstarres Element, wie zum Beispiel ein flexibles Verbundwerkstoffmaterial sein, das in der Lage ist, sich an die Abmessungen und Variationen der Saugseite 20 des Blattes in der Sehnen- und Längsrichtung anzupassen. Das Abdeckelement 46 gleitet in dieser Ausführungsform entlang der Innenoberfläche der Saugseite 20 zwischen einer vollständig geschlossenen Position, in welcher das Abdeckelement 46 unter allen Löchern 40 (oder anderen Arten von Kanälen) in dem durchlässigen Fenster 34 liegt (und somit diese blockiert). Gemäß Darstellung durch den Pfeil 48 in 8 ist in dieser speziellen Ausführungsform das Abdeckelement 46 in dem Sehnenrichtungsaspekt in beiden Richtungen durch jede beliebige Art von geeignetem Betätigungsmechanismus verschiebbar, der durch eine entsprechende Steuerung 60 gesteuert wird. Beispielsweise kann der Betätigungsmechanismus 59 eine Reibrolle sein, die sich in jeder Richtung bewegen kann, sodass sie mit dem Abdeckelement 46 in jeder Sehnenrichtung entlang jeder beliebigen Art von geeigneter Führungs- oder Schienenstruktur in dem Innenhohlraum 32 des Blattes 26 in Eingriff steht und dieses bewegt. In einer alternativen Ausführungsform kann der Betätigungsmechanismus 58 ein Zahnrad sein, das mit einem Ritzel oder einer Zahnstange in Eingriff steht, die auf der Unterseite des Abdeckelementes 46 definiert sind, um so das Abdeckelement 46 in beiden Richtungen anzutreiben. Alternativ können unterschiedliche entsprechende Antriebe vorgesehen sein, welche jeweils dafür ausgestaltet sind, das Abdeckelement 46 in einer Richtung zu bewegen, während sich der andere Antrieb in einem Leerlaufzustand befindet.
Es dürfte leicht erkennbar sein, dass die vorliegende Erfindung auf keinerlei Art von Betätigungsmechanismus 58 beschränkt ist, der dazu genutzt werden kann, die Abdeckelemente 46 wie hierin beschrieben zu bewegen.
Die verschiebbaren Abdeckelemente 46 können durch jede Art von geeignetem Steuermechanismus 60 betätigt werden. Ein entsprechender Steuermechanismus 60 kann jeder Abdeckung 46 in Ausführungsformen mit mehreren durchlässigen Fenstern 34 und entsprechenden Abdeckelementen 46 (wie in der Ausführungsform von 2) zugeordnet sein, sodass die Abdeckelemente 46 unabhängig betätigt werden. Alternativ kann der Satz der Abdeckelemente 46 gleichzeitig von nur einer einzigen Steuerung 46 gesteuert werden. Der Steuermechanismus 60 kann dafür ausgestaltet sein, das Abdeckelement 46 zwischen der vollständig geschlossenen und vollständig offenen Position variabel so zu öffnen, dass der volumetrische Luftstromdurchsatz durch das entsprechende durchlässige Fenster 38 variabel als eine Funktion von dem Blatt erfahrener variierender Lastbedingungen gesteuert werden kann.
In speziellen Ausführungsformen ist der Betätigungsmechanismus 58 ein ”aktiver” Mechanismus, der auf ein Steuersignal aus der Steuerung 60 reagiert. Beispielsweise kann der aktive Betätigungsmechanismus 58 einen elektrischen Motor enthalten, der von einer beliebigen geeigneten Stromversorgung mit Energie versorgt wird. Der Motor kann sich in entgegengesetzte Richtungen drehen, um die Abdeckelemente 46 (wie vorstehend diskutiert) als Reaktion auf ein aus der Steuerung 60 empfangenes Signal zu öffnen und zu schließen. Die Steuerung 60 kann wiederum ein Steuersignal aus der Windkraftanlagen-Steuerung 76 als Folge irgendeiner Art gemessener oder berechneter Lastbedingung auf dem Blatt 16 empfangen.
In alternativen Ausführungsformen kann der Betätigungsmechanismus 58 eine passive Vorrichtung sein, die auf die tatsächlichen von dem Blatt 16 erfahrenen Lastbedingungen reagiert. Beispielsweise kann das Abdeckelement 46 in einer vollständig geschlossenen Position verriegelt sein und gegen die geöffnete Position durch irgendeine Art von Vorspannelement, wie zum Beispiel eine Torsionsfeder, Blattfeder usw. vorgespannt sein. Bei einem von dem Blatt erfahrenen speziellen Zustand kann die Verriegelung das Abdeckelement 46 freigeben, sodass das Abdeckelement 46 automatisch in die (oder zu der) offenen Position gezogen wird. Dieser gemessene Zustand kann beispielsweise der Abstand des Blattes in Bezug auf den Turm 12 sein. Die Verriegelung kann eine magnetische Vorrichtung sein, die zur Entriegelung veranlasst wird, wenn das Blatt den Turm 12 innerhalb eines vordefinierten Abstandes passiert. In alternativen Ausführungsformen kann ein passiver Betätigungsmechanismus 58 so ausgestaltet sein, dass er in Reaktion auf von dem Blatt gemessene Lastbedingungen, wie zum Beispiel durch Messen der Biegung des Blattes und dergleichen, reagiert.
9 stellt eine Ausführungsform dar, in welcher ein verschiebbares Abdeckelement 46 aus einem nachgiebigen Material ausgebildet ist, das um einen Kern 62 gewickelt werden kann. Der Kern 62 kann so federbetrieben sein, dass er das Abdeckelement 46 in die vollständig offene Position zieht. Das Abdeckelement 46 ist an einer angetriebenen Rolle 64 durch irgendeine geeignete Ausgestaltung von Befestigungsvorrichtungen 65, wie zum Beispiel Gurte, Bänder und dergleichen befestigt, die in ausreichendem Abstand angeordnet sind, um somit das Abdeckelement 46 gleichmäßig in die geschlossene Position zu ziehen, ohne die Löcher 40 in der offenen Position des Abdeckelementes 46 übermäßig zu blockieren. Die Leinen 65 können diesbezüglich in Abstand zwischen den Löchern 40 angeordnet sein. In einer alternativen Ausführungsform kann die Befestigungsvorrichtung eine durchlässige Bahn oder ein anderes durchlässiges Material sein, das sich zusammen mit dem Abdeckelement 46 erstreckt. Wenn sich diese Ausführungsform in der offenen Position des Abdeckelementes 46 befindet, strömt Luft durch die durchlässige Befestigungsvorrichtung 65 und das durchlässige Fenster 34.
10 stellt eine alternative Ausführungsform dar, in welcher das Abdeckelement 46 ein halbelastisches Element ist, das gefaltet werden kann, um es in eine kompakte Konfiguration in einem Speicherbehälter 66 zu falten. Wiederum ist ein Ende des Abdeckelementes 46 an einer angetriebenen Rolle 64 mittels irgendeiner Art von geeigneten Befestigungsleinen 65 befestigt, wodurch die Rolle 64 das Abdeckelement 46 aus dem Behälter 66 in die vollständig geschlossene Position zieht. Jede beliebige Art von Rückziehvorrichtung kann in dem Speicherbehälter 62 ausgestaltet sein, um das Abdeckelement 46 in die gefaltete Konfiguration in dem Behälter 66 zurückzuziehen.
11 stellt eine Ausführungsform des Blattes 16 dar, in welcher das Abdeckelement 46 in einer in der Außenoberfläche der Saugseite 20 definierten Aussparung 56, wie in den verschiedenen vorstehenden Ausführungsformen diskutiert, verschiebbar ist. In dieser speziellen Ausführungsform befindet sich das Abdeckelement außerhalb des durchlässigen Fensters 34 in der vollständig geschlossenen Position in der Aussparung 56. Das Abdeckelement 46 wird in die offene Position durch einen Schlitz 57 gezogen, der in der Aussparung 56 so definiert ist, dass sich das Abdeckelement 46 in den Innenhohlraum 32 des Blattes bewegt, wenn er in die vollständig offene Position durch irgendeine Art von geeignetem Betätigungsmechanismus 58 verschoben wird. Diese spezielle Konfiguration kann dahin gehend erwünscht sein, dass die in der Außenoberfläche der Saugseite 20 definierte Aussparung 56 nicht so bemessen sein muss, dass sie das Abdeckelement 46 in der vollständig geschlossenen und der vollständig geöffneten Position aufnimmt. Dieses kann einen aerodynamischeren Aspekt des Blattes 16 erzeugen.
3 stellt eine Ausführungsform dar, in welcher das Abdeckelement 46 ein Endlosschlaufenelement ist, das von wenigstens einer drehbar angetriebenen Rolle 63 durch die Steuerung 60 gesteuert wird. Das Abdeckelement 46 läuft um eine beliebige Anzahl und Ausgestaltung von Mitläuferrollen 64 und kann auch über jede geeignete Art von Spannvorrichtung, wie zum Beispiel eine Spannrolle, einen Federarm oder dergleichen, angetrieben werden. Das Abdeckelement 46 besteht aus nicht durchlässigen Bereichen 45 und durchlässigen Bereichen 47. In der Position des in 13 dargestellten Abdeckelementes 46 sind die durchlässigen Bereiche 47 zu dem durchlässigen Fenster 34 in der Saugseite 20 und dem Einlassluftkanal 44 in der Druckseite 22 dergestalt ausgerichtet, dass Luft vollständig durch den durch die Wände 43 definierten Verteiler 42 strömt. Das Abdeckelement 46 ist in der Figur in einer vollständig offenen Position dargestellt. Die Bewegung des Schlaufenabdeckelementes 46 in jeder Richtung (Pfeil 48) verändert den Oberflächenanteil des durchlässigen Abschnittes 47, der zu dem durchlässigen Fenster 34 ausgerichtet ist und definiert somit den Grad der Durchlässigkeit des durchlässigen Fensters 34. Das Fenster 34 wird durch eine Drehung des Abdeckelementes 46 in eine Position, in welcher der nicht durchlässige Abschnitt 45 vollständig das durchlässige Fenster 34 blockiert, geschlossen. Es kann auch erwünscht sein, dass der untere Bereich des nicht durchlässigen Abschnittes 45 den Luftkanal 44 in der Druckseite 22 ebenfalls vollständig blockiert. Diesbezüglich wird das Schließen und Öffnen des Luftkanals 44 mit dem relativen Grad von Öffnen und Schließen des durchlässigen Fensters 34 koordiniert. Die bidirektionale Bewegung des Abdeckelementes 46 ermöglicht auch eine variable Positionierung des durchlässigen Abschnittes 47 in Richtung zur Vorderkante oder Hinterkante des Blattes.
Es dürfte erkennbar sein, dass jede Art und Ausgestaltung von Einlassluftkanälen 44 zusammen mit dem Luftverteiler 42 für jedes gegebene entsprechende durchlässige Fenster 34 ausgestaltet werden kann. 12 veranschaulicht eine Ausführungsform eines Luftverteilers 42, der in Längsrichtung entlang des Blattes 16 angeordnet ist. Dieser spezielle Verteiler 42 kann mit mehreren unabhängig betätigbaren Abdeckelementen 46 und entsprechenden durchlässigen Fenstern 34, wie beispielsweise in der Ausführungsform von 2, verwendet werden. Jede Art von Teilerwand 72 ist vorgesehen, um den Verteiler 42 in Bezug auf das durchlässige Fenster 34 zu unterteilen, wobei jeder Teilabschnitt einen entsprechenden Einlassluftkanal 44 hat. Der unmittelbar an dem Fuß 28 befindliche Teilabschnitt des Verteilers 42 hat mehrere Einlassluftkanäle 44. Jede Anzahl von Kanälen 44 kann bei jedem einzelnen der Teilabschnitte des Verteilers 42 vorgesehen sein. Der in 12 dargestellte unterteilte Verteiler 42 kann aufgrund variierender Druckbedingungen erwünscht sein, die entlang der Longitudinallänge des Blattes auftreten. Beispielsweise variiert der Differenzdruck zwischen der Druck- und Saugseite des Blattes an dem Fuß 28 gegenüber dem zwischen den entsprechenden Seiten an der Spitze 30 des Blattes auftretenden Differenzdruck erheblich.
Es dürfte jedoch erkennbar sein, dass nur ein einziger gemeinsamer Luftverteiler 42 für mehrere individuelle durchlässige Fenster 34 und entsprechende verschiebbare Abdeckungen 46 ausgestaltet sein kann, wobei dieser gemeinsame Luftverteiler 42 eine beliebige Anzahl und Ausgestaltung von Einlassluftkanälen 44 hat.
In speziellen Ausführungsformen kann es erwünscht sein, jeden von den Einlassluftkanälen 44 mit einer betätigbaren Abdeckplatte 68 zu versehen, die sich von einer geschlossenen Position (8), in welcher der Einlasskanal 44 blockiert ist, zu einer offenen Position (9), in welcher der Einlassluftkanal 44 aufgedeckt ist, bewegt, um einen Luftstrom in den Verteiler 42 hinein und durch die durchlässigen Fenster 34 heraus zu ermöglichen. Jede Art von geeigneter Betätigungseinrichtung 70 kann für die Bewegung der Abdeckplatte 68 zwischen den geschlossenen und offenen Positionen vorgesehen sein. In der Ausführungsform von 8 ist die Betätigungseinrichtung 70 mit einem Arm dargestellt, der sich durch eine Wand des Verteilers 42 hindurch erstreckt. Es dürfte erkennbar sein, dass die Bewegung dieses Arms in Bezug auf den Verteiler 42 abgedichtet ist. Die Betätigungseinrichtung 70 kann eine aktive Einrichtung sein, die ebenfalls durch die Steuerung 60 gesteuert wird, um die Abdeckplatte 68 in Reaktion auf ein Steuersignal zu bewegen. In speziellen Ausführungsformen können jeder von den zusammen mit dem verschiebbaren Abdeckelement 46 ausgestalteten aktiven Betätigungsmechanismen 8 und die zusammen mit der Abdeckplatte 68 ausgestaltete Betätigungseinrichtung 70 gleichzeitig von der Steuerung 60 dergestalt gesteuert werden, dass der Luftstromkanal durch das Blatt 16 gleichzeitig an der Saugseite 20 und der Druckseite 22 des Blattes aufgebaut wird.
14 stellt eine Windkraftanlage 10 dar, in welcher jedes von den Rotorblättern 16 eines oder mehrere von den durchlässigen Fenstern 34 und zugeordneten Abdeckelementen enthält, die durch irgendeine geeignete Ausgestaltung von Betätigungsmechanismen 58 bewegt werden. Steuerungs- und/oder Energieversorgungsleitungen 74 sind für eine koordinierte Steuerung der verschiedenen Abdeckelemente 46 mittels der Windkraftanlagen-Steuerung 76 vorgesehen. Die Steuerung 76 kann wiederum jede Art von Eingangssignal aus verschiedenen Sensoren 78 empfangen, die geeignet angeordnet und ausgestaltet sind, um verschiedene Betriebszustände der Blätter 16 wie zum Beispiel Extrem- oder Übergangs-Lastzustände zu erfassen, die von den Blättern 16 durchgemacht werden. Bei derartigen Lastzuständen kann die Steuerung 76 über die Energie/Steuer-Leitungen 74 eine beliebige Anzahl oder Kombination von Abdeckelementen 46 betätigen. Weitere gemessene Bedingungen können die Rotorleistung, die Blattposition, die Windstärke usw. beinhalten. Um das Gesamtgleichgewicht des Rotors 18 und der Blätter 16 aufrechtzuerhalten, kann dieselbe Anzahl und Kombination von Abdeckelementen 46 auf jedem von den Blättern 16 gleichzeitig über deren entsprechende Steuermechanismen 60 betätigt werden. An dem Ende des Übergangszustandes können die Abdeckelemente 46 in ihre geschlossene Position zurückgebracht werden.
Es dürfte erkennbar sein, dass die hierin beschriebenen betätigbaren Schaufelblattkanäle oder Windkraftanlagen-Rotorblätter einzigartige Vorteile bieten. Extremlastbedingungen sind oft die Auslegung beschränkende Gesichtspunkte mit dem Ergebnis, dass eine relativ geringe Anzahl von Lastbedingungen erfordern, dass die Windkraftanlage größere Gesamtsystemkosten für eine Auslegungsbelastbarkeit hat. Wenn die Extremlastfälle verringert werden, können die Gesamtsystemkosten der Windkraftanlage entsprechend verringert werden. Die betätigbaren durchlässigen Fenster und die zugeordneten Abdeckelemente, wie sie hierin beschrieben sind, stellen relativ kosteneffiziente Mittel zur Minimierung des Einflusses von Extremlastbedingungen bereit, indem sie die Lastschwankungen reduzieren, die durch die Extremlastbedingungen erzeugt werden, wodurch die mittlere Belastung für eine vorgegebene Systembelastbarkeit erhöht werden kann. Beispielsweise können längere Rotorblätter verwendet werden, um einen größere Rotorfläche zu definieren, wenn die betätigbaren durchlässigen Fenster verwendet werden, um die Extremlastzustände zu minimieren, die ansonsten von den längeren Rotorblättern erfahren werden.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Ein Windkraftanlagen-Rotorblatt 16 enthält ein in der Saugseite 22 des Blattes definiertes durchlässiges Fenster 34. Das durchlässige Fenster ist für einen Luftstrom aus dem Innenhohlraum 32 des Blattes durch die Saugseite hindurch durchlässig. Ein verschiebbares Abdeckelement 46 ist zusammen mit dem durchlässigen Fenster ausgestaltet und ist verstellbar von einer vollständig geschlossenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das durchlässige Fenster blockiert ist, bis zu einer vollständig offenen Position, in welcher ein Luftstrom durch das gesamte durchlässige Fenster hindurch aufgebaut wird, positionierbar. Ein Betätigungsmechanismus 58 ist in dem Innenhohlraum 32 des Blattes angeordnet und zusammen mit dem Abdeckelement dafür ausgestaltet, das Abdeckelement zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig offenen Position in Reaktion auf ein Steuersignal zu positionieren.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Blatt
18: Nabe
20: Druckseite
22: Saugseite
24: Vorderkante
26: Hinterkante
28: Fuß
30: Spitze
32: Innenhohlraum
34: durchlässiges Fenster
36: Innenoberfläche
38: Außenoberfläche
40: Löcher
42: Luftverteiler
43: Wand
44: Einlassluftkanal
45: nicht durchlässiger Abschnitt
46: Abdeckelement
47: durchlässiger Abschnitt
48: Pfeil (Bewegung)
49: offene Fläche
50: Sehne
52: Kanäle
54: Führungsstruktur
56: Vertiefung
57: Schlitz
58: Betätigungsmechanismus
60: Steuerung
62: Kern
63: Antriebsrolle
64: Rolle
65: Befestigungselement
66: Befestigungselement
68: Abdeckplatte
70: Betätigungselement
72: Wand
74: Steuerleitungen
76: Windkraftanlagen-Steuerung
78: Sensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6984110 [0006]
US 7400057 [0007]

Claims

Windkraftanlagen-Blatt (16), aufweisend: eine Druckseite (20) und eine Saugseite (22), wobei die Druckseite und die Saugseite an einer Vorderkante (24) und an einer Hinterkante (26) verbunden sind und einen Innenhohlraum (32) des Blattes definieren; ein in der Saugseite definiertes durchlässiges Fenster (34), wobei das durchlässige Fenster für einen Luftstrom aus dem Innenhohlraum durch die Saugseite hindurch durchlässig ist; ein zusammen mit dem durchlässigen Fenster ausgestaltetes verschiebbares Abdeckelement (46), wobei das Abdeckelement variabel von einer vollständig geschlossenen Position, in welcher der Luftstrom durch das durchlässige Fenster blockiert ist, in eine vollständig offene Position, in welcher der Luftstrom durch das gesamte durchlässige Fenster hindurch aufgebaut wird, positioniert werden kann; und einen Betätigungsmechanismus (58), der in dem Innenhohlraum angeordnet und zusammen mit dem Abdeckelement dafür ausgestaltet ist, das Abdeckelement zwischen der vollständig geschlossenen und der vollständig offenen Position in Reaktion auf ein Steuersignal zu bewegen.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (58) eine aktive Vorrichtung ist, die das Abdeckelement (46) in Reaktion auf ein aktives Steuersignal bewegt, wobei der Betätigungsmechanismus mit einer Steuerung (60) in Verbindung steht, und die Steuerung die Steuersignale erzeugt, um das Abdeckelement als eine Funktion eines variierenden Zustandes des Blattes variabel zu positionieren.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 2, das ferner mehrere von den durchlässigen Fenstern (34) und den entsprechenden Abdeckelementen (46) aufweist, wobei die Steuerung (60) mit jedem von dem mehreren Abdeckelementen in Verbindung steht und wobei die Abdeckelemente unabhängig positionierbar sind, um eine variierende Abdeckung zwischen den verschiedenen durchlässigen Fenstern zu erzeugen.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (58) eine passive Vorrichtung ist, die zusammen mit dem Abdeckelement (46) dafür ausgestaltet ist, das Abdeckelement in eine von der vollständig geschlossenen oder vollständig offenen Position vorzuspannen und eine Bewegung des Abdeckelementes in die entgegengesetzte Position bei einem von dem Blatt erfahrenen definierten Sollwertzustand zuzulassen.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (58) ein federvorgespanntes Kernelement (62) aufweist, um welches sich das Abdeckelement (46) wickelt, sobald sich das Abdeckelement von der vollständig geschlossenen Position in die vollständig offene Position bewegt.
Windkraftanlagen-Blatt nach Anspruch 5, welches ferner eine angetriebene Rolle (64), die das Abdeckelement (46) von dem Kern in die vollständig geschlossene Position zieht, und ein Befestigungselement (65), das das Abdeckelement mit der angetriebenen Rolle verbindet, aufweist.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 6, wobei das Befestigungselement (65) ein durchlässiges Bahnmaterial aufweist, dass sich zusammen mit dem Abdeckelement erstreckt und eine Luftstromdurchlässigkeit hat, die den Luftstrom durch das durchlässige Fenster in der offenen Position des Abdeckelementes nicht behindert.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 1, wobei der Betätigungsmechanismus (58) eine umkehrbar angetriebene Rolle aufweist, die mit dem Abdeckelement (46) in Eingriff steht und diese abwechselnd zwischen der vollständig offenen und der vollständig geschlossenen Position bewegt.
Windkraftanlagen-Blatt nach Anspruch 8, wobei das Abdeckelement (46) ein Schlaufenelement mit abwechselnden durchlässigen (47) und nicht-durchlässigen Abschnitten (45) aufweist.
Windkraftanlagen-Blatt (16) nach Anspruch 1, das ferner wenigstens einen Einlassluftkanal (44) in Luftstromverbindung mit dem durchlässigen Fenster (34) aufweist, wobei der Einlassluftkanal ferner eine betätigbare Abdeckplatte (68) aufweist, die sich aus einer geschlossenen Position bewegt, in welcher der Einlassluftkanal blockiert ist, zu einer offenen Position, in welcher der Einlassluftkanal nicht blockiert ist, bewegt, um den Luftstrom durch das durchlässige Fenster zuzulassen, und das ferner eine zusammen mit der Abdeckplatte ausgestaltete Betätigungseinrichtung (70) aufweist, wobei die Betätigungseinrichtung die Abdeckplatte zwischen der offenen und der geschlossenen Position als Reaktion auf ein Steuersignal bewegt.
Windkraftanlage (10), aufweisend: mehrere Windkraftanlagen-Blätter (16), wobei jedes von den Blättern gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestaltet ist.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 11, wobei der Betätigungsmechanismus (58) der Windkraftanlage eine aktive Vorrichtung ist, die das Abdeckelement (46) in Reaktion auf ein aktives Steuersignal bewegt, wobei der Betätigungsmechanismus mit einer entsprechenden Steuerung (60) in Verbindung steht, die die Steuersignale erzeugt, wobei die Steuerungen mit einer zentralen Windkraftanlagen-Steuerung (76) in Verbindung stehen, um die Abdeckelemente als eine Funktion eines variierenden Zustandes des Blattes variabel zu positionieren und zu koordinieren.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 11, wobei die zentrale Windkraftanlagen-Steuerung (76) mit wenigstens einem Zustandssensor (78) in Verbindung steht, wobei die zentrale Windkraftanlagen-Steuerung (76) Steuersignale für die entsprechenden Blattsteuerungen (60) als eine Funktion eines von dem Zustandssensor gemessenen Zustandes erzeugt.