DE102012101070A1

DE102012101070A1 - Rotorblatt für eine Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102012101070A1
Application number: DE102012101070A
Authority: DE
Inventors: Rohit Chouhan; EswaraRao V S J Anjuri
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2012-08-16
Also published as: US20110211952A1; CN102635494A; DK201270065A

Abstract

Es sind ein Rotorblatt (16) für eine Windkraftanlage (10) und ein Verfahren zur Reduktion des Lärms eines Rotorblatts (16) offenbart. Das Rotorblatt (16) enthält einen Körper (20), der Außenflächen aufweist, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei die Flächen ferner einen Innenraum (40) definieren. Das Rotorblatt (16) enthält ferner wenigstens einen Ausblaskanal (100), der in der Spitze (32) ausgebildet und eingerichtet ist, um Luft (102) aus dem Innenraum (40) derart auszulassen, dass die Luft (102) generell Lärm an der Spitze (32) reduziert.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Rotorblätter für Windkraftanlagen und insbesondere in den Rotorblättern ausgebildete Lärmreduktionseinrichtungen.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Windenergie wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten Energiequellen, die derzeit zur Verfügung stehen, angesehen, und Windkraftanlagen haben in dieser Hinsicht zunehmend Beachtung gewonnen. Eine moderne Windkraftanlage enthält gewöhnlich einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und einen oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter fangen kinetische Energie aus dem Wind unter Nutzung bekannter Tragflächengrundsätze auf. Die Rotorblätter setzen die kinetische Energie in die Form einer Rotationsenergie um, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe oder, falls ein Getriebe nicht verwendet wird, unmittelbar mit dem Generator koppelt. Der Generator wandelt anschließend die mechanische Energie in elektrische Energie um, die in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
Während eines Betriebs der Windkraftanlage können die Rotorblätter aufgrund der an den Rotorblättern vorbeiströmenden Luftströmung Lärm mit variierenden Frequenzen erzeugen. Da Windkraftanlagen zunehmend in der Nähe bevölkerter Gebiete angeordnet werden, kann dieser Lärm für die Bevölkerung störend sein, und er ist folglich im Allgemeinen unerwünscht.
Eine spezielle Form von Lärm, der durch die Rotorblätter erzeugt werden kann, ist ein im Wesentlichen hochfrequentes Breitbandgeräusch, das durch Strömungswirbel an der Spitze des Rotorblattes verursacht wird. Die Strömungswirbel werden allgemein durch die Wechselwirkung der Strömungen über der Spitze von der Druckseite und der Saugseite hervorgerufen. Die Strömungswirbel können dann mit der Spitze und der Hinterkante des Rotorblattes Wechselwirken, was das im Wesentlichen hochfrequente Breitbandgeräusch verursacht. Außerdem können die Strömungswirbel stromlinienförmige Abströmungen von der Druckseite und der Saugseite in der Nähe der Spitze stören, so dass auf diese Weise die Leistung des Rotorblattes reduziert wird.
Somit würden verbesserte Vorrichtungen und Verfahren zur Reduktion des Lärms, der mit einem Rotorblatt und insbesondere mit der Spitze eines Rotorblattes verbunden ist, erwünscht sein. Zum Beispiel würden Vorrichtungen und Verfahren zur Reduktion des durch die Spitzenströmungswirbel hervorgerufenen Lärms vorteilhaft sein.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung sind zum Teil in der folgenden Beschreibung erläutert oder können aus der Beschreibung offensichtlich sein, oder sie können durch Umsetzung der Erfindung in die Praxis erfahren werden.
In einer Ausführungsform ist ein Rotorblatt für eine Windkraftanlage offenbart. Das Rotorblatt enthält einen Körper, der Außenflächen aufweist, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken, wobei die Oberflächen ferner einen Innenraum definieren. Das Rotorblatt enthält ferner wenigstens einen Ausblaskanal, der in der Spitze ausgebildet und konfiguriert ist, um Luft aus dem Innenraum derart auszulassen, dass die Luft generell Lärm an der Spitze reduziert.
In einer weiteren Ausführungsform ist ein Verfahren zur Reduktion von Rotorblattlärm offenbart. Das Verfahren enthält ein Strömenlassen von Luft durch einen Innenraum des Rotorblattes. Das Rotorblatt enthält einen Körper mit Außenflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken, wobei die Flächen ferner den Innenraum definieren. Das Verfahren enthält ferner ein Strömenlassen wenigstens eines Teils der Luft durch wenigstens einen Ausblaskanal, der unmittelbar an der Spitze des Rotorblattes ausgebildet ist, und Auslassen wenigstens eines Teils der Luft aus dem Ausblaskanal, so dass die Luft auf einen Spitzenströmungswirbel störend einwirkt und generell Lärm an der Spitze reduziert.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verstanden. Die beigefügten Zeichnungen, die in dieser Offenbarung enthalten sind und einen Teil derselben bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen gemeinsam mit der Beschreibung dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine umfassende und befähigende Offenbarung der vorliegenden Erfindung, einschließlich deren bester Ausführungsart, die sich an einen Fachmann auf dem Gebiet richtet, ist in der Beschreibung gegeben, die auf die beigefügten Figuren Bezug nimmt, in denen zeigen:
1 eine Perspektivansicht einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 eine Perspektivansicht eines Rotorblattes gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
3 eine Vorderansicht einer Spitze, die mehrere Ausblaskanäle definiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
4 eine Vorderansicht einer Spitze, die mehrere Ausblaskanäle definiert, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
5 eine Querschnittsansicht durch die Schnittlinien 5-5 nach 3 von einer Spitze, die mehrere Ausblaskanäle definiert, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
6 eine Querschnittsansicht einer Spitze, die mehrere Ausblaskanäle definiert, gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
7 eine Perspektivansicht eines Abschnitts eines Rotorblatts, das eine Spitze enthält, die mehrere Ausblaskanäle definiert, und ferner eine Stauzone enthält, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsformen der Erfindung Bezug genommen, von denen ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Jedes Beispiel ist zur Erläuterung der Erfindung, nicht zur Beschränkung der Erfindung vorgesehen. In der Tat wird es für Fachleute auf dem Gebiet offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne dass von dem Umfang oder Rahmen der Erfindung abgewichen wird. Zum Beispiel können Merkmale, die als ein Teil einer Ausführungsform veranschaulicht oder beschrieben sind, bei einer anderen Ausführungsform verwendet werden, um eine noch weitere Ausführungsform zu ergeben. Somit besteht die Absicht, dass die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Veränderungen abdeckt, wie sie in den Umfang der beigefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente fallen.
1 veranschaulicht eine Windkraftanlage 10 vom herkömmlichen Aufbau. Die Windkraftanlage 10 enthält einen Turm 12 mit einer daran montierten Gondel 14. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 montiert, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Energieerzeugungs- und Steuerungskomponenten der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht nach 1 ist nur zu Veranschaulichungszwecken vorgesehen, um die vorliegende Erfindung in einen beispielhaften Anwendungsbereich zu bringen. Es sollte erkannt werden, dass die Erfindung nicht auf irgendeine spezielle Art einer Windkraftanlagenkonfiguration beschränkt ist.
Bezugnehmend auf 2 weist ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Körper 20 auf. Der Körper 20 kann Außenflächen enthalten, die eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 (vgl. 3 bis 7) bilden, die sich zwischen einer Vorderkante 26 und einer Hinterkante 28 sowie zwischen einer Blattspitze 32 und einem Blattfuß 34 erstrecken. Die Spitze 32 kann für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung die im Wesentlichen äußerste Oberfläche des Körpers 20 sein. Wie z. B. in den 5 und 6 veranschaulicht, kann die Spitze 32 die Außenfläche 36 und die Innenfläche 38 aufweisen und sich zwischen diesen erstrecken. Ferner können die verschiedenen Oberflächen des Körpers 20 einen Innenraum 40 (vgl. 5 bis 7) des Rotorblattes 16 bilden.
Das Rotorblatt 16 kann ferner eine Sehne 42 und eine Spannweite 44 definieren. Wie in 2 veranschaulicht, kann die Sehne 42 über die gesamte Spannweite 44 des Rotorblattes 16 variieren. Wie nachstehend erläutert, kann somit eine lokale Sehne 46 für das Rotorblatt 16 an einer beliebigen Stelle an dem Rotorblatt 16 entlang der Spannweite 44 definiert werden. Zum Beispiel kann, wie in den 2 bis 4 und 7 veranschaulicht, eine lokale Sehne 46 an der Spitze 32 sowie an jeder beliebigen sonstigen Stelle über die Spannweite 44 des Rotorblattes 16 hinweg definiert werden.
In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 mehrere einzelne Blattsegmente enthalten, die in einer Ende-am-Ende-Anordnung von der Blattspitze 32 zu dem Blattfuß 34 ausgerichtet sind. Jedes der einzelnen Blattsegmente kann einzigartig derart konfiguriert sein, dass die mehreren Blattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 mit einem geplanten aerodynamischen Profil, einer geplanten Länge und weiteren gewünschten Eigenschaften definieren. Zum Beispiel kann jedes der Blattsegmente ein aerodynamisches Profil aufweisen, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Blattsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein kontinuierliches aerodynamisches Profil des Rotorblattes 16 bilden. Alternativ kann das Rotorblatt 16 als ein einteiliges, unitäres Blatt erzeugt sein, das das geplante aerodynamische Profil, die geplante Länge und weitere erwünschte Eigenschaften aufweist.
Das Rotorblatt 16 kann in beispielhaften Ausführungsformen gekrümmt sein. Eine Krümmung des Rotorblattes 16 kann eine Biegung des Rotorblattes 16 im Wesentlichen in Schlagrichtung („Flapwise”-Richtung) und/oder im Wesentlichen in Schwenkrichtung („Edgewise”-Richtung) nach sich ziehen. Die Schlagrichtung („Flapwise”-Richtung) kann allgemein als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung) aufgefasst werden, in der der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 16 einwirkt. Die Schwenkrichtung („Edgewise”-Richtung) ist im Wesentlichen senkrecht zu der Schlagrichtung ausgerichtet. Eine Krümmung des Rotorblattes 16 in Schlagrichtung wird auch als Vorbiegung bezeichnet, während eine Krümmung in Schwenkrichtung auch als Pfeilung bezeichnet wird. Somit kann ein gekrümmtes Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder gepfeilt sein. Eine Krümmung kann dem Rotorblatt 16 ermöglichen, Belastungen in Schlagrichtung und in Schwenkrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 besser zu widerstehen, und kann ferner während eines Betriebs der Windkraftanlage 10 Freiraum für das Rotorblatt 16 zu dem Turm 12 schaffen.
Während eines Betriebs der Windkraftanlage 10 kann die an dem Rotorblatt 16 vorbeiströmende Luft verschiedene Formen von Lärm erzeugen. Zum Beispiel kann die an dem Rotorblatt 16 vorbeiströmende Luft wenigstens einen Spitzenströmungswirbel 50 (vgl. 5 bis 7) oder mehrere Spitzenströmungswirbel 50 an oder neben der Spitze 32 bilden. Diese Spitzenströmungswirbel 50 können z. B. durch die Wechselwirkung der Luftströmungen über der Spitze 32 von der Druckseite 22 und der Saugseite 24 oder von beliebigen sonstigen derartigen Luftströmungen verursacht sein. Die Luftströmungswirbel 50 können z. B. mit der Spitze 32 und/oder der Hinterkante 28 des Rotorblattes 16 und/oder mit anderen Abschnitten des Rotorblattes 16 wechselwirken und dabei Lärm hervorrufen. In vielen Fällen kann der Lärm ein im Wesentlichen hochfrequentes Breitbandgeräusch sein. Außerdem können die Luftströmungswirbel 50 stromlinienförmige Abströmungen von der Druckseite 22 und der Saugseite 24 in der Nähe der Spitze 32 störend beeinflussen, so dass folglich die Leistung des Rotorblattes 16 reduziert wird. Somit ist es allgemein erwünscht, den mit der Spitze 32 des Rotorblattes 16 verbundenen Lärm zu reduzieren oder zu eliminieren und insbesondere den Lärm zu reduzieren und zu eliminieren, der mit den Spitzenströmungswirbeln 50 im Zusammenhang steht.
Wie in den 2 bis 7 veranschaulicht, kann das Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenbarung folglich wenigstens einen Ausblaskanal 100 oder mehrere Ausblaskanäle 100 enthalten. Die Ausblaskanäle 100 können in der Spitze 32 ausgebildet sein. Wie nachstehend erläutert, können die Ausblaskanäle 100 konfiguriert sein, um Luft 102 (vgl. 5 bis 7) aus dem Innenraum 40 derart auszublasen, dass die Luft 102 generell Lärm an der Spitze 32 reduziert. Zum Beispiel kann die Luft 102 generell Lärm an der Spitze 32 reduzieren, indem sie mit Strömungswirbeln an der Spitze wechselwirkt, um die Stärke der Wirbel und die Wechselwirkung der Wirbel mit den Oberflächen des Rotorblattes 16 an und/oder neben der Spitze 32 zu reduzieren, so dass auf diese Weise Lärm an der Spitze 32 reduziert wird.
Es sollte verstanden werden, dass der Ausdruck „Luft”, wie er hierin verwendet wird, jedes beliebige geeignete Fluid, wie beispielsweise jedes geeignete Gas, umfasst, das durch den Innenraum 40 des Rotorblattes 16 geleitet werden kann, wie dies hierin erläutert ist.
Wie in den 5 bis 7 veranschaulicht, kann die Luft 102 durch den Innenraum 40 des Rotorblattes 16 strömen. Die Luft 102 kann zu dem Innenraum 40 auf jede beliebige geeignete Weise und durch eine beliebige geeignete Stelle oder Komponente des Rotorblattes 16 geliefert werden. Zum Beispiel kann die Luft 102 oder ein Teil derselben in einigen Ausführungsformen dem Innenraum 40 durch den Fuß 34 zugeführt werden. In einigen Ausführungsformen kann die Luft 102 oder wenigstens ein Teil derselben durch eine Stauzone 104 an dem Rotorblatt 16, wie in 7 veranschaulicht, zugeführt werden.
Die Stauzone 104 kann allgemein eine Zone an der Außenseite des Körpers 20 sein, in der eine Luftströmung an dem Rotorblatt 16 vorbei zunächst mit dem Körper 20 in Kontakt tritt. Die Stelle der Stauzone 104 basiert gewöhnlich auf dem Anströmwinkel des Rotorblattes 16 und der Richtung der an dem Rotorblatt 16 vorbeiströmenden Luftströmung. In beispielhaften Ausführungsformen befindet sich die Stauzone 104 oder wenigstens ein Abschnitt derselben an oder neben der Vorderkante 26. Jedoch können Abschnitte der Stauzone 104 oder kann die gesamte Stauzone 104 alternativ an oder neben jeder beliebigen geeigneten Außenfläche des Körpers 20, wie beispielsweise an der Druckseite 22 oder der Saugseite 24, angeordnet sein.
Um die Luft 102 zu dem Innenraum 40 des Körpers 20 durch die Stauzone 104 zu liefern, kann ein Einlasskanal 106 oder können mehrere Einlasskanäle 106 in der Stauzone 104 definiert sein. Die Einlasskanäle 106 können konfiguriert sein, um die Luft 102 zu dem Innenraum 40 des Körpers 20 zu leiten. Zum Beispiel können die Einlasskanäle 106 allgemein Rohre oder andere geeignete Leitungen sein, die sich durch den Körper 20 hindurch in den Innenraum 40 hinein erstrecken. Die Einlasskanäle 106 können jede beliebige geeignete Querschnittsgestalt und/oder -fläche haben, und sie können sich in einer gewünschten Weise verjüngen und/oder biegen, um die Menge der Luft 102, die in den Innenraum 40 eingeleitet wird, zu optimieren. Die Luft 102 kann einen Teil der an dem Rotorblatt 16 vorbeiströmenden Luftströmung bilden. Wenn die Luftströmung zunächst mit dem Rotorblatt 16 in Kontakt tritt, kann ein Teil der Luftströmung, der als die Luft 102 bezeichnet ist, in die Einlasskanäle 106 hinein und durch diese hindurch sowie in den Innenraum 40 hinein geleitet werden.
In einigen beispielhaften Ausführungsformen können die Einlasskanäle 106 relativ nahe an der Spitze 32 angeordnet sein. Somit können sich z. B. die Einlasskanäle 106 in einigen Ausführungsformen zwischen ungefähr 0% und ungefähr 5% der Spannweite 42 von der Spitze 32 aus befinden. Es sollte verstanden werden, dass die vorliegende Offenbarung nicht auf diesen Bereich von Orten beschränkt ist und dass vielmehr jede beliebige geeignete Stelle für den Einlasskanal 106 innerhalb des Umfangs und Rahmens der vorliegenden Offenbarung liegt.
Wie oben erläutert, kann die Luft 102 oder ein Teil derselben zu dem Innenraum 40 auf jede beliebige sonstige geeignete Weise und durch jede beliebige geeignete Stelle oder Komponente des Rotorblattes 16 hindurch geliefert werden. Die Luft 102 in dem Innenraum 40 des Rotorblattes 16 kann während eines Betriebs der Windkraftanlage 10 den Innenraum 40 des Rotorblattes 16 durchströmen. Zum Beispiel können Fliehkräfte aufgrund der Drehung der Rotorblätter 16 die Luft 102 in dem Innenraum 40 veranlassen, im Wesentlichen zu der Spitze 32 hin zu strömen. Die Strömung der Luft 102 in Richtung auf die Spitze 32 kann den Druck der Luft 102 unmittelbar an der Spitze 32 erhöhen. Die Druckdifferenz zwischen dem Innenraum 40 mit relativ hohem Druck unmittelbar an der Spitze 32 und dem Druck an der Außenseite des Rotorblattes 16 kann somit genutzt werden, um die Luft 102 durch die Ausblaskanäle 100 strömen zu lassen, wie dies nachstehend erläutert ist.
Somit kann zur Reduktion von Lärm an der Spitze 32 des Rotorblattes 16, wie beispielsweise eines durch Spitzenströmungswirbel 50 hervorgerufenen Lärms, wenigstens ein Teil der Luft 102 in dem Innenraum 40 durch die Ausblaskanäle 100 geleitet und aus den Ausblaskanälen 100 ausgeblasen werden. Die ausgeblasene Luft 102 kann den Lärm an der Spitze 32 des Rotorblattes 16 reduzieren, indem sie z. B. die Spitzenströmungswirbel 50 stört, wie oben erläutert, oder in sonstiger Weise allgemein wirkt, um Lärm zu reduzieren.
Wie in den 5 und 6 veranschaulicht, kann ein Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung einen Einlass 112 und einen Auslass 114 aufweisen. Der Einlass 112 kann im Wesentlichen angrenzend an den Innenraum 40 vorgesehen und in der Innenfläche 38 der Spitze 32 ausgebildet sein, während der Auslass 114 von dem Innenraum 40 im Wesentlichen beabstandet und in der Außenfläche 36 der Spitze 32 ausgebildet sein kann. Somit können der Einlass 112 und der Auslass 114 allgemein dazwischen den Ausblaskanal 100 definieren, so dass der Ausblaskanal 100 sich zwischen dem Einlass 112 und dem Auslass 114 erstreckt. Wenigstens ein Teil der Luft 102, die durch den Innenraum 40 strömt, wie beispielsweise wenigstens ein Teil der Luft 102, die aufgrund von Fliehkräften, wie oben beschrieben, in Richtung auf die Spitze 32 strömt, kann durch den Einlass 112 hindurch in den Ausblaskanal 100 eintreten und durch den Ausblaskanal 100 strömen. Diese Luft 102 in dem Ausblaskanal 100 oder wenigstens ein Teil derselben kann anschließend aus dem Ausblaskanal 100 durch den Auslass 114 ausgelassen werden und auf diese Weise, wie vorstehend beschrieben, Lärm an der Spitze 32 reduzieren.
Der Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in der Spitze 32 an jeder beliebigen Stelle an der Spitze 32 ausgebildet sein. Zum Beispiel kann ein Ausblaskanal 100 oder können mehrere Ausblaskanäle 100 in einigen Ausführungsformen, wie in den 2 bis 7 veranschaulicht, in der Spitze 32 im Wesentlichen benachbart zu der Druckseite 32 und/oder im Wesentlichen benachbart zu der Saugseite 24 ausgebildet sein. Der Ausblaskanal 100 oder die Ausblaskanäle 100 kann/können allgemein der Kontur der Druckseite 22 und/oder der Saugseite 24 folgen, falls dies erwünscht ist.
Der Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann jede beliebige geeignete Gestalt und Größe aufweisen. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen, wie in den 2, 3 und 5 bis 7 veranschaulicht, ein Ausblaskanal 100 ein Schlitz 122 sein. Der Schlitz 122 kann sich durch jeden beliebigen Abschnitt der Spitze 32 hindurch erstrecken. Zum Beispiel kann sich ein Schlitz 122 durch einen Abschnitt der Spitze 32 im Wesentlichen neben der Druckseite 22 und/oder im Wesentlichen neben der Saugseite 24 erstrecken, und/oder er kann der Kontur der Druckseite 22 und/oder der Saugseite 24 folgen, wie dies veranschaulicht und oben erläutert ist.
In anderen Ausführungsformen, wie in 4 veranschaulicht, kann ein Ausblaskanal 100 ein Loch 124 sein. Das Loch 124 kann oder mehrere Löcher 124 können an jeder beliebigen geeigneten Stelle oder an beliebigen geeigneten Stellen an der Spitze 32 ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen können mehrere Löcher 124 sich durch einen Abschnitt der Spitze 32 hindurch erstrecken, ähnlich einem Schlitz 122 und wie in 4 veranschaulicht. Zum Beispiel können sich mehrere Löcher 124 durch einen Abschnitt der Spitze 32 hindurch im Wesentlichen neben der Druckseite 22 und/oder im Wesentlichen neben der Saugseite 24 erstrecken, und/oder sie können der Kontur der Druckseite 22 und/oder der Saugseite 24 folgen, wie dies in Bezug auf den Schlitz 122 veranschaulicht und vorstehend erläutert ist.
Wie oben erwähnt, sollte verstanden werden, dass die Schlitze 122 und Löcher 124 gemäß der vorliegenden Offenbarung beliebige geeignete Formen und Größen haben können. Zum Beispiel können die Schlitze 122 und die Löcher 124 Querschnittsformen haben, die im Wesentlichen rechteckig oder quadratisch, oval oder kreisförmig, dreieckig oder von beliebiger sonstiger geeigneter polygonaler Gestalt sind.
In einigen Ausführungsformen kann sich der Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung zwischen dem Einlass 112 und dem Auslass 114 verjüngen. Zum Beispiel kann die Verjüngung in beispielhaften Ausführungsformen derart sein, dass der Einlass 112 allgemein größer ist als der Auslass 114, so dass die Luft 102, die durch den Ausblaskanal 100 strömt, beschleunigt wird, wie in den 5 und 6 veranschaulicht. In anderen Ausführungsformen kann jedoch die Verjüngung derart sein, dass der Einlass 112 allgemein kleiner ist als der Auslass 114. Die Verjüngung des Ausblaskanals 100 kann durch die gesamte Längserstreckung des Ausblaskanals 100 oder durch einen Teil desselben vorgesehen sein.
Es sollte jedoch verstanden werden, dass der Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung sich nicht verjüngen muss und z. B. eine im Wesentlichen konstante Fläche zwischen dem Einlass 112 und dem Auslass 114 haben oder eine beliebige sonstige geeignete Konfiguration aufweisen kann.
Wie in 5 veranschaulicht, kann in einigen Ausführungsformen ein Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung sich zwischen dem Einlass 112 und dem Auslass 114 im Wesentlichen senkrecht zu der Spitze 32, wie beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Außenfläche 36 der Spitze 32 erstrecken. Somit kann die Luft 102, die aus dem Ausblaskanal 100 ausgelassen wird, im Wesentlichen senkrecht zu der Spitze 32 ausgelassen werden. Jedoch kann sich in anderen Ausführungsformen, wie in 6 veranschaulicht, ein Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung zwischen dem Einlass 112 und dem Auslass 114 unter einem Winkel 130 gegenüber der Senkrechten zu der Spitze 32 erstrecken. Wie veranschaulicht, kann der Winkel 130 in einigen Ausführungsformen in dem Bereich zwischen ungefähr 0° und ungefähr 80° oder zwischen ungefähr 0° und ungefähr 60° liegen. Der Winkel 130 kann derart sein, dass die Luft 102, die aus dem Ausblaskanal 100 ausgeblasen wird, im Wesentlichen in Richtung auf z. B. die Druckseite 22, die Saugseite 24, die Vorderkante 26 oder die Hinterkante 28 ausgeblasen wird, oder kann derart sein, dass die aus dem Ausblaskanal 100 ausgeblasene Luft 102 allgemein von z. B. der Druckseite 22, der Saugseite 24, der Vorderkante 26 oder der Hinterkante 28 weg ausgeblasen wird.
Es sollte verstanden werden, dass der Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung nicht auf den oben offenbarten Bereich von Winkeln 130 beschränkt ist und dass vielmehr jeder beliebige geeignete Winkel 130 oder Bereich von Winkeln 130 innerhalb des Umfangs und Rahmens der vorliegenden Offenbarung liegt.
Wie oben erläutert, kann ein Ausblaskanal 100 gemäß der vorliegenden Offenbarung in der Spitze 32 an jeder beliebigen Stelle an der Spitze 32 ausgebildet sein. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Ausblaskanal 100 an einer speziellen Stelle in der Sehnenrichtung in der Spitze 32 definiert sein. Zum Beispiel kann die Spitze 32, wie oben erläutert, eine lokale Sehne 46 definieren. In einigen beispielhaften Ausführungsformen kann ein Ausblaskanal 100 oder können Ausblaskanäle 100 zwischen ungefähr 0% und ungefähr 80%, zwischen ungefähr 5% und ungefähr 80%, zwischen ungefähr 0% und ungefähr 60% oder zwischen ungefähr 5% und ungefähr 60% der lokalen Sehne 46 von der Hinterkante 28 aus angeordnet sein.
Die vorliegende Offenbarung ist ferner auf ein Verfahren zur Reduktion des Lärms eines Rotorblattes 16 gerichtet. Zum Beispiel kann das Verfahren Lärm an der Spitze 32, wie beispielsweise Lärm, der durch Spitzenströmungswinkel 50 hervorgerufen wird, wie oben erläutert, reduzieren. Das Verfahren kann z. B. den Schritt des Leitens von Luft 102 durch den Innenraum 40 des Rotorblattes 16, wie oben erläutert, enthalten. Ferner kann das Verfahren z. B. den Schritt des Leitens wenigstens eines Teils der Luft 102 durch wenigstens einen Ausblaskanal 100 oder mehrere Ausblaskanäle 100, die unmittelbar an der Spitze 32 des Rotorblattes 16 ausgebildet sind, enthalten. Zum Beispiel können die Ausblaskanäle 100 in der Spitze 32 des Rotorblattes 16 ausgebildet sein, wie oben erläutert. Alternativ können die Ausblaskanäle 100 in einer anderen Oberfläche des Rotorblattes 16, wie beispielsweise der Druckseite 24, der Saugseite 26, der Vorderkante 26 oder der Hinterkante 28 in unmittelbarer Nähe der Spitze 32, wie beispielsweise zwischen ungefähr 0% und ungefähr 5% der Spannweite 44 von der Spitze 32 aus definiert sein. Ferner kann das Verfahren z. B. den Schritt des Auslassens wenigstens eines Teils der Luft 102 aus dem Ausblaskanal 100 oder den Ausblaskanälen 100 enthalten. Die aus den Ausblaskanälen 100 ausgelassene Luft 102 kann Lärm an der Spitze 32 reduzieren, indem sie z. B. einen Luftströmungswirbel 50 oder mehrere Luftströmungswirbel 50 störend beeinflusst, wie dies oben erläutert ist.
In einigen Ausführungsformen kann das Verfahren z. B. den Schritt des Einleitens von Luft 102 in den Innenraum 40 enthalten. Zum Beispiel kann die Luft 102 in den Innenraum 40 durch wenigstens einen Einlasskanal 106 oder mehrere Einlasskanäle 106 eingeleitet werden, wie dies oben erläutert ist. Die Einlasskanäle 106 können in einer Stauzone 104 definiert sein, wie dies oben erläutert ist.
Das vorliegende Rotorblatt 16 und Verfahren zur Reduktion des Lärms eines Rotorblattes 16 können eine relativ deutliche Auswirkung auf den Lärm an der Spitze 32 des Rotorblattes 16 haben. Zum Beispiel ist gezeigt worden, dass in einigen Ausführungsformen die Aufnahme der Ausblaskanäle 100, wie hierin beschrieben, die mittlere turbulente kinetische Energie an der Spitze 32 reduziert. Zum Beispiel kann die mittlere turbulente kinetische Energie an der Spitze 32 wesentlich reduziert werden. Diese Reduktion bewirkt eine Verringerung des Lärms an der Spitze 32. Außerdem ist gezeigt worden, dass die Aufnahme der Ausblaskanäle 100, wie hierin beschrieben, die Leistung des Rotorblattes 16 an der Spitze 32 steigert.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung, einschließlich der besten Ausführungsart, zu offenbaren und auch um jeden Fachmann auf dem Gebiet zu befähigen, die Erfindung in die Praxis umzusetzen, wozu die Schaffung und Verwendung jeglicher Vorrichtungen oder Systeme und die Durchführung jeglicher enthaltener Verfahren gehören. Der patentierbare Umfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele enthalten, die Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Umfang der Ansprüche enthalten sein, wenn sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortsinn der Ansprüche nicht unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit gegenüber dem Wortsinn der Ansprüche unwesentlichen Unterschieden enthalten.
Es sind ein Rotorblatt 16 für eine Windkraftanlage 10 und ein Verfahren zur Reduktion des Lärms eines Rotorblatts 16 offenbart. Das Rotorblatt 16 enthält einen Körper 20, der Außenflächen aufweist, die eine Druckseite 22, eine Saugseite 24, eine Vorderkante 26 und eine Hinterkante 28 bilden, die sich zwischen einer Spitze 32 und einem Fuß 34 erstrecken, wobei die Flächen ferner einen Innenraum 40 definieren. Das Rotorblatt 16 enthält ferner wenigstens einen Ausblaskanal 100, der in der Spitze 32 ausgebildet und eingerichtet ist, um Luft 102 aus dem Innenraum 40 derart auszulassen, dass die Luft 102 generell Lärm an der Spitze 32 reduziert.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Rotorblatt
18: Rotornabe
20: Körper
22: Druckseite
24: Saugseite
26: Vorderkante
28: Hinterkante
32: Blattspitze
34: Blattfuß
36: Außenfläche (Spitze)
38: Innenfläche (Spitze)
40: Innenraum
42: Sehne
44: Spannweite
46: Lokale Sehne
50: Spitzenströmungswirbel
100: Ausblaskanal
102: Luft
104: Stauzone
106: Einlasskanal
112: Einlass
114: Auslass
122: Schlitz
124: Loch
130: Winkel

Claims

Rotorblatt (16) für eine Windkraftanlage (10), das aufweist: einen Körper (20) mit Außenflächen, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei die Flächen ferner einen Innenraum (40) definieren; und wenigstens einen Ausblaskanal (100), der in der Spitze (32) ausgebildet und eingerichtet ist, um Luft (102) aus dem Innenraum (40) derart auszulassen, dass die Luft (102) generell Lärm an der Spitze (32) reduziert.
Rotorblatt (16) nach Anspruch 1, wobei sich der Ausblaskanal (100) zwischen einem Einlass (112) und einem Auslass (114) verjüngt.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–2, wobei sich der Ausblaskanal (100) unter einem Winkel (130) gegenüber der Senkrechten zu der Spitze (32) in dem Bereich zwischen ungefähr 0° und ungefähr 80° erstreckt.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–3, wobei der Ausblaskanal (100) im Wesentlichen benachbart zu der Druckseite (22) angeordnet ist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–3, wobei der Ausblaskanal (100) im Wesentlichen benachbart zu der Saugseite (24) angeordnet ist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–5, das ferner mehrere Ausblaskanäle (100) aufweist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–6, wobei der Ausblaskanal (100) ein Schlitz (122) ist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–6, wobei der Ausblaskanal (100) ein Loch (124) ist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–8, wobei die Spitze (32) eine lokale Sehne (46) definiert und wobei der Ausblaskanal (100) zwischen ungefähr 0% und ungefähr 80% der lokalen Sehne (46) von der Hinterkante (28) aus angeordnet ist.
Rotorblatt (16) nach einem beliebigen der Ansprüche 1–9, das ferner eine Stauzone (104) aufweist, die an einer Außenfläche des Körpers (20) definiert ist, wobei die Stauzone (104) wenigstens einen Einlasskanal (106) definiert, der konfiguriert ist, um Luft (102) zu dem Innenraum (40) des Körpers (20) zu leiten.
Rotorblatt (16) nach Anspruch 10, wobei der Körper (20) eine Spannweite (44) definiert und wobei wenigstens ein Einlasskanal (106) zwischen ungefähr 0% und ungefähr 5% der Spannweite von der Spitze (32) aus angeordnet ist.
Windkraftanlage (10), die aufweist: wenigstens ein Rotorblatt (16), wobei das wenigstens eine Rotorblatt (16) aufweist: einen Körper (20), der Außenflächen aufweist, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei die Flächen ferner einen Innenraum (40) definieren; und wenigstens einen Ausblaskanal (100), der in der Spitze (32) ausgebildet und eingerichtet ist, um Luft (102) aus dem Innenraum (40) derart auszulassen, dass die Luft (102) generell Lärm an der Spitze (32) reduziert.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 12, die ferner eine Stauzone (104) aufweist, die an einer Außenfläche des Körpers (20) definiert ist, wobei die Stauzone (104) wenigstens einen Einlasskanal (106) bildet, der konfiguriert ist, um Luft (102 zu dem Innenraum (40) des Körpers (20) zu leiten.
Verfahren zur Reduktion eines Lärms eines Rotorblatts (16), wobei das Verfahren aufweist: Leiten von Luft (102) durch einen Innenraum (40) des Rotorblattes (16) hindurch, wobei das Rotorblatt (16) einen Körper (20) mit Außenflächen aufweist, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Vorderkante (26) und eine Hinterkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei die Flächen ferner den Innenraum (40) definieren; Leiten wenigstens eines Teils der Luft (102) durch wenigstens einen Ausblaskanal (100), der unmittelbar an der Spitze (32) des Rotorblattes (16) ausgebildet ist; und Auslassen wenigstens eines Teils der Luft (102) aus dem Ausblaskanal (100), so dass die Luft (102) einen Spitzenströmungswirbel (50) störend beeinflusst und generell Lärm an der Spitze (32) reduziert.
Verfahren nach Anspruch 14, das ferner ein Leiten von Luft (102) in den Innenraum (40) hinein durch wenigstens einen Einlasskanal (106) hindurch aufweist, wobei der Einlasskanal (106) in einer Stauzone (106) ausgebildet ist, wobei die Stauzone (104) an einer Außenfläche des Körpers (20) definiert ist.