DE102012107417A1

DE102012107417A1 - Rotorflügelanordnung und Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorflügels

Info

Publication number: DE102012107417A1
Application number: DE102012107417A
Authority: DE
Inventors: David Samuel Pesetsky
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM Wind Power AS
Priority date: 2011-08-25
Filing date: 2012-08-13
Publication date: 2013-02-28
Also published as: DK201270492A; CN102953926B; CN102953926A; US8444384B2; US20120141268A1; DK178387B1

Abstract

Eine Rotorblattanordnung (100) und ein Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts (16) sind offenbart. Die Rotorblattanordnung (100) enthält ein Rotorblatt (16), das Flächen aufweist, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Anströmkante (26) und eine Abströmkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken. Das Rotorblatt (16) definiert zudem eine Spannweite (44) und eine Sehne (42). Die Rotorblattanordnung (100) weist außerdem eine Störklappenanordnung (102) auf, die dazu eingerichtet ist, eine Strömung (104) über einer Fläche des Rotorblatts (16) zu ändern. Die Störklappenanordnung (102) ist entlang einer Länge (120) oder einer Breite (122) der Störklappenanordnung (102) aus der Fläche schrittweise ausfahrbar.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Beschreibung betrifft allgemein Rotorblattanordnungen und spezieller Rotorblattanordnungen mit schrittweise ausfahrbaren Störklappenanordnungen sowie Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit von Rotorblättern.
HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Windkraft wird als eine der saubersten und umweltfreundlichsten gegenwärtig verfügbaren Energiequellen erachtet, und Windkraftanlagen finden in dieser Hinsicht zunehmend Beachtung. Zu einer modernen Windkraftanlage gehören gewöhnlich ein Turmgerüst, ein Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter entziehen dem Wind kinetische Energie, indem sie bekannte Prinzipien aerodynamischer Strömungsprofile nutzen. Die Rotorblätter übertragen die kinetische Energie in Form von Rotationsenergie, um eine Welle drehend anzutreiben, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder falls kein Getriebe verwendet wird, unmittelbar mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt anschließend die mechanische Energie in elektrischen Strom um, der in ein Versorgungsnetz eingespeist werden kann.
Die speziellen Abmessungen von Windkraftanlagenrotorblättern sind ein wesentlicher Faktor, der den Gesamtwirkungsgrad der Windkraftanlage beeinflusst. Insbesondere können Steigerungen der Länge oder Spannweite eines Rotorblatts allgemein zu einem Gesamtanstieg der Energieausbeute einer Windkraftanlage führen. Daher tragen Bemühungen, die Abmessung von Rotorblättern zu vergrößern, zu einem ständigen Wachsen der Windkraftanlagentechnologie und zur Einführung von Windenergie als einer alternativen Energiequelle bei. Allerdings werden mit den steigenden Rotorblattabmessungen auch die Lasten größer, die durch die Rotorblätter auf andere Komponenten der Windkraftanlage (z. B. auf die Windkraftanlagennabe und andere Teile) übertragen werden. Beispielsweise führen längere Rotorblätter aufgrund der größeren Masse der Rotorblätter und der höheren aerodynamischen Kräfte, die entlang der Spannweite des Rotorblatts wirken, zu höheren Lasten. Solche erhöhten Lasten können unter Bedingungen hoher Windgeschwindigkeit besonders problematisch sein, da die Kräfte, die durch die Rotorblätter übertragen werden, die Lasttragfähigkeit anderer Windkraftanlagenkomponenten überschreiten können.
Bekannt sind gewisse Einrichtungen, z. B. Störklappen, die genutzt werden können, um den von der Außenfläche eines Rotorblatts ausgehenden Luftstrom zu ändern, um dadurch den durch das Rotorblatt erzeugten Auftrieb und die auf das Blatt wirkenden Kräfte zu verringern, so dass außerdem eine unerwünschte Verbiegung des Rotorblatts vermindert wird. Allerdings sind diese Einrichtungen gewöhnlich so gestaltet, dass sie dauerhaft entlang der Außenfläche des Rotorblatts angeordnet sind. Daher wird der durch das Rotorblatt erzeugte Auftrieb unabhängig von den Bedingungen, unter denen die Windkraftanlage arbeitet, verringert. Darüber hinaus sind die Einrichtungen in Fällen, in denen sie beweglich sind, gewöhnlich lediglich konstruiert, um sich zwischen einer vollständig nicht ausgefahrenen Stellung und einer vollständig ausgefahrenen Stellung zu bewegen. Es bleiben somit sich ändernde Bedingungen unberücksichtigt, unter denen ein partielles Ausfahren einer Einrichtung von Vorteil wäre.
Dementsprechend besteht auf diesem Gebiet ein Bedarf nach einer verbesserten Rotorblattanordnung und einem Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit. Beispielsweise wäre eine Rotorblattanordnung von Vorteil, die eine Störklappenanordnung enthält, die schrittweise ausfahrbar ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der folgenden Beschreibung erörtert, können sich offensichtlich aus der Beschreibung ergeben oder können durch die Praxis der Erfindung erfahren werden.
In einem Ausführungsbeispiel ist eine Rotorblattanordnung offenbart. Die Rotorblattanordnung enthält ein Rotorblatt, das Flächen aufweist, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Anströmkante und eine Abströmkante bilden, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Das Rotorblatt definiert zudem eine Spannweite und eine Sehne. Die Rotorblattanordnung enthält außerdem eine Störklappenanordnung, die dazu eingerichtet ist, eine Strömung über einer Fläche des Rotorblatts zu ändern. Die Störklappenanordnung ist entlang einer Länge oder einer Breite der Störklappenanordnung aus der Fläche schrittweise ausfahrbar.
In noch einem Ausführungsbeispiel ist ein Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts offenbart. Zu dem Verfahren gehören die Schritte: Überwachen der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts. Das Rotorblatt weist Flächen auf, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Anströmkante und eine Abströmkante bilden, die sich zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Das Rotorblatt weist außerdem eine Spannweite und eine Sehne auf. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt des Betätigens einer Störklappenanordnung, so dass die Störklappenanordnung entlang einer Länge oder einer Breite der Störklappenanordnung schrittweise aus einer Fläche des Rotorblatts ausfährt, wenn die Lasttragfähigkeit einen vorbestimmten Lasttragfähigkeitsgrenzwert erreicht.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der Beschreibung und der beigefügten Patentansprüche verständlicher. Die beigefügten Zeichnungen, die dieser Beschreibung einverleibt sind und einen Bestandteil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsbeispiele der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung dazu, die Grundzüge der Erfindung zu erläutern.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine vollständige und in die Praxis umsetzbare Beschreibung der vorliegenden Erfindung, die den besten Modus der Erfindung beinhaltet und sich an den Fachmann richtet, ist in der Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren unterbreitet:
1 veranschaulicht eine Windkraftanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Ansicht;
2 zeigt eine Draufsicht einer Rotorblattanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine längs der Schnittlinie 3-3 von 2 genommene Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer teilweise ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt eine Querschnittsansicht der in 3 dargestellten Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer vollständig ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt eine längs der Schnittlinien 5-5 von 2 genommene Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer teilweise ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6 zeigt eine Querschnittsansicht der in 5 veranschaulichten Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer vollständig ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 zeigt eine längs der Schnittlinien 7-7 von 2 genommene Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer teilweise ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
8 zeigt eine Querschnittsansicht der in 7 veranschaulichten Rotorblattanordnung, die eine Störklappenanordnung in einer vollständig ausgefahrenen Stellung enthält, gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es wird nun im Einzelnen auf Ausführungsbeispiele der Erfindung Bezug genommen, wobei einige Beispiele derselben in den Zeichnungen veranschaulicht sind. Sämtliche Beispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sollen diese nicht beschränken. Der Fachmann wird ohne weiteres erkennen, dass vielfältige Modifikationen und Änderungen an der vorliegenden Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem Gegenstand oder Schutzumfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise können Merkmale, die als Teil eines Ausführungsbeispiels veranschaulicht oder beschrieben sind, in Verbindung mit einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet werden, um noch ein weiteres Ausführungsbeispiel hervorzubringen. Die vorliegende Erfindung soll daher solche Modifikationen und Abweichungen abdecken, soweit diese in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren äquivalenten Formen fallen.
1 veranschaulicht eine Windkraftanlage 10 herkömmlicher Konstruktion. Die Windkraftanlage 10 enthält ein Turmgerüst 12 mit einer darauf angebrachten Gondel 14. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, die ihrerseits mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Rotorhauptwelle drehend antreibt. Die Komponenten zur Stromerzeugung und zur Regelung-/Steuerung der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht von 1 dient lediglich Zwecken der Veranschaulichung, um die vorliegende Erfindung in Verbindung mit einem exemplarischen Gebiet der Verwendung zu unterbreiten. Es sollte verständlich sein, dass die Erfindung nicht auf irgend eine spezielle Art einer Windkraftanlage beschränkt ist.
Unter Bezugnahme auf 2 kann ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Beschreibung äußere Flächen aufweisen, die eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 (siehe 3 bis 5) bilden, die sich zwischen einer Anströmkante 26 und einer Abströmkante 28 erstrecken und die sich von einer Rotorblattspitze 32 zu einem Rotorblattfußpunkt 34 erstrecken können. Die Außenflächen können im Wesentlichen aerodynamische Flächen mit im Wesentlichen aerodynamischen Profilen sein, wie es aus dem Stand der Technik allgemein bekannt ist.
In einigen Ausführungsbeispielen kann das Rotorblatt 16 auf mehreren einzelnen Rotorblattsegmenten basieren, die ausgehend von der Rotorblattspitze 32 zu dem Rotorblattfußpunkt 34 in einer Stirn-an-Stirn-Anordnung fluchtend ausgerichtet sind. Jedes der einzelnen Rotorblattsegmente kann auf einzigartige Weise geeignet gestaltet sein, so dass die mehreren Rotorblattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 bilden, dessen aerodynamisches Profil, Länge und sonstige gewünschte Eigenschaften konstruktiv gestaltet sind. Beispielsweise kann jedes der Rotorblattsegmente ein aerodynamisches Profil aufweisen, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Rotorblattsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Rotorblattsegmente ein fortlaufendes aerodynamisches Profil des Rotorblatts 16 bilden. In einer Abwandlung kann das Rotorblatt 16 als ein einzelnes, ganzheitliches Rotorblatt ausgebildet sein, das konstruktionsmäßig das aerodynamische Profil, die Länge und sonstige gewünschte Eigenschaften aufweist.
In Ausführungsbeispielen kann das Rotorblatt 16 gekrümmt sein. Das Krümmen des Rotorblatts 16 kann ein Biegen des Rotorblatts 16 im Wesentlichen in Zugrichtung und/oder im Wesentlichen in Randrichtung beinhalten. Die Zugrichtung kann allgemein als die Richtung, in der der Auftrieb auf das Rotorblatt 16 wirkt (oder als die entgegengesetzte Richtung) erachtet werden. Die Randrichtung verläuft im Wesentlichen senkrecht zu der Zugrichtung. Eine Krümmung des Rotorblatts 16 in Zugrichtung ist auch als Vorbiegung bekannt, während eine Krümmung in Randrichtung auch als Pfeilurig bekannt ist. Somit kann ein gekrümmtes Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder gepfeilt sein. Die Krümmung kann die Festigkeit des Rotorblatts 16 gegen Belastungen in Zugrichtung und Randrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 steigern und kann außerdem einen Toleranzabstand des Rotorblatts 16 von dem Turmgerüst 12 während des Betriebs der Windkraftanlage 10 schaffen.
Weiter kann das Rotorblatt 16 eine Sehne 42 und eine Spannweite 44 definieren. Wie in 2 gezeigt, kann die Sehne 42 über die Spannweite 44 des Rotorblatts 16 hinweg variieren. Somit kann an einem beliebigen Punkt an dem Rotorblatt 16 entlang der Spannweite 44 eine örtliche Sehne für das Rotorblatt 16 gebildet sein.
Darüber hinaus kann das Rotorblatt 16 einen inneren Bereich 52 und einen äußeren Bereich 54 definieren. Der innere Bereich 52 kann ein Spannweitenabschnitt des Rotorblatts 16 sein, der sich ausgehend von dem Fuß 34 erstreckt. Beispielsweise kann der innere Bereich 52 in einigen Ausführungsbeispielen ausgehend von dem Fuß 34 etwa 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder einen beliebigen dazwischen liegenden Prozentsatz bzw. Bereich von Prozentsätzen, oder einen beliebigen sonstige Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen der Spannweite 44 beinhalten. Der äußere Bereich 54 kann ein Spannweitenabschnitt des Rotorblatts 16 sein, der sich ausgehend von der Spitze 32 erstreckt und in einigen Ausführungsbeispielen den übrigen Teil des Rotorblatts 16 zwischen dem inneren Bereich 52 und der Spitze 32 beinhalten kann. Darüber hinaus oder alternativ kann der äußere Bereich 54 in einigen Ausführungsbeispielen ausgehend von der Spitze 32 etwa 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder einen beliebigen dazwischen liegenden Prozentsatz bzw. Bereich von Prozentsätzen, oder einen beliebigen sonstigen Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen der Spannweite 44 beinhalten.
Wie in 2 bis 8 zu sehen, kann die vorliegende Beschreibung außerdem eine Rotorblattanordnung 100 betreffen. Die Rotorblattanordnung 100 kann eine oder mehrere Störklappenanordnungen 102 und das Rotorblatt 16 enthalten. Allgemein kann eine Störklappenanordnung 102 gemäß der vorliegenden Beschreibung dazu eingerichtet zu sein, eine Strömung 104, beispielsweise einen Windstrom, über einer oder mehreren Flächen des Rotorblatts 16 zu ändern. Beispielsweise kann eine Störklappenanordnung 102 die Strömung 104 hinter der Druckseite 22, der Saugseite 24, der Anströmkante 26 und/oder oder der Abströmkante 28 ändern. Um die Strömung 24 zu ändern, kann die Störklappenanordnung 102, wie nachfolgend erläutert, aus einer Fläche des Rotorblatts 16 vollständig oder teilweise ausgefahren werden. Ein solches Ausfahren kann die Strömung 104 von einer solchen Fläche lösen oder kann die Strömung 104 in sonstiger Weise unterbrechen, so dass sich die Strömung 104 über einer solchen Fläche ändert.
Durch eine Änderung der Strömung 104 über einer Fläche, wie es oben erörtert ist, lässt sich die Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16 einstellen. D. h. eine Änderung der Strömung 104 kann den Auftrieb ändern, der durch das Rotorblatt 16 erzeugt wird, die Lasten ändern, die auf das Rotorblatt 16 wirken, und die Durchbiegung des Rotorblatts 16 ändern. Gewöhnlich vermindert eine Änderung der Strömung 104 die Lasttragfähigkeit, obwohl in manchen Fällen eine solche Änderung die Lasttragfähigkeit auch steigern kann.
In Ausführungsbeispielen kann eine Störklappenanordnung 102 in Nachbarschaft der Anströmkante 26 des Rotorblatts 16 angeordnet sein. In einer Abwandlung kann die Störklappenanordnung 102 in der Nähe der Abströmkante 28 oder an einer beliebigen sonstigen Position relativ zu einer beliebigen anderen Fläche des Rotorblatts 16 angeordnet sein.
Darüber hinaus kann eine Störklappenanordnung 102 in Ausführungsbeispielen aus der Saugseite 24 ausfahrbar sein. In einer Abwandlung kann die Störklappenanordnung 102 aus der Druckseite 28 oder aus einer beliebigen sonstigen Fläche des Rotorblatts 16 ausfahrbar sein.
Eine Störklappenanordnung 102 kann gemäß der vorliegenden Beschreibung eine oder mehrere Störklappen 106 und eine oder mehrere Stellglieder 110 enthalten. Jede Störklappe 106 kann allgemein eine beliebige geeignete Form und/oder Konstruktion aufweisen, die eine Änderung der Strömung 104 über einer Fläche des Rotorblatts 16 ermöglicht, wenn sie vollständig oder teilweise ausgefahren ist. Beispielsweise kann eine Störklappe 106 eine im Wesentlichen ebene Platte sein, eine im Wesentlichen würfelförmige Konstruktion oder eine dreieckige Gestalt, eine gekrümmte Gestalt (z. B. eine halbelliptische oder Halbkreisgestalt), eine ”L”-Form oder eine beliebige andere geeignete Gestalt aufweisen.
In einigen Ausführungsbeispielen können die Störklappen 106 einer Störklappenanordnung 102, wenn sie sich in einer nicht ausgefahrenen Stellung befinden, wie gezeigt, mit einer Fläche des Rotorblatts 16 im Wesentlichen bündig fluchten. In weiteren Ausführungsbeispielen können die Störklappen 106, wie gezeigt, in der nicht ausgefahrenen Stellung im Wesentlichen im Inneren und somit unterhalb einer Oberfläche des Rotorblatts 16 angeordnet sein. In diesen Ausführungsbeispielen können die Störklappen 106, wenn sie vollständig oder teilweise ausgefahren werden, durch eine Öffnung 108 hervortreten, die in einer Oberfläche des Rotorblatts 16 definiert ist. Darüber hinaus können sämtliche Störklappen 106 einer Störklappenanordnung 102 in einigen Ausführungsbeispielen gemäß der vorliegenden Beschreibung durch eine einzelne Öffnung 108 hervortreten, die in einer Oberfläche des Rotorblatts 16 ausgebildet ist.
Jedes Stellglied 110 kann mit einer Störklappe 106 verbunden sein und kann die Störklappe 106 vollständig oder teilweise ausfahren, wenn sie betätigt wird. Beispielsweise kann ein Stellglied 110 ein Zylinder 112 sein, beispielsweise ein pneumatischer oder hydraulischer Zylinder, oder kann, wie nachfolgend erläutert, auf einer beweglichen Spur 114 und einer Walze 116 basieren, oder kann eine Zahnradanordnung oder eine beliebige sonstige Betätigungsvorrichtung oder Anordnung sein.
Eine Störklappenanordnung 102 gemäß der vorliegenden Beschreibung ist außerdem vorteilhafterweise schrittweise ausfahrbar. Ein solches schrittweises Ausfahren ermöglicht es, unterschiedliche Abschnitte der Störklappenanordnung 102 vor anderen Abschnitten auszufahren, so dass sich ein partielles Ausfahren der Störklappenanordnung 102 ergibt. Die übrigen Abschnitte der Störklappenanordnung 102 können anschließend nach Wunsch oder Bedarf schrittweise ausgefahren werden, bis die Störklappenanordnung vollständig ausgefahren ist. Ein schrittweises Ausfahren gestattet eine anfängliche minimale Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16 nach Wunsch oder Bedarf. Somit können erforderliche Einstellungen durchgeführt werden, ohne die Störklappenanordnung 102 vollständig ausfahren zu müssen. Aus diesen minimalen Einstellungen ergeben sich lediglich minimale Einstellungen mit Blick auf beispielsweise das Auftriebsvermögen, so dass es vorteilhafterweise möglich ist, das Rotorblatt 16 und die Windkraftanlage 10 auch dann allgemein ständig so nahe wie möglich an der vollen Lasttragfähigkeit zu betreiben, wenn derartige Einstellungen erforderlich sind.
In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Störklappenanordnung 102 gemäß der vorliegenden Beschreibung, wie in 3 bis 6 gezeigt, über eine Länge 120 der Störklappenanordnung 102 schrittweise ausfahrbar sein. In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Störklappenanordnung 102 gemäß der vorliegenden Beschreibung, wie in 7 und 8 gezeigt, längs einer Breite 122 der Störklappenanordnung 102 schrittweise ausfahrbar sein.
Darüber hinaus kann die Störklappenanordnung 102 in einigen Ausführungsbeispielen, wie in 3 bis 6 gezeigt, entlang der Spannweite 44 des Rotorblatts 16 schrittweise ausfahrbar sein. Folglich kann beispielsweise die Länge 120 oder Breite 122 entlang der Spannweite 44 fluchten, so dass ein schrittweises Ausfahren entlang der Länge 120 oder Breite 122 auch in der Spannweitenrichtung erfolgt. In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Störklappenanordnung 102, wie in 7 und 8 gezeigt, entlang der Sehne 42 oder des Rotorblatts 16 schrittweise ausfahrbar sein. Folglich kann die Länge 120 oder Breite 122 beispielsweise entlang der Sehne 42 fluchten, so dass ein schrittweises Ausfahren entlang der Länge 120 oder Breite 122 auch in der Sehnenrichtung stattfindet.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann die Störklappenanordnung 102 in einer beliebigen geeigneten Richtung schrittweise ausfahrbar sein, entlang der die Länge 120 oder die Breite 122 fluchtend ausgerichtet ist. Beispielsweise brauchen die Länge 120 und die Breite 122 nicht mit der Sehne 42 und der Spannweite 44 zu fluchten und können vielmehr unter einem beliebigen geeigneten Winkel gegenüber der Sehne 42 und/oder der Spannweite 44 fluchten. Darüber hinaus sollte es verständlich sein, dass die Störklappenanordnung 102 nicht unbedingt linear schrittweise ausfahrbar sein muss. Vielmehr kann die Störklappenanordnung 102 nach Wunsch oder Bedarf einem krummlinigen Pfad oder einem beliebigen sonstigen Pfad folgen.
Eine Störklappenanordnung 102 gemäß der vorliegenden Beschreibung kann beispielsweise von einem ersten Ende zu einem zweiten Ende, von einer mittleren Stellung nach außen, oder von einer beliebigen Position entlang der Störklappenanordnung 102 zu einer beliebigen anderen Position entlang der Störklappenanordnung 102 schrittweise ausfahrbar sein. Beispielsweise kann eine Störklappenanordnung 102, wie in 3 bis 6 gezeigt, ein inneres Ende 130 und ein äußeres Ende 132 aufweisen. Die Störklappenanordnung 102 kann von dem inneren Ende 130 zu dem äußeren Ende 132 schrittweise ausfahrbar sein. Somit tritt während des Ausfahrens der Störklappenanordnung 102 anfänglich das innere Ende 130 vor, und das Hervortreten der Störklappenanordnung 102 setzt sich anschließend in Richtung des äußeren Endes 132 fort, bis das äußere Ende 132 hervortritt, und die Störklappenanordnung 102 vollständig ausgefahren ist. In einer Abwandlung kann die Störklappenanordnung 102 von dem äußeren Ende 132 in Richtung des inneren Endes 130, oder von einer anderen geeigneten Position in Richtung des inneren Endes 130 und des äußeren Ende 132, oder in einer beliebigen sonstigen gestuften Weise schrittweise ausgefahren werden.
In weiteren Ausführungsbeispielen kann eine Störklappenanordnung 102, wie in 7 und 8 gezeigt, ein vorderes Ende 134 und ein hintere Ende 136 aufweisen. Die Störklappenanordnung 102 kann ausgehend von dem vorderen Ende 134 zu dem hinteren Ende 136 schrittweise ausfahrbar sein. Somit tritt während des Ausfahrens der Störklappenanordnung 102 anfänglich das vordere Ende 134 hervor, und das Hervortreten der Störklappenanordnung 102 setzt sich anschließend in Richtung des hinteren Endes 136 fort, bis das hintere Ende 136 hervortritt, und die Störklappenanordnung 102 vollständig ausgefahren ist. In einer Abwandlung kann die Störklappenanordnung 102 ausgehend von dem hinteren Ende 136 in Richtung des vorderen Endes 134, oder ausgehend von einer anderen geeigneten Position in Richtung des vorderen Endes 134 und/oder des hinteren Endes 136, oder in eine beliebigen sonstigen gestuften Weise schrittweise ausfahrbar sein.
In einigen Ausführungsbeispielen kann eine Rotorblattanordnung 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung außerdem eine Steuereinrichtung 150 enthalten. Die Steuereinrichtung 150 kann betriebsmäßig mit einer Störklappenanordnung 102, z. B. mit den Störklappen 106, Stellgliedern 110 oder anderen Komponenten davon, verbunden sein und kann somit dazu eingerichtet sein, die Störklappenanordnung 102, wie erörtert, zu betätigen. Somit kann die Störklappenanordnung 102 mit der Steuereinrichtung 150 in Datenaustausch verbunden sein. Eine solche Datenaustauschverbindung kann auf einer physikalischen Verbindung, z. B. mittels eines Drahts oder einer sonstigen Leitung oder eines Versorgungsstrangs, oder auf einer drahtlosen Verbindung basieren, z. B. auf einer Infrarot-, Mobilfunk-, akustischen, optischen oder Hochfrequenzverbindung. Die Steuereinrichtung 150 kann Teil eines (nicht gezeigten) geeigneten Steuerungssystems sein, beispielsweise einer Fernbedienung, eines Minicomputers, eines Mobiltelefons, einer unabhängigen Pendant-Steuereinrichtung, oder eines Computer. Eine Störklappenanordnung 102 kann mittels der Steuereinrichtung 150 manuell durch eine Bedienperson betätigt werden, oder sie kann mittels einer geeigneten Programmierlogik, die in die Steuereinrichtung 150 integriert ist, teilweise oder voll automatisiert sein.
In einigen Ausführungsbeispielen kann die Steuereinrichtung 150 dazu eingerichtet sein, die Störklappenanordnung 102 in Abhängigkeit einer konstanten Rückkopplungsschleife zu betätigen. Somit kann die Steuereinrichtung 150 geeignete Software und/oder Hardware enthalten, um die Lasttragfähigkeit eines Rotorblatts 16 in Echtzeit kontinuierlich zu überwachen und zu beurteilen, und um nach Bedarf die Betätigung der Störklappenanordnung 102 durchzuführen, so dass die betreffende Lasttragfähigkeit in einem vorbestimmten Fenster aufrecht erhalten bleibt, oder ober- oder unterhalb eines vorbestimmten minimalen oder maximalen Werts liegt. Beispielsweise kann die Steuereinrichtung die Durchbiegung des Rotorblatts 16, den Auftrieb, der durch das Rotorblatt 16 erzeugt wird, die Last, die durch das Rotorblatt 16 erfahren wird, oder eine beliebige sonstige Charakteristik der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16 überwachen und beurteilen. Die Steuereinrichtung 150, Regelschleife und Software und/oder Hardware kann zudem mit (nicht gezeigten) geeigneten Sensoren verbunden sein, die an dem Rotorblatt 16 angebracht sind. Die Sensoren können die betreffende Lasttragfähigkeit messen und melden.
3 und 4 veranschaulichen ein Ausführungsbeispiel einer Rotorblattanordnung 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung. Die Störklappenanordnung 102 enthält gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine einzelne Störklappe 102 und mehrere Stellglieder 110, die in diesem Ausführungsbeispiel Zylinder 112 sind. Ein Stellglied 110 ist in Nachbarschaft eines inneren Endes 130 angeordnet, während ein weiteres in der Nähe eines äußeren Endes 132 angeordnet ist. Während des Betriebs der Störklappenanordnung 102 wird, wie in 3 gezeigt, zunächst das innere Ende 130 durch Betätigung des benachbarten Stellglieds 110 vollständig ausgefahren. Das schrittweise Ausfahren der Störklappenanordnung 102 setzt sich anschließend fort, indem das Stellglied 110, das benachbart zu dem äußeren Ende 132 angeordnet ist, nach Wunsch schrittweise betätigt wird, so dass die Störklappenanordnung 102 entlang der Länge 120 der Störklappenanordnung und Spannweite 44 des Rotorblatts 16 schrittweise ausgefahren wird. Ein solches schrittweises Ausfahren kann fortgesetzt werden, bis sowohl das innere Ende 130 als auch das äußere Ende 132, wie in 4 gezeigt, beide vollständig ausgefahren sind.
5 und 6 veranschaulichen noch ein Ausführungsbeispiel einer Rotorblattanordnung 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung. Die Störklappenanordnung 102 weist gemäß diesem Ausführungsbeispiel mehrere Störklappen 106 und ein Stellglied 110 auf, das in diesem Ausführungsbeispiel auf einer beweglichen Spur 114 und einer Walze 116 basiert. Während des Betriebs der Störklappenanordnung 102 werden die Störklappen 106, die die Störklappenanordnung 102 bilden, wie in 5 gezeigt, beginnend mit der Störklappe 106, die das innere Ende 130 enthielt, schrittweise ausgefahren. Ein solches Ausfahren erfolgt durch eine Betätigung des Stellglieds, das in diesem Falle ein Rollen der Walze 116 längs der beweglichen Spur 114 beinhaltet, um eine Bewegung der beweglichen Spur 114 zu bewirken, so dass jede der Störklappen 102 schrittweise berührt und ausgefahren wird. Das schrittweise Ausfahren der Störklappenanordnung 102 setzt sich anschließend fort, wobei die Störklappen 106 graduell in Richtung der Störklappe 106 ausgefahren werden, die das äußere Ende 132 aufweist, so dass die Störklappenanordnung 102 entlang der Länge 120 der Störklappenanordnung und Spannweite 44 des Rotorblatts 16 schrittweise ausgefahren wird. Ein solches schrittweises Ausfahren kann fortgesetzt werden, bis sowohl das innere Ende 130 als auch das äußere Ende 132, wie in 6 gezeigt, beide vollständig ausgefahren sind.
7 und 8 veranschaulichen noch ein Ausführungsbeispiel einer Rotorblattanordnung 100 gemäß der vorliegenden Beschreibung. Die Störklappenanordnung 102 enthält gemäß diesem Ausführungsbeispiel eine einzelne Störklappe 102 und mehrere Stellglieder 110, die in diesem Ausführungsbeispiel Zylinder 112 sind. Ein Stellglied 110 ist in der Nähe eines vorderen Endes 134 angeordnet, während ein weiteres in der Nähe eines hinteren Endes 136 angeordnet ist. Während des Betriebs der Störklappenanordnung 102 wird, wie in 7 gezeigt, zunächst das hintere Ende 136 durch Betätigung des benachbarten Stellglieds 110 vollständig ausgefahren. Das schrittweise Ausfahren der Störklappenanordnung 102 setzt sich anschließend nach Bedarf durch graduelle Betätigung des Stellglieds 110 fort, das benachbart zu dem vorderen Ende 134 angeordnet ist, so dass die Störklappenanordnung 102 längs der Breite 122 der Störklappenanordnung und der Sehne 42 des Rotorblatts 16 schrittweise ausgefahren wird. Ein solches schrittweises Ausfahren kann fortgesetzt werden, bis sowohl das vordere Ende 134 als auch das hintere Ende 136, wie in 8 gezeigt, beide vollständig ausgefahren sind.
Es versteht sich, dass eine Störklappenanordnung gemäß der vorliegenden Beschreibung von einer vollständig oder teilweise ausgefahrenen Position zu einer nicht ausgefahrenen Stellung in derselben Weise schrittweise zurückgezogen werden kann, wie die Störklappe ausgefahren wurde.
Die vorliegende Beschreibung betrifft außerdem ein Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16. Die Lasttragfähigkeit für das Rotorblatt 16 kann anhand des Auftriebsvermögens, der Lasttragfähigkeit, der Durchbiegungsfähigkeit oder anhand einer beliebigen sonstigen Charakteristik ermittelt werden. Zu dem Verfahren gehört beispielsweise der Schritt des Überwachens der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16, wie es oben erörtert ist. Das Verfahren beinhaltet zudem den Schritt des Betätigens einer Störklappenanordnung 102, wenn die Lasttragfähigkeit einen vorbestimmten Lasttragfähigkeitsgrenzwert, beispielsweise einen Auftriebs-, Last-, oder Durchbiegungsgrenzwert, überschreitet. Der vorbestimmte Lasttragfähigkeitsgrenzwert kann in einigen Ausführungsbeispielen ein maximaler Grenzwert sein. Die Störklappenanordnung 102 kann betrieben werden, so dass die Störklappenanordnung 102, wie oben erörtert, aus einer Fläche des Rotorblatts 16 schrittweise ausfährt. Ein solches schrittweises Ausfahren kann fortgesetzt werden, bis sich die Lasttragfähigkeit unterhalb oder außerhalb des Bereichs des vorbestimmten Lasttragfähigkeitsgrenzwerts befindet, oder bis ein vollständiges Ausfahren der Störklappenanordnung 102 erreicht ist.
In einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet der Schritt des Betätigens die Betätigung einer Steuereinrichtung 150. Die Steuereinrichtung 150 steht in Datenaustausch mit der Störklappenanordnung 102 und kann die Störklappenanordnung 102 betätigen, um die Störklappenanordnung 102 nach Wunsch oder Bedarf schrittweise auszufahren, bis sich die Lasttragfähigkeit z. B. unterhalb oder außerhalb des Bereichs des vorbestimmten Lasttragfähigkeitsgrenzwerts befindet, oder bis ein vollständiges Ausfahren der Störklappenanordnung 102 erreicht ist.
Die vorliegende Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich des besten Modus zu beschreiben, und um außerdem jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung in der Praxis einzusetzen, beispielsweise beliebige Einrichtungen und Systeme herzustellen und zu nutzen, und beliebige damit verbundene Verfahren durchzuführen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann andere dem Fachmann in den Sinn kommende Beispiele umfassen. Solche anderen Beispiele sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen, falls sie strukturelle Elemente enthalten, die sich von dem Wortlaut der Ansprüche nicht unterscheiden, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden gegenüber dem wörtlichen Inhalt der Ansprüche enthalten.
Eine Rotorblattanordnung 100 und ein Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts 16 sind offenbart. Die Rotorblattanordnung 100 enthält ein Rotorblatt 16, das Flächen aufweist, die eine Druckseite 22, eine Saugseite 24, eine Anströmkante 26 und eine Abströmkante 28 bilden, die sich zwischen einer Spitze 32 und einem Fuß 34 erstrecken. Das Rotorblatt 16 definiert zudem eine Spannweite 44 und eine Sehne 42. Die Rotorblattanordnung 100 weist außerdem eine Störklappenanordnung 102 auf, die dazu eingerichtet ist, eine Strömung 104 über einer Fläche des Rotorblatts 16 zu ändern. Die Störklappenanordnung 102 ist entlang einer Länge 120 oder einer Breite 122 der Störklappenanordnung 102 aus der Fläche schrittweise ausfahrbar.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turmgerüst
14: Gondel
16: Rotorblatt
18: Rotornabe
22: Druckseite
24: Saugseite
26: Anströmkante
28: Abströmkante
32: Rotorblattspitze
34: Rotorblattfußpunkt
42: Sehne
44: Spannweite
52: Innerer Bereich
54: Äußerer Bereich
100: Rotorblattanordnung
102: Störklappenanordnung
104: Strömung
106: Störklappe
108: Öffnung
110: Stellglied
112: Zylinder
114: Spur
116: Walze
120: Länge
122: Breite
130: Inneres Ende
132: Äußeres Ende
134: Vorderes Ende
136: Hinteres Ende
150: Steuereinrichtung

Claims

Rotorblattanordnung (100), zu der gehören: ein Rotorblatt (16) mit Flächen, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Anströmkante (26) und eine Abströmkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei das Rotorblatt (16) außerdem eine Spannweite (44) und eine Sehne (42) definiert; und eine Störklappenanordnung (102), die dazu eingerichtet ist, eine Strömung (104) über einer Fläche des Rotorblatts (16) zu ändern, wobei die Störklappenanordnung (102) entweder entlang einer Länge (120) oder einer Breite (122) der Störklappenanordnung (102) aus der Fläche schrittweise ausfahrbar ist.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 1, wobei die Störklappenanordnung (102) eine Störklappe (106) und ein Stellglied (110) enthält.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 2, wobei die Störklappenanordnung (102) zudem mehrere Störklappen (106) enthält.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 2–3, wobei die Störklappenanordnung (102) außerdem mehrere Stellglieder (110) enthält.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–4, wobei die Störklappenanordnung (102) entlang der Spannweite (44) schrittweise ausfahrbar ist.
Rotorblattanordnung (100) nach Anspruch 5, wobei die Störklappenanordnung (102) von einem inneren Ende (130) zu einem äußeren Ende (132) hin schrittweise ausfahrbar ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–6 ferner mit einer Steuereinrichtung (150), die mit der Störklappenanordnung (102) steuerbar verbunden ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–7, wobei die Störklappenanordnung (102) in der Nähe der Anströmkante (26) angeordnet ist.
Rotorblattanordnung (100) nach einem der Ansprüche 1–8, wobei die Störklappenanordnung (102) aus der Saugseite (24) ausfahrbar ist.
Windkraftanlage (10), zu der gehören: mehrere Rotorblätter (16), die jeweils Flächen aufweisen, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Anströmkante (26) und eine Abströmkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei jedes der mehreren Rotorblätter (16) außerdem eine Spannweite (44) und eine Sehne (42) definiert; und eine Störklappenanordnung (102), die dazu eingerichtet ist, eine Strömung (104) über einer Fläche einer der mehreren Rotorblätter (16) zu ändern, wobei die Störklappenanordnung (102) entlang einer Länge (120) oder einer Breite (122) der Störklappenanordnung (102) aus der Fläche schrittweise ausfahrbar ist.
Windkraftanlage (10) nach Anspruch 10, die außerdem einer Steuereinrichtung (150) enthält, die mit der Störklappenanordnung (102) steuerbar verbunden ist.
Verfahren zur Einstellung der Lasttragfähigkeit eines Rotorblatts (16), wobei das Verfahren die Schritte beinhaltet: Überwachen der Lasttragfähigkeit des Rotorblatts (16), wobei das Rotorblatt (16) Flächen aufweist, die eine Druckseite (22), eine Saugseite (24), eine Anströmkante (26) und eine Abströmkante (28) bilden, die sich zwischen einer Spitze (32) und einem Fuß (34) erstrecken, wobei das Rotorblatt (16) außerdem eine Spannweite (44) und eine Sehne (42) definiert; und Betätigen einer Störklappenanordnung (102), so dass die Störklappenanordnung (102) aus einer Fläche des Rotorblatts (16) entweder entlang einer Länge (120) oder eine Breite (122) der Störklappenanordnung (102) schrittweise ausfährt, wenn die Lasttragfähigkeit einen vorbestimmten Lasttragfähigkeitsgrenzwert erreicht.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei die Störklappenanordnung (102) entlang der Spannweite (44) schrittweise ausfahrbar ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 12–13, wobei die Störklappenanordnung (102) von einem inneren Ende (130) zu einem äußeren Ende (132) hin schrittweise ausfahrbar ist.
Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 12–14, wobei der Schritt des Betätigens das Betätigen einer Steuereinrichtung (150) beinhaltet, wobei die Steuereinrichtung (150) mit der Störklappenanordnung (102) steuerbar verbunden ist.