DE102012108558A1

DE102012108558A1 - Betätigbare Störklappanordnungen für Windturbinenrotorblätter

Info

Publication number: DE102012108558A1
Application number: DE102012108558A
Authority: DE
Inventors: Chad Mark Southwick
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2011-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-03-14
Also published as: US20120141271A1; DK201270523A; CN102996331A

Abstract

Ein Rotorblatt für eine Windturbine wird offenbart. Das Rotorblatt kann im Allgemeinen eine Schale mit einer Druckseite und einer Saugseite umfassen. Die Schale kann eine äußere Oberfläche festlegen, über deren Druckseite und Saugseite ein Luftfluss strömt. Darüber hinaus kann das Rotorblatt eine Störklappenanordnung umfassen, mit einer benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordneten deformierbaren Membran. Die deformierbare Membran kann konfiguriert sein, um relativ zu der äußeren Oberfläche deformiert zu werden, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran beweglich ist zwischen einer unbetätigten Position hin zu einer betätigten Position. Darüber hinaus kann der wenigstens eine Teil der deformierbaren Membran konfiguriert sein, um den Luftfluss von der äußeren Oberfläche zu separieren, wenn sich die deformierbare Membran in der betätigten Position befindet.

Description

Gebiet der Erfindung
Der vorliegende Gegenstand bezieht sich im Allgemeinen auf Rotorblätter und Windturbinen und insbesondere auf betätigbare Störklappenanordnungen für Windturbinenrotorblätter. Darüber hinaus bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren zum Betätigen einer Störklappenanordnung in einem Rotorblatt.
Hintergrund der Erfindung
Windenergie wird als eine der reinsten, umweltfreundlichsten derzeit verfügbaren Energiequellen angesehen, und Windturbinen haben in dieser Beziehung ein erhöhtes Interesse erhalten. Eine moderne Windturbine umfasst typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter nehmen kinetische Energie auf, indem sie bekannte Profilprinzipien nutzen. Die Rotorblätter überführen die kinetische Energie in Form von Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe verbindet, oder, wenn ein Getriebe nicht benutzt wird, direkt mit einem Generator. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die an ein Benutzernetz abgegeben werden kann.
Die spezielle Größe von Windturbinenrotorblättern stellt einen signifikanten Faktor dar, der zu der Gesamteffizienz der Windturbine beiträgt. Insbesondere können Zunahmen in der Länge oder dem Spann eines Rotorblattes im Allgemeinen zu einer Gesamterhöhung in der Energieproduktion einer Windturbine führen. Dementsprechend tragen Bemühungen, die Größe von Rotorblättern zu vergrößern, zu dem anhaltenden Wachstum der Windturbinentechnologie und der Akzeptanz der Windenergie als alternative Energiequelle bei. Wenn Rotorblattgrößen jedoch zunehmen, nehmen auch die Lasten zu, die über die Blätter auf andere Komponenten der Windturbine übertragen werden (z. B., die Windturbinennabe und andere Komponenten). Zum Beispiel führen längere Rotorblätter zu höheren Lasten aufgrund der erhöhten Masse der Blätter als auch der erhöhten aerodynamischen Lasten, die entlang des Spanns des Rotorblattes wirken. Solche erhöhten Lasten können insbesondere problematisch bei Bedingungen mit hohen Windgeschwindigkeiten sein, da die Lasten, die über die Rotorblätter weitergegeben werden, die Belastbarkeiten anderer Windturbinenkomponenten überschreiten können.
Bestimmte Oberflächeneinrichtungen, wie z. B. Störklappen, sind bekannt, dass sie genutzt werden können, um den Luftstrom von der äußeren Oberfläche eines Rotorblattes zutrennen, um dabei den Auftrieb, der von dem Blatt erzeugt wird, zu vermindern, und die auf das Blatt wirkenden Lasten zu vermindern. Störklappen sind jedoch typischerweise ausgelegt, um permanent entlang der äußeren Oberfläche des Rotorblattes angeordnet zu sein. Damit wird der Betrag an Auftrieb, der von dem Rotorblatt erzeugt wird, unabhängig von den Bedingungen, in welchen die Windturbine betrieben wird, reduziert. Daher besteht ein Bedarf für eine betätigbare Störklappe, die erlaubt, dass man das Rotorblatt von den auf es wirkenden Lasten effizient befreit wenn gewünscht (z. B. während starken Windbedingungen, wie z. B. Windböen), ohne die Gesamteffizienz des Rotorblattes während normalen Betriebsbedingungen zu reduzieren. Darüber hinaus besteht ein Bedarf für eine betätigbare Störklappenkonfiguration, die es erlaubt, dass eine Störklappe betätigt wird ohne signifikante Oberflächendiskontinuitäten (z. B. freiliegende Löcher oder Schlitze, die durch die Schale des Blattes verlaufen) entlang der Oberfläche des Rotorblattes zu erzeugen.
Dementsprechend würde in der Technologie ein Rotorblatt begrüßt werden, das eine oder mehrere betätigbare Störklappen umfasst, ohne dabei wesentliche Oberflächendiskontinuitäten zu erzeugen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden teilweise in der folgenden Beschreibung dargelegt, oder sind aus der Beschreibung nahe gelegt, oder können durch Ausübung der Erfindung erlernt werden.
Gemäß einem Aspekt betrifft der vorliegende Gegenstand ein Rotorblatt für eine Windturbine. Das Rotorblatt kann im Allgemeinen eine Schale mit einer Druckseite und einer Saugseite umfassen. Die Schale kann eine äußere Oberfläche entlang der Druck- und Saugseite festlegen, über die sich ein Luftfluss bewegt. Darüber hinaus kann das Rotorblatt eine Störklappenanordnung umfassen, die eine deformierbare Membran aufweist, die benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist. Die deformierbare Membran kann konfiguriert sein, relativ zu der äußeren Oberfläche deformiert zu werden, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran zwischen einer unbetätigten Position und einer betätigten Position bewegbar ist. Darüber hinaus kann der wenigstens eine Teil der deformierbaren Membran konfiguriert sein, den Luftfluss von der äußeren Oberfläche zu trennen, wenn sie sich in der betätigten Position befindet.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft der vorliegende Gegenstand ein Rotorblatt für eine Windturbine. Das Rotorblatt kann im Allgemeinen eine Schale mit einer Druckseite und einer Saugseite umfassen. Die Schale kann eine äußere Oberfläche entlang der Druck- und Saugseite festlegen, über die sich ein Luftfluss bewegt. Darüber hinaus kann das Rotorblatt eine Störklappenanordnung umfassen, die eine deformierbare Membran aufweist, die benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist. Die deformierbare Membran kann konfiguriert sein, relativ zu der äußeren Oberfläche deformiert zu werden, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran zwischen einer unbetätigten Position und einer betätigten Position bewegbar ist. Darüber hinaus kann der wenigstens eine Teil der deformierbaren Membran konfiguriert sein, den Luftfluss von der äußeren Oberfläche zu trennen, wenn sie sich in der betätigten Position befindet. Darüber hinaus kann die Störklappenanordnung Mittel zum Bewegen der deformierbaren Membran zu der betätigten Position umfassen.
Gemäß einem weiteren Aspekt offenbart der vorliegende Gegenstand ein Verfahren zum Betätigen einer Spoileranordnung relativ zu einer äußeren Oberfläche eines Rotorblattes einer Windturbine. Das Verfahren kann im Allgemeinen umfassen: Anwenden einer Kraft auf eine deformierbare Membran, die benachbart der äußeren Oberfläche angeordnet ist, um wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran von einer unbetätigten Position zu einer betätigten Position zu bewegen, und Entfernen der Kraft von der deformierbaren Membran, um den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran zu der betätigten Position zurückzuführen.
Die Erfindung richtet sich auch auf eine Vorrichtung zum Ausführen der offenbarten Verfahren und umfasst Vorrichtungsteile zum Ausführen jeder der beschriebenen Verfahrensschritte. Die Verfahrensschritte können mittels Hardwarekomponenten, einen durch entsprechende Software programmierten Computer, durch eine Kombination der beiden oder in jeglicher anderen Weise ausgeführt werden. Des Weiteren ist die Erfindung auch gerichtet auf Verfahren, nach denen die beschriebenen Vorrichtungen arbeiten, und/oder gemäß denen die beschriebenen Elemente zusammengebaut werden. Es umfasst Verfahrensschritte zum Ausführen von jeder Funktion der Vorrichtung.
Diese und andere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung können besser verstanden werden mit Bezug auf die folgende Beschreibung, die Zeichnung und die angehängten Ansprüche. Die begleitenden Zeichnungen, die Teil dieser Beschreibung darstellen, illustrieren Ausführungsformen der Erfindung und sollen, zusammen mit der Beschreibung, die Prinzipien der Erfindung erklären.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und für einen Fachmann ausführbare Offenbarung der vorliegenden Erfindung wird in der Beschreibung dargestellt, die Bezug nimmt auf die angehängten Figuren, wobei:
1 illustriert eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Windturbine;
2 illustriert eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Rotorblattes mit einer Vielzahl von betätigbaren Störklappenanordnungen im Einklang mit Aspekten des vorliegenden Gegenstandes;
3 illustriert eine Querschnittsansicht des Rotorblattes entlang der Linie 3-3 in 2, das insbesondere die verschiedenen Komponenten von einer von den betätigbaren Störklappenanordnungen illustriert;
4 illustriert eine teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 3, insbesondere eine deformierbare Membran der betätigbaren Störklappenanordnung in einer betätigten Position illustrierend;
5 illustriert eine weitere teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 3, insbesondere die deformierbare Membran der betätigbaren Störklappenanordnung in einer unbetätigten Position illustrierend;
6 illustriert eine teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 2, das eine weitere Ausführungsform einer betätigbaren Störklappenanordnung gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstandes darin installiert hat, insbesondere eine deformierbare Membran der betätigbaren Spoileranordnung in einer betätigten Position illustrierend;
7 illustriert eine weitere teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 6, insbesondere die deformierbare Membran der betätigbaren Störklappenanordnung in einer unbetätigten Position illustrierend;
8 illustriert eine teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 2, das eine weitere Ausführungsform einer betätigbaren Störklappenanordnung gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstandes darin installiert hat, insbesondere eine deformierbare Membran der betätigbaren Störklappenanordnung in einer betätigten Position illustrierend; und,
9 illustriert eine weitere teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes aus 8, insbesondere die deformierbare Membran der betätigbaren Störklappenanordnung in einer unbetätigten Position illustrierend.
Ausführliche Beschreibung der Erfindung
Es wird im Detail Bezug genommen auf Ausführungsformen der Erfindung, zu denen ein oder mehrere Beispiele in den Figuren illustriert sind. Jedes Beispiel dient der Erklärung der Erfindung, nicht der Begrenzung der Erfindung. Es ist für den Fachmann in der Tat offenkundig, dass verschiedene Modifikationen und Variationen in der vorliegenden Erfindung gemacht werden können, ohne dabei vom Umfang oder dem Sinn der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel können Merkmale, die als Teil einer Ausführungsform illustriert oder beschrieben werden, in anderen Ausführungsformen benutzt werden, um zu einer weiteren Ausführungsform zu gelangen. Die vorliegende Erfindung soll derartige Modifikationen und Variationen, wie sie innerhalb des Umfangs der angefügten Ansprüche und ihrer Äquivalente liegen, umfassen.
Im Allgemeinen betrifft der vorliegende Gegenstand ein Rotorblatt, das eine betätigbare Störklappenanordnung aufweist. Insbesondere ist eine betätigbare Störklappenanordnung offenbart, die eine deformierbare Membran umfasst, die konfiguriert ist, in eine unbetätigte Position, in der die deformierbare Membran grundsätzlich mit einer äußeren Oberfläche des Rotorblattes ausgerichtet ist, und eine betätigten Position, in der die deformierbare Membran ein störklappengleiches Element bildet, das sich von der äußeren Oberfläche nach außen hin erstreckt, bewegt und/oder deformiert zu werden. Damit kann die deformierbare Membran genutzt werden, das Rotorblatt effizient von Lasten zu befreien, die auf das Rotorblatt wirken, wenn es in der betätigten Position ist, und es sich grundsätzlich ausgerichtet mit der äußeren Oberfläche des Blattes befinden kann, wenn es in der unbetätigten Position ist, um die Arbeitsleistung des Blattes nicht zu stören.
Darüber hinaus kann die Benutzung der deformierbaren Membran eine betätigbare Störklappe zur Verfügung stellen, ohne dabei wesentliche Oberflächendiskontinuitäten in der äußeren Oberfläche des Rotorblattes zu erzeugen. Im Speziellen kann die deformierbare Membran über Löchern oder Schlitzen installiert werden, oder mag diese bedecken, die durch die äußere Oberfläche gebildet wurden, um eine Betätigung der Membran zu erleichtern. Damit kann die deformierbare Membran eine Umweltbarriere für das Rotorblatt darstellen. Zum Beispiel kann die deformierbare Membran Wasser, Schmutz, Schnee, Eis und/oder Ähnliches vom Eindringen in den inneren Hohlraum des Rotorblattes durch die in dem Blatt festgelegten Löcher oder Schlitze verhindern.
Mit Bezug zu den Zeichnungen illustriert 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer Windturbine 10. Die Windturbine 10 umfasst einen Turm 12 mit einer hierauf befestigten Gondel 14. Eine Vielzahl von Rotorblättern 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, die wiederum mit einem Hauptflansch verbunden ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Windturbinenstromherstellungs- und Steuerkomponenten (z. B. ein Turbinensteuergerät 20) können innerhalb der Gondel 14 angeordnet sein. Es sollte verstanden werden, dass die Ansicht aus 1 für illustrative Zwecke zur Verfügung gestellt wird, lediglich um den vorliegenden Gegenstand in einem beispielhaften Gebiet der Benutzung zu präsentieren. Daher sollte der Fachmann schnell verstehen, dass der vorliegende Gegenstand nicht auf irgendeine besondere Art von Windturbinenkonfiguration beschränkt ist.
In Bezug zu 2 wird eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines Rotorblattes 100 mit einer oder mehreren betätigbaren Störklappenanordnungen 102 gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstandes illustriert. Wie dargestellt ist, kann das Rotorblatt 100 im Allgemeinen eine Blattwurzel 104 umfassen, die konfiguriert ist, das Rotorblatt 100 mit der Nabe 18 der Windturbine 10 (1) zu befestigen, und eine Blattspitze 106, die entgegengesetzt zur Blattwurzel 104 angeordnet ist. Eine Schale 108 des Rotorblattes 100 kann im Allgemeinen konfiguriert sein, sich zwischen der Blattwurzel 104 und der Blattspitze 106 zu erstrecken, und kann als das äußere Gehäuse/Haut des Blattes 100 dienen. In einigen Ausführungsformen kann die Schale 108 ein im Wesentlichen aerodynamisches Profil festlegen, wie z. B. durch das Festlegen eines symmetrischen oder gewölbten tragflächengeformten Querschnitts. Damit kann die Schale 108 eine Druckseite 110 und eine Saugseite 112 festlegen, die sich zwischen einer Vorderkante 114 und einer Hinterkante 116 erstrecken. Darüber hinaus kann das Rotorblatt 100 einen Spann 118 festlegen, der die Gesamtlänge zwischen der Rotorblattwurzel 104 und der Blattspitze 106 festlegen, und eine Profilsehne 120, die die Gesamtlänge zwischen der Vorderkante 114 und der Hinterkante 116 festlegt. Wie es im Allgemeinen verstanden wird, kann die Profilsehne 120 in Bezug auf den Spann 118 variieren, wenn sich das Rotorblatt 100 von der Rotorblattwurzel 104 zur Blattspitze 106 hin erstreckt.
In einigen Ausführungsformen kann die Schale 108 des Rotorblattes 100 als eine einzige einstückige Komponente gebildet sein. Alternativ kann die Schale 108 aus einer Vielzahl von Schalenkomponenten gebildet sein. Zum Beispiel kann die Schalte 108 aus einer ersten Schalenhälfte hergestellt sein, die im Allgemeinen die Druckseite 110 des Rotorblattes 100 festlegt, und einer zweiten Schalenhälfte, die im Allgemeinen die Saugseite 112 des Rotorblattes 100 festlegt, wobei die Schalenhälften aneinander an der Vorder- und Hinterkante 114, 116 des Rotorblattes 100 befestigt sind. Darüber hinaus kann die Schale 108 im Allgemeinen aus jeglichem geeigneten Material gebildet sein. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die Schale 108 vollständig aus einem Laminatverbundmaterial gebildet sein, wie z. B. kohlefaserverstärktem Laminatverbundwerkstoff oder glasfaserverstärktem Laminatverbundwerkstoff. Alternativer Weise können ein oder mehrere Teile der Schale 108 als eine geschichtete Konstruktion konfiguriert sein und können ein Kernmaterial umfassen, das aus einem leicht-gewichtigen Material gebildet wird, wie z. B. Holz (z. B. Balsa), Schaum (z. B. extrudierter Polystyrolschaum), oder einer Kombination solcher Materialien, die sich zwischen Schichten aus Laminatverbundstoffwerk-Materialien befinden.
Es sollte verstanden werden, dass das Rotorblatt 100 auch eine oder mehrere interne strukturelle Komponenten aufweisen kann. Zum Beispiel kann in verschiedensten Ausführungsformen das Rotorblatt 100 eine oder mehrere Holmstege (nicht gezeigt) aufweisen, die sich zwischen entsprechenden Holmgurten (nicht gezeigt) erstrecken. In anderen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 100 der vorliegenden Offenbarung jedoch jegliche andere geeignete interne Konfiguration aufweisen.
Darüber hinaus kann, wie bereits oben angedeutet, das Rotorblatt 100 auch eine oder mehrere betätigbare Störklappenanordnung(en) 102 umfassen, die entlang des Blattes 100 voneinander beabstandet ist/sind. Wie weiter unten noch näher beschrieben wird, kann jede Störklappenanordnung 102 im Allgemeinen eine deformierbare Membran 122 umfassen, die konfiguriert ist, in Bezug zu einer äußeren Oberfläche 124 (3–5) der Schale 108 deformiert zu werden, wie z. B. indem sie konfiguriert ist, von einer unbetätigten Position (5) zu einer betätigten Position (3 und 4) bewegt werden. Damit kann ein störklappengleiches Element entlang der äußeren Oberfläche 124 des Rotorblattes 100 gebildet werden, das es erlaubt, dass der Luftstrom, der über das Rotorblatt 100 fließt, von der äußeren Oberfläche 124 getrennt wird, wenn die deformierbare Membran zu der betätigten Position bewegt wird.
Es sollte verstanden werden, dass das Rotorblatt 100 im Allgemeinen jegliche geeignete Anzahl von Störklappenanordnungen 102 umfasst. Wie z. B. in 2 gezeigt, umfasst das Rotorblatt 100 zwei Störklappenanordnungen 102, die entlang des Blattes 100 voneinander beabstandet sind. In alternativen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 100 jedoch lediglich eine Störklappenanordnung 102 umfassen oder das Rotorblatt 100 kann eine größere Anzahl als zwei Störklappenanordnungen 102 umfassen, wie z. B. drei Störklappenanordnungen 102, vier Störklappenanordnungen 102 oder mehr als vier Störklappenanordnungen 102. Darüber hinaus kann jede Störklappenanordnung 102 im Allgemeinen an jedem geeigneten Ort auf dem Rotorblatt 100 angeordnet sein. Zum Beispiel ist, wie in 2 gezeigt ist, jede Störklappenanordnung 102 auf der Saugseite 112 des Rotorblattes 100 angeordnet. In alternativen Ausführungsformen kann jede Störklappenanordnung 102 auf der Druckseite 110 des Rotorblattes 100 angeordnet sein, oder Störklappenanordnungen 102 können auf beiden Seiten 110, 112 des Rotorblattes 100 angeordnet sein. In ähnlicher Weise können die Störklappenanordnungen 102 im Allgemeinen an jeden geeigneten Ort entlang des Spanns 118 des Rotorblattes 100 angeordnet sein, wie z. B. von im Allgemeinen benachbart zur Blattwurzel 104 bis hin zum im Allgemeinen benachbart zur Blattspitze 106.
Darüber hinaus können die Störklappenanordnungen 102 in Ausführungsformen, in denen das Rotorblatt 100 mehr als eine Störklappenanordnung 102 umfasst, voneinander entlang des Rotorblattes 100 in jeglicher Richtung beabstandet sein. Zum Beispiel können die Störklappenanordnungen 102, wie in 2 gezeigt, voneinander in der Richtung das Spanns („spannwärts”) beabstandet sein. In anderen Ausführungsformen können die Störklappen 102 voneinander in der Sehnenrichtung („sehnenwärtig”) beabstandet sein oder in sowohl der spannwärtigen als auch der sehnenwärtigen Richtung. Ein Fachmann sollte verstehen, dass sich die „sehnenwärtige Richtung” auf eine Richtung bezieht, die sich parallel zur Profilsehne 120 des Rotorblattes 100 erstreckt, und dass sich die „spannwärtige Richtung” auf eine Richtung bezieht, die sich parallel zum Spann 118 des Rotorblattes 100 bezieht.
Darüber hinaus kann jede Störklappenanordnung 102 im Allgemeinen jede geeignete Länge 126 entlang des Rotorblattes 100 festlegen, die gemäß zahlreichen Ausführungsformen im Allgemeinen der Länge 126 der deformierbaren Membran 122 entsprechen kann. Zum Beispiel können gemäß einer Ausführungsform die Störklappenanordnungen 102 eine Länge 126 aufweisen, die im Allgemeinen gleich der Spannweite 118 des Rotorblattes 100 entspricht, sodass jede Störklappenanordnung 102 sich von im Allgemeinen benachbart der Blattwurzel 104 bis hin zum im Allgemeinen benachbart der Blattspitze 106 erstreckt. In anderen Ausführungsformen können die Störklappenanordnungen 102 kürzere Längen 126 festlegen. Zum Beispiel kann in einer besonderen Ausführungsform des vorliegenden Gegenstandes jeder Störklappenanordnung 102 eine Länge festlegen, die kleiner als 5 m ist, wie z. B. weniger als 3 m oder weniger als 2 m und alle anderen Unterbereiche dazwischen.
In Bezug zu den 3–5 werden Querschnittsansichten des in 2 gezeigten Rotorblattes 100 illustriert. Insbesondere illustriert 3 eine Querschnittsansicht des in 2 gezeigten Rotorblattes 100 entlang der Linie 3-3, womit insbesondere die verschiedenen Komponenten einer der Störklappenanordnungen 102 illustriert werden. 4 illustriert eine teilweise Querschnittsansicht des in 3 gezeigten Rotorblattes 100, wobei insbesondere die deformierbare Membran 122 der Störklappenanordnung 102 in einer betätigten Position illustriert wird. Zusätzlich illustriert 5 eine weitere teilweise Querschnittsansicht des in 3 gezeigten Rotorblattes 100, wobei insbesondere die deformierbare Membran 122 der Störklappenanordnung 102 in einer unbetätigten Position illustriert wird.
Im Allgemeinen, wie oben bereits dargelegt, kann die Störklappenanordnung 102 eine deformierbare Membran 122 umfassen, die benachbart zur äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 angeordnet ist. Darüber hinaus kann die Störklappenanordnung 102 jegliche Mittel zum Bewegen der deformierbaren Membran 122 von einer unbetätigten Position (5), in der die deformierbare Membran 122 im Allgemeinen mit der äußeren Oberfläche ausgerichtet ist, zu einer betätigten Position (3 und 4), in der wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran 122 oberhalb der äußeren Oberfläche 124 positioniert, um ein störklappengleiches Element entlang der äußeren Oberfläche 124 zu bilden. Damit kann bei Zeiten erhöhter Belastung auf das Rotorblatt 100 (z. B. während des Betriebs bei Starkwindbedingungen) die deformierbare Membran 122 zu der betätigten Position bewegt werden (z. B. durch das Deformieren wenigstens eines Teils der deformierbaren Membran 122), um die Luft, die über das Rotorblatt 100 fließt, von der äußeren Oberfläche 124 zu trennen, womit der Auftrieb vermindert wird, der von dem Rotorblatt 100 gebildet wird, und die Lasten zu vermindern, die über das Rotorblatt 100 auf andere Komponenten der Windturbine 10 übertragen werden (z. B. die Windturbinennabe 18 (1)). Wenn jedoch die Blattbelastung kein Problem darstellt (z. B. bei Schwachwindbedingungen), kann die deformierbare Membran 122 zu der unbetätigten Position zurückgeführt werden, um nicht die Leistung und/oder Effizienz des Rotorblattes 100 zu stören.
Die deformierbare Membran 122 der Störklappenanordnung 102 kann im Allgemeinen konfiguriert sein, an das Rotorblatt 100 an jedem geeigneten Ort im Allgemeinen benachbart der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 angebracht zu werden. Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die deformierbare Membran 122 direkt an die äußere Oberfläche 124 angebracht werden. Speziell kann, wie in 4 gezeigt, ein Teil von jeder Seite 128 der deformierbaren Membran 122 an die äußere Oberfläche 124 angebracht werden, wie z. B. durch Verkleben eines Teils der Seiten 128 mit der äußeren Oberfläche 124 durch die Benutzung eines geeigneten Klebestoffs oder durch die Benutzung jedes anderen geeigneten Befestigungsmittels und/oder -verfahrens. In alternativen Ausführungsformen kann die deformierbare Membran 122 an die Schale 108 an jedem anderen geeigneten Ort benachbart zur äußeren Oberfläche 124 angebracht werden. Zum Beispiel, wie weiter unter mit Bezug auf die 6 und 7 beschrieben wird, kann die deformierbare Membran 122 an eine ausgenommene Oberfläche 260 angebracht werden, die in der Schale unter der äußeren Oberfläche 124 festgelegt ist.
Zusätzlich kann die deformierbare Membran 122 eine relativ kleine Dicke 130 aufweisen (4). Zum Beispiel kann in einigen Ausführungsformen die Dicke 130 der deformierbaren Membran 122 weniger als ungefähr 0,250 Zoll (ungefähr 6,35 mm) sein, wie z. B. weniger als 0,100 Zoll (ungefähr 2,54 mm) oder weniger als ungefähr 0,010 Zoll (ungefähr 0,254 mm) und alle anderen dazwischen enthaltenen Unterbereiche. Indem die deformierbare Membran 122 derart konfiguriert wird, dass sie eine relativ geringe Dicke 130 aufweist, sollte verstanden werden, dass die deformierbare Membran 122 direkt an die äußere Oberfläche 124 der Schale 108 angebracht werden kann, ohne dabei eine signifikante Oberflächendiskontinuität entlang der äußeren Oberfläche 124 zu erzeugen. Zum Beispiel kann die deformierbare Membran 122, wie in 5 gezeigt, wenn sie sich in der unbetätigten Position befindet, im Allgemeinen mit der äußeren Oberfläche 124 ausgerichtet sein und dabei eine im Wesentlichen durchgängige aerodynamische Oberfläche zwischen der deformierbaren Membran 122 und der äußeren Oberfläche 124 festlegen. In alternativen Ausführungsformen kann die Dicke 130 der deformierbaren Membran 122 jedoch größer als ungefähr 0,250 Zoll sein. In solchen Ausführungsformen kann es gewünscht sein, wenngleich nicht nötig, wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran 122 unter die äußere Oberfläche 124 der Schale 108 abzusetzen (z. B. durch das Anbringen der deformierbaren Membran 122 auf der ausgenommenen Oberfläche 260, wie weiter unten in Bezug auf die 6 und 7 beschrieben wird), um eine im Wesentlichen durchgängige aerodynamische Oberfläche zwischen der äußeren Oberfläche 124 und der deformierbaren Membran 122 zur Verfügung zu stellen.
Darüber hinaus kann die deformierbare Membran 122 aus jeglichem geeigneten deformierbaren Material gebildet sein. Zum Beispiel kann die deformierbare Membran 122 in einigen Ausführungsformen aus einem elastischen Material gebildet sein, das ermöglicht, dass die Membran 122 sowohl auf die Anwendung einer Kraft auf die Membran 122 hin deformiert wird (z. B. gedehnt, gebogen und/oder gebeugt wird) als auch in einen beständigen Zustand zurückgeführt wird, wenn eine solche Kraft beseitigt wird. Zum Beispiel kann die deformierbare Membran 122 in einigen Ausführungsformen aus einem elastischen Polymermaterial oder einem Kautschukmaterial gebildet sein. In anderen Ausführungsformen kann die deformierbare Membran 122 aus jeglichem anderen geeigneten Material gebildet sein, wie z. B. Plastik, Gewebe/Gewirk, Synthetik und/oder dünnen Metallen.
Aufgrund der deformierbaren und/oder elastischen Natur der deformierbaren Membran 122 kann die Membran 122 konfiguriert sein, um relativ zu der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 von einer unbetätigten Position (5) zu einer betätigten Position (3 und 4) deformiert zu werden und/oder bewegt zu werden. Daher kann die Störklappenanordnung 102, wie oben bereits dargelegt, jede geeignete Mittel zum Deformieren und/oder Bewegen der deformierbaren Membran 122 zu der betätigten Position hin umfassen, um eine solche Deformation und/oder Bewegung zu ermöglichen. Zum Beispiel kann die Störklappenanordnung 102 in einigen Ausführungsformen einen Antrieb 132 umfassen, der konfiguriert ist, eine nach außen gerichtete Kraft gegen die deformierbare Membran 122 anzuwenden. Der Antrieb 132 kann im Speziellen, wie in den 3 und 4 gezeigt, innerhalb des Rotorblattes 100 angeordnet sein und kann konfiguriert sein, einen Betätigungsbolzen 134 durch einen Schlitz 136 (5), der in der Schale 108 festgelegt ist, zu betätigen, um die deformierbare Membran 122 nach außen hin in die betätigte Position anzutreiben.
In einer solchen Ausführungsform kann die deformierbare Membran im Allgemeinen konfiguriert sein, über dem in der Schale festgelegten Schlitz 136 angeordnet zu sein. Zum Beispiel, wie es in der 5 gezeigt ist, kann die deformierbare Membran 122 an der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 befestigt sein, um sich so über den Schlitz 136 zu erstrecken, und es dabei zu erlauben, dass der Betätigungsbolzen 134 gegen einen Teil der deformierbaren Membran 122 in Eingriff steht, wenn der Bolzen 134 durch den Schlitz 136 betätigt wird. Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die deformierbare Membran 122 derart dimensioniert sein, dass sie den Schlitz 136 vollständig bedeckt, wodurch verhindert wird, dass der Schlitz 136 eine Oberflächendiskontinuität entlang der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 erzeugt. Zum Beispiel kann die Länge 126 der deformierbaren Membran 122, wie in 2 gezeigt, gleich oder größer als die Gesamtlänge 138 des Schlitzes 136 sein. In ähnlicher Weise kann eine Breite 140 der deformierbaren Membran 122, wie in 5 gezeigt, gleich oder größer als eine Breite 142 des Schlitzes 136 sein.
Es sollte auch verstanden werden, dass der Antrieb 132 im Allgemeinen jegliches geeignete im Stand der Technik bekannte Betätigungsgerät umfassen kann. Zum Beispiel kann der Antrieb 132 in einigen Ausführungsformen ein Linearverschiebungsgerät umfassen, das konfiguriert ist, den Betätigungsbolzen 134 von innerhalb des Rotorblattes 100 linear anzutreiben. Daher kann der Antrieb 132, wie in den illustrierten Ausführungsformen gezeigt, einen hydraulischen, pneumatischen, oder jegliche andere geeignete Art eines Zylinders umfassen. In alternativen Ausführungsformen kann der Antrieb 132 jedoch jegliches andere geeignete Betätigungsgerät umfassen, wie z. B. ein nockenbetätigtes Gerät, einen elektromagnetischen Solenoid oder Motor, andere elektromagnetisch betätigte Geräte und/oder jegliches andere geeignete Linearverschiebungsgerät.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass der Betätigungsbolzen 134 eine Komponente des Antriebs 132 umfassen kann (z. B. die betätigte Komponente des Antriebs 132) oder dass der Betätigungsbolzen 134 eine separate Komponente umfassen kann, die konfiguriert ist, um separat an dem Antrieb 132 befestigt zu werden. Zum Beispiel kann der Betätigungsbolzen 134, wie es in der illustrierten Ausführungsform gezeigt ist, an das Ende einer Kolbenstange 144 des Antriebs 132 befestigt sein. Darüber hinaus kann der Betätigungsbolzen 134 im Allgemeinen jede geeignete Dimension aufweisen und/oder kann jede geeignete Querschnittsform festlegen (z. B. eine rechteckige, dreieckige oder jegliche andere geeignete Querschnittsform). Zum Beispiel kann der Betätigungsbolzen 134 in einigen Ausführungsformen Ausmaße aufweisen, die den Ausmaßen des Schlitzes 136 entsprechen (z. B. indem er eine Breite 146 und/oder Länge (nicht gezeigt) aufweist, die im Allgemeinen der Breite 142 und/oder Länge 138 des Schlitzes 136 entspricht). Damit kann in Ausführungsformen, in denen die Länge 126 der deformierbaren Membran 122 im Allgemeinen gleich zu der Länge 138 des Schlitzes 136 ist, der Betätigungsbolzen 134 konfiguriert sein, eine Kraft gegen die deformierbare Membran 122 entlang ihrer vollständigen Länge anzuwenden. Darüber hinaus kann die Form des störklappengleichen Elements, das von der deformierbaren Membran 122 gebildet wird, wenn es zu der betätigten Position bewegt wird, verändert werden, indem die Breite 146 und/oder Form des Betätigungsbolzen 134 angepasst wird. Zum Beispiel kann durch die deformierbare Membran 122 ein rechteckigeres geformtes störklappengleiches Element gebildet werden, indem die Breite 146 des Betätigungsbolzen 134 vergrößert wird, wie es in der illustrierten Ausführungsform gezeigt ist. In ähnlicher Weise kann durch die deformierbare Membran 122 ein dreieckigeres geformtes störklappengleiches Element gebildet werden, indem die Breite 146 des in der illustrierten Ausführungsform gezeigten Betätigungsbolzens 134 verringert wird.
Es sollte auch verstanden werden, dass jegliche andere geeignete Anzahl von Antrieben 132 genutzt werden können, um den Betätigungsbolzen 134 anzutreiben. Zum Beispiel können sich in einer Ausführungsform zwei oder mehrere Antriebe 132 in dem Rotorblattes 100 an unterschiedlichen Orten entlang der Länge des Betätigungsbolzen 134 befinden. In einer weiteren Ausführungsform kann jedoch ein einziger Antrieb 132 genutzt werden, um den Betätigungsbolzen 134 anzutreiben.
Darüber hinaus, wie insbesondere in 5 gezeigt, kann die deformierbare Membran 122 zu der unbetätigten Position zurückgeführt werden, wenn die von dem Antrieb 132 angewandte Kraft entfernt wird (z. B. durch das Bewegen des Betätigungsbolzen 134 zu der ausgenommenen Position, die in 5 gezeigt ist). In verschiedenen Ausführungsformen kann die deformierbare Membran 122 zurückgeführt werden zu der unbetätigten Position, in erster Linie aufgrund der Natur des Materials, das zur Bildung der deformierbaren Membran 122 genutzt ist. Zum Beispiel kann in Ausführungsformen, in denen die deformierbare Membran 122 aus einem elastischen Material gebildet ist, die deformierbare Membran 122 automatisch zu der unbetätigten Position zurückkehren, wenn die von dem Antrieb 134 angewandte Kraft entfernt wird. Als eine Alternative zu der Benutzung von elastischen Materialien oder zusätzlich dazu kann die deformierbare Membran 122 zurückgeführt werden zu der unbetätigten Position durch Anwenden einer nach innen gerichteten Kraft auf die Membran 122. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform die deformierbare Membran 122 mit dem Betätigungsbolzen 134 derart gekoppelt sein, dass, wenn der Betätigungsbolzen 134 in seine versenkte Position bewegt wird, die deformierbare Membran 122 nach unten in die unbetätigte Position gezogen wird. In einer weiteren Ausführungsform kann ein geeigneter Vorspannmechanismus (z. B. eine Feder) mit der deformierbaren Membran 122 gekoppelt werden, um die Membran 122 in der unbetätigten Position vorzuspannen.
Immer noch mit Bezug auf die 3–5 sollte verstanden werden, dass die Störklappenanordnung 102 im Allgemeinen an jedem geeigneten Ort entlang der Sehne 120 des Rotorblattes 100 positioniert sein kann, wie z. B. indem sie von der Vorderkante 114 der Schale 108 um einen geeigneten Abstand 148 beabstandet ist. Zum Beispiel, wie in 3 gezeigt, kann in Ausführungsformen ein Punkt auf dem störklappengleichen Element, das von der deformierbaren Membran 122 gebildet wird, entlang der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 einen Abstand 148 von der Vorderkante 114 positioniert sein (gemessen in der sehnenwärtigen Richtung), der in einem Bereich liegt von ungefähr von 5% bis ungefähr 30% der entsprechenden Sehnenlänge 120, definiert an der spezifischen spannwärtigen Position der Störklappenanordnung 102, wie z. B. von ungefähr 10% bis ungefähr 20% der entsprechenden Sehnenlänge 120 oder von ungefähr 15% bis ungefähr 25% und allen anderen Unterbereichen dazwischen. In anderen Ausführungsformen sollte jedoch verstanden werden, dass der Abstand 148 geringer als 5% der Länge der entsprechenden Sehnenlänge 120 sein kann oder größer als 30% der Länge der entsprechenden Sehne 120 sein kann.
Darüber hinaus kann das störklappengleiche Element, das von der deformierbaren Membran 122 gebildet wird, im Allgemeinen konfiguriert sein, um jede geeignete Höhe 152 (4) über der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 festzulegen. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die Höhe 152 im Bereich von 0,05% bis ungefähr 1,5% der entsprechenden Sehnenlänge 120, definiert an der spezifischen spannwärtigen Position der Störklappenanordnung 102, reichen, wie z. B. von ungefähr 0,1% bis ungefähr 0,3% der entsprechenden Sehnenlänge 120, oder von ungefähr 0,5% bis ungefähr 1,5% der entsprechenden Sehnenlänge 120, und allen anderen Unterbereichen dazwischen. Damit können in solchen Ausführungsformen die Bereiche der Höhen 152 im Allgemeinen zunehmen, wenn die Störklappenanordnung 102 näher an der Blattwurzel 104 positioniert ist, und können im Allgemeinen abnehmen, wenn die Störklappenanordnung 102 näher an der Blattspitze 106 positioniert ist. Es sollte verstanden werden, dass die Höhe 152 in anderen Ausführungsformen weniger als 0,05% der entsprechenden Sehnenlänge 120 sein kann, definiert an der spezifischen spannwärtigen Position der Störklappe 102, oder größer als 1,5% der entsprechenden Sehnenlänge 120 sein kann.
Es sollte auch verstanden werden, dass die Höhe 152, zu der die deformierbare Membran 122 deformiert und/oder bewegt werden kann, nicht fest sein muss. Zum Beispiel kann der Antrieb 132 konfiguriert sein, die deformierbare Membran 122 zu unterschiedlichen Höhen 152 in Abhängigkeit der Lasten, die auf das Rotorblatt 100 wirken, zu betätigen. Insbesondere kann, abhängig von der Größe der Blattbelastung (z. B. dem Betrag des von dem Rotorblatt 100 erzeugten Auftriebs), der Antrieb 132 konfiguriert sein, die deformierbare Membran 122 zu einer spezifischen Höhe 152 zu betätigen, die ausgelegt ist, um ausreichend den Luftstrom von der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 zu trennen, um so die gewünschte Lastenverminderung zu erreichen.
Die 6 und 7 illustrieren eine weitere Ausführungsform einer betätigbaren Störklappenanordnung 202 gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstandes. Im Speziellen illustriert 6 eine teilweise Querschnittsansicht des Rotorblattes 100, der oben in Bezug auf die 2–5 beschrieben wurde, mit einer darin installierten Störklappenanordnung 202, dabei insbesondere eine deformierbare Membran 122 der Störklappenanordnung 202 in einer betätigten Position illustrierend. Darüber hinaus illustriert 7 eine weitere Querschnittsansicht des in 6 gezeigten Rotorblattes 100, dabei insbesondere die deformierbare Membran 222 der Störklappenanordnung 202 in einer unbetätigten Position illustrierend.
Im Allgemeinen kann die Störklappenanordnung 202 gleich oder ähnlich zur Störklappenanordnung 102, die oben in Bezug auf die 3–5 beschrieben wurde, konfiguriert sein, und kann daher viele oder alle der gleichen Komponenten umfassen. Zum Beispiel kann die Störklappenanordnung 202 eine deformierbare Membran 222 umfassen, die konfiguriert ist, deformiert zu werden und/oder bewegt zu werden zwischen einer unbetätigten Position (7), in der die deformierbare Membran 222 grundsätzlich ausgerichtet ist mit der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108, und einer betätigten Position (6), in der wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran 222 oberhalb der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 positioniert ist, um so ein störklappengleiches Element entlang der äußeren Oberfläche 124 festzulegen. Darüber hinaus kann die deformierbare Membran 222 konfiguriert sein, mit dem Rotorblatt 100 an einem Ort benachbart zu der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 verbunden zu sein. Anders als in der oben beschriebenen Ausführungsform kann die deformierbare Membran 222 direkt an einer ausgenommenen Oberfläche 260 angebracht werden, die in der Schale 108 unter der äußeren Oberfläche 124 festgelegt ist. Im Speziellen, wie in 6 gezeigt, kann jede Seite 228 der deformierbaren Membran 222 an der ausgenommenen Oberfläche 260 befestigt sein, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran 222 unter die äußere Oberfläche 124 abgesetzt ist. Damit kann eine im Wesentlichen durchgängige aerodynamische Oberfläche zwischen der äußeren Oberfläche 124 und der deformierbaren Membran 222 festgelegt werden.
Es sollte verstanden werden, dass in zahlreichen Ausführungsformen eine Höhe 262 (7), festgelegt zwischen der ausgenommenen Oberfläche 260 und der äußeren Oberfläche 124, im Allgemeinen einer Dicke 230 (6) der deformierbaren Membran 222 entsprechen kann. In alternativen Ausführungsformen kann die Höhe 262 jedoch weniger als die Dicke 230 der deformierbaren Membran 222 oder größer als die Dicke 230 der deformierbaren Membran 222 sein.
Es sollte auch verstanden werden, dass in alternativen Ausführungsformen die deformierbare Membran 222 nicht an die ausgenommene Oberfläche 260 angebracht sein muss. Zum Beispiel kann, ähnlich zu der oben beschrieben Ausführungsform, die deformierbare Membran 222 direkt an der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 angebracht sein.
Darüber hinaus kann die Störklappenanordnung 202 ein geeignetes Mittel zum Deformieren und/oder Bewegen der deformierbaren Membran 222 von der unbetätigten Position zu der betätigten Position umfassen. Anders als der oben beschriebene Antrieb 132 kann die deformierbare Membran 222 jedoch zu der betätigten Position deformiert und/oder bewegt werden, indem eine unter Druck stehende Fluidquelle 264 benutzt wird, um wenigstens einen Teil der Membran 222 aufzublasen. Zum Beispiel kann, wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, ein Hohlraum 266, der zumindest teilweise von der deformierbaren Membran 222 festgelegt ist, konfiguriert sein, um mit unter Druck stehendem Fluid gefüllt zu werden, das von der Druckfluidquelle 264 durch eine geeignete Fluidverbindung zugeführt wird. Im Speziellen kann, wie in den 6 und 7 gezeigt, die Druckfluidquelle 264 sich in Flussverbindung mit dem Hohlraum 266 über einen Kanal oder Schlauch 268 stehen, der sich von der Druckfluidquelle 264 zu einer Düse 270 erstreckt, die sich durch die Schale 108 erstreckt. Damit kann unter Druck stehendes Fluid direkt von der Druckfluidquelle 264 in den Hohlraum 266 gerichtet werden, um die deformierbare Membran in/zu der betätigten Position zu deformieren und/oder zu bewegen, wobei ein störklappengleiches Element entlang der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 erzeugt wird. In ähnlicher Weise kann die deformierbare Membran 222 zu der unbetätigten Position zurückgeführt werden, indem das unter Druck stehende Fluid wieder aus dem Hohlraum 266 entleert wird.
Es sollte verstanden werden, dass die Druckfluidquelle 264 im Allgemeinen jedes geeignete Gerät umfassen kann, das geeignet ist, dem Hohlraum 266 ein unter Druck stehendes Fluid zur Verfügung zu stellen. Zum Beispiel kann in verschiedenen Ausführungsformen die Druckfluidquelle 264 einen Luftkompressor oder jegliche andere geeignete Fluidpumpe umfassen. In einer weiteren Ausführungsform kann die Druckfluidquelle 264 ein unter Druck stehendes Gefäß (z. B. ein Lufttank) umfassen mit einem festen Volumen von darin enthaltenen unter Druck stehendem Fluid. Darüber hinaus kann jedes geeignete Mittel benutzt werden, um zu steuern, wann und welcher Betrag des unter Druck stehenden Fluids von der Druckfluidquelle 264 dem Hohlraum 266 zugeführt wird. Zum Beispiel kann ein Ventil (nicht gezeigt) zwischen Druckfluidquelle 264 und dem Hohlraum 266 angeordnet sein, um die Versorgung von Druckfluid an- bzw. auszustellen, und die Menge an unter Druck stehendem Fluid zu steuern, die dem Hohlraum 266 zugeführt wird.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass die Druckfluidquelle 264 an jedem geeigneten Ort relativ zur deformierbaren Membran 222 angebracht werden kann. Zum Beispiel ist, wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, die Druckfluidquelle 264 innerhalb des Rotorblattes 100 angeordnet. In anderen Ausführungsformen kann die Druckfluidquelle 264 an jedem anderen geeigneten Ort innerhalb der Windturbine 10 angeordnet sein, wie z. B. innerhalb der Nabe, der Gondel 14 und/oder dem Turm 12 der Windturbine 10 (1). In noch weiteren Ausführungsformen kann die Druckfluidquelle 264 außerhalb der Windturbine 10 angeordnet sein.
Darüber hinaus kann in verschiedenen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstandes der Hohlraum 166, in welchen das unter Druck setzende Fluid befördert wird, teilweise von der deformierbaren Membran 222 und teilweise von der Schale 108 des Rotorblattes 100 festgelegt werden. Zum Beispiel kann, wie in 6 gezeigt, der Hohlraum 166 festgelegt sein zwischen einer inneren Oberfläche 272 der deformierbaren Membran 222 und der ausgenommenen Oberfläche 260 der Schale 108. In einer solchen Ausführungsform sollte verstanden werden, dass die Seiten 228 der deformierbaren Membran 222 gegen die ausgenommene Oberfläche 260 abgedichtet sein können, um eine fluiddichte Abdichtung an der Schnittstelle zwischen der deformierbaren Membran 222 und der Schale 108 zu schaffen, um so einen Fluidverlust aus dem Hohlraum 266 zu vermeiden. In ähnlicher Weise kann die Düse 270 oder eine andere Fluideinkopplung, die sich durch die Schale 108 erstreckt, gegenüber der Schale 108 abgedichtet sein, um einen Fluidverlust aus dem Hohlraum 266 zu vermeiden. In einer weiteren Ausführungsform kann der Hohlraum 266 vollständig von der deformierbaren Membran 222 festgelegt werden. Zum Beispiel kann die deformierbare Membran 222 konfiguriert sein als ein aufblasbares Element (z. B. ein ballongleiches Element), das ein geschlossenes Volumen festlegt, das konfiguriert ist, um in Flussverbindung mit der Druckfluidquelle 264 über eine geeignete Fluideinkopplung zu sein.
Darüber hinaus kann in zahlreichen Ausführungsformen ein interner Blatthohlraum in Flussverbindung mit dem Hohlraum 266 (wie zum Beispiel ein interner Hohlraum, der innerhalb des Rotorblattes 100 an oder benachbart zu der deformierbaren Membran 222 festgelegt ist) unter Druck gesetzt werden, um die benötigte Betätigungskraft zur Verfügung zu stellen, um die Membran 222 in die betätigte Position zu deformieren. Zum Beispiel kann die Druckfluidquelle 264 konfiguriert sein, um unter Druck stehendes Fluid dem internen Blatthohlraum zur Verfügung zu stellen, das dann benutzt wird, um den Hohlraum 266 unter Druck zu setzen, der unter der deformierbaren Membran 222 festgelegt ist. In einer solchen Ausführungsform kann ein geeigneter Verschlussmechanismus (z. B. ein betätigbarer mechanischer Verschluss oder eine anpassbare Druckdichtung) benutzt werden, um die deformierbare Membran 222 in der unbetätigten Position einzusperren oder auf andere Weise zu behalten, bis es gewünscht ist, dass die Membran 222 in die betätigte Position deformiert wird.
In den 8 und 9 wird eine weitere Ausführungsform einer betätigbaren Störklappenanordnung 302 gemäß Aspekten des vorliegenden Gegenstandes illustriert. Im Speziellen illustriert 8 eine teilweise Querschnittsansicht des oben in Bezug auf die 2–5 beschriebenen Rotorblattes 100 mit darin installierter Störklappenanordnung 302, insbesondere eine deformierbare Membran 222 der Störklappenanordnung 302 in einer betätigten Position illustrierend. Darüber hinaus illustriert 9 eine weitere teilweise Querschnittsansicht des in 8 gezeigten Rotorblattes 100, insbesondere die deformierbare Membran 322 der Störklappenanordnung 302 in einer unbetätigten Position illustrierend.
Im Allgemeinen kann die Störklappenanordnung 302 gleich oder ähnlich zu den Störklappenanordnungen 102, 202 konfiguriert sein, die oben in Bezug auf die 3–7 beschrieben wurden, und kann daher viele oder alle der gleiche Komponenten umfassen. Zum Beispiel kann die Störklappenanordnung 302 eine deformierbare Membran 322 umfassen, die konfiguriert ist, mit dem Rotorblatt 100 verbunden zu sein an einem Ort benachbart zu der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108. Darüber hinaus kann die deformierbare Membran 322 konfiguriert sein, deformiert und/oder bewegt zu werden von einer unbetätigten Position (9), in der die deformierbare Membran 322 im Allgemeinen ausgerichtet ist mit der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108, zu einer betätigten Position (8), in der wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran 322 oberhalb der äußeren Oberfläche 124 der Schale 108 positioniert ist, um so ein störklappengleiches Element entlang der äußeren Oberfläche 124 festzulegen.
Darüber hinaus kann die Störklappenanordnung 302 eine Druckfluidquelle 264 umfassen. Anders als in der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Druckfluidquelle 264 jedoch in Flussverbindung stehen mit einem separaten aufblasbaren Element 380, das zwischen der deformierbaren Membran 322 und der Schale 108 angeordnet ist. Im Speziellen kann, wie in der illustrierten Ausführungsform gezeigt, das aufblasbare Element 380 zwischen der deformierbaren Membran 322 und einer ausgenommenen Oberfläche 260 angeordnet sein, die in der Schale 108 festgelegt ist, und kann sich in Flussverbindung befinden mit einer Düse 270, einem Schlauch oder Rohr 268, oder jeglicher anderen Fluideinkopplung, die konfiguriert ist, die Druckfluidquelle 264 mit der aufblasbaren Membran 380 zu koppeln. Damit kann sich, wenn dem aufblasbaren Element 380 ein unter Druck stehendes Fluid zugeführt wird, das aufblasbare Element 380 ausdehnen oder anschwellen unter der deformierbaren Membran 322, womit sich die deformierbare Membran 322 zu der betätigten Position deformiert und/oder bewegt. In ähnlicher Weise kann durch das Entleeren des aufblasbaren Elements 380 die deformierbare Membran 322 zu der unbetätigten Position zurückgeführt werden.
Es sollte verstanden werden, dass das aufblasbare Element 380 im Allgemeinen jedes geeignete Objekt umfassen kann, das von einem unter Druck stehenden Fluid aufgeblasen werden kann. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform das aufblasbare Element 380 einen lang gestreckten Ballon umfassen, der sich unterhalb der deformierbaren Membran 322 entlang eines Teils oder der gesamten Länge 126 (2) der Störklappenanordnung 302 erstreckt. Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass die aufblasbare Membran 380 im Allgemeinen konfiguriert sein kann, im aufgeblähten Zustand jede geeignete Form festzulegen. Zum Beispiel kann, wie in 8 gezeigt, die aufblasbare Membran 380 eine runde Querschnittsform aufweisen. In alternativen Ausführungsformen kann das aufblasbare Element 380 jedoch im aufgeblasenem Zustand eine rechteckige, dreieckige, oder jede andere geeignete Querschnittsform aufweisen.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass, wenn das offenbarte Rotorblatt 100 mehr als eine betätigbare Störklappenanordnung 102, 202, 302 umfasst, die Anordnung 102, 202, 302 individuell oder in Gruppen gesteuert werden können. Zum Beispiel kann es gewünscht sein, lediglich einen Teil der deformierbaren Membranen 122, 222, 322 in die betätigte Position zu bewegen, um den Betrag des von dem Blatt 100 erzeugten Auftriebs präzise zu steuern. In ähnlicher Weise kann es wünschenswert sein, die deformierbaren Membrane 122, 222, 322 zu verschiedenen Höhen 152 zu bewegen (4), je nach spannwärtiger oder sehnenwärtiger Position von jeder der Anordnungen 102, 202, 302. Es sollte auch verstanden werden, dass jedes geeignete Mittel genutzt werden kann, die Antriebe 332 und/oder die Druckfluidquellen 264 der Anordnungen 102, 202, 302 zu steuern (z. B. über Ventile). Zum Beispiel können in einer Ausführungsform die Antriebe 132 und/oder Druckfluidquellen 264 in Kommunikationsverbindung mit dem Turbinensteuergerät 20 der Windturbine 10 (1) oder jedem anderen geeigneten Steuergerät (z. B. einem Computer und/oder jeder anderen geeigneten Verarbeitungsausrüstung) stehen, das konfiguriert sind, den Betrieb des Antriebs 132 und/oder der Druckfluidquellen 264 zu steuern.
Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen des vorliegenden Gegenstandes das offenbarte Rotorblatt 100 jedes geeignete Mittel zum Bestimmen der Betriebsbedingungen des Blattes 100 und/oder der Windturbine 10 (1) umfassen. Damit können in einer Ausführungsform ein oder mehrere Sensoren (nicht gezeigt), wie z. B. Lastsensoren, Positionssensoren, Geschwindigkeitssensoren, Spannungssensoren, und Ähnliches an jedem geeigneten Ort entlang des Rotorblattes 100 angeordnet sein (z. B. an oder benachbart zu der Blattwurzel 104 (2)), wobei jeder Sensor konfiguriert ist, eine oder mehrere Betriebszustände des Rotorblattes 100 zu messen und/oder zu bestimmen. Zum Beispiel können die Sensoren konfiguriert sein, die Windgeschwindigkeit, die auf die Blattwurzel 104 wirkende Belastung, die Deformation der Blattwurzel 104, die Rotationsgeschwindigkeit des Rotorblattes 100 und/oder jede andere geeignete Betriebsbedingung zu messen. Die offenbarten Störklappenanordnungen 102, 202, 302 können dann basierend auf den gemessenen/bestimmten Betriebszuständen zu der betätigten Position bewegt werden, um die Leistung des Rotorblattes 100 zu optimieren. Zum Beispiel können die Sensoren kommunikativ mit derselben Steuerung und/oder Steuergerät wie der Antrieb/die Antriebe 132 verbunden sein, sodass jede deformierbare Membran 122 automatisch zu der betätigten Position bewegt werden kann, basierend auf der Ausgabe von den Sensoren. Damit kann in einer Ausführungsform, wenn der Ausgang der Sensoren anzeigt, dass die Windgeschwindigkeiten, die Rotorbelastung und/oder die Rotordeformation signifikant hoch ist/sind, jede deformierbare Membran 122, 222, 322 zu der betätigten Position bewegt werden, um den Luftfluss von dem Rotorblatt 100 zu trennen und die Belastung auf die Rotorblattwurzel 104 und/oder deren Deformation reduzieren. Es sollte jedoch verstanden werden, dass in alternativen Ausführungsformen der vorliegende Gegenstand nicht basierend auf dem Ausgang/den Ausgängen von einem Sensor/Sensoren gesteuert werden muss. Zum Beispiel können die deformierbare Membrane 122, 222, 322 zu der betätigten Position basierend auf vorbestimmten Betriebsbedingungen und/oder vorbestimmten Auslösern bewegt werden, die in der Steuerlogik des Turbinensteuergeräts 20 oder einem anderen geeigneten Steuergerät programmiert sind.
Als eine Alternative zum aktiven Betätigen der offenbarten deformierbaren Membrane 122, 222, 322 sollte verstanden werden, dass die deformierbaren Membrane 122, 222, 322 auch konfiguriert sein können, um passiv betätigt zu werden. Zum Beispiel können in einigen Ausführungsformen die deformierbare Membrane 122, 222, 322 passiv basierend auf dem Druckunterschied zwischen der Saugseite des Rotorblattes 100 und dem Inneren des Rotorblattes betätigt werden. Im Speziellen können die deformierbaren Membrane 122, 222, 322 derart eingerichtet sein, dass bei oder über einem bestimmten Druckunterschied zwischen der Saugseite und dem Blattinneren (z. B. aufgrund von Windgeschwindigkeiten an oder über einem bestimmten Windgeschwindigkeitsgrenzwert) die durch den Druckunterschied erzeugten Kräfte die deformierbare Membran zur Deformierung nach außen in die betätigte Position veranlassen. Wenn der Druckunterschied reduziert wird (z. B. wenn die Windgeschwindigkeit unter den Windgeschwindigkeitsgrenzwert sinkt), können die deformierbaren Membrane 122, 222, 322 dann zu der unbetätigten Position zurückkehren. Es sollte verstanden werden, dass solche passive Betätigungen der deformierbaren Membrane 122, 222, 322 auch mit einer aktiven Steuereinrichtung kombiniert werden können. Zum Beispiel kann in einer Ausführungsform ein geeigneter Verschlussmechanismus (z. B. ein betätigbarer mechanischer Verschluss oder eine anpassbare Druckdichtung) genutzt werden, um die deformierbaren Membranen 122, 222, 322 in der unbetätigten Position zu behalten. In einer solchen Ausführungsform kann der Verschlussmechanismus dann, wenn die Windgeschwindigkeiten und/oder Blattbelastungen einen vorbestimmten Punkt erreichen (z. B. bei dem Windgeschwindigkeitsgrenzwert), geöffnet werden, um es zu erlauben, dass die deformierbare Membran aufgrund des Druckunterschieds zwischen der Saugseite und dem Inneren des Blattes nach außen gedrückt wird.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass das störklappengleiche Element, das von der deformierbaren Membran 122, 222, 322 gebildet wird, im Allgemeinen jegliche geeignete Querschnittsform aufweisen kann, wie z. B. eine dreieckige, eine rechteckige, oder eine gewölbte/gebogene Querschnittsform). Darüber hinaus kann in einigen Ausführungsformen die von dem störklappengleichen Element festgelegte Form symmetrisch oder exzentrisch sein.
Darüber hinaus sollte verstanden werden, dass der vorliegende Gegenstand gerichtet ist auf ein Verfahren zum Betätigen einer Störklappenanordnung 102, 202, 302 relativ zu einer äußeren Oberfläche 124 eines Windturbinenrotorblattes 100. Das Verfahren kann im Allgemeinen umfassen: Anwenden einer Kraft (z. B. durch die Benutzung des Antriebs 132 oder von unter Druck stehenden Fluid) auf eine deformierbare Membran 122, 222, 322, die benachbart zur äußeren Oberfläche 124 angeordnet ist, um wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran 122, 222, 322 von einer unbetätigten Position zu einer betätigten Position zu bewegen, und Entfernen der Kraft von der deformierbaren Membran 122, 222, 322, um die deformierbare Membran 122, 222, 322 zu der betätigten Position zurückzuführen.

Die vorliegende Beschreibung nutzt Beispiele, mitunter die beste Ausführungsform, um die Erfindung zu offenbaren und auch um den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung auszuführen, insbesondere Geräte oder Systeme herzustellen und zu benutzen sowie beinhaltete Verfahren auszuführen. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung wird durch die Ansprüche definiert und kann andere Beispiele umfassen, die sich dem Fachmann ergeben. Solche andere Beispiele sollen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche sein, wenn sie Strukturelemente umfassen, die nicht von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen sich unterscheiden oder wenn sie äquivalente Strukturelemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Darstellung in den Ansprüchen enthalten.

Bezugszeichen	Komponente
10	Windturbine
12	Turm
14	Gondel
16	Rotorblätter
18	Rotornabe
20	Turbinensteuergerät
100	Rotorblatt
102	Störklappenanordnung
104	Blattwurzel
106	Blattspitze
108	Schale
110	Druckseite
112	Saugseite
114	Vorderkante
116	Hinterkante
118	Spann(-Weite)
120	Sehne(-Länge)
122	Deformierbare Membranen
124	Äußere Oberfläche
126	Länge
128	Seite
130	Dicke
132	Antrieb
134	Bolzen
136	Schlitz
138	Länge
140	Breite
142	Breite
144	Kolbenstange
146	Breite
148	Abstand
152	Höhe
202	Störklappenanordnung
222	Deformierbare Membrane
230	Dicke
260	Ausgenommene Oberfläche
262	Höhe
264	Fluidquelle
266	Hohlraum
268	Schlauch
270	Düse
302	Störklappenanordnung
322	deformierbare Membrane
380	aufblasbares Element

Claims

Ein Rotorblatt für eine Windturbine, wobei das Rotorblatt umfasst: eine Schale mit einer Druckseite und einer Saugseite, wobei die Schale eine äußere Oberfläche festlegt, über deren Druck- und Saugseite sich ein Luftfluss bewegt; und eine Störklappenanordnung mit einer deformierbaren Membran, die benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist, wobei die deformierbare Membran konfiguriert ist, relativ zu der äußeren Oberfläche deformiert zu werden, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran beweglich ist zwischen einer unbetätigten Position und einer betätigten Position, wobei der wenigstens eine Teil der deformierbaren Membran in der betätigten Position konfiguriert ist, den Luftfluss von der äußeren Oberfläche zu trennen.
Das Rotorblatt von Anspruch 1, wobei die Störklappenanordnung darüber hinaus einen in der Schale angeordneten Antrieb umfasst, wobei der Antrieb konfiguriert ist, den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran zu der betätigten Position zu bewegen.
Das Rotorblatt gemäß Anspruch 1 oder 2, darüber hinaus einen Betätigungsbolzen umfassend, der konfiguriert ist, linear gegen die deformierbare Membran angetrieben zu werden.
Das Rotorblatt gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Schale einen Schlitz durch die Saugseite und/oder Druckseite festlegt, wobei die deformierbare Membran derart mit der Schale verbunden ist, sodass der Schlitz bedeckt wird, wobei das Rotorblatt darüber hinaus vorzugsweise einen Betätigungsbolzen umfasst, der konfiguriert ist, linear durch den Schlitz betätigt zu werden, um die deformierbare Membran in die betätigte Position zu bewegen.
Das Rotorblatt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Störklappenanordnung darüber hinaus eine Druckfluidquelle umfasst, wobei die Druckfluidquelle vorzugsweise in Flussverbindung mit einem Hohlraum steht, der zwischen der deformierbaren Membran und der Schale festgelegt ist, und wobei die Druckfluidquelle vorzugsweise konfiguriert ist, um dem Hohlraum unter Druck stehendes Fluid zuzuführen, um die deformierbare Membran zu der betätigten Position zu bewegen.
Das Rotorblatt aus Anspruch 5, darüber hinaus umfassend ein aufblasbares Element, das in Flussverbindung mit der Druckfluidquelle steht, wobei das aufblasbare Element angeordnet ist unterhalb der deformierbaren Membran und zwischen der deformierbaren Membran und der Schale, und wobei die Druckfluidquelle vorzugsweise konfiguriert ist, dem aufblasbaren Element unter Druck stehendes Fluid zuzuführen, um die deformierbare Membran zu der betätigten Position zu bewegen.
Das Rotorblatt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die deformierbare Membran wenigstens teilweise aus einem elastischen Material gebildet ist, und/oder wobei die deformierbare Membran konfiguriert ist, um im Wesentlichen ausgerichtet mit der äußeren Oberfläche zu sein, wenn sich die deformierbare Membran in der unbetätigten Position befindet, sodass eine im Wesentlichen durchgängige aerodynamische Oberfläche zwischen der deformierbaren Membran und der äußeren Oberfläche festgelegt ist, und/oder wobei die deformierbare Membran in der betätigten Position eine Höhe oberhalb der äußeren Oberfläche festlegt.
Das Rotorblatt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, darüber hinaus umfassend eine Vielzahl von Störklappenanordnungen, die entlang des Rotorblattes voneinander beabstandet angeordnet sind.
Ein Rotorblatt für eine Windturbine, wobei das Rotorblatt umfasst: eine Schale mit einer Druckseite und einer Saugseite, wobei die Schale eine äußere Oberfläche festlegt, über deren Druckseite und Saugseite sich ein Luftfluss bewegt; und, eine Störklappenanordnung, wobei die Störklappenanordnung umfasst: eine deformierbare Membran, die benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist, wobei die deformierbare Membran konfiguriert ist, relativ zu der äußeren Oberfläche deformiert zu werden, sodass wenigstens ein Teil der deformierbaren Membran beweglich ist zwischen einer unbetätigten Position und einer betätigten Position; und, Mittel zum Bewegen wenigstens eines Teils der deformierbaren Membran zu einer betätigten Position.
Eine Windturbine mit wenigstens einem Rotorblatt gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.
Ein Verfahren zum Betätigen einer Störklappenanordnung relativ zu einer äußeren Oberfläche eines Rotorblattes einer Windturbine, wobei das Verfahren umfasst: Anwenden einer Kraft auf eine deformierbare Membran, die benachbart zu der äußeren Oberfläche angeordnet ist, um wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran von einer unbetätigten Position zu einer betätigten Position zu bewegen; und, Entfernen der Kraft von der deformierbaren Membran, um den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran zu einer unbetätigten Position zurückzuführen.
Das Verfahren gemäß Anspruch 11, wobei Anwenden einer Kraft auf eine deformierbare Membran, die auf einer äußeren Oberfläche angeordnet ist, um wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran von einer unbetätigten Position zu einer betätigten Position zu bewegen, umfasst: Betätigen eines Betätigungsbolzens gegen den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran, wobei vorzugsweise ein Schlitz durch die äußere Oberfläche festgelegt ist und die deformierbare Membran vorzugsweise über diesen Schlitz angeordnet ist, wobei Betätigen des Betätigungsbolzens gegen den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran vorzugsweise umfasst: Betätigen des Betätigungsbolzens innerhalb des Rotorblattes durch den Schlitz und gegen den wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran.
Das Verfahren aus Anspruch 11 oder 12, wobei Anwenden einer Kraft auf eine deformierbare Membran, die auf der äußeren Oberfläche angeordnet ist, um wenigstens einen Teil der deformierbaren Membran von einer unbetätigten Position zu einer betätigten Position zu bewegen, umfasst: Aufblasen der deformierbaren Membran mit einem unter Druck stehenden Fluid und/oder Aufblasen eines aufblasbaren Elements, das sich unterhalb der deformierbaren Membran befindet, mit einem unter Druck stehenden Fluid.
Ein Verfahren zum Betreiben einer Windturbine umfassend das Verfahren zum Betätigen einer Störklappenanordnung relativ zu einer äußeren Oberfläche eines Rotorblattes der Windturbine gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13.