DE102012111195A1

DE102012111195A1 - Blattvergrößerungsvorrichtung für Rotorblätter in einer Windkraftanlage

Info

Publication number: DE102012111195A1
Application number: DE102012111195A
Authority: DE
Inventors: Christian A. Carroll; Aaron Yarbrough; Stefan Herr
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: LM WIND POWER A/S, DK
Priority date: 2011-11-21
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2013-05-23
Also published as: US8376703B2; DK201270680A; DK177953B1; US20120134815A1; CN103133237B; CN103133237A

Abstract

Es werden eine Blattvergrößerungsvorrichtung für ein Rotorblatt und eine Rotorblattanordnung für eine Windkraftanlage offengelegt. Die Rotorblattanordnung enthält ein Rotorblatt mit Außenoberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich jeweils im Wesentlichen in Spannenrichtung zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Rotorblattanordnung enthält ferner eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit einem ersten Paneel und einem gegenüberliegenden zweiten Paneel. Sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel enthält eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken. Das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel ist in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet.

Description

Gebiet der Erfindung
Der vorliegende Erfindungsgegenstand betrifft im Wesentlichen Rotorblätter von Windkraftanlagen und insbesondere Blattvergrößerungsvorrichtungen für die Rotorblätter.
Hintergrund der Erfindung
Windkraft wird als eine der saubersten, umweltfreundlichsten der derzeit zur Verfügung stehenden Energiequellen betrachtet, und Windkraftanlagen haben diesbezüglich erhöhte Aufmerksamkeit gefunden. Eine moderne Windkraftanlage enthält typischerweise einen Turm, einen Generator, ein Getriebe, eine Gondel und ein oder mehrere Rotorblätter. Die Rotorblätter gewinnen kinetische Energie des Windes unter Anwendung bekannter Flügelprinzipien und übertragen die kinetische Energie in der Form von Rotationsenergie, um eine Welle zu drehen, die die Rotorblätter mit einem Getriebe, oder wenn kein Getriebe verwendet wird, direkt mit dem Generator verbindet. Der Generator wandelt dann die mechanische Energie in elektrische Energie um, die an ein Stromversorgungsnetz geliefert werden kann. Die derzeit bekannte Windkraftanlagentechnologie hat zu Rotorblättern geführt. Die allgemein in der Größe zunehmen, um höhere kinetische Energie erfassen zu können. Jedoch nimmt mit der Größe eines Rotorblattes auch sein Gewicht zu. Ein derart erhöhtes Gewicht kann das Betriebsverhalten eines Rotorblattes und der Windkraftanlage prinzipiell negativ beeinflussen.
Ferner hat die derzeitige Windkraftanlagentechnologie zu der Entwicklung von Klappen und/oder anderen geeigneten Anbauvorrichtungen geführt, welche an Rotorblättern nachgerüstet werden können. Die Anbauvorrichtungen sind typischerweise aus festen, einteiligen Konstruktionen ausgebildet und werden an den Rotorblättern befestigt, um die Rotorblattoberfläche zu vergrößern und somit den Auftrieb zu vergrößern. Jedoch tragen derartige Anbauvorrichtungen Gewicht zu dem Rotorblatt bei. Wenn Rotorblattvergrößerungsvorrichtungen in der Größe zunehmen, um sich an Zunahmen in der Rotorblattgröße anzupassen, kann das hinzugefügte Gewicht der Blattvergrößerungsvorrichtungen das Verhalten des Rotorblattes und der Windkraftanlage negativ beeinflussen. Zusätzlich erfordern Windkraftanlagen typischerweise Bremssysteme, um die Rotorblätter während bestimmter Betriebsperioden der Windkraftanlage zu bremsen. Jedoch können derartige Bremssysteme insbesondere aufgrund der zunehmenden Größe von Rotorblättern prohibitiv teuer und schwer sein.
Somit wäre eine verbesserte Rotorblattanordnung vorteilhaft. Beispielsweise wäre eine Rotorblattanordnung, die eine verbesserte Rotorblattvergrößerungsvorrichtung enthält, im Fachgebiet erwünscht. Insbesondere wäre eine Rotorblattanordnung vorteilhaft, die eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit leichten Merkmalen und/oder Bremsmerkmalen enthält.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden zum Teil in der nachstehenden Beschreibung dargestellt oder können aus der Beschreibung ersichtlich sein oder durch die praktische Ausführung der Erfindung erkannt werden.
In einer Ausführungsform wird eine Rotorblattanordnung für eine Windkraftanlage geschaffen. Die Rotorblattanordnung enthält ein Rotorblatt mit Außenoberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich jeweils im Wesentlichen in Spannenrichtung zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Rotorblattanordnung enthält ferner eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit einem ersten Paneel und einem gegenüberliegenden zweiten Paneel. Sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel enthält eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken. Das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel ist in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet.
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Blattvergrößerungsvorrichtung für ein Rotorblatt in einer Windkraftanlage geschaffen. Die Blattvergrößerungsvorrichtung enthält ein erstes Paneel und ein gegenüberliegendes zweites Paneel. Sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel enthält eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken. Das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel ist dafür eingerichtet, dass es in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet ist.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die nachstehende Beschreibung und die beigefügten Ansprüche besser verständlich. Die beigefügten Zeichnungen, welche in dieser Patentschrift enthalten sind und einen Teil davon bilden, veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erläuterung der Prinzipien der Erfindung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Eine vollständige und grundlegende Offenlegung der vorliegenden Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart, die an den Fachmann gerichtet ist, wird nachstehend in der Patentschrift unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 eine Seitenansicht einer Windkraftanlage gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 eine perspektivische Draufsicht auf eine Rotorblattanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
3 eine perspektivische Draufsicht auf eine Rotorblattanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
4 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
5 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
6 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
7 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung in einer Standardbetriebsposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
8 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung von 7 in einer Hilfsposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
9 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung in einer Standardbetriebsposition gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
10 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung von 9 in einer Hilfsposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
11 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung in einer Standardbetriebsposition gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist:
12 eine Querschnittsansicht einer Rotorblattanordnung von 11 in einer Hilfsposition gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenlegung ist;
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Es wird nun detailliert Bezug auf Ausführungsformen der Erfindung genommen, wovon ein oder mehrere Beispiele in den Zeichnungen dargestellt sind. Jedes Beispiel wird im Rahmen einer Erläuterung der Erfindung und nicht einer Einschränkung der Erfindung bereitgestellt. Tatsächlich dürfte es für den Fachmann ersichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen und Varianten in der vorliegenden Erfindung ohne Abweichung von dem Schutzumfang oder dem Erfindungsgedanken der Erfindung vorgenommen werden können. Beispielsweise können als Teil einer Ausführungsform dargestellte und beschriebene Merkmale bei einer weiteren Ausführungsform genutzt werden, um noch eine weitere Ausführungsform zu erhalten. Somit soll die vorliegende Erfindung derartige Modifikationen und Varianten abdecken, soweit sie in den Schutzumfang der beigefügten Ansprüche und deren Äquivalente fallen.
1 stellte eine Windkraftanlage 10 herkömmlichen Aufbaus dar. Die Windkraftanlage 10 enthält einen Turm 12 mit einer darauf befestigten Gondel 16. Mehrere Rotorblätter 16 sind an einer Rotornabe 18 befestigt, welche wiederum an einem Hauptflansch befestigt ist, der eine Hauptrotorwelle dreht. Die Energieerzeugungs- und Steuerkomponenten der Windkraftanlage sind in der Gondel 14 untergebracht. Die Ansicht von 1 ist für nur für Veranschaulichungszwecke vorgesehen, um die vorliegende Erfindung in ein exemplarisches Anwendungsumfeld zu stellen. Es dürfte erkennbar sein, dass die Erfindung auf keinerlei speziellen Typ einer Windkraftanlage beschränkt ist.
Bezüglich 2 bis 12 kann ein Rotorblatt 16 gemäß der vorliegenden Offenlegung eine Druckseite 22 und eine Saugseite 24 eine Vorderkante 26 und eine Hinterkante 28 definierende Oberflächen haben. Die Druckseite 22 und Saugseite 24 können sich jeweils zwischen der Vorderkante 26 und der Hinterkante 28 erstrecken. Die Außenoberflächen können sich zwischen einer Blattspitze 32 und einem Blattfuß 34 im Wesentlichen, wie nachstehend diskutiert, in Spannenrichtung erstrecken.
Eine oder mehrere von der Druckseite 22, der Saugseite 24, der Vorderkante 26 und/oder der Hinterkante 28 können im Wesentlichen aerodynamische Oberflächen mit im Wesentlichen aerodynamischen Konturen sein, wie es allgemein im Fachgebiet bekannt ist. Beispielsweise stellen 4 bis 12 verschiedene Ausführungsformen eines Rotorblattes 16 dar, wobei die Druckseite 22, die Saugseite 24, die Vorderkante 26 und die Hinterkante 28 im Wesentlichen aerodynamische Oberflächen mit im Wesentlichen aerodynamischen Konturen haben und somit ein typischerweise bekanntes Flügelquerschnittsprofil ausbilden.
In einigen Ausführungsformen kann das Rotorblatt 16 mehrere einzelne Blattsegmente enthalten, die in einer Ende-an-Ende-Reihenfolge von der Blattspitze 32 zu dem Blattfuß 34 ausgerichtet sind. Jedes von den einzelnen Blattsegmenten kann einzigartig ausgelegt sein, sodass die mehreren Blattsegmente ein vollständiges Rotorblatt 16 mit einem konstruierten aerodynamischen Profil, einer Länge und anderen gewünschten Eigenschaften definieren. Beispielsweise kann jedes von den Blattsegmenten ein aerodynamisches Profil haben, das dem aerodynamischen Profil benachbarter Blattsegmente entspricht. Somit können die aerodynamischen Profile der Blattsegmente ein zusammenhängendes Profil des Rotorblattes 16 definieren. Alternativ kann das Rotorblatt 16 als ein einzelnes einteiliges Blatt mit dem ausgelegten aerodynamischen Profil, der Länge und anderen gewünschten Eigenschaften ausgebildet sein.
Das Rotorblatt 16 kann in exemplarischen Ausführungsformen gekrümmt sein. Die Krümmung des Rotorblattes 16 kann eine Biegung des Rotorblattes 16 im Wesentlichen in Schlagrichtung und/oder im Wesentlichen in Kantenrichtung umfassen. Die Schlagrichtung kann im Wesentlichen als die Richtung (oder die entgegengesetzte Richtung) betrachtet werden, in welcher der aerodynamische Auftrieb auf das Rotorblatt 16 einwirkt. Die Kantenrichtung ist im Wesentlichen rechtwinklig zur Schlagrichtung. Die Schlagkrümmung des Rotorblattes 16 ist auch als Vorbiegung bekannt, während die Kantenkrümmung als Pfeilung ("Sweep") bekannt ist. Somit kann das gekrümmte Rotorblatt 16 vorgebogen und/oder gepfeilt sein. Die Krümmung kann dem Rotorblatt 16 ermöglichen, besser Belastungen in Schlagrichtung und Kantenrichtung während des Betriebs der Windkraftanlage 10 zu widerstehen und kann ferner für einen Abstand des Rotorblattes 16 von dem Turm (12) während des Betriebs der Windkraftanlage 10 sorgen.
Das Rotorblatt 16 kann ferner eine Sehne 42 und eine Spanne 44 definieren, die sich in Sehnen- bzw. Spannenrichtung erstrecken. Gemäß Darstellung in den 2 bis 5 kann die Sehne 42 über die gesamte Spanne 44 des Rotorblattes 16 variieren. Somit kann, wie nachstehend diskutiert, eine lokale Sehne 46 für das Rotorblatt 16 an jedem Punkt des Rotorblattes 16 entlang der Spanne 44 definiert werden. Ferner kann das Rotorblatt gemäß Darstellung eine maximale Sehne 48 definieren.
Zusätzlich kann das Rotorblatt 16 einen Innenbereich 52 und einen Außenbereich 54 definieren. Der Innenbereich 52 kann ein Abschnitt in Spannenrichtung des Rotorblattes 16 sein, der sich von dem Fuß 34 aus erstreckt. Beispielsweise kann der Innenbereich 52 in einigen Ausführungsformen angenähert 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder irgendeinen Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen dazwischen oder irgendeinen anderen geeigneten Prozentsatz oder Bereich Prozentsätzen der Spanne 44 von dem Fuß 34 aus beinhalten. Der Außenbereich 54 kann ein Teil des Rotorblattes 16 in Spannenrichtung sein, der sich von der Spitze 32 aus erstreckt, und kann in einigen Ausführungsformen den restlichen Anteil des Rotorblattes 16 zwischen dem Innenbereich 52 und der Spitze 32 beinhalten. Zusätzlich oder alternativ kann der Außenbereich 54 in einigen Ausführungsformen angenähert 33%, 40%, 50%, 60%, 67% oder jeden Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen dazwischen oder jeden anderen geeigneten Prozentsatz oder Bereich von Prozentsätzen der Spanne 44 von der Spitze 32 aus beinhalten.
Eine oder mehrere tragende Komponenten können in dem Rotorblatt 16 enthalten sein, um dem Rotorblatt eine tragende Unterstützung zu verleihen. Beispielsweise stellen die 4 bis 12 einen Scherungsholm 62 dar, der sich zwischen zwei Holmgurten 64 erstreckt. Der Scherungsholm 62 und die Holmgurte 64 können sich durch das Rotorblatt 16 oder einen beliebigen Abschnitt davon im Wesentlichen in der Spannenrichtung erstrecken. Die die Druckseite 22 und die Saugseite 24 definierenden Oberflächen können die Holmgurte 64 enthalten oder überdecken.
Gemäß Darstellung in den 2 bis 12 ist die vorliegende Erfindung auf eine Rotorblattanordnung 100 gerichtet. Eine Rotorblattanordnung 100 gemäß der vorliegenden Offenlegung kann ein Rotorblatt 16 und eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 enthalten. Die Blattvergrößerungsvorrichtung 110 beinhaltet zwei gegenüberliegende Paneele. Jedes Paneel 112, 114 enthält eine Innenoberfläche 116 und eine Außenoberfläche 118. Die Paneele 112, 114 liegen einander so gegenüber, dass die Innenoberflächen 116 der Paneele zueinander zeigen und die Außenoberflächen 118 voneinander weg zeigen.
Jedes Paneel 112, 114 oder jeder Abschnitt davon kann in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen aerodynamische Kontur haben. Beispielsweise kann die Außenoberfläche 118 eine im Wesentlichen aerodynamische Kontur haben. Ferner kann die Außenoberfläche 118 in einigen Ausführungsformen eine im Wesentlichen kontinuierliche aerodynamische Oberfläche mit einer Außenoberfläche, wie z.B. der Druckseite 22 oder der Saugseite 24 eines Rotorblattes 16 definieren. Eine im Wesentlichen zusammenhängende aerodynamische Oberfläche ist eine Oberfläche, die eine im Wesentlichen zusammenhängende aerodynamische Kontur besitzt. Somit liegt, wenn zwei Oberflächen eine im Wesentlichen kontinuierliche aerodynamische Oberfläche definieren, nur eine geringe Unterbrechung in der aerodynamischen Kontur an dem Überschneidungspunkt der zwei Oberflächen vor. Eine derartige zusammenhängende aerodynamische Kontur kann insbesondere in Ausführungsformen auftreten, in welchen die Paneele 112, 114 feststehend sind, und/oder in Ausführungsformen, in welchen die Paneele 112, 114 beweglich und in einer normalen Betriebsposition sind und/oder in Ausführungsformen, in welchen die Paneele 112, 114 beweglich und in einer Hilfsposition sind, wie es nachstehend diskutiert wird.
In weiteren Ausführungsformen können die Paneele 112, 114 wie z.B. deren Außenoberfläche 118 oder irgendwelche anderen Abschnitte davon beliebige andere geeignete Konturen haben, welche eben, gekrümmt eben oder anderweitig sein können.
Wie dargestellt, kann sich jedes Paneel 112, 114 zwischen einem proximalen Ende 120 und einem distalen Ende 122 erstrecken. Das proximale Ende 120 kann das Ende sein, das an dem Rotorblatt 16 befestigt ist, und/oder relativ näher an dem Rotorblatt 16 verbleibt, wenn das Paneel 112, 114 wie nachstehend diskutiert in eine Hilfsposition bewegt wird. Das distale Ende 122 kann das Ende sein, das an dem Rotorblatt 16 befestigt ist, und/oder relativ weiter weg von dem Rotorblatt 16 bleibt, wenn das Paneel 112, 114 wie nachstehend beschrieben in eine Hilfsposition bewegt wird. Die Innenoberfläche 116 und die Außenoberfläche 118 jedes Paneels 112, 114 können sich jeweils zwischen einem proximalen Ende 120 und einem distalen Ende 122 erstrecken.
Jedes Paneel 112, 114 kann sich über einen beliebigen geeigneten Spannenabschnitt des Rotorblattes 16 hinweg erstrecken und somit eine geeignete Länge in Bezug auf die Spanne 44 haben. Beispielsweise kann sich ein Paneel 112, 114 von dem Fuß 34 aus zu der Spitze 32 gemäß Darstellung in 2 erstrecken. Alternativ kann das Paneel 112, 114 von dem Fuß 34 gemäß Darstellung in 3 in Abstand angeordnet sein. Ferner kann ein Paneel 112, 114 gemäß Darstellung in 2 vollständig innerhalb des Innenbereichs 52, sowohl innerhalb des Innenbereichs 52 als auch des Außenbereichs 54 oder vollständig innerhalb des Außenbereichs 54, wie es in 3 dargestellt ist, angeordnet sein.
Ferner kann ein Paneel 112, 114 jeden geeigneten Abschnitt eines Rotorblattes 16 gemäß Darstellung in den 4 bis 12 überlappen. Die Überlappung kann auf der Basis jedes geeigneten Querschnittsprofils des Rotorblattes 16 an einer Stelle in Spannenrichtung bestimmt werden, an der die Blattvergrößerungsvorrichtung 116 an dem Rotorblatt 16 befestigt ist, und kann in Bezug auf die lokale Sehne 46 bestimmt werden. Beispielsweise können ein Paneel 112 und/oder ein Paneel 114 ca. 70%, ca. 60%, ca. 50%, ca. 40%, ca. 30%, zwischen 0% und ca. 70%, zwischen ca. 0% und ca. 60%, ca. 0% und ca. 50% oder zwischen ca. 0% und ca. 40% oder jeden beliebigen anderen geeigneten Prozentsatz, Bereich oder Teilbereich der lokalen Sehne 46 überlappen. In einigen Ausführungsformen kann gemäß Darstellung in den 4 bis 10 das proximale Ende 120 eines Paneels 112, 114 an dem Rotorblatt 16 beispielsweise an dessen Außenoberfläche befestigt sein. Das proximale Ende 120 kann in einigen Ausführungsformen durch die Verwendung beispielsweise eines geeigneten Klebers oder einer geeigneten Hartlötungs- oder Schweißtechnik befestigt sein, oder kann durch die Verwendung beispielsweise geeigneter mechanischer Befestigungselemente, wie z.B. Schrauben, Nägel, Nieten, Schrauben/Bolzen-Kombinationen usw. befestigt sein. In diesen Ausführungsformen kann das Paneel 112, 114 in Bezug auf das Rotorblatt 16 wie nachstehend diskutiert und in den 4 bis 6 dargestellt, befestigt sein. In weiteren Ausführungsformen kann das proximale Ende 120 durch die Verwendung eines Stiftes oder einer anderen geeigneten Einrichtung oder Apparatur befestigt sein, die eine Bewegung des Paneels 112, wie z.B. eine Drehung in Bezug auf das Rotorblatt 16 wie nachstehend diskutiert und in den 7 bis 10 dargestellt, zulässt. In noch weiteren Ausführungsformen kann das proximale Ende 120 von dem Rotorblatt 16 gelöst und nicht daran befestigt sein, sodass sich das Paneel 112, 114 in Bezug auf das Rotorblatt 16 verschieben kann, wie es nachstehend diskutiert und in den 11 und 12 dargestellt wird.
Wie erwähnt, kann das proximale Ende 120 eines Paneels 112, 114 in einigen Ausführungsformen an dem Rotorblatt 16 befestigt sein, wie z.B. an einer Außenoberfläche davon. Beispielsweise kann das erste Paneel 112 an der Saugseite 24 gemäß Darstellung in den 4 bis 11 befestigt sein, oder kann an der Druckseite 22, der Vorderkante 26 oder der Hinterkante 28 befestigt sein. Das zweite Paneel 114 kann an der Hinterkante 28 gemäß Darstellung in den 4 und 7 bis 8, an der Druckseite 22 gemäß Darstellung in den 5, 6, 9 und 10 oder an der Saugseite 24 oder der Vorderkante 26 befestigt sein.
Das distale Ende 122 eines Paneels 112, 114 kann von dem Rotorblatt 16 in einer Standardbetriebsposition beabstandet sein. Beispielsweise kann gemäß Darstellung in den 4 bis 7, 9 und 11 das distale Ende 122 in der allgemeinen Sehnenrichtung (entlang der Sehne 42 oder lokalen Sehne 46) in Abstand angeordnet sein. Die Standardbetriebsposition kann die feststehende Position sein, oder kann eine Standardbetriebsposition für ein nachstehend diskutiertes bewegliches Paneel 112, 114 sein. Das distale Ende 122 kann in einigen Ausführungsformen von dem Rotorblatt 16 beabstandet sein, wenn es sich in einer Hilfsposition gemäß Darstellung in den 8, 10 und 12 befindet, oder kann zu dem Rotorblatt 16 in der Sehnenrichtung ausgerichtet sein, wenn es sich in der nachstehend diskutierten Hilfsposition befindet.
Wie dargestellt, kann eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Offenlegung, wie z.B. das erste Paneel 112 und sein zweites Paneel 114 vergrößerte Außenoberflächen für das Rotorblatt 16 bereitstellen und definieren. Beispielsweise kann gemäß Darstellung in den 4 bis 12 die Außenoberfläche 118 des ersten Paneels 112 eine vergrößerte Saugseite 134 definieren, und die Außenoberfläche 118 des zweiten Paneels 114 kann eine vergrößerte Druckseite 132 definieren. Durch Verlängern der Druckseite 22 und der Saugseite 24 des Rotorblattes 16 kann die Blattvergrößerungsvorrichtung 110 die Auftriebskapazität erhöhen, den Widerstand verringern und/oder das Auftriebs/Widerstands-Verhältnis des Rotorblattes 16 in einer feststehenden Position oder Standardbetriebsposition erhöhen.
Zusätzlich können in einigen Ausführungsformen gemäß Darstellung in den 4 bis 10 die Blattvergrößerungsvorrichtung 110, wie z.B. das erste Paneel 112 und sein zweites Paneel 114, eine vergrößerte Hinterkante 138 definieren. Somit können die Paneele 112, 114 in diesen Ausführungsformen von der Vorderkante 26 in der Sehnenrichtung beabstandet sein. Eines oder beide Paneele 112, 114 können jedoch immer noch einen Abschnitt des Rotorblattes 16 überlappen. In weiteren Ausführungsformen gemäß Darstellung in den 11 bis 12 können die Blattvergrößerungsvorrichtung 110 wie z.B. das erste Paneel 112 und sein zweites Paneel 114 eine vergrößerte Vorderkante 136 definieren. Somit können die Paneele 112, 114 in diesen Ausführungsformen von der Hinterkante 28 in der Sehnenrichtung beabstandet sein. Eines oder beide Paneele 112, 114 können trotzdem noch einen Abschnitt des Rotorblattes 16 überlappen.
Jedes Paneel 112, 114 einer Blattvergrößerungsvorrichtung 110 gemäß der vorliegenden Offenlegung kann aus beliebigen geeigneten Materialien ausgebildet sein. In einigen Ausführungsformen kann ein Paneel 112, 114 beispielsweise einen Kern 140 gemäß Darstellung in den 4 bis 12 enthalten. Ferner kann ein Paneel 112, 114 in einigen Ausführungsformen eine Abdeckung 142 gemäß Darstellung in 4 enthalten. Die Abdeckung 142 kann wenigstens einen Abschnitt des Kerns 140 verschließen und somit die Innenoberfläche 116 und/oder Außenoberfläche 118 eines Paneels 112, 114 gemäß Darstellung ausbilden. Der Kern 140 eines Paneels 112, 114 kann beispielsweise aus Kohlefaser, Glasfaser, gehärtetem Schaum oder irgendeinem anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Das zum Ausbilden eines Kerns 140 verwendete Material kann bevorzugt leicht sein und ferner bevorzugt ausreichend starr sein, um dessen Struktur während der Nutzung in einer Windkraftanlage 10 aufrechtzuerhalten. Die Abdeckung 142 eines Paneels 112, 114 kann aus Glasfaser, Aluminium, Gewebe oder irgendeinem anderen geeigneten Material ausgebildet sein. Das Gewebe kann in einigen Ausführungsformen "verstärkt" oder so behandelt sein, dass es ausreichend starr ist. Ähnlich zu dem Kern 140 kann das zum Ausbilden einer Abdeckung 142 verwendete Material bevorzugt leicht sein und bevorzugt ausreichend starr sein, um seine Struktur während der Nutzung in einer Windkraftanlage 10 beizubehalten.
In einigen Ausführungsformen gemäß Darstellung in 4 kann sowohl das erste Paneel 112 als auch das zweite Paneel 114 eine Abdeckung 142 enthalten. Ferner können in einigen Ausführungsformen gemäß Darstellung die Abdeckungen 142 des Paneels 112, 114 verbunden sein, und somit nur eine integrierte Abdeckung 142 ausbilden. Die integrierte Abdeckung 142 kann sich zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 an irgendeiner geeigneten Stelle entlang der Paneele 112, 114 erstrecken. Beispielsweise erstreckt sich in einigen Ausführungsformen die Abdeckung 142 zwischen dem distalen Ende 122 des ersten Paneels 112 und dem distalen Ende 122 des zweiten Paneels 114 und kann somit die vergrößerte Hinterkante 138 gemäß Darstellung in 4 oder die vergrößerte Vorderkante 136 ausbilden. In weiteren Ausführungsformen können die Abdeckungen 142 des ersten Paneels 112 und des zweiten Paneels 114 voneinander getrennt sein.
Wie es ferner in 4 dargestellt ist, kann eine Feder 144 zwischen der Abdeckung 142 und einer Oberfläche des Rotorblattes 16, wie z.B. der Druckseite 22, der Saugseite 24, der Vorderkante 26 oder der Hinterkante 28 eingefügt sein. Die Feder 144 kann eine Zugkraft auf die Abdeckung 142 ausüben, um sicherzustellen, dass die Abdeckung 142 während des Betriebs der Windkraftanlage 100 gespannt bleibt. Zusätzlich kann sich in Ausführungsformen, in welchen die Blattvergrößerungsvorrichtung 110 wie hierin diskutiert beweglich ist, die Feder 144 nach Bedarf strecken und zusammendrücken, um die Spannung der Abdeckung 142 aufrechtzuerhalten.
In einigen Ausführungsformen gemäß Darstellung in den 5 und 6 können ein oder mehrere tragende Elemente in einer Blattvergrößerungsvorrichtung 110 enthalten sein. Die tragenden Elemente können an einem oder beiden Paneelen 112, 114 und/oder dem Rotorblatt 16 befestigt sein, um eine tragende Unterstützung für die und zwischen den Paneelen 112, 114 bereitzustellen. Ein tragendes Element kann sich somit zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 erstrecken und diese verbinden, oder kann sich zwischen einem der Paneele 112, 114 und einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 erstrecken und diese verbinden. Tragende Elemente können beispielsweise Stangen, Keile, Holme wie nachstehend diskutiert oder irgendwelche andere geeignete Elemente sein, die eine tragende Unterstützung bereitstellen.
Beispielsweise kann in einigen Ausführungsformen gemäß Darstellung in 5 eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 ein oder mehrere Stäbe 152 und/oder einen oder mehrere Keile 154 enthalten. Ein Stab 152 kann sich in jeder geeigneten Richtung und an jeder geeigneten Stelle zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 oder zwischen einem der Paneele 112, 114 und einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann sich ein sich zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 erstreckender Stab 152 an den oder in der Nähe der distalen Enden 122 der Paneele 112, 114 befinden, um eine tragende Unterstützung für die distalen Enden 122 bereitzustellen. Ferner können in einigen Ausführungsformen mehrere Stäbe 152 entlang der Spanne 44 des Rotorblattes 16 oder irgendeines Abschnittes davon angeordnet und beabstandet sein. Ein Keil 154 kann sich in jeder geeigneten Richtung und an jeder geeigneten Stelle zwischen einem der Paneele 112, 114 und einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 erstrecken. Ein Keil 154 kann sich entlang eines geeigneten Abschnittes der Spanne 44 des Rotorblattes 16 erstrecken und/oder mehrere Keile 154 können entlang der Spanne 44 des Rotorblattes 16 oder irgendeines Abschnittes davon angeordnet und davon beabstandet sein.
In weiteren Ausführungsformen gemäß Darstellung in 6 kann eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 einen Holm 156 enthalten. Ein Holm 156 kann sich in jeder geeigneten Richtung und an jeder geeigneten Stelle zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 oder zwischen einem der Paneele 112, 114 und einer Außenoberfläche des Rotorblattes 16 erstrecken. In einigen Ausführungsformen kann sich ein sich zwischen dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 erstreckender Holm 156 an den oder in der Nähe der distalen Enden 122 der Paneele 112, 114 befinden, um eine tragende Unterstützung für die distalen Enden 122 bereitzustellen. Ein Holm 156 kann sich entlang eines geeigneten Abschnittes der Spanne 44 des Rotorblattes erstrecken und/oder mehrere Holme 156 können entlang der Spanne 44 des Rotorblattes 16 eines beliebigen Abschnittes davon angeordnet und beabstandet sein.
Wie vorstehend diskutiert, können in einigen Ausführungsformen eines oder beide von dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 feststehend sein, während in anderen Ausführungsformen eines oder beide von dem ersten Paneel 112 und dem zweiten Paneel 114 beweglich sein können. Beispielsweise stellen 4 bis 6 verschiedene Ausführungsformen dar, in welchen das erste Paneel 112 und das zweite Paneel 114 feststehend sind. Wenn ein Paneel 112, 114 feststehend ist, bewegt es sich in Bezug auf das Rotorblatt 16 nicht, außer aufgrund externer Kräfte während des Betriebs der Windkraftanlage 10. Ferner kann ein Paneel 112, 114 gemäß der vorliegenden Offenlegung in einer Standardbetriebsposition wie nachstehend diskutiert, feststehend sein.
7 bis 12 stellen verschiedene Ausführungsformen dar, in welchen das erste Paneel 112 und das zweite Paneel 114 in Bezug auf das Rotorblatt 16 beweglich sind. Im Wesentlichen kann ein bewegliches Paneel 112, 114 zwischen einer Standardbetriebsposition gemäß Darstellung in den 7, 9 und 11 und einer Hilfsposition gemäß Darstellung in den 8, 10 und 12 bewegbar sein. Eine Standardbetriebsposition ist eine Position, die ein Paneel 112, 114 während eines normalen Betriebs der Windkraftanlage einnehmen kann. Eine derartige Position kann dem Paneel 112, 114 ermöglichen, beispielsweise die Auftriebskapazität zu verstärken, den Widerstand zu verringern und/oder das Auftriebs/Widerstands-Verhältnis des Rotorblattes 16 zu erhöhen oder einen anderen geeigneten Vorteil für das Rotorblatt 16 während des normalen Betriebs zu erzeugen. Eine Hilfsposition ist eine Position, die ein Paneel 112, 114 während spezifischer Perioden außerhalb des normalen Betriebs der Windkraftanlage 10 einnehmen kann. Beispielsweise kann eine Hilfsposition eine Lastabwurfposition sein und ein Paneel 112, 114 kann in diese Position während Perioden bei einer erhöhten Belastung versetzt werden, oder eine Hilfsposition kann eine Bremsposition sein, und ein Paneel 112, 114 kann in diese Position während des Bremsens einer Windkraftanlage 10 versetzt werden.
7 bis 10 stellen Ausführungsformen bewegbarer Paneele 112, 114 dar, in welchen die Paneele 112, 114 schwenkbar sind. In diesen Ausführungsformen kann das proximale Ende 120 eines Paneels 112, 114 schwenkbar an dem Rotorblatt 16 befestigt sein, und das distale Ende 122 kann in Bezug auf das proximale Ende 120 schwenken. Jedes Paneel 112, 114 kann in einer Richtung von der Druckseite 22 zu der Saugseite 24 schwenken, wie es durch beide Paneele 112, 114 in den 7 und 8 und durch das erste Paneel 112 in 9 und 10 dargestellt wird, oder kann in einer Richtung von der Saugseite 24 zu der Druckseite 22 schwenken, wie es durch das zweite Paneel in den 9 und 10 dargestellt wird.
11 und 12 stellen Ausführungsformen beweglicher Paneele 112, 114 dar, in welchen die Paneele 112, 114 verschiebbar sind. In diesen Ausführungsformen sind sowohl das proximale Ende 120 als auch das distale Ende 122 von dem Rotorblatt 16 getrennt und das Paneel 112, 114 kann in Bezug auf das Rotorblatt 16 gleiten. Beispielsweise kann jedes Paneel 112, 114 in der dargestellten Ausführungsform in Bezug auf das Rotorblatt 16 im Wesentlichen in der Sehnenrichtung über die entsprechende Saugseite 24 und Druckseite 22 gleiten.
Gemäß Darstellung in den 7 bis 12 können ein oder mehrere Betätigungselemente 160 in der Blattvergrößerungsvorrichtung 110 enthalten sein. Jedes Betätigungselement 160 kann mit einem Paneel 112, 114 verbunden sein und kann zum Bewegen des Paneels 112, 114 zwischen einer Standardbetriebsposition und einer Hilfsposition betätigt werden. Ein Betätigungselement kann ein pneumatischer Zylinder, ein hydraulischer Zylinder, ein Getriebe oder jede andere geeignete Vorrichtung sein, die zum Bewegen eines Paneels 112, 114 betätigt werden kann.
Somit ist die vorliegende Offenlegung vorteilhaft auf eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 und eine Rotorblattanordnung 100 mit verbesserten Merkmalen gerichtet. Beispielsweise kann eine Blattvergrößerungsvorrichtung 110 mit einem ersten Paneel 112 und einem zweiten Paneel 114 wie vorstehend diskutiert das Gewicht im Vergleich zu ähnlich dimensionierten und bereits bekannten Blattvergrößerungsvorrichtungen 110 reduzieren, während gleichzeitig eine Auftriebsverstärkung, Widerstandsverringerung und/oder Auftriebs/Widerstands-Verhältnisverstärkung und/oder andere nützliche Merkmale für Rotorblätter 16 bereitgestellt werden. Derartige Blattvergrößerungsvorrichtungen 110 können ferner für ein existierendes Rotorblatt 16 gemäß Darstellung in den 2 bis 12 nachgerüstet werden oder können bei neu gefertigten Rotorblättern 16 genutzt werden. Derartige Blattvergrößerungsvorrichtungen 110 können ferner in einigen Ausführungsformen vorteilhaft Brems- und/oder Lastabwurfmerkmale beinhalten.
Diese Beschreibung nutzt Beispiele, um die Erfindung einschließlich ihrer besten Ausführungsart offenzulegen, und um auch jedem Fachmann zu ermöglichen, die Erfindung einschließlich der Herstellung und Nutzung aller Elemente und Systeme und der Durchführung aller einbezogenen Verfahren in die Praxis umzusetzen. Der patentfähige Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert und kann weitere Beispiele umfassen, die für den Fachmann ersichtlich sind. Derartige weitere Beispiele sollen in dem Schutzumfang der Erfindung enthalten sein, sofern sie strukturelle Elemente besitzen, die sich nicht von dem Wortlaut der Ansprüche unterscheiden, oder wenn sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Änderungen gegenüber dem Wortlaut der Ansprüche enthalten.
Es werden eine Blattvergrößerungsvorrichtung für ein Rotorblatt und eine Rotorblattanordnung für eine Windkraftanlage offengelegt. Die Rotorblattanordnung enthält ein Rotorblatt mit Außenoberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich jeweils im Wesentlichen in Spannenrichtung zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken. Die Rotorblattanordnung enthält ferner eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit einem ersten Paneel und einem gegenüberliegenden zweiten Paneel. Sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel enthält eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken. Das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel ist in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet.
Bezugszeichenliste

10: Windkraftanlage
12: Turm
14: Gondel
16: Rotorblatt
18: Rotornabe
22: Druckseite
24: Saugseite
26: Vorderkante
28: Hinterkante
32: Blattspitze
34: Blattfuß
42: Sehne
44: Spanne
46: lokale Sehne
48: maximale Sehne
52: Innenbereich
54: Außenbereich
62: Scherungsholm
64: Holmgurt
100: Rotorblattanordnung
110: Blattvergrößerungsvorrichtung
112: erstes Paneel
114: zweites Paneel
116: Innenoberfläche
118: Außenoberfläche
120: proximales Ende
122: distales Ende
132: vergrößerte Druckseite
134: vergrößerte Saugseite
136: vergrößerte Vorderkante
138: vergrößerte Hinterkante
140: Kern
142: Abdeckung
144: Feder
152: Stab
154: Keil
156: Holm
160: Betätigungselement

Claims

Rotorblattanordnung für eine Windkraftanlage, wobei die Rotorblattanordnung aufweist: ein Rotorblatt mit Außenoberflächen, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich jeweils im Wesentlichen in Spannenrichtung zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken; und eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit einem ersten Paneel und einem gegenüberliegenden zweiten Paneel, wobei sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche aufweisen, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken, wobei das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die Blattvergrößerungsvorrichtung eine vergrößerte Hinterkante definiert.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei die Blattvergrößerungsvorrichtung eine vergrößerte Vorderkante definiert.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel einen Kern und eine Abdeckung aufweisen, wobei die Abdeckung die Innenoberfläche und die Außenoberfläche umfasst.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 4, wobei die Abdeckung des ersten Paneels und die Abdeckung des zweiten Paneels in einem Stück miteinander ausgebildet sind, und wobei die in einem Stück ausgebildete Abdeckung sich zwischen dem distalen Ende des ersten Paneels und dem distalen Ende des zweiten Paneels erstreckt.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, welche ferner ein tragendes Element aufweist, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Paneel erstreckt und diese verbindet.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei das proximale Ende des ersten Paneels an der Saugseite des Rotorblattes befestigt ist, und das proximale Ende des zweiten Paneels an der Hinterkante des Rotorblattes befestigt ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei das proximale Ende des ersten Paneels an der Saugseite des Rotorblattes befestigt ist und das proximale Ende des zweiten Paneels an der Druckseite des Rotorblattes befestigt ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von dem ersten Paneel oder dem zweiten Paneel feststehend ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eines von dem ersten Paneel oder dem zweiten Paneel bewegbar ist.
Rotorblattanordnung nach Anspruch 10, wobei wenigstens eines von dem ersten Paneel oder dem zweiten Paneel schwenkbar ist.
Windkraftanlage, aufweisend: mehrere Rotorblätter, wobei jedes von den mehreren Rotorblättern Außenoberflächen hat, die eine Druckseite, eine Saugseite, eine Vorderkante und eine Hinterkante definieren, die sich jeweils im Wesentlichen in Spannenrichtung zwischen einer Spitze und einem Fuß erstrecken; und eine Blattvergrößerungsvorrichtung mit einem ersten Paneel und einem gegenüberliegenden zweiten Paneel, wobei sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche aufweisen, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken, wobei das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel in einer Standardbetriebsposition von dem Rotorblatt im Wesentlichen in Sehnenrichtung beabstandet ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei die Blattvergrößerungsvorrichtung eine vergrößerte Hinterkante definiert.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel einen Kern und eine Abdeckung aufweisen, wobei die Abdeckung die Innenoberfläche und die Außenoberfläche umfasst.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, die ferner ein tragendes Element aufweist, das sich zwischen dem ersten und dem zweiten Paneel erstreckt und diese verbindet.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei das proximale Ende des ersten Paneels an der Saugseite des Rotorblattes befestigt ist, und das proximale Ende des zweiten Paneels an der Hinterkante des Rotorblattes befestigt ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei das proximale Ende des ersten Paneels an der Saugseite des Rotorblattes befestigt ist und das proximale Ende des zweiten Paneels an der Druckseite des Rotorblattes befestigt ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei wenigstens eines von dem ersten Paneel oder dem zweiten Paneel feststehend ist.
Windkraftanlage nach Anspruch 12, wobei wenigstens eines von dem ersten Paneel oder dem zweiten Paneel bewegbar ist.
Blattvergrößerungsvorrichtung für ein Rotorblatt in einer Windkraftanlage, wobei die Blattvergrößerungsvorrichtung aufweist: ein erstes Paneel und ein gegenüberliegendes zweites Paneel, wobei sowohl das erste Paneel als auch das zweite Paneel eine Innenoberfläche und eine Außenoberfläche aufweisen, die sich jeweils zwischen einem proximalen Ende und einem distalen Ende erstrecken, wobei das distale Ende sowohl von dem ersten Paneel als auch dem zweiten Paneel dafür eingerichtet ist, dass es von dem Rotorblatt im Wesentlichen in einer Sehnenrichtung in einer Standardbetriebsposition in Abstand angeordnet ist.