DE102013103150A1

DE102013103150A1 - Method for determining an angle of attack

Info

Publication number: DE102013103150A1
Application number: DE102013103150.1A
Authority: DE
Inventors: Martin Rippl
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 2013-03-27
Filing date: 2013-03-27
Publication date: 2014-10-02

Abstract

Bei einem Verfahren zum Ermitteln eines Anstellwinkels (α), unter dem eine Strömung (16) ein Rotorblatt (4) eines Rotors (3) anströmt, welche sich aus einer Teilströmung (11) einer Drehbewegung (10) des Rotors (3) um seine Rotorachse (6) und aus einer externen Teilströmung (8) zusammensetzt, insbesondere für einen Rotor (3) einer Windkraftanlage (1), wird an zwei Positionen (17, 18) auf einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts (4) ein Messwert für den an der jeweiligen Position (17, 18) auf das Rotorblatt (4) einwirkenden Druck ermittelt. Aus den Messwerten von den beiden Positionen (17, 18) wird unter Berücksichtigung der Drehbewegung (10) des Rotors (3) ein Differenzdruckbeiwert (20) für mindestens eine Drehlage des Rotorblatts (4) um die Rotorachse (6) ermittelt, und dem ermittelten Differenzdruckbeiwert (20) wird der Anstellwinkel (α) definiert zugeordnet.In a method for determining an angle of attack (α), under which flows a flow (16), a rotor blade (4) of a rotor (3), which consists of a partial flow (11) of a rotational movement (10) of the rotor (3) around its Rotor axis (6) and an external partial flow (8) composed, in particular for a rotor (3) of a wind turbine (1), at two positions (17, 18) on opposite main sides of the rotor blade (4) is a measured value for at the respective position (17, 18) on the rotor blade (4) acting pressure determined. Taking into account the rotational movement (10) of the rotor (3), a differential pressure coefficient (20) for at least one rotational position of the rotor blade (4) about the rotor axis (6) is determined from the measured values of the two positions (17, 18) Differential pressure coefficient (20) is assigned to the angle of attack (α) defined.

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNGTECHNICAL FIELD OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Anstellwinkels mit den Merkmalen des Oberbegriffs des unabhängigen Patentanspruchs 1.The invention relates to a method for determining an angle of attack with the features of the preamble of independent claim 1.

Bei einer Windkraftanlage ist die Kenntnis des Anstellwinkels, unter dem eine Strömung ein Rotorblatt eines Rotors der Windkraftanlage anströmt, von besonderem Interesse, da sich je nach Anstellwinkel unterschiedliche Betriebsbedingungen ergeben. Eine Änderung des Anstellwinkels kann zur Folge haben, dass die Windkraftanlage nicht mehr mit optimalem Wirkungsgrad arbeitet oder dass eine Belastung der Rotorblätter zu groß wird. Für eine optimierte Betriebsführung ist es daher von Vorteil, die Strömungsbedingungen zu erfassen, um auf dieser Basis eine Anpassung der Einstellwinkel der Rotorblätter vorzunehmen und so eine Änderung des Anstellwinkels zu einem optimalen Anstellwinkel hin zu ermöglichen.In a wind turbine, the knowledge of the angle of attack, under which a flow flows against a rotor blade of a rotor of the wind turbine, is of particular interest, since different operating conditions result depending on the angle of attack. A change in the angle of attack can have the consequence that the wind turbine no longer works with optimum efficiency or that a load on the rotor blades is too large. For an optimized operation management, it is therefore advantageous to detect the flow conditions in order to carry out an adjustment of the setting angles of the rotor blades on this basis, thus enabling a change in the angle of attack to an optimum angle of attack.

STAND DER TECHNIKSTATE OF THE ART

Für die Betriebsführung einer Windkraftanlage wird üblicherweise eine dem Wind zugeordnete Messgröße an einer Gondel der Windkraftanlage ermittelt, z. B. mit Hilfe eines Anemometers o. ä. Wenn die Messung an der Gondel erfolgt, spiegelt die Messgröße z. B. die Windstärke und/oder die Windrichtung an der Gondel wider. Unberücksichtigt bleibt aber, dass der Wind an den Rotorblättern u. U. ein anderer ist und dass sich die Strömungsbedingungen aufgrund des Winds während eines Umlaufs der Rotorblätter um die Rotorachse des Rotors ändern. Insbesondere hängt es vom momentanen Abstand eines Rotorblatts vom Erdboden ab, wie stark und aus welcher Richtung das Rotorblatt von dem Wind beaufschlagt wird.For the operation of a wind turbine usually a wind load associated with the measured variable is determined on a nacelle of the wind turbine, z. B. with the help of an anemometer o. Ä. If the measurement takes place at the nacelle, the measured quantity reflects z. B. the wind strength and / or the wind direction on the gondola. However, it is not taken into account that the wind on the rotor blades u. U. is another and that change the flow conditions due to the wind during rotation of the rotor blades about the rotor axis of the rotor. In particular, it depends on the instantaneous distance of a rotor blade from the ground, how strong and from which direction the rotor blade is acted upon by the wind.

Gemäß der US 7,445,431 B2 ist vorgesehen, Strömungsparameter einer Anströmung eines Rotorblatts an dem Rotorblatt selbst oder vor dem Rotorblatt zu bestimmen. Um die Strömungsparameter vor dem Rotorblatt zu bestimmen, ist jedem Rotorblatt eine 5-Loch-Sonde zugeordnet, die vor einer Profilnase der Rotorblätter angeordnet ist. Zum Bestimmen der Strömungsparameter an dem Rotorblatt selbst sind unmittelbar auf dem Rotorblatt Drucksensoren angeordnet, über die eine Verteilung des lokal wirkenden Drucks auf das Rotorblatt gemessen wird. Aus der Druckverteilung werden dann die Geschwindigkeit der Strömung und der Anstelwinkel bestimmt. Auf Basis der bestimmten Strömungsbedingungen erfolgt schließlich eine Anpassung der Einstellwinkel der Rotorblätter, um eine optimale Lastenverteilung zu erreichen.According to the US 7,445,431 B2 is provided to determine flow parameters of a flow of a rotor blade on the rotor blade itself or in front of the rotor blade. In order to determine the flow parameters in front of the rotor blade, each rotor blade is assigned a 5-hole probe, which is arranged in front of a profile nose of the rotor blades. For determining the flow parameters on the rotor blade itself, pressure sensors are arranged directly on the rotor blade, via which a distribution of the locally acting pressure on the rotor blade is measured. From the pressure distribution then the velocity of the flow and the Anstelwinkel be determined. Finally, on the basis of the determined flow conditions, an adjustment of the setting angles of the rotor blades takes place in order to achieve an optimal load distribution.

Die DE 10 2009 051 411 A1 betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung von Luftströmungen an einem Rotorblatt einer Windkraftanlage. Zum Bestimmen der Windströmungsverhältnisse an einem Rotorblatt wird eine Kraft- oder Druckmessfolie mit einer Vielzahl von Einzelkraft- oder Druckmesssensoren flächig an mehreren Stellen eines Rotorblatts sowohl auf seiner Saugseite als auch auf seiner Druckseite angebracht. Mit den Sensoren wird eine Druckverteilung des auf das Rotorblatt einwirkenden Drucks ermittelt. Aus der Druckverteilung wird schließlich auf die Windströmungsverhältnisse geschlossen.The DE 10 2009 051 411 A1 relates to a device for determining air flows on a rotor blade of a wind turbine. In order to determine the wind flow conditions on a rotor blade, a force or pressure measuring foil with a large number of individual force or pressure measuring sensors is attached to several locations of a rotor blade both on its suction side and on its pressure side. With the sensors, a pressure distribution of the pressure acting on the rotor blade pressure is determined. From the pressure distribution is finally closed on the wind flow conditions.

Wie genau aus der gemessenen Druckverteilung des auf das Rotorblatt einwirkenden Drucks auf die Geschwindigkeit der Strömung und den Anstellwinkel oder auf die Windströmungsverhältnisse geschlossen wird, ist weder in der US 7,445,431 B2 noch in der DE 10 2009 051 411 A1 offenbart.How exactly from the measured pressure distribution of the pressure acting on the rotor blade pressure on the velocity of the flow and the angle of attack or on the wind flow conditions is closed, is neither in the US 7,445,431 B2 still in the DE 10 2009 051 411 A1 disclosed.

AUFGABE DER ERFINDUNGOBJECT OF THE INVENTION

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren aufzuzeigen, mit dem auf einfache Weise einen Anstellwinkel, unter dem eine Strömung ein Rotorblatt eines Rotors anströmt, ermittelt werden kann.The invention has for its object to provide a method with which in a simple manner an angle of attack, under which a flow flows against a rotor blade of a rotor, can be determined.

LÖSUNGSOLUTION

Die Aufgabe der Erfindung wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte erfindungsgemäße Ausgestaltungen sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.The object of the invention is achieved with the features of independent claim 1. Further preferred embodiments according to the invention can be found in the dependent claims.

BESCHREIBUNG DER ERFINDUNGDESCRIPTION OF THE INVENTION

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln eines Anstellwinkels, unter dem eine Strömung ein Rotorblatt eines Rotors anströmt, wobei sich die Strömung aus einer Teilströmung aufgrund einer Drehbewegung des Rotors um seine Rotorachse und aus einer externen Teilströmung zusammensetzt. Die externe Teilströmung ist z. B. eine auf die Rotorblätter des Rotors wirkende Luftströmung wie Wind. Die externe Teilströmung kann auch die Drehbewegung des Rotors um seine Rotorachse und damit die zusätzliche Teilströmung aufgrund der Drehbewegung bewirken, wie dies z. B. bei einem Rotor für eine Windkraftanlage der Fall ist.The invention relates to a method for determining an angle of attack, under which a flow flows against a rotor blade of a rotor, wherein the flow is composed of a partial flow due to a rotational movement of the rotor about its rotor axis and of an external partial flow. The external partial flow is z. B. acting on the rotor blades of the rotor air flow such as wind. The external partial flow can also cause the rotational movement of the rotor about its rotor axis and thus the additional partial flow due to the rotational movement, as z. B. in a rotor for a wind turbine is the case.

Um den Anstellwinkel der Strömung zu bestimmen, wird erfindungsgemäß an zwei Positionen auf einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts ein Messwert für den an der jeweiligen Position auf das Rotorblatt einwirkenden Druck ermittelt. Die einander gegenüberliegenden Hauptseiten sind die Seiten des Rotorblatts, die der Strömung im Wesentlichen zugewandt bzw. abgewandt sind. Der Messwert für den an den Druck kann dabei ein Messwert für den absolut an der jeweiligen Position einwirkenden Druck sein. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass der Messwert einen Differenzdruck gegenüber einer der anderen Positionen angibt.In order to determine the angle of attack of the flow, a measured value for the pressure acting on the rotor blade at the respective position is determined according to the invention at two positions on mutually opposite main sides of the rotor blade. The opposite major sides are the sides of the rotor blade, which are facing away from the flow or substantially. The measured value for the pressure can be Measured value for the absolute pressure acting on the respective position. However, it can also be provided that the measured value indicates a differential pressure with respect to one of the other positions.

Aus den Messwerten von den Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts wird unter Berücksichtigung der Drehbewegung des Rotors ein Differenzdruckbeiwert, d. h. eine Differenz von Druckbeiwerten an den Positionen, für mindestens eine Drehlage des Rotorblatts um die Rotorachse ermittelt. Der so bestimmte Differenzdruckbeiwert gibt an, wie die lokalen Druckverhältnisse an den beiden Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts relativ zueinander und in Bezug auf die Drehbewegung des Rotors aussehen. Da den Druckverhältnissen und damit auch dem Differenzdruckbeiwert ein bestimmter Anstellwinkel zugrunde liegt, kann umgekehrt auch einem ermittelten Differenzdruckbeiwert der Anstellwinkel definiert zugeordnet werden. Dies wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ausgenutzt, um den Anstellwinkel für die mindestens eine Drehlage des Rotorblatts, vorzugsweise aber für alle Drehlagen des Rotorblatts um die Rotorachse zu ermitteln.From the measured values of the positions on the opposite main sides of the rotor blade is taking into account the rotational movement of the rotor, a differential pressure coefficient, d. H. a difference of pressure coefficients at the positions determined for at least one rotational position of the rotor blade about the rotor axis. The thus determined differential pressure coefficient indicates what the local pressure conditions at the two positions on the opposite main sides of the rotor blade look relative to each other and with respect to the rotational movement of the rotor. Since the pressure conditions and thus also the differential pressure coefficient is based on a specific angle of attack, conversely, the determined angle of attack can also be assigned to a determined differential pressure coefficient. This is utilized in the method according to the invention in order to determine the angle of attack for the at least one rotational position of the rotor blade, but preferably for all rotational positions of the rotor blade about the rotor axis.

Bei einer Windkraftanlage mit mehreren Rotorblättern kann der Anstellwinkel für jedes Rotorblatt und jede Drehlage um die Rotorachse auf der Basis von Messwerten, die an dem jeweiligen Rotorblatt selbst aufgenommen wurden, ermittelt werden. Wenn die Rotorblätter einer Windkraftanlage im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, ist es vielfach ausreichend, den Anstellwinkel nur für ein Rotorblatt auf der Basis von daran erfassten Messwerten zu ermitteln. Dieser Anstellwinkel kann dann auch für die anderen Rotorblätter angesetzt werden, wenn sie sich in derselben Drehlage um die Rotorachse befinden, für die der Anstellwinkel bei dem einen Rotorblatt ermittelt wurde.In a wind turbine with several rotor blades, the angle of attack for each rotor blade and each rotational position about the rotor axis can be determined on the basis of measured values which were recorded on the respective rotor blade itself. If the rotor blades of a wind turbine are of substantially the same design, it is often sufficient to determine the angle of attack for only one rotor blade on the basis of measured values recorded thereon. This angle of attack can then be applied to the other rotor blades when they are in the same rotational position about the rotor axis, for which the angle of attack was determined in the one rotor blade.

Je nach Wahl der beiden Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts kann es sein, dass einem Differenzdruckbeiwert mehrere Anstellwinkel zugeordnet werden können, d. h. dass der Anstellwinkel ohne weitere Informationen oder Annahmen nicht eindeutig bestimmt werden kann. Daher ist gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorgesehen, die beiden Positionen so auszuwählen, dass dem Differenzdruckbeiwert der Anstellwinkel zumindest für einen Bereich von Druckbeiwerten eindeutig zugeordnet wird. So wird sichergestellt, dass über einen relevanten Bereich von Differenzdruckbeiwerten, die z. B. mit typischen Betriebsparametern einer Windkraftanlage zusammenhängen, jeder Differenzdruckbeiwert mit genau einem Anstellwinkel verbunden ist, der somit eindeutig anhand des Differenzdruckbeiwerts ermittelt werden kann. Eine geeignete Auswahl der beiden Positionen für reale Rotorblätter, insbesondere in Abhängigkeit von ihrem Rotorblattprofil, erweist sich als unkompliziert. Sie kann sowohl rechnerisch als auch empirisch (z. B. experimentell in einem Windkanal) erfolgen.Depending on the choice of the two positions on the opposite main sides of the rotor blade, it may be that a plurality of angles of attack can be assigned to a differential pressure coefficient. H. that the angle of attack can not be clearly determined without further information or assumptions. Therefore, according to a preferred embodiment, it is provided to select the two positions in such a way that the angle of attack is unambiguously assigned to the differential pressure coefficient, at least for a range of pressure coefficients. This ensures that over a relevant range of differential pressure coefficients, the z. B. associated with typical operating parameters of a wind turbine, each differential pressure coefficient is associated with exactly one angle of attack, which can thus be determined clearly based on the differential pressure coefficient. A suitable selection of the two positions for real rotor blades, in particular as a function of their rotor blade profile, proves to be uncomplicated. It can be done both computationally and empirically (eg experimentally in a wind tunnel).

Es hat sich gezeigt, dass geeignete Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts in der Regel um nicht mehr als 50 Prozent einer Profillänge des Rotorblatts voneinander beabstandet sind.It has been found that suitable positions on the opposite major sides of the rotor blade are typically spaced apart by no more than 50 percent of a profile length of the rotor blade.

Typischerweise finden sich besonders geeignete Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts in der in Richtung der Drehbewegung vorne liegenden Hälfte des Rotorblatts. Hier ist der Einfluss von Wirbeln aufgrund der Strömung um das Rotorblatt weniger stark als in der hinteren Hälfte des Rotorblatts. Bei Positionen, an denen der auf das Rotorblatt einwirkende Druck ermittelt wird, in der vorderen Hälfte des Rotorblatts, schwanken daher die Messwerte weniger und es kann daher mit höherer Genauigkeit auf den Anstellwinkel der Strömung geschlossen werden.Typically, particularly suitable positions are found on the opposite main sides of the rotor blade in the direction of the rotational movement of the front half of the rotor blade. Here, the influence of vortices due to the flow around the rotor blade is less strong than in the rear half of the rotor blade. At positions where the pressure acting on the rotor blade is determined in the front half of the rotor blade, therefore, the measured values fluctuate less and it can therefore be concluded with greater accuracy on the angle of attack of the flow.

Hinsichtlich der Wahl der Positionen in Bezug auf eine Längserstreckung des Rotorblatts ist zu berücksichtigen, dass der Anteil der Teilströmung aufgrund der Drehbewegung des Rotors um seine Rotorachse mit dem Abstand der Positionen zu der Rotorachse zunimmt. Zu den Spitzen der Rotorblätter hin kann ein störender Einfluss von Wirbeln an den Rotorblattspitzen auftreten. Damit der ermittelte Druckbeiwert möglichst gut die Anströmung des Rotorblatts widerspiegelt, werden die zwei Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts daher insbesondere so gewählt, dass ihr Abstand von der Rotorachse mindestens 50 Prozent und höchstens 90 Prozent der Längserstreckung des Rotorblatts beträgt. Vorzugsweise beträgt ihr Abstand von der Rotorachse zwischen 60 und 80 Prozent und bevorzugt zwischen 70 und 75 Prozent.With regard to the choice of positions with respect to a longitudinal extension of the rotor blade, it should be taken into account that the proportion of the partial flow increases due to the rotational movement of the rotor about its rotor axis with the distance of the positions to the rotor axis. Towards the tips of the rotor blades, there may be a disturbing influence of vortices on the rotor blade tips. So that the determined pressure coefficient reflects the flow of the rotor blade as well as possible, the two positions on the opposite main sides of the rotor blade are therefore chosen such that their distance from the rotor axis is at least 50 percent and at most 90 percent of the longitudinal extent of the rotor blade. Preferably, their distance from the rotor axis is between 60 and 80 percent and preferably between 70 and 75 percent.

Beim Ermitteln des Differenzdruckbeiwerts aus den Messwerten kann neben der Drehbewegung des Rotors auch eine Messgröße, die der externen Teilströmung zugeordnet ist, berücksichtigt werden. So kann berücksichtigt werden, dass sich der Staudruck einer freien Anströmung nicht nur aus der Teilströmung aufgrund der Drehbewegung des Rotors um seine Rotorachse ergibt, sondern auch die externe Teilströmung dazu beiträgt. Entsprechend kann die Genauigkeit des ermittelten Anstellwinkels verbessert werden.When determining the differential pressure coefficient from the measured values, in addition to the rotational movement of the rotor, a measured variable which is assigned to the external partial flow can also be taken into account. Thus, it can be considered that the back pressure of a free flow not only results from the partial flow due to the rotational movement of the rotor about its rotor axis, but also contributes to the external partial flow to it. Accordingly, the accuracy of the detected angle of attack can be improved.

Insbesondere kann die der externen Strömung zugeordnete Messgröße eine Geschwindigkeit der externen Strömung sein. Einfacherweise wird die Geschwindigkeit der externen Strömung im Bereich der Rotorachse bestimmt. Ein an der Gondel gemessener Wert der Geschwindigkeit stellt einen Mittelwert der Geschwindigkeiten der externen Strömung an den einzelnen Rotorblättern dar.In particular, the measured variable associated with the external flow may be a speed of the external flow. The speed of the external flow in the area of the rotor axis is simply determined. A value of speed measured on the nacelle sets one Mean value of the velocities of the external flow at the individual rotor blades.

Dem ermittelten Differenzdruckbeiwert kann der Anstellwinkel bei dem erfindungsgemäßen Verfahren anhand einer vorgegebenen Kurve zugeordnet werden. Über die vorgegebene Kurve kann z. B. ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem ermittelten Differenzdruckbeiwert und dem Anstellwinkel über zumindest einen Bereich von Differenzdruckbeiwerten hergestellt werden.The determined differential pressure coefficient can be assigned the angle of attack in the inventive method based on a predetermined curve. About the given curve can z. B. a clear relationship between the determined differential pressure coefficient and the angle of attack over at least a range of differential pressure coefficients are produced.

Dem ermittelten Differenzdruckbeiwert kann der Anstellwinkel aber auch anhand einer vorgegebenen Tabelle zugeordnet werden. Beispielsweise können hier Wertepaare aus einem Differenzdruckbeiwert und einem Anstellwinkel hinterlegt sein. Zum Zuordnen eines Differenzdruckbeiwerts kann dann das Wertepaar herangezogen werden, bei dem der Differenzdruckbeiwert dem ermittelten Differenzdruckbeiwert am nächsten kommt. Der Anstellwinkel kann aber auch zwischen den Werten in der Tabelle interpoliert werden.The determined differential pressure coefficient but the angle of attack can also be assigned based on a given table. For example, value pairs can be stored here from a differential pressure coefficient and an angle of attack. To assign a differential pressure coefficient, it is then possible to use the value pair at which the differential pressure coefficient comes closest to the determined differential pressure coefficient. The angle of attack can also be interpolated between the values in the table.

Die Kurve oder die Tabelle, die zum Zuordnen des Anstellwinkels herangezogen werden, können modellbasiert sein. Beispielsweise kann auf Basis von Strukturparametern des Rotorblatts ein Modell erstellt werden, wie sich der Druckbeiwert mit dem Anstellwinkel ändert. In das Modell können unter anderem die Form des Rotorblatts, die Anordnung der beiden Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts und/oder Materialeigenschaften des Rotorblatts eingehen.The curve or table used to assign the angle of attack may be model based. For example, based on structural parameters of the rotor blade, a model can be created as to how the pressure coefficient changes with the angle of attack. Among other things, the shape of the rotor blade, the arrangement of the two positions on the opposite main sides of the rotor blade and / or material properties of the rotor blade can be incorporated into the model.

Die Kurve und/oder die Tabelle, anhand derer dem ermittelten Differenzdruckbeiwert der Anstellwinkel zugeordnet wird, kann auch unter vorgegebenen Bedingungen empirisch ermittelt werden bzw. ermittelt worden sein. Insbesondere können die Kurve und/oder die Tabelle in einem Windkanalversuch ermittelt werden, bei dem das Rotorblatt kontrolliert Strömungen unter vorgegebenen Anstellwinkeln ausgesetzt wird. Durch gleichzeitiges Messen der Messwerte an den beiden Positionen auf den gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts kann dann eine Kurve und/oder Tabelle für das Zuordnen erstellt werden.The curve and / or the table, by means of which the determined differential pressure coefficient of the angle of attack is assigned, can also be empirically determined or determined under predetermined conditions. In particular, the curve and / or the table can be determined in a wind tunnel test, in which the rotor blade is exposed to controlled flows at predetermined angles of attack. By simultaneously measuring the measured values at the two positions on the opposite main sides of the rotor blade, a curve and / or table for the assignment can then be created.

Bei einer Windkraftanlage mit mehreren Rotorblättern kann für jedes Rotorblatt eine eigene Kurve und/oder Tabelle vorgesehen sein. Dem Differenzdruckbeiwert eines Rotorblatts der Windkraftanlage wird der Anstellwinkel dann anhand der zu dem entsprechenden Rotorblatt gehörenden Kurve und/oder Tabelle zugeordnet. Wenn die Rotorblätter einer Windkraftanlage im Wesentlichen gleich ausgebildet sind, kann auch eine gemeinsame Kurve und/oder Tabelle für alle Rotorblätter der Windkraftanlage vorgesehen sein. Der Anstellwinkel wird dann jeweils anhand dieser einen Kurve und/oder Tabelle den ermittelten Differenzdruckbeiwerten der Rotorblätter zugeordnet.In a wind turbine with several rotor blades, a separate curve and / or table can be provided for each rotor blade. The differential pressure coefficient of a rotor blade of the wind turbine, the angle of attack is then assigned on the basis of belonging to the corresponding rotor blade curve and / or table. If the rotor blades of a wind turbine are designed substantially the same, a common curve and / or table for all rotor blades of the wind turbine can be provided. The angle of attack is then assigned in each case on the basis of this one curve and / or table to the determined differential pressure coefficients of the rotor blades.

Wenn keine Mittelung der Differenzdruckbeiwerte vorgenommen wird, kann der Anstellwinkel "in Echtzeit" bestimmt und somit auch der Einstellwinkel des Rotorblatts "in Echtzeit" angepasst werden. Um einen Einfluss von (kurzzeitigen) Fluktuationen zu mindern, kann jedoch vorgesehen sein, dass der zu einer Drehlage des Rotorblatts um die Rotorachse gehörige Differenzdruckbeiwert über mehrere Umläufe des Rotors um seine Rotorachse gemittelt wird und erst anschließend dem gemittelten Differenzdruckbeiwert der gesuchte Anstellwinkel zugeordnet wird. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein gleitender Mittelwert gebildet wird, bei dem länger zurückliegende Differenzdruckbeiwerte weniger stark gewichtet werden. If no averaging of the differential pressure coefficients is carried out, the angle of attack can be determined "in real time" and thus also the setting angle of the rotor blade "in real time" can be adjusted. In order to reduce an influence of (short-term) fluctuations, however, it can be provided that the differential pressure coefficient associated with a rotational position of the rotor blade about the rotor axis is averaged over several revolutions of the rotor about its rotor axis and only then the afted differential pressure coefficient is associated with the desired angle of attack. It can be provided that a moving average is formed, are weighted less strong in the past differential pressure coefficients.

Es wird vorzugsweise nur über die Werte des Rotorblatts gemittelt, die gemessen werden, wenn das Rotorblatt bei seinem Umlauf in einer bestimmten Drehlage um die Rotorachse ist. Es kann aber auch über die Werte mehrerer Rotorblätter gemittelt werden, die jeweils dann gemessen werden, wenn die Rotorblätter bei ihrem Umlauf eine bestimmte Drehlage passieren. It is preferably averaged only over the values of the rotor blade which are measured when the rotor blade is in its orbit at a certain rotational position about the rotor axis. However, it can also be averaged over the values of several rotor blades, which are measured in each case when the rotor blades pass through a certain rotational position during their rotation.

Der ermittelte Anstellwinkel kann insbesondere dazu genutzt werden, um einen Einstellwinkel des Rotorblatts gegenüber einer Rotorebene anzupassen. Üblicherweise gibt es einen optimalen Anstellwinkel der Anströmung des Rotorblatts, bei dem die Windkraftanlage zum Beispiel ihren für den vorliegenden Betriebszustand optimalen Wirkungsgrad aufweist. Durch Anpassen des Einstellwinkels an den ermittelten Anstellwinkel kann daher eine Leistungsoptimierung vorgenommen werden. The determined angle of attack can in particular be used to adapt a setting angle of the rotor blade with respect to a rotor plane. Usually, there is an optimum angle of attack of the flow of the rotor blade, in which the wind turbine has, for example, their optimal for the current operating state efficiency. By adjusting the setting angle to the determined angle of attack, therefore, a performance optimization can be made.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Verfahren der Anstellwinkel für jede Drehlage des Rotorblatts um die Rotorachse ermittelt wird, kann für jede dieser Drehlagen der Einstellwinkel optimal eingestellt werden. Beispielsweise kann aus den ermittelten Anstellwinkel ein Verlauf von optimalen Einstellwinkeln über den Umlauf des Rotorblatts um die Rotorachse bestimmt werden, entsprechend kann der Einstellwinkel des Rotorblatts bei seinem Umlauf variiert werden. Wenn der Anstellwinkel separat für jedes von mehreren Rotorblättern ermittelt wird, kann der Einstellwinkel zudem für jedes Rotorblatt separat optimal eingestellt werden. If, in the method according to the invention, the angle of attack for each rotational position of the rotor blade about the rotor axis is determined, the setting angle can be set optimally for each of these rotational positions. For example, from the determined angle of attack, a profile of optimum setting angles over the rotation of the rotor blade about the rotor axis can be determined; correspondingly, the setting angle of the rotor blade can be varied during its circulation. In addition, if the angle of attack is determined separately for each of a plurality of rotor blades, the setting angle can be set separately optimally for each rotor blade.

Durch eine Bewegung des Rotorblatts längs und/oder quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung (Schlag- oder Schwenkbewegung des Rotorblatts) und/oder um seine Haupterstreckungsrichtung (Torsionsbewegung) kann eine zusätzliche dynamische Teilströmung (kinematische Anströmung) verursacht werden, die zu der Teilströmung aufgrund der Drehbewegung und der externen Teilströmung (z. B. Wind) hinzukommt. Derartige Bewegungen des Rotorblatts können z. B. durch Windböen oder periodische Änderungen der Strömung beim Durchlaufen der Erdgrenzschicht verursacht werden. Entsprechend ist es vorteilhaft, diese Bewegungen des Rotorblatts längs und/oder quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung und/oder um seine Haupterstreckungsrichtung beim Anpassen des Einstellwinkels des Rotorblatts zu berücksichtigen.By a movement of the rotor blade along and / or transversely to its main extension direction (impact or pivoting movement of the rotor blade) and / or about its main extension direction (torsional movement), an additional dynamic partial flow (kinematic flow) is caused which is added to the partial flow due to the rotary motion and the external partial flow (eg wind). Such movements of the rotor blade can, for. B. caused by gusts or periodic changes in the flow when passing through the earth's boundary layer. Accordingly, it is advantageous to take these movements of the rotor blade along and / or transversely to its main extension direction and / or around its main extension direction into account when adjusting the setting angle of the rotor blade.

Die genannten Verformungen können insbesondere mit Hilfe von auf dem Rotorblatt angeordneten Beschleunigungssensoren ermittelt werden. Beispielsweise werden hierzu drei Beschleunigungssensoren derart auf dem Rotorblatt angeordnet, dass sowohl Bewegungsamplituden senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts als auch Bewegungsamplituden um die Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts ermittelt werden können.The said deformations can be determined in particular by means of acceleration sensors arranged on the rotor blade. For example, for this purpose, three acceleration sensors are arranged on the rotor blade such that both movement amplitudes perpendicular to the main extension direction of the rotor blade and also movement amplitudes around the main extension direction of the rotor blade can be determined.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Patentansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Die in der Beschreibung genannten Vorteile von Merkmalen und von Kombinationen mehrerer Merkmale sind lediglich beispielhaft und können alternativ oder kumulativ zur Wirkung kommen, ohne dass die Vorteile zwingend von erfindungsgemäßen Ausführungsformen erzielt werden müssen. Ohne dass hierdurch der Gegenstand der beigefügten Patentansprüche verändert wird, gilt hinsichtlich des Offenbarungsgehalts der ursprünglichen Anmeldungsunterlagen und des Patents Folgendes: weitere Merkmale sind den Zeichnungen – insbesondere den dargestellten Geometrien und den relativen Abmessungen mehrerer Bauteile zueinander sowie deren relativer Anordnung und Wirkverbindung – zu entnehmen. Die Kombination von Merkmalen unterschiedlicher Ausführungsformen der Erfindung oder von Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche ist ebenfalls abweichend von den gewählten Rückbeziehungen der Patentansprüche möglich und wird hiermit angeregt. Dies betrifft auch solche Merkmale, die in separaten Zeichnungen dargestellt sind oder bei deren Beschreibung genannt werden. Diese Merkmale können auch mit Merkmalen unterschiedlicher Patentansprüche kombiniert werden. Ebenso können in den Patentansprüchen aufgeführte Merkmale für weitere Ausführungsformen der Erfindung entfallen. Advantageous developments of the invention will become apparent from the claims, the description and the drawings. The advantages of features and of combinations of several features mentioned in the description are merely exemplary and can take effect alternatively or cumulatively, without the advantages having to be achieved by embodiments according to the invention. Without thereby altering the subject matter of the appended claims, as regards the disclosure of the original application documents and the patent, further features can be found in the drawings, in particular the illustrated geometries and the relative dimensions of several components and their relative arrangement and operative connection. The combination of features of different embodiments of the invention or of features of different claims is also possible deviating from the chosen relationships of the claims and is hereby stimulated. This also applies to those features which are shown in separate drawings or are mentioned in their description. These features can also be combined with features of different claims. Likewise, in the claims listed features for further embodiments of the invention can be omitted.

Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung genannten Merkmale sind bezüglich ihrer Anzahl so zu verstehen, dass genau diese Anzahl oder eine größere Anzahl als die genannte Anzahl vorhanden ist, ohne dass es einer expliziten Verwendung des Adverbs "mindestens" bedarf. Wenn also beispielsweise von einem Element die Rede ist, ist dies so zu verstehen, dass genau ein Element, zwei Elemente oder mehr Elemente vorhanden sind. Diese Merkmale können durch andere Merkmale ergänzt werden oder die einzigen Merkmale sein, aus denen das jeweilige Erzeugnis besteht.The features mentioned in the patent claims and the description are to be understood in terms of their number that exactly this number or a greater number than the said number is present, without requiring an explicit use of the adverb "at least". For example, when talking about an element, it should be understood that there is exactly one element, two elements or more elements. These features may be supplemented by other features or be the only characteristics that make up the product in question.

Die in den Patentansprüchen enthaltenen Bezugszeichen stellen keine Beschränkung des Umfangs der durch die Patentansprüche geschützten Gegenstände dar. Sie dienen lediglich dem Zweck, die Patentansprüche leichter verständlich zu machen. The reference numerals contained in the claims do not limit the scope of the objects protected by the claims. They are for the sole purpose of making the claims easier to understand.

KURZBESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES

Im Folgenden wird die Erfindung anhand in den Figuren dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele weiter erläutert und beschrieben.In the following the invention will be further explained and described with reference to preferred embodiments shown in the figures.

1 zeigt schematisch eine Windkraftanlage in einer Seitenansicht. 1 schematically shows a wind turbine in a side view.

2 zeigt schematisch eine Windkraftanlage in einer Vorderansicht. 2 schematically shows a wind turbine in a front view.

3 zeigt schematisch ein Rotorblatt eines Rotors der Windkraftanlage gemäß 2 in einer geschnittenen Ansicht quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung. 3 schematically shows a rotor blade of a rotor of the wind turbine according to 2 in a sectional view transverse to its main extension direction.

4 zeigt schematisch ein Rotorblatt eines Rotors der Windkraftanlage gemäß 2 in einer geschnittenen Ansicht quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung mit drei verschiedenen Paaren von Positionen für das Ermitteln eines Differenzdruckbeiwerts. 4 schematically shows a rotor blade of a rotor of the wind turbine according to 2 in a sectional view transversely to its main extension direction with three different pairs of positions for determining a differential pressure coefficient.

5 zeigt drei beispielhafte Kurven für die in 4 gezeigten Kombinationen von Positionen, anhand derer einem ermittelten Differenzdruckbeiwert ein Anstellwinkel zugeordnet wird. 5 shows three exemplary curves for the in 4 shown combinations of positions, based on which a determined Differenzdruckbeiwert an attack angle is assigned.

6 zeigt ein Rotorblatt eines Rotors der Windkraftanlage gemäß 2 in einer geschnittenen Ansicht quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung mit an dem Rotorblatt angeordneten Beschleunigungssensoren. 6 shows a rotor blade of a rotor of the wind turbine according to 2 in a sectional view transversely to its main extension direction with arranged on the rotor blade acceleration sensors.

FIGURENBESCHREIBUNGDESCRIPTION OF THE FIGURES

1 zeigt eine Windkraftanlage 1 mit einer Gondel 2, an der ein Rotor 3 mit Rotorblättern 4 angeordnet ist. An der Gondel 2 sind weiterhin Sensoren 5 vorgesehen, die beispielsweise eine Windrichtung und/oder eine Windgeschwindigkeit messen. 1 shows a wind turbine 1 with a gondola 2 on which a rotor 3 with rotor blades 4 is arranged. At the gondola 2 are still sensors 5 provided, for example, measure a wind direction and / or a wind speed.

Der Rotor 3 ist um eine Rotorachse 6 drehbar gelagert. Um zu erreichen, dass sich der Rotor 3 so dreht, dass die Windkraftanlage 1 mit optimalem Wirkungsgrad betrieben wird, d. h. dass die Windkraftanlage 1 die maximal mögliche Leistung erbringt, müssen die Rotorblätter 4 gegenüber einer die Rotorblätter 4 anströmenden Strömung geeignet ausgerichtet werden. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die Strömungsgeschwindigkeit in der Regel vom Abstand der Rotorblätter 4 der Windkraftanlage 1 zur Erdoberfläche 7 abhängt. Typischerweise nimmt die Strömungsgeschwindigkeit einer externen Teilströmung 8, hier von Wind, infolge der Oberflächenrauhigkeit der Erdoberfläche 7 mit zunehmendem Abstand von der Erdoberfläche 7 zu, wie in 1 durch den beispielhaften Windgeschwindigkeitsverlauf 9 dargestellt. Um eine optimale Ausrichtung der Rotorblätter 4 vornehmen zu können, ist es daher erforderlich, für jede Drehlage der Rotorblätter 4 um die Rotorachse 6 einen Anstellwinkel der Strömung, die sich aus der externen Teilströmung 8 und einer Teilströmung aufgrund der Drehbewegung des Rotors 3 um seine Rotorachse 6 zusammensetzt, zu ermitteln.The rotor 3 is about a rotor axis 6 rotatably mounted. To achieve that the rotor 3 so turns that wind turbine 1 operated with optimum efficiency, ie that the wind turbine 1 the maximum possible performance, need the rotor blades 4 opposite one the rotor blades 4 be aligned appropriately on the inflowing flow. It should be noted that the flow velocity usually from the distance of the rotor blades 4 the wind turbine 1 to the earth's surface 7 depends. Typically, the flow rate of an external partial flow decreases 8th , here by wind, due to the surface roughness of the earth's surface 7 with increasing distance from the earth's surface 7 to, as in 1 through the exemplary wind speed course 9 shown. For optimum alignment of the rotor blades 4 Therefore, it is necessary for each rotational position of the rotor blades 4 around the rotor axis 6 an angle of attack of the flow resulting from the external partial flow 8th and a partial flow due to the rotational movement of the rotor 3 around its rotor axis 6 to determine.

In 2 ist die Windkraftanlage 1 gemäß 1 in einer Vorderansicht dargestellt. Der Rotor 3 ist hier so ausgerichtet, dass die Rotorachse 6 parallel zu der Richtung der externen Teilströmung 8 und senkrecht zur Zeichenebene orientiert ist. Aufgrund der Drehbewegung in Drehrichtung 10 resultiert die Teilströmung 11. Die Teilströmung 11 ist parallel zu einer Rotorebene 12 orientiert, in der sich die Rotorblätter 4 bei der Drehbewegung des Rotors 3 um seine Rotorachse 6 bewegen. Die Strömungsgeschwindigkeit der Teilströmung 11 nimmt mit zunehmendem Abstand von der Rotorachse 6 zu. Auf etwa dreiviertel einer Längserstreckung des Rotorblatts 4 beträgt eine Geschwindigkeit der Teilströmung 11 üblicherweise 60 bis 70 m/s.In 2 is the wind turbine 1 according to 1 shown in a front view. The rotor 3 here is aligned so that the rotor axis 6 parallel to the direction of the external partial flow 8th and oriented perpendicular to the plane of the drawing. Due to the rotational movement in the direction of rotation 10 the partial flow results 11 , The partial flow 11 is parallel to a rotor plane 12 oriented, in which the rotor blades 4 during the rotational movement of the rotor 3 around its rotor axis 6 move. The flow velocity of the partial flow 11 increases with increasing distance from the rotor axis 6 to. At about three quarters of a longitudinal extent of the rotor blade 4 is a speed of the partial flow 11 usually 60 to 70 m / s.

In 3 ist das Rotorblatt 4 in einer geschnittenen Ansicht entlang I-I in 2 dargestellt. Das Rotorblatt 4 ist gegenüber der Rotorebene 12 um den Einstellwinkel β geneigt angeordnet. Die aus den Teilströmungen 8 und 11 zusammengesetzte Strömung 16 strömt ein Rotorblattprofil 13 des Rotorblatts 4 unter dem Anstellwinkel α gegenüber seiner Profilsehne 15 an.In 3 is the rotor blade 4 in a sectional view along II in 2 shown. The rotor blade 4 is opposite the rotor plane 12 arranged inclined to the setting angle β. The from the partial flows 8th and 11 compound flow 16 a rotor blade profile flows 13 of the rotor blade 4 at the angle of attack α with respect to its chord 15 at.

Um den Anstellwinkel α zu ermitteln, wird an zwei Positionen 17 und 18 auf einander gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts 4 ein Messwert für einen Druck ermittelt, der an der jeweiligen Position 17, 18 auf das Rotorblatt 4 einwirkt. In 3 sind die beiden Positionen 17 und 18 in Drehrichtung 10 der Drehbewegung auf der vorne liegenden Hälfte des Rotorblatts 4 angeordnet. Außerdem sind sie in Projektion auf die Profilsehne 15 voneinander beabstandet.In order to determine the angle of attack α, is at two positions 17 and 18 on opposite main sides of the rotor blade 4 a reading is determined for a pressure at the respective position 17 . 18 on the rotor blade 4 acts. In 3 are the two positions 17 and 18 in the direction of rotation 10 the rotational movement on the front half of the rotor blade 4 arranged. In addition, they are in projection on the chord 15 spaced apart.

Zum Ermitteln der Messwerte an den beiden Positionen 17 und 18 können beliebige Druck- oder Kraftsensoren eingesetzt werden, wie piezoresistive, piezoelektrische, kapazitive oder induktive Drucksensoren o. ä. Diese können an den beiden Positionen 17 und 18 auf dem Rotorblatt 4 angeordnet oder in das Rotorblatt 4 integriert werden.For determining the measured values at the two positions 17 and 18 can be used any pressure or force sensors, such as piezoresistive, piezoelectric, capacitive or inductive pressure sensors o. Ä. These can at the two positions 17 and 18 on the rotor blade 4 arranged or in the rotor blade 4 to get integrated.

Aus den Messwerten von den beiden Positionen 17 und 18 wird unter Berücksichtigung der Drehbewegung des Rotors 3 und der am Windsensor 5 gemessenen Windgeschwindigkeit für die jeweilige Drehlage des Rotorblatts 4 ein Differenzdruckbeiwert ermittelt. Dem so ermittelten Differenzdruckbeiwert wird dann der Anstellwinkel α zugeordnet.From the readings from the two positions 17 and 18 is taking into account the rotational movement of the rotor 3 and the wind sensor 5 measured wind speed for the respective rotational position of the rotor blade 4 a differential pressure coefficient determined. The thus determined differential pressure coefficient is then assigned the angle of attack α.

In 4 ist ein Rotorblatt 4 in einer geschnittenen Ansicht quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung in einem auf seine Profillänge normierten Koordinatensystem dargestellt. Zum Ermitteln des Differenzdruckbeiwerts können an drei verschiedenen Paaren von Positionen 17a und 18a, 17b und 18b, 17c und 18c auf gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts 4 die Messwerte für den einwirkenden Druck ermittelt werden. Die Paare unterscheiden sich dabei nicht nur darin, wo sich die Positionen 17a bis 17c, 18a bis 18c genau auf dem Rotorblatt 4 befinden, sondern auch hinsichtlich ihrer relativen Anordnung, d. h. dem Abstand der jeweiligen Positionen 17a und 18a, 17b und 18b, 17c und 18c entlang einer Profillänge des Rotorblatts 4. Für die drei Paare ergeben sich jeweils unterschiedliche Zusammenhänge zwischen dem zu dem jeweiligen Paar gehörigen Differenzdruckbeiwert und dem Anstellwinkel α. Die zu den Paaren gehörigen Zusammenhänge sind in 5 als Kurven 19, 21 und 22 dargestellt. In 4 is a rotor blade 4 represented in a sectional view transversely to its main extension direction in a normalized to its profile length coordinate system. For determining the differential pressure coefficient may be at three different pairs of positions 17a and 18a . 17b and 18b . 17c and 18c on opposite main sides of the rotor blade 4 the measured values for the acting pressure are determined. The pairs do not differ only in where the positions 17a to 17c . 18a to 18c exactly on the rotor blade 4 but also in terms of their relative arrangement, ie the distance of the respective positions 17a and 18a . 17b and 18b . 17c and 18c along a profile length of the rotor blade 4 , For each of the three pairs, different relationships arise between the differential pressure coefficient associated with the respective pair and the angle of attack α. The relationships belonging to the pairs are in 5 as curves 19 . 21 and 22 shown.

Die in 5 dargestellte Kurve 19 ist dem Paar aus den Positionen 17a und 18a zugeordnet. Die Kurve 19 stellt einen eindeutigen Zusammenhang zwischen einem für die Positionen 17a, 18a ermittelten Differenzdruckbeiwert 20 und einem Anstellwinkel α her. Somit kann anhand eines ermittelten Differenzdruckbeiwerts 20 eindeutig auf einen Anstellwinkel α rückgeschlossen werden. Die Kurven 21 bzw. 22 stellen die Zusammenhänge zwischen dem ermittelten Differenzdruckbeiwert 20 und dem Anstellwinkel α in Bezug auf die Punkte 17b und 18b bzw. in Bezug auf die Punkte 17c und 18c dar. Hier sind jedoch die beiden Positionen 17b und 18b bzw. 17c und 18c nicht optimal gewählt, sodass einem ermittelten Differenzdruckbeiwert 20 nicht eindeutig ein Anstellwinkel α zugeordnet werden kann, sondern mehrere Lösungen existieren können.In the 5 illustrated curve 19 is the couple from the positions 17a and 18a assigned. The curve 19 makes a clear connection between one for the positions 17a . 18a determined differential pressure coefficient 20 and an angle of attack α. Thus, based on a determined differential pressure coefficient 20 clearly be deduced α on an angle. The curves 21 respectively. 22 represent the relationships between the determined differential pressure coefficient 20 and the angle of attack α with respect to the points 17b and 18b or with respect to the points 17c and 18c Here are the two positions 17b and 18b respectively. 17c and 18c not optimally selected, so that a determined differential pressure coefficient 20 not clearly an angle α can be assigned, but several solutions can exist.

Wie in 3 skizziert, wird die Strömung 16 von der Teilströmung 11 aufgrund der Drehbewegung des Rotors 3 dominiert. Eine übliche Geschwindigkeit der Teilströmung 11 aufgrund der Drehbewegung liegt im Bereich von 60 bis 70 m/s, während übliche Windgeschwindigkeiten im Betrieb einer Windkraftanlage im Bereich von 10 m/s liegen. Für die Bestimmung des Anstellwinkel α ist es daher in der Regel ausreichend, den Druckbeiwert 20 allein unter Berücksichtigung der Drehbewegung des Rotors 3 zu ermitteln. Die Genauigkeit, mit der der Anstellwinkel α bestimmt werden kann, kann jedoch erhöht werden, indem zusätzlich eine der externen Teilströmung 8 zugeordnete Messgröße berücksichtigt wird. Hierzu kann beispielsweise eine Geschwindigkeit der externen Teilströmung 8 über die Sensormittel 5 an der Gondel 2 der Windkraftanlage 1 gemessen werden.As in 3 Outlined, the flow becomes 16 from the partial flow 11 due to the rotational movement of the rotor 3 dominated. A usual speed of the partial flow 11 due to the rotational movement is in the range of 60 to 70 m / s, while usual wind speeds in the operation of a wind turbine in the range of 10 m / s. For the determination of the angle of attack α, it is therefore generally sufficient, the pressure coefficient 20 solely taking into account the rotational movement of the rotor 3 to determine. The accuracy with which the angle of attack α can be determined, however, can be increased by additionally one of the external partial flow 8th assigned measured variable is taken into account. For this purpose, for example, a speed of the external partial flow 8th about the sensor means 5 at the gondola 2 the wind turbine 1 be measured.

Bei dem in 6 gezeigten Rotorblatt 4 sind drei Beschleunigungssensoren 23 bis 25 angebracht sind, um Bewegungen des Rotorblatts 4 längs und/oder quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung und/oder um seine Haupterstreckungsrichtung zu ermitteln. Diese Bewegungen können dann bei der Anpassung des Einstellwinkels β berücksichtigt werden. Der Beschleunigungssensor 23 ist an dem in Richtung 10 der Drehbewegung vorne liegenden Ende angeordnet und derart ausgerichtet, dass über ihn eine Beschleunigung 26 des Rotorblatts 4 quer zur Haupterstreckungsrichtung des Rotorblatts 4 und quer zu seiner Profilsehne 15 ermittelt wird. Über den Beschleunigungssensor 24 wird ebenfalls eine Beschleunigung 27 des Rotorblatts 4 quer zu seiner Haupterstreckungsrichtung und quer zu seiner Profilsehne 15 ermittelt, jedoch für das in Richtung 10 der Drehbewegung hinten liegende Ende des Rotorblatts 4. Über die Beschleunigungssensoren 23 und 24 kann erfasst werden, ob das Rotorblatt 4 eine Schlagbewegung und/oder eine Torsionsbewegung ausführt. Insbesondere kann eine zu der Torsionsbewegung gehörige Beschleunigung 28 unter Berücksichtigung der Differenz der durch die Beschleunigungssensoren 23 und 24 ermittelten Beschleunigungen 26 und 27 sowie der Anordnung der Beschleunigungssensoren 23 und 24 geschlossen werden. Weiterhin kann aus den Beschleunigungen 26 und 27 auf eine zu der Schlagbewegung gehörige Beschleunigung 29 im aerodynamischen Bezugspunkt 30 des Rotorblatts 4 geschlossen werden.At the in 6 shown rotor blade 4 are three acceleration sensors 23 to 25 are attached to movements of the rotor blade 4 along and / or transverse to its main extension direction and / or to determine its main extension direction. These movements can then be taken into account when adjusting the setting angle β. The acceleration sensor 23 is in the direction of 10 The rotational movement of the front end disposed and aligned so that an acceleration over him 26 of the rotor blade 4 transverse to the main extension direction of the rotor blade 4 and across his chord 15 is determined. About the acceleration sensor 24 will also be an acceleration 27 of the rotor blade 4 transverse to its main extension direction and transversely to its chord 15 determined, however, for that in the direction 10 the rotational movement of the rear end of the rotor blade 4 , About the acceleration sensors 23 and 24 can be detected, whether the rotor blade 4 performs a striking movement and / or a torsional movement. In particular, an acceleration associated with the torsional movement can be used 28 taking into account the difference of the acceleration sensors 23 and 24 ascertained accelerations 26 and 27 and the arrangement of the acceleration sensors 23 and 24 getting closed. Furthermore, from the accelerations 26 and 27 to an acceleration associated with the flapping motion 29 in the aerodynamic reference point 30 of the rotor blade 4 getting closed.

Der Beschleunigungssensor 25 ist an dem Rotorblatt 4 zwischen den beiden Beschleunigungssensoren 23 und 24 angeordnet und derart ausgerichtet, dass über den Beschleunigungssensor 25 eine Beschleunigung 31 des Rotorblatts 4 in Richtung der Profilsehne 15 ermittelt wird. Über den Beschleunigungssensor 25 kann so eine Schwenkbewegung des Rotorblatts 4 erfasst werden.The acceleration sensor 25 is on the rotor blade 4 between the two acceleration sensors 23 and 24 arranged and aligned such that via the acceleration sensor 25 an acceleration 31 of the rotor blade 4 in the direction of the chord 15 is determined. About the acceleration sensor 25 can thus a pivoting movement of the rotor blade 4 be recorded.

Zur Ermittelung des Differenzdruckbeiwerts c_p aus den ermittelten Messwerten für den Druck, kann der folgende Zusammenhang angewendet werden:

In order to determine the differential pressure coefficient c _p from the determined measured values for the pressure, the following relationship can be used:

Dabei geben p₁ und p₂ die Drücke an, die an zwei auf gegenüberliegenden Hauptseiten des Rotorblatts befindlichen Positionen auf das Rotorblatt einwirken. Der Staudruck q_∞ ist gegeben durch q_∞ = ρ / 2v² mit der Luftdichte ρ und der Anströmgeschwindigkeit v, wobei

Here, p ₁ and p ₂ indicate the pressures acting on two positions on opposite major sides of the rotor blade positions on the rotor blade. The dynamic pressure q _∞ is given by

q _∞ = ρ / 2v ²

with the air density ρ and the flow velocity v, where

Dabei sind mit Ω die Winkelgeschwindigkeit der Rotordrehung und mit U_∞ die Windgeschwindigkeit bezeichnet.Here, Ω is the angular velocity of the rotor rotation and U _{∞ is} the wind velocity.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Windkraftanlage Wind turbine
22: Gondel gondola
33: Rotor rotor
44: Rotorblatt rotor blade
55: Sensoren sensors
66: Rotorachse rotor axis
77: Erdboden ground
88th: Externe Teilströmung External partial flow
99: Windgeschwindigkeitsverteilung Wind speed distribution
1010: Drehrichtung direction of rotation
1111: Teilströmung partial flow
1212: Rotorebene rotor plane
1313: Rotorblattprofil Airfoil
1515: Profilsehne chord
1616: Strömung flow
1717: Position position
1818: Position position
1919: Kurve Curve
2020: Druckbeiwert pressure coefficient
2121: Kurve Curve
2222: Kurve Curve
2323: Beschleunigungssensor accelerometer
2424: Beschleunigungssensor accelerometer
2525: Beschleunigungssensor accelerometer
2626: Beschleunigung acceleration
2727: Beschleunigung acceleration
2828: Beschleunigung acceleration
2929: Beschleunigung acceleration
3030: aerodynamischer Bezugspunkt Aerodynamic reference point
3131: Beschleunigung acceleration
αα: Anstellwinkel angle of attack
ββ: Einstellwinkel Setting angle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 7445431 B2 [0004, 0006]
DE 102009051411 A1 [0005, 0006]

Claims

Method for determining an angle of attack (α) under which a flow ( 16 ) a rotor blade ( 4 ) of a rotor ( 3 ), which flows from a partial flow ( 11 ) due to a rotational movement of the rotor ( 3 ) about its rotor axis ( 6 ) and from an external partial flow ( 8th ), in particular for a rotor ( 3 ) of a wind turbine ( 1 ), wherein - on the rotor blade ( 4 ) at several positions ( 17 . 18 ), which transversely to a main direction of extension of the rotor blade ( 4 ) are spaced apart from each other, a reading for that at the respective position ( 17 . 18 ) on the rotor blade ( 4 ) pressure is determined and - based on the measured values of the angle of attack (α) of the flow ( 16 ) to the rotor blade ( 4 ) for at least one rotational position of the rotor blade ( 4 ) around the rotor axis ( 6 ), characterized in that - from the measured values of two positions ( 17 . 18 ) on mutually opposite main sides of the rotor blade ( 4 ) taking into account the rotational movement of the rotor ( 3 ) a differential pressure coefficient ( 20 ) and - the determined differential pressure coefficient ( 20 ) the angle of attack (α) is assigned defined.

Method according to claim 1, characterized in that the two positions ( 17 . 18 ) on the opposite main sides of the rotor blade ( 4 ) are selected so that the differential pressure coefficient ( 20 ) the angle of attack (α) at least for a range of differential pressure coefficients ( 20 ) is uniquely assigned.

Method according to claim 2, characterized in that the two positions ( 17 . 18 ) on the opposite main sides of the rotor blade ( 4 ) are selected so that they do not exceed 50% of a profile length of the rotor blade ( 4 ) are spaced from each other.

Method according to claim 2 or 3, characterized in that the two positions ( 17 . 18 ) on the opposite main sides of the rotor blade ( 4 ) are selected so that they are in the direction ( 10 ) of the rotational movement of the front half of the rotor blade ( 4 ) are arranged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the two positions ( 17 . 18 ) on the opposite main sides of the rotor blade ( 4 ) are selected so that their distance from the rotor axis ( 6 ) each at least 50%, in particular between 60% and 80%, of a longitudinal extent of the rotor blade ( 4 ) is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that when determining the differential pressure coefficient ( 20 ) from the measured values in addition to the rotational movement of the rotor ( 3 ) also one of the external flow ( 8th ) is taken into account.

A method according to claim 6, characterized in that the external flow ( 8th ) associated with a measured in the rotor axis ( 6 ) certain velocity of the external flow ( 8th ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined differential pressure coefficient ( 20 ) the angle of attack (α) based on a predetermined curve ( 19 . 20 . 21 ).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the determined differential pressure coefficient ( 20 ) the angle of attack (α) is assigned on the basis of a given table.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the determined differential pressure coefficient ( 20 ) the angle of attack (α) on the basis of a model-based curve ( 19 . 20 . 21 ) and / or table is assigned.

Method according to one of claims 8 or 9, characterized in that the curve ( 19 . 20 . 21 ) and / or the table were determined under predetermined conditions, in particular in a wind tunnel test.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that to a rotational position of the rotor blade ( 4 ) around the rotor axis ( 6 ) associated differential pressure coefficient ( 20 ) over several revolutions of the rotor ( 3 ) around the rotor axis ( 6 ) is averaged.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a setting angle (β) of the rotor blade ( 4 ) opposite a rotor plane ( 12 ) is adjusted as a function of the determined angle of attack (α).

A method according to claim 13, characterized in that the setting angle (β) of the rotor blade ( 4 ) in dependence on a movement of the rotor blade ( 4 ) is adapted longitudinally and / or transversely to its main extension direction and / or around its main extension direction.

A method according to claim 14, characterized in that the movement over on the Rotor blade ( 4 ) arranged acceleration sensors are determined.