DE102015008813A1 - Vortexgenerator - Google Patents

Vortexgenerator Download PDF

Info

Publication number
DE102015008813A1
DE102015008813A1 DE102015008813.0A DE102015008813A DE102015008813A1 DE 102015008813 A1 DE102015008813 A1 DE 102015008813A1 DE 102015008813 A DE102015008813 A DE 102015008813A DE 102015008813 A1 DE102015008813 A1 DE 102015008813A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor blade
vortex generator
vortex
load range
wind speed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
DE102015008813.0A
Other languages
English (en)
Inventor
Lasse Schön
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Gamesa Renewable Energy Service GmbH
Original Assignee
Senvion GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Senvion GmbH filed Critical Senvion GmbH
Priority to DE102015008813.0A priority Critical patent/DE102015008813A1/de
Publication of DE102015008813A1 publication Critical patent/DE102015008813A1/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D7/00Controlling wind motors 
    • F03D7/02Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
    • F03D7/022Adjusting aerodynamic properties of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/306Surface measures
    • F05B2240/3062Vortex generators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit wenigstens einem Rotorblatt (1) das an einem Rotor montiert ist und wenigstens einem auf einer Rotorblattaußenhaut (7) angeordneten Vortexgenerator (3), indem der wenigstens eine Vortexgenerator (3) während des Betriebs entlang der Rotorblattaußenhaut (7) verschoben wird.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage. Die Erfindung betrifft auch ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einem an einer Rotorblattaußenhaut angeordneten Vortexgenerator.
  • Rotorblätter mit Vortexgeneratoren sind im Stand der Technik hinlänglich bekannt.
  • Aus der DE 10 2013 206 437 A1 ist ein Rotorblatt einer Windenergieanlage bekannt, wobei das Rotorblatt in einem blattspitzennahen Abschnitt ein Kombinationsprofil aus einem Hauptprofil und einem vor einer Hauptprofilvorderkante des Hauptprofils angeordneten Vorflügel aufweist.
  • Aus der DE 10 2013 210 733 A1 ist ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit einem an einer Oberfläche des Rotorblattes angeordneten Vortexgenerator mit einem Flügel bekannt, wobei der Flügel abklappbar ist.
  • Es ist bei Windenergieanlagen grundsätzlich bekannt, zur Erhöhung des Auftriebs das Rotorblatt mit Vortexgeneratoren zu versehen. Bei Vortexgeneratoren handelt es sich in der Regel um im Querschnitt dreieckförmige Bauteile, die von einer Saugseite der Rotorblattaußenhaut im Wesentlichen senkrecht abstehen. Das Dreieck ist zur Rotorblatthinterkante rechtwinklig mit einer senkrecht abfallenden Dreieckseite und zur Rotorblattnase hin spitzwinklig ausgebildet. Die Vortexgeneratoren können schräg oder exakt parallel zur Luftstromrichtung auf der Rotorblattaußenhaut angeordnet sein.
  • Es ist auch eine Mehrzahl an Vortexgeneratoren bekannt, die paarweise in einem Winkel aufeinander zulaufend angeordnet sind und auf der Rotorblattaußenhaut entlang der Rotorblattlängsrichtung vorgesehen sind. Bei Umströmung des Rotorblattes erzeugt jeder der Vortexgeneratoren stromabwärts einen Wirbel, der sich stromabwärts von der senkrechten Kante der Vortexgeneratoren löst. Diese Wirbel oder Vortices verhindern das Ausbilden einer zu starken oder zu dichten turbulenten Grenzschicht zwischen der Außenhaut des Rotorblattes und der das Rotorblatt umströmenden laminaren Luftströmung. Dadurch wird einem Abreißen oder Ablösen der laminaren Strömung vom Rotorblatt entgegengewirkt. Beim Ablösen der laminaren Strömung wird auch von einen ,Stall' gesprochen bzw. vom sogenannten Stalleffekt. Der Vortexgenerator ist daher an der Stelle der Rotorblattaußenhaut angeordnet, an der sich die Strömung von der Außenhaut ablöst. Der Vortexgenerator erhöht durch das Verhindern des Strömungsabrisses den Auftriebsbeiwert des Rotorblattes.
  • Der Vortexgenerator erlaubt eine höhere Auftriebskraft bei gleichbleibender Flügelfläche oder eine gleichbleibende Auftriebskraft bei verminderter Flügelfläche in bestimmten Betriebsbereichen. Nachteilig bei Vortexgeneratoren ist es jedoch, dass sich der Luftwiderstand des Rotorblattes durch den Vortexgenerator erhöht, da sich durch Aufbringen der Vortexgeneratoren die wirksame Querschnittsfläche des Rotorblattes in Luftstromrichtung erhöht. Der absolute Luftwiderstand des Rotorblattes erhöht sich demnach durch Aufbringen der Vortexgeneratoren. Insbesondere im oberen Teillastbereich wird der Auftriebsbeiwert stärker erhöht als sich der Luftwiderstand durch den Vortexgenerator erhöht.
  • Problematisch ist jedoch, dass die optimale Stellung des Vortexgenerators variabel ist und auch von sich verändernden Parametern, insbesondere der Windgeschwindigkeit abhängt.
  • Es ist in einem ersten Aspekt Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Es ist in einem zweiten Aspekt Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rotorblatt mit wenigstens einem Vortexgenerator zur Verfügung zu stellen, das die oben genannten Nachteile vermeidet.
  • Die Aufgabe wird in ihrem ersten Aspekt durch ein eingangs genanntes Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit wenigstens einem Rotorblatt macht von der Idee Gebrauch, wenigstens einen Vortexgenerator, der auf einer Rotorblattaußenhaut des wenigstens einen Rotorblattes der Windenergieanlage vorgesehen ist, während des Betriebs der Windenergieanlage entlang der Rotorblattaußenhaut zu verschieben.
  • Unter einem Vortexgenerator ist hier ein aerodynamisches Anbauteil an der Rotorblattaußenhaut zu verstehen. Der Vortexgenerator ist in einem Querschnitt in Strömungsrichtung und senkrecht zur Rotorblattaußenhaut vorzugsweise dreieckig ausgebildet mit einer zur Rotorblatthinterkante hin ansteigenden Seite und einer im Wesentlichen senkrecht abfallenden, in Strömungsrichtung nachlaufenden Seite. Es sind jedoch auch andere Ausgestaltungen denkbar.
  • Bei dem wenigstens einen Vortexgenerator kann es sich um genau einen, genau zwei, drei oder jede höhere Anzahl an Vortexgeneratoren handeln.
  • Herkömmliche Vortexgeneratoren sind üblicherweise positionsfest auf der Rotorblattaußenhaut angeordnet; zwar können sie gegebenenfalls abklappbar, verschwenkbar o. ä. sein, jedoch sind sie positionsfest in dem Sinn, dass sie auf der Rotorblattaußenhaut nicht entlang einer Längsrichtung oder entlang einer Sehne des Rotorblattes oder an einem Winkel dazu hin und her verschiebbar angeordnet sind. Die Erfindung macht von der Idee Gebrauch, den wenigstens einen Vortexgenerator verschiebbar anzuordnen und damit während des Betriebs einer Windenergieanlage sich verändernden äußeren Parametern, insbesondere einer sich verändernden Windgeschwindigkeit in betriebstechnisch günstiger Weise Rechnung zu tragen, insbesondere dahingehend, dass der Leistungsbeiwert und/oder der Wirkungsgrad des Rotorblattes möglichst hoch werden.
  • Wesentlicher Parameter für den Betrieb der Windenergieanlage ist in diesem Zusammenhang die Windgeschwindigkeit. Unter Windgeschwindigkeit wird hier die durchschnittliche Windgeschwindigkeit über einen vorgegebenen Zeitraum in einer Hauptwindrichtung verstanden.
  • Das Verhalten der Windenergieanlage bei sich verändernden Windgeschwindigkeiten ist zum einen herstellerabhängig, zum anderen liegen natürlich allen Windenergieanlagen die gleichen physikalischen Gesetze zugrunde, so dass das erfindungsgemäße Verfahren auf alle Windenergieanlagentypen übertragen werden kann. Die nachfolgenden Angaben der Windgeschwindigkeiten sind nicht als feste Grenzwerte gemeint.
  • Die Windenergieanlagen können bei niedrigen Windgeschwindigkeiten, d. h. bis etwa 5 m/sec mit starrer Drehzahl und im unteren Teillastbereich betrieben werden.
  • In einem Windgeschwindigkeitsbereich zwischen etwa 5 m/sec bis etwa 9 m/sec wird die Windenergieanlage üblicherweise mit variabler Drehzahl betrieben. Auch hier liegt ein Betrieb im unteren Teillastbereich vor, wobei der Leistungsbeiwert seinen Maximalwert erreicht Eine Blattstellung, die durch einen Pitchwinkel der Rotorblätter bestimmt wird, beträgt in dem Bereich etwa 0°. Bei dem Pitchwinkel handelt es sich um einen einstellbaren Winkel des Rotorblattes um seine Längsachse.
  • Bei zunehmenden Windgeschwindigkeiten zwischen etwa 9 m/sec bis etwa 12 m/sec kann die Drehzahl begrenzt werden. In diesem Windgeschwindigkeitsbereich liegt ein Betrieb im oberen Teillastbereich vor. Die Drehzahl wird im oberen Teillastbereich vorzugsweise konstant gehalten, um Anforderungen wie beispielsweise dem Schallschutz u. Ä. gerecht zu werden. Die Windenergieanlage läuft hier bei sogenannter Nenndrehzahl. Auch im oberen Teillastbereich erfolgt keine Blattverstellung durch Veränderung des Pitchwinkels. Die Blattstellung beträgt weiterhin 0°.
  • Aufgrund der konstanten Drehzahl und der damit verbundenen konstanten Blattgeschwindigkeit in einem vorgegebenen radialen Abstand von der Rotorblattwurzel nimmt der Anstellwinkel mit zunehmender Windgeschwindigkeit durch Vektoraddition zu. Im Volllastbetrieb, d. h. bei Windgeschwindigkeiten oberhalb von 12 m/sec erfolgt die Steuerung der Windenergieanlage durch Blattverstellung, indem der Pitchwinkel verändert, d. h. vergrößert wird. Durch die Blattverstellung wird die Drehzahl weiterhin auf Nenndrehzahl gehalten.
  • Bei geringen Windgeschwindigkeiten umströmt der Wind den Rotorblattquerschnitt laminar, und es treten keine oder nur geringe Verwirbelungen auf, ein Strömungsabriss findet nicht statt. Problematisch ist, dass bei Windgeschwindigkeiten im oberen Teillastbereich und auch bei Erhöhung der Anstellwinkel ein Strömungsabriss auftritt, der den Auftriebsbeiwert senkt. Vortexgeneratoren können bei richtiger Dimensionierung und Positionierung den Strömungsabriss insbesondere im oberen Teillastbereich verhindern und dadurch den Auftriebsbeiwert erhöhen. Nachteilig bei der Verwendung von Vortexgeneratoren ist, dass sie den Luftwiderstand des Rotorblattes insgesamt erhöhen. Im oberen Teillastbereich wird der Leistungsbeiwert dennoch erhöht, weil der Auftriebsbeiwert stärker steigt als der Luftwiderstand.
  • Der wenigstens eine Vortexgenerator wird, um den Auftriebsbeiwert erhöhen zu können, an der Position der Rotorblattaußenhaut positioniert, wo der Strömungsabriss ohne die Verwendung des Vortexgenerators stattfindet. Der Vortexgenerator verhindert in dieser Position dann den Strömungsabriss. Dieser Erkenntnis trägt die Erfindung dadurch Rechnung, dass der Vortexgenerator in einem oberen Teillastbereich aktiviert wird. Darunter ist zu verstehen, dass der wenigstens eine Vortexgenerator in einen Bereich des Rotorblattes verschoben wird, der aerodynamisch aktiv ist und in dem überhaupt Strömungsabrisse auftreten können.
  • Die Verwendung von Vortexgeneratoren ist daher insbesondere im oberen Teillastbereich sinnvoll.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl eines Rotors in dem oberen Teillastbereich begrenzt und dadurch ein Anstellwinkel des Rotorblattes mit zunehmender Windgeschwindigkeit erhöht und mit abnehmender Windgeschwindigkeit verringert. An der unteren Grenze des oberen Teillastbereiches treten die Strömungsabrisse zunächst näher an der Rotorblatthinterkante auf, während sie mit zunehmender Windgeschwindigkeit und damit steigendem Anstellwinkel weiter zur Rotorblattnase wandern. Vorzugsweise wird der wenigstens eine Vortexgenerator daher mit zunehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblattnase und mit abnehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblatthinterkante verschoben.
  • In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Drehzahl des Rotors in dem oberen Teillastbereich wiederum begrenzt, wodurch der Anstellwinkel des Rotorblattes mit zunehmender Windgeschwindigkeit erhöht und mit abnehmender Windgeschwindigkeit verringert wird. Bevorzugt wird der wenigstens eine Vortexgenerator mit zunehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblattspitze verschoben und mit abnehmender Windgeschwindigkeit in Richtung einer Rotorblattwurzel verschoben.
  • Da sich die Rotorblätter in Rotation in einer Kreisbewegung um einen Rotor befinden, sind die Rotorblattgeschwindigkeiten an der Rotorblattspitze natürlich größer als an der Rotorblattwurzel. Weil der Anstellwinkel entlang der Rotorblattlängsrichtung zur Rotorblattspitze hin bei gleicher Windgeschwindigkeit durch die zunehmende Rotorgeschwindigkeit abnimmt, ist der Ablösepunkt entlang der Rotorblattlängsrichtung, ausgehend von der Rotorblattwurzel, zur Rotorblattspitze hin tendenziell weiter in Richtung der Rotorblatthinterkante verschoben, so dass es vorzugsweise vorgesehen ist, im oberen Teillastbereich die Vortexgeneratoren mit zunehmender Windgeschwindigkeit von der Rotorblattwurzel, vorzugsweise stetig zur Rotorblattspitze hin zu verschieben, und mit abnehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung der Rotorblattwurzel zu verschieben.
  • In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind zumindest zwei Gruppen von Vortexgeneratoren unterschiedlicher Größe vorgesehen, wobei sich Größe insbesondere auf die Höhe des Vortexgenerators senkrecht zur Rotorblattaußenhaut, vorzugsweise der maximalen Höhe des Vortexgenerators senkrecht über der Rotorblattaußenhaut bezieht. Vorzugsweise werden kleinere Vortexgeneratoren dichter an die Rotorblattspitze verschoben als große Vortexgeneratoren. Zur Rotorblattspitze hin nimmt eine Dicke der Grenzschicht der Strömung ab, so dass es aus physikalischen Gründen sinnvoll ist, die Vortexgeneratoren zur Blattspitze hin kleiner zu gestalten.
  • Außerhalb des oberen Teillastbereiches wird der wenigstens eine Vortexgenerator vorzugsweise deaktiviert. Er wird dazu in eine Position im Bereich der Rotorblatthinterkante oder der Rotorblattwurzel oder wenigsten jeweils in die Richtung der Rotorblatthinterkante oder der Rotorblattwurzel verschoben.
  • Im unteren Teillastbereich ist der Leistungsbeiwert optimal eingestellt, so dass der wenigstens eine Vortexgenerator lediglich den Luftwiderstand erhöht und daher vorzugsweise deaktiviert wird.
  • Im Volllastbetrieb ist die maximale Leistung erreicht, und der wenigstens eine Vortexgenerator hat keinen zusätzlichen Nutzen. Auch im Volllastbetrieb wird der wenigstens eine Vortexgenerator daher deaktiviert.
  • Die Aufgabe wird in ihrem zweiten Aspekt durch ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst. Das Rotorblatt eignet sich insbesondere zur Durchführung eines der oben genannten Verfahren.
  • Erfindungsgemäß ist der wenigstens eine Vortexgenerator entlang einer Rotorblattaußenhaut des Rotorblattes hin und her verschiebbar angeordnet.
  • Die Verschiebbarkeit des wenigstens einen Vortexgenerators trägt der Erkenntnis Rechnung, dass bei bestimmten Betriebsarten, wie dem Betrieb im oberen Teillastbereich, eine Verschiebung der Position des Strömungsabrisses entlang der Rotorblattaußenhaut mit sich verändernder Windgeschwindigkeit erfolgt. Der wenigstens eine Vortexgenerator wird der sich verändernden Position des Strömungsabrisses nachgeführt.
  • In einer Ausführungsform der Erfindung ist der wenigstens eine Vortexgenerator entlang einer Sehne zwischen einer Rotorblattnase und einer Rotorblatthinterkante hin und her verschiebbar ausgebildet, während der Vortexgenerator in einer anderen Ausführungsform der Erfindung entlang einer Längsrichtung des Rotorblattes zwischen einer Rotorblattwurzel und einer Rotorblattspitze hin und her verschiebbar ausgebildet ist.
  • Der wenigstens eine Vortexgenerator kann parallel zur Sehne bzw. zur Längsrichtung oder auch in einem Winkel dazu verschiebbar ausgebildet sein.
  • Günstigerweise können auch Vortexgeneratoren unterschiedlicher Größe vorgesehen sein, wobei kleinere Vortexgeneratoren dichter an die Rotorblattspitze verschiebbar sind als größere Vortexgeneratoren. In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung ist eine Mehrzahl an Vortexgeneratoren in Längsrichtung nebeneinander angeordnet und relativ positionsfest miteinander verbunden. Die Mehrzahl an Vortexgeneratoren ist gleichzeitig hin und her verschiebbar ausgebildet, und die kleineren Vortexgeneratoren sind dichter an der Rotorblattspitze angeordnet als die größeren Vortexgeneratoren. Das trägt der zur Rotorblattspitze hin dünner werdenden Grenzschicht Rechnung.
  • Die Mehrzahl an Vortexgeneratoren kann auf einer gemeinsamen Schiene verschiebbar angeordnet und mit einem Gestänge verbunden sein oder fest auf der Schiene angeordnet sein, die dann selbst verschiebbar ausgebildet ist.
  • Vorzugsweise ist eine Fliehkraftsteuerung für den wenigstens einen Vortexgenerator vorgesehen, Die Fliehkraftsteuerung verschiebt den wenigstens einen Vortexgenerator mit größer werdender Drehzahl zur Rotorblattspitze hin.
  • Grundsätzlich sind verschiedene Konstruktionsmöglichkeiten für den entlang der Rotorblattaußenhaut verschiebbaren wenigstens einen Vortexgenerator vorgesehen.
  • Der wenigstens eine Vortexgenerator kann entlang einer Schiene hin und her verschiebbar ausgebildet sein, die Schiene kann auf der Rotorblattaußenhaut aufgesetzt sein. Es ist jedoch auch denkbar, dass eine Rille in der Rotorblattaußenhaut vorgesehen ist, die selbst als Schiene fungiert oder in die eine Schiene eingesetzt ist, und der wenigstens eine Vortexgenerator ist entlang der Rille hin und her verschiebbar angeordnet.
  • Die Rille weist zur Verbesserung der Aerodynamik eine Verschließeinrichtung auf. Auch die Verschließeinrichtung kann verschieden ausgebildet sein, vorzugsweise ist sie in einer einfachen Ausführungsform als Gummilippe ausgebildet.
  • Die Erfindung wird anhand von zwei Ausführungsbeispielen in zwei Figuren beschrieben, dabei zeigen:
  • 1 einen Schnitt entlang einer Sehne eines erfindungsgemäßen Rotorblattes in einer ersten Ausführungsform,
  • 2 eine Draufsicht einer zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Rotorblattes.
  • 1 zeigt den Schnitt entlang einer Sehne 2 eines Rotorblattes 1 mit einem einzelnen Vortexgenerator 3, in einer ersten Position in einem aerodynamischen Profil des Rotorblattes 1 luftstromabwärts einer Blattnase 4 und in einer gestrichelt eingezeichneten zweiten Position im Bereich luftstromabwärts näher zu einer Rotorblatthinterkante 6 als die erste Position. Der Vortexgenerator 3 ist in einer nicht dargestellten Schiene entlang der Sehne 2 auf einer Rotorblattaußenhaut 7 auf einer Saugseite 8 des Rotorblattes 1 zwischen der ersten und zweiten Position hin und her verschiebbar. Er kann jede Zwischenposition dauerhaft annehmen. Die Schiene weist zwei in einer Längsrichtung L der Schiene verlaufende Gummilippen auf, die die Schiene nach außen durch elastisches Rückfedern automatisch verschließen, nachdem der Vortexgenerator 3 den entsprechenden Abschnitt durchlaufen hat.
  • Der Vortexgenerator 3 ist bei Windgeschwindigkeiten unterhalb von 5 m/sec und im unteren Teillastbereich bei Windgeschwindigkeiten zwischen 5 m/sec bis zu 9 m/sec in der zweiten Position deaktiviert und wird im oberen Teillastbereich in die erste Position bzw. eine Position in der Nähe der ersten Position verschoben.
  • Der Vortexgenerator 3 wird im oberen Teillastbereich bei Windgeschwindigkeiten von etwa 9 m/sec bis 12 m/sec nur noch leicht verschoben. Dabei ist eine Steuerung der Windkraftanlage, die drei der in 1 dargestellten Rotorblätter 1 aufweist, so ausgelegt, dass sie mit stärker werdendem Wind den Vortexgenerator 3 im Bereich der Rotorblattnase 4 von hinten weiter nach vorne verschiebt.
  • Die Verschiebbarkeit des Vortexgenerators 3 ermöglicht eine Steuerung der Windkraftanlage, durch eine gezielte Beeinflussung des Auftriebs des Rotorblattes durch Veränderung des Auftriebsbeiwertes und des Luftwiderstand des Rotorblattes.
  • Das in 2 schematisch dargestellte Konzept eines verschiebbaren Streifens 21 mit den Vortexgeneratoren 3 macht von der Idee Gebrauch, eine Mehrzahl der Vortexgeneratoren 3 auf dem Streifen 21 paarweise gewinkelt zueinander und positionsfest zueinander anzuordnen. Eine relative Position der Vortexgeneratoren 3 auf dem verschiebbaren Streifen 21 ist damit während des Betriebs der Windenergieanlage konstant. Der Streifen 21 wird insgesamt auf einer Schiene 20 hin und her verschoben.
  • Im oberen Teillastbereich, bei Windgeschwindigkeiten zwischen 9 m/sec bis 12 m/sec und bei konstanter Drehzahl ist es sinnvoll, die Vortexgeneratoren 3 mit zunehmender Windgeschwindigkeit von einer Rotorblattwurzel 22 zu einer Rotorblattspitze 23 hin zu verschieben. Bei abnehmender Windgeschwindigkeit wird der Streifen 21 der Vortexgeneratoren 3 wieder aus einer Position näher an der Rotorblattspitze 23 zurück zur Rotorblattwurzel 22 verschoben. Die Position an der Rotorblattwurzel 22 ist gestrichelt dargestellt. Die gestrichelte Position entspricht der in 1 dargestellten deaktivierten und zweiten Position und wird auch hier als deaktivierte und zweite Position bezeichnet, während die durchgezogene Position als erste Position, als aktivierte Position der Mehrzahl an Vortexgeneratoren 3 bezeichnet wird. Im unteren Teillastbereich sowie ab Nennwind ist der Streifen 21 mit den Vortexgeneratoren 3 deaktiviert, also in die zweite Position in 2 eingefahren. Im oberen Teillastbereich, d. h. bei Windgeschwindigkeiten zwischen 9 m/sec bis 12 m/sec und konstanter Drehzahl setzt die erfindungsgemäße Steuerung ein, und in dem oberen Teillastbereich wird die Schiene 21 mit Vortexgeneratoren 3 mit zunehmender Windstärke aus der zweiten Position in die erste Position verschoben und mit abnehmendem Wind wieder aus der ersten in die zweite Position zurückverschoben. Dabei wird der physikalischen Tatsache Rechnung getragen, dass sich mit zunehmender Windgeschwindigkeit die Abrisskante der Strömung von der Rotorblatthinterkante 6 zur Rotorblattnase 4 verschiebt und der Anstellwinkel zur Rotorblattspitze 23 hin kleiner wird.
  • Zusätzlich sind die Vortexgeneratoren 3, die auf dem Streifen 21 angeordnet sind und näher bei der Rotorblattspitze 23 angeordnet sind, kleiner als die Vortexgeneratoren 3, die dichter an der Rotorblattwurzel 22 angeordnet sind.
  • Damit wird der physikalischen Tatsache Rechnung getragen, dass eine Grenzschicht der Strömung über der Rotorblattaußenhaut 7 zur Rotorblattspitze 23 hin in der Dicke abnimmt. Unter Größe des Vortexgenerators 3 ist hier eine Ausdehnung des Vortexgenerators 3 entlang seiner Höhe, d. h. senkrecht zur Rotorblattaußenhaut 7 zu verstehen.
  • Grundsätzlich ist es auch möglich, eine Kombination der Anordnungen in 1 und 2 vorzusehen.
  • Bezugszeichenliste
  • 1
    Rotorblatt
    2
    Sehne
    3
    Vortexgenerator
    4
    Rotorblattnase
    6
    Rotorblatthinterkante
    7
    Rotorblattaußenhaut
    8
    Saugseite
    20
    Schiene
    21
    Streifen
    22
    Rotorblattwurzel
    23
    Rotorblattspitze
    L
    Längsrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102013206437 A1 [0003]
    • DE 102013210733 A1 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Windenergieanlage mit wenigstens einem Rotorblatt (1) das an einem Rotor montiert ist und wenigstens einem auf einer Rotorblattaußenhaut (7) angeordneten Vortexgenerator (3), indem der wenigstens eine Vortexgenerator (3) während des Betriebs entlang der Rotorblattaußenhaut (7) verschoben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vortexgenerator (3) in einem unteren Teillastbereich deaktiviert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vortexgenerator (3) in einem oberen Teillastbereich aktiviert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl des Rotors in dem oberen Teillastbereich begrenzt wird und ein Anstellwinkel des Rotorblattes (1) mit zunehmender Windgeschwindigkeit erhöht wird und mit abnehmender Windgeschwindigkeit verringert wird und der wenigstens eine Vortexgenerator (3) mit zunehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblattnase (4) und mit abnehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblatthinterkante (6) verschoben wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehzahl eines Rotors in einem oberen Teillastbereich begrenzt wird und ein Anstellwinkel des Rotorblattes (1) mit zunehmender Windgeschwindigkeit erhöht wird und mit abnehmender Windgeschwindigkeit verringert wird und der wenigstens eine Vortexgenerator (3) mit zunehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblattspitze (4) verschoben wird und mit abnehmender Windgeschwindigkeit in dem oberen Teillastbereich in Richtung einer Rotorblattwurzel (22) verschoben wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortexgeneratoren (3) in wenigstens zwei verschiedenen Größen vorgesehen werden und kleinere Vortexgeneratoren (3) dichter an die Rotorblattspitze (23) verschoben werden als größere Vortexgeneratoren (3).
  7. Rotorblatt für eine Windenergieanlage mit wenigstens einem an einer Rotorblattaußenhaut (7) angeordneten Vortexgenerator (3), dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vortexgenerator (3) entlang der Rotorblattaußenhaut (7) hin und her verschiebbar angeordnet ist.
  8. Rotorblatt nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vortexgenerator (3) entlang einer Sehne (2) zwischen einer Rotorblattnase (4) und einer Rotorblatthinterkante (6) hin und her verschiebbar ausgebildet ist.
  9. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Vortexgenerator (3) entlang einer Längsrichtung (L) des Rotorblattes (1) zwischen einer Rotorblattwurzel (22) und einer Rotorblattspitze (23) hin und her verschiebbar ausgebildet ist.
  10. Rotorblatt nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vortexgeneratoren (3) in unterschiedlicher Größe vorgesehen sind und die kleineren Vortexgeneratoren (3) dichter an die Rotorblattspitze (23) verschiebbar sind als die größeren Vortexgeneratoren (3).
  11. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl der Vortexgeneratoren (3) in Längsrichtung (L) nebeneinander angeordnet ist und relativ positionsfest miteinander verbunden ist und die Mehrzahl der Vortexgeneratoren (3) gleichzeitig hin und her verschiebbar ausgebildet ist und die kleineren Vortexgeneratoren (3) dichter an der Rotorblattspitze (23) angeordet sind als die größeren Vortexgeneratoren (3).
  12. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 7 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Fliehkraftsteuerung den wenigstens einen Vortexgenerator (3) mit größer werdender Drehzahl zur Rotorblattspitze (23) hin verschiebt.
  13. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schiene (20) auf der Rotorblattaußenhaut (7) vorgesehen ist, auf der der wenigstens eine Vortexgenerator (3) hin und her verschiebbar ist.
  14. Rotorblatt nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rille in der Rotorbattaußenhaut (7) vorgesehen ist, entlang derer der wenigstens eine Vortexgenerator (3) hin und her verschiebbar angeordnet ist, und die Rille eine Verschließvorrichtung aufweist
  15. Rotorblatt nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschließvorrichtung eine Gummilippe aufweist.
DE102015008813.0A 2015-07-10 2015-07-10 Vortexgenerator Ceased DE102015008813A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015008813.0A DE102015008813A1 (de) 2015-07-10 2015-07-10 Vortexgenerator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102015008813.0A DE102015008813A1 (de) 2015-07-10 2015-07-10 Vortexgenerator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102015008813A1 true DE102015008813A1 (de) 2017-01-12

Family

ID=57583941

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102015008813.0A Ceased DE102015008813A1 (de) 2015-07-10 2015-07-10 Vortexgenerator

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102015008813A1 (de)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431303A (zh) * 2017-02-17 2019-11-08 菱重维斯塔斯海上风力有限公司 风轮机叶片的前缘保护
CN111619789A (zh) * 2020-05-08 2020-09-04 中国科学院空天信息创新研究院 叶片上表面气流控制装置及方法
EP3741669A1 (de) * 2019-05-20 2020-11-25 The Boeing Company Flugzeuggondeln mit verstellbaren seitenteilen
WO2021089019A1 (zh) * 2019-11-07 2021-05-14 中材科技风电叶片股份有限公司 叶片翼型气动性能调节装置、方法、涡流发生器控制系统、风力发电机的机组控制系统、涡流发生器和叶片
US11072416B2 (en) 2019-05-20 2021-07-27 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11174004B2 (en) 2019-05-20 2021-11-16 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
CN113669193A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 乌本产权有限公司 风力发电设备及其设计和操作方法以及风力发电场
US11235857B2 (en) 2019-05-20 2022-02-01 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11535362B2 (en) 2019-05-20 2022-12-27 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11591097B2 (en) 2019-05-20 2023-02-28 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11745860B2 (en) 2019-05-20 2023-09-05 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11873078B2 (en) 2019-05-20 2024-01-16 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110142664A1 (en) * 2010-06-22 2011-06-16 Anjuri Eswararao V S J Vortex generator assembly for use with a wind turbine rotor blade and method for assembling a wind turbine rotor blade
DE102013206437A1 (de) 2013-04-11 2014-10-16 Senvion Se Rotorblatt einer Windenergieanlage und Windenergieanlage
DE102013210733A1 (de) 2013-06-10 2014-12-11 Senvion Se Rotorblatt und Vortexgenerator
DE102014108917A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 General Electric Company Bewegbare Oberflächeneinrichtungen für Rotorblätter einer Windkraftanlage
US20150322917A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Customizing a wind turbine for site-specific conditions

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110142664A1 (en) * 2010-06-22 2011-06-16 Anjuri Eswararao V S J Vortex generator assembly for use with a wind turbine rotor blade and method for assembling a wind turbine rotor blade
DE102013206437A1 (de) 2013-04-11 2014-10-16 Senvion Se Rotorblatt einer Windenergieanlage und Windenergieanlage
DE102013210733A1 (de) 2013-06-10 2014-12-11 Senvion Se Rotorblatt und Vortexgenerator
DE102014108917A1 (de) * 2013-06-27 2014-12-31 General Electric Company Bewegbare Oberflächeneinrichtungen für Rotorblätter einer Windkraftanlage
US20150322917A1 (en) * 2014-05-08 2015-11-12 Siemens Aktiengesellschaft Customizing a wind turbine for site-specific conditions

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110431303B (zh) * 2017-02-17 2021-08-17 维斯塔斯海上风力有限公司 前缘保护盖、风轮机叶片以及制备风轮机叶片的方法
CN110431303A (zh) * 2017-02-17 2019-11-08 菱重维斯塔斯海上风力有限公司 风轮机叶片的前缘保护
US11591097B2 (en) 2019-05-20 2023-02-28 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11072416B2 (en) 2019-05-20 2021-07-27 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
EP3741669A1 (de) * 2019-05-20 2020-11-25 The Boeing Company Flugzeuggondeln mit verstellbaren seitenteilen
US11873078B2 (en) 2019-05-20 2024-01-16 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11174004B2 (en) 2019-05-20 2021-11-16 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11745860B2 (en) 2019-05-20 2023-09-05 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11613345B2 (en) 2019-05-20 2023-03-28 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11235857B2 (en) 2019-05-20 2022-02-01 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
US11535362B2 (en) 2019-05-20 2022-12-27 The Boeing Company Aircraft nacelles having adjustable chines
WO2021089019A1 (zh) * 2019-11-07 2021-05-14 中材科技风电叶片股份有限公司 叶片翼型气动性能调节装置、方法、涡流发生器控制系统、风力发电机的机组控制系统、涡流发生器和叶片
CN111619789A (zh) * 2020-05-08 2020-09-04 中国科学院空天信息创新研究院 叶片上表面气流控制装置及方法
CN111619789B (zh) * 2020-05-08 2021-10-08 中国科学院空天信息创新研究院 叶片上表面气流控制装置及方法
EP3916218A1 (de) 2020-05-15 2021-12-01 Wobben Properties GmbH Verfahren zum auslegen und betreiben einer windenergieanlage, windenergieanlage sowie windpark
US11668281B2 (en) 2020-05-15 2023-06-06 Wobben Properties Gmbh Method for designing and operating a wind power installation, wind power installation and wind farm
CN113669193A (zh) * 2020-05-15 2021-11-19 乌本产权有限公司 风力发电设备及其设计和操作方法以及风力发电场

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102015008813A1 (de) Vortexgenerator
DE10347802B3 (de) Rotorblatt für eine Windkraftanlage
EP2929178B1 (de) Rotorblatthinterkante
DE102009025857A1 (de) Windmaschinenrotorflügel-Grundrisse mit verdrehten und sich verjüngenden Spitzen
EP3066337B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage und windenergieanlage
EP2959161A1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage
EP2528810B1 (de) Struktur zur verringerung eines strömungswiderstands eines körpers in einem fluid
EP1244872B1 (de) Rotorblatt für eine windenergieanlage
EP2984334B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage und windenergieanlage
DE102010041111A1 (de) Rotorblatt mit integrierter passiver Oberflächenklappe
DE102013207640A1 (de) Windenergieanlagen-Rotorblatt
EP3510275B1 (de) Windenergieanlagen-rotorblatt
WO2013072456A2 (de) Windenergieanlagen-rotorblatt und verfahren zum enteisen eines windenergieanlagen-rotorblattes
EP2558363B1 (de) Hochauftriebssystem für ein flugzeug
EP3399183B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage
DE202012005356U1 (de) Rotorblatt für Windturbinen mit Profilen in Tandemanordnung
EP2976524B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage, windenergieanlage und verfahren zum betreiben einer windenergieanlage
EP2978967B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage mit winglet
EP3844384A1 (de) Rotorblatt, windenergieanlage und verfahren zum optimieren einer windenergieanlage
DE102013202881A1 (de) Rotorblatthinterkante
EP3553306B1 (de) Windenergieanlagenrotorblatt mit einem vortex-generator
EP3464884B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage
DE102010045080B4 (de) Flügelprofil
DE102008035058A1 (de) Rotorblatt und Windkraftanlage damit
DE102013101536A1 (de) Rotorblatt für Axialrotoren

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R012 Request for examination validly filed
R082 Change of representative

Representative=s name: GROTH, WIELAND, DR., DE

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: SIEMENS GAMESA RENEWABLE ENERGY SERVICE GMBH, DE

Free format text: FORMER OWNER: SENVION GMBH, 22297 HAMBURG, DE

R002 Refusal decision in examination/registration proceedings
R003 Refusal decision now final