DE102017110635A1

DE102017110635A1 - rotor blade

Info

Publication number: DE102017110635A1
Application number: DE102017110635.9A
Authority: DE
Inventors: Lars Rommel; Martin Schäfer; David Jäger
Original assignee: Schuetz GmbH and Co KGaA
Current assignee: Schuetz GmbH and Co KGaA
Priority date: 2017-05-16
Filing date: 2017-05-16
Publication date: 2018-11-22

Abstract

Rotorblatt (10) mit einer im Bereich einer Rotorblattspitze (11) angeordneten Entwässerungseinrichtung (12) mit zumindest einer Entwässerungsöffnung und einem in einem Profilquerschnitt des Rotorblatts (10) in Richtung auf die Rotorblattspitze (11) der Entwässerungseinrichtung (12) vorgeordneten Filterelement (14) zur Aufnahme von in einem Rotorblattinnenraum vorhandenen Partikeln, wobei das Filterelement (14) in der Form eines Flügelspants ausgebildet ist, den Profilquerschnitt ausfüllt und eine Mehrzahl von Filteröffnungen (22) aufweist, deren Öffnungsquerschnitt (24) kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt (26) der Entwässerungsöffnung (25) der Entwässerungseinrichtung (12).Rotor blade (10) having a drainage device (12) arranged in the region of a rotor blade tip (11) with at least one drainage opening and a filter element (14) arranged in a profile cross section of the rotor blade (10) in the direction of the rotor blade tip (11) of the drainage device (12). for receiving particles present in a rotor blade interior, the filter element (14) being in the form of a wing frame, filling the profile cross section and having a plurality of filter openings (22) whose opening cross section (24) is smaller than an opening cross section (26) of FIG Drainage opening (25) of the drainage device (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit einer im Bereich einer Rotorblattspitze angeordneten Entwässerungseinrichtung mit zumindest einer Entwässerungsöffnung und einem in einem Profilquerschnitt des Rotorblatts in Richtung auf die Rotorblattspitze der Entwässerungsweinrichtung vorgeordneten Filterelement zur Aufnahme von in einem Rotorblattinnenraum vorhandenen Partikeln, wobei das Filterelement in der Form eines Flügelspants ausgebildet ist, den Profilquerschnitt ausfüllt und eine Mehrzahl von Filteröffnungen aufweist, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt der Entwässerungsöffnung der Entwässerungseinrichtung.The present invention relates to a rotor blade with a drainage device arranged in the region of a rotor blade tip with at least one drainage opening and a filter element arranged in a profile cross section of the rotor blade in the direction of the rotor blade tip of the drainage device for receiving particles present in a rotor blade interior, the filter element being in the form of a Flügelspants is formed, the profile cross-section fills and having a plurality of filter openings whose opening cross-section is smaller than an opening cross section of the drainage opening of the drainage device.

Rotorblätter der eingangs genannten Art sind insbesondere für den Einsatz an Windenergieanlagen bestimmt, die häufig drei radial an einer gemeinsamen Rotornabe angeordnete Rotorblätter aufweisen, welche mit der Nabe um eine Rotorachse rotieren. Dabei werden von den Rotorblattspitzen erhebliche Umfangsgeschwindigkeiten erreicht, die zur Ausbildung entsprechender Fliehkräfte führen mit der Folge, dass im Rotorblattinnenraum vorhandene bewegliche Massen in Richtung auf die Rotorblattspitze transportiert werden.Rotor blades of the type mentioned above are particularly intended for use on wind turbines, which often have three radially arranged on a common rotor hub rotor blades which rotate with the hub about a rotor axis. In this case, considerable circumferential speeds are achieved by the rotor blade tips, which lead to the formation of appropriate centrifugal forces, with the result that existing in the rotor blade interior movable masses are transported in the direction of the rotor blade tip.

Diesen Effekt macht man sich vorteilhaft zu Nutze, um eine Entwässerung des Rotorblattinnenraums durchzuführen, also etwa Wasser, das im Bereich der Rotorblattwurzel in den Rotorblattinnenraum gelangt sein kann oder auch sich in Folge von Kondensation der Luftfeuchtigkeit im Rotorblattinnenraum angesammelt hat, durch eine im Bereich der Rotorblattspitze angeordnete Entwässerungseinrichtung mit zumindest einer Entwässerungsöffnung aus dem Rotorblattinnenraum heraus zu fördern. Eine derartige „Rotorblattentwässerung“ erweist sich als notwendig, um aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit des Wassers mögliche Blitzschäden am Rotorblatt oder auch Frostschäden am Rotorblatt zu verhindern.This effect is used to advantage in order to perform a dewatering of the rotor blade interior, so as water, which may have come in the rotor blade root in the rotor blade interior or has accumulated as a result of condensation of air humidity in the rotor blade interior, by a in the Rotor blade tip arranged drainage device with at least one drainage hole from the rotor blade interior to promote out. Such a "rotor blade drainage" proves to be necessary in order to prevent possible lightning damage to the rotor blade or frost damage to the rotor blade due to the electrical conductivity of the water.

Neben Wasseransammlungen, die sich im Rotorblattinnenraum aus den vorgenannten Gründen bilden können, befinden sich im Rotorblattinnenraum, insbesondere durch die Fertigung der Rotorblätter verursachte Feststoffpartikel oder auch Staubpartikel, die von außen eindringen, wobei diese Partikel ebenso wie das im Rotorblattinnenraum angesammelte Wasser aufgrund der Fliehkräfte zur Rotorblattspitze hin transportiert werden. Hierdurch kann es zu einer Blockierung der Entwässerungsöffnung an der Rotorblattspitze kommen, so dass im Rahmen regelmäßiger Wartungsvorgänge die Funktionsfähigkeit der Entwässerungsöffnung geprüft und gegebenenfalls durch Beseitigung einer Verstopfung wieder hergestellt werden muss.In addition to accumulations of water, which may form in the rotor blade interior for the aforementioned reasons are located in the rotor blade interior, in particular by the production of the rotor blades caused solid particles or dust particles that penetrate from the outside, these particles as well as the accumulated in the rotor blade interior water due to the centrifugal forces Rotor blade tip to be transported. This can lead to a blockage of the drainage opening at the rotor blade tip, so that the functionality of the drainage opening must be checked as part of regular maintenance operations and, if necessary, repaired by eliminating a blockage.

Aus der Praxis bekannte Maßnahmen sind etwa die Vorsehung geeigneter Wartungsöffnungen im Bereich der Rotorblattspitze, um eine verstopfte Entwässerungsöffnung frei zu räumen oder auch ein Aufbohren der Entwässerungsöffnung von außen. Hieraus resultiert ein entsprechender Wartungsaufwand, der betrieben werden muss, um die Entwässerungseinrichtung funktionsfähig zu erhalten.Measures known from practice are, for example, the provision of suitable maintenance openings in the region of the rotor blade tip, in order to clear a clogged drainage opening or else a boring of the drainage opening from the outside. This results in a corresponding maintenance, which must be operated in order to maintain the drainage device functional.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Rotorblatt vorzuschlagen, das eine Vermeidung des Wartungsaufwands zur Funktionserhaltung der Entwässerungseinrichtung ermöglicht.The present invention has for its object to propose a rotor blade, which allows avoiding the maintenance effort to maintain the function of the drainage device.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist das erfindungsgemäße Rotorblatt die Merkmale des Anspruchs 1 auf.To solve this problem, the rotor blade according to the invention has the features of claim 1.

Erfindungsgemäß ist in einem Profilquerschnitt des Rotorblatts in Richtung auf die Rotorblattspitze der im Bereich der Rotorblattspitze angeordneten Entwässerungseinrichtung ein Filterelement vorgeordnet, das zur Aufnahme von in einem Rotorblattinnenraum vorhandenen Partikeln dient, wobei das Filterelement in der Form eines Flügelspants ausgebildet ist, den Profilquerschnitt ausfüllt und eine Mehrzahl von Filteröffnungen aufweist, deren Öffnungsquerschnitt kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt einer Entwässerungsöffnung der Entwässerungseinrichtung.According to the invention, in a profile cross-section of the rotor blade in the direction of the rotor blade tip arranged in the region of the rotor blade tip a filter element upstream, which serves to receive present in a rotor blade interior particles, wherein the filter element is formed in the shape of a wing frame, the profile cross-section fills and a Has a plurality of filter openings whose opening cross section is smaller than an opening cross section of a drainage opening of the dewatering device.

Aufgrund der Ausgestaltung des Filterelements in der Form eines Flügelspants erstreckt sich die Wirkung des Filterelements über den gesamten Profilquerschnitt, so dass grundsätzlich sämtliche zur Rotorblattspitze durch den Rotorblattinnenraum transportierten Partikel das Filterelement passieren oder sich an diesem anlagern. Durch die Mehrzahl von Filteröffnungen mit einem Öffnungsquerschnitt, der kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt der Entwässerungsöffnung, wird zum einen sichergestellt, dass ein Partikel, der aufgrund seiner Größe einen Öffnungsquerschnitt der Entwässerungsöffnung blockieren könnte, durch das Filterelement aufgehalten wird. Andererseits in selbst in dem Fall, dass ein Partikel eine Filteröffnung blockiert aufgrund der Mehrzahl von Filteröffnungen immer noch sichergestellt, dass die verbleibenden Filteröffnungen einen Wassertransport durch das Filterelement hindurch in Richtung auf die Rotorblattspitze und zum Austritt aus dem Rotorblattinnenraum durch die Entwässerungsöffnung ermöglichen. Dabei ist es bevorzugt, die Anzahl der Filteröffnungen möglichst groß zu wählen ist, um das Filterelement so lange wie möglich, möglichst über den gesamten Lebenszyklus eines Rotorblattes funktionsfähig zu erhalten.Due to the configuration of the filter element in the form of a wing frame, the effect of the filter element extends over the entire profile cross-section, so that in principle all the particles transported to the rotor blade tip through the rotor blade interior pass through the filter element or adhere to it. By means of the plurality of filter openings with an opening cross-section which is smaller than an opening cross-section of the drainage opening, it is ensured on the one hand that a particle which due to its size could block an opening cross-section of the drainage opening is held up by the filter element. On the other hand, even in the case where a particle blocks a filter opening due to the plurality of filter openings, it still ensures that the remaining filter openings allow water to travel through the filter element toward the rotor blade tip and exit the rotor blade interior through the drainage opening. It is preferred that the number of filter openings should be as large as possible in order to keep the filter element functional for as long as possible, preferably over the entire life cycle of a rotor blade.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Filterelement als ein Strukturelement aus einer Vielzahl jeweils eine Filteröffnung definierenden, in Rotorblattlängsrichtung verlaufenden Strömungsröhren gebildet ist, da somit jede Strömungsröhre einen Strömungskanal definiert, in dessen Verlauf selbst ein Partikel, der aufgrund einer längsgestreckten Ausgestaltung mit zumindest einer kleiner als der Durchmesser des Öffnungsquerschnitts einer Filteröffnung ausgebildeten Körperachse den Öffnungsquerschnitt der Strömungsröhre noch passieren konnte, im weiteren Verlauf der Strömungsröhre aufgrund einer geänderten Relativpositionierung des Partikels innerhalb der Strömungsröhre verkantet und somit im Filterelement auf seinem Weg zur Rotorblattspitze aufgehalten wird. Dabei kann es insbesondere von Vorteil sein, wenn die Strömungsröhren in Längsrichtung des Rotorblatts einen nicht geradlinigen Verlaufen aufweisen.It is particularly advantageous if the filter element is formed as a structural element of a plurality of each defining a filter opening, running in the rotor blade longitudinal direction flow tubes, since thus each flow tube defines a flow channel, in the course itself a particle that due to an elongated configuration with at least one smaller As the diameter of the opening cross section of a filter opening formed body axis could still pass the opening cross section of the flow tube, tilted in the further course of the flow tube due to a changed relative positioning of the particle within the flow tube and thus stopped in the filter element on its way to the rotor blade tip. It may be particularly advantageous if the flow tubes have a non-straight course in the longitudinal direction of the rotor blade.

Wenn die Strömungsröhren als Waben ausgebildet sind, kann das Filterelement in seinem Querschnitt aus einer Vielzahl von in ihrem Durchflussquerschnitt übereinstimmend ausgebildeten Strömungsröhren zusammengesetzt sein.When the flow tubes are formed as honeycombs, the filter element may be composed in its cross section of a plurality of matching in their flow cross-section flow tubes.

Vorzugsweise ist das Filterelement aus einem nichtmetallischen Material hergestellt, so dass nicht nur eine Korrosion der Filterelements ausgeschlossen werden kann, sondern auch die elektrische Leitfähigkeit des Filterelements so weit wie möglich reduzierbar ist, um das eingangs genannte Blitzschlagrisiko auch durch eine geeignete Materialwahl für das Filterelement so weit wie möglich zu reduzieren.Preferably, the filter element is made of a non-metallic material, so that not only corrosion of the filter element can be excluded, but also the electrical conductivity of the filter element is reduced as much as possible to the aforementioned lightning risk by a suitable choice of material for the filter element so to reduce as much as possible.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Filterelement aus einem als wabenförmiger Plattenwerkstoff ausgebildeten Halbzeug hergestellt ist, so dass zur Herstellung des Filterelements insbesondere bereits für den Einsatz in Luftfahrzeugen als Strukturelement erprobte und als standardisiertes Halbzeug leicht verfügbares Material, wie etwa die seit langem als Strukturelemente im Flugzeugbau eingesetzten Honeycombplatten, auch zur Herstellung der Filterelemente verwendbar sind. Hierdurch werden auch formstabile Filterelemente mit einem möglichst geringen Gewicht ermöglicht, die die Struktur und die Masse des Rotorblatts möglichst wenig beeinfussen.It is particularly advantageous if the filter element is produced from a semifinished product designed as a honeycomb-shaped plate material, so that for the production of the filter element, in particular already proven material for use in aircraft as a structural element and readily available as a standardized semifinished product, such as for a long time as structural elements in Aircraft used Honeycombplatten, also usable for the production of the filter elements. As a result, dimensionally stable filter elements are made possible with the lowest possible weight, which affects the structure and the mass of the rotor blade as little as possible.

Anhand der Zeichnung wird nachfolgend eine Ausführungsform eines Rotorblatts 10 mit einem im Bereich einer Rotorblattspitze 11 angeordneten Entwässerungseinrichtung 12 näher erläutert.With reference to the drawing below is an embodiment of a rotor blade 10 with one in the area of a rotor blade tip 11 arranged drainage device 12 explained in more detail.

Wie die Zeichnung zeigt, ist ausgehend von einer Rotorblattwurzel 13, die zum Anschluss des Rotorblatts 10 an eine hier nicht näher dargestellte Rotorblattnabe dient, der Entwässerungseinrichtung 12 vorgeordnet ein, hier als Flügelspant ausgebildetes Filterelement 14 vorgesehen, das aus einem wabenförmigen Halbzeug 15 hergestellt ist. Dabei ist die Umfangskontur 16 des Filterelements 14 dem Flügelprofil 17 des Rotorblatts 10 angepasst und im vorliegenden Fall mittels einer längs der Umfangskontur 16 erfolgten Verklebung 18 mit dem Flügelprofil 17, sowohl mit einer Rotorblattoberseite 19 als auch mit einer Rotorblattunterseite 20 derart verbunden, dass Partikel, die sich in einem Rotorblattinnenraum zwischen der Rotorblattwurzel 13 und dem Filterelement 14 befinden, auf ihrem Weg in Richtung einer Rotorblattlängsachse 21 zur Rotorblattspitze 11 entweder durch im Filterelement 14 ausgebildete Filteröffnungen 22 das Filterelement 14 passieren oder vom Filterelement 14 aufgehalten werden.As the drawing shows, starting from a rotor blade root 13 , to the connection of the rotor blade 10 to a rotor blade hub not shown here, the dewatering device 12 upstream one, designed here as Flügelspant filter element 14 provided, which consists of a honeycomb-shaped semi-finished product 15 is made. Here is the circumferential contour 16 of the filter element 14 the sash profile 17 of the rotor blade 10 adapted and in the present case by means of a along the peripheral contour 16 done gluing 18 with the sash profile 17 , both with a rotor blade top 19 as well as with a rotor blade base 20 connected such that particles that are in a rotor blade interior between the rotor blade root 13 and the filter element 14 on their way towards a rotor blade longitudinal axis 21 to the rotor blade tip 11 either through in the filter element 14 trained filter openings 22 the filter element 14 pass or from the filter element 14 to get stopped.

Das Filterelement 14 weist im vorliegenden Fall als Zellen einer Wabenstruktur ausgebildete Strömungsröhren 23 auf, die einen gleichmäßigen, sechseckigen Querschnitt aufweisen.The filter element 14 In the present case, flow cells are formed as cells of a honeycomb structure 23 on, which have a uniform, hexagonal cross-section.

Die im vorliegenden Fall in einheitlicher Größe ausgebildeten Filteröffnungen 22 weisen einen Öffnungsquerschnitt 24 auf, der kleiner ist als ein Öffnungsquerschnitt 25 der im vorliegenden Fall lediglich eine Entwässerungsöffnung 25 aufweisenden Entwässerungseinrichtung 12, die im vorliegenden Fall als Bohrung in der Rotorblattoberseite 26 ausgeführt ist; jedoch auch in der Rotorblattunterseite ausgebildet sein kann, um durch die Bohrung bedingte Geräuschemissionen zu reduzieren, oder in der Blattspitze ausgebildet sein kann.The filter openings formed in the present case in a uniform size 22 have an opening cross-section 24 on, which is smaller than an opening cross-section 25 in the present case only a drainage opening 25 having drainage device 12 , in the present case as a hole in the rotor blade top 26 is executed; however, may also be formed in the rotor blade underside so as to reduce noise emissions due to the bore, or may be formed in the blade tip.

Abweichend von der vorliegenden Ausgestaltung der Entwässerungsöffnung 12 kann diese etwa auch eine Mehrzahl von Entwässerungsöffnungen aufweisen, wobei zumindest eine Entwässerungsöffnung vorzusehen ist, die einen Öffnungsquerschnitt 26 aufweist, der größer ist als die Öffnungsquerschnitte 24 der Filteröffnungen 22.Notwithstanding the present embodiment of the drainage opening 12 this may also have a plurality of drainage openings, wherein at least one drainage opening is provided, which has an opening cross-section 26 which is larger than the opening cross sections 24 the filter openings 22 ,

Im vorliegenden Fall ist das Filterelement 14 aus einem Halbzeug gebildet, das auch unter der Handelsbezeichnung Cormaster als im Flugzeugbau verbreitetes Strukturelement bekannt ist.In the present case, the filter element 14 formed from a semi-finished product, which is also known under the trade name Cormaster as structural element widely used in aircraft construction.

Claims

Rotor blade (10) having a drainage device (12) arranged in the region of a rotor blade tip (11) with at least one drainage opening and a filter element (14) arranged in a profile cross section of the rotor blade (10) in the direction of the rotor blade tip (11) of the drainage device (12). for receiving particles present in a rotor blade interior, the filter element (14) being in the form of a wing frame, filling the profile cross section and having a plurality of filter openings (22) whose opening cross section (24) is smaller than an opening cross section (26) of FIG Drainage opening (25) of the drainage device (12).

Rotor blade after Claim 1 , characterized in that the filter element (14) as a structural element of a plurality of a respective filter opening (22) defining, in the rotor blade longitudinal direction (21) extending flow tubes (23) is formed.

Rotor blade after Claim 2 , characterized in that the flow tubes (23) are formed as honeycombs.

Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that the filter element (14) consists of a non-metallic material.

Rotor blade according to one of the preceding claims, characterized in that the filter element (14) is made of a semi-finished product (15) designed as a honeycomb-shaped plate material.