DE10300284A1 - Turbine rotor blade for wind-powered energy plant has tip region curved or angled in direction of rotor blade trailing edge - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine Windenergieanlage, mit einem eine Rotorblattvorderkante und eine Rotorblatthinterkante aufweisenden aerodynamischen Profil. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung eine Rotorblattspitze für ein Rotorblatt mit einem eine Druck- und eine Saugseite aufweisenden aerodynamischen Profil, wobei die Rotorblattspitze in ihrem Endbereich in Richtung der Druckseite des Rotorblattes abgebogen oder abgewinkelt ist.The present invention relates a rotor blade for a wind turbine, with a rotor blade leading edge and a rotor blade trailing edge having aerodynamic profile. Furthermore, the present invention relates to a rotor blade tip for a rotor blade with a pressure and a suction side having aerodynamic Profile, wherein the rotor blade tip in its end in the direction the pressure side of the rotor blade is bent or angled.
Solche Rotorblätter und Rotorblattspitzen sind im Stand der Technik seit langer Zeit bekannt. Insbesondere abgebogene Rotorblattspitzen werden z. B. bei Rotorblättern des Herstellers Enercon seit einiger Zeit verwendet. Diese bekannten Rotorblattspitzen sollen die zwangsläufig am Rotorblattende entstehenden Randwirbel verringern und damit die Entstehung unerwünschten Schalls verringern.Such rotor blades and rotor blade tips are known in the art for a long time. In particular, bent Rotor blade tips are z. B. in rotor blades manufacturer Enercon used for some time. These known rotor blade tips are intended the inevitable At the end of the rotor blade edge whirls decrease and thus the emergence undesirable Reduce sound.
Weiterhin sind Rotorblätter der eingangs genannten Art bekannt, deren Spitzen elliptisch auslaufen. Auch diese Ausbildung der Rotorblattspitzen soll vom Rotorblatt bzw. insbesondere von dessen Spitze ausgehende Schallemissionen verringern.Furthermore, rotor blades are the initially mentioned type whose tips leak elliptical. Also this training of the rotor blade tips should from the rotor blade or in particular emanating from the top of sound emissions to decrease.
Da Windenergieanlagen inzwischen keine Einzelphänomene mehr sind, sondern vielerorts anzutreffen sind, finden sie sich auch zunehmend in der Nähe von Wohngebieten. Gerade dort ist die Akzeptanz von Windenergieanlagen u. a. von der Schallemission abhängig und es ist leicht nachvollziehbar, dass leisere Windenergieanlagen eher akzeptiert werden als laute.Because wind turbines meanwhile no individual phenomena are more, but can be found in many places, they find each other also increasingly close of residential areas. This is precisely where the acceptance of wind turbines is u. a. dependent on the sound emission and it is easy to understand that quieter wind turbines to be accepted rather than loud.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Schallemissionen von Windenergieanlagen weiter zu verringern.Object of the present invention It is therefore the sound emissions of wind turbines on to reduce.
Diese Aufgabe wird bei einem Rotorblatt für eine Windenergieanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das Rotorblatt in seinem Endbereich in Richtung der Hinterkante des Rotorblattes in der Rotorblattebene abgebogen oder abgewinkelt ist. Dabei liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, dass bei einem sich an der Spitze nicht zuspitzenden Rotorblatt die wirksame Rotorblattoberfläche gerade im äußeren Bereich, in welchem die Wirkung am größten ist, unverringert erhalten bleibt. Durch das Abbiegen bzw. Abwinkeln des Endbereiches des Rotorblattes wird jedoch die Hinterkante im Endbereich des Rotorblattes nach hinten verlegt, so dass sich die Strömung an der Rotorblatthinterkante mit einem zeitlichen Versatz im äußeren Bereich löst. Damit wird auch die Beeinflussung der beim Lösen der Strömung von der Rotorblatthinterkante entstehenden Wirbel untereinander und somit auch die davon ausgehende Schallemission verringert. Gerade bei einem Luv-Läufer wird durch die Erfindung auch die Wechselwirkung zwischen Blattspitzenumströmung und Turmvorstau vermindert.This task is with a rotor blade for one Wind turbine of the type mentioned solved in that the rotor blade in its end region in the direction of the trailing edge of the rotor blade is bent or angled in the rotor blade plane. The invention is based on the finding that at a The rotor blade surface, which does not taper at the tip, just straightens the effective rotor blade surface in the outer area, in which the effect is greatest, remains undisturbed. By turning or bending However, the end of the rotor blade is the trailing edge in Rear end of the rotor blade laid back so that the flow to the rotor blade trailing edge with a time offset in the outer region solves. This will be also influencing the release of the flow from the rotor blade trailing edge arising vertebrae with each other and thus also outgoing it Sound emission reduced. Especially when a windward runner is by the invention, the interaction between blade tip flow and Turmvorstau reduced.
Dabei ist der zeitliche Versatz von dem Winkel abhängig, in dem der Endbereich zur Fädelachse des Rotorblattes verläuft. Je größer der Winkel ist, um so besser gelingt die Verringerung von Schallemissionen. Da aber andererseits mit zunehmender Feilung auf das Rotorblatt wirkende Torsionsmomente zunehmen , hat sich ein Winkel von 1 bis 45 Grad, bevorzugt von 1 bis 15 Grad, als vorteilhaft erwiesen.Here is the time offset of depending on the angle, in which the end area to the threading axis of Rotor blade runs. The bigger the Angle, the better the reduction of acoustic emissions. But on the other hand with increasing filing on the rotor blade acting torsional moments increase, has an angle of 1 to 45 degrees, preferably from 1 to 15 degrees, proved to be advantageous.
Weiterhin ist ein fließender Übergang vom Rotorblatt in den Endbereich vorteilhaft, da sich bei einem schroffen Abknicken im Bereich des Knicks zusätzliche Druckschwankungen ergeben. Diese können zu einer Leistungsminderung und zu zusätzlichen Geräuschen führen.Furthermore, a flowing transition from the rotor blade in the end region advantageous because at a Rough kinking in the region of the bend result in additional pressure fluctuations. these can lead to a reduction in performance and additional noise.
Bevorzugt weist das erfindungsgemäße Rotorblatt in seinem Endbereich einen vorgegebenen Krümmungsradius auf, wobei die Krümmung besonders bevorzugt zur Rotorblattspitze hin zunimmt, d. h., der Krümmungsradius wird kleiner. Durch eine geeignet gewählte Krümmung kann der Endbereich des Rotorblattes mechanisch in einem Winkel von etwa 5 Grad abgebogen sein, während sich eine aerodynamische Wirkung ergibt, die einem Winkel von 10 Grad entspricht. Dadurch wird ein günstiges akustisches Ergebnis bei gleichzeitig ebenfalls günstigem aerodynamischem Verhalten verwirklicht.Preferably, the rotor blade according to the invention in its end a predetermined radius of curvature, wherein the curvature particularly preferably increases towards the rotor blade tip, d. h., the radius of curvature gets smaller. By a suitably chosen curvature of the end portion of the rotor blade be mechanically bent at an angle of about 5 degrees while gives an aerodynamic effect that is an angle of 10 degrees equivalent. This will be a cheap one acoustic result at the same time also favorable aerodynamic Behavior realized.
Durch diese Feilung entstehen jedoch gleichzeitig größere Torsionsmomente in dem Rotorblatt, die auch auf den Rotorblattanschluss wirken. Dies führt natürlich auch zu einer dauerhaft höheren Beanspruchung der Anlage. Um diese höhere Belastung jedenfalls für den Rotorblattanschluss und die nachfolgenden Komponenten der Windenergieanlage auszugleichen, ist besonders vorteilhaft ein mittlerer Bereich des Rotorblattes, also ein Bereich zwischen der Rotorblattwurzel und dem in Richtung der Hinterkante gefeilten Endbereich, in Richtung der Blattvorderkante abgebogen. Dabei ist diese Abbiegung so, bemessen, dass die äußere Hinterkante des gefeilten Endbereichs nicht tiefer ist als bei einem Blatt ohne einen gefeilten Endbereich.By this filing, however, arise simultaneously greater torsional moments in the rotor blade, which also act on the rotor blade connection. This leads, of course, too to a permanently higher stress the plant. To this higher At least for the rotor blade connection and the following components of the wind turbine It is particularly advantageous to balance a middle region of the Rotor blade, so an area between the rotor blade root and in the direction of the rear edge gefeilten end, in the direction bent the leading edge of the sheet. This turn is so, measured, that the outer trailing edge the filed Endbereichs is not deeper than a leaf without a filed end area.
Auf diese Weise entstehen in dem Rotorblatt selbst entgegengesetzt wirkende Torsionsmomente, die sich bei geeigneter Auslegung aufheben, so dass zwar das Rotorblatt selbst nach wie vor dieser Belastung unterworfen ist, jedoch der Rotorblattanschluss und die weiteren Komponenten der Windenergieanlage keine zusätzlichen Lasten aufnehmen müssen.In this way arise in the Rotor blade itself oppositely acting torsional moments, the cancel out with a suitable design, so that although the rotor blade itself still subject to this burden, however Rotor blade connection and the other components of the wind turbine No additional Have to take loads.
Um einerseits eine einfache Montage und andererseits eine Nachrüstung bereits vorhandener Rotorblätter zu erlauben, ist der Endbereich bevorzugt als in das Rotorblatt einsetzbares Teil ausgestaltet und weist vorzugsweise eine Länge von nicht mehr als 1/3 der Rotorblattlänge und insbesondere bevorzugt von ca. 1/10 der Rotorblattlänge auf.On the one hand a simple installation and on the other hand a retrofit already existing rotor blades to allow the end region is preferred as in the rotor blade usable part configured and preferably has a length of not more than 1/3 of the rotor blade length and particularly preferred of about 1/10 of the rotor blade length on.
Dabei kann dieser Endbereich in einer vorteilhaften Weiterbildung hohl ausgeführt sein und an seinem der Abströmung abgewandten Ende eine Öffnung zum Entwässern aufweisen, so dass sich im Rotorblatt sammelnde Flüssigkeit, die sich z. B. in Folge von Kondensationsvorgängen bildet und durch Zentrifugalkraft zur Rotorblattspitze transportiert wird, aus dem Endbereich austreten und damit aus dem Rotorblatt entfernt werden kann.In this case, this end region can be made hollow in an advantageous development and have an opening for dewatering at its end facing away from the outflow, so that liquid collecting in the rotor blade, which can be e.g. B. as a result of condensation processes and transported by centrifugal force to the rotor blade tip is, exit from the end and thus can be removed from the rotor blade.
Um die Wirkung des erfindungsgemäßen Endbereiches zu unterstützen, ist erfindungsgemäß eine Rotorblattspitze für ein Rotorblatt mit einem solchen Endbereich vorgesehen, wobei die Rotorblattspitze als selbständiges, in den Endbereich des Rotorblattes einsetzbares Teil ausgestaltet ist.To the effect of the end region according to the invention to support, is a rotor blade tip according to the invention for a Rotor blade provided with such an end portion, wherein the rotor blade tip as an independent, designed in the end region of the rotor blade usable part is.
Alternativ kann zur Lösung der Aufgabe eine Rotorblattspitze der eingangs genannten Art derart weitergebildet werden, dass sich der „Außenbereich" verjüngt. Dieser Ausbildung der Rotorblattspitze liegt die Erkenntnis zugrunde, dass durch die sich verringernde Blatttiefe eine verringerte Umströmung der Blattspitze erfolgt, da sich deren Energie vorher auf die Hinterkantenwirbel verteilt, aber gleichzeitig auch die wirksame Rotorblattoberfläche verringert wird. Durch das Abwinkeln der Rotorblattspitze bleibt die wirksame Rotorblatttiefe bis zur abgewinkelten Rotorblattspitze hin optimal. Der sich zuspitzende Bereich verläuft in einem vorgegebenen, bevorzugten Winkel von der Rotorblattebene weg in Richtung der Druckseite des Rotorblattes. Dabei wird der Wirbel an der Rotorblattspitze gleichzeitig aus der Rotorblattebene herausgelöst und in eine andere Ebene verlegt. Dies wirkt sich wiederum günstig auf die Schallemission des mit einer solchen Spitze ausgestatteten Rotorblattes aus.Alternatively, to solve the Task further developed a rotor blade tip of the type mentioned above become that the "outside" rejuvenates Training the rotor blade tip is based on the finding that Due to the decreasing blade depth a reduced flow around the blade tip takes place, as their energy previously on the trailing edge vertebrae distributed, but also reduces the effective rotor blade surface becomes. By bending the rotor blade tip remains the effective Rotor blade depth up to the angled rotor blade tip optimal. The tapered area runs in a predetermined, preferred angle away from the rotor blade plane in the direction of the pressure side of the rotor blade. At the same time, the vortex becomes at the rotor blade tip simultaneously detached from the rotor blade plane and into another plane laid. This in turn has a favorable effect on the noise emission of the equipped with such a tip rotor blade.
Besonders bevorzugt ist der Außenbereich der Rotorblattspitze aus der Horizontalen in einem Winkel von ca. 70° bis 90° aus der Horizontalen abgebogen. Anders ausgedrückt schließt die Rotorblattspitze mit dem Rotorblatt einen Winkel von ca. 110° bis 90° ein. Bei empirischen Untersuchungen haben sich bei diesen Winkeln die günstigsten Ergebnisse gezeigt.Particularly preferred is the exterior of the Rotor blade tip from the horizontal at an angle of about 70 ° to 90 ° from the Bent horizontally. In other words, the rotor blade tip closes with the rotor blade an angle of about 110 ° to 90 °. For empirical studies have at these angles the cheapest Results shown.
In einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die erfindungsgemäße Rotorblattspitze als selbständiges, in das Rotorblatt einsetzbares Teil ausgestaltet. Darüber hinaus ist die Rotorblattspitze hohl ausgeführt und besteht bevorzugt aus Metall, insbesondere Aluminium. Durch die hohle Ausführung kommt es zu einer Gewichtsverringerung und damit zu einer leichteren Handhabbarkeit.In a particularly preferred embodiment is the rotor blade tip according to the invention as an independent, designed in the rotor blade usable part. Furthermore the rotor blade tip is hollow and preferably consists of Metal, in particular aluminum. Through the hollow design comes it leads to a weight reduction and thus to easier handling.
Darüber hinaus kann eine hohle Rotorblattspitze ebenso wie ein oben beschriebener, hohler Endbereich eines Rotorblattes, z. B. zur Beseitigung bzw. Verminderung von Eisansatz, von Warmluft durchströmt werden.In addition, a hollow can Rotor blade tip as well as a hollow end portion described above a rotor blade, z. B. for the elimination or reduction of Ice mixture, flows through warm air become.
Außerdem kann eine aus Metall hergestellte Rotorblattspitze als Blitzfänger dienen und somit gefangene Blitze in eine geeignete Ableitvorrichtung weiterleiten, um dadurch die Windenergieanlage im Fall eines Blitzeinschlages wirksam zu schützen.Also, one can be made of metal Rotor blade tip manufactured serve as a lightning catcher and thus trapped Pass flashes into a suitable discharge device to thereby the wind turbine effectively in the event of a lightning strike protect.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.Advantageous developments of Invention are in the subclaims specified.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:The invention is based on closer to the figures described. Showing:
In
Der Endbereich
Dabei ist der Endbereich in der Rotorblattebene
in Richtung der Rotorblatt-Hinterkante
Eine verbesserte Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Rotorblattes
In dem Endbereich
Diese
Dieser vorstehend dargelegte Sachverhalt wird
anhand von
Hier ist deutlich erkennbar, dass
die äußerste Rotorblattspitze
an den Hinterkanten
In dieser Figur ist weiterhin die
erste Fädelachse
Hier ist also der Vorteil der in
In
Daraus resultieren einander entgegengesetzt
wirkende Torsionsmomente in dem Endbereich
Der Randbogen
In
Gleichzeitig wird der an der Rotorblatt-Oberkante
Das Wirkprinzip ist bei der in
Durch die elliptische Ausbildung
der Randbogen-Vorderkante
Das beschriebene erfindungsgemäße Rotorblatt ist Teil eines Rotors einer Windenergieanlage.The described rotor blade according to the invention is part of a rotor of a wind turbine.
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