DE19580147B3 - windmill - Google Patents

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Abstract

Einrichtung Zur Reduzierung des aerodynamischen Geräusches von Windmühlenflügeln mit einer Vorderkante (3) und einer Rückkante (4) und einem dazwischen liegenden Flügelprofil und einer Flügelspitze, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkante (4) ein Material (5) trägt, das im Wesentlichen entlang der gesamten Rückkante (4) nachgiebig ist.Device for reducing the aerodynamic noise of windmill blades with a leading edge (3) and a rear edge (4) and an intermediate wing profile and a wing tip, characterized in that the rear edge (4) carries a material (5) that runs essentially along the entire rear edge (4) is compliant.

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Reduzierung des Geräusches von Flügeln von Windmühlen, wobei die Flügel eine Vorderkante und eine Hinterkante mit einem dazwischen angeordneten Flügelprofil und eine Flügelspitze aufweisen. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Einrichtung.The invention relates to a device for reducing the noise of blades of windmills, wherein the wings have a leading edge and a trailing edge with a wing profile arranged therebetween and a wing tip. The invention further relates to a method for producing such a device.

Windmühlen nehmen Energie aus strömender Luft auf und ändern die Richtung der Luft, die jeden Flügel verlässt. Während des Laufs von Windmühlen kann ein störendes Geräusch wahrgenommen werden, welches aus einem Geräusch aus dem Getriebe, das zwischen der Rotorwelle und dem Generator angeordnet ist, der von der Windmühle angetrieben wird, und einem aerodynamischen Geräusch, das zusätzlich manchmal die Form eines reinen Tones oder eines Pfeifens annimmt, welches in erster Linie vom Einfluss des Windes auf die Flügel herstammt, besteht. Das Geräusch von den Flügeln wird insbesondere durch Druckdifferenzen erzeugt, wenn zwei Luftströme aufeinandertreffen, d. h., wenn die Strömungen von den vorderen und hinteren Seiten des Flügels sich an den hinteren Kanten treffen sowie an der Flügelspitze. Die Druckdifferenzen erzeugen Querflüsse und Wirbel, und diese werden hörbar, wenn die Strömung über scharte Kanten verläuft, welches die traditionelle Form der Hinterkante der Flügel ist. Dieselbe Wirbelbildung, die das Geräusch erzeugt, beeinflusst auch die Stabilität des Flügels und der gesamten Windmühle und die Belastungscharakteristiken, und bewirkt einen Leistungsverlust, da ein Teil der Leistung als akustische Leistung abgestrahlt wird.Windmills absorb energy from flowing air and change the direction of the air leaving each wing. During the running of windmills, a disturbing noise can be perceived, which consists of a noise from the gearbox, which is arranged between the rotor shaft and the generator, which is driven by the windmill, and an aerodynamic noise, which sometimes additionally takes the form of a pure sound or a whistle, which comes primarily from the influence of the wind on the wings, consists. The noise from the wings is generated in particular by pressure differences when two air streams meet, i. h., when the flows from the front and rear sides of the wing meet at the rear edges and at the wing tip. The pressure differences create cross flows and swirls, and these become audible when the flow is over sharp edges, which is the traditional shape of the trailing edge of the wings. The same vortex generation that generates the noise also affects the stability of the wing and the entire windmill and the load characteristics, and causes a loss of performance as part of the power is radiated as acoustic power.

Es wurde bereits in Betracht gezogen, dass ein Teil des Geräusches, das durch die laminare/turbulente Strömung über das Flügelprofil verursacht ist, zur Wirbelbildung an der Hinterkante des Flügels führt. Dies kann auftreten, weil Nicht-Liniaritäten zur Energierückflüssen führen, die näher zur Vorderkante liegen, wodurch die laminare Störung über einen großen Bereich des Flügels gestört ist. Dadurch erhält der Flügel ein aerodynamisch schlechtes Profil, und es wird nicht nur der Wirkungsgrad reduziert, sondern der Flügel unterliegt auch Vibrationen. Ferner erhält das Geräusch ein akustisches Linienspektrum, das als lautes Heulgeräusch empfunden wird. Es wurde vorgeschlagen, den nicht-linearen Umkehrmechanismus zu beeinflussen, indem der Kante eine spezielle Ausbildung gegeben wird, jedoch wurden die besten Resultate durch den sogenannten „Eulenflügel” erreicht, bei dem die Vorderkante des Flügelprofils mit einer gezahnten Kante versehen ist. Anscheinend wird die laminare Strömung auf diese Weise so beeinflusst, dass die Wirkung nicht-linearer Umkehrmechanismen reduziert wird. Jedoch ist die Vorderkante Abnutzungen unterworfen, insbesondere aufgrund Niederschlag und Sanddrift, und es ist gewünscht, die Wirbelbildung direkt an der Rückkante zu beeinflussen.It has already been considered that some of the noise caused by the laminar / turbulent flow over the airfoil causes vortex formation at the trailing edge of the airfoil. This can occur because nonlinearities lead to energy returns closer to the leading edge, which disturbs the laminar perturbation over a large area of the blade. This gives the wing an aerodynamically bad profile, and it not only reduces the efficiency, but the wing is also subject to vibration. Furthermore, the noise receives an acoustic line spectrum, which is perceived as a loud howling sound. It has been suggested to influence the non-linear reversing mechanism by giving the edge a special design, but the best results have been achieved by the so-called "owl-wing" in which the leading edge of the airfoil is provided with a serrated edge. Apparently, the laminar flow is influenced in this way so that the effect of non-linear inversion mechanisms is reduced. However, the leading edge is subject to wear, especially due to precipitation and sand drift, and it is desired to affect vortex formation directly at the trailing edge.

Aus der DE 25 27 467 A1 ist ein Tragflügel bekannt, dessen Hinterkante zur Minderung der Schallabstrahlung in Abströmrichtung aufgelöst ist, insbesondere durch eine gezahnte, gewellte oder sonstwie in ihrem Verlauf unterbrochene Hinterkante.From the DE 25 27 467 A1 is known a wing whose rear edge is dissolved to reduce the sound radiation in the outflow direction, in particular by a toothed, corrugated or otherwise broken in its course trailing edge.

Die US 3 779 338 A beschreibt ein Verfahren zur Reduzierung des Geräusches an Flügelstrukturen, indem Teile des Flügelblatts an der Vorder- und/oder Rückkante zur besseren Impedanzanpassung mit einer porösen Oberfläche versehen werden.The US 3 779 338 A describes a method for reducing the noise on wing structures by providing parts of the wing blade at the front and / or rear edge with a porous surface for better impedance matching.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Strömung an der rückwärtigen Kante eines Windmühlenflügels auf eine Weise zu beeinflussen, dass die schädliche Erzeugung von Wirbeln vermieden wird und die Stabilität des Flügels verbessert wird.The invention has for its object to influence the flow at the rear edge of a windmill blade in a way that the harmful generation of vortices is avoided and the stability of the wing is improved.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 9 und 10 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.This object is achieved by the invention specified in claims 1, 9 and 10. Advantageous developments of the invention are specified in subclaims.

Die Druckdifferenzen können schneller ausgeglichen werden, wenn die hierdurch ausgelöste Strömung entweder dazu benutzt wird, an der Bewegungsarbeit des Flügels mitzuwirken, oder diffus abgebrochen wird. Es ist nicht ausreichend zu versuchen, die Richtung der Strömung zu ändern, da dies nur die Tendenz zur Winkelbildung erhöht und die Belastungseigenschaften und die Stabilität und den Wirkungsgrad beeinflusst.The pressure differences can be compensated for faster, if the flow thus induced is either used to participate in the movement work of the wing, or is interrupted diffusely. It is not enough to try to change the direction of the flow as this only increases the tendency for angulation and affects the load characteristics and stability and efficiency.

Die Erfindung basiert auf der Erkenntnis, dass es möglich ist, dass die Hinterkante ein Material trägt, das seine Form an die Druckdifferenz zwischen der oberen und unteren Seite des Flügels an der Hinterkante anpasst, möglicherweise dadurch, dass Teile der erzeugten Strömung durch dieses Material fließen. Aufgrund dieser Erkenntnis ist eine Einrichtung zur Beschränkung des Geräusches eines Windmühlenflügels insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkante mit einer Oberfläche versehen ist, die im Wesentlichen entlang der gesamten Rückkante nachgiebig ist.The invention is based on the recognition that it is possible for the trailing edge to carry a material that adapts its shape to the pressure difference between the upper and lower sides of the blade at the trailing edge, possibly by flowing portions of the generated flow through this material , Due to this finding, a device for restricting the noise of a windmill blade is characterized in particular in that the rear edge is provided with a surface which is yielding substantially along the entire back edge.

Eine bevorzugte Ausführungsform ist dadurch erreicht, dass diese Oberfläche aus einem elastomeren Material besteht, die sich selbst an lokale Druckbedingungen aufgrund Turbulenz anpasst.A preferred embodiment is achieved in that this surface consists of an elastomeric material that adapts itself to local pressure conditions due to turbulence.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform wird erreicht dadurch, dass die Oberfläche aus einem Streifen gewebten Stoffs in einem festen Material besteht, jedoch ist ein gestrickter Stoff nachgiebiger, wie bekannt ist, und dies bildet eine weitere Ausführungsform.Another preferred embodiment is achieved in that the surface consists of a strip of woven fabric in a solid material, but a knitted fabric is more compliant, as is known, and this forms another embodiment.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform mit noch größerer Nachgiebigkeit und einem gewissen Grad von Dämpfung der Strömung wird erreicht dadurch, dass die Oberfläche aus einer großen Zahl schmaler Streifen gebildet ist, die rechtwinklig zur Hinterkante angeordnet sind, so dass diese sich unabhängig bewegen und dadurch an lokale Druckbedingungen anpassbar sind.Another preferred embodiment with even greater compliance and some degree of damping of the flow is achieved in that the surface is formed of a large number of narrow strips which are arranged perpendicular to the trailing edge so that they move independently and thereby to local pressure conditions are customizable.

Das Maximale an Mobilität in der Reaktion auf lokale Druckbedingungen wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, dass individuelle Fasern die gewünschte Hinterkante bilden. Weitere Ausbildungen ergeben bevorzugte Ausführungen aufgrund der Struktur der Fasern. Glatte Fasern ergeben relativ gesehen eine größere Steifheit in Querrichtung zur Hinterkante für jede Faser, während gekräuselte Fasern eine erhöhte Möglichkeit der Strömungsdämpfung aufgrund lokaler Druckvariationen bieten.The maximum mobility in response to local pressure conditions is achieved in a preferred embodiment by having individual fibers form the desired trailing edge. Other embodiments provide preferred embodiments due to the structure of the fibers. Smooth fibers, in relative terms, provide greater transverse stiffness to the trailing edge for each fiber, while crimped fibers offer increased potential for flow damping due to localized pressure variations.

Die Erfindung wird nachstehend im Detail im Hinblick auf die Zeichnungen näher erläutert, in denenThe invention will be explained in more detail below with reference to the drawings, in which

1 den Querschnitt eines Flügelprofils mit einer elastischen Rückkante zeigt, 1 shows the cross section of a wing profile with an elastic rear edge,

2 einen Querschnitt eines Flügelprofils mit einer lokalen Ablenkung der elastischen Kante zeigt, 2 shows a cross section of a wing profile with a local deflection of the elastic edge,

3 eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwischen dem Flügelprofil und der elastischen Rückkante zeigt, 3 shows an enlarged view of a connection between the wing profile and the elastic rear edge,

4 ein Flügelprofil mit einer Rückkante, die mit Fasern versehen ist, zeigt, und 4 a wing profile with a rear edge, which is provided with fibers, and shows

5 eine vergrößerte Ansicht einer Verbindung zwischen dem Flügelprofile mit einer Hinterkante, die aus Fasern aufgebaut ist, zeigt. 5 an enlarged view of a connection between the wing profiles with a trailing edge, which is composed of fibers shows.

In 1 ist ein hohles Flügelprofil gezeigt, das aus den zwei Hälften 1, 2 besteht. Sie sind jeweils auf traditionelle Art durch Aufbau in einer Form und z. B. unter Verwendung unterschiedlicher Schichten von Polyesterharz und Glasgewebe aufgebaut, wobei eine glatte Gelhaut als erste Schicht verwendet wird, d. h. dem glatten Formteil am nächsten. Während des Baus wird ein spezieller Zement auf die Vorderkante 3 und auf die Rückkante 4 gegeben und gemäß der Erfindung wird ein Streifen eines elastomeren Materials gleichzeitig mit dem Zusammensetzen der Flügelprofile einzementiert. In 3 ist gezeigt, wie ein ausreichend großer Bereich zum Zementieren zur sicheren Befestigung des elastomeren Streifens vorgesehen ist. In 2 ist gezeigt, wie der Streifen 5 lokal nach oben in Reaktion auf einen lokalen Unterdruck an der Oberseite sich abbiegt. Da interne Reibung in dem Streifen vorhanden ist, wird ein beträchtlicher Teil der Energie, die sonst in einem Wirbel parallel zur Rückkante umgewandelt würde, stattdessen in Wärme umgewandelt. Auf diese Weise wird zum Teil vermieden, dass Energie entlang dem Flügelprofil zur Vorderkante zurückgeführt wird, und teils, dass sich ein starker Wirbel bildet.In 1 a hollow wing profile is shown, consisting of the two halves 1 . 2 consists. They are each in the traditional way by building in a form and z. Example, using different layers of polyester resin and glass fabric, wherein a smooth gel skin is used as the first layer, ie the smooth molding next. During construction, a special cement is applied to the leading edge 3 and on the back edge 4 Given and according to the invention, a strip of elastomeric material is cemented simultaneously with the assembly of the wing profiles. In 3 It is shown how a sufficiently large area for cementing is provided for secure attachment of the elastomeric strip. In 2 is shown as the strip 5 locally upwards in response to a local negative pressure at the top. Because there is internal friction in the strip, a significant portion of the energy that would otherwise be converted in a vortex parallel to the trailing edge is instead converted to heat. In this way it is partly avoided that energy is returned along the sash profile to the leading edge, and partly that a strong vortex forms.

Der Streifen 5 aus elastomeren Material kann vorzugsweise ein eigenes Profil aufweisen, das zur Rückseite hin spitz zuläuft und es kann verstärkt sein, so dass es nicht durch Partikel während der Verwendung abgenutzt wird.The stripe 5 of elastomeric material may preferably have its own profile, which tapers towards the back and it may be reinforced so that it will not be worn by particles during use.

In 4 ist entsprechend dargestellt, wie ein Faserstreifen 6 durch Einzementieren zwischen den zwei Hälften 1, 2 an der Rückkante 4 befestigt wird und in 5 ist dieses Einzementieren in vergrößerter Darstellung gezeigt. In diesem Stadium der Herstellung ist es unbedeutend, ob der Streifen der letzte Schritt in der Herstellung, wie bei der Verwendung eines gestrickten Streifens, ist oder ob der fertiggestellte Flügel mit Schlitzen in dem gewebtem Material versehen ist oder ob der Streifen vollständig genommen wird, um individuelle Fasern zu erzielen. Das wichtige Verankern der Fasern wird in dem vorliegenden Fall durch Einzementieren zwischen den zwei Flügelprofilhälften erreicht, jedoch kann auch vorgesehen sein, dass diese als Augenlaschen in Verbindung mit der Lamination eines der zwei Flügelprofilhälften ausgebildet sind. Es ist wichtig, dass es keine scharfe Kante gibt, an der die Fasern gebrochen werden können.In 4 is shown as a fiber strip 6 by cementing between the two halves 1 . 2 at the back edge 4 is attached and in 5 this cementing is shown in an enlarged view. At this stage of manufacture, it is insignificant whether the strip is the last step in the manufacture, as in the use of a knitted strip, or whether the finished wing is provided with slits in the woven material or whether the strip is completely taken to achieve individual fibers. The important anchoring of the fibers is achieved in the present case by cementing between the two wing profile halves, but may also be provided that they are formed as eyelets in connection with the lamination of one of the two wing profile halves. It is important that there is no sharp edge where the fibers can be broken.

Im Fall von individuellen Fasern ähnlich den Haaren einer Bürste, die die Hinterkante begrenzen, würde die festere Konstruktion durch Spalten eines gewebten Bandes erreicht werden, das starke Fasern enthält, vorzugsweise Aramidfasern. Das Band besteht typischerweise aus einer Baumwollkette mit Aramidfasern als Schuss. Das Längsschneiden ermöglicht es, dass eine Webkante oder -leiste an den Flügel zementiert oder laminiert werden kann, wodurch eine feste Verankerung aufgrund der Schlaufen erreicht wird. Wenn der Streifen befestigt ist, werden die Kettfäden durch Aufriffeln entfernt und eine sehr große Zahl von Aramidfasern verbleibt, die eine leichte Wellung aufweisen. Für den Fall, dass eine härtere Kette verwendet wird, werden die Wellungen ausgeprägter. Dies kann durch Wärmebehandlung nach dem Webvorgang beeinflusst werden.In the case of individual fibers similar to the hairs of a brush which define the trailing edge, the firmer construction would be achieved by splitting a woven belt containing strong fibers, preferably aramid fibers. The band typically consists of a cotton chain with aramid fibers as a weft. The slitting allows a selvedge or ledge to be cemented or laminated to the wing, thereby providing a firm anchorage due to the loops. When the strip is attached, the warp threads are removed by tearing and a very large number of aramid fibers remain which have a slight curl. In the event that a harder chain is used, the corrugations become more pronounced. This can be affected by heat treatment after the weaving process.

Claims (10)

Einrichtung Zur Reduzierung des aerodynamischen Geräusches von Windmühlenflügeln mit einer Vorderkante (3) und einer Rückkante (4) und einem dazwischen liegenden Flügelprofil und einer Flügelspitze, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückkante (4) ein Material (5) trägt, das im Wesentlichen entlang der gesamten Rückkante (4) nachgiebig ist.Device To reduce the aerodynamic noise of windmill blades with a leading edge ( 3 ) and a back edge ( 4 ) and an intermediate sash profile and a Wing tip, characterized in that the rear edge ( 4 ) a material ( 5 ) substantially along the entire back edge (FIG. 4 ) is yielding. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material aus dünnen Elastomerstreifen (5) gebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that the material of thin elastomeric strips ( 5 ) is formed. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (5) durch ein gewebtes Band, vorzugsweise aus Aramid, gebildet ist.Device according to claim 1, characterized in that the material ( 5 ) is formed by a woven band, preferably of aramid. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Band als gestricktes Band, insbesondere aus Aramidfaser, besteht.Device according to claim 3, characterized in that the band as a knitted band, in particular of aramid fiber consists. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Band entlang wenigstens eines Teils seiner Länge durch Einschnitte rechtwinklig zur Rückkante (4) gebrochen ist.Device according to claim 3 or 4, characterized in that the band along at least part of its length by incisions perpendicular to the rear edge ( 4 ) is broken. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Material (5) aus einer sehr großen Zahl von Aramidfasern gebildet ist, die im Wesentlichen rechtwinklig zur Rückkante (4) angeordnet sind.Device according to claim 1, characterized in that the material ( 5 ) is formed of a very large number of aramid fibers which are substantially perpendicular to the back edge ( 4 ) are arranged. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern gerade sind.Device according to claim 6, characterized in that the fibers are straight. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fasern gewellt sind.Device according to claim 6, characterized in that the fibers are corrugated. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Reduzierung des aerodynamischen Geräusches von Windmühlenflügeln nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Streifen nachgiebigen Materials (5) beim Zusammensetzen der zwei Flügelhälften an ihrer Rückkante (4) einzementiert wird.Method for producing a device for reducing the aerodynamic noise of windmill blades according to one or more of the preceding claims, characterized in that a strip of flexible material ( 5 ) when assembling the two wing halves at their rear edge ( 4 ) is cemented. Verfahren zur Herstellung einer Einrichtung zur Reduzierung des aerodynamischen Geräusches von Windmühlenflügeln nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1, 3–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein von einem Aramidgewebe abgeschnittener Streifen in eine oder mehrere der Schichten der Rückkante (4) einlaminiert wird, und dass Kett- bzw. Schussfäden von dem Streifen entfernt werden, wodurch Schuss- bzw. Kettfäden verbleiben.Method for producing a device for reducing the aerodynamic noise of windmill blades according to one or more of the preceding claims 1, 3-8, characterized in that a strip cut off by an aramid fabric into one or more of the layers of the back edge ( 4 ) and that warp or weft threads are removed from the strip, leaving weft or warp threads.
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