DE202016101461U1

DE202016101461U1 - Rotor blade for wind turbines with horizontal axis of rotation andWindergieanlage with selbigem

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Publication number: DE202016101461U1
Application number: DE202016101461.1U
Authority: DE
Original assignee: Inst Of Aerospace Tech (iat) Der Hochschule Bremen; Institute Of Aerospace Technology (iat) Der Hochschule Bremen
Current assignee: EVOBLADE UG (HAFTUNGSBESCHRAENKT), DE
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2016-03-31
Anticipated expiration: 2026-03-17

Abstract

Rotorblatt (10) für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse, umfassend
einen Rotorblattwurzelabschnitt (12) zur Befestigung an einer Nabe einer Windenergieanlage,
eine dem Rotorblattwurzelabschnitt (12) gegenüberliegend angeordnete Rotorblattspitze (14) am Ende des Rotorblattes (10),
einen zur Rotorblattspitze (14) liegenden aerodynamischen Rotorblattabschnitt (16) mit einer Vorderkante (18) und einer im Wesentlichen spitzen Hinterkante (20) sowie einen Übergangsabschnitt (22) zwischen dem Rotorblattwurzelabschnitt (12) und dem aerodynamischen Rotorblattabschnitt (16), der eine Anströmseite (24) und eine Abströmseite (26) aufweist, wobei an der Abströmseite (26) mindestens ein aerodynamisches Element (28) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet, dass das aerodynamische Element (28) die Form einer dreidimensionalen Fläche, insbesondere Freiformfläche, aufweist und sich auch zumindest über einen Teil des Rotorblattwurzelabschnitts (12) erstreckt.Rotor blade (10) for wind turbines with horizontal axis of rotation, comprising
a rotor blade root section (12) for attachment to a hub of a wind turbine,
a rotor blade tip (14) arranged opposite the rotor blade root section (12) at the end of the rotor blade (10),
a rotor blade tip (14) lying aerodynamic rotor blade section (16) having a front edge (18) and a substantially sharp trailing edge (20) and a transition section (22) between the rotor blade root section (12) and the aerodynamic rotor blade section (16) having an inflow side (24) and an outflow side (26), wherein at the downstream side (26) at least one aerodynamic element (28) is provided,
characterized in that the aerodynamic element (28) has the shape of a three-dimensional surface, in particular freeform surface, and also extends over at least part of the rotor blade root section (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Windenergieanlage.The present invention relates to a rotor blade for wind turbines with horizontal axis of rotation according to the preamble of claim 1 and a wind turbine.

Die Rotorblätter einer Windenergieanlage sind die wesentlichen Komponenten für die Energiegewinnung. In der Vergangenheit wurden Leistungssteigerungen neuer Windenergieanlagengenerationen, unter anderem, durch die Verlängerung der Rotorblätter erreicht.The rotor blades of a wind turbine are the essential components for energy production. In the past, increases in the performance of new generation wind turbines were achieved, among other things, by the extension of the rotor blades.

Das Größenwachstum der Windenergieanlagen ist jedoch begrenzt, einerseits durch die Akzeptanz in der Bevölkerung und Politik und andererseits auch technisch, beispielsweise durch den Transport großer Rotorblätter an den Standort einer zukünftigen Windenergieanlage. Der begrenzende Faktor ist dabei neben der Länge auch die maximale Blatttiefe. Daraus folgt für die weitere Entwicklung, dass die Windenergieanlagen bei gleichbleibendem Rotordurchmesser effizienter werden müssen. Eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen, stellt die aerodynamische Optimierung der Strömungsbedingungen am Rotorblatt dar. The growth in size of the wind turbines is limited, on the one hand by the acceptance in the population and politics and on the other hand also technically, for example by the transport of large rotor blades to the site of a future wind turbine. The limiting factor is not only the length but also the maximum blade depth. It follows for further development that the wind turbines must be more efficient at the same rotor diameter. One way to achieve this goal is to aerodynamically optimize the flow conditions on the rotor blade.

Bei der überwiegenden Anzahl konventioneller Rotorblätter für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse ist die Blattschale nach der Theorie (Betz‘sches Gesetz) nicht optimal ausgeführt. Dies betrifft in erster Linie den Bereich der Rotorblattwurzel, die in der Regel einen zylinderförmigen Anschluss an eine Rotornabe bildet.In the vast majority of conventional rotor blades for wind turbines with a horizontal axis of rotation, the blade shell according to the theory (Betz's law) is not optimally designed. This concerns primarily the area of the rotor blade root, which usually forms a cylindrical connection to a rotor hub.

Im Markt gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher aerodynamischer Elemente zur (passiven) Strömungsbeeinflussung, deren Wirkungsweisen sich aerodynamisch stark voneinander unterscheiden. Neben Grenzschichtzäunen (Stall-Barrier), Spoiler und Gurney-Flaps sowie Wirbelgeneratoren (Vortex-Generator) im wurzelnahen Rotorblattbereich sind auch Wirbelgeneratoren und gezackte Flaps (Dino-Tail, Splitter-Plate) für den mittleren bis äußeren Rotorblattbereich bekannt, um nur einige zu nennen. Die individuelle Leistungssteigerung einer Windenergieanlage mit (nachrüstbaren) aerodynamischen Elementen (Strömungselementen) (Retrofits) kann an dem jeweiligen Standort sinnvoll sein, wenn nicht optimale Standortbedingungen vorhanden sind oder das Rotorblatt selbst aerodynamisches Optimierungspotential hat.The market has a large number of different aerodynamic elements for (passive) flow control, the effects of which differ greatly from each other aerodynamically. In addition to boundary layer fences (stall barrier), spoilers and Gurney flaps and vortex generators (vortex generator) in the near-rotor blade area and vortex generators and serrated flaps (dino-tail, splitter plate) for the middle to outer rotor blade area are known to some only call. The individual performance increase of a wind turbine with (retrofittable) aerodynamic elements (flow elements) (retrofits) may be useful at the respective location, if not optimal location conditions exist or the rotor blade itself has aerodynamic optimization potential.

Bei den bekannten Rotorblättern gemäß der eingangs genannten Art besteht die Anforderung an den rotorblattwurzelnahen Profilquerschnitt darin, in Abhängigkeit von großen lokalen Anstellwinkeln α zu arbeiten. Die Strömungsbedingungen sind dabei unter anderem instationär und führen aufgrund der Druckunterschiede an den unterschiedlichen Profilschnitten zur Ablösung der Strömung und zur Wirbelbildung. Durchströmung des Rotorblattes erzeugt dadurch nichtstetige Kraft- und Momentänderungen, das heißt unerwünschte Rotorblattschwingungen, und beeinträchtigt die Effizienz. In the known rotor blades according to the aforementioned type, the requirement for the rotor blade root near profile cross-section is to work in dependence on large local angles of attack α. Among other things, the flow conditions are unsteady and lead due to the pressure differences at the different profile sections to the flow separation and vortex formation. Flow through the rotor blade thereby generates discontinuous changes in force and torque, that is unwanted rotor blade vibrations, and impairs efficiency.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das gattungsgemäße Rotorblatt so weiterzubilden, dass damit eine weitere Ertragssteigerung erreicht wird. The present invention has the object, the generic rotor blade educate so that thus a further increase in yield is achieved.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei dem Rotorblatt der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass das aerodynamische Element die Form einer dreidimensionalen Fläche, insbesondere Freiformfläche, aufweist und sich auch zumindest über einen Teil des Rotorblattwurzelabschnitts erstreckt. Unter einem aerodynamischen Element soll ein Element verstanden werden, das die Luftströmung beeinflusst. Beispielsweise kann das aerodynamische Element die Gestalt eines „gewundenen Bandes“ aufweisen. Das aerodynamische Element kann bereits bei der Herstellung des Rotorblatts angebracht bzw. vorgesehen oder aber erst danach als Retrofit angebracht werden. Das aerodynamische Element kann bspw. aus glasfaserverstärktem Kunststoff (GFK), kohlefaserverstärktem Kunststoff (CFK), Faser-Kunststoff-Verbundwerkstoff, Kunststoff, Edelstahl oder Aluminium hergestellt sein oder zumindest eines dieser Materialien umfassen. According to the invention, this object is achieved in the rotor blade of the type mentioned in that the aerodynamic element has the shape of a three-dimensional surface, in particular freeform surface, and also extends at least over part of the rotor blade root section. An aerodynamic element is to be understood as an element which influences the air flow. For example, the aerodynamic element may have the shape of a "tortuous band". The aerodynamic element can already be mounted or provided during the manufacture of the rotor blade or only then be retrofitted. The aerodynamic element may, for example, be made of glass fiber reinforced plastic (GRP), carbon fiber reinforced plastic (CFRP), fiber-plastic composite, plastic, stainless steel or aluminum or at least comprise one of these materials.

Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine Windenergieanlage gemäß Anspruch 13 gelöst. Insbesondere kann bei dem Rotorblatt vorgesehen sein, dass sich das aerodynamische Element auch zumindest über einen Teil des aerodynamischen Rotorblattabschnitts erstreckt.Furthermore, this object is achieved by a wind turbine according to claim 13. In particular, it may be provided in the rotor blade that the aerodynamic element also extends over at least part of the aerodynamic rotor blade section.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das aerodynamische Element im aerodynamischen Rotorblattabschnitt auf der Saugseite oder Druckseite oder an der Hinterkante lösbar oder fest angebracht ist.Furthermore, it can be provided that the aerodynamic element in the aerodynamic rotor blade section on the suction side or pressure side or at the trailing edge is releasably or firmly attached.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Rotorblatt im Rotorblattwurzelabschnitt im Querschnitt ein Kreiszylinderprofil oder annährend ein Kreiszylinderprofil auf.According to a particular embodiment of the present invention, the rotor blade in the rotor blade root section in cross-section on a circular cylinder profile or approximately a circular cylindrical profile.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das aerodynamische Element im Rotorblattwurzelabschnitt eine Tiefe T aufweist und sich die gedachte Verlängerung der Tiefe T durch den Mittelpunkt des Kreiszylinderprofils im Rotorblattwurzelabschnitt erstreckt.In particular, it can be provided that the aerodynamic element in the rotor blade root section has a depth T and extends the imaginary extension of the depth T through the center of the circular cylinder profile in the rotor blade root section.

Vorteilhafterweise liegt die Tiefe T im Rotorblattwurzelabschnitt im Bereich von ca. 10 bis ca. 60%, bevorzugt ca. 20 bis ca. 40%, der Sehnenlänge S des Profils des Rotorblatts.Advantageously, the depth T in the rotor blade root section is in the range of about 10 to about 60%, preferably about 20 to about 40%, of the chord length S of the profile of the rotor blade.

Gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist das Rotorblatt im Übergangsabschnitt im Querschnitt eine, insbesondere stumpfe oder abgerundete, Hinterkante auf.According to a further particular embodiment of the present invention, the rotor blade in the transition section in cross-section on, in particular blunt or rounded, trailing edge.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass das aerodynamische Element im Übergangsabschnitt auf der Saugseite oder Druckseite oder an der Hinterkante lösbar oder fest angebracht ist.In particular, it can be provided that the aerodynamic element in the transition section on the suction side or pressure side or at the trailing edge is releasably or firmly attached.

Vorteilhafterweise weist das aerodynamische Element im Übergangsabschnitt eine Tiefe T auf, die im Bereich von ca. 5–ca. 30%, bevorzugt ca. 8–ca. 20%, der Sehnenlänge S des Profils des Rotorblatts liegt. Advantageously, the aerodynamic element in the transition section to a depth T, which in the range of about 5-ca. 30%, preferably approx. 8 approx. 20%, the chord length S of the profile of the rotor blade is.

Günstigerweise weist das aerodynamische Element im aerodynamischen Rotorblattabschnitt eine Tiefe T auf, die im Bereich von ca. 5–ca. 30 %, bevorzugt ca. 8–ca. 15 %, der Sehnenlänge S des Profils des Rotorblatts liegt.Conveniently, the aerodynamic element in the aerodynamic rotor blade section to a depth T, which in the range of about 5-ca. 30%, preferably approx. 8 approx. 15%, the chord length S of the profile of the rotor blade is.

Gemäß einer besonderen Ausführungsform kann die Tiefe T des aerodynamischen Elements in Spannweitenrichtung variieren.According to a particular embodiment, the depth T of the aerodynamic element may vary in the spanwise direction.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass die Tiefe T des aerodynamischen Elements in Spannweitenrichtung kontinuierlich oder diskontinuierlich abnimmt. Beispielsweise kann das aerodynamische Element aus mehreren Platten bzw. plattenähnlichen Elementen hintereinander zusammengesetzt sein.In particular, it may be provided that the depth T of the aerodynamic element in the spanwise direction decreases continuously or discontinuously. For example, the aerodynamic element of several plates or plate-like elements may be assembled one behind the other.

Der vorliegenden Erfindung liegt die überraschende Erkenntnis zugrunde, dass durch die spezielle Gestaltung und Anordnung des aerodynamischen Elements eine Drehmoment- und Ertragssteigerung einer Windenergieanlage von mehr als 3% erreichbar ist. The present invention is based on the surprising finding that, due to the special design and arrangement of the aerodynamic element, a torque and yield increase of a wind power plant of more than 3% can be achieved.

Neben der Effizienz- und Ertragssteigerung führt das aerodynamische Element auch zu einer ausgeprägteren Verringerung instationärer Effekte am Rotorblatt durch die Reduzierung von Wirbeln hinter stumpfen Körpern. In addition to increasing efficiency and yield, the aerodynamic element also leads to a more pronounced reduction in transient effects on the rotor blade by reducing vortexes behind blunt bodies.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung, in der mehrere Ausführungsbeispiele anhand der schematischen Zeichnungen im Einzelnen erläutert werden. Dabei zeigt:Further features and advantages of the invention will become apparent from the appended claims and the following description in which several embodiments are explained in detail with reference to the schematic drawings. Showing:

1 eine Schnittansicht in einem Übergangsabschnitt eines Rotorblatts gemäß einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 1 a sectional view in a transition portion of a rotor blade according to a particular embodiment of the present invention;

2 eine Schnittansicht in einem aerodynamischen Rotorblattabschnitt eines Rotorblatts gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 2 a sectional view in an aerodynamic rotor blade section of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

3 eine Schnittansicht in einem Rotorblattwurzelabschnitt eines Rotorblatts gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 3 a sectional view in a rotor blade root portion of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

4 eine schematische Seitenansicht von einem Rotorblatt gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 4 a schematic side view of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

5 eine schematische Seitenansicht von einem Rotorblatt gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 5 a schematic side view of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

6 eine schematische Seitenansicht von einem Rotorblatt gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 6 a schematic side view of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

7 eine perspektivische Ansicht von einem Rotorblatt gemäß einer weiteren besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; 7 a perspective view of a rotor blade according to another particular embodiment of the present invention;

8 eine Seitenansicht von dem Rotorblatt von 7; und 8th a side view of the rotor blade of 7 ; and

9 eine weitere perspektivische Ansicht von dem Rotorblatt von 8. 9 another perspective view of the rotor blade of 8th ,

Die in den 1 bis 3 gezeigten Rotorblätter 10 für Windenergieanlagen mit horizontaler Drehachse umfassen eine Rotorblattwurzel 13 mit zum Beispiel einem kreisrunden Querschnitt (siehe 3 und das Beispiel in den 7 bis 9) zur Befestigung an einer Nabe (nicht gezeigt) einer Windenergieanlage, eine am der Rotorblattwurzel 13 gegenüberliegenden Ende des Rotorblattes angeordnete Rotorblattspitze 14 (siehe das Beispiel in den 7 bis 9), einen zur Rotorblattspitze 14 liegenden aerodynamischen Rotorblattabschnitt 16 (siehe das Beispiel in den 7 bis 9) mit einer Vorderkante 18 und einer zum Beispiel im Wesentlichen spitzen Hinterkante 20 sowie einen Übergangsabschnitt 22 zwischen der Rotorblattwurzel 13 und dem aerodynamischen Rotorblattabschnitt 16 (siehe Beispiel in den 7 bis 9). In der in der 1 gezeigten Ausführungsform weist der Übergangsabschnitt 22 auf der Anströmseite 24 eine abgerundete Vorderkante 23 und auf der Abströmseite 26 eine stumpfe Hinterkante 25 auf. In den 1 bis 3 sind auch noch die Druckseite 27 und die Saugseite 29 eingezeichnet. Die Vorderkante 23 stellt eine Fortsetzung der Vorderkante 18 dar und geht in diese, vorzugsweise stufenlos, über. Die Hinterkante 25 stellt eine Fortsetzung der Hinterkante 20 dar. Die in den 1 bis 3 gezeigten Rotorblätter weisen ein aerodynamisches Element 28 auf. Das aerodynamische Element 28 erstreckt sich bei allen drei Ausführungsformen zumindest über einen Teil des Übergangsabschnitts 22 und zumindest auch über einen Teil des Rotorblattwurzelabschnitts 12. Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform erstreckt sich das aerodynamische Element 28 auch über zumindest einen Teil des aerodynamischen Rotorblattabschnitts 16. Die 1 bis 3 können aber auch gemeinsam für eine einzige Ausführungsform gelten, bei der sich das aerodynamische Element 28 zumindest teilweise über alle drei Abschnitte (12, 22, 16) erstreckt. Besagtes aerodynamisches Element 28 ist bei der Ausführungsform von 1 im Übergangsabschnitt 22 an der Hinterkante 25 angebracht bzw. angeflanscht. Es könnte aber auch an der Druckseite 27 oder an der Saugseite 29 angebracht bzw. angeflanscht sein. Das aerodynamische Element 28 hat die Gestalt einer Freiformfläche. Mit anderen Worten erstreckt es sich nicht nur in einer Ebene, wie zum Beispiel eine Platte oder ein geradliniges Band. Die Tiefe T des aerodynamischen Elements 28 im Übergangsabschnitt 22 ist vorzugsweise proportional zur dortigen Sehnenlänge S des Profils des Rotorblatts 10 und liegt vorzugsweise im Bereich zwischen circa 5 bis circa 30 %, bevorzugt zwischen circa 8 bis circa 20 %, der Sehnenlänge S der Sehne 31 des Profils. Der Winkel β des aerodynamischen Elements 28 sollte vorzugsweise in direktem Zusammenhang mit dem lokalen Anstellwinkel (Anströmwinkel) α stehen. Letzterer ergibt sich durch die Überlagerung von Wind und Umfangsgeschwindigkeit sowie dem Pitch und der Verwindung des Rotorblattes 10. Der Winkel β liegt vorzugsweise im Bereich zwischen circa 0° und circa 10°, noch bevorzugter im Bereich zwischen circa 2° und circa 4°. Der Winkel γ ist auf die Sehne des Profils bezogen. Er ergibt sich aus dem lokalen Anstellwinkel α abzüglich des Winkels β. Wie noch beispielhaft anhand der 7 bis 9 gezeigt werden soll, erstreckt sich bzw. windet sich das aerodynamische Element 28 in einem Ausführungsbeispiel – von innen nach außen – über einen Teil des Rotorblattwurzelabschnitts 12, über den Übergangsabschnitt 22 und auch noch über einen Teil des aerodynamischen Rotorblattabschnitts 16 vorzugsweise kontinuierlich. Durch die Änderung des lokalen Anstellwinkels α in Spannweitenrichtung ergibt sich eine unstetige Windung des aerodynamischen Elements 28. The in the 1 to 3 shown rotor blades 10 for wind turbines with horizontal axis of rotation include a rotor blade root 13 with, for example, a circular cross-section (see 3 and the example in the 7 to 9 ) for attachment to a hub (not shown) of a wind turbine, one at the rotor blade root 13 Rotor blade tip arranged opposite end of the rotor blade 14 (see the example in the 7 to 9 ), one to the rotor blade tip 14 lying aerodynamic rotor blade section 16 (see the example in the 7 to 9 ) with a leading edge 18 and, for example, a substantially sharp trailing edge 20 and a transition section 22 between the rotor blade root 13 and the aerodynamic rotor blade section 16 (see example in the 7 to 9 ). In the in the 1 the embodiment shown has the transition section 22 on the upstream side 24 a rounded front edge 23 and on the downstream side 26 a dull trailing edge 25 on. In the 1 to 3 are also the print side 27 and the suction side 29 located. The leading edge 23 represents a continuation of the leading edge 18 and goes into this, preferably continuously, over. The trailing edge 25 make one Continuation of the trailing edge 20 The in the 1 to 3 rotor blades shown have an aerodynamic element 28 on. The aerodynamic element 28 extends in all three embodiments, at least over part of the transition section 22 and at least over part of the rotor blade root section 12 , When in the 2 In the embodiment shown, the aerodynamic element extends 28 also over at least part of the aerodynamic rotor blade section 16 , The 1 to 3 but can also be considered together for a single embodiment in which the aerodynamic element 28 at least partially across all three sections ( 12 . 22 . 16 ). Said aerodynamic element 28 is in the embodiment of 1 in the transition section 22 at the rear edge 25 attached or flanged. It could also be on the print side 27 or on the suction side 29 be attached or flanged. The aerodynamic element 28 has the shape of a freeform surface. In other words, it does not extend only in one plane, such as a plate or a rectilinear tape. The depth T of the aerodynamic element 28 in the transition section 22 is preferably proportional to the local chord length S of the profile of the rotor blade 10 and preferably ranges from about 5 to about 30%, preferably from about 8 to about 20%, of the chord length S of the tendon 31 of the profile. The angle β of the aerodynamic element 28 should preferably be directly related to the local angle of attack (angle of attack) α. The latter results from the superposition of wind and peripheral speed as well as the pitch and the twist of the rotor blade 10 , The angle β is preferably in the range between about 0 ° and about 10 °, more preferably in the range between about 2 ° and about 4 °. The angle γ is related to the chord of the profile. It results from the local angle of attack α minus the angle β. As still further exemplified by the 7 to 9 is to be shown extends or winds the aerodynamic element 28 in one embodiment - from inside to outside - over a part of the rotor blade root section 12 , about the transition section 22 and also over part of the aerodynamic rotor blade section 16 preferably continuously. By changing the local angle of attack α in the spanwise direction results in a discontinuous turn of the aerodynamic element 28 ,

In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das aerodynamische Element 28 auch im aerodynamischen Rotorblattabschnitt 16, und zwar an der Saugseite 29 der spitzen Hinterkante 20 angebracht. Die Tiefe T des aerodynamischen Elements 28 ist im aerodynamischen Rotorblattabschnitt 16 vorzugsweise proportional zur Sehnenlänge S und liegt vorzugweise im Bereich von circa 5 bis circa 30 %, bevorzugt zwischen circa 8 bis circa 15 %, der dortigen Sehnenlänge. Der Winkel β des aerodynamischen Elements 28 steht vorteilhafterweise in direktem Zusammenhang mit dem lokalen Anstellwinkel α. Letzterer ergibt sich durch die Überlagerung von Wind und Umfangsgeschwindigkeit sowie dem Pitch und der Verwindung des Rotorblattes 10. Der Winkel β liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen circa 0° und circa 10°, bevorzugt zwischen circa 2° und circa 4°. Durch die Änderung des lokalen Anstellwinkels α in Spannweitenrichtung ergibt sich eine unstetige Windung des aerodynamischen Elements 28. In the in 2 embodiment shown is the aerodynamic element 28 also in the aerodynamic rotor blade section 16 , on the suction side 29 the pointed trailing edge 20 appropriate. The depth T of the aerodynamic element 28 is in the aerodynamic rotor blade section 16 preferably in proportion to the chord length S and is preferably in the range of about 5 to about 30%, preferably between about 8 to about 15%, the chord length there. The angle β of the aerodynamic element 28 is advantageously in direct connection with the local angle of attack α. The latter results from the superposition of wind and peripheral speed as well as the pitch and the twist of the rotor blade 10 , The angle β is advantageously in the range between about 0 ° and about 10 °, preferably between about 2 ° and about 4 °. By changing the local angle of attack α in the spanwise direction results in a discontinuous turn of the aerodynamic element 28 ,

In dem in der 3 gezeigten Ausführungsbeispiel weist das Rotorblatt 10 im Rotorblattwurzelabschnitt 12 im Querschnitt ein Kreiszylinderprofil K auf. Das aerodynamische Element 28 kann dort beispielsweise so angeordnet sein, dass seine Mittellinie den Mittelpunkt M des Kreiszylinders schneidet. Die Tiefe T des aerodynamischen Elements 28 ist dort wiederum vorteilhafterweise proportional zur dortigen Sehnenlänge S der Sehne 31 und liegt in diesem Beispiel vorteilhafterweise im Bereich zwischen circa 10 bis circa 60%, bevorzugt zwischen circa 20 bis circa 40%. Der Winkel β des aerodynamischen Elements 28 steht vorteilhafterweise in direktem Zusammenhang mit dem lokalen Anstellwinkel α. Letzterer ergibt sich durch die Überlagerung von Wind- und Umfangsgeschwindigkeit. Der Winkel β liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen circa 0° und circa 10°, bevorzugt im Bereich zwischen circa 2° und circa 4°. Durch die Änderung des lokalen Anstellwinkels α in Spannweitenrichtung ergibt sich in diesem Ausführungsbeispiel eine unstetige Windung des aerodynamischen Elements 28. In the in the 3 embodiment shown has the rotor blade 10 in the rotor blade root section 12 in cross section a circular cylinder profile K on. The aerodynamic element 28 may there be arranged, for example, so that its center line intersects the center M of the circular cylinder. The depth T of the aerodynamic element 28 is there again advantageously proportional to the local chord length S of the tendon 31 and in this example is advantageously in the range between about 10 to about 60%, preferably between about 20 to about 40%. The angle β of the aerodynamic element 28 is advantageously in direct connection with the local angle of attack α. The latter results from the superimposition of wind and peripheral speed. The angle β is advantageously in the range between about 0 ° and about 10 °, preferably in the range between about 2 ° and about 4 °. By changing the local angle of attack α in the spanwise direction results in this embodiment, a discontinuous turn of the aerodynamic element 28 ,

In der 4 ist schematisch ein Rotorblatt 10 gezeigt, das ein aerodynamisches Element 28 aufweist oder damit versehen ist, wobei sich das aerodynamische Element 28 – beginnend in der Nähe einer Nabe (nicht gezeigt) im Rotorblattwurzelabschnitt 12 – entlang einer fiktiven bzw. realen Hinterkante, wie zum Beispiel der Hinterkante 25 im Übergangsabschnitt 22 und der Hinterkante 20 im aerodynamischen Rotorblattabschnitt 16, aber in diesem Beispiel nicht über die volle Länge, erstreckt. Vorteilhafterweise ist die Länge l des aerodynamischen Elements 28 proportional zur Spannweite SW des Rotorblatts 10. Sie liegt vorteilhafterweise im Bereich zwischen circa 10 bis circa 60% der Spannweite SW. In the 4 is schematically a rotor blade 10 shown that an aerodynamic element 28 or provided with, wherein the aerodynamic element 28 - Starting near a hub (not shown) in the rotor blade root section 12 Along a fictitious or real trailing edge, such as the trailing edge 25 in the transition section 22 and the trailing edge 20 in the aerodynamic rotor blade section 16 but in this example not over the full length, extends. Advantageously, the length l of the aerodynamic element 28 proportional to the span SW of the rotor blade 10 , It is advantageously in the range between about 10 to about 60% of the span SW.

In einer Variante in der 5 nimmt die Tiefe T des aerodynamischen Elements zur Rotorblattspitze 14 hin ab. Von der Nabe (nicht gezeigt) bis zu der Stelle, an der das Rotorblattprofil die größte Sehnenlänge aufweist, bleibt in diesem Beispiel die Tiefe T des aerodynamischen Elements 28 konstant. Ab dieser Stelle nimmt die Tiefe T des aerodynamischen Elements 28 in Richtung zur Rotorblattspitze 14 kontinuierlich oder diskontinuierlich ab. In a variant in the 5 takes the depth T of the aerodynamic element to the rotor blade tip 14 down. From the hub (not shown) to the point where the rotor blade profile has the largest chord length, in this example the depth T of the aerodynamic element remains 28 constant. From this point, the depth T of the aerodynamic element decreases 28 towards the rotor blade tip 14 continuously or discontinuously.

In dem in der 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist das aerodynamische Element 28 durch mehrere Platten 28a, 28b, ... realisiert. Hierzu wird der mittlere Winkel von α und β über einen bestimmten Bereich zur Bestimmung der Ausrichtung der jeweiligen Platte 28a, 28b, ... verwendet. Dieser Bereich und die Länge der einzelnen Platten kann dabei in Abhängigkeit von der lokalen Änderung des Anströmwinkels α stark variieren und kann zum Beispiel von wenigen Dezimetern bis zu ganzen Metern reichen. In the in the 6 embodiment shown is the aerodynamic element 28 through several plates 28a . 28b , ... realized. For this purpose, the mean angle of α and β over a certain range for determining the orientation of the respective plate 28a . 28b , ... used. This range and the length of the individual plates can vary greatly depending on the local change in the angle of attack α and can range, for example, from a few decimetres up to whole meters.

Schließlich zeigen die 7 bis 9 ein Ausführungsbeispiel eines Rotorblatts 10 mit einem aerodynamischen Element 28 und insbesondere dessen Verlauf und Windung entlang eines Teils des Rotorblatts 10. Finally, the show 7 to 9 an embodiment of a rotor blade 10 with an aerodynamic element 28 and in particular its course and winding along a part of the rotor blade 10 ,

Die in der vorangehenden Beschreibung, in der Zeichnung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren Ausführungsformen wesentlich sein.The features of the invention disclosed in the foregoing description, in the drawing and in the claims may be essential both individually and in any combination for the realization of the invention in its embodiments.

Claims

Rotor blade ( 10 ) for wind turbines with horizontal axis of rotation, comprising a rotor blade root portion ( 12 ) for attachment to a hub of a wind turbine, a rotor blade root section ( 12 ) arranged opposite rotor blade tip ( 14 ) at the end of the rotor blade ( 10 ), one to the rotor blade tip ( 14 ) lying aerodynamic rotor blade section ( 16 ) with a front edge ( 18 ) and a substantially sharp trailing edge ( 20 ) and a transitional section ( 22 ) between the rotor blade root portion ( 12 ) and the aerodynamic rotor blade section ( 16 ), which has an inflow side ( 24 ) and a downstream side ( 26 ), wherein at the downstream side ( 26 ) at least one aerodynamic element ( 28 ), characterized in that the aerodynamic element ( 28 ) has the shape of a three-dimensional surface, in particular free-form surface, and also at least over a part of the rotor blade root portion ( 12 ).

Rotor blade ( 10 ) according to claim 1, wherein the aerodynamic element ( 28 ) also at least over a part of the aerodynamic rotor blade section ( 16 ).

Rotor blade ( 10 ) according to claim 2, wherein the aerodynamic element ( 28 ) in the aerodynamic rotor blade section ( 16 ) on the suction side ( 29 ) or printed side ( 27 ) or at the trailing edge ( 20 ) is detachably or firmly attached.

Rotor blade according to one of claims 1 to 3, wherein in the rotor blade root section ( 16 ) has a circular cylindrical profile or approximately a circular cylindrical profile in cross section.

Rotor blade according to claim 4, wherein the aerodynamic element ( 28 ) in the rotor blade root section ( 12 ) has a depth T and the imaginary extension of the depth T through the center of the circular cylinder profile in the rotor blade root section ( 12 ).

Rotor blade according to claim 5, wherein the depth T in the rotor blade root section ( 12 ) in the range of approx. 10 approx. 60%, preferably about 20-ca. 40%, the chord length S of the profile of the rotor blade is.

Rotor blade according to one of the preceding claims, wherein in the transition section ( 22 ) in cross-section one, in particular blunt or rounded, trailing edge ( 25 ) having.

Rotor blade according to claim 7, wherein the aerodynamic element ( 28 ) in the transitional period ( 22 ) on the suction side ( 29 ) or printed side ( 27 ) or at the trailing edge ( 25 ) is detachably or firmly attached.

Rotor blade ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the aerodynamic element ( 28 ) in the transitional period ( 22 ) has a depth T in the range of about 5-ca. 30%, preferably approx. 8 approx. 20%, the chord length S of the profile of the rotor blade ( 10 ) lies.

Rotor blade ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the aerodynamic element ( 28 ) in the aerodynamic rotor blade section ( 16 ) has a depth T, which in the range of about 5-ca. 30%, preferably approx. 8 approx. 15% of the chord length S of the profile of the rotor blade ( 10 ) lies.

Rotor blade ( 10 ) according to one of the preceding claims, wherein the depth T of the aerodynamic element ( 28 ) varies in the spanwise direction.

Rotor blade ( 10 ) according to claim 11, wherein the depth T of the aerodynamic element ( 28 ) decreases in the spanwise direction continuously or discontinuously.

Wind turbine with horizontal axis of rotation, comprising at least one rotor blade ( 10 ) according to one of the preceding claims.