DE3126677A1

DE3126677A1 - "rotorblattausbildung fue schnellaufende rotoren"

Info

Publication number: DE3126677A1
Application number: DE19813126677
Authority: DE
Inventors: Ulrich 2820 Bremen Stampa
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1981-07-07
Filing date: 1981-07-07
Publication date: 1983-01-20

Description

Rotorblattausbildung für
schnellaufende Rotoren Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorblattausbildung für schnellaufende Rotoren von Windkraftwerken, insbesondere für schlanke Rotorblätter mit dünnen Profilen, die elastisch ausgebildet und durch einen tragenden Verband verstärkt sind.
Bei Ausbildungen dieser Art besteht das Problem, daB die Rotorblätter in der Richtung der Rotorachse sehr elastisch sind und bei im Betrieb auftretender unterschiedlicher Belastung, beispielsweise durch Böen, Schlagbewegungen ausführen. Hierbei können störende Resonanzen auftreten, wenn die Schwingungszahl der Blattschlagbewegungen im Bereich der Rotordrehzahl oder in der Nähe der Schwingungszahl des Mühlenturmes liegt. Zur Beseitigung wird mit großem Aufwand durch konstruktive Ausgestaltungen, Berechnungen und Versuche eine Abstimmung der Frequenzen der kritischen Bauteile durchgeführt. Das Ziel hierbei ist es, einen großen Abstand der Eigenschwingungszahlen der Bauteile untereinander zu erreichen und von der anregenden Frequenz des Rotors möglichst weit entfernt zu bleiben.
Bei dieser Auslegung kommt es aber bei Anderung der Rotordrehzahl, beispielsweise beim Anfahren und Abbremsen der Anlage, trotzdem zu Resonanzerscheinungen und kritischen Betriebszuständen.
Bei den bekannten Rotorblattausbildungen ist der tragende Verband üblicherweise im dicksten Profilbereich, um das Material am besten auszunutzen und ein großes Widerstandsmoment zu erhalten. Hierdurch liegt aber meist der Druckpunkt vor dem Schubmittelpunkt des tragenden Verbandes, so daß sich bei Verwindungen eine noch größere Schlagbewegung einstellen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Rotorblattausbildung zu schaffen, die mit einfachen Mitteln einen Dämpfungseffekt herbeiführt und die von unterschiedlichen Belastungen verursachten Durchbiegungen selbsttätig vermindert und einen störungsfreien Betrieb bei unterschiedlichen Drehzahlen gewährleistet.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß der Blattspitzenbereich jedes Rotorblattes als getrenntes Rotorblatteil ausgebildet ist, das mit dem Rotorblatt über eine Drehachse derart verbunden ist, daß das Rotorblatteil durch Windkräfte verstellbar ist und ein am Rotorblatteil angelenktes elastisches Element eine Verstellbewegung begrenzt. Dabei sind im Profilschnitt des Rotorblatteiles Schwerpunkt des Profils, Schubmittelpunkt des tragenden Ver- bandes und Druckpunkt des Profils, ausgehend von der Profilvorderkante, hintereinander angeordnet.
Hierdurch ist es möglich, die Anregungen für die Schlagbewegungen in Form unterschiedlicher Windgeschwindigkeiten zu dämpfen. Mit der Erhöhung der Windgeschwindigkeit wird nämlich zwangsläufig die resultierende Luftkraft vergrößert, die eine Verdrehung des Rotorblatteiles bewirkt. Dabei vergrößert sich der Blatteinstellwinkel und es verkleinert sich der Anströmwinkel, so daß die resultierende Luftkraft abnimmt. Weiterhin tritt durch den vor dem Schubmittelpunkt des tragenden Verbandes liegenden Schwerpunktes ein zusätzlicher Dämpfungseffekt ein. Dieses kommt daher, daß bei sich vergrößernder Luftkraft das elastisch reagierende Rotorblatt in Richtung der einwirkenden Luftkraft durchgebogen wird. Damit wirken die im Schwerpunkt des Rotorblatteiles angreifenden Massenkräfte der Beschleunigung entgegen und es stellt sich ein Drehmoment um den Schubmittelpunkt des tragenden Verbandes ein und der wirksame Anströmwinkel des Rotorblatteiles wird verkleinert. Die Luftkraft nimmt ab und es kommt zu einer Dämpfung der angeregten Schlagbewegung. Diese Dämpfung tritt auch bei einer entgegengesetzt wirkenden Luftkraft, beispielsweise einer negativen Bö, ein, da sich die Winkeländerungen sinngemäß umkehren.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung wird erfindungsge-.mäßt dadurch geschaffen, daß die Drehachse im Schubmittelpunkt des Rotorblatteiles angeordnet ist.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Darstellung eines Blattspitzenbereiches eines Rotorblattes und Fig. 2 einen Profil schnitt des Blattspitzenbereiches.
Das dargestellte Rotorblatt 1 besitzt an seiner Blatt spitze ein getrenntes Rotorblatteil 2, wobei die Verbindung über eine Drehachse 3 erfolgt. Zusätzlich ist zwischen Rotorblatt 1 und Rotorblattteil 2 ein elastisches Element 4 zur Stabilisierung und Begrenzung der Bewegungen angeordnet.
Das Rotorblatteil ist dabei so ausgebildet, daß jeweils bezogen auf den Profilschnitt ein Schubmittelpunkt 5 zwischen einem Schwerpunkt 6 und einem Druckpunkt 7 liegt und an dem Druckpunkt 7 eine resultierende Luftkraft 8 angreift. Die entsprechenden Verbindungslinie zwischen den Schubmittelpunkten 5 uber die ProfiLlänge ergibt in diesem Fall die Drehachse 9.
Das Rotorblatt 1 ist mit seiner Wurzel in einer nicht näher dargestellten Nabe um eine Horizontalachse drehbar, wobei sich eine Rotorebene 10 ergibt, die in einer Windrichtung II angeblasen wird.
Das Rotorblatt 1 bzw. das Rotorblatteil 2 nimmt einen Blatteinstellwinkel 12 zur Rotorebene 4 ein und besitzt einen Anströmwinkel 13.
Durch die Anordnung der Punkte 5,6 und 7 und die entsprechende Verstellung des Rotorblattteiles tritt bei einer Luftkraftvergrößerung eine Vergrößerung des Blatteinstellwinkels 12 und eine Verkleinerung des Anströmwinkels 13 ein, so daß auch die angreifende Luftkraft 8 herabgesetzt wird.
Bei einer negativen Bö tritt sinngemäß der umgekehrte Effekt auf. Hierdurch wird eine entsprechende Dämpfung selbsttätig durchgeführt.
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Claims

Patentansprüche Rotorblattausbildung für schnellaufende Rotoren von Windkraftwerken, insbesondere für schlanke Rotorblätter mit dünnen Profilen, die elastisch ausgebildet und durch einen tragenden Verband verstärkt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Blattspitzenbereich jedes Rotorblattes (1) als getrenntes Rotorblatteil (2) ausgebildet ist, das mit dem Rotorblatt (1) über eine Drehachse (3) derart verbunden ist, daß das Rotorblatteil (2) durch Windkräfte verstellbar ist und ein am Rotorblatt (1) angelenktes elastisches Element (4) eine Verstellbewegung begrenzt, wobei im Profilschnitt des Rotorblatteiles (2) Schwerpunkt (6) des Profils, Schubmittelpunkt (5) des tragenden Verbandes und Druckpunkt (7) des Profils, ausgehend von der Profilvorderkante, hintereinander angeordnet sind.
2. Rotorblattausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse (9) in etwa mit dem Schubmittelpunkt (5) des Rotorblatteiles (2) zusammenfätit.