DE3150715A1

DE3150715A1 - "rotorblattausbildung"

Info

Publication number: DE3150715A1
Application number: DE19813150715
Authority: DE
Inventors: Gerd Ing.(grad.) 2875 Ganderkesee Gloyer; Ulrich Ing.(grad.) 2820 Bremen Stampa; Helmut Ing.(grad.) 2805 Stuhr Vehmeyer
Original assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Current assignee: Erno Raumfahrttechnik GmbH
Priority date: 1981-12-22
Filing date: 1981-12-22
Publication date: 1983-06-30

Description

Rotorblattausbildung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Rotorblattausbildung für Rotoren von Windkraftwerken zur Beeinflussung der Drehzahl entsprechend den Betriebsbedingungen mit einer gegenüber dem Rotorblatt verstellbaren Blattspitze.
Bei Rotoren für Windkraftwerke besteht das Problem, die Abtriebsdrehzahl weitgehend konstant zu halten und eine vorgegebene maximale Leistung nicht zu überschreiten. Da die Windgeschwindigkeiten aber sehr unterschiedlich sind und sich damit die zur Verfügung stehende Windenergie wesentlich ändert, ist eine Regelung für eine im wesentlichen konstante Drehzahl erforderlich. Für diese Regelung ist eine Vielzahl von Systemen bekannt geworden. Hierbei wurde vorgeschlagen, jalousieartige Klappen in den Rotorblättern sowie verstellbare Rotorblätter vorzusehen. Auch ist es bekannt, verdrehbare Blattspitzen und Bremsklappen am Rotorblatt anzuordnen.
Diese vorgeschlagenen Anordnungen besitzen den Mangel, daß die gestellten Anforderungen oftmals nicht erfüllt werden und eine hohe Belastung der Gelenkpunkte auftritt sowie eine aufwendige Mechanik erforderlich ist.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine Regelung von Rotoren zur Beeinflussung der Drehzahl auf einfache Weise zu schaffen und eine Anpassung an die Betriebsbedingungen zu ermöglichen.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß dadurch, daß die Blattspitze über ein Gelenkelement angeordnet ist und über zugeordnete Stellelemente entsprechend den Betriebsbedingungen selbsttätig und/oder individuell verschwenkbar ist, wobei die gebildete Schwenkachse etwa in Rotorblattebene liegt und einen Winkel zur Rotorblattmittellinie derart aufweist, daß der Abstand zwischen Schwenk--achse und Rotornabe an der Vorderkante des Rotorblattes gegenüber der Hinterkante geringer ist.
Hierdurch ist es möglich, drei Hauptstellungen der Blattspitze mit beliebigen Zwischenstellungen einzustellen. Einmal nach vorn in Windrichtung geschwenkt für den Anlauf und zum anderen für den Normalbetrieb in Verlängerung des Rotorblattes sowie zum Bremsen nach hinten in Richtung des Windes.
Weiterhin wird zur selbstregelnden Verstellung der Blattspitze vorgeschlagen, daß ein Federelement zwischen Blattspitze und Rotorblatt zur Einstellung einer Anlaufstellung und ein Zusatzgewicht an der Blattspitze zur Einstellung einer Bremsstellung angeordnet ist. Hierbei ist. es möglich, die Regelung durch das Verhältnis von Federspannung und der auf das Gegengewicht wirkenden Zentrifugelkraft zu bestimmen.
Um immer die gleichen Verstellwinkel der einzelnen Blattspitzen zu erzielen, wird vorgeschlagen, daß Seilzüge und/oder Gestänge zwischen Blattspitze und Rotornabe als Koppelelemente zwischen den einzelnen Rotorblättern angeordnet sind. Selbstverständlich ist über die Seilzüge auch eine Einstellung der Blattspitzen möglich.
Günstige Verhältnisse werden erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß der Winkel zur Rotorblattmittellinie etwa 450 beträgt.
Ferner wird vorgeschlagen, daß der Schwenkbereich der Blattspitze etwa + 20Q beträgt.
Weiterhin ist es vorteilhaft, daß die Blattspitze etwa 10 96 der Spannweite des Rotorblattes einnimmt.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Rotor mit vier Rotorblättern, Fig. 2 eine Seitenansicht eines Rotorblattes mit der Blattspitze in Verlängerung des Rotorblattes und in gestrichelter Darstellung die ausgeschwenkten Lagen der Blattspitze und Fig. 3 eine Seitenansicht eines Rotorblattes mit einer Vorrichtung zur Kopplung der Verstellbewegung der Blattspitzen sowie einer zugeordneten Feder und einem Gewicht.
Der dargestellte Rotor 1 für Horizontalaufstellung wird durch vier über den Umfang verteilte Rotorblätter 2 gebildet, die mit ihrer Blattwurzel 3 in einer Rotornabe 4 befestigt sind. Der äußere Teil jedes Rotorblattes 2 ist dabei als verschwenkbare Blattspitze 5 ausgebildet. Hierzu ist ein Gelenkelement 6 zwischen Rotorblatt 2 und Blattspitze 4 angeordnet, wobei die gebildete Schwenkachse 7 etwa in der Rotorblattebene liegt und einen Winkel 8 von 450 zur Rotorblattmittellinie 9 einnimmt. Hierbei ist der Winkel 8 derart gelegt, daß der Abstand zwischen der Schwenkachse 7 und Rotornabe 4 an der Vorderkante 10 des Rotorblattes 2 gegenüber der Hinterkante 11 geringer ist.
Die Blattspitze 5 ist dabei jeweils um + 20° aus der neutralen Stellung in Verlängerung des Rotor blattes 2 verschwenkbar. Bei stehendem Rotor 1 hält eine zugeordnete'Feder 12 die Blattspitze 5 in der Schwenklage gegen die Windrichtung 13. Bei Betriebsdrehzahl streckt sich die Blattspitze 5 durch die Zentrifugalkraft und wird ergänzt durch die Zentrifugalkraft eines zugeordneten Gewichtes 14. Bei tfberdrehzahl erfährt die Blattspitze 5-über das Gewicht 14 eine weitere Auslenkung in Richtung 13 des Windes. Hierdurch wird bei stehendem bzw. anlaufendem Rotpr 1 mit einem Schwenkwinkel gegen die Windrichtung 13 ein größeres Anlaufdrehmoment er--zeugt.als bei gestfieckter Blattspitze 5, während bei einer in Windrichtung 13 verschwenkter Blattspitze 5 eine Bremswirkung eintritt.
Gemäß Fig. 3 ist eine Kopplung der Blattspitzen 5 der einzelnen Rotorblätter 2 über Seilzüge 15 erfolgt, um einen gleichen Verstellwinkel der Blattspitzen 5 zu ermöglichen. Selbstverständlich kann über die Seilzüge 15 auch eine Einstellung der Blattspitzen 5 erfolgen. In diesem Fall sind die Seilzüge 15 zur besseren Darstellung außerhalb des Rotorblattes 2 geführt, während sie normalerweise innerhalb der Rotorblätter 2 verlaufen.
In der Anlaufstellung ist die Blattspitze 5 verhältnismäßig kleinen Windgeschwindigkeiten ausgesetzt, da die Windkomponente aus der Drehgeschwindigkeit des Rotors noch klein ist. Die Feder 13 benötigt also nur eine geringe Kraft, um die Blattspitze in Anlaufstellung zu halten. Bei der Betriebsdrehzahl hält sich die Federkraft und die Zentrifugalkraft des Gewichtes in der Waage, so daß die Blattspitze 5 in gestreckter Stellung steht.
Bei erhöhter Drehzahl überwiegt dann die Kraft des Gewichts.
Die Blattspitze wird dann in Richtung des Windes bewegt Dabei vergrößert die Blattspitze ihren Anstellwinkel gegenüber dem Wind. Die sich daraus ergebenden höheren Luftkräfte unterstützen die Auslenkbewegung des Blattes nach hinten. Dieser Effekt ist für das System wesentlich, da das Eigengewicht der Blattspitze bei hoher Drehgeschwindigkeit die Spitze in gestreckter Stellung zum Blatt halten will. Zur Überwindung dieser Kraft tragen die Luftkräfte an der Blattspitze bei und erleichtern so den selbsttätigen Regelvorgang.
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Claims

Patentansprüche Rotorblattausbildung für Rotoren von Windkraftwerken zur Beeinflussung der Drehzahl entsprechend den Betriebsbedingungen mit einer gegenüber dem Rotorblatt verstellbaren Blattspitze, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattspitze (5) über ein Gelenkelement (6) angeordnet ist und über zugeordnete Stellelemente (13,14,15) entsprechend den Betriebsbedingungen selbsttätig und/oder individuell verschwenkbar ist, wobei die gebildete Schwenkachse (7) etwa in Rotorblattebene liegt und einen Winkel (8) zur Rotorblattmittellinie (9) derart aufweist, daß der Abstand zwischen Schwenkachse (7) und Rotornabe (4) an der Vorderkante (10) des Rotorblattes (2) gegenüber der Hinterkante (11) geringer ist.
2. Rotorblattausbildung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Federelement (13,14) zwischen Blattspitze (5) und Rotorblatt (2) zur Einstellung einer Anlaufstellung und ein Zusatzgewicht (14) an der Blattspitze (5) zur Einstellung einer Bremsstellung angeordnet ist.
3. Rotorblattausbildung nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß Seilzüge (15) und/ oder Gestänge zwischen Blattspitze (5) und Rotornabe (4) als Koppelelemente zwischen den einzelnen Rotorblättern (2) angeordnet sind.
4. Rotorblattausbildung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel (8) zur Rotorblattmittellinie (9) etwa 450 beträgt.
5. Rotorblattausbildung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwenkbereich der Blattspitze (5) etwa + 200 beträgt.
6. Rotorblattausbildung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattspitze (5) etwa 10 96 der Spannweite des Rotorblattes (2) einnimmt.