DE8803598U1 - Device for reducing the induced drag on rotor blades of wind turbines - Google Patents

Device for reducing the induced drag on rotor blades of wind turbines

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DE8803598U1 DE8803598U DE8803598U DE8803598U1 DE 8803598 U1 DE8803598 U1 DE 8803598U1 DE 8803598 U DE8803598 U DE 8803598U DE 8803598 U DE8803598 U DE 8803598U DE 8803598 U1 DE8803598 U1 DE 8803598U1
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    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
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Description

Beschreibung:Description:

Einrichtung zur Verminderung des induzierten Widerstandes an Rotorblättern von Winkraftanlagen.Device for reducing the induced drag on rotor blades of wind turbines.

Aus der Strömunslehre ist bekannt, daß an Flügelenden von Tragflächen oder Rotoren der Druckunterschied zwischen der Druck- und Saugseite eines Profils kräftige Wirbelfelder, sogenannte Randwirbel hervorruft, die auch große Strömungsgeräusche verursachen. Diese Strömung, auch als induzierter Widerstand bezeichnet, steigt proportional im Quadrat des Auftriebsbeiwertes.It is known from fluid dynamics that the pressure difference between the pressure and suction side of a profile at the ends of wings or rotors causes strong vortex fields, so-called edge vortices, which also cause a lot of flow noise. This flow, also known as induced drag, increases proportionally to the square of the lift coefficient.

Der induzierte Widerstand vermindert die auftriebsgebende DrucKdifferenz zwischen Saug- und Druckseite. Um diese Eigenschaft von Tragflächen oder Rotoren in ihren Auswirkungen zu begrenzen, werden in der Praxis an den Flügelenden Endscheiben, Winglets oder ümlenkkanten installiert, die jedoch zu einer Erhöhung des Strömungswiderstandes führen. Zur Vermeidung von Randwirbel ist es weiterhin bekannt, an den Flügelvorderkanten bzw. an den Flügelhinterkanten besondere Klappen oder Vorflügel anzuordnen, durch die die Strömung an der ProfUunterseite angesaugt und der Profiloberseite zugeführt wird. Durch diese Energiezufuhr wird die Strömungsgeschwindikgkeit auf der Profiloberseite erhöht.The induced drag reduces the pressure difference between the suction and pressure sides that creates lift. In order to limit the effects of this property of wings or rotors, end plates, winglets or deflection edges are installed on the wing tips, which, however, lead to an increase in flow resistance. In order to avoid tip vortices, it is also known to arrange special flaps or slats on the leading or trailing edges of the wing, through which the flow is sucked in on the underside of the profile and fed to the upper side of the profile. This energy supply increases the flow speed on the upper side of the profile.

Die Erfindung besteht darin, eine Einrichtung zu schaffen, die ermöglicht, den induzierten Widerstand ohne hohe konstruktiven und fertigungstechnischen Aufwand zu verringern.The invention consists in creating a device which makes it possible to reduce the induced resistance without high constructional and manufacturing expenditure.

ErfindcrgenäÄ erfolgt die Lösung der Aufgabe durch die Anordnung mehrerer Flügel in Profilform an der Übergangszone eines Rotorblattes in einem bestimmten Anstellwinkel zueinander, Strömungsenergie von der Flügelunterseite 14 der einzelner Flügel durch Strömungsverdichtung zwischen den Flügeln 13 auf die Flügeloberseite 15 gebracht wird und dort expandiert, was zu einer Strömungsbeschleunigung auf der Flügeloberseite führt (Fig. 6)According to the invention, the problem is solved by arranging several blades in profile form at the transition zone of a rotor blade at a certain angle of attack to each other, flow energy from the underside 14 of the individual blades is brought to the upper side 15 of the blade by flow compression between the blades 13 and expands there, which leads to a flow acceleration on the upper side of the blade (Fig. 6)

Daduroh wird der Ablösepunkt der Orenzsehioht zur Flügelhinterkante 16 versohoben und der Druck auf Der Flügeloberseite 15 erhöht, welches auch zu einer Spaltung des Randwirbels in einzelne Wirbelzöpfe führt und dadurch der QsAs a result, the separation point of the oriental section is raised to the wing trailing edge 16 and the pressure on the wing upper surface 15 is increased, which also leads to a splitting of the edge vortex into individual vortex braids and thus the Qs

induzierte Widerstand'WProfn Keduzffert wird. Die Erfindung führt auch zu einer Verringerung der Strömungsgeräusche am Flügel. induced drag'WProfn Keduzffert. The invention also leads to a reduction in flow noise on the wing.

Weitere Merkmale der Erfindung werden nachstehend an Hand des in den Zeichnungen dargestellten Rotors näher erläutert.Further features of the invention are explained in more detail below with reference to the rotor shown in the drawings.

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 ein normales Rotorblatt in einer Seitenansicht mit Angabe der Übergangszone und aufgesetztem SpaltflügelFig. 1 a normal rotor blade in a side view with indication of the transition zone and attached slotted wing

Fig. 2 den Spaltflügel in einer Seitenansicht (Luvseite) ab der ÜbergangozoneFig. 2 the split wing in a side view (windward side) from the transition zone

Fig. 3 den Spaltflügel von vorn (Strömungseintritt) Fig. U den Spaltflügel von hinten (Strömungsaustritt)Fig. 3 the slit wing from the front (flow inlet) Fig. U the slit wing from the back (flow outlet)

Fig. 5 A bis EFig. 5 A to E

Draufsicht auf den Flügel in horizontaler Schnittebene an der Übergangszone Schnitt A-A bis &tgr;&khgr;&khgr;&khgr;&agr;. Flügelende Schnitt E-E.Top view of the wing in horizontal section plane at the transition zone section AA to &tgr;&khgr;&khgr;&khgr;&agr;. Wing end section EE.

Fig. 6 Darstellung des Erfindergemäßen Strömungsverlaufes am SpaltflUgel.Fig. 6 Representation of the flow pattern on the slotted wing according to the inventor.

Durch eire Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Erzielung der angestrebten Druckverhältnisse dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Rotorblatt 11 (Fig. 1) nach 70% seiner Flügellänge 5 einzelne Flügel im Profilform (Fig 5 A) in dessen Profil an dieser Stelle (Ubergangszone 12) integriert sind und über ihre Länge in einem unbestimmten Verhältnis derart verwunden sind, daßBy means of an embodiment of the invention, the device for achieving the desired pressure ratios is characterized in that, in the case of a rotor blade 11 (Fig. 1), after 70% of its wing length, 5 individual wings in profile form (Fig. 5 A) are integrated into its profile at this point (transition zone 12) and are twisted along their length in an indeterminate ratio in such a way that

a. sich an der übergangazone 12 (Fig.1) die Flügel 1-5 (Fig.5A) einen Spalt minimaler Breite und ungleicher Lage zum Flügelende hin zu einem Spalt maximaler Breite und symmetrischer Lage erweitert 6-10 (Fig.5 E)a. at the transition zone 12 (Fig.1) the wings 1-5 (Fig.5A) a gap of minimal width and uneven position widens towards the wing end to a gap of maximum width and symmetrical position 6-10 (Fig.5 E)

«(•(Kl«(•(Kl

b. sioh an der Ubergangszone 12 (Fig.1) die Lage des Flügel* profile aus einem negativen Verdrehwinkel kleiner 30 Orad (Fig.5 A) zum FlUgelende hin in einem unbestimmten Verhältnis zu einem positivem Verdrehwinkel kleiner 10 Orad 6-10 (Fig. 5 E) ausriohten.b. at the transition zone 12 (Fig. 1) the position of the wing profile from a negative twist angle of less than 30 Orad (Fig. 5 A) towards the wing end is aligned in an indeterminate relationship to a positive twist angle of less than 10 Orad 6-10 (Fig. 5 E).

Erfindergemäß kann die Lage und Verwindung der einzelnen Profile bei anderen Anlagen und Strömungsmaschinen durch Veränderung der Anstellwinkel zur Anpassung an die Idealströmung am Fußpunkt auch drehbar gelagert werden, um somit die Leistung an verschiedenen Strömungsmaschinen zu optimieren bzw. zu regulieren . According to the inventor, the position and torsion of the individual profiles in other systems and turbomachines can also be rotatably mounted by changing the angle of attack to adapt to the ideal flow at the base point, in order to optimize or regulate the performance of various turbomachines.

Die Erfindergemäße Einrichtung zur Verminderung des induzierten Widerstands kann in relativ wirtschaftliche Bauweise mit Faserverbundwerkstoffen hergestellt, und mittels Paßbolzen und Schraubverbindung an der Ubergangszone (12) befestigt werden.The device according to the invention for reducing the induced resistance can be manufactured in a relatively economical manner using fiber composite materials and can be attached to the transition zone (12) using fitting bolts and screw connections.

Die Erfindung wirkt sich bei Rotoren von Windkraftanlagen besonders wirtschaftlich aus, da gerade bei Schnelläufern zur Erzeugung von Strom, bedingt durch die Rotationsbewegung die Geschwindigkeit an der Blattspitze besonders hoch ist und diese einen Großteil der Gesamtrotorwirkfläche darstellen. Durch die Erfindung können ca. 15-20 % höhere Leistungen aus der gleichen Rotorfläche bezogen werden, als mit normalen Rotorblättern. Die relativen Mehrkosten zur Herstellung eines Spaltflügels amortisieren sich durch die höhere Leistungsausbeut3 in relativ kurzer Zeit (abhängig vom Standort).The invention is particularly economical for wind turbine rotors, since the speed at the blade tip is particularly high in high-speed rotors used to generate electricity due to the rotational movement, and these represent a large part of the total effective rotor area. The invention enables approximately 15-20 % higher performance to be obtained from the same rotor area than with normal rotor blades. The relative additional costs of producing a slotted blade are paid off in a relatively short time (depending on the location) due to the higher power output3.

Bei der Erfindung entsteht als positiver «ebeneffekt eine Verminderung der Strömungsgeräusche, die bei Windkraftanlagen e*"t als störend empfunden werden. The invention has the positive side effect of reducing the flow noise, which is often perceived as disturbing in wind turbines.

Claims (2)

»* «· ·· It ·&Igr; ti »* «· ·· It ·&Igr; ti III« ·&igr;&igr; «it«III« ·&igr;&igr; «it« I Il I · I ■ ■ Il IlI Il I · I ■ ■ Il Il I I III«· I Il ti II I III«· I Il ti I II I IfI I ( I I I)II Il III!II I IfI I ( I I I)II Il III! Anmelder:Applicant: Oerd Seel Schloßatr. 72Oerd Seel Schloßatr. 72 Walzbachtal 1Walzbachtal 1 Titel:Title: Einrichtung zur Verminderung des induzierten Widerstandes an Rotorblättern von WindkraftanlagenDevice for reducing the induced drag on rotor blades of wind turbines SchutzansprücheProtection claims 1. Einrichtung zur Verminderung des induzierten Widerstandes, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem normalen Rotorblatt (11) einer Windkraftanlage ab ca. 70% seiner Flügellänge (Übergangszone 12), 5 einzelne Flügel in dessen Profil an dieser Stelle integriert sind (1-5) und derart verwunden sind, daß1. Device for reducing the induced drag, characterized in that in a normal rotor blade (11) of a wind turbine, from about 70% of its blade length (transition zone 12), 5 individual blades are integrated into its profile at this point (1-5) and are twisted in such a way that a. sich an der Übergangszone (12) die Flügel aus einem Spalt minimaler Breite und ungleichmäßiger Lage (1-5) zum Flügelende hin zu einem Spalt maximaler Breite und gleichmäßiger Lage (6-10) erweitert.a. in the transition zone (12) the wings expand from a gap of minimal width and uneven position (1-5) towards the wing end to a gap of maximum width and even position (6-10). b. sich an der Übergangszone (12) die Flügel aus einem negativen Verdrehwinkel (1-5) kleiner ?0 Grad zum Flügelende hin in einem bestimmten Verhältnis zu einem positiven Winkel bis kleiner 10 Grad (6-10) ausrichten.b. at the transition zone (12) the wings are aligned from a negative twist angle (1-5) of less than ?0 degrees towards the wing end in a certain ratio to a positive angle of less than 10 degrees (6-10). 2. Einrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß2. Device according to claim 1, characterized in that die einzelnen Profile am Fußpunkt der Übergangszone (12) drehbar gelagert bzw. durch eine Stelleinrichtung in an sich bekannter Weise schwenkbar angeordnet sind.the individual profiles are rotatably mounted at the base of the transition zone (12) or are arranged to be pivotable by an adjusting device in a manner known per se.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19807451A1 (en) * 1998-02-21 1999-11-04 Juergen Spieler Stabilized inexpensive wind wheel for optimized usage of energy of wind
EP0937893A3 (en) * 1998-02-20 2001-10-04 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Rotor blade for wind turbine
WO2008001080A1 (en) * 2006-06-27 2008-01-03 Derek Alan Taylor Device for enhancing the effectiveness of power conversion from wind and other fluids

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