EP2274516A2 - Wind turbine comprising an air inlet assembly - Google Patents

Wind turbine comprising an air inlet assembly

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Publication number
EP2274516A2
EP2274516A2 EP08749404A EP08749404A EP2274516A2 EP 2274516 A2 EP2274516 A2 EP 2274516A2 EP 08749404 A EP08749404 A EP 08749404A EP 08749404 A EP08749404 A EP 08749404A EP 2274516 A2 EP2274516 A2 EP 2274516A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
air inlet
wind turbine
air
inlet opening
nacelle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP08749404A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Feddern
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Powerwind GmbH
Original Assignee
Powerwind GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Powerwind GmbH filed Critical Powerwind GmbH
Publication of EP2274516A2 publication Critical patent/EP2274516A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/04Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having stationary wind-guiding means, e.g. with shrouds or channels
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/02Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor  having a plurality of rotors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F03D13/00Assembly, mounting or commissioning of wind motors; Arrangements specially adapted for transporting wind motor components
    • F03D13/10Assembly of wind motors; Arrangements for erecting wind motors
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    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
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    • F03D80/00Details, components or accessories not provided for in groups F03D1/00 - F03D17/00
    • F03D80/60Cooling or heating of wind motors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
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    • F05B2240/10Stators
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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention relates to a wind energy plant with a tower, a gondola arranged at the upper end of the tower, rotatably mounted with respect to the vertical tower axis and an inner space delimited by a housing, a rotor mounted rotatably with respect to a rotor axis extending transversely to the tower axis with respect to the nacelle, which can be displaced by an air flow in a direction of flow approximately parallel to the rotor axis in a rotation about the rotor axis, the nacelle housing having a convex or planar Strömungsleit Structure for an inflowing in the air flow direction, and arranged on the housing and an air inlet opening having air inlet assembly for supplying air to the interior.
  • Such wind turbines are known (DE 10 2004 046 700 A1). Due to the rotatable mounting of the nacelle on the tower, the rotor of the system is suitably rotated in the wind during operation, so that the wind flowing in a direction of flow onto the rotor causes the rotor to rotate.
  • the windward side of the nacelle is turned into the wind while a leeward runner would turn the rotor side of the nacelle to the leeward side (lee).
  • the wind causes the rotor of the system to rotate, it flows around the nacelle housing essentially in the direction of flow along this usually streamlined outer surface.
  • the outer or outer surface of the nacelle housing has one or more convex or planar flow guide surfaces for the air flow flowing in the wind direction or inflow direction along which the air flow is conducted around the nacelle.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide an improved air supply into the nacelle interior.
  • the air inlet arrangement has a extending in the direction of flow towards the air inlet opening indentation in the flow guide and the air inlet opening between a boundary surface of the recess and the adjoining region of the Flow control surface is arranged.
  • the invention is based on the surprisingly simple knowledge that a satisfactory amount of air can pass through the inventive design of the air intake assembly in a passive manner in the gondola interior.
  • the complex active air intake can be reduced or even waived.
  • the supplied air flow increases with increasing wind strength, ie just when there is also a higher cooling demand.
  • the air flow follows the indentation in the flow guide and flows toward the air inlet opening, through it and into the nacelle interior. Due to the design of the inlet in the direction of flow lying in front of the air inlet opening indentation is also achieved that the largest possible amount of air can flow into the interior of the gondola. This is because due to the indentation, air vortices are formed which at least in part prevent a boundary layer of the air flow from entering the air inlet opening due to the friction at the surface with respect to the outside air flow. The pressure loss during inflow is comparatively low.
  • a recessed area is here to be understood a concave area of a part of the outer area with respect to a close vicinity of this area.
  • it does not require a concave course of the surface in the inflow direction or extension direction of the indentation, even if the latter represents an advantageous realization.
  • a region which is close to the direction of extent in the direction of extent the outer surface itself form a curvature to the outside with respect to a more distant environment, the concave area nevertheless forming an indentation with respect to the near surrounding area.
  • the realization of the air inlet arrangement according to the invention has features of a so-called NACA air inlet (National Advisory Committee for Aeronautics, ACR No. 5120), in particular the profile shown in FIGS. 3 to 5 corresponds to that of a NACA air inlet. This was developed to allow even at supersonic speed an aerodynamics of an aircraft as little as possible affecting air supply. Furthermore, NACA inlets are also used in automobiles (US 5,042,603), particularly where good aerodynamics of the vehicles is important, e.g. in racing and racing cars designed for racing purposes.
  • a surface normal defining a longitudinal direction of the indentation has a component in the direction of the inflow direction on the cross-sectional area of the air inlet opening and preferably extends approximately in anti-parallel thereto.
  • the incoming air quantity can be increased again.
  • the air inlet opening in this case extends in a depth direction directed from the flow guide surface to the interior of the gondola. Since the air flow in front of the air inlet opening is substantially tangential to the nacelle surface in this area, the inflowing air quantity can be further optimized by the air inlet opening arranged in the depth direction.
  • the air inlet opening forms a step or discontinuity in the height profile of the outer surface between the boundary surface of the recess, eg the indentation floor, and the adjacent flow guide area, and the depth direction is approximately anti-parallel to the normal in this adjacent area.
  • the boundary surface of the indentation has a first wall region whose wall height, which is determined with respect to the depth direction, decreases in the longitudinal direction. This promotes the above-mentioned vortex formation and ensures good inflow behavior along the wall area.
  • the air inlet opening extends in a transverse, in particular perpendicular to the depth direction and transverse to the longitudinal direction extending width direction, and a distance in the width direction from the first wall portion to a longitudinal direction and with respect to the width direction through the center of the air inlet opening and in particular orthogonal to it extending axis x decreases in the longitudinal direction.
  • the first wall region extends up to the air inlet opening, in particular while approximating the height profile of the flow guide at the upper end of the wall to the height profile of the adjacent flow guide.
  • the inflowing air can be guided to the side of the air inlet opening and in particular a Lufückückstau Struktur be prevented.
  • a further advantageous embodiment results when a ratio between width spacing and wall height in the range of 1 to 4, preferably 1, 3 to 3.3, in particular 1.7 to 2.7, and in particular if this ratio for up to 30 % of the longitudinal extent of the concave region, preferably up to 60%, in particular up to 80% is satisfied.
  • the first wall region extends to the end region of the recess facing away from the air inlet opening.
  • the course of the first wall region is at least partially curved, and in particular the curvature in the longitudinal direction is first directed to the axis and then after passing through a point of inflection directed away from the axis.
  • a further improved flow profile can be obtained since it is again better avoided that a boundary layer of the air flow reaches the air inlet opening due to the friction with the surface with respect to the outside air flow reduced flow velocity.
  • the pressure loss is further reduced.
  • the inflection point can be arranged in the range of 25 to 65% of the length, preferably 35 to 55%, in particular 40 to 50%. In this area, the specified effect is effectively amplified.
  • the decrease in the wall height with respect to the corresponding length of the wall region in the longitudinal direction defines an average gradient in the range of 3 ° to 20 °, preferably 5 ° to 10 °, in particular 6 ° to 8 °.
  • This characteristic of the height profile of the indentation allows an optimized velocity profile of the incoming air and correspondingly low pressure losses can be achieved.
  • a bottom region of the indentation may extend in a straight line in a section through a plane determined by the longitudinal direction and the depth direction, and in particular the average gradient may define a ramp angle.
  • An appropriately designed floor area can be easily realized structurally and ensures a suitable
  • the indentation opposite the first wall region, has a second wall region, which in particular has the abovementioned properties of the first wall region.
  • the axis extends perpendicular to the air inlet opening, and the air inlet arrangement is formed substantially symmetrical to the axis. In this way, a uniform flow profile of the incoming air be achieved.
  • a limitation of the symmetry may be due to the fact that, for example, the wall portions fail due to the curvature of the flow guide area, in which the air inlet assembly is provided, of different lengths.
  • the bottom area dips into the outer surface of the nacelle as a slit-like cut.
  • the air flow is already suitably guided towards the interior.
  • a width to height ratio of the air inlet opening is in the range of 2.5 to 5.5, preferably 3 to 5, in particular 3.5 to 4.5. This provides suitable inflow conditions in the opening area.
  • the orientation is expediently expedient such that the longitudinal direction extends substantially to the windward side, so in accordance with the prior art designed as a so-called windward wind turbines, in which the rotor blades on the side facing the wind Gondola are facing the rotor.
  • a cutting angle between the rotor axis and the projection of the longitudinal direction of the indentation on the plane defined by the rotor axis and tower axis lies in a range of 0 to 30 °, preferably 0 to 20 °, in particular 0 to 10 °.
  • the air intake arrangement can supply the largest possible amount of air.
  • the air inlet arrangement is in the lower
  • the recess is arranged with respect to the rotor axis in the region of the tower of the nacelle on the tower. This allows the air to flow into the rear area of the nacelle.
  • the invention provides no special restrictions. However, it is preferred that the length of the indentation in relation to the tower diameter at the nacelle level be in the range of 0.1 to 2, preferably from 0.25 to 1.5, more preferably from 0.5 to 1.25, especially from 0.8 to 1, 1. Preferred absolute dimensions are given in claims 22 to 25.
  • At least one air outlet arrangement for the air supplied via the air inlet arrangement can expediently be provided, which can advantageously be arranged in particular in a region of the nacelle tapering in the direction of the rotor axis.
  • the latter arrangement is particularly favorable with regard to the external flow, because the decrease in the speed of the outer flow in the tapered region of the nacelle facilitates the removal of the air and, on the other hand, the negative pressure in this region outside the nacelle favors the removal of air.
  • the air can be efficiently guided out of the nacelle when the air outlet assembly has one or more features of the air intake assemblies described above.
  • the air supply serves primarily to cool the generator of the wind turbine.
  • the air inlet arrangement downstream air duct can also be designed so that in addition an optionally coupled between the rotor and generator gearbox, a frequency converter and / or a transformer is cooled.
  • the invention provides a method of operating a wind turbine essentially characterized in that the air supply to the nacelle interior is achieved at least in part in a passive manner by an air inflow through an air inlet arrangement having one or more of the above characteristics.
  • FIG. 1 shows a nacelle of a wind turbine according to the invention in a side view
  • FIG. 2 shows the gondola shown in FIG. 1 in a perspective view
  • Fig. 3 shows a geometry of the indentation of
  • Fig. 4 shows the recess of the air inlet assembly in a sectional view taken along the axis X of Fig. 3
  • Fig. 5 shows a sectional view of the first portion of the air inlet assembly taken along lines VV of Figs , Figs. 6a, b show a first realization of an air inlet arrangement according to the invention
  • Figs. 7a, b show a second embodiment of an inventive air inlet arrangement.
  • a nacelle with nacelle housing 10 is shown in a side view, the lateral surface or outer surface 3 is formed convexly from the basic shape.
  • the outer surface 3 of the housing 10 forms a flow guide for the wind flowing around the nacelle.
  • a recess 1 is formed between the outer surface areas 3.1, 3.2 and 3.3.
  • the indentation 1 represents a concave air inlet in the form of a gap continuously increasing and widening in the direction of flow a (hereinafter a) and against the drawn longitudinal direction I (hereinafter I).
  • Outside air flowing along the lateral surface 3 with component in the direction of flow a flows along the bottom surface 5 of the gap 1 and through the inlet opening 12 in the nacelle interior.
  • the inlet opening 12 extends in a parallel to the plotted normal n (in the following n) extending height direction h (Fig. 2, hereinafter h) or the opposite direction of the depth of the gondola interior.
  • the slit-shaped air inlet 1 spreads from a measured in the width direction w (hereinafter w) width W 0 at the inlet opening 12 opposite end to the inlet opening 12, whose width is designated W.
  • w width
  • a wall surface 4 which compensates for a difference in height in the outer surface profile between the bottom surface 5 of the air inlet gap 1 and the transverse thereto adjacent area 3.3 of the outer surface 3, formed curved, but as better seen in the schematic representation of Fig. 3 and there will be explained in more detail.
  • the wall surface 6 opposite the wall surface 4 compensates for a height difference of the bottom surface 5 from the region 3.2 of the outside surface 3 adjoining the outside, and is arranged substantially axially symmetrically with respect to the wall surface 4.
  • the gap 1 begins at its opposite end of the opening 12, to immerse under an imaginary shape-preserving continuation between the areas 3.1, 3.2 and 3.3 of the outer surface. It creates a kind of spoiler.
  • the depth of the gap or the height h x of the walls 4 and 6 rises to the opening 12 at its height H. In the illustrated embodiment, this increase is linear.
  • the floor area 5 is formed like a ramp with a uniform inclination, wherein the inclination angle in the concrete embodiment is 7 °.
  • the air inlet assembly 1, 12 is formed in this embodiment at the level of the tower, not shown, near an insertion opening 7 for the upper end of the tower.
  • the longitudinal direction I has substantially the same angle of inclination relative to the direction of gravity as the rotor axis, which is indicated in Figures 1 and 2 and designated R.
  • an air outlet opening e.g. may be formed at the rear tapered end of the nacelle.
  • FIGS. 1 and 2 Even though only one air inlet gap 1 and one air inlet opening 12 are shown in FIGS. 1 and 2, a symmetrically arranged further air inlet arrangement 1 ', 12' can be formed on the other side of the nacelle, for example. But it could also be provided several smaller sized air intake assemblies. Due to the profile of the air inlet gap 1, the air can pass through the inlet opening 12 at the speed of the outside air flow, thus providing improved ventilation of the nacelle interior. At extremely low pressure losses, an effective passive air supply is realized.
  • the profile of the air inlet gap 1 with respect to a spanned by the longitudinal direction I and width direction w plane can be seen again in more detail.
  • the walls 4 and 6 are axisymmetric to the central axis X to each other. They extend substantially perpendicularly from the opening surface 12, curve in the direction of the axis X, reach a point of inflection at approximately 45% of the total length of the gap, after which they curve away from the central axis X, the curvature in Direction towards the wall end with width W 0 increasingly reduced and the wall reaches the column end substantially in a linear form, namely at an angle of about 8 ° with respect to the central axis X.
  • the relative width of the air inlet gap 1 is related to the width W of the air inlet opening with respect to the distance x in the direction of length I relative to the total length L indicated.
  • the input width W 0 of the air inlet gap 1 is about 10% of the width of the gap at the air inlet opening 12.
  • the input width W 0 could also be larger or smaller, it being preferred that the ratio of input width W 0 and end width W is in the range of 5 to 50%, preferably 10 to 30%, especially 10 to 25%.
  • Fig. 4 is a section is shown, which is taken through the central axis X of Fig. 3 in the height direction h, so that the course of the bottom 5 along the longitudinal direction I can be seen well. It can be seen that the bottom portion 5 is lowered against a dashed line indicating the height profile of the walls 4, 6, in the form of a ramp to the air inlet opening 12. By the height H of the air inlet opening 12 and the length L of the concave portion 1 results in an inclination angle ⁇ of the ramp as arctan (H / L).
  • is 7 °.
  • the height h x at the distance x from the air inlet port 12 is (1-x / L) H.
  • a constant ramp slope is preferred, but the ramp slope need not be constant. In particular, it may be considered to also use a ramp with a variable pitch, eg as indicated by the wall curve 6 in FIG. 3, with an average pitch angle of eg 7 °.
  • FIG. 5 shows a cross-section along the lines V-V of FIGS. 3 and 4, respectively. It can be seen that the bottom surface 5 is evenly selected, the walls 4 and 6 enclosing a right angle with the bottom region 5 and with the outer surface regions 3.2 and 3.3 adjoining outwards. The latter, however, is an idealized representation that would be achievable while maintaining the symmetry of the air intake assembly only in a surface area with vanishing curvature. If the air inlet gap is embedded in a convex surface area, the two-sided right angle will not be realized and are e.g. the side walls in this illustration e.g. be inclined to a mid-perpendicular to the bottom surface 5.
  • the bottom surface 5 could also be convex and in particular adapted to the convex outer surface regions 3.2 and 3.3. However, it could also be the entire recess in the cross-section, e.g. be formed parabolic, wherein the bottom portion then corresponds to the longitudinal course of the vertex line.
  • FIG. 6a shows an enlarged view, with respect to FIG. 1, of the air inlet opening arrangement in a first implementation.
  • the width W of the air inlet opening is 650 mm
  • the length L of the ramped inlet is 1523 mm
  • the width W 0 at the beginning of the gap is 100 mm.
  • the air inlet assembly of the first implementation is shown in a further enlarged view, but seen from the interior of the gondola.
  • the height H of the air inlet port 12 is 236 mm in this example.
  • a second embodiment of the air inlet assembly is shown in Figures 7a and 7b. These correspond, apart from different dimensions, to FIGS. 6a and 6b.
  • the width W of the air intake port is 690 mm
  • the height H is 200 mm. Length L and entrance width W 0 of the ramp-shaped inlet amount to 1350 mm and 180 mm in the second example.
  • the generator of the system as well as a coupled between the rotor and generator gearbox can be cooled in an advantageous manner.

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Abstract

The invention relates to a wind turbine comprising a tower, a nacelle which is located at the upper end of the tower, is rotatably mounted in relation to the vertical tower axis and has an interior that is delimited by a housing, a rotor that is mounted rotatably in relation to the nacelle, runs transversally to the tower axis and can be made to rotate about the rotor axis by an air stream that impinges on the rotor in a flow direction running approximately parallel to the rotor axis, the nacelle housing having a convex or level flow conduction surface for an air stream flowing in the flow direction and an air inlet assembly located on the housing with an air inlet for supplying air to the interior. The air inlet assembly has a recess in the flow conduction surface extending towards the air inlet opening in the flow direction and the air inlet opening is located between a delimitation surface of the recess and the adjoining region of the flow conduction surface.

Description

WINDENERGIEANLAGE MIT LUFTEINLASSANORDNUNG WIND ENERGY SYSTEM WITH AIR INTAKE ASSEMBLY
Die Erfindung betrifft eine Windenergieanlage mit einem Turm, einer am oberen Ende des Turms angeordneten, bezüglich der vertikalen Turmachse drehbar gelagerten und einen von einem Gehäuse begrenzten Innenraum aufweisenden Gondel, einem bezüglich einer quer zur Turmachse verlaufenden Rotorachse drehbar bezüglich der Gondel gelager- ten Rotor, der durch eine Luftströmung in einer etwa parallel zur Rotorachse verlaufenden Anströmrichtung in eine Drehung um die Rotorachse versetzt werden kann, wobei das Gondelgehäuse eine konvexe oder ebene Strömungsleitfläche für eine in der Anströmrichtung anströmende Luftströmung aufweist, und einer an dem Gehäuse angeordneten und eine Lufteinlaßöffnung aufweisenden Lufteinlaßanordnung zum Zuführen von Luft in den Innenraum.The invention relates to a wind energy plant with a tower, a gondola arranged at the upper end of the tower, rotatably mounted with respect to the vertical tower axis and an inner space delimited by a housing, a rotor mounted rotatably with respect to a rotor axis extending transversely to the tower axis with respect to the nacelle, which can be displaced by an air flow in a direction of flow approximately parallel to the rotor axis in a rotation about the rotor axis, the nacelle housing having a convex or planar Strömungsleitfläche for an inflowing in the air flow direction, and arranged on the housing and an air inlet opening having air inlet assembly for supplying air to the interior.
Derartige Windenergieanlagen sind bekannt (DE 10 2004 046 700 A1 ). Durch die drehbare Lagerung der Gondel auf dem Turm wird im Betrieb der Rotor der Anlage geeignet in den Wind gedreht, so daß der in einer Anströmrichtung auf den Rotor strömende Wind den Rotor in Drehung versetzt. Bei einem im.Stand der Technik üblicherweise ver- wendeten Luv-Läufer wird dabei die Rotorseite der Gondel in den Wind gedreht, bei einem Lee-Läufer würde man die Rotorseite der Gondel zur windabgewandten Seite (Lee) drehen. Nachdem (Luv-Läufer) bzw. bevor (Lee-Läufer) der Wind den Rotor der Anlage in Drehung versetzt, umströmt er das Gondelgehäuse im wesentlichen in Anströmrichtung entlang des- sen üblicherweise stromlinienförmig gestalteter Außenfläche. Insbesondere weist die Außen- oder Mantelfläche des Gondelgehäuses eine oder mehrere konvexe oder ebene Strömungsleitflächen für die in Windrichtung bzw. Anströmrichtung anströmende Luftströmung auf, entlang der die Luftströmung um die Gondel geleitet wird.Such wind turbines are known (DE 10 2004 046 700 A1). Due to the rotatable mounting of the nacelle on the tower, the rotor of the system is suitably rotated in the wind during operation, so that the wind flowing in a direction of flow onto the rotor causes the rotor to rotate. In a state of the art, usually The windward side of the nacelle is turned into the wind while a leeward runner would turn the rotor side of the nacelle to the leeward side (lee). After (windward runner) or before (leeward runner) the wind causes the rotor of the system to rotate, it flows around the nacelle housing essentially in the direction of flow along this usually streamlined outer surface. In particular, the outer or outer surface of the nacelle housing has one or more convex or planar flow guide surfaces for the air flow flowing in the wind direction or inflow direction along which the air flow is conducted around the nacelle.
Die Umwandlung der erhaltenen mechanischen Rotorenergie in elektrische Energie erfolgt über einen an den Rotor angekoppelten und in der Gondel angeordneten Generator der Windenergieanlage. Bei der Umsetzung entsteht Verlustwärme, die je größer ist, desto höher die Leistung des Generators ist. Um ein zuverlässiges Funktionieren der Anlage sicherzustellen, ist daher eine Kühlung des Generators erforderlich. Dabei erfolgt die Kühlung über die Zufuhr von Außenluft in den Innenraum über eine an dem Gehäuse der Gondel angeordnete Lufteinlaßanordnung bzw. eine Lufteinlaßöffnung der Lufteinlaßanordnung.The conversion of the obtained mechanical rotor energy into electrical energy via a coupled to the rotor and arranged in the nacelle generator of the wind turbine. In the conversion results in heat loss, the larger, the higher the power of the generator is. To ensure reliable operation of the system, therefore, a cooling of the generator is required. The cooling takes place via the supply of outside air into the interior via an arranged on the housing of the nacelle air inlet assembly and an air inlet opening of the air inlet assembly.
Eine vorteilhafte Anordnung der Lufteinlaßöffnung ist etwa in der DE 10 2004 046 700 A1 beschrieben. Demnach ist ein Luftspalt zwischen Turm und Gondel vorgesehen, durch den Außenluft von einem innerhalb der Gondel angeordneten Lüfter angesaugt wird. Diese Anordnung ist deswegen vorteilhaft, da das Luftansaugen entgegen der Schwererichtung erfolgt und die eingesaugte Luft daher weniger Fremdpartikel wie Regentropfen, Salzwassertropfen, Staubpartikel usw. enthält, welche sich nachteilig auf die zu kühlenden Bauteile auswirken können. Die vom Lüfter angesaugte Luft umströmt die im Gondelinnenraum dem angesaugten Luftstrom ausgesetzten Bauteile und sorgt so für einen Wärmeabtransport und damit für eine Kühlung. Auch sind Lufteinlaßanordnungen in Form von Hutzen bekannt.An advantageous arrangement of the air inlet opening is described for example in DE 10 2004 046 700 A1. Accordingly, an air gap between the tower and nacelle is provided, is sucked by the outside air from a fan arranged within the nacelle. This arrangement is advantageous because the air suction against the gravity direction takes place and therefore the air sucked contains less foreign particles such as raindrops, salt water drops, dust particles, etc., which can adversely affect the components to be cooled. The air sucked in by the fan flows around the components exposed in the nacelle interior to the intake air flow and thus ensures heat dissipation and thus cooling. Also, air intake arrangements in the form of Hutzen are known.
Allerdings hat es sich herausgestellt, daß bei herkömmlichen Windenergieanlagen insbesondere bei variierenden Windstärkeverhältnissen die Luftzufuhr nicht vollkommen zufriedenstellend ist. Beispielsweise muß die Leistung des Lüfters bei hohen Windstärken, dementsprechend höherer Generatorleistung und entsprechend mehr abzuführender Wärme entsprechend hoch geregelt werden. Angesichts der nicht vollkommen zufriedenstellenden Luftzufuhr herkömmlicher Windenergieanlagen liegt der Erfindung daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Luftzufuhr in das Gondelinnere zu schaffen.However, it has been found that in conventional wind turbines, especially at varying wind speed conditions, the air supply is not completely satisfactory. For example, the performance of the fan at high wind speeds, correspondingly higher generator power and correspondingly more dissipated heat must be controlled accordingly high. In view of the not completely satisfactory air supply of conventional wind turbines, the invention is therefore an object of the invention to provide an improved air supply into the nacelle interior.
Diese Aufgabe wird durch eine Weiterbildung der Windenergieanlage der eingangs genannten Art im wesentlichen dadurch gelöst, daß die Lufteinlaßanordnung eine sich in der Anströmrichtung in Richtung auf die Lufteinlaßöffnung erstreckende Einbuchtung in der Strömungsleitfläche aufweist und die Lufteinlaßöffnung zwischen einer Begrenzungsfläche der Einbuchtung und dem daran angrenzenden Bereich der Strömungsleitfläche angeord- net ist.This object is achieved by a development of the wind turbine of the type mentioned essentially in that the air inlet arrangement has a extending in the direction of flow towards the air inlet opening indentation in the flow guide and the air inlet opening between a boundary surface of the recess and the adjoining region of the Flow control surface is arranged.
Dabei beruht die Erfindung auf der überraschend einfachen Erkenntnis, daß durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Lufteinlaßanordnung eine zufriedenstellende Luftmenge auf passive Weise in das Gondelinnere gelangen kann. Somit kann das aufwendige aktive Luftansaugen vermindert werden oder gar darauf verzichtet werden. Darüber hinaus steigt der zugeführte Luftstrom bei steigender Windstärke an, also genau dann, wenn auch ein höherer Kühlungsbedarf vorliegt.In this case, the invention is based on the surprisingly simple knowledge that a satisfactory amount of air can pass through the inventive design of the air intake assembly in a passive manner in the gondola interior. Thus, the complex active air intake can be reduced or even waived. In addition, the supplied air flow increases with increasing wind strength, ie just when there is also a higher cooling demand.
Der Luftstrom folgt der Einbuchtung in der Strömungsleitfläche und strömt auf die Lufteinlaßöffnung zu, durch sie hindurch und in den Gondelinnenraum ein. Durch die Gestaltung der in Anströmrichtung gesehen vor der Lufteinlaßöffnung liegenden Einbuchtung wird darüber hinaus erreicht, daß eine möglichst große Luftmenge in das Gondelinnere einströmen kann. Dies liegt daran, daß aufgrund der Einbuchtung Luftwirbel gebildet werden, die zumindest zu einem Teil verhindern, daß eine Grenzschicht der Luftströmung mit auf- grund der Reibung an der Oberfläche gegenüber der Außenluftströmung verringerter Strömungsgeschwindigkeit in die Lufteinlaßöffnung gelangt. Der Druckverlust beim Einströmen ist vergleichsweise gering.The air flow follows the indentation in the flow guide and flows toward the air inlet opening, through it and into the nacelle interior. Due to the design of the inlet in the direction of flow lying in front of the air inlet opening indentation is also achieved that the largest possible amount of air can flow into the interior of the gondola. This is because due to the indentation, air vortices are formed which at least in part prevent a boundary layer of the air flow from entering the air inlet opening due to the friction at the surface with respect to the outside air flow. The pressure loss during inflow is comparatively low.
Unter einem eingebuchteten Bereich ist hier ein konkaver Bereich eines Teils der Außenfläche bezüglich einer nahen Umgebung dieses Bereichs zu verstehen. Er setzt insbesondere keinen konkaven Verlauf der Oberfläche in Anströmrichtung bzw. Erstreckungs- richtung der Einbuchtung voraus, auch wenn letzteres eine vorteilhafte Realisierung darstellt. So kann insbesondere ein in quer zur Erstreckungsrichtung naher Umgebungsbereich der Außenfläche bezüglich einer weiter entfernten Umgebung selbst eine Wölbung nach außen bilden, wobei der konkave Bereich dennoch bezüglich des nahen Umgebungsbereichs eine Einbuchtung darstellt.By a recessed area is here to be understood a concave area of a part of the outer area with respect to a close vicinity of this area. In particular, it does not require a concave course of the surface in the inflow direction or extension direction of the indentation, even if the latter represents an advantageous realization. Thus, in particular, a region which is close to the direction of extent in the direction of extent the outer surface itself form a curvature to the outside with respect to a more distant environment, the concave area nevertheless forming an indentation with respect to the near surrounding area.
Die erfindungsgemäße Realisierung der Lufteinlaßanordnung weist Merkmale eines sogenannten NACA-Lufteinlasses auf (National Advisory Committee for Aeronautics, ACR No. 5120), insbesondere entspricht das in den Figuren 3 bis 5 gezeigte Profil dem eines NACA-Lufteinlasses. Dieser wurde entwickelt, um auch bei Überschallgeschwindigkeit eine die Aerodynamik eines Flugzeugs möglichst geringfügig beeinträchtigende Luftzufuhr zu ermöglichen. Des weiteren werden NACA-Einlässe auch bei Automobilen verwendet (US 5,042,603), insbesondere wo es auf eine gute Aerodynamik der Fahrzeuge ankommt, z.B. bei zu Rennzwecken gestalteten Sport- und Rennwagen. Obwohl die aerodynamische Form der Gondelmantelfläche insbesondere hinsichtlich der Lufteinlaßanordnung bei Windenergieanlagen eine vollkommen untergeordnete Rolle spielt, ist überraschenderweise er- kannt worden, daß durch den oben beschriebenen Effekt der Wirbelbildung erreicht werden kann, daß eine größere Luftmenge in das Gondelinnere einströmt und somit für eine gegenüber herkömmlichen Windenergieanlagen verbesserte Luftzufuhr sorgt.The realization of the air inlet arrangement according to the invention has features of a so-called NACA air inlet (National Advisory Committee for Aeronautics, ACR No. 5120), in particular the profile shown in FIGS. 3 to 5 corresponds to that of a NACA air inlet. This was developed to allow even at supersonic speed an aerodynamics of an aircraft as little as possible affecting air supply. Furthermore, NACA inlets are also used in automobiles (US 5,042,603), particularly where good aerodynamics of the vehicles is important, e.g. in racing and racing cars designed for racing purposes. Although the aerodynamic shape of the nacelle surface, in particular with respect to the air inlet assembly in wind turbines plays a completely minor role, it has surprisingly been found that can be achieved by the above-described effect of vortex formation that a larger amount of air flows into the nacelle interior and thus for a opposite conventional wind turbines provides improved airflow.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist eine eine Längsrichtung der Einbuchtung definierende Flächennormale auf die Querschnittsfläche der Lufteinlaßöffnung eine Komponente in Richtung der Anströmrichtung auf und verläuft vorzugsweise etwa antiparallel dazu. So kann die einströmende Luftmenge nochmals erhöht werden.According to a particularly preferred embodiment, a surface normal defining a longitudinal direction of the indentation has a component in the direction of the inflow direction on the cross-sectional area of the air inlet opening and preferably extends approximately in anti-parallel thereto. Thus, the incoming air quantity can be increased again.
Geeigneterweise verläuft dabei die Lufteinlaßöffnung in einer von der Strömungsleit- fläche auf das Gondelinnere zu gerichteten Tiefenrichtung. Da der Luftstrom vor der Lufteinlaßöffnung im wesentlichen tangential der Gondeloberfläche in diesem Bereich verläuft, kann durch die in Tiefenrichtung angeordnete Lufteinlaßöffnung die einströmende Luftmenge weiter optimiert werden. Die Lufteinlaßöffnung bildet also eine Stufe oder Unstetigkeit im Höhenprofil der Außenfläche zwischen der Begrenzungsfläche der Einbuchtung, z.B. dem Einbuchtungsboden, und dem angrenzenden Strömungsleitflächenbereich, und die Tiefenrichtung verläuft etwa antiparallel zu der Normalen in diesem angrenzenden Bereich. Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Begrenzungsfläche der Einbuchtung einen ersten Wandbereich auf, dessen bezüglich der Tiefenrichtung bestimmte Wandhöhe in Längsrichtung abnimmt. Dies fördert die oben genannte Wirbelbildung und sorgt für ein gutes Einströmverhalten längs des Wandbereichs.Suitably, the air inlet opening in this case extends in a depth direction directed from the flow guide surface to the interior of the gondola. Since the air flow in front of the air inlet opening is substantially tangential to the nacelle surface in this area, the inflowing air quantity can be further optimized by the air inlet opening arranged in the depth direction. Thus, the air inlet opening forms a step or discontinuity in the height profile of the outer surface between the boundary surface of the recess, eg the indentation floor, and the adjacent flow guide area, and the depth direction is approximately anti-parallel to the normal in this adjacent area. According to a particularly preferred embodiment, the boundary surface of the indentation has a first wall region whose wall height, which is determined with respect to the depth direction, decreases in the longitudinal direction. This promotes the above-mentioned vortex formation and ensures good inflow behavior along the wall area.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform verläuft die Lufteinlaßöffnung in einer quer, insbesondere senkrecht zur Tiefenrichtung und quer zur Längsrichtung verlaufenden Breitenrichtung, und ein Abstand in Breitenrichtung von dem ersten Wandbereich zu einer in Längsrichtung und bezüglich der Breitenrichtung durch die Mitte der Lufteinlaßöffnung und insbesondere orthogonal zu ihr verlaufenden Achse x nimmt in Längsrichtung ab. Auf diese Weise wird ein nochmals verbessertes Lufteinströmverhalten erreicht, da dieses Profil des Wandbereichs bezüglich der Breitenrichtung die vorteilhafte Wirbelbildung weiter fördert.In a further preferred embodiment, the air inlet opening extends in a transverse, in particular perpendicular to the depth direction and transverse to the longitudinal direction extending width direction, and a distance in the width direction from the first wall portion to a longitudinal direction and with respect to the width direction through the center of the air inlet opening and in particular orthogonal to it extending axis x decreases in the longitudinal direction. In this way, a further improved air inflow behavior is achieved, since this profile of the wall region with respect to the width direction further promotes the advantageous vortex formation.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform erstreckt sich der erste Wandbereich bis zu der Lufteinlaßöffnung, insbesondere unter Angleichung des Höhenprofils der Strömungsleitfläche am oberen Wandende an das Höhenprofil der angrenzenden Strömungsleitfläche. So kann die einströmende Luft seitlich bis zur Lufteinlaßöffnung geeignet geführt werden und insbesondere eine Luftrückstaubildung verhindert werden.According to an expedient embodiment, the first wall region extends up to the air inlet opening, in particular while approximating the height profile of the flow guide at the upper end of the wall to the height profile of the adjacent flow guide. Thus, the inflowing air can be guided to the side of the air inlet opening and in particular a Lufückückstaubildung be prevented.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform ergibt sich, wenn ein Verhältnis zwischen Breitenabstand und Wandhöhe im Bereich von 1 bis 4, bevorzugt 1 ,3 bis 3,3, insbesondere 1 ,7 bis 2,7 liegt, und insbesondere, wenn dieses Verhältnis für bis zu 30 % der Längserstreckung des konkaven Bereichs, bevorzugt bis 60 %, insbesondere bis 80% erfüllt ist.A further advantageous embodiment results when a ratio between width spacing and wall height in the range of 1 to 4, preferably 1, 3 to 3.3, in particular 1.7 to 2.7, and in particular if this ratio for up to 30 % of the longitudinal extent of the concave region, preferably up to 60%, in particular up to 80% is satisfied.
Nach einer weiter bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich der erste Wandbereich bis zu dem der Lufteinlaßöffnung abgewandten Endbereich der Einbuchtung. Ein Luftrückstau wird vermieden, und eine Luftführung von dem stromaufwärts der Einbuchtung liegenden Strömungsleitflächenbereich zu der Einbuchtung erfolgt in glatter Weise.According to a further preferred embodiment, the first wall region extends to the end region of the recess facing away from the air inlet opening. An air backflow is avoided, and an air flow from the upstream of the indentation lying Strömungsleitflächenbereich to the indentation in a smooth manner.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der Verlauf des ersten Wandbereichs zumindest teilweise gekrümmt und insbesondere die Krümmung in Längsrichtung zunächst zu der Achse hin gerichtet und dann nach Durchlauf eines Wendepunkts von der Achse weggerichtet. Auf diese Weise kann ein nochmals verbessertes Strömungsprofil erhalten werden, da nochmals besser vermieden wird, daß eine Grenzschicht der Luftströmung mit aufgrund der Reibung mit der Oberfläche gegenüber der Außenluftströmung verringerter Strömungsgeschwindigkeit in die Lufteinlaßöffnung gelangt. Der Druck- verlust wird weiter vermindert.According to a particularly preferred embodiment, the course of the first wall region is at least partially curved, and in particular the curvature in the longitudinal direction is first directed to the axis and then after passing through a point of inflection directed away from the axis. In this way, a further improved flow profile can be obtained since it is again better avoided that a boundary layer of the air flow reaches the air inlet opening due to the friction with the surface with respect to the outside air flow reduced flow velocity. The pressure loss is further reduced.
In diesem Zusammenhang kann der Wendepunkt im Bereich von 25 bis 65 % der Länge, bevorzugt 35 bis 55 %, insbesondere 40 bis 50 % angeordnet sein. In diesem Bereich wird der angegebene Effekt wirkungsvoll verstärkt.In this connection, the inflection point can be arranged in the range of 25 to 65% of the length, preferably 35 to 55%, in particular 40 to 50%. In this area, the specified effect is effectively amplified.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform definiert die Abnahme der Wandhöhe bezüglich der entsprechenden Länge des Wandbereichs in Längsrichtung eine mittlere Steigung im Bereich von 3° bis 20°, bevorzugt 5° bis 10°, insbesondere 6° bis 8°. Durch diese Eigenschaft des Höhenprofils der Einbuchtung kann ein optimiertes Geschwin- digkeitsprofil der einströmenden Luft und können entsprechend geringe Druckverluste erreicht werden.According to a particularly preferred embodiment, the decrease in the wall height with respect to the corresponding length of the wall region in the longitudinal direction defines an average gradient in the range of 3 ° to 20 °, preferably 5 ° to 10 °, in particular 6 ° to 8 °. This characteristic of the height profile of the indentation allows an optimized velocity profile of the incoming air and correspondingly low pressure losses can be achieved.
In diesem Zusammenhang kann ein Bodenbereich der Einbuchtung in einem Schnitt durch eine von Längsrichtung und Tiefenrichtung bestimmten Ebene geradlinig verlaufen und insbesondere die mittlere Steigung einen Rampenwinkel definieren. Ein entsprechend gestalteter Bodenbereich kann baulich leicht realisiert werden und sorgt für ein geeignetesIn this context, a bottom region of the indentation may extend in a straight line in a section through a plane determined by the longitudinal direction and the depth direction, and in particular the average gradient may define a ramp angle. An appropriately designed floor area can be easily realized structurally and ensures a suitable
Luftströmungsprofil.Airflow profile.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Einbuchtung entge- gengesetzt dem ersten Wandbereich einen zweiten Wandbereich auf, der insbesondere die oben genannten Eigenschaften des ersten Wandbereichs aufweist. Somit können die an einer Seite erzielten Vorteile beidseitig umgesetzt werden, was zu einem über die volle Breite der Lufteinlaßöffnung zufriedenstellenden Geschwindigkeitsprofil und einem nur äußerst geringen Druckverlust der einströmenden Luft führt.According to a particularly preferred embodiment, the indentation, opposite the first wall region, has a second wall region, which in particular has the abovementioned properties of the first wall region. Thus, the advantages achieved on one side can be implemented on both sides, resulting in a over the full width of the air inlet opening satisfactory velocity profile and only a very small pressure drop of the incoming air.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform erstreckt sich die Achse senkrecht zur Lufteinlaßöffnung, und die Lufteinlaßanordnung ist im wesentlichen zur Achse symmetrisch gebildet. Auf diese Weise kann ein gleichmäßiges Strömungsprofil der einströmenden Luft erreicht werden. Eine Einschränkung der Symmetrie kann daher rühren, daß z.B. die Wandbereiche aufgrund der Krümmung des Strömungsleitflächenbereichs, in dem die Lufteinlaßanordnung vorgesehen ist, unterschiedlich lang ausfallen.According to an expedient embodiment, the axis extends perpendicular to the air inlet opening, and the air inlet arrangement is formed substantially symmetrical to the axis. In this way, a uniform flow profile of the incoming air be achieved. A limitation of the symmetry may be due to the fact that, for example, the wall portions fail due to the curvature of the flow guide area, in which the air inlet assembly is provided, of different lengths.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform taucht der Bodenbereich als spaltartiger Einschnitt in die Außenfläche der Gondel ein. So wird die Luftströmung bereits geeignet in Richtung auf den Innenraum zu geführt.According to a particularly preferred embodiment, the bottom area dips into the outer surface of the nacelle as a slit-like cut. Thus, the air flow is already suitably guided towards the interior.
Nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform liegt ein Verhältnis von Breite zu Höhe der Lufteinlaßöffnung in dem Bereich von 2,5 bis 5,5, bevorzugt 3 bis 5, insbesondere 3,5 bis 4,5. Dies liefert geeignete Einströmverhältnisse im Öffnungsbereich.According to a particularly preferred embodiment, a width to height ratio of the air inlet opening is in the range of 2.5 to 5.5, preferably 3 to 5, in particular 3.5 to 4.5. This provides suitable inflow conditions in the opening area.
Hinsichtlich der Anordnung der Lufteinlaßanordnung erfolgt der Einbau orientierungsmäßig zweckmäßig derart, daß sich die Längsrichtung im wesentlichen zur Luvseite hin erstreckt, also bei gemäß dem Stand der Technik als sogenannte Luv-Läufer ausgelegten Windenergieanlagen, bei dem sich die Rotorblätter an der dem Wind zugewandten Seite der Gondel befinden, dem Rotor zugewandt.With regard to the arrangement of the air inlet assembly, the orientation is expediently expedient such that the longitudinal direction extends substantially to the windward side, so in accordance with the prior art designed as a so-called windward wind turbines, in which the rotor blades on the side facing the wind Gondola are facing the rotor.
Insbesondere wird es bevorzugt, wenn ein Schnittwinkel zwischen der Rotorachse und der Projektion der Längsrichtung der Einbuchtung auf die von Rotorachse und Turmachse aufgespannten Ebene in einem Bereich von 0 bis 30°, bevorzugt 0 bis 20°, insbesondere 0 bis 10° liegt. So kann die Lufteinlaßanordnung eine möglichst große Luftmenge zuführen.In particular, it is preferred if a cutting angle between the rotor axis and the projection of the longitudinal direction of the indentation on the plane defined by the rotor axis and tower axis lies in a range of 0 to 30 °, preferably 0 to 20 °, in particular 0 to 10 °. Thus, the air intake arrangement can supply the largest possible amount of air.
Nach einer zweckmäßigen Ausführungsform ist die Lufteinlaßanordnung im unterenAccording to an expedient embodiment, the air inlet arrangement is in the lower
Bereich der Gondel, insbesondere nahe des untersten Bereichs der Gondel angeordnet. Insbesondere bei mittelbarer Kühlwirkung der einströmenden Luft z.B. über einen in der unteren Hälfte der Gondel angeordneten Wärmetauscher erreicht die zugeführte Luft schneller das Kühlziel.Area of the nacelle, in particular arranged near the lowest area of the nacelle. In particular, with indirect cooling effect of the incoming air e.g. via a arranged in the lower half of the gondola heat exchanger, the supplied air reaches the cooling target faster.
Diesbezüglich ist es auch vorteilhaft, wenn die Einbuchtung bezüglich der Rotorachse im Bereich des Aufsatzes der Gondel auf dem Turm angeordnet ist. So kann die Luft geeignet in den hinteren Bereich der Gondel einströmen. Hinsichtlich der Dimensionierung der Lufteinlaßanordnung sieht die Erfindung keine besonderen Einschränkungen vor. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Länge der Einbuchtung bezogen auf den Turmdurchmesser auf Höhe der Gondel in dem Bereich 0,1 bis 2 liegt, bevorzugt von 0,25 bis 1 ,5, weiter bevorzugt von 0,5 bis 1 ,25, insbesondere von 0,8 bis 1 ,1. Bevorzugte absolute Abmessungen sind in den Ansprüchen 22 bis 25 angegeben.In this regard, it is also advantageous if the recess is arranged with respect to the rotor axis in the region of the tower of the nacelle on the tower. This allows the air to flow into the rear area of the nacelle. With regard to the dimensioning of the air inlet arrangement, the invention provides no special restrictions. However, it is preferred that the length of the indentation in relation to the tower diameter at the nacelle level be in the range of 0.1 to 2, preferably from 0.25 to 1.5, more preferably from 0.5 to 1.25, especially from 0.8 to 1, 1. Preferred absolute dimensions are given in claims 22 to 25.
Obwohl im bisherigen nur von einer Lufteinlaßanordnung gesprochen wurde, ist die Anzahl der vorgesehenen erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnungen nicht weiter eingeschränkt und es können zwei oder mehrere vorgesehen werden.Although only one air intake arrangement has heretofore been mentioned, the number of provided air intake arrangements according to the invention is not further limited and two or more may be provided.
Zum Ableiten der einströmenden Luft kann zweckmäßig mindestens eine Luftauslaßanordnung für die über die Lufteinlaßanordnung zugeführte Luft vorgesehen sein, die vorteilhaft insbesondere in einem sich in Richtung auf die Rotorachse verjüngenden Bereich der Gondel angeordnet sein kann. Letztere Anordnung ist im Hinblick auf die Außenströ- mung besonders günstig, weil die Geschwindigkeitsabnahme der Außenströmung in dem sich verjüngenden Bereich der Gondel die Abfuhr der Luft erleichtert und andererseits der Unterdruck in diesem Bereich außerhalb der Gondel die Luftabfuhr begünstigt. Des weiteren kann die Luft effizient aus der Gondel geführt werden, wenn die Luftauslaßanordnung ein oder mehrere Merkmale der oben beschriebenen Lufteinlaßanordnungen aufweist.For discharging the inflowing air, at least one air outlet arrangement for the air supplied via the air inlet arrangement can expediently be provided, which can advantageously be arranged in particular in a region of the nacelle tapering in the direction of the rotor axis. The latter arrangement is particularly favorable with regard to the external flow, because the decrease in the speed of the outer flow in the tapered region of the nacelle facilitates the removal of the air and, on the other hand, the negative pressure in this region outside the nacelle favors the removal of air. Furthermore, the air can be efficiently guided out of the nacelle when the air outlet assembly has one or more features of the air intake assemblies described above.
Wie im einleitenden Teil erwähnt, dient die Luftzufuhr vorrangig der Kühlung des Generators der Windenergieanlage. Die der Lufteinlaßanordnung nachgeordnete Luftführung kann aber auch so ausgelegt sein, daß zusätzlich ein gegebenenfalls zwischen Rotor und Generator eingekoppeltes Getriebe, ein Frequenzumrichter und/oder ein Transformator gekühlt wird.As mentioned in the introductory part, the air supply serves primarily to cool the generator of the wind turbine. However, the air inlet arrangement downstream air duct can also be designed so that in addition an optionally coupled between the rotor and generator gearbox, a frequency converter and / or a transformer is cooled.
In verfahrenstechnischer Hinsicht stellt die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage bereit, das im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, daß die Luftzufuhr in den Gondelinnenraum zumindest teilweise auf passive Weise mittels eines Lufteinströmens durch eine Lufteinlaßanordnung mit einer oder mehreren der oben genannten Eigenschaften erreicht wird. Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beiliegenden Figuren, von denenIn procedural terms, the invention provides a method of operating a wind turbine essentially characterized in that the air supply to the nacelle interior is achieved at least in part in a passive manner by an air inflow through an air inlet arrangement having one or more of the above characteristics. Further features, details and advantages of the invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying figures, of which
Fig. 1 eine Gondel einer erfindungsgemäßen Windenergieanlage in einer Seitenansicht zeigt,1 shows a nacelle of a wind turbine according to the invention in a side view,
Fig. 2 die in Figur 1 dargestellte Gondel in einer perspektivischen Ansicht zeigt,FIG. 2 shows the gondola shown in FIG. 1 in a perspective view, FIG.
Fig. 3 eine Geometrie der Einbuchtung derFig. 3 shows a geometry of the indentation of
Lufteinlaßanordnung in einer Draufsicht zeigt, Fig. 4 die Einbuchtung der Lufteinlaßanordnung in einer entlang der Achse X aus Fig. 3 genommenen Schnittansicht zeigt, und Fig. 5 eine Schnittansicht des ersten Bereichs der Lufteinlaßanordnung entlang der Linien V-V aus den Figuren 4 bzw. 5 zeigt. Figs. 6a, b eine erste Realisierung einer erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnung zeigen,Fig. 4 shows the recess of the air inlet assembly in a sectional view taken along the axis X of Fig. 3, and Fig. 5 shows a sectional view of the first portion of the air inlet assembly taken along lines VV of Figs , Figs. 6a, b show a first realization of an air inlet arrangement according to the invention,
Figs. 7a, b eine zweite Realisierung einer erfin- dungsgemäßen Lufteinlaßanordnung zeigen.Figs. 7a, b show a second embodiment of an inventive air inlet arrangement.
In Fig. 1 ist eine Gondel mit Gondelgehäuse 10 in einer Seitenansicht gezeigt, deren Mantelfläche oder Außenfläche 3 von der Grundform her konvex gebildet ist. Somit bildet die Außenfläche 3 des Gehäuses 10 eine Strömungsleitfläche für den die Gondel umströmenden Wind. Zwischen den Außenflächenbereichen 3.1 , 3.2 und 3.3 ist eine Einbuchtung 1 gebildet. Die Einbuchtung 1 stellt einen konkaven Lufteinlauf in Form eines sich in Anströmrichtung a (im Folgenden a) und gegen die eingezeichnete Längsrichtung I (im Folgenden I) kontinuierlich vertiefenden und verbreiternden Spalt dar. Außenluft, die entlang der Mantelfläche 3 mit Komponente in Anströmrichtung a entlangströmt, strömt an der Bodenfläche 5 des Spaltes 1 entlang und durch die Einlaßöffnung 12 in den Gondelinnenraum ein. Die Einlaßöffnung 12 erstreckt sich in einer parallel zur eingezeichneten Normalen n (im folgenden n) verlaufenden Höhenrichtung h (Fig. 2, im folgenden h) bzw. der entgegenlaufenden Tiefenrichtung auf das Gondelinnere.In Fig. 1, a nacelle with nacelle housing 10 is shown in a side view, the lateral surface or outer surface 3 is formed convexly from the basic shape. Thus, the outer surface 3 of the housing 10 forms a flow guide for the wind flowing around the nacelle. Between the outer surface areas 3.1, 3.2 and 3.3, a recess 1 is formed. The indentation 1 represents a concave air inlet in the form of a gap continuously increasing and widening in the direction of flow a (hereinafter a) and against the drawn longitudinal direction I (hereinafter I). Outside air flowing along the lateral surface 3 with component in the direction of flow a , flows along the bottom surface 5 of the gap 1 and through the inlet opening 12 in the nacelle interior. The inlet opening 12 extends in a parallel to the plotted normal n (in the following n) extending height direction h (Fig. 2, hereinafter h) or the opposite direction of the depth of the gondola interior.
Wie aus Fig. 1 zu erkennen ist, verbreitet sich der spaltförmige Lufteinlauf 1 von einer in Breitenrichtung w (im Folgenden w) gemessenen Breite W0 an dem der Einlaßöffnung 12 entgegengesetzten Ende bis zur Einlaßöffnung 12, deren Breite mit W bezeichnet ist. Dabei ist eine Wandfläche 4, die einen Höhenunterschied im Außenflächenprofil zwischen der Bodenfläche 5 des Lufteinlaufspalts 1 und dem quer dazu anschließenden Bereich 3.3 der Außenfläche 3 ausgleicht, gekrümmt gebildet, wie allerdings besser aus der schematischen Darstellung von Fig. 3 zu erkennen ist und auch dort genauer erläutert wird. Die der Wandfläche 4 gegenüberliegende Wandfläche 6 gleicht dagegen einen Höhenunterschied der Bodenfläche 5 zu dem jenseitig angrenzenden Bereich 3.2 der Außenfläche 3 aus, und ist im wesentlichen achsensymmetrisch zur Wandfläche 4 angeordnet.As can be seen from Fig. 1, the slit-shaped air inlet 1 spreads from a measured in the width direction w (hereinafter w) width W 0 at the inlet opening 12 opposite end to the inlet opening 12, whose width is designated W. In this case, a wall surface 4, which compensates for a difference in height in the outer surface profile between the bottom surface 5 of the air inlet gap 1 and the transverse thereto adjacent area 3.3 of the outer surface 3, formed curved, but as better seen in the schematic representation of Fig. 3 and there will be explained in more detail. On the other hand, the wall surface 6 opposite the wall surface 4 compensates for a height difference of the bottom surface 5 from the region 3.2 of the outside surface 3 adjoining the outside, and is arranged substantially axially symmetrically with respect to the wall surface 4.
Wie aus Fig. 1 , aber noch besser aus Fig. 2 zu erkennen ist, beginnt der Spalt 1 an seinem der Öffnung 12 entgegengesetzten Ende, unter eine gedachte formerhaltende Fortsetzung zwischen den Bereichen 3.1 , 3.2 und 3.3 der Außenfläche einzutauchen. Es entsteht eine Art Spoiler. Die Tiefe des Spalts bzw. die Höhe hx der Wände 4 und 6 steigt bis zur Öffnung 12 auf deren Höhe H an. In der dargestellten Ausführungsform erfolgt dieser Anstieg linear. Der Bodenbereich 5 ist wie eine Rampe mit gleichförmiger Neigung gebildet, wobei der Neigungswinkel in dem konkreten Ausführungsbeispiel 7° beträgt.As can be seen from Fig. 1, but even better from Fig. 2, the gap 1 begins at its opposite end of the opening 12, to immerse under an imaginary shape-preserving continuation between the areas 3.1, 3.2 and 3.3 of the outer surface. It creates a kind of spoiler. The depth of the gap or the height h x of the walls 4 and 6 rises to the opening 12 at its height H. In the illustrated embodiment, this increase is linear. The floor area 5 is formed like a ramp with a uniform inclination, wherein the inclination angle in the concrete embodiment is 7 °.
Die Lufteinlaßanordnung 1 , 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel auf Höhe des nicht dargestellten Turms gebildet, und zwar nahe einer Einführöffnung 7 für das obere Ende des Turms. Die Längsrichtung I hat im wesentlichen den gleichen Neigungswinkel gegenüber der Schwererichtung wie die Rotorachse, die in den Figuren 1 und 2 angedeutet und mit R bezeichnet ist. Nicht in den Figuren 1 und 2 abgebildet ist eine Luftauslaßöffnung, die z.B. an dem hinteren sich verjüngenden Ende der Gondel gebildet sein kann.The air inlet assembly 1, 12 is formed in this embodiment at the level of the tower, not shown, near an insertion opening 7 for the upper end of the tower. The longitudinal direction I has substantially the same angle of inclination relative to the direction of gravity as the rotor axis, which is indicated in Figures 1 and 2 and designated R. Not shown in Figures 1 and 2 is an air outlet opening, e.g. may be formed at the rear tapered end of the nacelle.
Auch wenn in den Figuren 1 und 2 nur ein Lufteinlaufspalt 1 und eine Lufteinlaßöffnung 12 gezeigt ist, kann z.B. auf der anderen Seite der Gondel eine symmetrisch angeordnete weitere Lufteinlaßanordnung 1 ', 12' gebildet sein. Es könnten aber auch mehrere kleiner dimensionierte Lufteinlaßanordnungen vorgesehen werden. Aufgrund des Profils des Lufteinlaufspalts 1 kann die Luft mit der Geschwindigkeit der Außenluftströmung durch die Einlaßöffnung 12 gelangen und so für eine verbesserte Belüftung des Gondelinnenraums sorgen. Bei äußerst geringen Druckverlusten ist eine wirkungsvolle passive Luftzufuhr realisiert.Even though only one air inlet gap 1 and one air inlet opening 12 are shown in FIGS. 1 and 2, a symmetrically arranged further air inlet arrangement 1 ', 12' can be formed on the other side of the nacelle, for example. But it could also be provided several smaller sized air intake assemblies. Due to the profile of the air inlet gap 1, the air can pass through the inlet opening 12 at the speed of the outside air flow, thus providing improved ventilation of the nacelle interior. At extremely low pressure losses, an effective passive air supply is realized.
In Fig. 3 ist das Profil des Lufteinlaufspalts 1 bezüglich einer von Längsrichtung I und Breitenrichtung w aufgespannten Ebene nochmals genauer zu erkennen. Die Wände 4 und 6 verlaufen achsensymmetrisch zur Mittelachse X zueinander. Sie gehen im wesentlichen senkrecht von der Öffnungsfläche 12 aus, krümmen sich in Richtung auf die Achse X, errei- chen bei etwa 45% der Gesamtlänge des Spalts einen Wendepunkt, nach dem sie sich von der Mittelachse X weg krümmen, wobei sich die Krümmung in Richtung auf das Wandende mit Breite W0 zunehmend verringert und der Wandverlauf das Spaltende im wesentlichen in linearer Form erreicht, und zwar unter einem Winkel von ca. 8° bezüglich der Mittelachse X. In der folgenden Tabelle 1 ist die relative Breite des Lufteinlaufspalts 1 bezogen auf die Breite W der Lufteinlaßöffnung gegenüber dem Abstand x in Längenrichtung I bezogen auf die Gesamtlänge L angegeben.In Fig. 3, the profile of the air inlet gap 1 with respect to a spanned by the longitudinal direction I and width direction w plane can be seen again in more detail. The walls 4 and 6 are axisymmetric to the central axis X to each other. They extend substantially perpendicularly from the opening surface 12, curve in the direction of the axis X, reach a point of inflection at approximately 45% of the total length of the gap, after which they curve away from the central axis X, the curvature in Direction towards the wall end with width W 0 increasingly reduced and the wall reaches the column end substantially in a linear form, namely at an angle of about 8 ° with respect to the central axis X. In the following Table 1, the relative width of the air inlet gap 1 is related to the width W of the air inlet opening with respect to the distance x in the direction of length I relative to the total length L indicated.
Tabelle 1Table 1
Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt die Eingangsbreite W0 des Lufteinlaufspalts 1 etwa 10 % der Breite des Spalts an der Lufteinlaßöffnung 12. Die Eingangsbreite W0 könnte jedoch auch größer oder kleiner sein, wobei bevorzugt wird, daß das Verhältnis aus Eingangsbreite W0 und Endbreite W in dem Bereich von 5 bis 50 % liegt, bevorzugt 10 bis 30 %, insbesondere 10 bis 25 %.In the present embodiment, the input width W 0 of the air inlet gap 1 is about 10% of the width of the gap at the air inlet opening 12. However, the input width W 0 could also be larger or smaller, it being preferred that the ratio of input width W 0 and end width W is in the range of 5 to 50%, preferably 10 to 30%, especially 10 to 25%.
Obwohl die in Fig. 3 abgebildete glatte Kurvenform der Wände 4 und 6 bevorzugt wird, könnte eine daran angenäherte Wandform auch durch einen Polygonzug realisiert werden, oder es könnten einzelne Abschnitte mit geringer Krümmung durch gerade Verläufe ersetzt werden. In Fig. 4 ist ein Schnitt gezeigt, der durch die Mittelachse X aus Fig. 3 in Höhenrichtung h genommen ist, so daß der Verlauf des Bodens 5 entlang der Längsrichtung I gut zu erkennen ist. Man erkennt, daß der Bodenbereich 5 gegen eine gestrichelt dargestellte Linie, die das Höhenprofil der Wände 4, 6 angibt, in Form einer Rampe zur Lufteinlaßöffnung 12 abgesenkt ist. Durch die Höhe H der Lufteinlaßöffnung 12 und die Länge L des konkaven Bereichs 1 ergibt sich ein Neigungswinkel α der Rampe als arctan (H/L). Bei der vorliegenden Ausführungsform beträgt α 7°. Damit beträgt die Höhe hx im Abstand x von der Lufteinlaßöffnung 12 (1 - x/L) H. Eine konstante Rampensteigung wird bevorzugt, die Rampensteigung muß aber nicht konstant sein. Insbesondere kann daran gedacht werden, auch eine Rampe mit variabler Steigung, z.B. wie durch die Wandkurve 6 in Fig. 3 angegeben, heranzuziehen, mit einem mittleren Steigungswinkel von z.B. 7°.Although the smooth curve shape of walls 4 and 6 shown in Fig. 3 is preferred, an approximate wall shape could also be realized by a polygon, or individual sections of low curvature could be replaced by straight courses. In Fig. 4 is a section is shown, which is taken through the central axis X of Fig. 3 in the height direction h, so that the course of the bottom 5 along the longitudinal direction I can be seen well. It can be seen that the bottom portion 5 is lowered against a dashed line indicating the height profile of the walls 4, 6, in the form of a ramp to the air inlet opening 12. By the height H of the air inlet opening 12 and the length L of the concave portion 1 results in an inclination angle α of the ramp as arctan (H / L). In the present embodiment, α is 7 °. Thus, the height h x at the distance x from the air inlet port 12 is (1-x / L) H. A constant ramp slope is preferred, but the ramp slope need not be constant. In particular, it may be considered to also use a ramp with a variable pitch, eg as indicated by the wall curve 6 in FIG. 3, with an average pitch angle of eg 7 °.
In Fig. 5 ist ein Querschnitt entlang der Linien V-V der Figuren 3 bzw. 4 gezeigt. Man erkennt, daß die Bodenfläche 5 eben gewählt ist, wobei die Wände 4 bzw. 6 mit dem Bo- denbereich 5 sowie mit den nach außen anschließenden Außenflächenbereichen 3.2 bzw. 3.3 einen rechten Winkel einschließen. Letzteres ist allerdings eine idealisierte Darstellung, die unter Aufrechterhaltung der Symmetrie der Lufteinlaßanordnung nur in einem Oberflächenbereich mit verschwindender Krümmung erreichbar wäre. Ist der Lufteinlaufspalt in einen konvexen Oberflächenbereich eingelassen, so wird der beidseitige rechte Winkel nicht realisiert sein und werden z.B. die Seitenwände in dieser Darstellung z.B. zu einer Mittelsenkrechten auf die Bodenfläche 5 geneigt sein. Alternativ könnte die Bodenfläche 5 in einer alternativen Ausführungsform auch konvex gestaltet sein und insbesondere den konvexen Außenflächenbereichen 3.2 und 3.3 angepaßt. Es könnte aber auch die gesamte Einbuchtung im Querschnitt z.B. parabelförmig gebildet sein, wobei der Bodenbereich dann dem Längsverlauf der Scheitelpunktlinie entspricht.FIG. 5 shows a cross-section along the lines V-V of FIGS. 3 and 4, respectively. It can be seen that the bottom surface 5 is evenly selected, the walls 4 and 6 enclosing a right angle with the bottom region 5 and with the outer surface regions 3.2 and 3.3 adjoining outwards. The latter, however, is an idealized representation that would be achievable while maintaining the symmetry of the air intake assembly only in a surface area with vanishing curvature. If the air inlet gap is embedded in a convex surface area, the two-sided right angle will not be realized and are e.g. the side walls in this illustration e.g. be inclined to a mid-perpendicular to the bottom surface 5. Alternatively, in an alternative embodiment, the bottom surface 5 could also be convex and in particular adapted to the convex outer surface regions 3.2 and 3.3. However, it could also be the entire recess in the cross-section, e.g. be formed parabolic, wherein the bottom portion then corresponds to the longitudinal course of the vertex line.
Fig. 6a zeigt eine bezüglich Fig. 1 vergrößerte Darstellung der Lufteinlaßöffnungsanordnung in einer ersten Realisierung. In diesem konkreten Ausführungsbeispiel beträgt die Breite W der Lufteinlaßöffnung 650 mm, die Länge L des rampenförmigen Einlaufs be- trägt 1523 mm, und die Breite W0 am Spaltanfang beträgt 100 mm. In Fig. 6b ist die Lufteinlaßanordnung der ersten Realisierung in einer nochmals vergrößerten Ansicht dargestellt, aber vom Gondelinneren aus gesehen. Die Höhe H der Lufteinlaßöffnung 12 beträgt in diesem Beispiel 236 mm. Eine zweite Realisierung der Lufteinlaßanordnung ist in den Figuren 7a und 7b gezeigt. Diese entsprechen abgesehen von unterschiedlichen Abmessungen den Figuren 6a und 6b. Allerdings beträgt bei der zweiten Realisierung die Breite W der Lufteinlaßöffnung 690 mm, und die Höhe H beträgt 200 mm. Länge L und Eingangsbreite W0 des rampenför- migen Einlaufs betragen bei dem zweiten Beispiel 1350 mm und 180 mm.FIG. 6a shows an enlarged view, with respect to FIG. 1, of the air inlet opening arrangement in a first implementation. In this particular embodiment, the width W of the air inlet opening is 650 mm, the length L of the ramped inlet is 1523 mm, and the width W 0 at the beginning of the gap is 100 mm. In Fig. 6b, the air inlet assembly of the first implementation is shown in a further enlarged view, but seen from the interior of the gondola. The height H of the air inlet port 12 is 236 mm in this example. A second embodiment of the air inlet assembly is shown in Figures 7a and 7b. These correspond, apart from different dimensions, to FIGS. 6a and 6b. However, in the second embodiment, the width W of the air intake port is 690 mm, and the height H is 200 mm. Length L and entrance width W 0 of the ramp-shaped inlet amount to 1350 mm and 180 mm in the second example.
Mit der erfindungsgemäßen Lufteinlaßanordnung kann der Generator der Anlage, sowie ein zwischen Rotor und Generator eingekoppeltes Getriebe in vorteilhafter Weise gekühlt werden.With the air inlet arrangement according to the invention, the generator of the system, as well as a coupled between the rotor and generator gearbox can be cooled in an advantageous manner.
Die obigen Ausführungen lassen erkennen, daß die Einzelheiten in der geometrischen Realisierung einer erfindungsgemäß verbesserten Lufteinlaßanordnung für eine Gondel einer Windenergieanlage auf mannigfaltige Weise geändert werden können, die dargestellten Ausführungsbeispiele sind daher nicht als Einschränkung der Erfindung aus- zulegen. Vielmehr können die in der obigen Beschreibung sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. The above statements show that the details in the geometric realization of an improved air inlet arrangement for a nacelle of a wind turbine can be changed in manifold ways, the illustrated embodiments are therefore not to be interpreted as limiting the invention. Rather, the features of the invention disclosed in the above description and in the claims, both individually and in any combination for the realization of the invention in its various embodiments may be essential.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
1 Einbuchtung, Lufteinlauf (Spalt)1 recess, air inlet (gap)
3 Mantelfläche (Strömungsleitfläche)3 lateral surface (flow guide surface)
3.1 , 3.2, 3.3 Bereiche der Strömungsleitfläche3.1, 3.2, 3.3 areas of the flow control surface
4 Wandbereich4 wall area
5 Bodenbereich5 floor area
6 Wandbereich6 wall area
7 Öffnung für Turm7 opening for tower
10 Gondelgehäuse10 nacelle housing
12 Lufteinlaßöffnung12 air intake opening
H Höhe der EinlaßöffnungH height of the inlet opening
L Länge der EinbuchtungL length of the indentation
R RotorachseR rotor axis
W Breite der LufteinlaßöffnungW width of the air inlet opening
W0 Eingangsbreite der EinbuchtungW 0 input width of the indentation
X Achse a (a) Anströmrichtung h (h) HöhenrichtungX axis a (a) direction of flow h (h) height direction
-h Tiefenrichtung-h depth direction
I (I) Längenrichtung n (n) Normale w (w) Breitenrichtung hx WandhöheI (I) Length direction n (n) Normal w (w) width direction h x wall height
Wx Abstand Wand-AchseW x distance wall axis
X Abstand von Lufteinlaßöffnung α Rampenwinkel X distance from air inlet opening α ramp angle

Claims

ANSPRÜCHE
1. Windenergieanlage mit einem Turm, einer am oberen Ende des Turms angeordneten, bezüglich der vertikalen Turmachse drehbar gelagerten und einen von einem Gehäuse (10) begrenzten Innenraum aufweisenden Gondel, einem bezüglich einer quer zur Turmachse verlaufenden Rotorachse (R) drehbar bezüglich der Gondel gelagerten Rotor, der durch eine Luftströmung in einer etwa parallel zur Rotorachse (R) verlaufenden Anström- richtung (a) in eine Drehung um die Rotorachse (R) versetzt werden kann, wobei das Gondelgehäuse (10) eine konvexe oder ebene Strömungsleitfläche (3) für eine in der Anströmrichtung (a) anströmende Luftströmung aufweist, und einer an dem Gehäuse (10) angeordneten und eine Lufteinlaßöffnung (12) aufweisenden Lufteinlaßanordnung (1 , 12) zum Zuführen von Luft in den Innenraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Lufteinlaßanordnung (1 , 12) eine sich in der Anströmrichtung (a) in Richtung auf die Lufteinlaßöffnung (12) erstreckende Einbuchtung (1 ) in der Strömungsleitfläche (3) aufweist und die Lufteinlaßöffnung (12) zwischen einer Begrenzungsfläche (5) der Einbuchtung (1 ) und dem daran angrenzenden Bereich (3.1) der Strömungsleitfläche (3) angeordnet ist.1. Wind turbine with a tower, one arranged at the upper end of the tower, rotatably mounted with respect to the vertical tower axis and one of a housing (10) limited interior having nacelle, with respect to a transverse to the tower axis rotor axis (R) rotatably mounted with respect to the nacelle Rotor, which can be offset by an air flow in an approximately parallel to the rotor axis (R) extending Anström- direction (a) in a rotation about the rotor axis (R), wherein the nacelle housing (10) has a convex or planar flow guide surface (3) an airflow flowing in the direction of flow (a), and an air inlet arrangement (1, 12) arranged on the housing (10) and having an air inlet opening (12) for supplying air into the interior, characterized in that the air inlet arrangement (1, 12) in the direction of flow (a) in the direction of the air inlet opening (12) extending indentation (1) in the St 3) and the air inlet opening (12) between a boundary surface (5) of the recess (1) and the adjoining region (3.1) of the flow guide surface (3) is arranged.
2. Windenergieanlage nach Anspruch 1 , bei der eine eine Längsrichtung der Einbuchtung (1) definierende Flächennormale (I) auf die Querschnittsfläche der Lufteinlaßöffnung (12) eine Komponente in Richtung der Anströmrichtung (a) aufweist, vorzugsweise etwa antiparallel dazu verläuft.2. Wind energy plant according to claim 1, wherein a longitudinal direction of the indentation (1) defining surface normal (I) on the cross-sectional area of the air inlet opening (12) has a component in the direction of flow (a), preferably approximately anti-parallel thereto.
3. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei der die Lufteinlaßöffnung (12) in einer von der Strömungsleitfläche (3) auf das Gondelinnere zu gerichtete Tiefenrichtung (-h) verläuft.3. Wind energy plant according to one of claims 1 or 2, wherein the air inlet opening (12) extends in one of the flow guide surface (3) to the gondola interior to be directed depth direction (-h).
4. Windenergieanlage nach Anspruch 3, bei der die Begrenzungsfläche der Einbuchtung (1) einen ersten Wandbereich (4) aufweist, dessen bezüglich der Tiefenrichtung (-h) bestimmte Wandhöhe (hx) in Längsrichtung (I) abnimmt. 4. Wind turbine according to claim 3, wherein the boundary surface of the recess (1) has a first wall portion (4), with respect to the depth direction (-h) certain wall height (h x ) in the longitudinal direction (I) decreases.
5. Windenergieanlage nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Lufteinlaßöffnung (12) in einer quer, insbesondere senkrecht zur Tiefenrichtung (-h) und quer zur Längsrichtung (I) verlaufenden Breitenrichtung (w) verläuft und bei der ein Abstand (wx) in Breitenrichtung (w) von dem ersten Wandbereich (4) zu einer in Längsrichtung (I) und bezüglich der Breiten- richtung (w) durch die Mitte der Lufteinlaßöffnung (12) und insbesondere orthogonal zu ihr verlaufenden Achse (X) in Längsrichtung abnimmt.5. Wind energy plant according to claim 3 or 4, wherein the air inlet opening (12) in a transverse, in particular perpendicular to the depth direction (-h) and transverse to the longitudinal direction (I) extending width direction (w) and wherein a distance (w x ) in the widthwise direction (w) decreases longitudinally from the first wall portion (4) to an axis (X) extending in the longitudinal direction (I) and in the width direction (w) through the center of the air inlet port (12) and in particular orthogonal thereto.
6. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei der sich der erste Wandbereich (4) bis zu der Lufteinlaßöffnung (12) erstreckt, insbesondere unter Anglei- chung des Höhenprofils der Strömungsleitfläche (3.3) am oberen Wandende an das Höhenprofil der angrenzenden Strömungsleitfläche (3.1).6. Wind turbine according to one of claims 4 or 5, wherein the first wall portion (4) extends to the air inlet opening (12), in particular under alignment of the height profile of the flow guide (3.3) at the upper end of the wall to the height profile of the adjacent flow guide (3.1).
7. Windenergieanlage nach Anspruch 5 oder 6, bei der ein Verhältnis zwischen Breitenabstand (Wx) und Wandhöhe (hx) im Bereich von 1 bis 4, bevorzugt 1 ,3 bis 3,3, insbe- sondere 1 ,7 bis 2,7 liegt.7. Wind turbine according to claim 5 or 6, wherein a ratio between width spacing (W x ) and wall height (h x ) in the range of 1 to 4, preferably 1, 3 to 3.3, in particular 1, 7 to 2, 7 lies.
8. Windenergieanlage nach Anspruch 7, bei der dieses Breiten-/Höhenverhältnis (wx:hx) in Längsrichtung (I) für bis zu 30 % der Längserstreckung (L) der Einbuchtung (1) erfüllt ist, bevorzugt bis 60%, insbesondere bis 80%.8. Wind turbine according to claim 7, wherein said width / height ratio (w x : h x ) in the longitudinal direction (I) for up to 30% of the longitudinal extent (L) of the recess (1) is satisfied, preferably up to 60%, in particular up to 80%.
9. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, bei der sich der erste Wandbereich (4) bis zu dem der Lufteinlaßöffnung (12) abgewandten Endbereich der Einbuchtung (1 ) erstreckt.9. Wind turbine according to one of claims 4 to 8, wherein the first wall portion (4) to the air inlet opening (12) facing away from the end portion of the recess (1).
10. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, bei der der Verlauf des ersten Wandbereichs (4) zumindest teilweise gekrümmt ist und insbesondere die Krümmung in Längsrichtung (I) zunächst zu der Achse (X) hin gerichtet und dann nach Durchlauf eines Wendepunkts von der Achse (X) weggerichtet ist.10. Wind turbine according to one of claims 4 to 9, wherein the course of the first wall portion (4) is at least partially curved and in particular the curvature in the longitudinal direction (I) first directed to the axis (X) and then after passing through a turning point of the axis (X) is directed away.
11. Windenergieanlage nach Anspruch 10, bei der der Wendepunkt im Bereich von 25 bis 65 % der Länge (L) angeordnet ist, bevorzugt 35 bis 55 %, insbesondere 40 bis 50 %. 11. Wind turbine according to claim 10, wherein the inflection point in the range of 25 to 65% of the length (L) is arranged, preferably 35 to 55%, in particular 40 to 50%.
12. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 11 , bei der die Abnahme der Wandhöhe (hx) bezüglich der entsprechenden Länge (x) des Wandbereichs (4) in Längsrichtung (I) eine mittlere Steigung im Bereich von 3° bis 20° definiert, bevorzugt 5° bis 10°, insbesondere 6° bis 8°.12. Wind turbine according to one of claims 4 to 11, wherein the decrease of the wall height (h x ) with respect to the corresponding length (x) of the wall region (4) in the longitudinal direction (I) defines an average slope in the range of 3 ° to 20 ° , preferably 5 ° to 10 °, in particular 6 ° to 8 °.
13. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 3 bis 12, bei der ein Bodenbereich (5) der Einbuchtung (1 ) in einem Schnitt durch eine von Längsrichtung (I) und Tiefenrichtung (-h) bestimmten Ebene geradlinig verläuft und insbesondere die mittlere Steigung einen Rampenwinkel (α) definiert.13. Wind turbine according to one of claims 3 to 12, wherein a bottom region (5) of the recess (1) in a section through a longitudinal direction of (I) and depth direction (-h) certain plane is rectilinear and in particular the average slope of a ramp angle (α) defined.
14. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei der die Einbuchtung (1 ) entgegengesetzt dem ersten Wandbereich (4) einen zweiten Wandbereich (6) aufweist, der insbesondere die in den vorhergehenden Ansprüchen genannten Eigenschaften des ersten Wandbereichs (4) aufweist.14. Wind energy plant according to one of claims 4 to 13, wherein the indentation (1) opposite the first wall portion (4) has a second wall portion (6), in particular the mentioned in the preceding claims properties of the first wall portion (4).
15. Windenergieanlage nach Anspruch 14, bei der sich die Achse (X) senkrecht zur Lufteinlaßöffnung (12) erstreckt und die Lufteinlaßanordnung (1 , 12) im wesentlichen zur Achse (X) symmetrisch gebildet ist.15. Wind turbine according to claim 14, wherein the axis (X) extends perpendicular to the air inlet opening (12) and the air inlet assembly (1, 12) is formed substantially symmetrically to the axis (X).
16. Windenergieanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 15, bei der der Bodenbereich (5) als spaltartiger Einschnitt in die Außenfläche (3.2, 3.3) eintaucht.16. Wind turbine according to one of claims 13 to 15, wherein the bottom portion (5) as a slit-like incision into the outer surface (3.2, 3.3) is immersed.
17. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Verhältnis von Breite (B) zu Höhe (H) der Lufteinlaßöffnung (12) in dem Bereich von 2,5 bis 5,5, bevorzugt 3 bis 5, insbesondere 3,5 bis 4,5 liegt.17. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein a ratio of width (B) to height (H) of the air inlet opening (12) in the range of 2.5 to 5.5, preferably 3 to 5, in particular 3.5 to 4.5 is located.
18. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der ein Schnittwinkel zwischen der Rotorachse (R) und der Projektion der Längsrichtung (I) der Einbuchtung (1 ) auf die von Rotorachse und Turmachse aufgespannten Ebene in einem Bereich von 0 bis 30°, bevorzugt 0 bis 20°, insbesondere 0 bis 10° liegt. 18. Wind turbine according to one of the preceding claims, in which a cutting angle between the rotor axis (R) and the projection of the longitudinal direction (I) of the recess (1) to the plane spanned by the rotor axis and tower axis in a range of 0 to 30 °, preferably 0 to 20 °, in particular 0 to 10 °.
19. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Lufteinlaßanordnung (1 , 12) im unteren Bereich der Gondel, insbesondere nahe des untersten Bereichs der Gondel angeordnet ist.Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the air inlet arrangement (1, 12) is arranged in the lower region of the nacelle, in particular near the lowest region of the nacelle.
20. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Einbuchtung (1 ) bezüglich der Rotorachse (R) im Bereich des Aufsatzes der Gondel auf dem Turm angeordnet ist.20. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the indentation (1) with respect to the rotor axis (R) in the region of the attachment of the nacelle on the tower is arranged.
21. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Länge (L) der Einbuchtung (1) bezogen auf den Turmdurchmesser auf Höhe der Gondel in dem21. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the length (L) of the recess (1) based on the tower diameter at the level of the nacelle in the
Bereich von 0,1 bis 2 liegt, bevorzugt von 0,25 bis 1 ,5, weiter bevorzugt von 0,5 bis 1 ,25, insbesondere von 0,8 bis 1 ,1.Range of 0.1 to 2, preferably from 0.25 to 1, 5, more preferably from 0.5 to 1, 25, in particular from 0.8 to 1, 1.
22. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Breite (W) der Lufteinlaßöffnung (12) im Bereich von 0,4 m bis 1 ,2 m liegt, bevorzugt 0,5 m bis 1 ,0 m, insbesondere 0,6 m bis 0,8 m.22. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the width (W) of the air inlet opening (12) in the range of 0.4 m to 1, 2 m, preferably 0.5 m to 1, 0 m, in particular 0.6 m to 0.8 m.
23. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Höhe (H) der Lufteinlaßöffnung (12) im Bereich von 0,1 m bis 0,4 m liegt, bevorzugt 0,15 bis 0,3 m, insbesondere 0,2 m bis 0,25 m.23. Wind turbine according to one of the preceding claims, wherein the height (H) of the air inlet opening (12) in the range of 0.1 m to 0.4 m, preferably 0.15 to 0.3 m, in particular 0.2 m up to 0.25 m.
24. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Länge (L) der Einbuchtung (1) im Bereich von 0,8 m bis 2,2 m liegt, bevorzugt 1 m bis 2 m, insbesondere 1 ,2 m bis 1 ,8 m.24. Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the length (L) of the indentation (1) is in the range of 0.8 m to 2.2 m, preferably 1 m to 2 m, in particular 1, 2 m to 1, 8 m.
25. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Asnprüche, bei der die Eingangsbreite (W0) der Einbuchtung (1 ) im Bereich von 0,05 m bis 0,4 m liegt, bevorzugt 0,08 m bis 0,3 m, insbesondere 0,1 m bis 0,2 m.25. Wind energy plant according to one of the preceding claims, wherein the entrance width (W 0 ) of the indentation (1) is in the range of 0.05 m to 0.4 m, preferably 0.08 m to 0.3 m, in particular 0, 1 m to 0.2 m.
26. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei oder mehrere nach einem der Ansprüche 1 bis 17 ausgebildeten und insbesondere nach einem der Ansprüche 18 bis 25 angeordneten Lufteinlaßanordnungen. 26. Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized by two or more formed according to one of claims 1 to 17 and in particular according to one of claims 18 to 25 arranged air inlet arrangements.
27. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Luftauslaßanordnung für die über die Lufteinlaßanordnung (1 , 12) zugeführte Luft, die insbesondere in einem sich in Richtung auf die Rotorachse verjüngenden Bereich der Gondel angeordnet ist, wobei die Luftauslaßanordnung insbesondere einen Aufbau gemäß dem in einem der der Ansprüche 1 bis 25 angegebenen Aufbau der Lufteinlaßanordnung aufweist.27. Wind energy plant according to one of the preceding claims, characterized by at least one air outlet arrangement for the air inlet arrangement (1, 12) supplied air, which is arranged in particular in a tapering in the direction of the rotor axis portion of the nacelle, the air outlet assembly in particular a construction according to the construction of the air inlet arrangement specified in any one of claims 1 to 25.
28. Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der mit der durch die Lufteinlaßanordnung (1 , 12) zugeführten Luft ein an den Rotor der Anlage gekop- pelter Generator, ein zwischen Rotor und Generator eingekoppeltes Getriebe, ein Frequenzumrichter und/oder ein Transformator gekühlt wird.28. Wind energy plant according to one of the preceding claims, in which with the air supplied through the air inlet arrangement (1, 12) cooled coupled to the rotor of the system pelter generator, coupled between the rotor and generator gear, a frequency converter and / or a transformer becomes.
29. Verfahren zum Betreiben einer Windenergieanlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche. 29. A method for operating a wind turbine according to one of the preceding claims.
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