KR20190089968A - 풍력 터빈용 로터 블레이드 및 풍력 터빈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 풍력 터빈용 로터 블레이드와, 타워, 나셀 및 로터를 갖는 풍력 터빈과, 그리고 또한 풍력 발전 지역에 관한 것이다. 로터 블레이드(108)는 로터 블레이드 루트(1)로부터 시작하여 로터 블레이드(108)의 길이 방향으로 연장되는 내부 블레이드 부분(2)과, 로터 블레이드의 길이 방향으로 일부분을 따라 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 증가시키기 위해 내부 블레이드 부분(2) 상에 배치되는 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')를 포함한다. 로터 블레이드(108)는 압력측 표면(4) 및 흡입측 표면(6)을 가지며, 이들은 특정 영역에서 내부 블레이드 부분(2) 및 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 일부에 의해 각각 형성된다. 로터 블레이드(108)의 압력측 및/또는 흡입측 표면(4, 6) 상에서, 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 영역에는, 실질적으로 로터 블레이드의 길이 방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')가 형성된다. 로터 블레이드(108)는 보다 효율적인 경계층 제어를 달성한다.
Description
본 발명은 풍력 터빈용 로터 블레이드에 관한 것으로서, 로터 블레이드 루트(root)로부터 시작하여 로터 블레이드 길이 방향으로 연장되는 내부 블레이드 부분, 로터 블레이드의 길이 방향의 일부분을 따라 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 증가시키기 위해 내부 블레이드 부분 상에 배치되는 트레일링 에지 세그먼트(trailing edge segment)를 포함하고, 로터 블레이드는, 특정 영역에서 내부 블레이드 부분 및 트레일링 에지 세그먼트의 부분으로 각각 형성되는 압력측 표면 및 흡입측 표면을 포함한다. 또한, 본 발명은 타워, 나셀 및 로터를 포함하는 풍력 터빈 그리고 풍력 발전 지역에 관한 것이다.
종래 기술에서, 풍력 터빈 상의 로터 블레이드의 설계를 통해 풍력 터빈의 효율을 개선시키는 것이 공지되어 있다. 풍력 터빈의 효율 및 성능을 증가시키는 한 가지 방법은 큰 프로파일 깊이를 갖는 로터 블레이드 루트의 영역에서 로터 블레이드의 프로파일을 설계하는 것이다. 이하에서 로터 블레이드 길이 방향에 실질적으로 수직인 프로파일의 길이, 즉 로터 블레이드의 프로파일 리딩 에지와 프로파일 트레일링 에지 사이의 거리인 것으로 이해되는 프로파일 깊이는 이를 위해 가능한 한 크게 구현되어야 한다. 로터 블레이드 루트는 로터 블레이드가 풍력 터빈의 로터 허브 상에 고정되는 로터 블레이드의 영역을 지칭한다. 종종, 이러한 로터 블레이드에서의 최대 프로파일 깊이는 로터 블레이드 루트에 매우 가깝게 위치한다. 이로 인해 와류 발생이 감소되고, 풍력 터빈의 효율은 증가된다.
효율성을 높이는 또 다른 방법은 프로파일 깊이가 증가함에 따라 점점 더 중요해지고 있는 경계층 제어이다. 로터 블레이드의 흡입측에서, 흡입측 표면의 대체로 볼록한 곡률로 인해, 로터 블레이드 프로파일의 트레일링 영역에서 최대 곡률을 통과한 후의 공기 흐름은 압력 구배에 대항하여 진행한다. 이로 인해 공기 흐름이 느려지게 되고, 이를 통해 경계층이 운동 에너지를 잃게 된다. 특정 상황 하에서, 공기 흐름이 느려지면, 경계층은 로터 블레이드의 표면으로부터 분리되기 시작한다. 로터 블레이드 표면으로부터 분리된 흐름은 난류를 유발하고, 이를 통해 흡입측에서 생성된 리프트가 감소되어 이에 따라 저항이 증가된다. 경계층 제어에 의해, 특히 로터 블레이드의 표면으로부터 공기 흐름이 분리되는 것이 회피된다.
예를 들어 DE 10 2011 050 661 A1과 같은 종래 기술로부터, 트레일링 에지를 로터 블레이드의 루트 영역에서 절두형으로 형성하는 것이 알려져 있다. 트레일링 에지의 영역에서, 트레일링 에지를 따라 연장되는 일련의 홀의 형태로 경계층 흡입부가 제공된다. 로터 블레이드 내부에서 길이 방향으로 연장되는 공기 채널링 덕트(air-channeling duct)를 통해, 흡입된 공기는 블레이드 루트로부터 블레이드 팁의 방향으로 이송되고, 블레이드 팁의 트레일링 에지에서 블로잉 아웃 영역을 통해 배출된다. 이러한 배치는 번거로우며, 트레일링 에지에 기술적으로 복잡한 공기 입구를 제공하는 것을 필요로 하는데, 이는 안정성을 쉽게 위태롭게 하며, 또한 적어도 하나의 공기 채널링 덕트를 제공하는 것도 필요로 한다. 또한 경계층 제어는 경계층의 분리가 발생하는 압력 또는 흡입측의 지점에서 이루어지지 않는다.
WO 2016/045656 A1은 상부 측면, 하부 측면, 리딩 에지, 트레일링 에지, 허브 고정부 및 블레이드 팁을 포함하는 풍력 터빈 로터 블레이드에 관한 것으로서, 여기서 풍력 터빈 로터 블레이드는 허브 영역, 중간 영역 및 블레이드 팁 영역으로 분할되고, 루트 영역은 허브 고정부로부터 최대 블레이드 깊이(Smax)까지 정의되며, 여기서 풍력 터빈 로터 블레이드 내부에서 반경방향 외측으로 연장되는 공기 채널링 덕트가 흡입된 공기를 흡입 영역 외부에서 블레이드 팁 영역에 배치된 블로잉 아웃 영역으로 가이드하기 위해 제공되고, 경계층 흡입이 발생하며, 여기서 공기의 흡입은 풍력 터빈 로터 블레이드의 상부 측면에서 이루어지며, 허브 고정부 근처의 허브 영역에 있는 경계층 펜스가 허브 고정부 방향으로의 흐름을 방지하기 위해 제공된다.
EP 2 053 240 A1은 허브 및 로터 블레이드를 갖는 로터를 포함하고, 로터 블레이드에 대한 경계층 제어 시스템을 추가로 포함하는 풍력 터빈을 개시하고 있으며, 여기서 복수의 압력 챔버가 블레이드 내에서 블레이드의 길이에 걸쳐 분포되어 배치되고, 여기서 각각의 압력 챔버는 로터 블레이드의 외부 표면 내의 하나 이상의 대응하는 개구를 통해 블레이드의 외부 측면과 연결되어 있으며, 여기서 또한 압력 챔버에 부압 및 과압을 공급하기 위해, 블레이드의 내부에 흡입 덕트 및 블로잉 덕트가 연장되며, 여기서 각각의 압력 챔버는 공기 덕트를 통해 덕트들 중 적어도 하나와 연결되며, 상기 공기 덕트 내에는 능동적으로 작동 가능한 밸브가 배치되어 있고, 상기 능동적으로 작동 가능한 밸브는 제어 유닛에 연결되어, 압력 챔버를 선택적으로 덕트 또는 덕트들과 연결시키거나 또는 이들로부터 분리시켜, 이에 따라 블레이드 표면의 대응하는 개구(들)를 통해 압력 챔버로부터 공기를 블로잉 아웃하거나 또는 공기를 압력 챔버 내로 흡입한다.
WO 2007/035758 A1은 회전 가능한 허브에 인접하게 고정되도록 구성되는 블레이드(예를 들어, 풍력 터빈 블레이드)를 개시하고 있으며, 여기서 블레이드는 블레이드의 근위 부분에 인접하게 배치되는 유체 입구; 블레이드의 원위 부분에 인접하게 배치되는 유체 출구; 및 유체 입구와 유체 출구 사이에서 블레이드의 내부 부분 내에서 연장되는 원심 흐름 덕트를 한정한다. 유체 입구는 바람직하게는 원심 흐름 덕트를 통해 유체 출구와 가스 연결되며, 블레이드는 블레이드가 특정 속도로 허브를 중심으로 회전될 때 유체 입구 내로 유입된 유체가 원심 흐름 덕트를 통해 유체 출구 외부로 방출되도록 구성된다. 유체는 바람직하게는 원심 흐름 통로를 통해 이동할 때 압축된다.
WO 2009/144356 A1은 공기 역학적 거동을 향상시키고 이에 따라 원통형 또는 타원형 루트 영역을 갖는 종래의 블레이드에 비해 바람으로부터 생성되는 에너지의 양을 향상시키기 위해, 루트 영역에 위치하는 리딩 에지 및/또는 트레일링 에지(후자는 보다 높은 상대 두께를 가짐)에 고부하 지지 요소를 갖는 풍력 발전기 블레이드를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 보다 효율적인 경계층 제어가 달성되도록 위에서 언급된 유형의 로터 블레이드를 개선하는 것이다.
본 발명은 본원의 청구항 제1항에 따른 특징을 갖는 풍력 터빈용 로터 블레이드에 의해 본 발명의 기초가 되는 목적을 달성한다. 특히, 로터 블레이드의 압력측 및/또는 흡입측 표면 상에서 트레일링 에지 세그먼트의 영역에 실질적으로 로터 블레이드 길이 방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구가 형성된다.
본 발명은 로터 블레이드의 압력측 및/또는 흡입측 표면 상의 슬릿 형상의 공기 입구 또는 공기 출구에 의해 적어도 하나의 흡입 또는 블로잉 아웃 영역이 형성되고, 이러한 적어도 하나의 흡입 또는 블로잉 아웃 영역에 의해, 로터 블레이드의 프로파일 깊이의 방향으로 흐르는 경계층이 유리하게 제어된다는 인식을 사용한다. 트레일링 에지 세그먼트의 트레일링 에지의 영역에서의 경계층 흡입과 비교하여, 공기 흐름은 가장 큰 효과를 구현하는 로터 블레이드의 영역에서 제어된다. 또한, 공지된 홀과는 대조적으로, 본 발명에 따라 공기 입구 또는 공기 출구를 슬릿 또는 갭으로서 설계함으로써, 공기 흐름의 유동하는 경계층에 대한 증가된 흡입 또는 블로잉 아웃 작용이 발생된다. 또한, 안정성 문제를 야기할 수 있는, 내부 블레이드 부분에 대한 드릴링 또는 구조적 변경이 요구되지 않는다.
슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구라 함은 로터 블레이드 길이 방향이 프로파일 깊이 방향보다 더 큰 치수를 갖는, 압력측 또는 흡입측 표면 상에서의 로터 블레이드의 표면의 슬릿 또는 갭으로서 이해되어야 한다. 바람직하게는, 공기 입구 및/또는 공기 출구의 치수는 로터 블레이드 길이 방향이 프로파일 깊이 방향보다 수 배 더 크다. 일 실시예에서, 로터 블레이드 길이 방향의 치수는 프로파일 깊이 방향의 치수보다 적어도 2배 더 크다. 다른 실시예에서, 로터 블레이드 길이 방향의 치수는 프로파일 깊이 방향의 치수보다 적어도 10배 더 크고, 특히 적어도 20배 더 크고, 특히 보다 바람직하게는 적어도 50배 더 크다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 로터 블레이드의 압력측 및 흡입측 표면 상에는 각각 적어도 하나의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구가 배치된다. 따라서, 로터 블레이드의 압력측 표면뿐만 아니라 흡입측 표면에서도 경계층 제어가 달성된다. 트레일링 에지 세그먼트의 영역에서 슬릿 또는 갭 형태의 공기 입구 또는 공기 출구의 설계가 가능한데, 왜냐하면 블레이드 루트의 영역에서 로터 블레이드에 작용하는 힘은 주로 로터 블레이드의 내부 블레이드 부분 상에 작용하며, 이는 트레일링 에지 세그먼트 내의 슬릿 또는 갭에 의한 구조적인 약화를 갖지 않기 때문이다. 공기 입구 또는 출구는 단일의 슬릿 또는 갭으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서는, 공기 입구 또는 공기 출구는 로터 블레이드의 표면 상의 복수의 개별 슬릿 또는 갭으로 형성된다. 이들은 바람직하게는 대략 로터 블레이드 길이 방향으로 라인으로 연속적으로 연장되어 배치된다.
본 발명에 따른 로터 블레이드의 개선예는 각각의 공기 입구 및/또는 공기 출구가 내부 블레이드 부분으로부터 트레일링 에지 세그먼트로의 전이 영역에 직접 형성되는 것을 제공한다. 로터 블레이드의 흡입측 표면의 영역을 형성하는 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 및 로터 블레이드의 압력측 표면의 영역을 형성하는 트레일링 에지 세그먼트의 하부 측면은 내부 블레이드 부분을 향해 간단한 방식으로 짧아지는 방식으로 형성된다. 이를 통해, 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 및 하부 측면 상에서 내부 블레이드 부분 상의 후퇴 에지에 의해 로터 블레이드의 흡입측 및 압력측 표면에 중단이 생성된다. 트레일링 에지 세그먼트를 내부 블레이드 부분 상에 부착할 때, 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 및 하부 측면의 에지는 따라서 내부 블레이드 부분의 각각 할당된 영역에 대해 간격을 두고 배치된다. 대안적인 실시예에서, 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구는 트레일링 에지 세그먼트의 상부 또는 하부 측면의 임의의 영역에 형성된다. 다른 실시예에서, 단지 공기 입구 또는 공기 출구만이 흡입측 및 압력측 표면 상에 제공된다.
바람직하게는, 공기 입구는 로터 블레이드의 압력측 표면 상에 배치되고, 공기 출구는 로터 블레이드의 흡입측 표면 상에 배치된다. 바람직하게는 유체 채널링 방식으로 서로 결합되는 공기 입구 및 공기 출구는 따라서 로터 블레이드의 서로에 대한 반대쪽 측면 상에 배치된다. 풍력 터빈의 작동 중에, 보상 흐름이라고도 하는 자동적으로 흐르는 공기 흐름이 바람직하게는 압력측의 공기 입구로부터 로터 블레이드의 흡입측 상의 공기 출구로 발생한다. 공기 입구 및 공기 출구는 로터 블레이드 상에 배치되어, 로터의 회전 시에 그에 따라 설정되는 압력 조건에서 "자연적인" 보상 유동이 공기 입구로부터 트레일링 박스라고도 하는 트레일링 에지 세그먼트를 통해 공기 출구로 생성되도록 구성된다. 본 경우에 자동적인 공기 흐름이라 함은, 강제된 흐름의 생성을 지원하는 만일의 구성 요소 및 장치를 이용하지 않고, 단지 로터 및 그 위에 배치된 로터 블레이드의 원심력 또는 회전 운동에 의해서만 공기의 입구로부터 공기 출구로 공기 흐름이 발생하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.
바람직하게는, 공기 입구 및/또는 공기 출구는 실질적으로 트레일링 에지 세그먼트의 전체 길이에 걸쳐 연장된다. 따라서, 적어도 트레일링 에지 세그먼트가 연장되는 로터 블레이드 길이 방향으로 적어도 로터 블레이드의 표면에 갭 또는 슬릿이 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구는 일 실시예에서 로터 블레이드 길이 방향으로 연속적으로 배치되는 복수의 개별 슬릿 또는 갭들로 형성된다. 다른 실시예에서, 각각의 경우에 서로에 대해 직접 인접하는 슬릿 또는 갭은 프로파일 깊이 방향으로 오프셋을 갖는다. 그러나, 이러한 공기 입구 또는 공기 출구의 전체 길이에 걸친 전체 개수의 슬릿 또는 갭은 각각 실질적으로 로터 블레이드 길이 방향으로 연장된다. 개별의 슬릿 또는 갭이 직렬로 일치하여 배치되는 경우, 서로에 대해 오프셋되어 배치되는 갭 또는 슬릿은 서로 중첩되거나 또는 겹치는 단부 영역을 포함한다. 다른 실시예에서, 슬릿의 다른 배치, 예를 들어 로터 블레이드 길이 방향에 대해 특정 각도로 평행하게 존재하는 슬릿이 또한 가능하다.
바람직하게는, 본 발명의 일 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트는, 공기 입구 및/또는 공기 출구 상에 지향성 공기 흐름을 위한 공기 유입 또는 공기 유출 덕트가 형성되도록, 내부 블레이드 부분 상에 배치된다. 바람직하게는, 복수의 개별 슬릿의 경우, 공기 입구 및/또는 공기 출구의 각각의 개별 갭 또는 슬릿에는 공기 유입 덕트 또는 공기 유출 덕트가 구비된다. 로터 블레이드 상의 대응하는 공기 유입 및 공기 유출 덕트는 각각 별도의 공기 채널링 덕트를 통해 서로 연결되는 것이 바람직하다. 공기 채널링 덕트에 의해, 압력측 표면 상에서 배출된 공기가 로터 블레이드의 흡입측 표면 상의 공기 출구의 방향으로 가이드된다. 공기 유입 덕트 및 공기 유출 덕트를 서로 연결하는 공기 채널링 덕트는 로터 블레이드 길이 방향에 대해 실질적으로 횡방향으로 연장된다. 바람직하게는, 각각의 공기 유입 및/또는 공기 유출 덕트는 각각의 공기 입구 또는 공기 출구의 영역에 있는 예를 들어 배플과 같은 가이드 요소를 포함하고, 이를 통해 트레일링 에지 세그먼트를 관류하는 공기 흐름의 지향성 가이드가 더욱 향상될 수 있다.
일 실시예에서, 공기 채널링 덕트는 로터 블레이드의 프로파일에 수직으로 또는 로터 블레이드 길이 방향에 대해 횡방향으로 연장되지 않고, 적어도 부분적으로 반경방향 외측으로, 즉 블레이드 루트로부터 로터 블레이드 팁을 향하는 방향으로 연장된다. 반경방향으로의 성분에 의해, 로터가 회전하는 동안 공기 채널링 덕트 내의 공기 상으로 원심력이 작용하고, 이러한 원심력은 공기 채널링 덕트 내에 존재하는 공기의 지향성 가이드를 발생시킨다.
본 발명에 따른 로터 블레이드의 바람직한 실시예에서, 공기 유입 또는 공기 유출 덕트는 공기 입구 및/또는 공기 출구의 영역에서의 공기 흐름을 내부 블레이드 부분의 각각의 인접한 외부 표면에 대해 실질적으로 평행하게 전환시키도록 구성된다. 로터 블레이드의 흡입측 표면 상에서, 바람직하게는 로터 블레이드의 프로파일 깊이 방향으로 흐르는 경계층에서 추가적인 공기 흐름이 난류 없이 블로잉 아웃된다. 공기 유출 덕트를 통해, 바람직하게는 공기 흐름의 배출 또는 블로잉 아웃은 바람직하게는 로터 블레이드의 흡입측 표면을 따라 흐르는 공기 흐름의 방향으로 이루어진다. 따라서, 로터 블레이드의 흡입측 표면 상의 경계층은 단순화된 방식으로 제어된다. 본 발명의 일 실시예에서, 로터 블레이드의 압력측 표면 상에서 공기 흐름은 흐름 방향으로 흡입된다.
추가의 실시예에서, 경계층의 제어는 정확하게 반대 방향으로 일어나는데, 즉, 곧 분리될 흡입측 표면 상의 경계층은 공기 유입 덕트를 통해 흡입되고, 대응하여 압력측 표면을 따라 배출된다. 이러한 실시예에서 공기의 안내는 적절한 수단을 통해 자연적인 압력 구배에 대항하여 보장되어야 한다.
또한, 공기 유입 또는 공기 유출 덕트는 바람직하게는 공기 입구 및/또는 공기 출구에서 덕트를 통해 관류하는 공기 흐름의 흐름 방향으로 넓어지거나 또는 좁아지는 단면을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에서, 내부 블레이드 부분은 바람직하게는 대략 환형의 또는 타원형의 단면을 갖는다. 단면의 형상은 이 경우 바람직하게는 로터 블레이드의 로터 블레이드 루트에 대한 내부 블레이드 부분의 거리에 의존한다. 블레이드 루트의 근방 영역에서, 내부 블레이드 부분은 바람직하게는 환형과 유사한 단면을 갖는다. 블레이드 루트로부터의 거리가 클수록, 내부 블레이드 부분의 단면은 더욱 타원형으로 변한다.
본 발명에 따른 로터 블레이드의 다른 실시예는 로터 블레이드가 팬 또는 압축기를 포함하고, 공기 입구 및 공기 출구는 로터 블레이드 상에서 적어도 트레일링 에지 세그먼트를 통한 강제 이동식 공기 안내를 위해 팬 또는 압축기와 유체 채널링 방식으로 연통하는 것을 제공한다. 팬 또는 압축기는 특히 압력측 표면으로부터 흡입측 표면의 방향으로 "자연적인" 보상 흐름을 지원하거나 또는 심지어 공기 흐름을 반대 방향으로 역전시키도록 구성된다. 로터 블레이드 상의 팬 또는 압축기의 도움으로, 흡입측 표면으로부터 로터 블레이드의 압력측 표면의 방향으로 공기 흐름을 발생시키는 것이 가능하다. 팬 또는 압축기의 도움으로, 트레일링 에지 세그먼트 내에서 로터 블레이드의 프로파일 깊이에 대해 실질적으로 평행하게 공기 흐름의 강제 안내가 이루어진다. 따라서 공기는 로터 블레이드 길이 방향에 대해 수직으로 흐른다. 본 발명의 일 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트 내부의 공기 흐름은 대안적으로 또는 선택적으로 로터 블레이드의 일부를 통해 로터 블레이드 길이 방향으로 흐르는 것이 제공된다. 즉, 공기 흐름은 적어도 특정 영역에서 블레이드 루트로부터 블레이드 팁의 방향으로 및/또는 반대 방향으로 흐른다.
본 발명에 따른 로터 블레이드의 일 실시예에서, 팬 또는 압축기는 로터 블레이드의 내부 블레이드 부분에 배치되고, 바람직하게는 내부 블레이드 부분은 자체의 구조 본체 내에 팬 또는 압축기와 공기 입구 및/또는 공기 출구 사이의 유체 채널링 방식의 연결을 위한 공기 통과 개구 및/또는 공기 채널링 덕트를 포함한다. 특히, 로터 블레이드의 내부 블레이드 부분에 배치되어 로터 블레이드 가열이 발생하는 팬 또는 압축기는 선택적으로 로터 블레이드의 가열에 추가하여 공기 입구로부터 트레일링 에지 세그먼트의 공기 출구 방향으로 공기 흐름을 가능하게 하도록 형성될 수 있다. 로터 블레이드 부분의 공기 입구는 바람직하게는 팬 또는 압축기의 흡입측에 연결되고, 공기 출구는 팬 또는 압축기의 압력측과 유체 채널링 방식으로, 특히 공기 채널링 방식으로 연결된다. 트레일링 에지 세그먼트에서의 공기 입구 및 공기 출구와, 내부 블레이드 부분 내에 배치되는 팬 또는 압축기의 유체 채널링 방식의 연결을 위해, 하나 이상의 공기 통과 개구 또는 공기 채널링 덕트가 제공되며, 이러한 하나 이상의 공기 통과 개구 또는 공기 채널링 덕트는 바람직하게는 환형 또는 타원형 단면을 갖는 내부 블레이드 부분의 구조 본체를 관통한다. 본 경우에, 로터 블레이드는 공기 채널링 덕트를 포함하며, 이러한 공기 채널링 덕트는 로터 블레이드 길이 방향뿐만 아니라 로터 블레이드 길이 방향에 대해 횡방향으로도 흐름 공기의 강제 안내를 구현한다.
본 발명에 따른 로터 블레이드의 실시예는 팬 또는 압축기가 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트에 배치되는 것을 제공한다. 따라서, 내부 블레이드 부분의 구조적 설계 및 트레일링 에지 세그먼트에서의 공기 입구와 공기 출구 사이의 공기 안내가 간단해진다. 내부 블레이드 부분의 구조 본체를 약화시키는 가능한 공기 통로 개구 및/또는 공기 채널링 덕트 대신에, 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트에 배치된 팬 또는 압축기의 에너지 공급을 위해 구조 본체 내에 비교적 작은 개구만이 제공된다. 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트에 배치되는 팬 또는 압축기는 자체의 흡입측이 바람직하게는 로터 블레이드의 흡입측 표면 상의 공기 입구와 연결된다. 또한, 팬 또는 압축기는 자체의 압력측이 로터 블레이드의 압력측 표면 상의 공기 출구와 유체 채널링 방식으로 연결된다. 바람직하게는, 팬 또는 압축기에 연결된 공기 채널링 덕트 내부에서 양 방향으로 공기 흐름을 발생시키도록 구성되는 팬 또는 압축기가 사용된다.
바람직하게는, 축방향 팬 또는 축방향 압축기가 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에서, 반경방향 팬 또는 반경방향 압축기가 사용된다. 축방향 팬 또는 압축기와는 다르게, 반경방향 팬 또는 반경방향 압축기에 의해, 적어도 로터 블레이드 길이 방향의 일부에 걸쳐 안내되는 공기 흐름에 대해 더 긴 덕트 길이를 갖는 공기 채널링 덕트에서 보다 큰 압력 손실이 보상될 수 있다. 팬 또는 압축기에 대한 대안으로서, 다른 실시예에서는 공기 안내를 위한 다른 공지된 수단이 또한 제공될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 경계층의 흡입은 로터 블레이드의 흡입측 및 압력측 표면에서 슬릿 형상의 공기 입구를 통해 이에 따라 로터 블레이드의 서로에 대한 반대쪽 측면 상에서 이루어진다. 공기 출구는 예를 들어 트레일링 에지 세그먼트의 트레일링 에지 또는 블레이드 팁과 같이, 공기 입구에 대해 먼 영역에 있다.
바람직하게는, 로터 블레이드의 일 실시예에서, 각각의 트레일링 에지 세그먼트는 적어도 제1 및 제2 세그먼트 부분으로 구성된다. 트레일링 에지 세그먼트를 복수의, 바람직하게는 적어도 2개, 3개 또는 4개의 세그먼트 부분으로 세분하는 구성을 통해, 생산될 로터 블레이드의 내부 블레이드 부분 상에 트레일링 에지 세그먼트를 조립하는 것이 단순화된다. 예를 들어, 트레일링 에지 세그먼트의 적어도 하나의 세그먼트 부분은 내부 블레이드 부분의 제조 시에 내부 블레이드 부분 상에 배치될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 복수의 세그먼트 부분은 로터 블레이드의 길이 방향으로 연속적으로 배치되고, 이에 따라 트레일링 박스로도 지칭되는 트레일링 에지 세그먼트는 로터 블레이드의 연장 방향으로 인접하여 연속적으로 배치되는 세그먼트 부분으로 형성된다.
대안적인 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트를 내부 블레이드 부분에 연결 가능한 세그먼트 부분 및 트레일링 에지 세그먼트의 트레일링 에지를 포함하는 적어도 하나의 다른 세그먼트 부분으로 세분하는 것이 제공된다. 내부 블레이드 부분에 연결되거나 또는 연결될 수 있는 세그먼트 부분은 기부 세그먼트를 형성한다. 트레일링 에지를 포함하는 세그먼트 부분/부분들은 이 경우 바람직하게는 트레일링 에지 세그먼트의 헤드 세그먼트를 형성한다. 바람직하게는 기부 세그먼트로서 형성되는 세그먼트 부분은, 프로파일 깊이 방향으로 내부 블레이드 부분의 치수를 증가시키지 않고, 공장 출하시 장착을 가능하게 한다.
본 발명은 기부 세그먼트로서 형성된 세그먼트 부분이 헤드 세그먼트를 형성하는 각각의 세그먼트 부분에 대해 별도의 세분 평면(subdividing plane)을 포함하고, 이러한 세분 평면에서 헤드 세그먼트 또는 헤드 세그먼트들이 기부 세그먼트에 결합될 수 있게 됨으로써 바람직하게는 더욱 개발된다. 각각의 헤드 세그먼트에 대해 별도의 세분 평면을 제공함으로써, 각각의 세분 평면을 포함하는 기부 세그먼트의 영역으로의 할당이 단순화된다.
대안적인 유리한 실시예에 따르면, 복수의 또는 모든 헤드 세그먼트에 대한 기부 세그먼트는 연속적인 세분 평면을 포함하고, 이러한 세분 평면에서 각각의 헤드 세그먼트는 기부 세그먼트에 결합될 수 있다. 기부 세그먼트와 헤드 세그먼트 사이에서 복수의 또는 모든 할당 영역을 통해 연장되는 연속적인 세분 평면은 공통의 세분 평면 상에서 연속적으로 복수의 세그먼트 부분이 기부 세그먼트에 결합되어 이 경우 서로 지지될 수 있다는 이점을 제공한다. 이를 통해 복수의 헤드 세그먼트의 위치를 고정하기 위한 노력이 크게 감소된다.
본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따르면, 하나의 세분 평면 또는 복수의 세분 평면은 기부 세그먼트가 로터 블레이드에 연결될 때 4 m 이하의 로터 블레이드의 최대 프로파일 깊이가 존재하도록 배치된다. 위에서 설명한 범위의 최대 프로파일 깊이를 유도하는 길이 방향 분할이 선택됨으로써, 트레일링 에지 세그먼트의 사전 장착된 기부 세그먼트를 포함하는 로터 블레이드의 이송 능력이 현저하게 개선된다.
세분 평면은 바람직하게는 실질적으로 로터 블레이드 축의 길이 방향으로 정렬된다. 바람직하게는, 로터 블레이드 축과 세분 평면 또는 세부 평면들 사이에 30 ° 또는 그 이하의 범위의 각도가 걸쳐진다.
또 다른 바람직한 실시예에 따르면, 기부 세그먼트 및/또는 헤드 세그먼트는 형상 맞춤 로킹 방식으로 서로 결합된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 트레일링 에지 세그먼트는 적어도 제1 및 제2 고정 요소를 통해 내부 블레이드 부분에 연결되고, 바람직하게는 고정 요소는 로터 블레이드 길이 방향으로 서로에 대해 간격을 두고 배치된다. 바람직하게는, 제1 고정 요소는 블레이드 루트에 바로 근접하여 배치된다. 적어도 하나의 추가의 고정 요소, 즉 제2 고정 요소는 대략 트레일링 에지 세그먼트의 대향하는 단부 상에 배치된다. 트레일링 에지 세그먼트가 복수의 세그먼트 부분으로 형성되는지 여부에 따라, 세그먼트 부분당 적어도 하나의 고정 요소, 또는 세그먼트 부분당 바람직하게는 2개의 고정 요소가 내부 블레이드 부분 상에 고정되도록 제공된다. 트레일링 에지 세그먼트의 연결은 더 이상 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 또는 하부 측면을 통해 이루어지지 않고, 고정 요소를 통해 이루어지므로, 내부 블레이드 부분으로부터 트레일링 에지 세그먼트로의 전이 영역에는 로터 블레이드의 흡입측 및 압축측 표면 상에 슬릿 또는 갭의 형태의 본 발명에 따른 공기 입구 및/또는 공기 출구가 형성될 수 있다. 바람직하게는, 트레일링 에지 세그먼트는 트레일링 에지 세그먼트의 외부 측면에 의해 차폐되는, 적어도 제1 및 제2 고정 요소를 위한 수용 공간을 형성한다. 따라서, 고정 요소는 환경적 영향으로부터 보호되며, 또한 로터 블레이드의 공기 역학에 악영향을 미치지 않는다.
바람직하게는, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 하나의 고정 요소는 트레일링 에지 세그먼트를 강화하는 적어도 하나의 리브 형성 본체를 포함하고, 리브 형성 본체는 바람직하게는 적어도 하나, 2개 또는 그 초과의 고정 지점을 통해 내부 블레이드 부분의 외부 표면에 그리고 트레일링 에지 세그먼트의 내부 측면에 연결된다. 리브 형성 본체에 의해, 트레일링 에지 세그먼트는, 특히 로터 블레이드 상에서의 흡입측에 할당되는 상부 측면 및 로터 블레이드 상에서의 흡입측에 할당되는 트레일링 에지 세그먼트의 하부 측면이 바람직하게는 서로에 대해 치수적으로 안정된 방식으로 배치되도록 강화된다. 고정 요소에서 트레일링 에지 세그먼트의 수용 공간에 배치되는 리브 형성 본체는 각각 바람직하게는 적어도 2개의 고정 지점을 통해, 내부 블레이드 부분의 외부 표면에 의해 그리고 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 및 하부 측면의 각각 할당된 내부 표면 상에서 고정된다. 바람직하게는, 리브 형성 본체는 마찰 결합 또는 재료 결합에 의해 내부 블레이드 부분 및 트레일링 에지 세그먼트의 상응하는 할당된 표면 영역과 연결된다.
본 발명의 일 실시예에서, 리브 형성 본체 상에는, 내부 블레이드 부분 및 트레일링 에지 세그먼트의 연결 표면에 할당되어 있는 연결 리브 또는 연결 웨브가 배치되며, 이에 의해 바람직하게는 고정 요소와 그에 결합되는 구성 요소 사이의 연결 영역이 증가된다. 이를 통해, 트레일링 에지 세그먼트와 로터 블레이드의 내부 블레이드 부분 사이의 구조적 연결이 더욱 개선된다.
바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 리브 형성 본체는 각각 연결 표면 또는 에지를 포함하고, 이러한 연결 표면 또는 에지는 예를 들어 트레일링 에지 세그먼트의 전체 프로파일 깊이에 걸쳐 연장되고 및/또는 트레일링 에지 세그먼트의 상부 측면 및/또는 하부 측면 상에서 수용 공간 내부에 고정된다. 프로파일 깊이를 따른 각각의 강화 리브의 길이를 통해, 한편으로는 트레일링 에지 세그먼트의 경화가 이루어지고, 다른 한편으로는 균일한 하중 전달이 보장된다. 트레일링 세그먼트의 내부에 이러한 에지를 고정하면, 외부 영향으로부터 결합을 보호할 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 제1 및 제2 리브 형성 본체는 내부 블레이드 부분의 기하학적 구조에 매칭되는 하나 이상의 횡방향 에지를 포함한다. 횡방향 에지는 이 경우 트레일링 에지 세그먼트 부분의 상부 측면으로부터 하부 측면으로 연장된다. 횡방향 에지를 내부 블레이드 부분의 기하학적 구조에 매칭시킴으로써, 고정 요소와 내부 블레이드 부분의 정확한 피팅 방식의 결합이 보장된다. 따라서, 횡방향 에지는 내부 블레이드 부분과 트레일링 에지 세그먼트 부분의 연결을 더욱 강화시킬 수 있다. 따라서 횡방향 에지 또는 부착 기부로부터 내부 블레이드 부분으로의 견고한 연결도 마찬가지로 이를 통해 가능하다.
바람직하게는, 제1 리브 형성 본체 및 제2 리브 형성 본체는 그 연결 표면이 재료 결합 방식의 및/또는 형상 맞춤 로킹 방식의 연결을 통해 고정된다. 이 경우, 리브 형성 본체 및 연결 표면은 각각 공통의 접촉 표면에서 서로 연결된다. 각각의 연결 기술은 이 경우 발생하는 하중 및 트레일링 에지 세그먼트 및 내부 블레이드 부분의 기하학적 구조에 따라 조정된다. 특히 견고한 연결은 형상 맞춤 로킹 방식의 그리고 재료 결합 방식의 연결의 조합에 의해 달성된다.
바람직한 실시예에서, 재료 결합 방식의 연결은 접착 연결, 특히 2성분 접착제를 포함하는 접착 연결을 포함한다. 이러한 접착 연결은 이 경우 예컨대 유리 섬유 강화 플라스틱으로부터 알루미늄 구성 요소로의 힘의 도입과 같이, 상이한 재료의 경우에도 힘의 도입이 이루어질 수 있다는 이점을 갖는다. 연결 표면과 리브 형성 본체의 단면은 감소되지 않고, 응력 분포가 균일하게 이루어진다. 또한 접착 연결을 통해, 제조 과정에서 발생할 수 있는 피팅 부정확성이 보상될 수 있다.
특히 바람직한 실시예에서, 마찰 결합 방식의 연결은 리벳 연결, 나사 연결, 볼트 연결 및/또는 루프 연결을 포함한다. 연결 지점에서 높은 부하가 가해질 때 이러한 연결 기술이 유리하다. 리벳, 나사 및 볼트 연결은 이 경우 높은 하중이 전달될 수 있고 필요한 연결 요소가 고품질로 제작될 수 있다는 이점을 갖는다. 이를 통해 연결 영역에서 높은 수준의 안전성이 보장된다. 또한, 이러한 연결 기술은 비용 효율적이다. 높은 지점 하중 도입의 경우, 특히 부하를 2개의 스트랜드로 분할함으로써 루프 연결이 유리하다.
바람직하게는, 제1 리브 형성 본체와 제1 연결 표면 그리고 제2 리브 형성 본체와 제2 연결 표면은 서로 평면 평행하게 배치된다. 평면 평행한 배치를 통해, 각각의 리브 형성 본체 및 연결 표면이 연결부를 형성하는 충분히 큰 영역이 제공된다.
본 발명은 또한 타워, 나셀 및 로터를 구비하는 풍력 터빈에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 로터에 연결된 로터 블레이드가 위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들 중 하나에 따라 설계됨으로써, 본 발명에 따른 로터 블레이드에서 기초가 되는 목적을 달성한다. 본 발명에 따라 설계된 이러한 로터 블레이드에 의해, 로터 블레이드 상의 경계층 제어가 가능하고, 이를 통해 풍력 터빈의 효율이 간단한 방식으로 개선될 수 있다.
또한, 본 발명은 또한 위에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들 중 하나에 따라 설계되는 복수의 풍력 터빈을 갖는 풍력 발전 지역에 관한 것이다.
본 발명에 따른 로터 블레이드에 대해 설명된 바람직한 실시예 또는 개선예는 동시에 또한 본 발명에 따른 풍력 터빈 및 본 발명에 따른 풍력 발전 지역의 바람직한 실시예이다.
본 발명은 이하에서 첨부된 도면을 참조하여 가능한 실시예들을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력 터빈을 도시한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 로터 블레이드의 일부의 사시도를 도시한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 로터 블레이드의 일부의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 로터 블레이드의 도면으로서, 자연 공기 흐름의 경우의 단면도를 도시한다.
도 5는 도 3에 따른 로터 블레이드의 도면으로서, 팬 또는 압축기에 의해 발생된 강제 공기 흐름의 경우를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 로터 블레이드의 흡입측 또는 압력측 표면 상의 공기 입구 또는 공기 출구의 가능한 패턴의 도면을 도시한다.
도 2는 제1 실시예에 따른 본 발명에 따른 로터 블레이드의 일부의 사시도를 도시한다.
도 3은 제2 실시예에 따른 본 발명에 따른 로터 블레이드의 일부의 사시도를 도시한다.
도 4는 도 3에 따른 로터 블레이드의 도면으로서, 자연 공기 흐름의 경우의 단면도를 도시한다.
도 5는 도 3에 따른 로터 블레이드의 도면으로서, 팬 또는 압축기에 의해 발생된 강제 공기 흐름의 경우를 도시한다.
도 6a 내지 도 6c는 로터 블레이드의 흡입측 또는 압력측 표면 상의 공기 입구 또는 공기 출구의 가능한 패턴의 도면을 도시한다.
바람직한 실시예들의 특정 특징들이 개별의 실시예들에 대해서만 설명되지만, 본 발명은 또한 서로 다른 실시예들의 개별의 특징들의 조합에 대해서도 확장된다.
도 1은 타워(102) 및 나셀(104)을 갖는 풍력 터빈(100)을 도시한다. 나셀(104)에는 3개의 로터 블레이드(108) 및 스피너(110)를 갖는 로터(106)가 배치된다. 로터(106)는 작동 중에 바람에 의해 회전 운동되고, 이를 통해 나셀(104) 내의 발전기(도시되지 않음)를 구동시킨다.
로터 블레이드(108)는 각각 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')를 포함하며, 이러한 트레일링 에지 세그먼트에 의해 이들은 순응성 로터 블레이드로서 설계된다. 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')는 다음의 도 2 및 도 3에서 상세히 인식될 수 있는 바와 같이, 복수의 세그먼트 부분으로 세분된다.
도 2에서, 로터 블레이드(108)는 제1 실시예에 따른 트레일링 에지 세그먼트(112)와 함께 도시된다. 도 2에 도시된 로터 블레이드(108)는 로터 블레이드 루트(1)에 연결되는 내부 블레이드 부분(2)에서, 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 연장시키는 트레일링 에지 세그먼트(112)를 포함한다. 트레일링 에지 세그먼트(112)는 트레일링 에지 세그먼트(112) 상의 트레일링 에지(8)에 의해 서로 분리되는 흡입측 표면(4) 및 압력측 표면(6)을 포함한다.
트레일링 에지(8)에 대해, 트레일링 에지 세그먼트(112)와 로터 블레이드(108)의 내부 블레이드 부분(2)의 연결 측면이 배치된다. 연결 측면 상에서, 트레일링 에지 세그먼트(112)의 흡입측 및 압력측 표면(4, 6)을 한정하는 제1 에지(10a) 및 제2 에지(10b)(도 4 참조)가 연장된다. 에지(10a, 10b)는 로터 블레이드(108)의 곡률에 매칭되고, 실질적으로 로터 블레이드 길이 방향으로 연장된다. 트레일링 에지 세그먼트(112)의 트레일링 에지(8)는 장착된 상태에서 로터 블레이드(108)에서의 내부 블레이드 부분(2)에 연결되는 영역의 트레일링 에지(12)에 대해 정렬되어, 여기로 흐름 방식으로 전이된다.
본 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트(112)는 내부 블레이드 부분(2)에 대한 연결 측면을 포함하는 기부 세그먼트로서 형성된 세그먼트 부분(14)을 포함한다. 트레일링 에지 세그먼트(112)는 연결 측면을 포함하는 기부 세그먼트(14)와, 기부 세그먼트(14)에 결합되어 헤드 세그먼트를 형성하는 세그먼트 부분(16, 18)을 포함한다. 양쪽의 헤드 세그먼트(16, 18)는 각각 트레일링 에지 세그먼트(112)의 트레일링 에지(8)의 일부를 형성한다. 헤드 세그먼트(16, 18)는 로터 블레이드 길이 방향 축에 대략 평행하게 연장되는 세분 평면(20, 20')에서 기부 세그먼트(14)로부터 분리된다.
도시된 실시예에서, 에지(10a)는 내부 블레이드 부분(2)의 외부 표면 또는 외부 윤곽에 대해 간격을 두고 트레일링 에지 세그먼트(112)의 기부 세그먼트(14)에서 종료되고, 이를 통해 트레일링 에지 세그먼트(112)의 압력측 표면(6)과 내부 블레이드 부분(2) 사이에 갭(22)이 형성된다. 내부 블레이드 부분(2)으로부터 트레일링 에지 세그먼트(112)로의 전이 영역에 형성되는 갭(22)을 통해, 로터 블레이드(108)의 압력측 표면(6) 상의 경계층의 흡입 또는 블로잉 아웃이 가능하게 된다. 바람직하게는, 갭(22)을 통해 트레일링 에지 세그먼트(112)의 내부로의 공기 입구(24)가 형성되거나 또는 트레일링 에지 세그먼트의 내부로부터의 공기 출구(26)가 형성된다.
대안적으로 또는 선택적으로 보다 상세히 도시되지 않은 본 발명의 실시예에서, 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 상에서 에지(10b)도 마찬가지로 내부 블레이드 부분(2)의 외부 구조에 대해 간격을 두고 배치되어, 이에 따라 갭(22')이 존재한다. 갭(22')에 의해, 대안적으로 공기 입구(24') 또는 선택적으로 공기 입구(24') 또는 공기 출구(26)가 형성된다. 공기 입구(24') 또는 공기 출구(26')를 통해 마찬가지로 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 상에서의 유동하는 공기 흐름의 제어가 달성된다.
도 3은 로터 블레이드의 루트 영역에서 트레일링 에지 세그먼트(112')가 로터 블레이드(108)의 내부 블레이드 부분(2) 상에 배치되는 로터 블레이드(108)의 제2 실시예를 도시한다. 트레일링 에지 세그먼트(112)와는 다르게, 트레일링 에지 세그먼트(112')는 로터 블레이드 길이 방향으로 서로 인접하여 그리고 연속적으로 내부 블레이드 부분(2) 상에 배치되는 복수의 세그먼트 부분(28, 28', 28")으로 형성된다. 세그먼트 부분(28, 28')으로 구성되는 트레일링 에지 세그먼트(112')는 내부 블레이드 부분(2)의 외부 구조에 대해 간격을 두고 배치되는 에지(10a, 10b)를 또한 포함한다.
따라서, 바람직한 실시예에서, 도 3에 도시된 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 및 압력측 표면(108) 상에, 갭(22, 22')의 형태의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')가 형성된다. 로터 블레이드(108) 상에 형성되는 각각의 갭(22, 22')은 일 실시예에서 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')에 대해 연속적일 수 있다. 이 경우, 갭(22)은 내부 블레이드 부분(2)과 트레일링 에지 세그먼트(112') 사이의 전이 영역에 형성된다. 다른 실시예에서, 갭(22, 22')은 실질적으로 서로에 대해 직렬로 배치되고 로터 블레이드 길이 방향 축에 대해 대략 평행하게 연장되는 복수의 개별 갭을 포함한다. 또한 공기 입구(24, 24') 또는 공기 출구(26, 26')는 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 및 압력측 표면(6) 상에서 내부 블레이드 부분과 트레일링 에지 세그먼트(112') 사이의 전이 영역에 형성된다.
도 4는 도 3의 로터 블레이드(108)의 실시예를 단면도로 도시한다. 트레일링 에지 세그먼트(112')는 복수의 고정 요소(30, 30')에 의해 내부 블레이드 부분(2) 상에 배치된다. 내부 블레이드 부분(2)은 도시된 실시예에서 대략 링 형상 또는 타원형 형상의 단면을 가지며, 여기서 내부 블레이드 부분(2)의 단면 형상은 블레이드 루트로부터 내부 블레이드 부분의 거리에 따라 변한다. 도 3에 도시된 트레일링 에지 세그먼트(112')의 실시예에서, 각각의 세그먼트 부분(28, 28', 28")은 적어도 2개의 고정 요소(30, 30')를 통해 로터 블레이드(108)의 내부 블레이드 부분 상에 고정된다.
도 4는 특히 로터 블레이드(108)의 양측면을 따라 흐르는 공기 흐름의 경계층 제어가 추가적인 수단에 의한 의도된 제어 없이 이루어지는 본 발명의 실시예를 도시한다. 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4)과 비교하여 압력측 표면(6) 상에서 정적인 더 높은 압력으로 인해 그리고 로터 블레이드(108)의 압력측과 흡입측 사이에 형성된 압력차로 인해, 갭(22, 22')을 통해, 로터 블레이드의 압력측으로부터 로터 블레이드의 흡입측 상으로 트레일링 에지 세그먼트(112')를 통해 자연적으로 생성된 공기 흐름(보상 흐름)이 생성된다. 도시된 실시예에서, 갭(22)은 압력측에 공기 입구(24)를 형성하고, 갭(22')은 흡입측에 공기 출구(26)를 형성한다. 따라서, 공기 흐름은 로터 블레이드(108)의 압력측 표면 상에서 흡입되고, 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 상에서 블로잉 아웃된다. 로터 블레이드의 흡입측 표면(4) 상에서의 공기 흐름의 블로잉 아웃에 의해, 여기에서 유동하는 공기 흐름은 안정화되고, 특히 로터 블레이드(108)의 트레일링 영역에서, 즉 트레일링 에지 세그먼트 상에서 난류가 회피된다. 도 4에 도시된 실시예에서, 흡입측 상의 공기 흐름은 블레이드 프로파일을 따라 유동하는 공기의 실제 흐름 방향에 대해 반대로 블로잉 아웃된다.
도시되지 않은 실시예에서, 공기 출구(26)는 공기 출구를 통해 트레일링 에지 세그먼트(112')로부터 블로잉 아웃된 공기가 대략 블레이드 프로파일을 따라 흐르는 공기의 방향으로 흘러나가도록 배치된다.
도 5에서, 로터 블레이드(108)는 그 내부 블레이드 부분(2) 및 그 위에 배치된 트레일링 에지 세그먼트(112')가 다시 단면도로 다시 도시되어 있다. 도 4에 도시된 실시예와는 반대로, 도 5의 로터 블레이드(108)는 상세하게 도시되지 않은 팬 또는 압축기를 포함하며, 이러한 팬 또는 압축기는 트레일링 에지 세그먼트(112') 내부에 배치된다. 팬 또는 압축기에 의해, 트레일링 에지 세그먼트(112') 내부에 강제 공기 흐름이 생성되고, 여기서 이전에 설명된 실시예와는 반대로 이제 공기 입구(24')는 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 상에 위치되고, 공기 출구(26')는 로터 블레이드(108)의 압력측 표면(6) 상에 위치된다. 공기 입구(24')를 통해 로터 블레이드(108)의 흡입측 상의 공기 흐름의 흡입에 의해, 로터 블레이드의 트레일링 에지 세그먼트(112')의 영역에서 경계층의 두꺼워짐이 상쇄된다. 흡입측 상에서 흡입된 공기 흐름은 트레일링 에지 세그먼트(112')의 팬 또는 압축기를 통해, 로터 블레이드의 압력측 표면(6) 상에서의 공기 출구(26')를 통해 블로잉 아웃된다. 흡입은 도 5에 도시된 실시예에서 로터 블레이드 상에서 유동하는 공기의 방향으로 이루어지고, 블로잉 아웃은 로터 블레이드 상에서 유동하는 공기의 유동 방향과 반대로 이루어진다. 보다 상세하게 도시되지 않은 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트 내에는 공기 입구(24')에 연결되는 공기 유입 덕트가 배치된다. 또 다른 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트 내에는 공기 출구(26')에 연결되는 공기 유출 덕트가 제공된다. 보다 상세히 도시되지 않은 본 발명의 다른 실시예에서, 트레일링 에지 세그먼트(112') 내부에는, 공기 입구와 공기 출구 사이의 연결부를 형성하고 적어도 특정 영역에서 로터 블레이드 길이 방향에 대해 평행하게 연장되는 공기 채널링 덕트가 배치된다.
도 6a 내지 도 6c는 바람직하게는 내부 블레이드 부분(2)으로부터 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')로의 전이 영역에서 로터 블레이드(108)의 흡입측 표면(4) 및/또는 압력측 표면(6)에 형성되는 공기 입구(24, 24') 및/또는 공기 출구(26, 26')의 가능한 실시예를 도시한다. 공기 입구 또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')는 슬릿 또는 갭(22, 22')의 형상을 갖는다. 갭(22, 22')은 도 6a에 도시된 실시예에서 서로에 대해 직렬로 배치되는 복수의 개별 갭(32, 32')으로 형성될 수 있으며, 여기서 개별 갭(32, 32')은 로터 블레이드 길이 방향에 대해 실질적으로 평행하게 연장된다.
도 6b에 도시된 실시예에서, 갭(22, 22')은 마찬가지로 실질적으로 로터 블레이드 길이 방향으로 연장되는 복수의 개별 갭(32, 32')으로 형성된다. 도 6a에 도시된 실시예와는 대조적으로, 서로에 대해 바로 인접하는 개별 갭은 로터 블레이드 길이 방향에 대해 횡방향으로, 즉 프로파일 깊이로 서로에 대해 오프셋되어 배치되고, 그들의 단부 영역에서 중첩부를 포함한다. 중첩부는 대략 개별 갭(32, 32')의 길이의 약 1/5의 크기에 대응한다. 다른 중첩부 비율도 가능하다. 도 6b에 도시된 실시예에 의해, 내부 블레이드 부분(2)과 트레일링 에지 세그먼트(112, 112') 사이의 전이 영역에서 갭(22, 22')의 동일한 총 길이에서 로터 블레이드의 흡입측 또는 압력측 표면(4, 6) 상에서의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')의 확대된 횡단면이 달성된다.
도 6c는 로터 블레이드(108)의 부분의 개략도를 도시한다. 로터 블레이드(108)는 현재 도시된 실시예에서 트레일링 에지 세그먼트(112')의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 연속적인 갭(22)을 흡입측 및 압력측 표면(4, 6) 상에 포함한다. 도 6c에 도시된 바와 같이, 공기 입구 또는 공기 출구를 위한 갭(22)은 트레일링 에지 세그먼트(112')의 표면에 직접 형성된다. 연속적인 갭(22) 대신에, 그들의 복수의 개별 갭(32, 32')을 갖는 도 6a 및 도 6b에 도시된 갭(22')이 로터 블레이드 상에 제공되는 것도 또한 가능하다.
1 : 블레이드 루트
2 : 내부 블레이드 부분
4 : 흡입측 표면 6 : 압력측 표면
8 : 트레일링 에지 10a, 10b : 에지
12 : 트레일링 에지 14 : 기부 세그먼트
16, 18 : 헤드 세그먼트 20, 20' : 세분 평면
22, 22' : 갭 24, 24' : 공기 입구
26, 26' : 공기 출구 28, 28', 28" : 세그먼트 부분
30, 30' : 고정 요소 32, 32' : 개별 갭
100 : 풍력 터빈 102 : 타워
104 : 나셀 106 : 로터
108 : 로터 블레이드 110 : 스피너
112, 112' : 트레일링 에지 세그먼트
4 : 흡입측 표면 6 : 압력측 표면
8 : 트레일링 에지 10a, 10b : 에지
12 : 트레일링 에지 14 : 기부 세그먼트
16, 18 : 헤드 세그먼트 20, 20' : 세분 평면
22, 22' : 갭 24, 24' : 공기 입구
26, 26' : 공기 출구 28, 28', 28" : 세그먼트 부분
30, 30' : 고정 요소 32, 32' : 개별 갭
100 : 풍력 터빈 102 : 타워
104 : 나셀 106 : 로터
108 : 로터 블레이드 110 : 스피너
112, 112' : 트레일링 에지 세그먼트
Claims (15)
- 풍력 터빈용 로터 블레이드(108)로서,
로터 블레이드 루트(root)(1)로부터 시작하여 상기 로터 블레이드(10)의 길이 방향으로 연장되는 내부 블레이드 부분(2),
로터 블레이드 길이 방향의 일부분을 따라 상기 로터 블레이드의 프로파일 깊이를 증가시키기 위해 상기 내부 블레이드 부분(2) 상에 배치되는 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')
를 포함하고,
상기 로터 블레이드(108)는, 특정 영역에서 상기 내부 블레이드 부분(2) 및 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 부분으로 각각 형성되는 압력측 표면(4) 및 흡입측 표면(6)을 포함하는 것인, 로터 블레이드(108)에 있어서,
상기 로터 블레이드(108)의 상기 압력측 및/또는 흡입측 표면(4, 6) 상에서 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 영역에는 실질적으로 로터 블레이드 길이 방향으로 연장되는 적어도 하나의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')가 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드. - 제1항에 있어서, 상기 로터 블레이드(108)의 상기 압력측 및 흡입측 표면(4, 6) 상에는 각각 적어도 하나의 슬릿 형상의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')가 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 각각의 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')는 상기 내부 블레이드 부분(2)으로부터 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')로의 전이 영역에 직접 형성되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 공기 입구(24)는 상기 로터 블레이드(108)의 상기 압력측 표면(6) 상에 배치되고, 상기 공기 출구(26)는 상기 로터 블레이드의 상기 흡입측 표면(4) 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')는 실질적으로 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')는, 상기 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26') 상에 지향성 공기 흐름을 위한 공기 유입 덕트 또는 공기 유출 덕트가 형성되도록, 상기 내부 블레이드 부분 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제6항에 있어서, 상기 공기 유입 덕트 또는 공기 유출 덕트는 상기 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26')의 영역에서의 상기 공기 흐름을 상기 내부 블레이드 부분(2)의 각각의 인접한 외부 표면에 대해 실질적으로 평행하게 전환시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로터 블레이드(108)는 팬 또는 압축기를 포함하고, 상기 공기 입구 및 상기 공기 출구(24, 24', 26, 26')는 적어도 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')를 통한 강제 이동식 공기 안내를 위해 상기 팬 또는 압축기와 유체 채널링 방식으로 연통하는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제8항에 있어서, 상기 팬 또는 압축기는 상기 로터 블레이드(108)의 상기 내부 블레이드 부분(2)에 배치되고, 바람직하게는 상기 내부 블레이드 부분(2)은 자체의 구조 본체 내에 상기 팬 또는 상기 압축기와 상기 공기 입구 및/또는 공기 출구(24, 24', 26, 26') 사이의 유체 채널링 방식의 연결을 위한 공기 통과 개구 및/또는 공기 채널링 덕트를 포함하는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제8항에 있어서, 상기 팬 또는 압축기는 상기 로터 블레이드(108)의 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112') 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')는 적어도 제1 및 제2 세그먼트 부분(14, 16, 18, 28, 28', 28")으로 구성되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')는 적어도 제1 및 제2 고정 요소(30, 30')를 통해 상기 내부 블레이드 부분(2)과 연결되고, 바람직하게는 상기 고정 요소(30, 30')는 로터 블레이드 길이 방향으로 서로에 대해 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 제12항에 있어서, 적어도 하나의 고정 요소(30, 30')는 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')를 강화하는 적어도 하나의 리브 형성 본체를 포함하고, 상기 리브 형성 본체는 바람직하게는 적어도 하나, 2개 또는 그 초과의 고정 지점을 통해 상기 내부 블레이드 부분(2)의 외부 표면에 그리고 상기 트레일링 에지 세그먼트(112, 112')의 내부 측면에 연결되는 것을 특징으로 하는 로터 블레이드.
- 타워(102), 나셀(104) 및 로터(106)를 포함하는 풍력 터빈(100)에 있어서,
상기 로터(106)에 연결되는, 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 따른 적어도 하나의 로터 블레이드(108)를 특징으로 하는 풍력 터빈. - 제14항에 따른 복수의 풍력 터빈을 포함하는 풍력 발전 지역.
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