WO2011117276A2 - Rotorblatt für h-rotor - Google Patents

Rotorblatt für h-rotor Download PDF

Info

Publication number
WO2011117276A2
WO2011117276A2 PCT/EP2011/054410 EP2011054410W WO2011117276A2 WO 2011117276 A2 WO2011117276 A2 WO 2011117276A2 EP 2011054410 W EP2011054410 W EP 2011054410W WO 2011117276 A2 WO2011117276 A2 WO 2011117276A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
rotor blade
rotor
segment
leading edge
blade
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/054410
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2011117276A3 (de
Inventor
Robert Penn
Original Assignee
Penn, Anneliese
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 Penn, Anneliese filed Critical Penn, Anneliese
Publication of WO2011117276A2 publication Critical patent/WO2011117276A2/de
Publication of WO2011117276A3 publication Critical patent/WO2011117276A3/de

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/061—Rotors characterised by their aerodynamic shape, e.g. aerofoil profiles
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D3/00—Wind motors with rotation axis substantially perpendicular to the air flow entering the rotor 
    • F03D3/06—Rotors
    • F03D3/062—Rotors characterised by their construction elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/21—Rotors for wind turbines
    • F05B2240/211—Rotors for wind turbines with vertical axis
    • F05B2240/214—Rotors for wind turbines with vertical axis of the Musgrove or "H"-type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/301—Cross-section characteristics
    • Y—GENERAL 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Definitions

  • the invention relates to a rotor blade for a vertical axis wind turbine according to the preamble of claim 1 and a rotor with at least one such rotor blade and a wind turbine with at least one such rotor blade.
  • Wind turbines are used to obtain usable mechanical power, which air flow, so wind is withdrawn.
  • This usable mechanical power is today usually converted by generators into electrical power.
  • This wind turbines usually have a rotor with at least one rotor blade, also called rotor blade or short wing or blade, which rotates about an axis of rotation. The wind drives the rotor, i. he puts him in rotation. By coupling the rotor with a generator wind energy can thus be converted into electrical energy.
  • the rotors are differentiated between those with a horizontal axis of rotation and those with a vertical axis of rotation. The following is essentially about vertical axis rotors and their rotor blades go.
  • the original Darrieus rotor has a rotor shaft with a vertical rotor axis. In the area below usually two rotor blades are mounted opposite each other on the rotor shaft. The rotor blades are curved along their longitudinal direction in such a way that they can be re-attached to the rotor shaft in the upper area.
  • rotor shaft About one or more struts one or more rotor blades are attached to the rotor shaft.
  • the rotor blades of the H rotor rotate on a cylindrical surface about the vertical axis of rotation of the H rotor.
  • the rotor shaft is designed as a hub.
  • rotor shaft is also understood to mean the outer part of a hub (rotor).
  • rotors are also characterized by the fact that they have a more uniform torque curve of the torque in the direction of rotation at a given wind speed, ie the difference between the minima and the maxima of the torque as a function of rotor position to a reference direction (ie the angle) is lower.
  • the rotor thus runs more uniformly.
  • the invention is based on the observation that rotors with rotor blades tilted against the vertical produce a torque dependent on the angular position relative to the wind direction and thus oscillating, which does not act in the direction of rotation.
  • This torque can lead to undesirable tilting vibrations and / or bending vibrations of the rotor blade, the struts and / or the rotor shaft. These vibrations must be considered constructively and make the wind turbine more expensive.
  • the invention has for its object to provide a rotor blade for a rotor of a vertical axis wind turbine, which can start the rotor well independently, but still does not stimulate the rotor to unwanted vibrations.
  • the invention has the object to provide a corresponding rotor or a corresponding wind turbine.
  • the rotor blade has at least one segment with a leading edge, which is swept in or against the direction of travel.
  • the segment has two rotor blade sections (hereafter abbreviated: sections) which are tilted relative to the vertical in opposite directions.
  • the resulting from the tilting of the two sections turning and / or tilting moments compensate each other at least partially.
  • the segment is shaped such that the resulting from the tilting of the two sections turning and / or tilting moments are fully compensated.
  • a rotor blade section In conventional vertical tilted rotor blades is always a rotor blade section, ie a rotor blade segment flowed particularly effective.
  • This rotor blade section moves with a rotation of the rotor relative to Wind direction as a function of the tilting direction of the rotor blade from bottom to top or vice versa. Accordingly, the points of attack of the forces acting on the rotor blade migrate (as far as they are dependent on the wind direction). This wandering of the points of application of the forces generates the above-mentioned unwanted vibrations.
  • the rotor blade according to the invention has at least one swept segment, a portion of the segment in the running direction and another portion of the segment is tilted relative to the running direction of the rotor blade relative to the vertical.
  • the rotor with a rotor blade according to claim 1 runs much better than a rotor with a corresponding number of vertically arranged rotor blades.
  • segment of the rotor blade has at least two sections tilted in different directions against the vertical, which sections can but do not need to pass directly into one another.
  • the leading edge is the line at the leading edge of the rotor blade, which is flowed frontally during a forward movement of the rotor blade, ie during its rotation in its preferred direction.
  • the segment of the rotor blade is understood as meaning any section of the rotor blade which is located between two wing cross sections.
  • Arrowed means that the leading edge is bent in or against the direction of movement of the rotor blade or even has a kink.
  • the direction of travel is the direction in which the rotor blade rotates, i. in which the rotor blade points with its leading edge. It should be noted, however, that the segments, when rotating about the rotor axis on preferably cylinder jacket surfaces run, d. H. are curved accordingly.
  • the rotor blade and / or the segment have a cross-sectional plane, which is also the plane of symmetry of the rotor blade or of the segment.
  • a cross-sectional plane which is also the plane of symmetry of the rotor blade or of the segment.
  • a plane of symmetry is any possibly imaginary plane to whose two sides the rotor blade and / or the segment are mirror-inverted.
  • At least a portion of the leading edge of the segments lies on a cylinder jacket surface. This reduces the flow resistance of the rotor blade.
  • the leading edge is curved in at least one of the end portions of the rotor blade in the direction of the horizontal. This reduces the wind resistance of the rotor blade. The effect is based on the fact that the rotor blade generates a wake, which is reduced when at least one of the end portions of the rotor blade is curved in the direction of the horizontal.
  • At least one of the segments is swept in the running direction, wherein the ends of the segment are curved in the running direction, ie the segment has an upper and a lower end portion whose leading edges in running direction direction are curved.
  • a rotor blade segment resembles the wing of the maple (Acer platanoides). This form has proven to be particularly aerodynamic.
  • the rotor blade preferably has at least one second segment that is offset relative to the first segment in the running direction and / or radially offset.
  • the rotor blade can thus be multi-part. Thereby, the effective rotor blade area and thus the lift, i. the mechanical power available for a given wind force can be increased without substantially changing the dimensions of the rotor.
  • the second segment is radially offset from the first segment, it does not run in the flow shadow of the first segment and can significantly contribute to the increase in useful power.
  • the two segments are connected together at their ends, wherein the ends are preferably formed as radial webs. These webs reduce the wake turbulence of the rotor blade and thus the flow resistance.
  • the two segments may be e.g. be connected to each other via at least one further web. This improves the torsional rigidity of the rotor blade.
  • Figures la and lb show a rotor blade
  • FIGS. 2a and 2b show another rotor blade
  • FIG. 4 shows a further rotor blade
  • FIG. 5 shows an arrangement of rotor blades according to FIG. 4 in plan view.
  • the rotor blade 10 in Fig.la has a to a rotational movement about an axis parallel to the plane of the axis 5, adapted and shown in Fig lb profile (section through plane A-A).
  • the rotor blade 10 has a leading edge 12, which is curved approximately half way between the lower end 17 and the upper end 21 of the rotor blade 10 so that it is swept. Above and below the curvature, the leading edge 12 is straight.
  • the rotor blade 10 is preferably made in one piece and has two vertically inclined portions 15 and 20, namely an upper half 20 and a lower half 15.
  • the upper end 21 of the upper portion 20 is opposite to the lower end 22 of the upper portion 20 against tilted indicated by an arrow 30 running direction.
  • the upper end 16 of the lower portion 15 is tilted against the lower end 17 of the lower portion 15 in the direction of the direction 30.
  • the two sections 15, 20 are mirror-symmetrical to the plane A-A.
  • the upper end 16 of the lower portion 15 and the lower end 22 of the upper portion 20 are identical to each other.
  • the leading edge 12 in the region above the curvature is at the leading edge 12 in the region below the curvature in an angle ß defining the sweep of about 110 °, which can be ⁇ 30 ° varied.
  • the distance between the leading edge 12 and the rear edge 13 of the rotor blade is constant. Both edges 12, 13 lie on a cylindrical surface 35 (see Fig. Lb).
  • the plane of the drawing in FIG. 1a is thus the cylinder jacket surface 35.
  • Identical reference symbols are used for identical or similar parts or details in the other figures.
  • a segment of the rotor blade 10 in the sense of the claims can be, for example, the region between the two auxiliary planes 31 drawn in dashed lines. Because the auxiliary planes can be moved to the upper or lower end of the rotor blade includes the term "segment" in this example, the entire rotor blade.
  • the rotor blade 10 in FIG. 2a like the rotor blade in FIG. 1a and FIG. 1b, has a profile adapted to rotational movement about an axis 5 parallel to the plane of the drawing (compare section through plane AA in FIGS. , Accordingly, in Fig. 2a, the plane of the drawing in Fig. 2b indicated cylinder jacket surface 35.
  • the shape of the rotor blade 10 is modeled on the shape of the fruit wing of Norway maple.
  • the leading edge 12 is swept as shown in Fig. La, but here swinging: starting from the lower end of the leading edge 12, the leading edge is first curved in the direction 30.
  • the leading edge 12 extends approximately vertically ( ⁇ 15 °).
  • the distance from the leading edge 12 to the rear edge 13 of the rotor blade 10 is at least substantially constant (deviation less than 10%) except for the upper and lower fifths of the rotor blade 10. In the upper and in the lower fifth of the rotor blade 10, the distance decreases to about one third.
  • the two tangents 40 in the region of the transitions of the curvature of the leading edge 12 define the sweep and intersect at an angle ⁇ of about 110 ° (meaning: 110 ° ⁇ about 30 °).
  • the sectional plane A-A is a plane of symmetry of the rotor blade 10
  • the rotor blade 100 in FIG. 3 a and FIG. 3 b has two separate segments 101, 102.
  • the segment 101 corresponds in shape to the rotor blade shown in FIG. 1a.
  • the segment 102 corresponds in shape to the rotor blade shown in FIG. 2a.
  • the two segments 101 and 102 are in the running direction and radially in such opposite nander offset that the second segment 102 preferably at nominal rotational speed of the rotor is not in the lee or in the wake of the wake segment of the first segment 102 runs.
  • the rotor blade 100 in FIG. 4 has five differently swept segments 101 to 105, which are arranged offset radially relative to one another in the running direction 30 (see FIG. 4).
  • FIG. 5 shows the arrangement of three rotor blades 100 according to FIG. 4 to form an H rotor, wherein the rotor shaft, the generator and the struts with which the rotor blades are struck on the rotor shaft or the generator are not shown for the sake of simplicity.
  • the segment 101 is substantially identical to the rotor blade in FIGS. 1a and 1b.
  • the segments 102 to 105 are similar in shape to the rotor blade 10 of Fig. 2a and Fig. 2b.
  • Each of the five segments 105 rotates on a separate cylinder jacket surface 34 about the axis of rotation 5 (see Fig. 5).
  • the leading edge 12 has a plurality of discontinuous portions.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Wind Motors (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Supercharger (AREA)

Abstract

Ein H-Rotor mit Rotorblättern (10), die wenigstens ein Segment aufweisen, dessen Anströmkante (12) in oder entgegen der Laufrichtung gepfeilt ist, läuft gut an und neigt nicht zu unerwünschten Schwingungen.

Description

Rotorblatt für H-Rotor
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft ein Rotorblatt für eine vertikalachsige Windkraftanlage nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie einen Rotor mit mindestens einem solchen Rotorblatt und eine Windkraftanlage mit mindestens einem solchen Rotorblatt.
Stand der Technik
Windkraftanlagen dienen der Gewinnung von nutzbarer mechanischer Leistung, welche Luftströmung, also Wind entzogen wird. Diese nutzbare mechanische Leistung wird heute meist durch Generatoren in elektrische Leistung umgewandelt. Dazu haben Windkraftanlagen in der Regel einen Rotor mit mindestens einem Rotorflügel, auch Rotorblatt oder kurz Flügel oder Blatt genannt, der um eine Drehachse rotiert. Der Wind treibt den Rotor an, d.h. er versetzt ihn in Rotation. Durch eine Kopplung des Rotors mit einem Generator kann somit Windenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.
Bei den Rotoren unterscheidet man zwischen solchen mit einer horizontalen Drehachse und solchen mit einer vertikalen Drehachse. Nachfolgend soll es im Wesentlichen um vertikalachsige Rotoren und deren Rotorblätter gehen.
Grundtyp der vertikalachsigen Rotoren mit Rotorblättern die den aerodynamischen Auftrieb nutzen ist der sogenannte Darrieus Rotor. Der ursprüngliche Darrieus Rotor hat eine Rotorwelle mit vertikaler Rotorachse. Im unteren Bereich sind meist zwei Rotorblätter einander gegenüberliegend an der Rotorwelle befestigt. Die Rotorblätter sind derart entlang ihrer Längsrichtung gekrümmt, dass sie im oberen Bereich wieder an der Rotorwelle befestigt werden können. Es sind auch Darrieus Rotoren mit einem, drei, vier oder mehr Rotorblättern bekannt. Aus dem Darrieus Rotor hat sich als Abwandlung der sogenannte H-Rotor entwickelt. Auch dieser hat eine Rotorwelle mit vertikaler Rotorachse. Über eine oder mehrere Streben sind an der Rotorwelle eine oder mehrere Rotorblätter befestigt. Die Rotorblätter des H-Rotors rotieren auf einer Zylinderfläche um die vertikale Drehachse des H-Rotors. Manchmal ist die Rotorwelle als Nabe ausgeführt. Nachfolgend wird der Einfachheit halber unter dem Begriff Rotorwelle auch das äußere Teil einer Nabe (Läufer) verstanden.
Problematisch beim Darrieus-Rotor und auch beim H-Rotor ist, dass diese nicht oder nur sehr schlecht von alleine anlaufen (vgl. Erich Hau, Windkraftanlagen, Kap. 3.1, 4. Aufl., Springer, Heidelberg 2008). Deshalb hat man den H-Rotor dahingehend modifiziert, dass man die Längsrichtung das Rotorblatt in Laufrichtung gegen die Vertikale verkippt. Rotoren mit diesen gegen die Vertikale verkippten Rotorblättern laufen besonders gut an, weil zumindest ein Segment zumindest eines Rotorblatts so angeströmt wird, dass der Auftrieb dieses Segments genügt, um das für das Anlaufen des Rotors notwendige Losbrechmoment zu erzeugen. Diese Rotoren zeichnen sich zudem dadurch aus, dass sie bei gegebener Windgeschwindigkeit einen gleichmäßigeren Drehmomentverlauf des Drehmoments in Rotationsrichtung aufweisen, d.h. die Differenz zwischen den Minima und den Maxima des Drehmoments als Funktion der Rotorstellung zu einer Bezugsrichtung (also des Winkels) ist geringer. Der Rotor läuft somit gleichförmiger. Darstellung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, dass Rotoren mit gegen die Vertikale verkippten Rotorblättern ein von der Winkelstellung zur Windrichtung abhängiges und somit oszilierendes Drehmoment erzeugen, welches nicht in Rotationsrichtung wirkt. Dieses Drehmoment kann zu unerwünschten Kippschwingungen und/oder Biegeschwingungen des Rotorblattes, der Streben und/oder der Rotorwelle führen. Diese Schwingungen sind konstruktiv zu berücksichtigen und verteuern die Windkraftanlage.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Rotorblatt für einen Rotor einer vertikalachsigen Windkraftanlage bereitzustellen, das den Rotor gut selbstständig anlaufen lässt, aber dennoch den Rotor nicht zu unerwünschten Schwingungen anregt. Zudem liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde einen entsprechenden Rotor bzw. eine entsprechende Windkraftanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Das Rotorblatt weist wenigstens ein Segment mit einer Anströmkante auf, die in oder entgegen der Laufrichtung gepfeilt ist. Somit hat das Segment zwei Rotorblattabschnitte (nachfolgend kurz: Abschnitte), die relativ zur Vertikalen in einander entgegengesetzte Richtung verkippt sind. Die aus der Verkippung der beiden Abschnitte resultierenden Dreh- und/oder Kippmomente kompensieren einander zumindest teilweise. Vorzugsweise ist das Segment derart geformt, dass die aus der Verkippung der beiden Abschnitte resultierenden Dreh- und/oder Kippmomente vollständig kompensiert werden.
Bei herkömmlichen gegen die vertikale gekippten Rotorblättern ist immer ein Rotorblattabschnitt, d.h. ein Rotorblattsegment besonders effektiv angeströmt. Dieser Rotorblattabschnitt wandert bei einer Drehung des Rotors relativ zur Windrichtung in Abhängigkeit von der Kipprichtung des Rotorblatts von unten nach oben bzw. umgekehrt. Entsprechend wandern die Angriffspunkte der auf das Rotorblatt wirkenden Kräfte (soweit sie Windrichtungsabhängig sind). Dieses wandern der Angriffspunkte der Kräfte erzeugt die oben genannten unerwünschten Schwingungen. Weil das Rotorblatt nach der Erfindung mindestens ein gepfeiltes Segment aufweist, ist ein Abschnitt des Segmentes in Laufrichtung und ein anderer Abschnitt des Segmentes gegen die Laufrichtung des Rotorblatts relativ zur Vertikalen verkippt. Dadurch gibt es im Bereich des Segments zwei Rotorblattabschnitte, die bei der Drehung des Rotors besonders effektiv angeströmt werden und in entgegengesetzte Richtungen wandern. Einer wandert nach oben und der andere nach unten. Somit wandern auch die Angriffspunkte der auf die Flügelabschnitte wirkenden Kräfte in einander entgegengesetzte Richtungen. Deshalb wandert der Angriffspunkt der resultierenden Kraft - wenn überhaupt noch - deutlich weniger. Man kann sagen die Bewegungen der Angriffspunkte in der Vertikalen kompensieren sich. Deshalb werden durch gepfeilte Rotorblätter nach Anspruch 1 die unerwünschten Schwingungen nach dem Stand der Technik reduziert oder sogar vermieden. Weil das Rotorblatt aber zumindest zwei gegen die Vertikale, d.h. in bzw. entgegen der Laufrichtung verkippte Abschnitte aufweist, läuft der Rotor mit einem Rotorblatt nach Anspruch 1 wesentlich besser an, als ein Rotor mit einer entsprechenden Anzahl vertikal angeordneter Rotorblätter.
Man kann auch sagen, das Segment des Rotorblatts weist mindestens zwei in unterschiedliche Richtung gegen die Vertikale gekippte Abschnitte auf, die unmittelbar in einander übergehen können, aber nicht müssen.
Die Anströmkante ist die Linie an der Vorderkante des Rotorblatts, die bei einer Vorwärtsbewegung des Rotorblatts d. h. bei dessen Rotation in seiner Vorzugsrichtung frontal angeströmt wird. Als Segment des Rotorblatts wird jedes Teilstück des Rotorblatts verstanden, das sich zwischen zwei Flügelquerschnitten befindet.
Gepfeilt bedeutet, dass die Anströmkante in oder entgegen der Bewegungsrichtung des Rotorblatts gebogen ist oder sogar einen Knick aufweist.
Als Laufrichtung wird die Richtung bezeichnet in die das Rotorblatt rotiert, d.h. in die das Rotorblatt mit ihrer Anströmkante zeigt. Dabei ist aber zu berücksichtigen, dass die Segmente, wenn sie um die Rotorachse rotieren auf bevorzugt Zylindermantelflächen laufen, d. h. entsprechend gekrümmt sind.
Bevorzugt weisen das Rotorblatt und/oder das Segment eine Querschnittebene auf, die zudem auch die Symmetrieebene des Rotorblatts bzw. des Segments ist. Bei einem entsprechenden Rotorblatt bzw. Segment wird die horizontale Bewegung der Angriffspunkte der Kräfte besonders gut kompensiert.
Eine Symmetrieebene ist jede ggf. gedachte Ebene, zu deren beiden Seiten sich das Rotorblatt und/oder das Segment spiegelbildlich gleichen.
Bevorzugt liegt mindestens ein Abschnitt der Anströmkante der Segmente auf einer Zylindermantelfläche. Dadurch wird der Strömungswiderstand des Rotorblatts reduziert.
Bevorzugt ist die Anströmkante an mindestens einem der Endbereiche des Rotorblatts in Richtung der Horizontalen gekrümmt. Dadurch wird der Windwiderstand des Rotorblatts reduziert. Der Effekt beruht darauf, dass das Rotorblatt eine Wirbelschleppe erzeugt, die reduziert wird, wenn mindestens einer der Endbereiche des Rotorblatts in Richtung der Horizontalen gekrümmt ist.
Bevorzugt ist mindestens eines der Segmente in Laufrichtung gepfeilt, wobei die Enden des Segments in Laufrichtung gekrümmt sind, d.h. das Segment weist einen oberen und einen unteren Endabschnitt auf, dessen Anströmkanten in Lauf- richtung gekrümmt sind. In der Seitenansicht ähnelt ein solches Rotorblattsegment dem Fruchtflügel des Spitzahorns (Acer platanoides). Diese Form hat sich als besonders strömungsgünstig erwiesen.
Das Rotorblatt hat bevorzugt mindestens ein zweites Segment, dass gegenüber dem ersten Segment in Laufrichtung und/oder radial versetzt angeordnet ist. Das Rotorblatt kann somit mehrteilig sein. Dadurch kann die effektive Rotorblattfläche und somit der Auftrieb, d.h. die bei gegebener Windstärke nutzbare mechanische Leistung vergrößert werden, ohne die Abmessungen des Rotors wesentlich zu verändern. Wenn das zweite Segment radial gegen das erste Segment versetzt ist, läuft es nicht im Strömungschatten des ersten Segments und kann deutlich zur Erhöhung der nutzbaren Leistung beitragen.
Bevorzugt sind die beiden Segmente an ihren Enden miteinander verbunden, wobei die Enden bevorzugt als radiale Stege ausgebildet sind. Diese Stege reduzieren die Wirbelschleppe des Rotorblatts und somit den Strömungswiderstand. Zusätzlich können die beiden Segmente z.B. über mindestens einen weiteren Steg miteinander verbunden sein. Dadurch wird die Verwindungssteifigkeit des Rotorblatts verbessert.
Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen exemplarisch beschrieben.
Figur la und lb zeigen ein Rotorblatt
Figur 2a und 2b zeigen ein weiteres Rotorblatt
Figur 3a und 3b zeigen ein weiteres Rotorblatt Figur 4 zeigt ein weiteres Rotorblatt
Figur 5 zeigt eine Anordnung von Rotorblättern nach Fig. 4 in der Aufsicht.
Das Rotorblatt 10 in Fig.la hat ein an eine Rotationsbewegung, um eine zur Zeichenebene parallele Achse 5, angepasstes und in Fig lb gezeigtes Profil (Schnitt durch Ebene A-A). Das Rotorblatt 10 hat eine Anströmkante 12, die etwa auf halber Strecke zwischen dem unteren Ende 17 und dem oberen Ende 21 des Rotorblatts 10 gekrümmt ist, so dass sie gepfeilt ist. Oberhalb und unterhalb der Krümmung ist die Anströmkante 12 gerade. Das Rotorblatt 10 ist bevorzugt einstückig gefertigt und weist zwei gegen die Vertikale geneigte Abschnitte 15 und 20 auf, nämlich eine oberen Hälfte 20 und eine untere Hälfte 15. Das oberes Ende 21 des oberen Abschnitts 20 ist gegenüber dem unterem Ende 22 des oberen Abschnitts 20 gegen die durch einen Pfeil 30 angedeutete Laufrichtung verkippt. Das obere Ende 16 des unteren Abschnitts 15 ist gegen das untere Ende 17 des unteren Abschnitts 15 in Richtung der Laufrichtung 30 verkippt. Die beiden Abschnitte 15, 20 sind spiegelsymmetrisch zur Ebene A-A. Im gezeigten Beispiel sind das obere Ende 16 des unteren Abschnitts 15 und das untere Ende 22 des oberen Abschnitts 20 zueinander identisch. Die Anströmkante 12 im Bereich oberhalb der Krümmung steht zu der Anströmkante 12 im Bereich unterhalb der Krümmung in einem die Pfeilung definierenden Winkel ß von etwa 110°, der ±30° variiert werden kann. Der Abstand zwischen der Anströmkante 12 und der hinteren Kante 13 des Rotorblatts ist konstant. Beide Kanten 12, 13 liegen auf einer Zylindermantelfläche 35 (vgl. Fig lb). Die Zeichenebene in Fig. la ist somit die Zylindermantelfläche 35. Für gleiche oder ähnliche Teile bzw. Details in den anderen Figuren werden identische Bezugszeichen verwendet.
Ein Segment des Rotorblatts 10 im Sinne der Patentansprüche kann z.B. der Bereich zwischen den beiden gestrichelt eingezeichneten Hilfsebenen 31 sein. Weil die Hilfsebenen bis an das obere bzw. untere Ende des Rotorblattes verschoben werden können umfasst der Begriff„Segment" in diesem Beispiel auch das ganze Rotorblatt.
Das Rotorblatt 10 in Fig. 2a hat, ebenso wie das Rotorblatt in Fig. la und Fig. lb ein an eine Rotationsbewegung um eine zur Zeichenebene parallele Achse 5, angepasstes Profil (vgl. Schnitt durch Ebene A-A in Fig. lb bzw. 2b). Entsprechend ist in Fig. 2a die Zeichenebene die in Fig. 2b angedeutete Zylindermantelfläche 35. Die Form des Rotorblatts 10 ist der Form des Fruchtflügels des Spitzahorns nachempfunden. Die Anströmkante 12 ist wie in Fig. la gepfeilt, hier allerdings geschwungen: Vom unteren Ende der Anströmkante 12 beginnend ist die Anströmkante zunächst in Laufrichtung 30 gekrümmt. Nach etwa einem Drittel geht diese Krümmung in eine Krümmung gegen die Laufrichtung 30 über, um dann nach etwa einem weiteren Drittel wieder in eine Krümmung in Laufrichtung überzugehen. Die Aufteilung der Anströmkante in Drittel, d.h. die Änderung der Krümmungsrichtung nach je einem Drittel der Länge der Anströmkante, ist bevorzugt, aber rein beispielhaft. In ihrem oberen und unteren Endbereich verläuft die Anströmkante 12 in etwa vertikal (±15°). Der Abstand von der Anströmkante 12 zur hinteren Kante 13 des Rotorblatts 10 ist bis auf das obere und das untere Fünftel des Rotorblatts 10 zumindest im Wesentlichen (Abweichung kleiner als 10 %) konstant. Im oberen und im unteren Fünftel des Rotorblatts 10 verringert sich der Abstand auf etwa ein Drittel. Die beiden Tangenten 40 im Bereich der Übergänge der Krümmung der Anströmkante 12 definieren die Pfeilung und schneiden sich in einem Winkel ß von etwa 110° (sinnvoll: 110° ± etwa 30°). Die Schnittebene A-A ist eine Symmetrieebene des Rotorblatts 10
Das Rotorblatt 100 in Fig. 3a und Fig. 3b weist zwei separate Segmente 101, 102 auf. Das Segment 101 entspricht in der Form dem in Fig. la gezeigten Rotorblatt. Das Segment 102 entspricht in der Form dem in Fig. 2a gezeigten Rotorblatt. Die beiden Segmente 101 und 102 sind in Laufrichtung und radial derart gegenei- nander versetzt, dass das zweite Segment 102 bevorzugt bei Nenndrehzahl des Rotors nicht im Windschatten oder im Bereich der Wirbelschleppe des ersten Segments 102 läuft.
Das Rotorblatt 100 in Fig. 4 weist fünf unterschiedlich gepfeilte Segmente 101 bis 105 auf, die radial und in Laufrichtung 30 gegeneinander versetzt angeordnet sind (vgl. Fig. 4). Fig. 5 zeigt die Anordnung dreier Rotorblätter 100 nach Fig. 4zu einem H-Rotor, wobei die Rotorwelle, der Generator sowie die Streben, mit welchen die Rotorblätter an der Rotorwelle bzw. dem Generator angeschlagen sind der Einfachheit halber nicht eingezeichnet sind. Das Segment 101 ist im Wesentlichen identisch zu dem Rotorblatt in Fig. la und Fig. Ib. Die Segmente 102 bis 105 ähneln in der Form dem Rotorblatt 10 nach Fig. 2a und Fig. 2b. Jedes der fünf Segmente 105 rotiert auf einer separaten Zylindermantelfläche 34 um die Rotationsachse 5 (vgl. Fig. 5). Die Anströmkante 12 hat mehrere nichtzusammenhängende Abschnitte.
Bezugszeichenliste
5 Rotationsachse
10 Rotorblatt
12 Anströmkante
13 hintere Kante des Rotorblatts
15 untere Hälfte, unterer Abschnitt
16 oberes Ende des unteren Abschnitts
17 unteres Ende des unteren Abschnitts
20 obere Hälfte, oberer Abschnitt
21 oberes Ende des oberen Abschnitts
22 unteres Ende des oberen Abschnitts
30 Laufrichtung
35 Zylindermantelflächen
31 Hilfsebenen
40 Tangenten/Hilfslinien
A-A Schnittebene
ß Winkel, Pfeilung
100 Rotorblatt
101, Segment eines Rotorblatts
102, Segment eines Rotorblatts
103, Segment eines Rotorblatts
104, Segment eines Rotorblatts
105, Segment eines Rotorblatts

Claims

Patentansprüche
1. Rotorblatt (10) für einen Rotor einer vertikalachsigen Windkraftanlage, mit einem einen aerodynamischen Auftrieb erzeugendem Profil und einer Anströmkante (12),
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rotorblatt (10) wenigstens ein Segment aufweist, in dem die Anströmkante (12) in oder entgegen der Laufrichtung (30) gepfeilt ist.
2. Rotorblatt (10) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rotorblatt (10) und/oder das Segment eine Querschnittsebene aufweisen, die auch die Symmetrieebene des Rotorblatts bzw. des Segments ist.
3. Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
zumindest ein Abschnitt der Anströmkante (12) auf einer Zylindermantelfläche (35) liegt.
4. Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche
dadurch gekennzeichnet, dass
die Anströmkante (12) an mindestens einem Endbereiche des Rotorblatts (10) in Richtung der Horizontalen gekrümmt ist.
5. Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Rotorblatt (10) mindestens ein zweites Flügelsegment (102, 103, 104, 105) aufweist, dass gegenüber dem ersten Flügelsegment (101) in Laufrichtung (30) und/oder radial versetzt angeordnet ist.
6. Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens zwei Segmente an ihren Enden miteinander verbunden sind.
7. Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens eines der Segmente in Laufrichtung (30) gepfeilt ist, wobei die Enden des Segments in Laufrichtung (30) gekrümmt sind.
8. Rotor,
dadurch gekennzeichnet, dass
er mindestens ein Rotorblatt (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche aufweist.
9. Vertikalachsige Windkraftanlage,
dadurch gekennzeichnet, dass
sie mindestens ein Rotorblatt an einem der Ansprüche 1 bis 7 aufweist.
PCT/EP2011/054410 2010-03-23 2011-03-23 Rotorblatt für h-rotor WO2011117276A2 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010016086.5 2010-03-23
DE102010016086A DE102010016086A1 (de) 2010-03-23 2010-03-23 Rotorblatt für H-Rotor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2011117276A2 true WO2011117276A2 (de) 2011-09-29
WO2011117276A3 WO2011117276A3 (de) 2012-03-08

Family

ID=44625827

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/054410 WO2011117276A2 (de) 2010-03-23 2011-03-23 Rotorblatt für h-rotor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102010016086A1 (de)
WO (1) WO2011117276A2 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9267490B1 (en) * 2012-08-21 2016-02-23 Sandia Corporation Aeroelastically coupled blades for vertical axis wind turbines
US20180320657A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Grand Mate Co., Ltd. Fluid-driven power device

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013010947B3 (de) * 2013-06-28 2014-07-17 Thomas Lang Offener, durchströmter Strömungskonzentrator und offener, durchströmter Strömungsrezeptor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT359007B (de) * 1978-10-11 1980-10-10 Wiener Brueckenbau Windkraftmaschine
DE3300083A1 (de) * 1983-01-04 1984-07-26 Erich Herter Turbine zur umsetzung von insbesondere windenergie
DE3425313A1 (de) * 1984-07-10 1986-01-23 Erich Herter Windturbine
DE3502712A1 (de) * 1985-01-28 1986-07-31 Erich 8011 Heimstetten Herter Windturbine
DE69301094T2 (de) * 1993-10-14 1996-12-19 Raul Ernesto Verastegui Windturbine mit senkrechter Achse
DE4442861A1 (de) * 1994-12-02 1996-06-05 Raul Ernesto Verastegui Windturbine mit Drehachse im wesentlichen rechtwinklig zur Windrichtung mit variabler Geometrie
DE29608787U1 (de) * 1996-05-15 1996-08-08 Freimund, Wolfgang, 22179 Hamburg Windkraftanlage
ITBZ20070022A1 (it) * 2007-05-24 2008-11-25 Ropatec Srl Ala per turbine eoliche ad asse di rotazione verticale
AT10992U1 (de) * 2008-09-18 2010-02-15 Novak Karl Windkraftanlage

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ERICH HAU: "Windkraftanlagen", 2008, SPRINGER

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9267490B1 (en) * 2012-08-21 2016-02-23 Sandia Corporation Aeroelastically coupled blades for vertical axis wind turbines
US20180320657A1 (en) * 2017-05-04 2018-11-08 Grand Mate Co., Ltd. Fluid-driven power device

Also Published As

Publication number Publication date
DE102010016086A1 (de) 2011-11-24
WO2011117276A3 (de) 2012-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102011051831B4 (de) Rotorblatt für eine Windkraftanlage mit einem Saugseitenwinglet
EP3330530B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage
EP2655874B1 (de) Windkraft-rotor und verfahren zur energieerzeugung damit
DE19920560A1 (de) Windkraftanlage mit Vertikalrotor
DE102014002078B4 (de) Vertikal-Windgenerator
EP2594784A2 (de) Vertikalwindturbine und Rotorblatt hierfür
WO2009071150A2 (de) Wells-turbine mit passiver rotorblattverstellung
EP1244872A1 (de) Rotorblatt für eine windenergieanlage
WO2010097204A2 (de) Wasserrad
EP3399183B1 (de) Rotorblatt einer windenergieanlage
WO2011117276A2 (de) Rotorblatt für h-rotor
DE102015102541A1 (de) Windkraftanlage und Verfahren zu ihrer Regelung
EP1387954B1 (de) Vertikalachs-windturbine
WO2020043722A1 (de) Rotorblatt, windenergieanlage und verfahren zum optimieren einer windenergieanlage
DE29880145U1 (de) Windmühlenrotor und Rotorblätter hierfür
WO2020016351A1 (de) Rotorblatt für eine windenergieanlage und windenergieanlage
WO2013190117A1 (de) Rotor einer vertikalachsigen windkraftanlage
DE202008005724U1 (de) Axial durchströmte Windturbine
EP3969743A1 (de) Rotorblatt und windenergieanlage
CH700422B1 (de) Axial durchströmte Windturbine.
DE202018003498U1 (de) Längenvariabler H-Darrieus-Rotor
DE102008051297B3 (de) Rotorblatt einer Windkraftanlage
EP3280910A1 (de) Windenergieanlagen-rotorblatt
DE8228078U1 (de) Vertikalachsenrotor
DE212016000270U1 (de) Windkraftstation

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11714505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 11714505

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A2