DE102013006203B4 - rotor blade for a wind turbine - Google Patents
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Abstract
Rotorblatt mit einem Profil (1), das eine Saugseite (2), eine Druckseite (3), eine Profilnase (4), eine Profilhinterkante (5) und eine Profilsehne (6) mit einer Profiltiefe (T) aufweist, wobei die Druckseite (3) mit einem festen Radius (RD) konvex gekrümmt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Saugseite (2) nur in einem mittleren Abschnitt (Zb) mit einem festen Radius (RS) konvex gekrümmt ist.Rotor blade with a profile (1) which has a suction side (2), a pressure side (3), a profile nose (4), a profile trailing edge (5) and a profile chord (6) with a profile depth (T), wherein the pressure side (3) is convexly curved with a fixed radius (RD), characterized in that the suction side (2) is convexly curved only in a central section (Zb) with a fixed radius (RS).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Rotorblatt mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.The present invention relates to a rotor blade having the features of the preamble of claim 1.
Windkraftanlagen zeichnen sich durch eine besonders komplexe Rotoraerodynamik aus. Neben der Blattrotation ist der Rotor zusätzlich äußeren Einflüssen, wie atmosphärischer Turbulenz, sowie zeitlichen und räumlichen Schwankungen der Anströmungsgeschwindigkeit, ausgesetzt. Viele dieser strömungsmechanischen Problemstellungen an Windkraftanlagen sind mit denen an Hubschrauberrotoren eng verwandt und damit direkt übertragbar.Wind turbines are characterized by particularly complex rotor aerodynamics. In addition to the blade rotation, the rotor is also exposed to external influences such as atmospheric turbulence and temporal and spatial fluctuations in the flow velocity. Many of these fluid mechanics problems in wind turbines are closely related to those in helicopter rotors and are therefore directly transferable.
Damit sich bei einem aerodynamischen Auftrieb eines Rotorblatts die Auftriebskraft voll entfalten kann, muss die Strömung des Windes möglichst lange am Profil des Rotorblatts anliegen. Durch das längere Anliegen der Strömung wird zudem, die von der Rotorspitze ausgehende Schallemission verringert.In order for the aerodynamic lift of a rotor blade to fully develop its lift force, the wind flow must remain in contact with the profile of the rotor blade for as long as possible. The longer the flow remains in contact with the rotor blade, the noise emissions from the rotor tip are also reduced.
Aus der
Ferner sind aus der
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Rotorblatt anzugeben, das gute aerodynamische Eigenschaften aufweist und die von der Rotorspitze ausgehende Schallemission reduziert.It is an object of the present invention to provide a rotor blade which has good aerodynamic properties and reduces the noise emission emanating from the rotor tip.
Diese Aufgabe wird von einem Rotorblatt mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a rotor blade having the features of claim 1.
Danach ist ein Rotorblatt mit einem Profil, das eine Saugseite, eine Druckseite, eine Profilnase, eine Profilhinterkante und eine Profilsehne mit einer Profiltiefe aufweist, wobei die Druckseite mit einem festen Radius konvex gekrümmt ist, vorgesehen, bei dem die Saugseite nur in einem mittleren Abschnitt mit einem festen Radius konvex gekrümmt ist. Die zirkelschlagartige Formgebung der Saugseite bedingt dabei ein langes Anliegen der Luftmasse.According to this, a rotor blade is provided with a profile that has a suction side, a pressure side, a profile nose, a profile trailing edge and a profile chord with a profile depth, wherein the pressure side is convexly curved with a fixed radius, in which the suction side is only convexly curved in a central section with a fixed radius. The circular shape of the suction side causes the air mass to be applied for a long time.
Bei der erfinderischen Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn der mittlere Abschnitt der Saugseite wenigstens eine Länge aufweist, deren Projektion auf die Profilsehne sich über einen Bereich von 10% bis 90% der Profiltiefe von der Profilnase aus erstreckt. Dadurch liegt die Strömung besonders lange und zwar bis zu 90% der Profiltiefe von der Profilnase aus an.In the inventive embodiment, it is advantageous if the middle section of the suction side has at least one length whose projection onto the profile chord extends over a range of 10% to 90% of the profile depth from the profile nose. As a result, the flow is particularly long, namely up to 90% of the profile depth from the profile nose.
Weiterhin ist es bevorzugt vorgesehen, dass der Radius der Druckseite äquivalent zur doppelten Profiltiefe ist.Furthermore, it is preferably provided that the radius of the pressure side is equivalent to twice the profile depth.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Radius der Saugseite äquivalent zur Profiltiefe ist.It is advantageous if the radius of the suction side is equivalent to the profile depth.
Zudem ist es vorteilhaft, wenn der vordere und hintere Abschnitt der Saugseite mit dem zirkelschlagartigen mittleren Abschnitt der Saugseite so verbunden sind, dass die mathematische Funktion des Verlaufs differenzierbar ist.In addition, it is advantageous if the front and rear sections of the suction side are connected to the circular middle section of the suction side in such a way that the mathematical function of the course is differentiable.
Bei der erfinderischen Ausführungsform weist zudem die Verdrehung und Verjüngung des Profils einen linearen Verlauf auf, der an den Durchmesser des Rotors angepasst wird. Somit kann eine konstant anliegende Strömungsgeschwindigkeit des Windes an dem Rotorblatt von der Blattwurzel bis zur Blattspitze erreicht werden, was eine optimale Energieausbeute und einen geräuscharmen Betrieb gewährleistet.In the inventive embodiment, the twisting and tapering of the profile also has a linear course that is adapted to the diameter of the rotor. This makes it possible to achieve a constant flow speed of the wind on the rotor blade from the blade root to the blade tip, which ensures optimal energy yield and low-noise operation.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt:
-
1 : einen Querschnitt eines Rotorblattes, -
2 : schematische Darstellung einer Windkraftanlage, -
3 : Profilansicht einer linearen Profilverdrehung, sowie -
4 : Konstruktionsskizze der linearen Profilverdrehung.
-
1 : a cross-section of a rotor blade, -
2 : schematic representation of a wind turbine, -
3 : Profile view of a linear profile twist, as well as -
4 : Design sketch of the linear profile twist.
In der
Der Verlauf der Saugseite 2 hingegen lässt sich in drei Abschnitte einteilen: einen vorderen, einen mittleren und einen hinteren Abschnitt Za,Zb,Zc. Für die Beschreibung der Abschnitte Za,Zb,Zc werden zwei Punkte A,B auf der Profilsehne 6 definiert: der erste Punkt A liegt von der Profilnase 4 ausgehend bei einer Tiefe von 10% der Profiltiefe T, der zweite Punkt B liegt von der Profilnase 4 aus bei einer Tiefe von 90% der Profiltiefe T. Der vordere Abschnitt Za der Saugseite 2 ist dann definiert als das Stück von der Profilnase 4 bis zu dem ersten Schnittpunkt, an dem das Lot vom ersten Punkt A der Profilsehne 6 die Saugseite 2 schneidet. Der Abschnitt von diesem ersten Schnittpunkt aus bis zum zweiten Schnittpunkt, an dem das Lot vom zweiten Punkt B der Profilsehne 6 die Saugseite 2 schneidet, wird als mittlerer Abschnitt Zb bezeichnet. Weiterhin ist der hintere Abschnitt Zc gegeben als das Teilstück zwischen dem zweiten Schnittpunkt und der Profilhinterkante 5. Dabei weist der Verlauf des mittleren Abschnitts Zb eine konstante Krümmung auf mit einem Radius Rs, der äquivalent zur doppelten Profiltiefe T ist. Der vordere und hintere Abschnitt Za, Zc verbinden den mittleren Abschnitt Zb der Saugseite 2 mit der Profilnase 4 und Profilhinterseite 5 so, dass die beschreibende mathematische Funktion an jeder Stelle differenzierbar ist und ein konvexer Verlauf der Saugseite 2 beibehalten wird.The course of the
Durch den zirkelschlagartigen Verlauf des mittleren Abschnitts Zb der Saugseite 2 wird ein längeres Anliegen der Strömung bewirkt und somit die Geräuschemission weitgehend reduziert.The circular course of the middle section Z b of the
Der dargestellte Einstellwinkel zwischen Rotorebene und Profilsehne 6 hat die Position an der Blattwurzel. Die Verdrehung und Verjüngung des Profils wird linear gestaltet und ist von dem Durchmesser des Rotors abhängig. Wobei vorzugsweise das Profil eine Verjüngung von der Blattwurzel bis zu der Blattspitze in der Profiltiefe und der dazu senkrecht liegenden Profilhöhe um die Hälfte aufweist.The setting angle shown between the rotor plane and the
Allgemein ist der Verdrehwinkel α(r) bei gleichbleibender Steigung S durch folgende Gleichung gegeben:
Der Verdrehwinkel α(r) gibt somit die Verdrehung des Profils ausgehend von der Blattwurzel des Rotorblatts an.The twist angle α(r) thus indicates the twist of the profile starting from the blade root of the rotor blade.
Zur Leistungsregelung wird ein sogenannter Anstellwinkel des Rotors, der Winkel zwischen der Richtung der anströmenden Luft und der Profilsehne, verändert. Dabei wird der Anstellwinkel an der Blattwurzel eingestellt, so dass dieser Winkel das gesamte Rotorblatt gegenüber der anströmenden Luft dreht. Durch die Verdrehung des Rotorblatts flacht so stets der Anstellwinkel linear von der Blattwurzel zur Blattspitze hin ab.To regulate the performance, the so-called angle of attack of the rotor, the angle between the direction of the incoming air flow and the profile chord, is changed. The angle of attack is set at the blade root so that this angle rotates the entire rotor blade relative to the incoming air flow. By twisting the rotor blade, the angle of attack always flattens linearly from the blade root to the blade tip.
Mittels der erfindungsgemäßen Profilverdrehung kann der Verdrehwinkel α(r) für jeden beliebigen Punkt des Rotorblattes errechnet werden. Die lineare Profilverdrehung und deren Konstruktion sind für alle Größen von Windkraftanlagen, alle Steigungen und alle Anstellwinkel anwendbar. Durch die erfindungsgemäße Verdrehung des Rotorblattprofils kann eine konstante Steigung von der Blattwurzel zur Blattspitze erreicht werden, wodurch der Rotor sich geräuscharm und energieeffizient dreht.Using the profile twisting according to the invention, the twisting angle α(r) can be calculated for any point on the rotor blade. The linear profile twisting and its design can be used for all sizes of wind turbines, all pitches and all angles of attack. Using the twisting of the rotor blade profile according to the invention, a constant pitch can be achieved from the blade root to the blade tip, which means that the rotor rotates quietly and energy efficiently.
Bezugszeichenreference sign
- 11
- Profilprofile
- 22
- Saugseitesuction side
- 33
- Druckseiteprint page
- 44
- Profilnaseprofile nose
- 55
- Profilhinterkanteprofile trailing edge
- 66
- Profilsehneprofile chord
- 6161
- Profilsehneprofile chord
- 6262
- Profilsehneprofile chord
- 77
- Nabehub
- 88
- Rotorblattrotor blade
- 99
- Blattwurzelleaf root
- 1010
- Blattspitzeleaf tip
- TT
- Profiltiefetread depth
- RDRD
- Radius DruckseiteRadius print side
- RSRS
- Radius Saugseiteradius suction side
- ZaZa
- vorderer Abschnittfront section
- ZbZb
- mittlerer Abschnittmiddle section
- ZcZc
- hinterer Abschnittrear section
- dd
- Drehachse Rotoraxis of rotation rotor
- rsrs
- Abstand d-10distance d-10
- rmrm
- Abstand d-8distance d-8
- rwrw
- Abstand d-9distance d-9
- DD
- Drehrichtung des Rotorsdirection of rotation of the rotor
- WW
- Anströmrichtung des Windesdirection of the wind
- αsαs
- Verdrehwinkel zwischen Profilsehne der Blattwurzel und Profilsehne der Blattspitzeangle of twist between the profile chord of the blade root and the profile chord of the blade tip
- αwαw
- Winkel zwischen Drehachse und Profilsehne der BlattwurzelAngle between the axis of rotation and the profile chord of the blade root
- αmαm
- Verdrehwinkel zwischen Profilsehne der Blattwurzel und Profilsehne der BlattmitteTwist angle between the profile chord of the blade root and the profile chord of the blade center
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