РОТОРНАЯ ЛОПАСТЬ, ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА, А ТАКЖЕ СПОСОБЫ МОНТАЖА И ИЗГОТОВЛЕНИЯ РОТОРНОЙ ЛОПАСТИ
ROTOR BLADE, WIND-DRIVEN POWER PLANT, AS WELL AS METHODS OF MOUNTING AND MANUFACTURING OF ROTOR BLADE

Данное изобретение касается роторной лопасти, ветроэнергетической установки, а также способов монтажа и изготовления роторной лопасти.
Роторная лопасть ветроэнергетической установки содержит как правило верхний и нижний оболочечные элементы. Эти оболочечные элементы своими внешними поверхностями, по существу, образуют внешнюю геометрию роторной лопасти, причем могут присоединяться дополнительные элементы, например, сегмент задней кромки и/или острие лопасти. Как правило роторная лопасть содержит верхний оболочечный элемент с полкой лонжерона и/или нижний оболочечный элемент с полкой лонжерона. Полка лонжерона или, соответственно, полки лонжерона предпочтительно расположены на внутренней стороне оболочечных элементов. Полка лонжерона предпочтительно расположена на внутренней поверхности оболочечного элемента или в ней, и/или заделана в этот оболочечный элемент. Полки лонжерона предназначены, в частности, для повышения жесткости роторной лопасти в продольном направлении, так что они выполнены, в частности, с возможностью восприятия сил вдоль продольной протяженности роторной лопасти. Полки лонжерона в общем выполнены таким образом, что они имеют первый и второй концы. Полка лонжерона, кроме того, как правило имеет плоскую геометрию, обладающую продольной протяженностью и поперечной протяженностью. Перпендикулярно поперечной протяженности и перпендикулярно продольной протяженности полка лонжерона предпочтительно имеет толщину.
Среди прочего из-за возрастающих экономических требований к ветроэнергетическим установкам можно обнаружить тенденцию к тому, что эти ветроэнергетические установки, например, в плане высоты расположения ступицы и/или диаметра ротора становятся все большими. Диаметр ротора как правило находится в прямой взаимосвязи от продольной протяженности отдельных роторных лопастей, причем продольная протяженность в свою очередь оказывает влияние на вес каждой отдельной роторной лопасти. Из-за увеличения размеров и/или веса роторных лопастей затрудняется обращение с отдельной роторной лопастью. Это важно, в частности, при монтаже роторной лопасти, так как роторная лопасть предпочтительно точно направляется к ступице и/или соединительному устройству лопасти ветроэнергетической установки. Наряду с этой и без того трудной задачей позиционирования большой и тяжелой роторной лопасти, в конкретных случаях добавляются и другие осложняющие краевые условия, например, неблагоприятные погодные условия.
Из-за как правило сложного позиционирования роторной лопасти во время монтажа нередко приходится сдвигать сроки монтажа. Тем самым, затягивается сооружение одной отдельной установки и/или целого парка ветроэнергетических установок, что как правило приводит к большим расходам. Это может в свою очередь снизить рентабельность ветроэнергетических установок и/или повредить репутации их изготовителя. Существующие устройства и способы обладают различными преимуществами, однако, требуются дальнейшие улучшения.
Немецкое патентное ведомство при проведении информационного поиска по приоритетной заявке выявило следующую публикацию, раскрывающую уровень техники: DE 10 2011 076 937 B3.
Поэтому задачей данного изобретения является предложение роторной лопасти, ветроэнергетической установки, а также способов монтажа и изготовления роторной лопасти, которые снизят или устранят один или несколько из названных недостатков. В частности, одна задача изобретения заключается в предложении роторной лопасти, ветроэнергетической установки, а также способов монтажа и изготовления роторной лопасти, которые обеспечивают лучшее позиционирование роторной лопасти во время монтажа. Кроме того, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить роторную лопасть, ветроэнергетическую установку, а также способы монтажа и изготовления роторной лопасти, которые делают возможным сооружение ветроэнергетических установок, которое может осуществляться более независимо от краевых условий, например, от метеорологических условий.
Согласно первому аспекту данного изобретения названная вначале задача решается посредством роторной лопасти для ветроэнергетической установки, причем эта роторная лопасть имеет продольное направление, проходящее от комлевой области до острия лопасти, поперечное направление, проходящее от передней кромки к концевой кромке, толщину, проходящую перпендикулярно продольному направлению и перпендикулярно поперечному направлению, а также имеет сторону давления и противолежащую стороне давления сторону разрежения, и содержит переднюю полку лонжерона со стороны давления и/или заднюю полку лонжерона со стороны давления, переднюю полку лонжерона со стороны разрежения и/или заднюю полку лонжерона со стороны разрежения, устройство приложения нагрузки, которое расположено между по меньшей мере одной из полок лонжерона со стороны давления и по меньшей мере одной из полок лонжерона со стороны разрежения, причем это устройство приложения нагрузки имеет устройство для подсоединения нагрузки, которое расположено и выполнено так, чтобы принимать подъемное устройство, проводимое через подъемное отверстие, и это подъемное отверстие расположено на стороне давления и/или на стороне разрежения, и подъемное отверстие в поперечном направлении расположено между передней полкой лонжерона со стороны давления и задней полкой лонжерона со стороны давления, и/или в поперечном направлении расположено между передней полкой лонжерона со стороны разрежения и задней полкой лонжерона со стороны разрежения.
Комлевая область роторной лопасти - это предпочтительно та область роторной лопасти, которая в режиме эксплуатации ветроэнергетической установки обращена к ступице. Далее, предпочтительно эта комлевая область как правило имеет круговое поперечное сечение, перпендикулярное продольной оси роторной лопасти, и расположенный на конце роторной лопасти фланец, которым роторная лопасть крепится на ступице и/или на соединительном устройстве лопасти.
Острие лопасти располагается противоположно комлевой области, так что острие лопасти расположено на конце роторной лопасти, который обращен от ступицы и/или от соединительного устройства лопасти ветроэнергетической установки. Между концом роторной лопасти в комлевой области и концом роторной лопасти у острия лопасти в продольном направлении проходит продольная протяженность роторной лопасти.
Перпендикулярно продольной протяженности роторной лопасти в поперечном направлении проходит поперечная протяженность. Поперечная протяженность роторной лопасти проходит, в частности, от передней кромки до концевой кромки. Область, примыкающая к передней кромке роторной лопасти, называется также областью носка. Предпочтительно в этой области роторной лопасти расположена и так называемая лонжеронная структура, причем эта лонжеронная структура предпочтительно содержит одну, две или несколько полок лонжерона. Предпочтительно полка или, соответственно, полки лонжерона и одна, две или несколько стенок лонжерона образуют лонжерон. Этот лонжерон перпендикулярно продольному направлению роторной лопасти и/или лонжерона имеет поперечное сечение лонжерона.
В основу изобретения положение знание о том, что полки лонжерона по отношению к поперечному направлению обычно располагаются в области, которая имеет максимальную протяженность в направлении толщины. Благодаря предлагаемому изобретением размещению двух полок лонжерона на стороне давления и/или на стороне разрежения они в направлении передней кромки и/или концевой кромки могут быть расположены таким образом, что подъемное отверстие можно расположить в области линии, проходящей через центр тяжести.
Полки лонжерона могут содержать различные материалы или состоять из них. В частности, предпочтительно, если полки лонжерона выполнены из волокнистого композиционного материала или содержат его. В качестве волокнистого композиционного материала предпочтительны, в частности, такие материалы, которые содержат стекловолокно, например, высокомодульное стекловолокно или алюмоборосиликатное стекловолокно, и/или углеродное волокно, и/или арамидное волокно. Далее, полки лонжерона могут также состоять более чем из одного волокнистого композиционного материала или содержать их. В качестве матрицы предпочтительно используется эпоксидная смола.
В области, примыкающей к концевой кромке, предпочтительно расположен так называемый задний корпус. Передняя кромка и концевая кромка - это те области роторной лопасти, в которых сходятся и предпочтительно соединены друг с другом верхняя и нижняя оболочки.
Перпендикулярно продольному направлению и перпендикулярно поперечному направлению проходит толщина роторной лопасти. Протяженность роторной лопасти в направлении толщины является ее толщиной. Протяженности в продольном направлении и в поперечном направлении образуют две противолежащих стороны роторной лопасти. При этом одна сторона называется стороной давления, а другая сторона - стороной разрежения. Сторона давления и сторона разрежения предпочтительно имеют по-разному выполненные поверхности. Роторная лопасть движется в соответствии с принципом аэродинамической подъемной силы. Когда ветер попадает на роторную лопасть, то воздух направляется как поверх лопасти, так и вдоль лопасти снизу. За счет различного выполнения стороны давления и стороны разрежения становится возможным, что воздух поверх лопасти проходит более длинный путь от передней кромки до концевой кромки вокруг профиля и, тем самым, должен течь быстрее, чем воздух вдоль нижней стороны. Благодаря этому поверх лопасти, на стороне разрежения возникает пониженное давление, а с нижней стороны лопасти, на стороне давления возникает повышенное давление.
Полки лонжерона, т.е. передняя полка лонжерона со стороны давления и/или задняя полка лонжерона со стороны давления, и/или передняя стенка лонжерона со стороны разрежения и/или задняя стенка лонжерона со стороны разрежения проходят, по существу, в продольном направлении роторной лопасти соответственно от первого конца, который находится предпочтительно в области, примыкающей к комлевой области, или в комлевой области, до второго конца, который предпочтительно расположен в области, которая содержит острие лопасти или граничит с острием лопасти. Поэтому полка лонжерона не должна обязательно проходить от комлевой области до острия роторной лопасти. Передняя полка лонжерона со стороны давления и передняя стенка лонжерона со стороны разрежения предпочтительно расположены в области, примыкающей к передней кромке роторной лопасти. Задняя полка лонжерона со стороны давления и задняя стенка лонжерона со стороны разрежения расположены предпочтительно в области, которая обращена к концевой кромке. Если на стороне давления предусмотрена только передняя полка лонжерона со стороны давления или задняя полка лонжерона со стороны давления, то эта отдельная полка лонжерона со стороны давления может проходить предпочтительно от области, примыкающей к передней кромке роторной лопасти, до области, примыкающей к концевой кромке роторной лопасти. Если со стороны разрежения предусмотрена только передняя стенка лонжерона со стороны разрежения или задняя стенка лонжерона со стороны разрежения, то эта отдельная полка лонжерона со стороны разрежения может проходить предпочтительно от области, примыкающей к передней кромке роторной лопасти, до области, примыкающей к концевой кромке роторной лопасти. Всегда следует предусматривать в сумме по меньшей мере три полки лонжерона. В одном варианте выполнения с минимальным числом полок лонжерона - с тремя полками лонжерона - предусмотрено, что имеется либо передняя и задняя полки лонжерона со стороны давления, а также одна полка лонжерона со стороны разрежения, либо передняя и задняя полки лонжерона со стороны разрежения, а также одна полка лонжерона со стороны давления. В варианте выполнения с передней и задней полками лонжерона со стороны давления, а также одной полкой лонжерона со стороны разрежения упомянутое подъемное отверстие в поперечном направлении расположено предпочтительно между передней полкой лонжерона со стороны давления и задней полкой лонжерона со стороны давления. В варианте выполнения с передней и задней полками лонжерона со стороны разрежения, а также одной полкой лонжерона со стороны давления указанное подъемное отверстие в поперечном направлении предпочтительно расположено между передней полкой лонжерона со стороны разрежения и задней полкой лонжерона со стороны разрежения.
Передняя полка лонжерона со стороны давления и/или задняя полка лонжерона со стороны давления расположены в той области роторной лопасти, которая обращена к стороне давления роторной лопасти. Передняя стенка лонжерона со стороны разрежения и задняя стенка лонжерона со стороны разрежения расположены предпочтительно в той области роторной лопасти, которая обращена к стороне разрежения.
В противоположность предусматриваемому обычно размещению в роторной лопасти, как правило, двух полок лонжерона, причем предпочтительно одна полка лонжерона расположена на стороне давления, и одна полка лонжерона расположена на стороне разрежения, согласно изобретению предусмотрены по меньшей мере три полки лонжерона. Благодаря наличию трех полок лонжерона, в частности, двух полок лонжерона в области стороны давления и одной полки лонжерона в области стороны разрежения, или двух полок лонжерона в области стороны разрежения и одной полки лонжерона в области стороны давления, или также двух или нескольких полок лонжерона в области стороны давления и/или в области стороны разрежения, полки лонжерона по меньшей мере одной стороны, т.е. стороны давления и/или стороны разрежения, могут находиться на расстоянии друг от друга. Это расстояние, в частности, в поперечном направлении предусмотрено для того, чтобы разместить предлагаемое изобретением подъемное отверстие между двумя полками лонжерона, расположенными на одной стороне.
Согласно изобретению роторная лопасть содержит устройство приложения нагрузки, которое расположено между по меньшей мере одной полкой лонжерона со стороны давления и по меньшей мере одной полкой лонжерона со стороны разрежения. Устройство приложения нагрузки имеет протяженность в направлении толщины, причем это устройство приложения нагрузки по меньшей мере одной или несколькими областями расположено между полкой лонжерона со стороны давления и полкой лонжерона со стороны разрежения. Предпочтительно протяженность устройства приложения нагрузки в направлении толщины меньше, чем расстояние в направлении толщины от передней полки лонжерона со стороны давления до передней полки лонжерона со стороны разрежения и/или чем расстояние в направлении толщины от задней полки лонжерона со стороны давления до задней полки лонжерона со стороны разрежения. Далее, предпочтительно протяженность устройства приложения нагрузки в направлении толщины меньше, чем расстояние в направлении толщины от одной полки лонжерона со стороны давления до передней и/или задней полки лонжерона со стороны разрежения, и/или чем расстояние в направлении толщины от одной полки лонжерона со стороны разрежения до передней и/или задней полки лонжерона со стороны давления. Предпочтительно это устройство приложения нагрузки выполнено как ребро жесткости.
Далее, предпочтительно это устройство приложения нагрузки расположено внутри лонжерона и/или внутри поперечного сечения лонжерона. Размещение устройства приложения нагрузки в лонжероне может осуществляться либо в отношении всего устройства приложения нагрузки или только его части.
Далее, это устройство приложения нагрузки содержит устройство для подсоединения нагрузки. Через это устройство для подсоединения нагрузки в указанное устройство приложения нагрузки может передаваться усилие и/или момент. Устройство для подсоединения нагрузки указанного устройства приложения нагрузки расположено и выполнено с возможностью приема подъемного устройства. Это подъемное устройство, которое не является частью заявляемого объекта, может представлять собой, например, цепь или трос.
Устройство приложения нагрузки предпочтительно содержит пластик или выполнено из пластика. Кроме того, это устройство приложения нагрузки может быть выполнено из волокнистого композиционного материала или содержать его. Предпочтительно этот волокнистый композиционный материал содержит органические волокна и/или неорганические волокна, при этом предпочтительны, в частности, стекловолокно и/или углеродное волокно и/или арамидные волокна. Далее, устройство приложения нагрузки может также быть выполнено из металлического материала, предпочтительно из стали или стального сплава, и/или алюминия или алюминиевого сплава, или содержать их. Кроме того, предпочтительно, если устройство приложения нагрузки выполнено из дерева и/или керамики, и/или других технических материалов, или содержит их.
Далее, роторная лопасть имеет подъемное отверстие на стороне давления и/или на стороне разрежения. Это подъемное отверстие может быть расположено между передней полкой лонжерона со стороны давления и задней полкой лонжерона со стороны давления, и/или между передней полкой лонжерона со стороны разрежения и задней полкой лонжерона со стороны разрежения. Подъемное отверстие предпочтительно расположено таким образом, что оно предпочтительно не проходит, даже частично, через полку лонжерона. В частности, такое расположение подъемного отверстия предпочтительно не приводит к концентрациям напряжений в полке лонжерона. Поскольку это подъемное отверстие предпочтительно содержит в себе сквозное отверстие, проходящее параллельно направлению толщины, то подъемное отверстие может обеспечивать доступ с внешней стороны роторной лопасти к устройству приложения нагрузки, когда подъемное отверстие по отношению к продольному направлению имеет такое же или подобное положение, что и устройство приложения нагрузки.
Далее, предпочтительно подъемное отверстие содержит в себе сквозное отверстие, у которого одна составляющая направления проходит в направлении толщины, и одна составляющая направления проходит в продольном направлении. Можно через подъемное отверстие проводить подъемное устройство для устройства приложения нагрузки и таким образом размещать это подъемное устройство на устройстве для подсоединения нагрузки и предпочтительно соединять с ним. В одном предпочтительном варианте выполнения подъемного отверстия оно предпочтительно имеет поперечное сечение, перпендикулярное сквозному отверстию, и являющееся, по существу, круглым. Далее, предпочтительно подъемное отверстие имеет овальное и/или шлицевидное, и/или треугольное, и/или четырехугольное, и/или многоугольное поперечное сечение. Кроме того, поперечное сечение может также иметь и другую предпочтительную форму выполнения, например, зубчатый профиль на внутренней окружной поверхности подъемного отверстия.
В основе изобретения лежит в том числе знание о том, что у существующих роторных лопастей полки лонжерона расположены как правило вдоль линии, проходящей через центр тяжести в продольном направлении роторной лопасти. Поэтому закрепление подъемного устройства в области линии, проходящей через центр тяжести, в обычных роторных лопастях чаще всего нельзя обеспечить, так как это потребовало бы наличия по меньшей мере одного отверстия в полке лонжерона. Однако, отверстие на полке лонжерона или, соответственно, в этой полке лонжерона привело бы к повышенным напряжениями из-за указанных концентраций напряжений, что могло бы снизить прочность полки лонжерона. Полка лонжерона представляет собой интегральный элемент жесткости роторной лопасти и предпочтительно не должна быть отягощена такими концентрациями напряжений. Поэтому как правило в существующих роторных лопастях одно подъемное отверстие располагается в области, в которой не расположено никаких полок лонжерона. Поскольку полки лонжерона существующих роторных лопастей проходят, однако, как правило вдоль линии, проходящей через центр тяжести, то в предлагаемых изобретением решениях предпочтительно одно, два или несколько подъемных отверстий располагают вне линии, проходящей через центр тяжести, например, в области, примыкающей к передней кромке и/или в области, примыкающей к концевой кромке роторной лопасти.
В зависимости от положения центра тяжести или, соответственно, линии, проходящей через центр тяжести в продольном направлении роторной лопасти, подъемные отверстия и/или подсоединенные устройства приложения нагрузки в существующих роторных лопастях как правило могут располагаться не на линии, проходящей через центр тяжести, или, соответственно, не в центре тяжести роторной лопасти, а на расстоянии от линии, проходящей через центр тяжести, или, соответственно, от центра тяжести. За счет этого расстояния от подъемного отверстия и/или устройства приложения нагрузки до линии, проходящей через центр тяжести, или, соответственно, до центра тяжести роторной лопасти при подъеме роторной лопасти с помощью подъемного устройства, которое поводится через подъемное отверстие для устройства приложения нагрузки, возникает момент. Этот момент можно объяснить, в частности, этим расстоянием от линии, проходящей через центр тяжести, до точки приложения силы. Из-за этого момента роторная лопасть может поворачиваться в нежелательные положения, когда ее поднимают подъемным устройством. Кроме того, при позиционировании во время монтажа роторной лопасти может возникать низкая точность позиционирования. Из-за проворачивания вокруг продольной оси может увеличиваться поверхность давления ветра и вследствие этого в свою очередь могут получаться меньшие допустимые значения скорости ветра для конструкции. Кроме того, может снижаться стабильность во время монтажа.
Благодаря предлагаемой изобретением конструкции роторной лопасти устройство приложения нагрузки и/или подъемное отверстие теперь могут располагаться на линии, проходящей через центр тяжести роторной лопасти, и вышеупомянутый момент при поднятии роторной лопасти уменьшается или устраняется, что повышает стабильность и/или безопасность при транспортировке и/или монтаже, и/или упрощает и, соответственно, облегчает транспортировку и/или монтаж. В противоположность размещению подъемного отверстия в полке лонжерона или, соответственно, на ней и связанному с ним ослаблению полки лонжерона, таким образом может обеспечиваться повышение прочности полки лонжерона. Благодаря этой повышенной прочности полки лонжерона, с одной стороны, может экономиться материал для полки лонжерона, и/или можно использовать меньший объем материала, так что снижается вес полки или, соответственно, полок лонжерона.
В одном предпочтительном варианте выполнения роторная лопасть содержит одну переднюю стенку лонжерона и/или одну заднюю стенку лонжерона, направление главной протяженности которой или, соответственно, которых проходит предпочтительно в продольном направлении, причем устройство приложения нагрузки расположено на передней стенке лонжерона и/или на задней стенке лонжерона. Эти стенки лонжерона предпочтительно тоже имеют плоскостную протяженность, причем эта плоскостная протяженность стенок лонжерона предпочтительно проходит перпендикулярно плоскостной протяженности полки лонжерона. Предпочтительно лонжерон образован этими по меньшей мере тремя полками лонжерона, а также одной передней и одной задней стенкой лонжерона. В отношении окружной поверхности этот лонжерон может также рассматриваться как не замкнутый, так как при наличии двух полок лонжерона в области, примыкающей к стороне давления, в частности, передней полки лонжерона со стороны давления и задней полки лонжерона со стороны давления, они находятся на расстоянии друг от друга, и/или поскольку при наличии двух полок лонжерона в области, примыкающей к стороне разрежения, в частности, передней стенки лонжерона со стороны разрежения и задней стенки лонжерона со стороны разрежения, они находятся на расстоянии друг от друга. Полки лонжерона предпочтительно обеспечивают прочность роторной лопасти в продольном направлении, а стенки лонжерона предпочтительно обеспечивают прочность против изгиба и/или кручения. Промежуточные пространства между полками лонжерона со стороны давления и/или со стороны разрежения предпочтительно могут быть закрыты материалом.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что передняя полка лонжерона со стороны давления и/или передняя стенка лонжерона со стороны разрежения закреплены на передней стенке лонжерона. При этом передняя стенка лонжерона предпочтительно обращена к передней кромке роторной лопасти. В другом особенно предпочтительном варианте выполнения предусмотрено, что задняя полка лонжерона со стороны давления и/или задняя стенка лонжерона со стороны разрежения закреплены на задней стенке лонжерона. При этом задняя стенка лонжерона предпочтительно обращена к концевой кромке роторной лопасти.
В другом особенно предпочтительном варианте выполнения роторной лопасти предусмотрено, что первое поперечное расстояние между передней полкой лонжерона со стороны давления и задней полкой лонжерона со стороны давления и/или второе поперечное расстояние между передней полкой лонжерона со стороны разрежения и задней полкой лонжерона со стороны разрежения имеют больший размер, чем размер подъемного отверстия в поперечном направлении, и/или такой же размер в поперечном направлении, что и размер подъемного отверстия в поперечном направлении. Благодаря такому размеру подъемного отверстия, в частности, гарантируется, что вследствие такого расположения и/или из-за наличия подъемного отверстия предпочтительно совсем не происходит снятия материала или происходит незначительное снятие материала с полки лонжерона или, соответственно, с двух, нескольких или со всех полок лонжерона. Это, в частности, является предпочтительным, так как полки лонжерона могут ослабляться вследствие снятия материала и/или из-за возникающей концентрации напряжений.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что устройство приложения нагрузки в поперечном направлении расположено между передней стенкой лонжерона и задней стенкой лонжерона. Это устройство приложения нагрузки в указанном варианте выполнения расположено предпочтительно внутри лонжерона. Этот лонжерон образуется по меньшей мере тремя вышеописанными полками лонжерона, а также передней и задней стенками лонжерона. Устройство приложения нагрузки здесь помимо возможного закрепления на полках лонжерона может быть дополнительно закреплено на передней и/или на задней стенке лонжерона. Таким образом может достигаться высокая прочность соединения устройства приложения нагрузки с остальными элементами роторной лопасти.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что ориентированная, по существу, параллельно продольному направлению линия, проходящая через центр тяжести роторной лопасти, проходит через указанное устройство приложения нагрузки. Линия, проходящая через центр тяжести, является прямой, которая проходит через центр тяжести роторной лопасти и которая, по существу, параллельна продольному направлению. Благодаря тому, что линия, проходящая через центр тяжести, проходит через устройство приложения нагрузки и далее, предпочтительно через устройство для подсоединения нагрузки, при поднятии роторной лопасти с помощью подъемного устройства может осуществляться поднятие по линии, проходящей через центр тяжести, так что при поднятии на роторную лопасть не воздействует никакой момент или воздействует лишь сниженный, соответственно, слабый момент.
Согласно еще одному предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что устройство для подсоединения нагрузки выполнено как отверстие для приложения нагрузки, которое расположено, по существу, перпендикулярно толщине, предпочтительно, по существу, в продольном направлении. Это отверстие для приложения нагрузки предпочтительно выполнено как сквозное отверстие, которое проходит через все устройство приложения нагрузки. Альтернативно, предпочтительно это отверстие для приложения нагрузки образовано в устройстве приложения нагрузки в виде глухого отверстия. Предпочтительно отверстие для приложения нагрузки выполнено таким образом, что в него может вставляться болт. Центральная ось отверстия для приложения нагрузки проходит, в частности, перпендикулярно толщине. Тем самым, это отверстие для приложения нагрузки может к тому же проходить, по существу, в направлении продольной протяженности. Кроме того, может быть предпочтительным расположение отверстия для приложения нагрузки устройства приложения нагрузки параллельно толщине.
В другом предпочтительном варианте выполнения роторной лопасти предусмотрено, что линия, проходящая через центр тяжести, идет сквозь подъемное отверстие и/или устройство для подсоединения нагрузки. Это означает, в частности, что эта линия, проходящая через центр тяжести, проходит через часть подъемного отверстия и/или через часть устройства для подсоединения нагрузки. В частности, предпочтительно, чтобы центральная ось устройства для подсоединения нагрузки, в частности, отверстия для приложения нагрузки, располагалась коаксиально с линией, проходящей через центр тяжести роторной лопасти.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что промежуточное пространство между передней полкой лонжерона со стороны давления и/или задней полкой лонжерона со стороны давления, и/или передней полкой лонжерона со стороны давления, и/или задней полкой лонжерона со стороны разрежения по меньшей мере частично заполнено первым материалом, предпочтительно древесиной бальзы и/или пеной, имеющим меньшую плотность и/или прочность, соответственно, жесткость, чем материал полок лонжерона со стороны давления и/или полок лонжерона со стороны разрежения. Этот первый материал содержит предпочтительно полиэтилентерефталат, обозначаемый также PET, и/или поливинилхлорид, обозначаемый также PVC, или состоит из них соответственно. Для области промежуточного пространства, примыкающей к подъемному отверстию, предпочтительно предусмотреть, чтобы эта область содержала материал или состояла из материала, который содержит многоосно-ориентированный слоистый нетканый материал. Первым материалом заполняются, в частности, первое поперечное расстояние и/или второе поперечное расстояние. В этом материале может быть размещено подъемное отверстие.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту выполнения роторная лопасть содержит два или несколько устройств приложения нагрузки и/или два или несколько подъемных отверстий, причем эти два или несколько устройств приложения нагрузки и/или два или несколько подъемных отверстий расположены согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения. Предпочтительно одно, два или несколько дополнительных ребер жесткости расположены в области, примыкающей к передней кромке и/или в области, примыкающей к концевой кромке.
В частности, предпочтителен вариант выполнения с двумя подъемными отверстиями и двумя устройствами приложения нагрузки. Предпочтительно первое устройство приложения нагрузки и корреспондирующее первое подъемное отверстие расположены в области, лежащей между центром тяжести роторной лопасти и комлевой областью. Кроме того, предпочтительно второе устройство приложения нагрузки и корреспондирующее второе подъемное отверстие расположены в области, лежащей между центром тяжести и острием лопасти. Особенно предпочтительно, если вышеуказанные устройства приложения нагрузки и/или подъемные отверстия находятся на одинаковом расстоянии от центра тяжести роторной лопасти. В предпочтительном варианте выполнения возникает возможность проведения подъемного устройства через подъемные отверстия и присоединения к устройствам приложения нагрузки с помощью устройства для подсоединения нагрузки, и тем самым возможность привести роторную лопасть в горизонтальное положение. Из этого положения роторная лопасть посредством соответствующих манипуляций подъемных устройств может позиционироваться любым образом.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту выполнения роторная лопасть содержит два или несколько устройств для подсоединения нагрузки, которые выполнены и расположены предпочтительно как отверстие для приложения нагрузки, чтобы принимать цилиндрические связующие элементы (Kopplungselement) одного или нескольких подъемных устройств. В указанном варианте выполнения эти цилиндрические связующие элементы, выполненные, например, в виде стальных цилиндров, предпочтительно проводятся в отверстия для приложения нагрузки. При использовании одного подъемного устройства, имеющего на одном конце, например, петлю, эта петля имеет больший внутренний диаметр, чем внешний диаметр вышеуказанных цилиндрических связующих элементов, и может осуществляться предпочтительное соединение подъемного устройства с устройством приложения нагрузки и/или связующими элементами.
Согласно другому особенно предпочтительному варианту выполнения роторной лопасти предусмотрено, что устройство приложения нагрузки выполнено как присоединительный элемент для антиобледенительной системы роторной лопасти. Антиобледенительная система роторной лопасти может содержать, в частности, нагревательные элементы, например, нагревательные трубы, которые, в частности, могут быть расположены и/или закреплены на устройстве приложения нагрузки.
Согласно следующему аспекту данного изобретения названная вначале задача решается посредством ветроэнергетической установки по меньшей мере с одной роторной лопастью согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения. Ветроэнергетическая установка такого рода характеризуется, в частности, тем, что монтаж ветроэнергетической установки может производиться при небольших временных затратах, небольшим количеством персонала и тем самым с уменьшенными расходами. Кроме того, ветроэнергетическая установка такого рода может также возводиться при таких метеорологических условиях, при которых в уровне техники это не представляется возможным, или ветроэнергетическая установка может быть возведена лишь с большими сложностями.
Согласно следующему аспекту данного изобретения названная вначале задача решается посредством способа монтажа роторной лопасти, включающего в себя следующие этапы: предоставление роторной лопасти, в частности, роторной лопасти согласно по меньшей мере одному из вышеописанных вариантов выполнения; проведение подъемного устройства через подъемное отверстие; закрепление этого подъемного устройства на устройстве приложения нагрузки, предпочтительно путем размещения подъемного элемента в отверстии для приложения нагрузки; и закрепление подъемного устройства на этом подъемном элементе; поднятие роторной лопасти с помощью подъемного устройства в монтажное положение.
Согласно следующему аспекту данного изобретения названная вначале задача решается посредством способа изготовления роторной лопасти, включающего в себя следующие этапы: соединение первой стенки лонжерона с по меньшей мере одним устройством приложения нагрузки; соединение второй стенки лонжерона с указанным по меньшей мере одним устройством приложения нагрузки; размещение конструктивного узла, содержащего первую стенку лонжерона, вторую стенку лонжерона и указанное по меньшей мере одно устройство приложения нагрузки, на элементе роторной лопасти, в частности, на внешней оболочке роторной лопасти. За счет встраивания этого конструктивного узла может быть упрощено ориентирование стенок лонжерона. Устройство приложения нагрузки здесь служит также вспомогательным устройством для установки и позиционирования, в частности, для одной или нескольких стенок лонжерона. Тем самым при изготовлении роторной лопасти можно сэкономить время и/или средства.
Предлагаемые изобретением способы обладают признаками или, соответственно, этапами способов, которые, в частности, делают их пригодными для того, чтобы использовать предлагаемую изобретением роторную лопасть и ее модификации. Другие преимущества, варианты выполнения и детали выполнения других аспектов и их возможных модификаций основываются приведенном выше описании соответствующих признаков и модификаций роторной лопасти.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения поясняются на примерах со ссылкой на прилагаемые чертежи. На них показано следующее.
Фиг. 1: схематичный вид спереди ветроэнергетической установки в одном примере выполнения;
Фиг. 2: схематичный вид в продольном сечении выреза роторной пластины в одном примере выполнения;
Фиг. 3a: схематичный вид в разрезе лонжерона в одном примере выполнения;
Фиг. 3b: схематичный вид в разрезе лонжерона в другом примере выполнения;
Фиг. 4: схематичный вид в разрезе устройства приложения нагрузки в одном примере выполнения;
Фиг. 5: еще один схематичный вид в разрезе устройства приложения нагрузки по Фиг. 4.
На указанных фигурах одинаковые или, по существу, функционально одинаковые или подобные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
На Фиг. 1 показан схематичный вид выполнения ветроэнергетической установки согласно одному примеру выполнения. На Фиг. 1 показана, в частности, ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 расположен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и с кожухом 109 обтекателя. Ротор 106 в рабочем режиме ветром приводится во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор в гондоле 104.
На Фиг. 2 показан схематичный вид в продольном сечении вырыва роторной пластины в одном примере выполнения. Показанный на фигуре вырыв проходит в продольном направлении L от обращенного к комлю конца 12 роторной лопасти 1 до обращенного к острию конца 14 роторной лопасти 1. В поперечном направлении Q роторная лопасть 1 проходит от передней кромки 16 до концевой кромки 18. Далее, роторная лопасть 1 имеет переднюю полку 110 лонжерона со стороны давления и заднюю полку 120 лонжерона со стороны давления. Передняя полка 110 лонжерона со стороны давления обращена к передней кромке 16, а задняя полка 120 лонжерона со стороны давления обращена к концевой кромке 18. Между передней полкой 110 лонжерона со стороны давления и задней полкой 120 лонжерона со стороны давления имеется первое поперечное расстояние 115, причем это поперечное расстояние 115 проходит в поперечном направлении Q. Между передней полкой 110 лонжерона со стороны давления и задней полкой 120 лонжерона со стороны давления внутри области этого первого поперечного расстояния 115 расположен материал 400 сердцевины. Полки 110, 120 лонжерона со стороны давления, а также центральная ось материала 400 сердцевины проходят в направлении главной протяженности, по существу, параллельно передней кромке 16. Передняя стенка 210 лонжерона и задняя стенка 220 лонжерона, каждая в направлении своей главной протяженности тоже проходят параллельно передней кромке 16.
На передней полке 110 лонжерона со стороны давления и на задней полке 120 лонжерона со стороны давления установлены первое устройство 310 приложения нагрузки и второе устройство 320 приложения нагрузки. Первое устройство 310 приложения нагрузки и второе устройство 320 приложения нагрузки расположены, далее, между передней стенкой 210 лонжерона и задней стенкой 220 лонжерона, причем предпочтительным является закрепление устройств 310, 320 приложения нагрузки на стенках 210, 220 лонжерона. По отношению к продольному направлению L и к поперечному направлению Q в середине первого устройства 310 приложения нагрузки расположено первое подъемное отверстие 410. Сквозное отверстие этого подъемного отверстия 410 проходит в направлении толщины, которая ориентирована перпендикулярно продольному направлению L и перпендикулярно поперечному направлению Q. Перпендикулярно сквозному отверстию подъемное отверстие 410 имеет, по существу, круглое поперечное сечение. Второе устройство 320 приложения нагрузки аналогично первому устройству 310 приложения нагрузки имеет второе подъемное отверстие 420, которое имеет, по существу, те же свойства, что и первое подъемное отверстие 410. Далее, в продольном направлении L проходит линия, проходящая через центр 20 тяжести роторной лопасти 1. Эта линия, проходящая через центр 20 тяжести, в частности, проходит через центр 25 тяжести роторной лопасти. В продольном направлении первое устройство 310 приложения нагрузки и второе устройство 320 приложения нагрузки, а также корреспондирующие подъемные отверстия 410, 420 находятся на расстоянии от центра 25 тяжести. В поперечном направлении Q средние точки первого устройства 310 приложения нагрузки и второго устройства 320 приложения нагрузки, а также корреспондирующих подъемных отверстий 410, 420, по существу, ни насколько не удалены от центра 25 тяжести (не имеют никакого расстояния до него).
На Фиг. 3a показан схематичный вид в разрезе лонжерона в одном примере выполнения. Лонжерон 5 имеет переднюю полку 110 лонжерона со стороны давления, заднюю полку 120 лонжерона со стороны давления, переднюю полку 130 лонжерона со стороны разрежения и заднюю полку 140 лонжерона со стороны разрежения. Между передней полкой 110 лонжерона со стороны давления и передней полкой 130 лонжерона со стороны разрежения расположена передняя стенка 210 лонжерона. Предпочтительно передние полки 110, 130 лонжерона соединены с передней стенкой 210 лонжерона. Между задней полкой 120 лонжерона со стороны давления и задней полкой 140 лонжерона со стороны разрежения расположена задняя стенка 220 лонжерона. Между передней стенкой 210 лонжерона и задней стенкой 220 лонжерона, а также между четырьмя полками 110, 120, 130, 140 лонжерона к тому же расположено первое устройство 310 приложения нагрузки, которое по отношению к поперечному направлению и направлению толщины примерно в середине имеет первое отверстие 330 для приложения нагрузки. Между полками 110, 120 лонжерона со стороны давления расположен материал 400 сердцевины. На этом виде в разрезе представлено, что в области устройства 310 приложения нагрузки в материале 400 сердцевины расположено первое подъемное отверстие 410. Первое подъемное отверстие 410 находится между передней и задней полками 110, 120 лонжерона со стороны давления. Между передней полкой лонжерона со стороны разрежения и задней полкой лонжерона со стороны разрежения тоже расположен материал 400 сердцевины, который в данном случае в показанной области имеет третье подъемное отверстие 412.
На Фиг. 3b показан еще один вариант лонжерона 5' с устройством 310' приложения нагрузки, которое расположено между передней и задней стенками 210, 220 лонжерона. В противоположность вышеописанному лонжерону 5 этот лонжерон 5', в частности, отличается B-образной формой поперечного сечения устройства 310' приложения нагрузки, а также тем, что на стороне лонжерона 5', обращенной к стороне давления, расположена всего одна единственная полка 110' лонжерона со стороны давления. Эта полка 110' лонжерона со стороны давления в поперечном направлении имеет протяженность, равную суммарной протяженности в поперечном направлении передней и задней полок 130, 140 лонжерона со стороны разрежения и материала 400 сердцевины, который в поперечном направлении расположен между передней и задней полками 130, 140 лонжерона со стороны разрежения.
На Фиг. 4 показан схематичный вид в разрезе устройства приложения нагрузки в одном примере выполнения. Первое устройство 310 приложения нагрузки проходит в направлении толщины D от головной пластины 312 до опорной пластины 311. Головная пластина 312 проходит в продольном направлении L от первой кромки 3121 до второй кромки 3122. Опорная пластина проходит от первой кромки 3111 до второй кромки 3112. Между головной пластиной 312 и опорной пластиной 311 в направлении толщины D проходят первая боковая стенка 313 и вторая боковая стенка 314. Первая боковая стенка 313 расположена на головной пластине в области, примыкающей к второй кромке 3121, а на опорной пластине расположена в области, примыкающей к первой кромке 3111. На противолежащей в продольном направлении L стороне первого устройства 310 приложения нагрузки вторая боковая стенка 314 расположена на головной пластине 312 в области, примыкающей к второй кромке 3122. На опорной пластине 311 вторая боковая стенка 314 расположена в области, примыкающей к первой кромке 3112. В первой боковой стенке 313 расположено первое отверстие 330 для приложения нагрузки, сквозное отверстие которого ориентировано, по существу, параллельно продольному направлению L. Во второй боковой стенке 314 коаксиально с первым отверстием 330 для приложения нагрузки расположено второе отверстие 340 для приложения нагрузки.
На Фиг. 5 схематично показан еще один вид в разрезе устройства приложения нагрузки по Фиг. 4. Первое устройство 310 приложения нагрузки в области двух других соответственно противолежащих кромок 3123, 3113 головной пластины 312 и опорной пластины 311 имеет третью боковую стенку 315. На противолежащей стороне головной пластины 312 и опорной пластины 311 на двух противолежащих кромках 3124, 3114 расположена четвертая боковая стенка 316. На этом изображение на виде сверху показано уже представленное на Фиг. 4 первое отверстие 330 для приложения нагрузки.
В еще одном примере выполнения устройство приложения нагрузки может быть закреплено лишь на одной из стенок лонжерона и проходить в направлении второй стенки лонжерона. Например, это устройство приложения нагрузки может быть выполнено как «B»-образное на одном виде. Предпочтительно, однако, и при таком выполнении устройства приложения нагрузки располагать устройство для подсоединения нагрузки в центре тяжести и/или на линии, проходящей через центр тяжести роторной лопасти.
Показанная роторная лопасть 1 предпочтительно может закрепляться на ступице и/или на соединительном устройстве лопасти ветроэнергетической установки 100. За счет размещения предпочтительно четырех полок лонжерона, причем в поперечном направлении по две полки лонжерона находятся на расстоянии со стороны давления и со стороны разрежения, возникает возможность проведения подъемного устройства через подъемные отверстия 410, 412, 420 к устройству 310, 320 приложения нагрузки и размещения точки приложения силы подъемного устройства в области линии, проходящей через центр тяжести роторной лопасти. Это тоже может достигаться за счет того, что в сумме размещают три полки лонжерона, причем либо на стороне давления, либо на стороне разрежения располагается отдельная полка лонжерона, и подъемное устройство может проводиться к устройству 310, 310', 320 приложения нагрузки только с той стороны, на которой две полки лонжерона расположены с соответствующим промежутком.
Роторная лопасть может, тем самым, подниматься и приводиться в монтажное положение улучшенным образом. Это осуществляется, например, за счет того, что подъемное устройство с петлей на одном конце проводится через подъемные отверстия 410, 412, 420 в область между первой боковой стенкой 313 и второй боковой стенкой 314, а также третьей боковой стенкой 315 и четвертой боковой стенкой 316 устройства 310 приложения нагрузки, и, в частности, средняя точка этой петли направляется коаксиально первому и второму отверстиям 330, 340 для приложения нагрузки, и вслед за этим связующий элемент, например, стальной болт сначала пропускается через первое отверстие 330 для приложения нагрузки, затем через петлю подъемного устройства, и после этого через второе отверстие 340 для приложения нагрузки. Таким образом, подъемное устройство закреплено на устройстве 310 приложения нагрузки, так что к нему может прикладываться усилие. Поскольку устройство 310 приложения нагрузки предпочтительно закреплено на одной или на обеих стенках 210, 220 лонжерона и/или на одной, двух или нескольких полках 110, 120, 130, 140 лонжерона, то роторная лопасть тем самым может подниматься посредством этого подъемного устройства.
Перечень ссылочных позиций
1 роторная лопасть
5, 5' лонжерон
12 конец, обращенный к комлю роторной лопасти
14 конец, обращенный к острию роторной лопасти
16 передняя кромка
18 концевая кромка
20 линия, проходящая через центр тяжести роторной лопасти
25 центр тяжести роторной лопасти
100 ветроэнергетическая установка
102 башня
104 гондола
106 ротор
108 роторные лопасти
109 кожух обтекателя
110, 110' передняя полка лонжерона со стороны давления
115 первое поперечное расстояние
120 задняя полка лонжерона со стороны давления
130 передняя полка лонжерона со стороны разрежения
140 задняя полка лонжерона со стороны разрежения
210 передняя стенка лонжерона
220 задняя стенка лонжерона
310, 310' первое устройство приложения нагрузки
311 опорная плита
312 головная плита
313 первая боковая стенка
314 вторая боковая стенка
315 третья боковая стенка
316 четвертая боковая стенка
320 второе устройство приложения нагрузки
330, 330' первое отверстие для приложения нагрузки
340 второе отверстие для приложения нагрузки
400 материал сердцевины
410 первое подъемное отверстие
412 третье подъемное отверстие
420 второе подъемное отверстие
3111 первая кромка опорной пластины
3112 вторая кромка опорной пластины
3113 третья кромка опорной пластины
3114 четвертая кромка опорной пластины
3121 первая кромка головной пластины
3122 вторая кромка головной пластины
3123 третья кромка головной пластины
3124 четвертая кромка головной пластины
D толщина
L продольное направление
Q поперечное направление.