ЛОПАСТЬ РОТОРА ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
WIND TURBINE ROTOR BLADE

Настоящее изобретение относится к лопасти ротора ветроэнергетической установки.
Известно множество различных конфигураций лопастей роторов ветроэнергетических установок. Например, лопасть ротора ветроэнергетической установки может иметь так называемый профиль «flatback». В профиле «flatback» тыльная сторона и лицевая сторона лопасти ротора больше не сходятся на задней кромке, а оканчиваются на расстоянии относительно друг друга, то есть задняя кромка является тупой. Лопасти ротора ветроэнергетической установки с профилем «flatback» обеспечивают преимущество в том, что размеры лопасти ротора тем самым уменьшаются. Это в частности является преимуществом в отношении транспортировки лопастей ротора. С другой стороны, из-за профиля «flatback» возникают другие проблемы, в частности аэроакустические проблемы. В случае лопасти ротора ветроэнергетической установки с профилем «flatback» может возникать механизм образования шума, известный как срыв вихрей тупой задней кромки.
В заявке на патент Германии, на основании которой испрашивается приоритет, поиск, проведенный Патентным ведомством Германии, обнаружил следующие документы: DE 10 2011 012 965 A1, WO 2016/055 076 A1, DE 10 2014 203 442 A1, DE 20 2016 101 461 U1 и DE 196 14 420 A1.
Целью настоящего изобретения является создание лопасти ротора ветроэнергетической установки, которая уменьшает или устраняет приведенные выше недостатки. В частности, целью настоящего изобретения является создание лопасти ротора ветроэнергетической установки, имеющей профиль «flatback», которая позволят уменьшить шумовое излучение.
Эта цель достигается с помощью лопасти ротора ветроэнергетической установки по п. 1 формулы изобретения.
Таким образом, предлагается лопасть ротора ветроэнергетической установки, содержащая тыльную сторону, лицевую стороны, тупую заднюю кромку и элемент для удлинения задней кромки, который располагается на тупой задней кромке и имеет по меньшей мере две ступени. Элемент для удлинения задней кромки имеет первый и второй участки, при этом переход от тупой задней кромки к первому участку является по существу неперпендикулярным, и переход между первым и вторым участками является также неперпендикулярным.
В соответствии с другим аспектом изобретения тупая задняя кромка и элемент для удлинения задней кромки обеспечены в области основания лопасти ротора в лопасти ротора.
Изобретение относится к лопасти ротора ветроэнергетической участки, имеющей профиль «flatback». Таким образом, задняя кромка лопасти ротора имеет по меньшей мере частично плоскую конфигурацию. Дополнительно, лопасть ротора имеет ступенчатый элемент для удлинения задней кромки.
Таким образом, предлагается лопасть ротора ветроэнергетической участки, имеющая тыльную сторону, лицевую сторону и заднюю кромку, которая по меньшей мере частично выполнена в виде профиля «flatback», так что задняя кромка выполнена в виде тупой задней кромки. Толщина задней кромки составляет x% от хорды профиля. Лопасть ротора далее имеет элемент для удлинения задней кромки, имеющий по меньшей мере две ступени.
Другие конфигурации изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы изобретения.
Далее описываются более подробно со ссылкой на чертежи преимущества и примерные варианты воплощения изобретения.
Фиг. 1 - схематический вид ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением.
Фиг. 2 - вид в разрезе двух профилей лопасти ротора.
Фиг. 3 - схематический вид трех разных профилей лопасти ротора с профилем «flatback».
Фиг. 4 - график, иллюстрирующий коэффициент подъемной силы трех профилей ветроэнергетической установки на фиг. 3.
Фиг. 5 - график, иллюстрирующий коэффициент лобового сопротивления трех профилей ветроэнергетической установки на фиг. 3.
Фиг. 6 - график, иллюстрирующий аэродинамическое качество трех профилей ветроэнергетической установки на фиг. 3.
Фиг. 7 - схематический вид в разрезе задней кромки лопасти ротора ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением.
Фиг. 8 - схематический вид лопасти ротора ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением.
На фиг. 1 представлен схематический вид ветроэнергетической установки. Ветроэнергетическая установка 100 имеет мачту 102 и гондолу 104. Ротор 106, имеющий три лопасти 200 ротора, и обтекатель 110 располагаются на гондоле 104. Ротор 106 во время работы приводится во вращательное движение ветром, и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 104, чтобы вырабатывать электрическую энергию.
В соответствии с изобретением лопасть ротора имеет профиль «flatback», то есть лопасть ротора имеет срезанную или тупую заднюю кромку 200c. Элемент 500 для удлинения тупой задней кромки обеспечен в области тупой задней кромки 200c.
На фиг. 2 представлен вид в разрезе двух профилей ветроэнергетической установки. На фиг. 2 показан профиль 200a обычной лопасти ротора и профиль «flatback» 200b со срезанной или тупой задней кромкой 200c.
На фиг. 3 представлен схематический вид трех разных профилей ветроэнергетической установки, каждый из которых имеет срезанную заднюю кромку или профиль «flatback». Первый профиль M0 ветроэнергетической установки иллюстрирует стандартный профиль «flatback» лопасти ротора. Второй профиль M1 лопасти ротора ветроэнергетической установки иллюстрирует профиль лопасти ротора ветроэнергетической установки, имеющий тупую заднюю кромку 200c и элемент 300 для удлинения задней кромки.
Третий профиль M2 лопасти ротора ветроэнергетической установки иллюстрирует профиль «flatback» с элементом 400 для удлинения задней кромки, который не перпендикулярен задней кромке.
На фиг. 4 иллюстрируется коэффициент подъемной силы трех профилей лопасти ротора, на фиг. 5 иллюстрируется коэффициент лобового сопротивления трех профилей лопасти ротора и на фиг. 6 иллюстрируется аэродинамическое качество, то есть отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению, трех профилей лопасти ротора.
Конфигурация элемента для удлинения задней кромки в соответствии с изобретением может уменьшить возникновение срыва вихрей тупой задней кромки, так что образование вихревой дорожки Кармана по существу исключается. В соответствии с изобретением лопасть ротора ветроэнергетической установки имеет профиль «flatback», в котором тыльная сторона и лицевая сторона лопасти ротора не сходятся непосредственно на задней кромке. Скорее, задняя кромка имеет желаемую толщину в сопоставлении с хордой профиля.
Обеспечение лопастей ротора ветроэнергетической установки профилем «flatback» ведет к улучшению в отношении конструкции и/или технологии изготовления. Если профиль «flatback» используют, в частности, в области ступицы лопасти ротора, это может в результате оказать положительное влияние на аэродинамическое качество. Это можно объяснить тем фактом, что пограничный слой в случае классического профиля с большой относительной толщиной может отрываться преждевременно из-за более крутого контура. Возможно избежать образования вихревой дорожки Кармана благодаря конфигурации задней кромки в соответствии с изобретением или элементу для удлинения задней кромки в соответствии с изобретением.
Конфигурация элемента для удлинения задней кромки в соответствии с изобретением также обеспечивает преимущество в отношении известной из уровня техники так называемой «разделительной пластины» («splitter plate») на задней кромке. Благодаря конфигурации задней кромки в соответствии с изобретением, в частности со ступенчатым элементом для удлинения задней кромки, возможно избежать циклического явления срыва вихрей. Как можно увидеть на фиг. 5, лобовое сопротивление профилей M1, M2 лопасти ротора может быть уменьшено в диапазоне углов атаки между 6° и 10°. Однако, в противоположность этому, подъемная сила профилей M1, M2 лопасти ротора ухудшается по сравнению с профилем M0 лопасти ротора.
Аэродинамическое качество профиля M1 лопасти ротора лучше, чем аэродинамическое качество других двух профилей лопасти ротора. В частности, поразительно, что аэродинамическое качество профиля M2 лопасти ротора хуже, чем у двух других. Это может быть связано, в частности, с наклонной конфигурацией элемента для удлинения задней кромки.
1
2
3
4
На фиг. 7 представлен схематический вид в разрезе задней кромки лопасти ротора ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением. Лопасть ротора имеет тыльную сторону 201, лицевую сторону 202 и тупую заднюю кромку 200c. Лопасть ротора также имеет элемент 500 для удлинения задней кромки. Элемент 500 для удлинения задней кромки имеет первый конец 510 и второй конец 520, а также первый участок 530 и второй участок 540. Толщина первого участка 530 меньше, чем толщина тупой задней кромки 200c. Толщина второго участка 540 меньше, чем толщина первого участка 530. Таким образом, обеспечен элемент 500 для удлинения задней кромки, имеющий по меньшей мере две ступени. Первый и второй углы α, α обеспечены при переходе между тупой задней кромкой и первым участком, и третий и четвертый углы α, α могут быть обеспечены при переходе между первым и вторым участками 530, 540.
1
4
Дополнительно, элемент 500 для удлинения задней кромки может быть описан с помощью четырех длин L-L.
На фиг. 8 представлен схематический вид лопасти ротора ветроэнергетической установки в соответствии с изобретением. Лопасть 200 ротора ветроэнергетической установки имеет область 210 основания лопасти ротора и область 220 вершины лопасти ротора. Лопасть ротора в области 210 основания лопасти ротора имеет тупую заднюю кромку 200c и элемент 500 для удлинения задней кромки. Тупая задняя кромка 200c и элемент 500 для удлинения задней кромки могут иметь описанную выше конфигурацию.
Таким образом, в соответствии с изобретением предлагается лопасть ротора ветроэнергетической установки, которая, в частности в области основания 210 лопасти ротора, имеет тупую заднюю кромку 200c и элемент 500 для удлинения задней кромки. Элемент для удлинения задней кромки может располагаться по существу перпендикулярно тупой задней кромке, и опционально может иметь первый и второй участки. Переход от тупой задней кромки к первому участку может быть перпендикулярным или неперпендикулярным, и переход между первым и вторым участками также может быть перпендикулярным или неперпендикулярным.
В соответствии с изобретением использование ступенчатой задней кромки обеспечивает возможность эффективным образом предотвращать срыв циклических вихрей, и тем самым устранять источник аэроакустического шума.