ЗАКОНЦОВКА ЛОПАСТИ РОТОРА
ROTOR BLADE TIP

Изобретение относится к лопасти ротора ветровой электростанции, имеющей главный компонент и законцовку лопасти. Кроме того, настоящее изобретение относится к соединительному устройству для соединения такого главного компонента лопасти с законцовкой лопасти ротора, к законцовке лопасти ротора, которая в дальнейшем будет упоминаться просто как законцовка лопасти, а также к способу крепления законцовки лопасти на главном компоненте лопасти ротора.
Краевая дуга лопасти ротора для ветровой электростанции известна из патентного документа PCT/EP 2003/014621. Эта лопасть ротора имеет так называемую законцовку лопасти ротора, которая устанавливается на конце лопасти ротора таким образом, что она отклоняется.
Недостатком краевой дуги, раскрытой в патентном документе PCT/EP 2003/014621, является то, что предложенная краевая дуга, которая может также упоминаться как законцовка лопасти ротора, сделана из алюминия. Соответственно, эта краевая дуга может быть тяжелой и дорогой в производстве.
Термины «краевая дуга», «законцовка лопасти ротора» или просто «законцовка лопасти» в настоящей заявке используются взаимозаменяемо.
Ветровые электростанции, в частности электростанции с ветряной турбиной с горизонтальной осью, обычно имеющие три лопасти ротора, являются хорошо известными, и установка такого типа показана на Фиг.  5. Для того чтобы улучшить аэродинамику, предлагаются законцовки лопасти ротора, которые загибаются из плоскости ротора на внешнем конце лопасти ротора.
Поскольку современные ветровые электростанции используют очень большие лопасти ротора, они могут представлять проблему при транспортировке. Эта проблема может быть решена путем монтирования загнутой или отклоняющейся законцовки лопасти непосредственно на месте установки. В дополнение к этому следует отметить, что в случае разряда молнии молния ударит по внешнему концу лопасти ротора, то есть по законцовке лопасти. В этом случае сменная законцовка лопасти также может быть полезной, поскольку она может быть заменена после разряда молнии.
Сменная законцовка лопасти ротора известна из международной патентной заявки WO 2012/031976. В этой заявке предлагается использовать законцовку лопасти ротора в области конца лопасти ротора, а также создавать соединение с принудительной блокировкой с использованием предварительно напряженной полосы. В дополнение к этому, крепежным элементом может служить болт.
Такое соединение может также быть невыгодным, потому что в любом случае необходимо проникнуть через поверхность лопасти ротора для того, чтобы получить доступ к упомянутому крепежному болту. Это тем самым создает дефект в данном месте лопасти ротора. Покраска для покрытия приводит к тому, что этот болт будет трудно найти снова, если будет необходимо заменить законцовку лопасти. Так или иначе, дефект такого рода может привести к проникновению влаги в материал лопасти ротора. Тем самым могут быть постоянно повреждены как лопасть ротора, так и затрагиваемые элементы соединительного устройства.
Поэтому задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы решить по меньшей мере одну из вышеупомянутых проблем. В частности, должно быть предложено такое решение для соединения законцовки лопасти ротора с главным компонентом лопасти ротора, которое упрощало бы разборку и позволяло бы избежать повреждения лопасти ротора в максимально возможной степени. В частности, должно быть предложено решение, обеспечивающее особенно длительный срок службы при низких затратах. В частности, соответственно должна быть предложена улучшенная краевая дуга или улучшенная законцовка лопасти ротора, которая, в частности, могла бы производиться с более высокой рентабельностью. Должно быть предложено по меньшей мере одно альтернативное решение.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается краевая дуга в соответствии с вариантом осуществления 1. Зависимые пункты формулы изобретения и варианты осуществления 2-14 описывают предпочтительные варианты осуществления.
Для того чтобы устранить вышеупомянутые недостатки, один вариант осуществления настоящего изобретения предлагает, чтобы край законцовки лопасти ротора выполнялся из того же самого материала, что и лопасть ротора, и чтобы только законцовка, а именно первая часть, была сделана из электрически проводящего материала.
Существо настоящего изобретения основано на том факте, что
- краевая дуга, сделанная полностью из алюминия, является более тяжелой, чем краевая дуга, сделанная по меньшей мере частично из стекловолоконного композиционного материала.
Настоящее изобретение имеет то преимущество, по меньшей мере согласно одному варианту осуществления, что краевая дуга выполняется из того же самого материала, что и лопасть ротора, по меньшей мере в области соединения между лопастью ротора и краевой дугой и, таким образом, может быть непосредственно соединена с лопастью посредством клеевого соединения.
Дополнительные детали и преимущества настоящего изобретения также раскрываются в примерных вариантах осуществления, соответствующих чертежам.
В соответствии с настоящим изобретением предлагается лопасть ротора ветровой электростанции в соответствии с п. 1 формулы изобретения.
Соответственно лопасть ротора имеет главный компонент и законцовку лопасти, причем законцовка лопасти съемным образом присоединяется к главному компоненту посредством соединительного устройства. Это соединительное устройство имеет секцию законцовки и секцию основания. Секция законцовки присоединяется к законцовке лопасти, а секция основания присоединяется к главному компоненту и подготавливается к приему секции законцовки, адаптированной, таким образом, к ней. Секция законцовки имеет по меньшей мере один крепежный элемент, который проходит до секции основания для крепления секции законцовки к секции основания. Доступ к этому крепежному элементу осуществляется через отверстие в поверхности законцовки лопасти для того, чтобы выполнить соединение. Это отверстие предпочтительно должно быть как можно меньше, в частности, оно должно быть достаточно малым для того, чтобы крепежный элемент был доступным, но не проходил через это отверстие. Таким образом, выходящее наружу отверстие может быть сохранено настолько малым, насколько это возможно.
Законцовка лопасти ротора может, таким образом, быть приложена к главному компоненту и блокирована в этом положении через отверстие в поверхности законцовки лопасти.
Это позволяет избежать создания отверстия в главном компоненте лопасти ротора. Это имеет особое преимущество, заключающееся в том, что можно относительно легко произвести законцовку лопасти ротора в качестве отдельного компонента, который является небольшим по сравнению с главным компонентом лопасти ротора. Любые отверстия для доступа к крепежному элементу могут быть точно сделаны с помощью производственной технологии, посредством чего можно избежать повреждений законцовки лопасти.
Это также предотвращает повреждение законцовки лопасти климатическими условиями. Если, однако, законцовка лопасти становится поврежденной в этой области, это представляет всего лишь незначительную проблему, потому что законцовка лопасти может быть заменена относительно недорого.
Доступ к крепежному элементу через отверстие в поверхности законцовки лопасти осуществляется таким образом, что подходящий гаечный ключ или отвертка вставляются через отверстие для крепежного элемента.
Предпочтительно главная секция лопасти и, дополнительно или альтернативно, законцовка лопасти изготавливаются главным образом из армированного волокном пластика, в частности из пластика, армированного стекловолокном. Главный компонент лопасти ротора, в частности, имеет ряд поддерживающих структур, которые могут быть сделаны из различного материала. В частности, преобладающая часть внешнего корпуса лопасти ротора, однако, предпочтительно изготавливается из армированного волокном пластика, такого как пластик, армированный стекловолокном. Также могут быть включены и другие материалы, такие как лаковые покрытия или покрытия из фольги. Также возможно использование пластика, армированного углеродным волокном.
Предлагается, чтобы для такого армированного волокном пластика основная секция или секция законцовки соответственно были ламинированы. Основная секция или секция законцовки соответственно тем самым имеет соответствующую область, в частности область, подготовленную как профиль, который может быть обеспечен в соответствующей форме уже во время изготовления лопасти ротора. Главный компонент лопасти ротора или законцовка лопасти соответственно может таким образом уже присутствовать в положении посредством обеспечения подходящего многослойного переплетения, а затем введения соответствующей смолы для того, чтобы произвести армированный волокном пластик, и поэтому может быть произведен в точно то же самое время. В этом смысле ламинирование следует понимать таким образом, что соответствующий подход к объединению основной секции или секции законцовки соответственно заключается в применении непосредственно к многослойному переплетению или что многослойное переплетение располагается непосредственно на этой секции и пропитывается смолами.
Секция законцовки и/или основная секция предпочтительно имеет по меньшей мере один соединительный штифт для сопротивляющейся перекосу вставки в соответствующие отверстия в основной секции или секции законцовки соответственно. Таким образом, например, два параллельных соединительных штифта могут быть обеспечены на секции законцовки, которые для целей крепления вводятся, в частности вставляются, в соответствующие отверстия в основной секции. Аналогичным образом, эти соединительные штифты могут быть обеспечены в основной секции так, чтобы секция законцовки лопасти была помещена на эти соединительные штифты. Однако предпочтительно эти соединительные штифты располагаются на секции законцовки, как описано выше, чтобы избежать проблем при транспортировке главного компонента лопасти ротора.
Предпочтительная лопасть ротора характеризуется тем, что по меньшей мере один крепежный элемент
- зацепляется в соответствующем зажимном приспособлении в основной секции своим первым концом и
- располагается в законцовке лопасти своим вторым концом, который обращен в сторону от первого конца, для того, чтобы выполнить соединение и расцепить соединение, причем второй конец устанавливается в законцовку лопасти ниже отверстия поверхности законцовки лопасти таким образом, что к нему можно получить доступ через отверстие в этой поверхности, и таким образом, что остается пространство между вторым концом и поверхностью для того, чтобы организовать средство герметизации так, чтобы отверстие в поверхности могло быть закрыто.
Крепежный элемент, таким образом, проходит от секции законцовки лопасти до основной секции и, следовательно, от законцовки лопасти до главного компонента лопасти ротора. Соответственно, первый конец крепежного элемента, который может также упоминаться как первая секция, может быть закреплен в основной секции. Второй конец, который может также упоминаться как вторая секция, располагается в секции законцовки и, следовательно, в законцовке лопасти под отверстием законцовки лопасти. Здесь расположение под отверстием относится к соответствующей поверхности, в которой располагается отверстие, и ниже этой поверхности, таким образом, означает «внутри законцовки лопасти». Однако этот второй конец, таким образом, не находится непосредственно ниже поверхности, но вместо этого достаточно далеко внутри законцовки лопасти так, чтобы оставалось достаточное пространство для средства герметизации в или под отверстием. Здесь достаточное пространство обеспечивается так, чтобы средство герметизации могло быть вставлено в отверстие таким образом, чтобы оно могло создать ровное уплотнение, а именно уплотнение, утопленное заподлицо с поверхностью. Таким образом можно избежать выступающего герметизирующего средства, такого как выступающая пробка, что позволяет получить более выгодную аэродинамически конфигурацию. Следует отметить, что самые высокие относительные скорости воздуха имеют место именно на законцовке лопасти ротора.
Крепежный элемент предпочтительно проектируется как болт и может быть ввинчен через отверстие с помощью его головки болта, которая, таким образом, формирует второй конец крепежного элемента, в основную секцию своей резьбой, которая формирует первый конец этого крепежного элемента, ввинчиваемого в основную секцию.
Один вариант осуществления использует изгиб в законцовке лопасти и использует соответственно загнутую область для обеспечения отверстия для доступа к крепежному элементу, а именно выпуклую область изгиба или внешнюю область изгиба соответственно в смысле внешней кривой. Когда законцовка лопасти, таким образом, изгибается в наветренную сторону лопасти ротора, изгиб наружу находится или ориентирован в сторону всасывания лопасти ротора. Предлагается, чтобы отверстие было обеспечено именно в этой области.
В соответствии с одним вариантом осуществления предлагается, чтобы использовалось герметизирующее средство, которое после присоединения законцовки лопасти к главному компоненту лопасти ротора формировало бы элемент собранной таким образом лопасти ротора. Герметизирующее средство обеспечивается так, чтобы оно съемным образом присоединялось в отверстии и, следовательно, имело соединительный механизм. В этом отношении оно представляет собой не просто кусочек упругого материала, такого как пробка, а скорее, соединительный механизм, который, в частности, проектируется как соединительный механизм, который только устанавливает фиксированное крепление в соответствующем отверстии при его использовании.
Герметизирующее средство предпочтительно подготавливается таким образом, что его форма, окружность и/или ширина могут быть изменены, в частности увеличены, посредством сжатия в продольном направлении для удержания в отверстии. Это сжатие и получающаяся в результате этого модификация формы, окружности или ширины предпочтительно обеспечиваются только в секции герметизирующего средства. В частности, упругий компонент, в частности упругий элемент, сжимается и тем самым увеличивается в окружности, тем самым плотно закрепляясь в отверстии.
Сжатие предпочтительно выполняется путем вращения средства сжатия, в частности болта, посредством чего достигается закрепление в отверстии. Вращение в противоположном направлении приводит к соответствующему расширению в продольном направлении и уменьшению ширины и, таким образом, освобождению крепления.
Для того чтобы избежать вращения герметизирующего средства целиком при вращении средства сжатия, один вариант осуществления предусматривает наличие у герметизирующего средства удерживающей секции, которая адаптирована к крепежному элементу или наоборот. Эта удерживающая секция, таким образом, препятствует вращению герметизирующего средства целиком, когда она соответственно задействуется, посредством чего средство сжатия и герметизирующее средство в целом не присоединены к крепежному элементу, но вместо этого крепежный элемент лишь предотвращает вышеупомянутое вращение герметизирующего средства. Это применимо как к присоединению герметизирующего средства, так и к отсоединению герметизирующего средства.
Дополнительный вариант осуществления предлагает, чтобы лопасть ротора характеризовалась тем, что соединительное устройство соединяется со средством молниеотвода и готово передать электрический ток от молнии, которая ударяет в законцовку лопасти, к главной секции лопасти, а также тем, что герметизирующее средство предпочтительно проектируется таким образом, что оно является электроизолирующим, или проектируется таким образом, что оно является электропроводящим таким образом, что оно может передавать электрический ток от молнии, которая ударяет по герметизирующему средству, к соединительному устройству. Тем самым обеспечивается средство молниеотвода, которое позволяет провести молнию, которая ударяет в законцовку лопасти, от законцовки лопасти к главному компоненту лопасти ротора посредством соединительного устройства. С этой целью секция законцовки может быть, например, соединена с соответствующим молниеотводом в законцовке лопасти, так что электричество может быть проведено, и в соединенном состоянии или посредством соединительных штифтов может быть обеспечена способность проводить электричество к основной секции, посредством чего основная секция в свою очередь соединяется со средством молниеотвода в главном компоненте лопасти. Эти соединительные штифты и соответствующие зажимные приспособления, таким образом, имеют такие размеры, что соответствующий ток от молнии может быть проведен по меньшей мере временно.
С этой целью герметизирующее средство может быть спроектировано таким образом, чтобы оно являлось электроизолирующим, так чтобы можно было ожидать, что молния ударит в другую часть, в частности в средство молниеотвода, обеспеченное в законцовке лопасти. Альтернативно, герметизирующее средство может быть специально спроектировано так, чтобы оно было электропроводным и, соответственно, могло проходить к поверхности законцовки лопасти. Соответственно, герметизирующее средство должно быть спроектировано таким образом и электрически соединено с секцией законцовки так, чтобы электрический ток от разряда молнии мог быть разряжен через герметизирующее средство, секцию законцовки и основную секцию.
В дополнение к этому предлагается соединительное устройство для соединения друг с другом главного компонента лопасти и законцовки лопасти ротора или краевой дуги лопасти ротора соответственно. Это соединительное устройство имеет элементы, особенности и/или характеристики, уже описанные выше в связи с по меньшей мере одним из описанных вариантов осуществления лопасти ротора. Аналогичным образом предлагается законцовка лопасти ротора, которая имеет элементы, особенности и/или характеристики, уже описанные выше в связи с по меньшей мере одним из описанных вариантов осуществления лопасти ротора.
Соответственно предпочтительно предлагаются краевая дуга или законцовка лопасти, которая характеризуется тем, что первая секция спроектирована как край краевой дуги или законцовки лопасти соответственно, и которая полностью или частично охватывает вторую секцию. Электропроводящим материалом, таким образом, окаймляется не проводящий электричества материал. Здесь окаймление означает полное или частичное окружение края или раму. В частности, секция законцовки лопасти и два края или обрамление законцовки лопасти или краевой дуги соответственно являются электропроводящими, в частности сделанными из металла. Из этих двух краев или обрамления соответственно один обычно направлен по существу в направлении движения лопасти ротора, когда ветровая электростанция работает в обычном режиме, а другой край или обрамление соответственно направлен по существу в противоположном направлении.
Было установлено, что молния не обязательно ударяет в конец законцовки лопасти или не обязательно ударяет только в конец законцовки лопасти, но может также ударить в края или в обрамление, или ее локальное распространение может не ограничиваться только концом. При подходящем дизайне законцовки лопасти может предпочтительно использоваться синергический эффект, посредством которого обеспечение электропроводящего материала, в частности металла, на краях также обеспечивает отведение тока от законцовки к соединителю для соединения с главным компонентом лопасти ротора. Кроме того, имеется также синергический эффект, за счет которого может использоваться механическое сопротивление металла в дополнение к его способности проводить разряд молнии, в частности, путем обеспечения металла по меньшей мере на крае или обрамлении в прямом направлении предполагаемого вращательного движения ротора. В современных ветровых электростанциях, которые имеют диаметр ротора вплоть до 126 метров, законцовка лопасти ротора может перемещаться с существенными скоростями. При таких высоких скоростях любой контакт с загрязнением или насекомыми может легко вызвать повреждения.
Использование такого края, сделанного из электропроводящего материала, в частности металла, может, таким образом, обеспечить защиту против такого повреждения, улучшить характеристики защиты от молнии и в то же самое время создать законцовку лопасти ротора или краевую дугу соответственно, имеющую сравнительно малую массу.
Первая секция, а именно электропроводящая, в частности металлическая, секция, предпочтительно проектируется как рама, принимающая или окружающая вторую секцию. Эта рама может, таким образом, принять вторую секцию и тем самым достичь хорошего соединения обеих секций и, соответственно, создать устойчивую законцовку лопасти или устойчивую краевую дугу соответственно.
Дополнительная конфигурация предлагает, чтобы первая секция, а именно, в частности, рама, имела удерживающую раму для приема второй секции, а также соединительную раму для присоединения к удерживающей раме и тем самым для присоединения второй секции к удерживающей раме. Таким образом, вторая секция может быть вставлена или уложена в удерживающую раму, посредством чего оба элемента предпочтительно являются уже произведенными и подгоняются по месту. Наконец, соединительная рама может быть применена, вставлена или зацеплена таким образом, что, например, часть второй секции, например периферийное крепление или удерживающий край второй секции, по меньшей мере частично располагается между удерживающей рамой и соединительной рамой. Вторая секция тем самым может быть вставлена или зажата в этой области. Присоединение соединительных рам к удерживающей раме выполняется посредством крепежных деталей, например болтов или заклепок.
Краевая дуга согласно по меньшей мере одному из вышеописанных или описанных далее вариантов осуществления предпочтительно является подготовленной для присоединения к главному компоненту лопасти ротора. В частности, присоединение выполняется, как описано в связи по меньшей мере с одним вариантом осуществления лопасти ротора, соединительного устройства или способа для формирования соединения. Тем самым возможно произвести лопасть ротора выгодным образом и, в частности, так, чтобы она монтировалась на месте установки только в области законцовки лопасти. Это облегчает транспортировку лопасти ротора и позволяет заменять краевую дугу или законцовку лопасти соответственно в случае необходимости после разряда молнии.
В дополнение к этому предлагается способ для монтажа законцовки лопасти на главном компоненте лопасти ротора. Этот способ использует описанную выше законцовку лопасти в соединении по меньшей мере с одним вариантом осуществления лопасти ротора. В дополнение к этому законцовка лопасти должна быть смонтирована на главном компоненте соответствующей лопасти ротора.
Данный способ предлагает, чтобы секция законцовки лопасти сначала была помещена на основную секцию, которая присоединяется к главному компоненту лопасти. Законцовка лопасти, таким образом, сначала помещается на главный компонент лопасти ротора и фиксируется в этом положении на следующей стадии посредством крепежного элемента, который был описан выше в соединении по меньшей мере с одним вариантом осуществления лопасти ротора.
Далее настоящее изобретение описывается более подробно с использованием вариантов осуществления в качестве примеров со ссылками на сопровождающие чертежи.
Фиг. 1 показывает вид в перспективе краевой дуги согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 2 показывает вид сверху краевой дуги, подобной схематическому виду, изображенному на Фиг. 1.
Фиг. 3 показывает вид сбоку соединения лопасти ротора, а именно соединения с главным компонентом лопасти ротора, для краевой дуги, подобной изображенной на Фиг. 1 и Фиг. 2.
Фиг. 4 показывает схему лопасти ротора ветровой электростанции, имеющей краевую дугу.
Фиг. 5 показывает вид в перспективе ветровой электростанции.
Фиг. 6 показывает соединительное устройство в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения в разобранном виде, включая приемник молнии без герметизирующего средства.
Фиг. 7 показывает разобранный вид части соединительного устройства в соответствии с Фиг. 6, имеющего законцовку лопасти ротора и имеющего предложенное герметизирующее средство.
Фиг. 8 показывает вид в перспективе секции законцовки соединительного устройства, включающего в себя присоединенный приемник молнии.
Фиг. 9 показывает вид в перспективе с частичным разрезом герметизирующего средства и части устройства закрепления.
Фиг. 10-13 показывают различные виды законцовки лопасти или краевой дуги соответственно согласно одному варианту осуществления.
Фиг. 1 показывает вид в перспективе краевой дуги согласно одному варианту осуществления. На этом виде внутренняя часть приемника 6 молнии и проводник 5 молниезащиты показаны как незакрытые. Проводник 5 молниезащиты располагается внутри краевой дуги 1. Наконечник приемника молнии 3 делается из электропроводящего материала. Здесь алюминий или нержавеющая сталь являются особенно подходящими, поскольку эти материалы имеют более низкую массу, чем сталь или железо. Приемник 3 молниезащиты соединен с электрическим проводником 5, который может также упоминаться как проводник молниезащиты и который направляется к точке соединения лопасти 4 ротора. Электрический проводник 5 может быть либо сформированной деталью из стали, либо кабелем.
Он соединяется с проводником молниезащиты лопасти ротора в соединении 4 лопасти ротора. В предложенном варианте осуществления соединение создается посредством винтового соединения.
Так как краевая дуга 1, за исключением приемника молнии, делается полностью из стекловолоконных материалов, приемник молнии и проводник 5 молниезащиты вводятся в материал стекловолокна во время его производства и связываются с ним. Краевая дуга производится из двух половин оболочек, одна для стороны всасывания и одна для стороны давления. Половины оболочек производятся из стекловолоконных матов при помощи способа вакуумной пропитки. В конце производства две половины оболочек соединяются с приемником молнии.
После производства с внешней стороны видно только наконечник приемника 3 молниезащиты. Внутренняя часть приемника 6 молнии скрыта краевой дугой 1.
Фиг. 2 показывает вид сверху краевой дуги. На этом чертеже можно видеть только наконечник приемника 3 молниезащиты. Внутренняя часть приемника 6 молнии включена в краевую дугу. Отношение (A/B) внешней части 3 к внутренней части 6 приемника молнии составляет от 2,0 до 2,7, причем отношение 2,5 является особенно предпочтительным. Отношение (C/D) высоты краевой дуги и длины соединения с лопастью 4 ротора составляет от 3 до 3,5.
Проводник 5 молниезащиты краевой дуги соединяется с системой молниезащиты лопасти ротора посредством винтового соединения 11.
Фиг. 3 показывает вид сбоку краевой дуги. Соединение с лопастью ротора заполняется водостойким материалом 20 так, чтобы соединение для молниезащиты 5 не перемещалось во время работы ветровой электростанции, и так, чтобы конденсационная вода из лопасти ротора не могла проникнуть в краевую дугу. Накопленная в краевой дуге конденсационная вода сливается через отверстие в краевой дуге, расположенное настолько близко к приемнику молнии, насколько это возможно (здесь не показано). Это отверстие в идеале сверлится под углом 45° так, чтобы никакая дождевая вода не могла проникнуть в краевую дугу, а накопленная вода могла сливаться через это отверстие. Стороны соединения 4 лопасти ротора укрепляются наполнителем так, чтобы соединение не было повреждено возникающими нагрузками.
Фиг. 4 показывает лопасть 30 ротора ветровой электростанции, имеющую краевую дугу 1 в соответствии с настоящим изобретением.
Приемник молнии или приемник молниезащиты могут также упоминаться как первая секция краевой дуги. Соединение краевой дуги с лопастью ротора может также упоминаться как область соединения краевой дуги. Приемник молнии или приемник молниезащиты соответственно имеет внешнюю и внутреннюю части. Внешняя часть формирует наконечник краевой дуги или имеет наконечник краевой дуги соответственно, а внутренняя часть приемника молнии или приемника молниезащиты соответственно обеспечивается для соединения со второй частью краевой дуги и может также упоминаться как край приемника.
Фиг. 1-3 показывают, в частности, структуру краевой дуги, а именно, в частности, использование различных материалов в краевой дуге, в частности использование электропроводящего материала для наконечника приемника 3 молнии и использование армированного волокном пластика по существу для остающейся области краевой дуги.
Фиг. 6-9 относятся к соединению краевой дуги или законцовки лопасти соответственно с лопастью ротора или с главным компонентом лопасти ротора соответственно. Соединение такого вида может также использоваться для краевой дуги, описанной с использованием Фиг. 1-3, посредством чего небольшие корректировки будут внесены в краевую дугу, изображенную на Фиг. 1-3 в случае необходимости, в частности, для того, чтобы расположить секцию законцовки на законцовке лопасти или краевой дуге в соответствии с Фиг. 1-3 и обеспечить доступ к крепежному элементу. В любом случае, аспекты, которые были описаны посредством примера в совокупности с Фиг. 1-3, могут быть объединены с аспектами, которые были описаны посредством примера на Фиг. 6-9, и такие комбинации также предлагаются в соответствии с вариантами осуществления настоящего изобретения.
Лопасть ротора, которая показана посредством примера и очень упрощенно изображена на Фиг. 3, может иметь как краевую дугу в соответствии с Фиг. 1-3, так и краевую дугу в соответствии с Фиг. 7, и краевая дуга 1 предпочтительно присоединяется посредством описанного устройства крепления или его частей, изображенных на Фиг. 6-9. Общий вид, показанный на Фиг. 4, не изображает конкретный способ соединения краевой дуги 1 с лопастью 30 ротора.
Аналогичным образом каждая из лопастей ротора, которые показаны для ветровой электростанции в соответствии с Фиг. 5, может иметь краевую дугу в соответствии с Фиг. 1-3 и/или может быть присоединена посредством соединительного устройства, детали которого объясняются на Фиг. 6-9 посредством примера.
Фиг. 5 показывает ветровую электростанцию 100 с башней 102 и обтекателем 104. Ротор 106 с тремя лопастями 108 ротора и обтекатель 110 втулки ротора располагаются на обтекателе 104. Ротор 106 приводится во вращательное движение ветром и, таким образом, приводит в движение генератор, находящийся в обтекателе 104. В этом смысле Фиг. 5 показывает ветровую электростанцию 100, имеющую лопасти ротора и законцовки лопасти ротора или краевые дуги в соответствии с настоящим изобретением.
Фиг. 6 показывает соединительное устройство 202, имеющее основную секцию 204 и секцию 206 законцовки. В дополнение к этому показан приемник 208 молнии, который соединяется с секцией 206 законцовки электропроводящим образом.
Основная секция имеет область 210 соединения лопасти, которая должна быть расположена и присоединена к некоторой области лопасти ротора, а именно к ее концу. С этой целью эта основная секция имеет, в частности, большие клейкие поверхности 212 и 214, которые могут быть соединены с армированным стекловолокном материалом лопасти ротора. Концевая опорная пластина 216 присоединяется как крышка к области 210 соединения лопасти посредством двух крепежных болтов 218. В этом случае концевая опорная пластина 216 имеет профиль лопасти ротора в этой области и тем самым достигает чистого и полного закрытия лопасти ротора от присоединяемой законцовки лопасти.
Цилиндр 220 с резьбой вставляется изнутри в концевую опорную пластину 216, а именно, в области, обращенной к области 210 соединения лопасти, причем этот цилиндр с резьбой имеет внутреннюю резьбу и является доступным с внешней стороны, когда основная секция 204 находится в собранном состоянии.
На перспективном виде, изображенном на Фиг. 7, также видно, что область 210 соединения лопасти имеет цилиндрическое гнездо 222 для цилиндра 220 с резьбой.
Фиг. 6 показывает со ссылкой на секцию законцовки 206, что эта секция имеет концевую пластину 224 законцовки, которая формирует крышку для присоединяемой законцовки лопасти и которая аналогичным образом имеет приблизительно профиль лопасти ротора или законцовки лопасти в этой области. Концевая пластина 224 законцовки присоединяется к законцовке лопасти клеевым соединением на клейких поверхностях 226 и 228.
Для того чтобы присоединить или вставить законцовку лопасти к или в конец лопасти, а именно в основную секцию 204, концевая пластина 224 законцовки имеет две вставных шпильки или два вставных болта 230, которые неподвижно крепятся в отверстиях 232 концевой пластины для шпилек. Для того чтобы присоединить законцовку лопасти к лопасти ротора, эти вставные шпильки 230 проходят через соответствующие отверстия 234 в концевой опорной пластине 216 и вставляются в гнезда 236 в области 210 соединения лопасти, что можно видеть только на перспективном виде, показанном на Фиг. 7. Между концевой опорной пластиной 216 и концевой пластиной 224 законцовки обеспечивается соединение 240, которое имеет форму и размеры так называемого кольцевого уплотнения. Соединение 240 позволяет концевой опорной пластине 216 и концевой пластине 224 законцовки быть соединенными с небольшим зазором на некотором расстоянии друг от друга. Соединение 240 может тем самым обеспечить компенсацию в случае необходимости.
Фиксация на месте происходит, когда болт 242, который здесь функционирует как крепежный элемент, ввинчивается в цилиндр 220 с резьбой через стяжную втулку 244, крепежное отверстие 246 и дополнительное центральное отверстие 248. Предварительно напряженное состояние может быть поддержано посредством стяжной втулки 244, и, таким образом, удается избежать усталости соединения или по меньшей мере значительно отсрочить ее.
В этой связи Фиг. 8 показывает собранную секцию 206 законцовки, которая была подготовлена для соединения с основной секцией 204. Фиг. 8 также иллюстрирует первую концевую область 250, посредством которой крепежный элемент или болт 242 соответственно должен зацепиться в цилиндре 220 с резьбой, и вторую концевую область 252, которая здесь спроектирована как головка болта и которая упирается в стяжную втулку 244.
На Фиг. 6 и Фиг. 8 электрическое соединение приемника 208 молнии также соединяется с концевой пластиной 224 законцовки в области соединения 256 пластины посредством электрического проводника 254. Соединение 258 приемника обеспечивается на приемнике 208.
Фиг. 7 также показывает законцовку 260 лопасти, которая здесь показана лишь схематично, и, в частности, на этой иллюстрации не прорисован приемник 208 молнии. Эта законцовка лопасти отклоняется в сторону 262 повышенного давления лопасти ротора и, следовательно, также к законцовке 260 лопасти. Таким образом, на стороне 264 всасывания создается выпуклая кривая или, как результат этой выпуклой кривой, выпуклая поверхность 266 соответственно, через которую может быть введен крепежный элемент 242. В дополнение к этому стяжная втулка 244 и крепежный элемент 242 также могут быть введены в законцовку 260 лопасти через такое отверстие, которое не видно на перспективном виде, показанном на Фиг. 7. Фиг. 7 также предлагает герметизирующее средство 280. Это герметизирующее средство 280 подробно показано на Фиг. 9. Вид с частичным разрезом на Фиг. 9 показывает область 282 поверхности законцовки 260 лопасти. В дополнение к этому представлен край 284 отверстия, в котором формируется отверстие 286, в которое вставляется герметизирующее средство 280.
Здесь герметизирующее средство 280 имеет концевую секцию 288, которая проходит к поверхности 282 или которая формирует поверхность 282 в показанной области. Рядом с концевой секцией 288 находится сжимаемое тело 290, причем сжимаемое тело 290 и концевая секция 288 показаны в разрезе.
Для того чтобы обеспечить сжатие, средство 292 сжатия по существу формируется как болт и зацепляется во встречном теле 294. Встречное тело 294 имеет нажимную пластину 296 и удерживающую секцию 298. Удерживающая секция 298 проектируется как внешний шестиугольник и по существу вставляется как соответствующий шестигранный ключ в головку 252 болта крепежного элемента 242. Головка 252 болта имеет внутреннее шестиугольное гнездо в той области, в которой удерживающая секция 298 помещается как соответствующий гаечный ключ. Удерживающая секция 298 по существу без напряжения сидит в этой головке 252 болта, и головка 252 болта только предотвращает вращение встречного тела 294, когда средство 292 сжатия вращается. Кроме этого, не существует никакого соединения с головкой 252 болта согласно этому варианту осуществления. Головка 252 болта, таким образом, формирует удерживающее приспособление для этой удерживающей секции 298.
Если средство 292 сжатия теперь ввинчивается во встречное тело 294, например, посредством головки 300 его болта, расстояние между концевой секцией 288 и нажимной пластиной 296 встречного тела 294 тем самым уменьшается. Сжимаемое тело 290 тем самым сжимается и расширяется в направлении наружу. Таким образом, в показанном примере герметизирующее средство 280 закрепляется в отверстии 286 по существу посредством фрикционного соединения.
Герметизирующее средство 280 также имеет отверстие 302 для доступа к средству 292 сжатия, которое является маленьким по сравнению с отверстием 286 и не представляет собой проблемы с точки зрения аэродинамики и не обеспечивает легкого проникновения воды или загрязненного воздуха.
Фиг. 10 показывает вид сбоку краевой дуги 901, имеющей секцию 906 законцовки и основную секцию 904. Краевая дуга 901 имеет область 905 присоединения со схематично проиллюстрированными крепежными элементами 930. Краевая дуга 901 тем самым имеет кривую, которая имеет направленное наружу отклонение 966, расположенное между секцией законцовки 906 и областью 905 присоединения. В дополнение к этому краевая дуга 901 имеет по существу две секции, а именно первую секцию 903, сделанную из металла, и вторую секцию 902, сделанную из электрически непроводящего материала.
Фиг. 11 показывает вид в перспективе краевой дуги 901 по существу с точки зрения направленного наружу отклонения 966. Фиг. 12 показывает вид краевой дуги 901 по существу с точки зрения направленного наружу отклонения 966. Фиг. 11 и Фиг. 12 ясно показывают, что первая секция 903 охватывает вторую секцию 902.
Фиг. 13 показывает вид в разрезе краевой дуги 901 в сечении через основную секцию 904, в котором ради ясности площади поперечного сечения не заштрихованы. Здесь вид, показанный на Фиг. 13, представляет собой вид с вогнутой стороны краевой дуги 901, то есть со стороны, противоположной направленному наружу отклонению 966.
На этом виде, показанном на Фиг. 13, можно заметить, что первая секция 903 обеспечивается как рама и имеет удерживающую раму 913 и соединительную раму 923. Соединительная рама 923 присоединена к удерживающей раме 913 с крепежными элементами 933. Краевая секция 943 второй секции 902 неподвижно крепится между удерживающей рамой 913 и соединительной рамой 923. Проще говоря, краевая дуга 901 может быть собрана таким образом, что краевая секция 943 второй секции 902 может быть вставлена в удерживающую раму 913. Таким образом, краевая секция 943 находится на соответствующей области удерживающей рамы 913 и уже адаптирована так, что она индивидуально соответствует удерживающей раме 913. Соединительная рама 923 тогда по существу помещается на принимающий край 943 и тем самым также вставляется в удерживающую раму 913. Путем обеспечения крепежных элементов 933 краевая дуга 901 затем соединяется в единый блок. Эта сборка альтернативно или дополнительно может быть обеспечена, например, клеевым соединением.
Следующие варианты осуществления предлагаются в соответствии с настоящим изобретением и заявляются в соответствии с настоящим изобретением.
Вариант осуществления 1
Краевая дуга лопасти ротора ветровой электростанции, которая имеет первую секцию, сделанную из по меньшей мере первого, электропроводящего, материала, и вторую секцию, сделанную из второго, электрически непроводящего, материала.
Вариант осуществления 2
Краевая дуга в соответствии с вариантом осуществления 1,
характеризующаяся тем, что
первый материал представляет собой или включает в себя металл, в частности алюминий, и/или что второй материал представляет собой или включает в себя армированный стекловолокном пластик (GFK) или армированный углеродным волокном пластик (CFK).
Вариант осуществления 3
Краевая дуга в соответствии с вариантом осуществления 1 или 2,
характеризующаяся тем, что
во второй секции краевой дуги имеется соединительная область для соединения с лопастью ротора, в частности для вставки в лопасть ротора, и в первой секции этой краевой дуги имеется законцовка краевой дуги, которая обращена в сторону от соединительной области, в результате чего законцовка краевой дуги состоит из первого материала, а соединительная область состоит из второго материала.
Вариант осуществления 4
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-3,
характеризующаяся тем, что
первая секция или первый материал наконечника краевой дуги соответственно проходит на расстояние от 5% до 30%, в частности от 10% до 20%, к соединительной области и/или что вторая секция или второй материал соответственно проходит от соединительной области на расстояние от 70% до 95%, в частности от 80% до 90%, к наконечнику краевой дуги.
Вариант осуществления 5
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-4,
характеризующаяся тем, что
первая секция обеспечивается как приемник молнии и обеспечивается электропроводящим соединением для отведения разряда молнии, в частности проводником молниезащиты, для соединения с электрическим проводником, который проводит разряд молнии в лопасти ротора, посредством чего электропроводящее соединение предпочтительно направляется через вторую секцию к электрическому проводнику для отведения разряда молнии, и/или электропроводящее соединение обеспечивается соединительным средством для того, чтобы установить электрическое соединение с электрическим проводником в лопасти ротора.
Вариант осуществления 6
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-5,
характеризующаяся тем, что
вторая секция имеет внутреннее пространство, заполненное изоляционным материалом так, чтобы некоторое электропроводящее соединение или конкретное электропроводящее соединение могло проходить изолированным образом.
Вариант осуществления 7
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-6,
характеризующаяся тем, что
некоторое внутреннее пространство или конкретное внутреннее пространство формируется из оболочки, сделанной из сотовой поддерживающей структуры, сделанной из пластика, и/или на нем обеспечивается герметизирующее соединение, в частности, в качестве изоляционного материала и/или что армирование обеспечивается во второй секции, которая предпочтительно обращена к переднему краю краевой дуги и/или располагается смежно с сотовой поддерживающей структурой.
Вариант осуществления 8
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-7,
характеризующаяся тем, что
первая секция имеет приемный край для соединения со второй секцией, в частности для вставки во вторую секцию.
Вариант осуществления 9
Краевая дуга в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-8,
характеризующаяся тем, что
краевая дуга искривляется, изгибается или отклоняется от первой секции ко второй секции, в частности, под углом в диапазоне от 70° до 110°, в частности в диапазоне от 80° до 100°, предпочтительно приблизительно 90°.
Вариант осуществления 10
Лопасть ротора ветровой электростанции, включающая в себя краевую дугу в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-9.
Вариант осуществления 11
Лопасть ротора в соответствии с вариантом осуществления 10, характеризующаяся тем, что она имеет концевую область для присоединения краевой дуги и вторая секция краевой дуги имеет тот же самый материал, что и концевая область лопасти ротора.
Вариант осуществления 12
Ветровая электростанция, имеющая по меньшей мере одну лопасть ротора в соответствии с вариантом осуществления 10 или 11.
Вариант осуществления 13
Способ для производства краевой дуги лопасти ротора, в частности, в соответствии с одним из вариантов осуществления 1-9, в котором первая секция делается из первого, электропроводящего, материала, а вторая секция делается из второго, электрически непроводящего, материала, в частности из армированного стекловолокном пластика или из армированного углеродным волокном пластика, и первая часть по меньшей мере частично вводится в материал из стекловолокна или в материал из углеродного волокна соответственно и соединяется с ним во время изготовления, в частности, вместе с проводником молниезащиты.
Вариант осуществления 14
Способ в соответствии с вариантом осуществления 13,
характеризующийся тем, что
вторая часть производится из двух половин оболочек, одна из которых производится для стороны всасывания, а другая - для стороны повышенного давления лопасти ротора.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1 - краевая дуга;
2 - поверхность краевой дуги;
3 - приемник молнии (внешняя часть);
4 - соединение с лопастью ротора;
5 - проводник молниезащиты;
6 - приемник молниезащиты (внутренняя часть);
10 - сотовая поддерживающая структура для армирования краевой дуги;
11 - соединение для приемника молнии;
20 - заполнение;
21 - армирование;
30 - лопасть ротора ветровой электростанции;
202 - соединительное устройство;
204 - основная секция;
206 - секция законцовки;
208 - приемник молнии;
210 - область соединения лопасти;
212 - клейкие поверхности;
214 - клейкие поверхности;
216 - концевая опорная пластина;
218 - монтажные болты;
220 - цилиндр с резьбой;
222 - гнездо для цилиндра;
224 - концевая пластина законцовки;
226 - клейкие поверхности;
228 - клейкие поверхности;
230 - вставные шпильки/болты;
232 - отверстия для шпилек;
234 - отверстия для вставки;
236 - гнезда для вставки;
240 - соединение;
242 - болт/крепежный элемент;
244 - стяжная втулка;
246 - крепежное отверстие;
248 - центральное отверстие;
250 - первая концевая область;
252 - вторая концевая область/головка болта;
254 - электрический проводник;
256 - соединение пластины;
258 - соединение приемника;
260 - законцовка лопасти;
262 - сторона повышенного давления;
264 - сторона всасывания;
266 - выпуклая поверхность/кривая;
280 - соединительное устройство;
282 - область поверхности;
284 - край отверстия;
286 - отверстие;
288 - концевая секция;
290 - сжимаемое тело;
292 - средство сжатия/болт;
294 - встречное тело;
296 - нажимная пластина;
298 - удерживающая секция;
300 - головка болта 292;
302 - отверстие для доступа;
901 - краевая дуга;
902 - вторая секция;
903 - первая секция;
904 - основная секция;
905 - область присоединения;
906 - секция законцовки;
913 - удерживающая рама;
923 - соединительная рама;
930 - крепежные элементы;
933 - крепежные элементы;
943 - краевая секция;
966 - направленное наружу отклонение.