Данное изобретение касается намоточного сердечника для изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок и формы для изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности, для концов роторных лопастей ветроэнергетических установок. Кроме того, данное изобретение касается способа изготовления конца роторной лопасти ветроэнергетической установки, способа изготовления сегмента задней кромки для роторной лопасти ветроэнергетической установки, в частности, для конца роторной лопасти ветроэнергетической установки, и способа изготовления роторной лопасти ветроэнергетической установки. Данное изобретение касается также роторной лопасти для ветроэнергетической установки, ветроэнергетической установки, а также набора роторных лопастей для ветроэнергетических установок.
Ветроэнергетические установки известны, и в настоящее время наиболее распространенным типом ветроэнергетической установки является так называемая ветроэнергетическая установка с горизонтальной осью вращения, обычно с тремя роторными лопастями. Такие ветроэнергетические установки все чаще имеют большую конструктивную форму, а именно, в частности, большую высоту расположения ступицы или высоту расположения оси и большие диаметры ротора с соответственно большим генератором и большей питающей мощностью. Большие диаметры ротора означают более длинные роторные лопасти, которые должны транспортироваться от места их изготовления к соответствующему месту сооружения и там должны устанавливаться. Из DE 10 2014 206 670 A1 известна, например, секционированная роторная лопасть с внутренней частью роторной лопасти или концом роторной лопасти и внешней частью роторной лопасти или внешней лопастью. Далее, из DE 10 2013 204 635 A1 известны устройство и способ изготовления концов лопастей методом намотки. Устройство для изготовления оболочек роторной лопасти различной величины и формы известно также из DE 10 2014 001 445 B4.
Большие диаметры ротора с более длинными роторными лопастями предъявляют высокие требования к производству таких роторных лопастей, к их дизайну, в частности, с точки зрения аэродинамики, а также к их допустимой нагрузке. В частности, разработка и производство роторных лопастей для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов, в частности, с возрастающими диаметрами роторов сопряжены с высокими затратами времени и средств.
Немецкое патентное ведомство при проведении информационного поиска по приоритетной заявке выявило следующие публикации, раскрывающие уровень техники: DE 43 35 221 C1, DE 10 2014 001 445 B4, DE 10 2008 055 580 A1, DE 10 2013 204 635 A1 и DE 10 2014 206 670 A1.
Поэтому задача данного изобретения связана по меньшей мере с одной из указанных проблем. В частности, предлагается решение, при котором повышается экономичность и/или снижаются затраты на дизайн и/или на изготовление, и/или на транспортировку роторных лопастей.
Эта задача согласно изобретению решается посредством намоточного сердечника для изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, содержащего первый участок с первым концом для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей, предназначенной для присоединения конца лопасти к ступице ротора, второй участок со вторым концом для формирования присоединительной геометрии для соединения с внешней лопастью, предназначенной для присоединения конца лопасти к внешней лопасти, причем за счет замены или полного или частичного удаления первого участка продольная протяженность намоточного сердечника (намоточный сердечник) и/или диаметр первого участка, и/или форма первого участка могут варьироваться таким образом, что изготовленные таким образом концы лопастей будут пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов.
Намоточный сердечник имеет первый и второй участки, которые предпочтительно могут соединяться или соединены друг с другом разъемно. Второй участок может быть заменен или удален полностью, или частично. Таким образом с помощью этого намоточного сердечника могут изготовляться концы лопастей, которые пригодны для лопастей роторов различных диаметров для ветроэнергетических установок. Для этого указанный намоточный сердечник посредством замены или удаления полного, или частичного первого участка варьируется, в частности, в отношении его продольной протяженности и/или его диаметра, например, его внутреннего диаметра, и/или его внешнего диаметра, и/или его формы. За счет варьируемых, соответственно, изменяемых намоточных сердечников затем соответственно получаются различные концы лопастей. Эти вариации намоточного сердечника при этом реализованы таким образом, что изготовленные с его помощью концы лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами ротора, в частности, имеют различную продольную протяженность.
В частности, это может быть реализовано благодаря тому, что изготовленный с помощью первого и второго участков намоточного сердечника первый конец лопасти пригоден для первой ветроэнергетической установки с первым диаметром ротора, а второй конец лопасти, который изготовлен с помощью намоточного сердечника с замененным или полностью или частично удаленным первым участком, пригоден для второй ветроэнергетической установки с вторым диаметром ротора, причем второй диаметр ротора отличается от первого диаметра ротора. Предпочтительно оба изготовленных таким образом конца лопастей имеют различную продольную протяженность, так что при комбинации обоих концов лопастей с одинаково выполненными внешними лопастями получаются различные роторные лопасти, в частности, роторные лопасти с различной продольной протяженностью.
Данное изобретение базируется в том числе на знании того, что подгонка роторных лопастей к различным диаметрам ротора, в частности, при секционированных роторных лопастях может быть особенно эффективно и экономично реализована за счет изменения конца лопасти. В частности, варьирование продольной протяженности и/или диаметра, в частности, внутреннего и/или внешнего диаметра, в частности, первого, обращенного к ступице ротора конца лопасти, и/или формы этого конца лопасти может обеспечить и/или облегчить подгонку роторной лопасти, имеющей такой конец лопасти, под различные диаметры ротора.
Намоточный сердечник как правило служит для того, чтобы на него навивался композиционный материал на волокнистой основе, который предпочтительно выполнен лентообразным и/или доставляется в рулонах. Для этого намоточный сердечник вращается как правило, предпочтительно с приводом от двигателя, тогда как указанный композиционный материал на волокнистой основе подается к этому намоточному сердечнику.
Далее, предпочтительно намоточный сердечник и/или композиционный материал на волокнистой основе при намотке совершает поступательное движение в направлении продольной протяженности намоточного сердечника, чтобы обвивать намоточный сердечник по всей его продольной протяженности, так как эта продольная протяженность намоточного сердечника как правило больше, чем ширина ленты композиционного материала на волокнистой основе.
Предпочтительно этот композиционный материал на волокнистой основе пропитывается матричным материалом, например, в пропиточном устройстве. На этой стадии матричный материал предпочтительно жидкий и/или текучий. Предпочтительно пропитанный матричным материалом композиционный материал на волокнистой основе после завершения обвивки отверждается, так что получается отвержденный композитный конец лопасти, который затем может быть удален с намоточного сердечника. Этот конец лопасти может быть соединен с одной или несколькими монтажными деталями, как, например, с внешней лопастью и/или с сегментом задней кромки, и/или с концевой частью лопасти, чтобы получить роторную лопасть. Для этого этот конец лопасти предпочтительно на торцевой стороне, которая во встроенном состоянии обращена к ступице ротора, имеет присоединительную геометрию для соединения со ступицей. Далее, этот конец лопасти предпочтительно имеет внешнюю присоединительную геометрию для соединения с лопастью, которая предпочтительно расположен на торцевой стороне, которая во встроенном состоянии обращена от ступицы ротора и обращена к внешней лопасти.
Конец лопасти и/или сегмент задней кромки, и/или внешняя лопасть может или, соответственно, могут обозначаться также как полуфабрикаты для роторной лопасти.
Указанные присоединительные геометрии конца лопасти обусловлены в том числе формой первого и второго концов намоточного сердечника. Первый конец намоточного сердечника предпочтительно служит для формирования присоединительной геометрии для соединения конца лопасти со ступицей, а второй конец намоточного сердечника служит предпочтительно для формирования присоединительной геометрии для соединения конца лопасти с внешней лопастью.
Предлагаемый изобретением намоточный сердечник обладает тем преимуществом, что с помощью такого намоточного сердечника могут изготовляться различные концы лопастей и, тем самым, различные роторные лопасти, благодаря чему быстро, гибко и/или экономично могут быть реализованы ветроэнергетические установки с различными диаметрами роторов, в частности, также на различных, довольно удаленных местах установки.
Благодаря применению такого же, хотя и изменяемого, намоточного сердечника и, в частности, когда для изготовления роторных лопастей различной продольной протяженности используются одни и те же внешние лопасти, при производстве, соответственно, изготовлении могут возникать эффекты больших серий, что может давать преимущества в цене и качестве. Кроме того, такое выполнение обладает преимуществами в плане незначительных затрат на изменение и небольших затрат на техническое обслуживание серийной продукции, небольших затрат на сертифицирование, незначительных затрат на тестирование и испытания, а также низких затрат на авторский надзор. Также может быть снижена занимаемая площадь в производственных помещениях, так как с помощью такого намоточного сердечника могут изготовляться много различных концов лопастей, и нет необходимости для каждого из различных концов лопастей держать отдельный намоточный сердечник. Затраты могут также значительно снижаться и при конструировании, и создании дизайна (новых) роторных лопастей и концов лопастей. И наконец, обеспечиваются дополнительные преимущества при транспортировке и хранении.
Согласно одному предпочтительному варианту выполнения намоточного сердечника предусмотрено, что при полном удалении первого участка первый конец второго участка служит для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей. Для изготовления другого варианта конца лопасти, в частности, для изготовления конца лопасти с укороченной продольной протяженностью первый участок намоточного сердечника может удаляться. В этом случае предпочтительно противолежащий второму концу второго участка, первый конец второго участка служит для формирования присоединительной геометрии для соединения конца лопасти со ступицей. В таком случае этот конец лопасти, по существу, тянется от первого к второму концу второго участка намоточного сердечника. Поскольку второй конец второго участка служит для формирования присоединительной геометрии для соединения с внешней лопастью, то в этом случае предпочтительно противолежащий второму концу первый конец второго участка служит для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей.
Далее, предпочтительно предусмотрено, что первый участок имеет два, три или более сегментов намоточного сердечника. Эти два, три или более сегментов намоточного сердечника предпочтительно расположены в продольном направлении друг за другом. Кроме того, предпочтительно, если эти два, три или более сегментов намоточного сердечника в продольном направлении разъемно соединены с соответствующим соседним с ними сегментом намоточного сердечника, соответственно, с соседними с ними сегментами намоточного сердечника. Такое расположение сегментов намоточного сердечника и/или разъемность соединения между соседними сегментами намоточного сердечника имеют то преимущество, что первый участок намоточного сердечника просто, быстро и экономично полностью или частично может быть удален или, соответственно, при необходимости полностью или частично снова подсоединен после предыдущего удаления.
Кроме того, предпочтительно предусмотрено, что при удалении одного или нескольких сегментов намоточного сердечника первый конец остающегося сегмента намоточного сердечника служит для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей. Также и в этом случае предпочтительно путем удаления одного или нескольких сегментов намоточного сердечника может изготовляться один конец лопасти, в частности, с укороченной продольной протяженностью. В этом случае для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей служит первый конец того остающегося сегмента намоточного сердечника, который наиболее удален от второго участка, т.е. который противолежит второму концу второго участка, служащему для формирования присоединительной геометрии для соединения с внешней лопастью, и который, в частности, для укороченного намоточного сердечника представляет собой противолежащий второму концу первый конец этого укороченного намоточного сердечника.
В другой предпочтительной модификации предусмотрено, что первый конец второго участка соответствует первому концу первого участка, и/или что первый конец одного или нескольких, или всех сегментов намоточного сердечника соответствует первому концу первого участка.
Этот вариант выполнения имеет то преимущество, что могут изготовляться различные концы лопастей, которые имеют, однако, одинаковую геометрию соединения со ступицей.
Предпочтительно первый конец второго участка и первый конец первого участка и, соответственно, первый конец одного, нескольких или всех сегментов намоточного сердечника коррелируются в отношении их диаметра, в частности, их внутреннего и/или внешнего диаметра, и/или в отношении их формы.
При таком варианте выполнения могут изготовляться, в частности, концы лопастей, которые различаются в отношении их продольной протяженности, в отношении их присоединительной геометрии для соединения со ступицей, но идентичны и/или совместимы, и/или взаимозаменяемы.
Согласно следующему предпочтительному варианту выполнения первый и/или второй участки являются, по существу, симметричными относительно оси вращения. Это, в частности, является предпочтительным, чтобы реализовать и/или облегчить намотку конца лопасти путем вращения намоточного сердечника. В качестве симметричной относительно оси вращения формы здесь понимается также, например, эллиптическая форма.
Далее, предпочтительно, чтобы первый участок имел, по существу, цилиндрическую форму. Так как первый участок намоточного сердечника как правило служит для того, чтобы формировать близкий к ступице участок конца лопасти, и этот первый участок может быть заменен или удален частично, или полностью, то предпочтительно цилиндрическое выполнение, в частности, выполнение с круговым поперечным сечением перпендикулярно продольной протяженности.
Далее, второй участок может иметь, по существу, цилиндрическую форму и/или, по существу, форму усеченного конуса. Выполнение второго участка, по существу, цилиндрическим имеет то преимущество, что весь намоточный сердечник выполнен, по существу, цилиндрическим, за счет чего получаются концы лопастей, внутренняя полость которых выполнена, по существу, цилиндрической, в частности, по всей продольной протяженности этого конца лопасти. Альтернативно может быть предпочтительным выполнение второго участка, по существу, в форме усеченного конуса. В таком варианте выполнения намоточный сердечник предпочтительно сужается к второму концу второго участка. Далее, может быть предпочтительным, чтобы форма второго участка намоточного сердечника отклонялась от идеальной формы усеченного конуса, и боковая поверхность этого усеченного конуса была выполнена изогнутой, так что в поперечном сечении перпендикулярно продольной протяженности намоточного сердечника внешние кромки усеченного конуса не являются прямыми. Также во втором участке могут быть предпочтительны комбинации цилиндрической формы и формы усеченного конуса.
Согласно следующему аспекту изобретения названная вначале задача решается посредством формы для изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности, для концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, у которой путем замены и/или удаления, и/или добавления одного или нескольких сегментов формы продольная протяженность этой формы, и/или геометрическая форма этой формы, и/или максимальная протяженность формы перпендикулярно продольной протяженности могут варьироваться таким образом, что изготовленные с ее помощью сегменты задней кромки для роторных лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов.
Проблематика, представленная выше в связи с концом роторной лопасти, а также преимущества предлагаемого изобретением намоточного сердечника относятся соответственно и к сегментам задней кромки, предусмотренным для таких различных роторных лопастей для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторных лопастей. Сегмент задней кромки служит как правило для того, чтобы улучшить аэродинамику роторной лопасти. В секционированных роторных лопастях сегмент задней кромки как правило по меньшей мере закреплен на конце лопасти, как правило в радиальном направлении. Чтобы обеспечить варьирование изготовляемых с помощью такого изменяемого намоточного сердечника концов лопастей также и в отношении сегмента задней кромки, соответственно, чтобы дополнительно увеличить это варьирование при необходимости, преимуществом будет, если различные сегменты задней кромки могут быть изготовлены быстро, просто, и экономично. Предоставление формы для изготовления сегментов задних кромок, которая может быть изменена путем замены и/или удаления, и/или добавления одного или нескольких сегментов формы, дает преимущества, соответствующие преимуществам, указанным выше в связи с намоточным сердечником. В частности, предпочтительно, чтобы благодаря замене и/или удалению, и/или добавлению одного или нескольких сегментов формы могла быть изменена продольная протяженность формы и/или геометрическая форма этой формы, и/или максимальная протяженность формы перпендикулярно продольной протяженности, в частности, в радиальном и/или тангенциальном направлении. В соответствии с этим варьируются также изготовляемые с помощью этой формы сегменты задней кромки, в частности, в отношении их продольной протяженности и/или их формы, и/или их максимальной протяженности перпендикулярно продольной протяженности, в частности, в радиальном и/или тангенциальном направлении относительно роторной лопасти, в частности, конца лопасти.
Согласно следующему аспекту изобретения названная вначале задача решается посредством способа изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, включающего в себя следующие этапы: предоставление описанного здесь намоточного сердечника, наматывание композиционного материала на волокнистой основе и матричного материала на намоточный сердечник, отверждение матричного материала.
Для изготовления конца лопасти с намоточным сердечником, как это по меньшей мере частично уже описано выше, сначала предоставляется описанный здесь намоточный сердечник. В частности, предпочтительно, чтобы для изготовления конца лопасти, пригодного для ротора ветроэнергетической установки с определенным диаметром ротора, намоточный сердечник путем замены, полного или частичного удаления первого участка подгонялся под диаметр ротора, в частности, в отношении желаемой для этого диаметра ротора продольной протяженности роторной лопасти. На этот намоточный сердечник наматывается композиционный материал на волокнистой основе и матричный материал, причем указанный композиционный материал на волокнистой основе предпочтительно доставляется в лентообразной форме и пропитывается жидким и/или текучим матричным материалом. Предпочтительно вслед за намоткой матричный материал отверждается, так что получается отвержденный композитный конец лопасти. Предпочтительно после отверждения намоточный сердечник удаляется из отвержденного композитного конца лопасти.
Согласно следующему аспекту изобретения названная вначале задача решается посредством способа изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности, для конца роторной лопасти ветроэнергетической установки, включающего в себя следующие этапы: предоставление описанной здесь формы, помещение композиционного материала на волокнистой основе и матричного материала в форму, отверждение матричного материала.
Для изготовления сегментов задних кромок предоставляется форма для изготовления сегментов задних кромок, как уже сказано, в которую помещают композиционный материал на волокнистой основе и матричный материал. Предпочтительно после отверждения матричного материала отвержденный сегмент задней кромки может извлекаться из формы. Для изготовления одного сегмента задней кромки, пригодного для ротора ветроэнергетической установки с определенным диаметром ротора, эта форма предпочтительно подгоняется к диаметру ротора, в частности, путем замены и/или удаления, и/или добавления одного или нескольких сегментов формы.
Согласно следующему аспекту изобретения названная вначале задача решается посредством способа изготовления роторной лопасти для ветроэнергетической установки, включающего в себя следующие этапы: предоставление конца лопасти, изготовленного с применением описанного здесь намоточного сердечника и/или согласно описанному здесь способу, соединение конца лопасти с одной или несколькими монтажными деталями, например, с сегментом задней кромки, предпочтительно с сегментом задней кромки, изготовленным с применением описанной здесь формы и/или согласно описанному здесь способу, и/или с внешней лопастью, и/или с концевой частью лопасти.
Роторная лопасть изготовляется за счет того, что изготовляют описанный здесь конец лопасти и, предпочтительно после его отверждения соединяют с одной или несколькими монтажными деталями в роторную лопасть или иной полуфабрикат для роторной лопасти, например, в комбинацию из конца лопасти с сегментом задней кромки, которую затем еще нужно соединить с внешней лопастью. Указанный сегмент задней кромки предпочтительно выполнен как описано выше. В целом предпочтительно, чтобы конец лопасти и/или сегмент задней кромки были изготовлены путем изменения намоточного сердечника и/или формы таким образом, чтобы они были пригодны для определенного диаметра ротора. Внешняя лопасть предпочтительно тоже может быть согласована с определенным диаметром ротора. Указанное соединение между концом лопасти и одним или несколькими монтажными деталями происходит предпочтительно путем привинчивания и/или приклеивания.
Названная вначале задача согласно следующему аспекту изобретения решается посредством роторной лопасти для ветроэнергетической установки, содержащей конец лопасти, который изготовлен с применением описанного здесь намоточного сердечника и/или согласно описанному здесь способу, а также одну или несколько соединенных с этим концом лопасти монтажных деталей, например, сегмент задней кромки, предпочтительно сегмент задней кромки, который изготовлен с применением описанной здесь формы и/или согласно описанному здесь способу, и/или внешнюю лопасть, и/или концевая часть лопасти.
Предпочтительно эта внешняя лопасть имеет присоединительную геометрию для соединения с концом лопасти, предназначенную для присоединения внешней лопасти к присоединительной геометрии, предназначенной для присоединения конца лопасти к внешней лопасти. Далее, предпочтительно внешняя лопасть соединена с концом лопасти посредством соединения указанного присоединительной геометрии, предназначенной для соединения с концом лопасти с присоединительной геометрией, предназначенной для соединения конца лопасти с внешней лопастью.
Предпочтительно роторная лопасть содержит также сегмент задней кромки, изготовленный с применением описанной здесь формы и или согласно описанному здесь способу изготовления сегмента задней кромки.
Названная вначале задача решается, далее, посредством ветроэнергетической установки, содержащей по меньшей мере одну описанную здесь роторную лопасть. В частности, предпочтительно, чтобы эта ветроэнергетическая установка содержала башню и гондолу, которая установлена на башне с возможностью вращения, причем на этой гондоле предпочтительно установлен с возможностью вращения ротор с несколькими роторными лопастями, предпочтительно с тремя роторными лопастями.
Названная вначале задача решается, далее, посредством набора роторных лопастей для ветроэнергетических установок, содержащего первый конец лопасти, изготовленный с применением описанного здесь намоточного сердечника и/или согласно описанному здесь способу, второй конец лопасти, изготовленный с применением описанного здесь намоточного сердечника и/или согласно описанному здесь способу, первую внешнюю лопасть и вторую внешнюю лопасть, причем первый конец лопасти может соединяться и/или соединен с первой внешней лопастью в первую роторную лопасть, а второй конец лопасти может соединяться и/или соединен с второй внешней лопастью во вторую роторную лопасть, и первая роторная лопасть пригодна для ветроэнергетической установки с первым диаметром ротора, а вторая роторная лопасть пригодна для ветроэнергетической установки с вторым диаметром ротора, причем первый диаметр ротора отличается от второго диаметра ротора.
Предлагаемый изобретением набор роторных лопастей характеризуется тем, что два конца лопасти изготовляются описанным здесь способом и/или с помощью описанного здесь намоточного сердечника и могут соединяться, соответственно, соединены с двумя внешними лопастями. Получающиеся при этом две роторные лопасти отличаются в том отношении, что они пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов. Это различие между обеими роторными лопастями предпочтительно достигается, в частности, за счет различного выполнения обоих концов лопастей, которое обеспечивается посредством варьирования описанного здесь намоточного сердечника. В частности, предпочтительно различное выполнение обоих концов лопастей в отношении их продольной протяженности. Таким образом даже при использовании двух одинаково выполненных внешних лопастей могут изготовляться две различные роторные лопасти, которые отличаются, в частности, по их продольной протяженности.
Набор роторных лопастей как правило устанавливается не на одну единственную ветроэнергетическую установку, а на различные ветроэнергетические установки, которые отличаются диаметрами их ротора.
Согласно одной предпочтительной модификации такого набора роторных лопастей предусмотрено, что первая роторная лопасть, в частности, первый конец лопасти имеет первый сегмент задней кромки, который изготовлен с применением описанной здесь формы и/или согласно описанному здесь способу изготовления сегмента задней кромки. Далее, предпочтительно, чтобы вторая роторная лопасть, в частности, второй конец лопасти имели второй сегмент задней кромки, который изготовлен с применением описанной здесь формы и/или согласно описанному здесь способу изготовления сегмента задней кромки.
В одной предпочтительной модификации набора роторных лопастей первая и вторая внешние лопасти выполнены одинаковыми или разными. Одинаковое выполнение обеих внешних лопастей имеет то преимущество, что требуется наличие незначительного количества различных внешних лопастей, чтобы создавать различные роторные лопасти.
В крайнем случае даже лишь с одним единственным видом внешних лопастей благодаря варьированию концов лопастей и/или сегментов задней кромки может быть образован набор роторных лопастей для двух, трех или более различных диаметров роторной лопасти. Далее, также эти внешние лопасти могут быть выполнены различными, в частности, в отношении их продольной протяженности и/или их формы, и/или их концевой части лопасти, и/или других признаков. Путем комбинации различных внешних лопастей с различными концами лопастей и/или с различными сегментами задней кромки может быть образован особенно дифференцированный набор роторных лопастей.
Согласно еще одному варианту выполнения набор роторных лопастей содержит более двух концов лопасти и более двух внешних лопастей, из которых изготовлено более двух роторных лопастей. Предпочтительно при этом могут быть предусмотрены также более двух сегментов задней кромки. В таком наборе роторных лопастей предпочтительно выполнять все внешние лопасти одинаковыми или разными. Особенно предпочтительно, однако, предусмотреть набор роторных лопастей, в котором одни из внешних лопастей выполнены одинаковыми, а другие внешние лопасти выполнены различными. Особенно предпочтительно может быть создание групп из одинаково выполненных внешних лопастей, которые, однако, отличаются от других групп внешних лопастей.
Кроме того, предпочтительно может быть образован набор роторных лопастей, в котором первый и второй сегменты задней кромки выполнены одинаковыми или разными. И здесь также в наборах роторных лопастей, в которых предусмотрены три или более сегментов задней кромки, все эти сегменты задней кромки могут быть выполнены одинаково, или все эти сегменты задней кромки могут быть выполнены различно. Однако, может быть предпочтительно также лишь некоторые из сегментов задней кромки выполнять разными, а другие сегменты задней кромки выполнять одинаковыми, в частности, выполнять одинаковыми группы сегментов задней кромки, которые отличаются от групп других сегментов задней кромки.
Преимущества, варианты выполнения и детали выполнения указанных других аспектов изобретения и их модификаций раскрываются также в остальном описании, касающемся соответствующих преимуществ, вариантов выполнения и деталей выполнения этих остальных аспектов.
Предпочтительные варианты выполнения изобретения описываются в качестве примеров с привлечением прилагаемых чертежей. На чертежах показано следующее.
Фиг. 1: схематичное изображение ветроэнергетической установки;
Фиг. 2A: схематичный вид сбоку намоточного сердечника согласно первому примеру выполнения;
Фиг. 2B: вариант намоточного сердечника, укороченный по сравнению с представленным на Фиг. 2A;
Фиг. 2C: вариант намоточного сердечника, укороченного еще раз, теперь по сравнению с представленным на Фиг. 2B;
Фиг. 3A: первый пример выполнения конца лопасти с сегментом задней кромки;
Фиг. 3B другой пример выполнения конца лопасти с сегментом задней кромки;
Фиг. 3C: еще один пример выполнения конца лопасти с сегментом задней кромки;
Фиг. 4A: первый пример выполнения роторной лопасти с концом лопасти, сегментом задней кромки и внешней лопастью;
Фиг. 4B: другой пример выполнения роторной лопасти с концом лопасти, сегментом задней кромки и внешней лопастью; и
Фиг. 4C: следующий пример выполнения роторной лопасти с концом лопасти, сегментом задней кромки и внешней лопастью.
На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 1100 с башней 1102 и гондолой 1104. На гондоле 1104 расположен ротор 1106 с тремя роторными лопастями 1108 и с кожухом 1110 обтекателя. Ротор 1106 в рабочем режиме силой ветра приводится во вращательное движение и тем самым приводит в действие генератор в гондоле 1104.
По меньшей мере одна из роторных лопастей 1108, предпочтительно все три роторные лопасти 1108 изготовлены с помощью намоточного сердечника согласно Фиг. 2A, Фиг. 2B или Фиг. 2C, имеют конец лопасти с сегментом задней кромки по Фиг. 3A, Фиг. 3B или Фиг. 3C, и/или соответствуют роторной лопасти по Фиг. 4A, Фиг. 4B или Фиг. 4C.
На Фиг. 2A, Фиг. 2B, Фиг. 2C представлен намоточный сердечник 100, 100', 100ʺ, который на этих трех фигурах варьируется. На Фиг. 3A, Фиг. 3B, Фиг. 3C представлены концы 200, 200', 200ʺ лопастей с сегментами 300, 300', 300ʺ задних кромок, причем концы 200, 200', 200ʺ лопастей изготовлены с использованием указанных вариантов намоточного сердечника 100, 100', 100ʺ по Фиг. 2A, Фиг. 2B, Фиг. 2C. На Фиг. 4A, Фиг. 4B, Фиг. 4C показаны три роторные лопасти 500, 500', 500ʺ, каждая с соответствующим концом 290, 290', 290ʺ лопасти, сегментом 390, 390', 390ʺ задней кромки и внешней лопастью 400, 400ʺ, которые образуют набор роторных лопастей.
На Фиг. 2A показана максимальная продольная протяженность LWmax намоточного сердечника 100. На Фиг. 2B намоточный сердечник 100' представлен в варианте, укороченном на величину R1 по сравнению с показанным на Фиг. 2A вариантом. На Фиг. 2C намоточный сердечник 100ʺ укорочен на величину R2 относительно варианта, представленного на Фиг. 2A. Показанные на Фиг. 2A, Фиг. 2B, Фиг. 2C варианты намоточного сердечника 100, 100', 100ʺ различаются, тем самым, своей продольной протяженностью.
Намоточный сердечник 100, 100', 100ʺ имеет первый участок 110, 110', 110ʺ а также второй участок 120. Второй участок 120 имеет первый конец 121 и противолежащий ему второй конец 122. Второй участок 120 имеет продольную протяженность LA2.
Первый конец 121 второго участка 120 соединен со вторым концом 112 первого участка 110, 110', 110ʺ.
Второй конец 122 служит для того, чтобы при обматывании намоточного сердечника композиционным материалом на волокнистой основе и матричным материалом формировать присоединительную геометрию для соединения конца лопасти с внешней лопастью.
Представленный на Фиг. 2A намоточный сердечник 100 служит для изготовления показанного на Фиг. 3A конца 200 лопасти. На Фиг. 2 намоточный сердечник 100 имеет первый участок 110 в полном объеме, максимальная продольная протяженность которого равна LA1max. Первый конец 111 первого участка 110 служит для изготовления присоединительной геометрии 211 для соединения конца 200 лопасти со ступицей. На первом конце 111 первый участок 110 имеет диаметр D, предпочтительно внешний диаметр.
Первый участок 110 имеет также четыре сегмента 130, 140, 150, 160 намоточного сердечника. Эти четыре сегмента 130, 140, 150, 160 намоточного сердечника имеют по одному первому концу 131, 141, 151, 161, а также по одному второму концу 132, 142, 152, 162. Второй конец 162 четвертого сегмента намоточного сердечника 160 одновременно образует второй конец 112 первого участка 110. Первый конец 131 первого сегмента 130 намоточного сердечника одновременно образует первый конец 111 первого участка 110. Сегменты 130, 140, 150, 160 намоточного сердечника разъемно соединены соответственно с каждым соседним сегментом (сегментами) намоточного сердечника.
С помощью показанного на Фиг. 2A намоточного сердечника 100 может изготовляться показанный на Фиг. 3A конец 200 лопасти, продольная протяженность LBmax которого соответствует продольной протяженности LWmax намоточного сердечника 100.
Предпочтительно первый участок 110 выполнен цилиндрическим, так что получается конец 200 лопасти, который в этой области LZ имеет по меньшей мере одну цилиндрическую внутреннюю полость.
Сегмент задней кромки 300 проходит только по части продольной протяженности LBmax конца 200 лопасти.
Намоточный сердечник 100', показанный на Фиг. 2B, служит для изготовления конца 200 лопасти', представленного на Фиг. 3B. На этих фигурах можно видеть, что и намоточный сердечник 100', и конец 200' лопасти по своим продольным протяженностям на величину R1 укорочены относительно намоточного сердечника 100 и конца 200 лопасти по Фиг. 2A, Фиг. 3A. Это достигается за счет того, что был удален первый сегмент 130 намоточного сердечника 100. Протяженность в продольном направлении первого сегмента 130 намоточного сердечника соответствует, таким образом, указанной величине укорочения R1.
Первый конец 111' первого участка 110' у намоточного сердечника 100' образуется первым концом 141 второго сегмента 140 намоточного сердечника и служит для формирования присоединительной геометрии 211' для соединения конца 200' лопасти со ступицей.
Показанный на Фиг. 2C намоточный сердечник 100ʺ служит для изготовления представленного на Фиг. 3C конца 200ʺ лопасти. Первый конец 111ʺ первого участка 110ʺ у намоточного сердечника 100ʺ образуется первым концом 151 третьего сегмента намоточного сердечника 150 и служит для формирования присоединительной геометрии 211ʺ для соединения конца 200ʺ лопасти со ступицей.
При предпочтительном цилиндрическом выполнении первого участка 110, 110', 110ʺ благоприятным образом получается одинаковая присоединительная геометрия 211, 211', 211ʺ для соединения концов лопастей 200, 200' 200ʺ со ступицей. Так как в показанном здесь варианте выполнения второй участок 120 намоточного сердечника 100, 100', 100ʺ не изменяется, то концы 200, 200', 200ʺ лопастей тоже имеют постоянную присоединительную геометрию 222 для соединения с внешней лопастью.
Сегменты 300, 300', 300ʺ задней кромки проходят лишь по части продольной протяженности концов лопастей 200, 200', 200ʺ. Соответствующая форма сегментов 300, 300', 300ʺ задней кромки, в частности, радиальная и/или тангенциальная протяженность сегментов 300, 300', 300ʺ задней кромки перпендикулярно их продольной протяженности предпочтительно согласована с дизайном соответствующей роторной лопасти. В частности, предпочтительно, чтобы три сегмента 300, 300', 300ʺ задней кромки изготовлялись в формах для изготовления сегментов задних кромок, как здесь описано. В частности, может быть предпочтительной форма, в которой может изготовляться максимальный размер сегмента 300 задней кромки, в частности, максимальная продольная протяженность LHmax, и она может варьироваться путем замены и/или добавления одного или нескольких сегментов формы так, что с помощью одной и той же формы могут изготовляться также сегменты 300', 300ʺ задней кромки.
Представленный на Фиг. 4A, Фиг. 4B, Фиг. 4C набор роторных лопастей содержит три различные роторные лопасти 500, 500', 500ʺ. Две роторные лопасти 500, 500' имеют одинаково выполненную внешнюю лопасть 400 с присоединительной геометрией 401 для конца лопасти и концевой частью 402 лопасти. Роторные лопасти 500, 500' отличаются различно выполненными концами 290, 290' лопастей, которые своими присоединительными геометриями 222, 222', предназначенными для соединения с внешней лопастью, соединены с присоединительными геометриями 401 этих внешних лопастей 400, предназначенными для соединения с концами лопастей.
Роторные лопасти 500, 500' отличаются, далее, различно выполненными сегментами 390, 390' задней кромки. В показанных на Фиг. 4A, Фиг. 4B, Фиг. 4C вариантах выполнения сегменты 390, 390', 390ʺ задней кромки тоже имеют присоединительные геометрии 392, 392', 392", чтобы сегменты 390, 390', 390ʺ задней кромки оптически и/или по форме, и/или по присоединительной геометрии тоже подгонять под внешние лопасти 400. Концы 290, 290' лопастей отличаются в первую очередь своей продольной протяженностью. Предпочтительно присоединительные геометрии 211, 211' для соединения со ступицей и присоединительные геометрии 222, 222' для соединения с внешней лопастью выполнены соответственно одинаково.
Третья роторная лопасть 500ʺ отличается от первых двух роторных лопастей 500, 500' не только иначе выполненным концом 290" лопасти и иначе выполненным сегментом 390ʺ задней кромки, но и другой внешней лопастью 400". Внешняя лопасть 400ʺ имеет более короткую продольную протяженность, чем внешние лопасти 400. Присоединительная геометрия 401ʺ для соединения с концом лопасти может соответствовать присоединительным геометриям 401 внешних лопастей 400 для соединения с концом лопасти. Концевая часть 402' лопасти тоже может соответствовать концевым частям 402 внешних лопастей 400. Присоединительная геометрия 401' для соединения с концом лопасти и/или концевая часть 402 лопасти могут, однако, быть выполнены и отлично от лопастей 400.
Также присоединительная геометрия 200ʺ для соединения со ступицей и/или присоединительная геометрия 222ʺ для соединения с внешней лопастью, и/или присоединительная геометрия 392ʺ могут быть выполнены одинаковыми или отличными от соответствующих присоединительных геометрий роторных лопастей 500, 500'.
Различные аспекты изобретения, которые в том числе приводят к созданию набора роторных лопастей, обладают среди прочего тем преимуществом, что различные роторные лопасти могут изготовляться быстро, экономично и надежно. Таким образом, могут быть сокращены затраты на дизайн, конструирование и/или изготовление различных роторных лопастей для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов.
Группа изобретений касается намоточного сердечника для изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок и формы для изготовления сегментов задних кромок, способа изготовления конца лопасти, способа изготовления сегмента задней кромки и способа изготовления роторной лопасти, а также касается роторной лопасти и набора роторных лопастей. Намоточный сердечник (100) содержит первый участок (110) с первым концом (111) для формирования соединения со ступицей, предназначенной для подсоединения конца лопасти к ступице ротора, и второй участок (120) со вторым концом (122) для формирования соединения с внешней лопастью, предназначенной для подсоединения конца лопасти к внешней лопасти. Путем замены или полного или частичного удаления первого участка продольная протяженность намоточного сердечника и/или диаметр первого участка, и/или форма первого участка могут варьироваться таким образом, что изготовленные с его помощью концы лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами ротора. Форма для изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности для концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, характеризуется тем, что путем замены и/или удаления, и/или добавления одного или нескольких сегментов формы продольная протяженность формы и/или форма этой формы, и/или максимальная протяженность формы перпендикулярно продольной протяженности могут варьироваться таким образом, что изготовленные с ее помощью сегменты задней кромки для роторных лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами ротора. Технический результата, достигаемый при использовании группы изобретений, заключается в обеспечении производства роторов с длинными роторными лопастями с заданной их аэродинамикой и допустимыми нагрузками. 8 н. и 7 з.п. ф-лы, 10 ил.
1. Намоточный сердечник для изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, имеющий
- первый участок с первым концом для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей, предназначенной для присоединения конца лопасти к ступице ротора,
- второй участок со вторым концом для формирования присоединительной геометрии для соединения с внешней лопастью, предназначенной для присоединения конца лопасти к внешней лопасти,
- причем путем замены или полного или частичного удаления первого участка продольная протяженность намоточного сердечника и/или диаметр первого участка, и/или форма первого участка могут варьироваться таким образом, что изготовленные с его помощью концы лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов.
2. Намоточный сердечник по п.1, отличающийся тем, что при полном удалении первого участка первый конец второго участка служит для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей.
3. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый участок имеет два, три или более сегментов намоточного сердечника.
4. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что при удалении одного или нескольких сегментов намоточного сердечника первый конец остающегося сегмента намоточного сердечника служит для формирования присоединительной геометрии для соединения со ступицей.
5. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый конец второго участка соответствует первому концу первого участка, и/или что первый конец одного или нескольких, или всех сегментов намоточного сердечника соответствует первому концу первого участка.
6. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый и/или второй участки выполнен(ы), по существу, симметричными относительно оси вращения.
7. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый участок имеет, по существу, цилиндрическую форму.
8. Намоточный сердечник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй участок имеет, по существу, цилиндрическую форму и/или, по существу, форму усеченного конуса.
9. Форма для изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности для концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, у которой путем замены и/или удаления, и/или добавления одного или нескольких сегментов формы продольная протяженность этой формы, и/или форма этой формы, и/или максимальная протяженность формы перпендикулярно продольной протяженности могут варьироваться таким образом, что изготовленные с ее помощью сегменты задней кромки для роторных лопастей пригодны для ветроэнергетических установок с различными диаметрами роторов.
10. Способ изготовления концов роторных лопастей ветроэнергетических установок, включающий в себя:
- приготовление намоточного сердечника по любому из пп. 1-8,
- наматывание композиционного материала на волокнистой основе и матричного материала на намоточный сердечник,
- отверждение матричного материала.
11. Способ изготовления сегментов задних кромок для роторных лопастей ветроэнергетических установок, в частности для конца роторной лопасти ветроэнергетической установки, включающий в себя:
- приготовление формы по п. 9,
- помещение композиционного материала на волокнистой основе и матричного материала в форму,
- отверждение матричного материала.
12. Способ изготовления роторной лопасти для ветроэнергетической установки, включающий в себя:
- приготовление конца лопасти, изготовляемого с применением намоточного сердечника по любому из пп. 1-8 и/или изготовляемого способом по п. 10,
- соединение конца лопасти с одной или несколькими монтажными деталями, например, с сегментом задней кромки, предпочтительно с сегментом задней кромки, изготовленным с применением формы по п. 9 и/или способом по п. 11, и/или с внешней лопастью, и/или с концевой частью лопасти.
13. Роторная лопасть для ветроэнергетической установки, содержащая конец лопасти, который изготовлен с применением намоточного сердечника по любому из пп. 1-8 и/или способом по п. 10, а также одну или несколько соединенных с концом лопасти монтажных деталей, например, сегмент задней кромки, предпочтительно сегмент задней кромки, который изготовлен с применением формы по п. 9 и/или способом по п. 11, и/или внешнюю лопасть, и/или концевую часть лопасти.
14. Ветроэнергетическая установка, содержащая по меньшей мере одну роторную лопасть по п. 13.
15. Набор роторных лопастей для ветроэнергетических установок, содержащий
- первый конец лопасти, который изготовлен с применением намоточного сердечника по любому из пп. 1-8 и/или способом по п. 10,
- второй конец лопасти, который изготовлен с применением намоточного сердечника по любому из пп. 1-8 и/или способом по п. 10,
- первую внешнюю лопасть и вторую внешнюю лопасть, причем
первый конец лопасти выполнен с возможностью соединения и/или соединен с первой внешней лопастью с образованием первой роторной лопасти, и второй конец лопасти выполнен с возможностью соединения и/или соединен со второй внешней лопастью с образованием второй роторной лопасти, причем
первая роторная лопасть пригодна для ветроэнергетической установки с первым диаметром ротора, а вторая роторная лопасть пригодна для ветроэнергетической установки со вторым диаметром ротора, причем
первый диаметр ротора отличается от второго диаметра ротора.
| US 2012279636 A1, 08.11.2012 | |||
| DE 102012223810 A1, 26.06.2014 | |||
| DE 102013204635 A1, 18.09.2014 | |||
| DE 102008055580 A1, 26.06.2014. |
