РОТОРНАЯ ЛОПАСТЬ ДЛЯ ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ И ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2021 года по МПК F03D1/06 

Данное изобретение касается роторной лопасти для ветроэнергетической установки, с внутренним участком лопасти, который, начинаясь от комлевой части роторной лопасти, проходит в продольном направлении роторной лопасти, с расположенным на этом внутреннем участке лопасти сегментом задней кромки для увеличения глубины профиля этой роторной лопасти вдоль участка в продольном направлении роторной лопасти, причем роторная лопасть имеет поверхность с напорной стороны и поверхность со стороны разрежения, каждая из которых на отдельных участках образована частями внутреннего участка лопасти и сегмента задней кромки. Далее, данное изобретение касается ветроэнергетической установки с башней, гондолой и ротором, а также касается ветропарка.

Согласно уровню техники известно повышение эффективности ветроэнергетической установки за счет формы роторных лопастей ветроэнергетической установки. Одна возможность повышения эффективности и, соответственно, производительности ветроэнергетической установки заключается в выполнении профиля роторной лопасти в области комлевой части роторной лопасти с большей глубиной профиля. Глубина профиля, под которой в дальнейшем понимается длина профиля, по существу, перпендикулярно продольному направлению роторной лопасти, т.е. расстояние между носком профиля и задней кромкой профиля роторной лопасти, для этого должна выполняться как можно большей. Комлевой частью роторной лопасти называется область роторной лопасти, которой роторная лопасть крепится к ступице ротора ветроэнергетической установки. Часто максимальная глубина профиля у такой роторной лопасти лежит очень близко к комлевой части роторной лопасти. Тем самым снижается образование завихрений и повышается эффективность ветроэнергетической установки. Например, вследствие ограничений при транспортировании установлены границы максимальной глубины профиля.

Еще одна возможность повышения эффективности состоит в управлении пограничным слоем, которое становится все более важным вследствие возрастающей глубины профилей. Со стороны разрежения роторной лопасти, вследствие в общем выпуклой изогнутости поверхности со стороны разрежения, поток воздуха после прохождения максимальной изогнутости в задней области профиля роторной лопасти течет против градиента давления. Это вызывает замедление потока воздуха, из–за чего пограничный слой теряет кинетическую энергию. В определенных обстоятельствах это замедление потока воздуха ведет к тому, что пограничный слой начинает срываться с поверхности роторной лопасти. Вследствие срыва потока с поверхности роторной лопасти возникают турбулентности, в результате чего создаваемая со стороны разрежения подъемная сила падает, и тем самым повышается сопротивление. С помощью управления пограничным слоем, в частности, должен предотвращаться отрыв потока воздуха с поверхности роторной лопасти.

Из уровня техники, например, из DE 10 2011 050 661 A1 известно, в частности, выполнение затупленной задней кромки в комлевой области роторной лопасти для соблюдения размеров при транспортировке. В области задней кромки предусматривается отсасывание пограничного слоя с помощью ряда сверленых отверстий, проходящих вдоль задней кромки. Через проходящий внутри роторной лопасти в продольном направлении воздухопровод отсасываемый воздух транспортируется от комлевой части лопасти в направлении концевой части лопасти и выпускается через область сдува на задней кромке концевой части лопасти. Для этого применяются расположенные внутри воздухопровода транспортировочные средства, которые активно перемещают отсасываемый воздух. Такая система является трудоемкой и требует наличия технически сложных воздухозаборников на задней кромке, которые легко ставят под угрозу стабильность, а также подготовку по меньшей мере одного воздухопровода. Кроме того, это управление пограничным слоем происходит не в той точке стороны разрежения, в которой возникает отрыв пограничного слоя.

В публикации WO 2014/064626 A2 раскрыта аэродинамическая насадка для роторной лопасти ветроэнергетической установки, которая выполнена так, что она подходит к внутреннему участку и к промежуточному участку роторной лопасти ветроэнергетической установки, и имеет заднюю кромку с напорной стороны, сторону разрежения и по меньшей мере один канал, который соединяет по текучей среде напорную сторону со стороной разрежения.

DE 10 2014 205 016 A1 касается роторной лопасти ветроэнергетической установки с ротором, который, в частности, имеет, по существу, горизонтальную ось вращения, причем эта роторная лопасть имеет оболочку роторной лопасти со стороной разрежения и напорной стороной, и проходит от конца со стороны комля до острия роторной лопасти, причем эта роторная лопасть к тому же имеет профиль, причем этот профиль задает хорду профиля, которая проходит от носка роторной лопасти до задней кромки роторной лопасти. Роторная лопасть характеризуется тем, что предусмотрено запираемое аэродинамическое устройство, которое предусматривает запорный элемент в оболочке роторной лопасти, причем для обеспечения дополняющего потока воздуха к потоку воздуха, присутствующего со стороны разрежения и/или напорной стороны, запорный элемент открыт или открывается.

В DE 10 2011 056 108 A1 описана лопасть ветроэнергетической установки, которая содержит в стороне разрежения определенное проницаемое окно. Это проницаемое окно содержит несколько заданных в нем отверстий. Воздухораспределитель во внутреннем полом пространстве лопасти находится в соединении по воздушному потоку с указанным проницаемым окном. Входной воздуховод с напорной стороны лопасти находится в соединении с воздухораспределителем. Перемещаемый закрывающий элемент выполнен примыкающим к проницаемому окну и является изменяемо перемещаемым из полностью закрытого положения, в котором заблокирован поток воздуха через отверстия в проницаемом окне, в полностью открытое положение, в котором создается поток воздуха через указанные отверстия в проницаемом окне.

В US 2016/0177922 A1 описаны сопла на задней кромке роторной лопасти ветроэнергетической установки для снижения шума, причем одно или несколько воздушных сопел создают соответствующие воздушные струи, которые отклонены радиально от затупленной задней кромки роторной лопасти ветроэнергетической установки. Эти струи создают и поддерживают радиально текущий поток воздуха вдоль задней кромки, который гасит вихревой срыв. Это снижает сопротивление и шум, благодаря чему лопасти могут иметь обширную затупленную заднюю кромку, что повышает сопротивление к продольному излому и тем самым допускает более длинные лопасти. Указанные струи могут доставляться потоком воздуха из впуска воздуха в камере роторной лопасти или из воздухозаборника, или от компрессора. Каждое сопло может снабжаться по отдельности и/или по отдельности или как сопловой вентиль, чтобы подготовить определенный поток воздуха для каждого сопла относительно других сопел. Общий воздушный поток к соплам может модулироваться как реакция на окружающие условия и может модулироваться далее циклично как реакция на азимутальный угол роторной лопасти.

В основу изобретения положена задача улучшения роторная лопасть вышеуказанного рода в том плане, чтобы обеспечивалось упрощенное и более эффективное управление пограничным слоем.

Лежащая в основе изобретения задача для роторной лопасти для ветроэнергетической установки решается признаками независимого пункта 1 формулы изобретения. Для этого на поверхности с напорной стороны и на поверхности со стороны разрежения роторной лопасти в области сегмента задней кромки выполнены по меньшей мере по одному проходящему, по существу, в продольном направлении роторной лопасти впуску воздуха и выпуску воздуха, которые связаны друг с другом с пропусканием текучей среды, причем на поверхности со стороны разрежения установлен по меньшей мере один перекрывающий указанный по меньшей мере один выпуск воздуха закрывающий элемент, посредством которого этот по меньшей мере один выпуск воздуха запирается или освобождается.

Данное изобретение использует при этом знание о том, что с помощью, в частности, шлицевидных впуска воздуха и выпуска воздуха на расположенных с напорной стороны и со стороны разрежения поверхностях роторной лопасти образованы по меньшей мере одна область отсасывания и область сдува, с помощью которых предпочтительно регулируется текущий в направлении глубины профиля роторной лопасти пограничный слой. Воздух, вытекающий из выпуска воздуха, способствует повышению кинетической энергии в потоке пограничного слоя. Это способствует преодолению роста давления после прохождения максимальной изогнутости в задней области профиля роторной лопасти. Особенно предпочтительно при этом, что сдувание происходит за счет пассивного срабатывания закрывающего элемента. С началом отрыва потока пограничного слоя на поверхности со стороны разрежения роторной лопасти закрывающий элемент освобождает выпуск воздуха. Кроме того, с помощью закрывающего элемента предотвращается аэродинамическое короткое замыкание через проводящее текучую среду соединение впуска воздуха и выпуска воздуха, расположенных на обращенных друг от друга сторонах роторной лопасти. При работе ветроэнергетической установки через это проводящее текучую среду соединение возникает автоматически текущий поток воздуха от впуска воздуха с напорной стороны к выпуску воздуха со стороны разрежения роторной лопасти. Закрывающий элемент препятствует неконтролируемому сдуванию, соответственно, вытеканию, что снизило бы подъемную силу и повысило сопротивление.

Таким образом, глубина профиля роторной лопасти в комлевой области ротора может эффективно увеличиваться за счет расположения по меньшей мере одного сегмента задней кромки. Протяженность по меньшей мере одного сегмента задней кромки составляет до трети длины роторной лопасти. Профилирование на всю глубину этой области роторной лопасти, кумулятивно в течение срока службы ветроэнергетической установки, именно при низких средних скоростях существенно способствует увеличению годовой выработки электроэнергии (AEP) ветроэнергетической установки.

Предпочтительно внутренний участок лопасти имеет круглое или, соответственно, овальное сечение профиля, которое позволяет упростить его изготовление и крепление на ступице ротора. Посредством сегмента задней кромки и на том участке, на котором сечение профиля круглое или, соответственно, овальное, может достигаться аэродинамический эффект.

По сравнению с отсасыванием пограничного слоя в области задней кромки, возможно даже расположенного на задней кромке сегмента задней кромки, поток воздуха в этой области роторной лопасти регулируется тем, что он достигает большего эффекта, а именно в области начинающегося отрыва пограничного слоя. Помимо этого, не требуется никаких сверленых отверстий или структурных изменений на внутреннем участке лопасти, которые могут вызвать проблемы со стабильностью.

Под шлицевидным впуском воздуха и выпуском воздуха следует понимать шлиц или зазор в поверхности роторной лопасти на ее напорной стороне и со стороны разрежения, размер которого в продольном направлении роторной лопасти больше, чем в направлении глубины профиля. Предпочтительно размеры воздухозаборников и выпусков воздуха в продольном направлении роторной лопасти в несколько раз больше, чем в направлении глубины профиля. В одном варианте выполнения размер в продольном направлении роторной лопасти по меньшей мере вдвое больше, чем размер в направлении глубины профиля. В другом варианте выполнения размер в продольном направлении роторной лопасти по меньшей мере в 10 раз больше, в частности, по меньшей мере в 20 раз больше, особенно предпочтительно по меньшей мере в 50 раз больше, чем размер в направлении глубины профиля.

При этом по меньшей мере один впуск воздуха и выпуск воздуха посредством сегмента задней кромки могут быть соединены друг с другом проводящим текучую среду образом. Примыкающий к внутреннему участку лопасти сегмент задней кромки для этого может образовывать замкнутое пространство, в которое воздух втекает через впуск воздуха.

При этом указанный по меньшей мере один закрывающий элемент может срабатывать в зависимости от устанавливающегося внутри этого сегмента задней кромки полного напора.

В одной предпочтительной модификации предлагаемой изобретением роторной лопасти указанный по меньшей мере один закрывающий элемент установлен для того, чтобы изменять направление потока воздуха в области выпуска воздуха, по существу, параллельно соответствующей внешней поверхности внутреннего участка лопасти. За счет этого изменения направления предпочтительно происходит отвод или, соответственно, сдувание потока воздуха предпочтительно в направлении текущего вдоль стороны разрежения поверхности роторной лопасти потока воздуха. Тем самым пограничный слой на находящейся со стороны разрежения поверхности роторной лопасти регулируется наиболее простым образом.

Предпочтительно в одном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что указанный по меньшей мере один закрывающий элемент имеет первый участок, которым этот по меньшей мере один закрывающий элемент закреплен на внутреннем участке лопасти, а также второй участок, который перекрывает указанный по меньшей мере один выпуск воздуха. Этот первый, предназначенный для крепления участок для этого может иметь поверхность, согласованную с контуром внутреннего участка лопасти. За счет этого могут быть в значительной мере предотвращены вредные воздействия на поток воздуха. К тому же такой закрывающий элемент может устанавливаться простым образом. Второй участок может полностью или частично перекрывать выпуск воздуха в продольном направлении роторной лопасти.

При этом по меньшей мере указанный второй участок указанного по меньшей мере одного закрывающего элемента может быть выполнен изгибно–упругим. Преимуществом здесь является то, что закрытие и освобождение выпуска воздуха может управляться в зависимости от жесткости материала, используемого для изготовления такого закрывающего элемента.

Согласно одному альтернативному варианту выполнения, указанный по меньшей мере один закрывающий элемент может быть образован из двух частей. При этом первый участок и второй участок по меньшей мере на отдельных участках могут быть соединены друг с другом посредством шарнира. Закрытие и освобождение выпуска воздуха может регулироваться собственным весом второго участка. Альтернативно или дополнительно для управления характеристикой параметра срабатывания второго участка, служащего для закрытия и освобождения выпуска воздуха, указанный шарнир может быть выполнен подпружиненным.

Одна модификация предлагаемой изобретением роторной лопасти предусматривает, что каждый впуск воздуха и выпуск воздуха образован непосредственно в переходной области от внутреннего участка лопасти к сегменту задней кромки. Верхняя сторона, образующая область поверхности со стороны разрежения, и нижняя сторона сегмента задней кромки, образующая область поверхности с напорной стороны роторной лопасти, простым образом выполняются укороченными к внутреннему участку лопасти. За счет этого возникает прерывание в поверхности роторной лопасти со стороны разрежения и с напорной стороны из–за отступающей кромки на внутреннем участке лопасти на верхней и нижней стороне сегмента задней кромки. При установке сегмента задней кромки на внутренний участок лопасти кромки верхней и нижней сторон сегмента задней кромки расположены, тем самым, на расстоянии от соответствующей им области внутреннего участка лопасти.

Далее, сегмент задней кромки сообразно с этим может иметь первую кромку и вторую кромку, которые ограничивают поверхность сегмента задней кромки с напорной стороны и со стороны разрежения. Первая кромка и вторая кромка предпочтительно проходят, по существу, тангенциально к поверхности внутреннего участка лопасти. Предпочтительно первая и вторая кромки расположены на расстоянии от внутреннего участка лопасти, так что впуск воздуха и, соответственно, выпуск воздуха образуются между ними.

Расстояние между первой или, соответственно, второй кромкой и внутренним участком лопасти может быть выполнено различным. Предпочтительно расстояние от первой кромки до внутреннего участка больше, чем расстояние от второй кромки до этого внутреннего участка лопасти. За счет этого на поверхности с напорной стороны сегмента задней кромки получается более широкий зазор, образующий впуск воздуха. Это ведет к повышению объемного потока, соответственно, к росту скорости истечения в выпуске воздуха.

Далее, сегмент задней кромки может иметь расположенный на первой кромке участок передней кромки, который на отдельных участках проходит в окружном направлении внутреннего участка лопасти. Этот участок передней кромки образует вход для повторного использования полного напора. Эта мера ведет к возрастанию объемного потока, соответственно, скорости истечения на выпуске воздуха.

Предпочтительно в одном варианте выполнения изобретения предусмотрено, что сегмент задней кромки образован из по меньшей мере одного элемента контура, проходящего на отдельных участках в окружном направлении внутреннего участка лопасти, и по меньшей мере одного элемента профиля, расположенного под углом к элементу контура на поверхности со стороны разрежения. Этот элемент профиля предпочтительно имеет изогнутую форму.

При этом указанный элемент контура посредством расположенных на поверхности внутреннего участка лопасти ребер может крепиться на радиальном расстоянии от нее. К тому же элемент контура может быть согласован с внешней формой внутреннего участка лопасти. Таким образом образуется по меньшей мере один проточный канал между внутренним участком лопасти и элементом контура, который проводящим текучую среду образом соединяет впуск воздуха на поверхности с напорной стороны с выпуском воздуха на поверхности со стороны разрежения.

Далее, между элементом контура и элементом профиля может быть расположен, соответственно, образован по меньшей мере один соединительный элемент. В зависимости от варианта выполнения указанного по меньшей мере одного соединительного элемента ему могут придаваться различные функции. Так, этот по меньшей мере один соединительный элемент может служить для поддержания постоянного расстояния между элементом контура и элементом профиля. Кроме того, этот по меньшей мере один соединительный элемент может служить для регулирования потока воздуха в этой области. Указанный по меньшей мере один соединительный элемент может проходить между поверхностью элемента контура и обращенной к нему нижней стороной элемента профиля. При этом указанный по меньшей мере один соединительный элемент может иметь, по существу, удлиненную форму, так что указанный по меньшей мере соединительный элемент лишь в области своих внешних концов соединен с элементом контура и элементом профиля. Для этого соединительный элемент может быть выполнен, например, стержнеобразным или в виде штанги. Далее, указанный по меньшей мере один соединительный элемент может быть выполнен плоским по меньшей мере в плоскости, ортогональной элементу контура и элементу профиля, и иметь многоугольную конфигурацию. При этом внешняя кромка соединительного элемента, обращенная к элементу контура и, соответственно, к элементу профиля, прилегает линейно. Так, соединительный элемент может быть выполнен, например, в виде треугольного ребра или ребристого тела. Кроме того, указанный по меньшей мере один соединительный элемент может быть выполнен как профиль в форме шипа розы. Вследствие такого расширения шипа можно не только сделать глубину профиля в области ступицы предпочтительно небольшой, но также предпочтительно регулировать вихревой срыв и тем самым звуковыделение.

Далее, элемент профиля может быть выполнен как сегмент поверхности, наматываемой с помощью намоточного устройства, который может натягиваться на расположенную на этом элементе контура обрешетку. Предпочтительно это намоточное устройство интегрировано в сегмент задней кромки. Такой вариант выполнения элемента профиля наматыванием имеет то преимущество, что транспортировка упрощается вследствие уменьшенных размеров. При установке элемент профиля, выполненный как сегмент поверхности, можно затем растягивать и натягивать посредством придающей контур обрешетки.

Для повышения стабильности между обрешеткой и элементом контура можно предусмотреть одно или несколько ребристых тел. Предпочтительно ребристое тело с помощью соединения с силовым замыканием или соединения с замыканием по материалу соединяется с соответствующей областью поверхности обрешетки и элемента контура.

Данное изобретение касается далее, ветроэнергетической установки с башней, гондолой и ротором. Данное изобретение решает задачу, поставленную перед предлагаемой изобретением роторной лопастью, тем, что соединенная с ротором роторная лопасть выполнена согласно одному из описанных выше предпочтительных вариантов выполнения изобретения. При такой выполненной согласно изобретению роторной лопасти возможно управление пограничным слоем на этой роторной лопасти, благодаря чему простым образом может улучшаться эффективность ветроэнергетической установки.

Далее, данное изобретение касается также ветропарка с несколькими ветроэнергетическими установками, которые выполнены согласно одному из вышеописанных предпочтительных вариантов осуществления изобретения.

Данное изобретение в дальнейшем описывается более подробно на возможных примерах выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах показано следующее.

Фиг. 1: ветроэнергетическая установка согласно данному изобретению;

Фиг. 2: вид в разрезе предлагаемой изобретением роторной лопасти в области ступицы ротора согласно первому примеру выполнения;

Фиг. 3: фрагмент II по Фиг. 2 в первом положении закрывающего элемента;

Фиг. 4: фрагмент II по Фиг. 2 во втором положении закрывающего элемента;

Фиг. 5: вид в разрезе предлагаемой изобретением роторной лопасти в области ступицы ротора с сегментом задней кромки согласно второму примеру выполнения;

Фиг. 6: фрагмент II по Фиг. 2 в первом положении закрывающего элемента согласно еще одному примеру выполнения;

Фиг. 7: третий пример выполнения сегмента задней кромки;

Фиг. 8: вид в перспективе внутреннего участка лопасти;

Фиг. 9: вид в перспективе элемента контура;

Фиг. 10: четвертый пример выполнения сегмента задней кромки.

Даже если определенные признаки предпочтительных вариантов выполнения описаны только для отдельных примеров выполнения, данное изобретение охватывает также и комбинации между собой отдельных признаков различных примеров выполнения.

На Фиг. 1 показана ветроэнергетическая установка 100 с башней 102 и гондолой 104. На гондоле 104 установлен ротор 106 с тремя роторными лопастями 108 и кожухом 110 обтекателя. Роторные лопасти 108 своими комлевыми частями установлены на ступице ротора. Ротор 106 при работе приводится ветром во вращательное движение и за счет этого приводит в действие генератор (не показан) в гондоле 104.

Каждая роторная лопасть имеет по одному сегменту 112 задней кромки, посредством которого они выполнены как обтекаемые роторные лопасти. Указанный по меньшей мере один сегмент 112 задней кромки, начиная от комлевой части роторной лопасти, на отдельных участках проходит в продольном направлении роторной лопасти 108. Протяженность этого по меньшей мере одного сегмента 112 задней кромки составляет до трети длины роторной лопасти 108.

На Фиг. 2 представлен вид в разрезе роторной лопасти 108 в области ступицы ротора с сегментом 112 задней кромки согласно первому примеру выполнения. Представленная на Фиг. 2 роторная лопасть 108 на примыкающем к комлевой части 1 роторной лопасти внутреннем участке 2 лопасти имеет удлиняющий глубину профиля роторной лопасти 108 сегмент 112 задней кромки. Сегмент 112 задней кромки имеет поверхность 4 с напорной стороны и поверхность 6 со стороны разрежения. Сегмент 112 задней кромки в представленном примере выполнения образован как составной из нескольких частей элемент профиля, и участок 8 сегмента, образованный как нижний сегмент, имеет, по существу, U–образное поперечное сечение. Задняя поверхность 12, проходящая, по существу, перпендикулярно между поверхностями 4, 6 со стороны разрежения и с напорной стороны, ограничивает участок 8 сегмента 112 задней кромки.

Противоположно задней поверхности 12 находится выполненная открытой соединительная сторона 10, на которой расположен сегмент 112 задней кромки на внутреннем участке 2 роторной лопасти 108. На соединительной стороне 10 сегмента 112 задней кромки проходят первая кромка 14 и вторая кромка 16, которые ограничивают поверхности 4, 6 со стороны разрежения и с напорной стороны сегмента 112 задней кромки. Первая кромка 14 и вторая кромка 16 согласованы с кривизной роторной лопасти 108 и проходят, по существу, в продольном направлении роторной лопасти. Первая кромка 14 и вторая кромка 16 проходят тангенциально к боковой поверхности внутреннего участка 2 лопасти в направлении глубины профиля роторной лопасти 108. Задняя поверхность 12 участка 8 сегмента в смонтированном состоянии ориентирована на не представленную заднюю кромку области роторной лопасти 108, примыкающую к внутреннему участку 2 лопасти. К задней поверхности 10 участка 8 сегмента примыкает по меньшей мере еще один участок сегмента. Указанный по меньшей мере один следующий участок сегмента образует часть задней кромки сегмента 112 задней кромки.

В показанном примере выполнения первая кромка 14 сегмента 112 задней кромки заканчивается на расстоянии от внешней поверхности, соответственно, внешнего контура внутреннего участка 2 лопасти, в результате чего образуется первый зазор 18 между поверхностью 4 с напорной стороны сегмента 112 задней кромки и внутренним участком 2 лопасти. Через этот первый зазор 18, образованный в переходной области от внутреннего участка 2 лопасти к сегменту 112 задней кромки, возможно отсасывание пограничного слоя на поверхности с напорной стороны 4 роторной лопасти 108. Первый зазор 18 образует, в частности, шлицевидный впуск 22 воздуха внутрь сегмента 112 задней кромки.

На поверхности 6 со стороны разрежения сегмента 112 задней кромки вторая кромка 16 сегмента 112 задней кромки тоже заканчивается на расстоянии от внешней поверхности, соответственно, от внешнего контура внутреннего участка 2 лопасти, в результате чего образуется второй зазор 20 между поверхностью 4 с напорной стороны сегмента 112 задней кромки и внутренним участком 2 лопасти. Через второй зазор 20, образованный в переходной области от внутреннего участка 2 лопасти к сегменту 112 задней кромки, возможно вытекание принимаемого через первый зазор 18 потока воздуха на поверхности 6 со стороны разрежения роторной лопасти 108. Второй зазор 20 образует, в частности, шлицевидный выпуск 24 воздуха из внутренней части сегмента 112 задней кромки. Первый зазор 18 и второй зазор 20 соединены друг с другом через образованный, по существу, U–образным участок 8 сегмента проводящим текучую среду образом.

Выпуск 24 воздуха на поверхности 6 со стороны разрежения сегмента 112 задней кромки закрыт посредством по меньшей мере одного закрывающего элемента 26. Закрывающий элемент 26 установлен на внутреннем участке 2 лопасти и на отдельных участках проходит по поверхности 6 со стороны разрежения сегмента 112 задней кромки. Протяженность этого по меньшей мере одного закрывающего элемента 26 в продольном направлении роторной лопасти 108 корреспондирует с размерами второго зазора 20 на поверхности 6 со стороны разрежения. Для размещения на внутреннем участке 2 лопасти закрывающий элемент 26 имеет первый участок, выполненный как крепежный участок 28. Образованный вторым зазором 20 выпуск воздуха 26 перекрывается вторым участком закрывающего элемента 26, выполненным как закрывающий участок 30, как показано подробно на фрагменте на Фиг. 3.

На Фиг. 3 показано изображение фрагмента II по Фиг. 2. Закрывающий элемент 26 выполнен, по существу, как пластинчатый конструктивный элемент профиля. Обращенный к набегающему потоку свободный конец крепежного участка 28 имеет уплощенный переход к поверхности внутреннего участка 2 лопасти. К тому же предусмотрена передняя кромка 32, выполненная как отдельный элемент, чтобы предотвратить завихрения в переходе между поверхностью внутреннего участка 2 лопасти и закрывающим элементом 26. Альтернативно свободный конец крепежного участка 28 может иметь сужающуюся форму, или посредством выравнивающей массы создается аэродинамически оптимизированный переход. Свободный конец закрывающего элемента 30 тоже имеет сужающуюся, соответственно, уплощающуюся форму.

По меньшей мере второй участок, закрывающий участок 30 закрывающего элемента 26 изготовлен из изгибно-упругого материала. На Фиг. 2 и Фиг. 3 показан закрывающий элемент 26 в прилегающем к поверхности участка 8 сегмента положении. В этом прилегающем положении выпуск 24 воздуха закрыт.

На Фиг. 4 представлен фрагмент II с Фиг. 2 во втором положении закрывающего элемента 26. В этом втором положении закрывающий участок 30 был поднят за счет нарастающего полного напора внутри участка 8 сегмента, а также отрыва поток пограничного слоя на поверхности 6 со стороны разрежения, так что выпуск 24 воздуха освобождается. Благодаря этому закрывающий участок 30 не только открывает выпуск 24 воздуха, но и благодаря своему выполнению отклоняет воздух, вытекающий из выпуска 24 воздуха, таким образом, что он вытекает в направлении течения потока LS воздуха на поверхности 6 со стороны разрежения. Благодаря этому поток пограничного слоя на поверхности 6 со стороны разрежения получает приток энергии для преодоления разности давлений, ведущей к отрыву потока. Закрывающий участок 30 закрывающего элемента 26 образует своего рода редукционный клапан. При прохождении порогового значения для полного напора внутри участка 8 сегмента, закрывающий участок 30 временно переходит из закрывающего выпуск 24 воздуха положения в освобождающее этот выпуск 24 воздуха положение. Это пороговое значение полного напора, которое ведет к открытию, соответственно, освобождению выпуска 24 воздуха, может варьироваться, среди прочего из–за изгибной жесткости используемого для закрывающего участка 30 материала. Другая возможность состоит в том, чтобы выполнять короче крепежный участок 28, который прочно соединен с поверхностью внутреннего участка 2 лопасти, так что удлиняется плечо рычага закрывающего участка 30.

На Фиг. 5 показан второй пример выполнения сегмента 112‘ задней кромки. Сегмент 112‘ задней кромки имеет образованный как нижний сегмент участок 8‘ сегмента с, по существу, U–образным поперечным сечением. Задняя поверхность 12‘, проходящая, по существу, перпендикулярно между поверхностями 4, 6 со стороны разрежения и с напорной стороны, ограничивает участок 8‘ сегмента 112‘ задней кромки. На соединительной стороне 10 сегмента 112‘ задней кромки проходят первая кромка 14‘ и вторая кромка 16‘, которые ограничивают поверхности 4, 6 со стороны разрежения и с напорной стороны сегмента 112‘ задней кромки. Этот второй пример выполнения отличается тем, что первая кромка 14‘ имеет участок 34 передней кромки, который на отдельных участках имеет изогнутую форму. Участок 34 передней кромки на отдельных участках выполнен удлиненным в окружном направлении внутреннего участка 2 лопасти. При этом участок 34 передней кромки частично перекрывает боковую поверхность внутреннего участка 2 лопасти. Этот участок 34 передней кромки выполнен с сужающимся острием, чтобы снизить завихрения. Благодаря согласованной с контуром боковой поверхности внутреннего участка 2 лопасти форме первой кромки 14‘ в направлении глубины профиля роторной лопасти 108 увеличивается первый зазор 18‘ и, соответственно, впуск 22 воздуха. Результатом этого является увеличение потока воздуха, подаваемого внутрь участка 8‘ сегмента. Благодаря этому можно создать более высокий полный напор внутри участка 8‘ сегмента. Этот более высокий полный напор на участке 8‘ сегмента, достигаемый за счет повышения подаваемого объемного потока воздуха, ведет к более высокой скорости истечения через выпуск 24 воздуха, образованный вторым зазором 20‘. Приток энергии в пограничный слой на поверхности 6 со стороны разрежения сегмента 112‘ задней кромки благодаря этому может увеличиваться.

На Фиг. 6 показан фрагмент II с Фиг. 2 в первом положении закрывающего элемента 26‘ согласно еще одному примеру выполнения. Закрывающий элемент 26 согласно первому примеру выполнен в виде одной детали, тогда как закрывающий элемент 26’ в представленном на Фиг. 6 варианте выполнен составным из нескольких частей. Закрывающий элемент 26‘ имеет крепежный участок 28‘, а также закрывающий участок 30‘. Они соединены друг с другом посредством шарнира 36. Характеристика параметра срабатывания закрывающего участка 30‘ может регулироваться за счет конструктивных мер. В качестве примера можно назвать подпружинивание в области шарнира 36 или собственный вес закрывающего участка 30‘.

На Фиг. 7 – Фиг. 9 представлен следующий пример выполнения сегмента 40 задней кромки. Сегмент 40 задней кромки содержит элемент 42 контура и расположенный под углом к этому элементу 42 контура элемент 44 профиля. В частности, сегмент 40 задней кромки может быть выполнен составным из нескольких частей. Между элементом 42 контура и элементом 44 профиля расположен выполненный как профиль 46 в форме шипа розы соединительный элемент, соответственно, там получается соединительный элемент в виде профиля 46 в форме шипа розы вследствие выполнения элемента 42 контура и элемента 44 профиля. При этом обращенная к элементу 42 контура и, соответственно, к элементу 44 профиля внешняя кромка соединительного элемента линейно прилегает к элементу 42 контура и, соответственно, к элементу 44 профиля. Далее, указанный по меньшей мере один соединительный элемент может быть выполнен и как треугольное ребро.

Сегмент 40 задней кромки имеет поверхность 48 с напорной стороны и поверхность 50 со стороны разрежения. Элемент 42 контура имеет первую кромку 52, а сегмент 44 профиля имеет вторую кромку 54. Первая кромка 52 проходит с напорной стороны внутреннего участка 2 лопасти. Вторая кромка 54 проходит по поверхности 50 со стороны разрежения сегмента 40 задней кромки. Первая кромка 52 расположена на расстоянии от внешней поверхности, соответственно, внешнего контура внутреннего участка 2 лопасти, благодаря чему образуется первый зазор 56 между элементом 42 контура и внутренним участком 2 лопасти. Через первый зазор 56, который образован в переходной области от внутреннего участка 2 лопасти к сегменту 40 задней кромки, возможно отсасывание пограничного слоя на поверхности с напорной стороны 48 роторной лопасти 108. Первый зазор 56 образует, в частности, шлицевидный впуск 66 воздуха.

На поверхности 50 со стороны разрежения вторая кромка 54 элемента 44 профиля тоже заканчивается на расстоянии от внешней поверхности, соответственно, внешнего контура внутреннего участка 2 лопасти, благодаря чему образуется второй зазор 58 между поверхностью 50 со стороны разрежения элемента 44 профиля и внутренним участком 2 лопасти. Через этот второй зазор 58, образованный в переходной области от внутреннего участка 2 лопасти к сегменту 40 задней кромки, возможно вытекание получаемого через первый зазор 56 потока воздуха на поверхности 50 со стороны разрежения роторной лопасти 108. Второй зазор 56 образует, в частности, шлицевидный выпуск 68 воздуха.

Второй зазор 58 перекрывается закрывающим элементом 60, который имеет крепежный участок 62 и закрывающий участок 64. При этом этот закрывающий участок 64 выполнен таким образом, что он может закрывать или освобождать второй зазор 58, соответственно, выпуск 68 воздуха, как это пояснялось выше. Расстояние в радиальном направлении между внешней поверхностью, соответственно, внешним контуром внутреннего участка 2 лопасти и первой кромкой 52 может быть выбрано бόльшим, чем между внешней поверхностью, соответственно, внешним контуром внутреннего участка 2 лопасти и второй кромкой 54.

Сегмент 40 задней кромки расположен на внутреннем участке 2 лопасти. Для этого внутренний участок 2 лопасти, выполненный как навитая деталь, на своей боковой поверхности имеет несколько ребер 72. Эти ребра 72 расположены друг возле друга предпочтительно эквидистантно. На ребрах 72 размещен элемент 42 контура. За счет радиального расстояния между внешней поверхностью, соответственно, внешним контуром внутреннего участка 2 лопасти и элементом 42 контура между ребрами 72 образуется по одному проточному каналу 70. Каждый проточный канал 70 ограничивается в окружном направлении элементом 42 контура. Указанные проточные каналы 70 соединяют шлицевидный впуск 66 воздуха проводящим текучую среду образом со шлицевидным выпуском 68 воздуха.

На Фиг. 10 показан следующий пример выполнения сегмента 74 задней кромки. Это изображение упрощено, но при этом, по существу, соответствует примеру выполнения, представленному на Фиг. 7 – Фиг. 9. Согласно этому примеру выполнения сегмент 74 задней кромки содержит элемент 42 контура, который размещен на ребрах 72 внутреннего участка 2 лопасти. Далее, сегмент 74 задней кромки содержит выполненный в виде сегмента 76 поверхности сегмент 44 профиля, который может наматываться с помощью интегрированного внутрь сегмента 74 задней кромки намоточного устройства 82 или сматываться с него. В качестве придающего контур средства предусмотрена обрешетка 78, на которую натягивается растянутый сегмент 76 поверхности и благодаря которой получается его подобная несущей поверхности форма. Для повышения жесткости сегмента 74 задней кромки предусмотрены одно или несколько ребристых тел 80, выполненных как соединительные элементы. Эти ребристые тела 80 через одну или несколько точек крепления соединены с элементом 42 контура, а также с обрешеткой 78. При преобладающей растягивающей нагрузке на элемент 76 поверхности и предварительном натяжении обрешетки 78 ребристые тела 80 могут быть выполнены как тросовая расчалка.

Перечень ссылочных позиций

1 комлевая часть лопасти

2 внутренний участок лопасти

4 поверхность со стороны разрежения

6 поверхность с напорной стороны

8, 8‘ участок сегмента

10 соединительная сторона

12, 12‘ задняя поверхность

14,14‘ первая кромка

16, 16‘ вторая кромка

18, 18‘ первый зазор

20, 20‘ второй зазор

22 впуск воздуха

24 выпуск воздуха

26,26‘ закрывающий элемент

28, 28‘ крепежный участок

30, 30‘ закрывающий участок

32 передняя кромка

34 участок передней кромки

36 шарнир

40 сегмент задней кромки

42 элемент контура

44 элемент профиля

46 профиль в виде шипа розы

48 поверхность с напорной стороны

50 поверхность со стороны разрежения

52 первая кромка

54 вторая кромка

56 первый зазор

58 второй зазор

60 закрывающий элемент

62 крепежный участок

64 закрывающий участок

66 впуск воздуха

68 выпуск воздуха

70 проточный канал

72 ребро

74 сегмент задней кромки

76 сегмент поверхности

78 обрешетка

80 ребристое тело

82 намоточное устройство

100 ветроэнергетическая установка

102 башня

104 гондола

106 ротор

108 роторная лопасть

110 кожух обтекателя

112, 112‘ сегмент задней кромки

LS поток воздуха.

Данное изобретение касается роторной лопасти для ветроэнергетической установки, а также ветроэнергетической установки с башней, гондолой и ротором, и касается также ветропарка. Роторная лопасть (108) содержит внутренний участок (2) лопасти, который начинается от комлевой части (1) роторной лопасти и проходит в продольном направлении роторной лопасти (108), и расположенный на внутреннем участке (2) лопасти сегмент (40, 74, 112, 112’) задней кромки для увеличения глубины профиля роторной лопасти (108) вдоль участка в продольном направлении роторной лопасти. Указанная роторная лопасть (108) имеет поверхность (4, 48) с напорной стороны и поверхность (6, 50) со стороны разрежения, каждая из которых на отдельных участках образована из частей внутреннего участка (2) лопасти и сегмента (40, 74, 112, 112’) задней кромки. На поверхности (4) с напорной стороны и на поверхности (6) со стороны разрежения роторной лопасти (108) в области сегмента (40, 74, 112, 112’) задней кромки образовано по меньшей мере по одному проходящему, по существу, в продольном направлении роторной лопасти впуску (22, 22’, 66) воздуха и выпуску (24, 68) воздуха, которые связаны друг с другом с пропусканием текучей среды, причем на поверхности (6) со стороны разрежения расположен по меньшей мере один перекрывающий по меньшей мере один выпуск (24, 68) воздуха закрывающий элемент (26, 26’, 60), посредством которого выпуск (24, 68) воздуха может запираться или освобождаться. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Роторная лопасть (108) для ветроэнергетической установки, содержащая внутренний участок (2) лопасти, который проходит, начинаясь от комлевой части (1) роторной лопасти, в продольном направлении роторной лопасти (108), расположенный на внутреннем участке (2) лопасти сегмент (40, 74, 112, 112‘) задней кромки для увеличения глубины профиля роторной лопасти (108) вдоль участка в продольном направлении роторной лопасти,

причем роторная лопасть (108) имеет поверхность (4, 48) с напорной стороны и поверхность (6, 50) со стороны разрежения, каждая из которых образована на отдельных участках из частей внутреннего участка (2) лопасти и сегмента (40, 74, 112, 112‘) задней кромки,

отличающаяся тем, что на поверхности (4, 48) с напорной стороны и на поверхности (6, 50) со стороны разрежения роторной лопасти (108) в области сегмента (40, 74, 112, 112‘) задней кромки образован соответственно по меньшей мере один проходящий, по существу, в продольном направлении роторной лопасти впуск (22, 22‘, 66) воздуха и выпуск (24, 68) воздуха, которые связаны друг с другом с пропусканием текучей среды,

причем на поверхности (6, 50) со стороны разрежения расположен по меньшей мере один перекрывающий указанный по меньшей мере один выпуск (24, 68) воздуха закрывающий элемент (26, 26‘, 60), обеспечивающий возможность запирания или освобождения выпуска (24, 68) воздуха.

2. Роторная лопасть (108) по п. 1, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один впуск (22, 22‘, 66) воздуха и выпуск (24, 68) воздуха соединены друг с другом посредством сегмента (40, 74, 112, 112‘) задней кромки проводящим текучую среду образом.

3. Роторная лопасть (108) по п. 2, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один закрывающий элемент (26, 26‘, 60) срабатывает в зависимости от полного напора, создающегося внутри сегмента (40, 74, 112, 112‘) задней кромки.

4. Роторная лопасть (108) по любому из пп. 1-3, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один закрывающий элемент (26, 26‘, 60) выполнен с возможностью отклонения потока воздуха (LS) в области выпуска (24, 68) воздуха, по существу, параллельно соответствующей примыкающей внешней поверхности внутреннего участка (2) лопасти.

5. Роторная лопасть (108) по любому из пп. 1-4, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один закрывающий элемент (26, 26‘, 60) имеет первый участок (28, 28‘, 62), которым этот по меньшей мере один закрывающий элемент (26, 26‘, 60) закреплен на внутреннем участке (2) лопасти, а также второй участок (30, 30‘, 64), который перекрывает указанный по меньшей мере один выпуск (24, 68) воздуха.

6. Роторная лопасть (108) по п. 5, отличающаяся тем, что по меньшей мере второй участок (30, 30‘, 64) указанного по меньшей мере одного закрывающего элемента (26, 26‘, 60) выполнен изгибно-упругим.

7. Роторная лопасть (108) по п. 5, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один закрывающий элемент (26‘) образован из двух частей.

8. Роторная лопасть по п. 7, отличающаяся тем, что первый участок (28‘) и второй участок (28‘) по меньшей мере на отдельных участках соединены друг с другом шарниром (36).

9. Роторная лопасть (108) по любому из пп. 1-8, отличающаяся тем, что сегмент (40, 74, 112, 112‘) задней кромки имеет первую кромку (14, 14‘, 52) и вторую кромку (16, 16‘, 54), которые ограничивают поверхность (4, 48) с напорной стороны и поверхность (6, 50) со стороны разрежения сегмента (40, 74, 112, 112‘) задней кромки.

10. Роторная лопасть (108) по п. 9, отличающаяся тем, что сегмент задней кромки (112‘) имеет расположенный на первой кромке (14‘) участок передней кромки (34), который на отдельных участках проходит в окружном направлении внутреннего участка (2) лопасти.

11. Роторная лопасть (108) по любому из пп. 1-10, отличающаяся тем, что каждый впуск (22, 22‘, 66) воздуха и выпуск воздуха (24, 58) образованы непосредственно в переходной области от внутреннего участка (2) лопасти к сегменту (40, 74, 112, 112‘) задней кромки.

12. Роторная лопасть (108) по любому из пп. 1-11, отличающаяся тем, что сегмент (40, 74) задней кромки образован из по меньшей мере одного элемента (42) контура, на отдельных участках проходящего в окружном направлении внутреннего участка (2) лопасти, и по меньшей мере одного элемента (44) профиля, расположенного под углом к элементу (42) контура на поверхности (6, 50) со стороны разрежения.

13. Роторная лопасть (108) по п. 12, отличающаяся тем, что элемент (42) контура посредством расположенных на поверхности внутреннего участка (2) лопасти ребер (72) может крепиться на расстоянии от нее в радиальном направлении.

14. Роторная лопасть (108) по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что между элементом (42) контура и элементом (44) профиля расположен, соответственно, образован по меньшей мере один соединительный элемент (46, 80).

15. Роторная лопасть (108) по п. 14, отличающаяся тем, что указанный по меньшей мере один соединительный элемент выполнен в виде профиля (46) в форме шипа розы.

16. Роторная лопасть (108) по п. 12 или 13, отличающаяся тем, что элемент (44) профиля выполнен как наматываемый с помощью намоточного устройства (82) сегмент (76) поверхности, который может натягиваться на расположенную на элементе (42) контура обрешетку (78).

17. Роторная лопасть (108) по п. 16, отличающаяся тем, что между обрешеткой (78) и элементом (42) контура предусмотрены одно или несколько ребристых тел (80).

18. Ветроэнергетическая установка (100), содержащая башню (102), гондолу (104) и ротор (106), отличающаяся тем, что содержит по меньшей мере одну соединенную с ротором (106) роторную лопасть (108) по любому из пп. 1-17.

19. Ветропарк со множеством ветроэнергетических установок (100) по п. 18.