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DE4428731A1 - Längenvariables Rotorblatt für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten - Google Patents

Längenvariables Rotorblatt für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten

Info

Publication number
DE4428731A1
DE4428731A1 DE4428731A DE4428731A DE4428731A1 DE 4428731 A1 DE4428731 A1 DE 4428731A1 DE 4428731 A DE4428731 A DE 4428731A DE 4428731 A DE4428731 A DE 4428731A DE 4428731 A1 DE4428731 A1 DE 4428731A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rotor blade
length
telescope
variable
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE4428731A
Other languages
English (en)
Inventor
Hanno Dipl Ing Queiser
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Infan Ingenieurgesellscha GmbH
Original Assignee
Infan Ingenieurgesellscha GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Infan Ingenieurgesellscha GmbH filed Critical Infan Ingenieurgesellscha GmbH
Priority to DE4428731A priority Critical patent/DE4428731A1/de
Publication of DE4428731A1 publication Critical patent/DE4428731A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Description

Die Erfindung betrifft ein längenvariables Rotorblatt für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten, das aus einem tragenden Hohlprofil, daran befestigten Spanten und Verkleidungsblechen für Flügelnase und Flügelschwanz besteht, wie es für die rationelle Nutzung der regenerativen Energiequelle Windkraft benötigt wird.
Windkraftanlagen nach dem Stande der Technik zeichnen sich durch Rotoren aus, die dem verfügbaren Wind am jeweiligen Standort mittels hochleistungsfähiger Rotorblätter mechanische Energie entziehen und über die Rotornabe auf die Hauptwelle oder direkt einem Generator übertragen.
In der Leistungsklasse 50 bis 1.000 kW dominieren heute Rotorblatt-Bauweisen, deren Charakteristika
  • - hochwertige Verbundwerkstoffe für die tragenden Bauteile,
  • - die Nutzung organischer Matrixmaterialien für das Sichern der Korrosionsbeständigkeit, geringer Baumassen und hoher Oberflächengüte und
  • - das Verlagern der tragenden Querschnitte in die äußere Kontur der Rotorblattprofile sind.
Während bisherige Hauptanwendungsgebiete für die Nutzung von Windkraftanlagen in windreichen Küstenregionen mit überwiegend vergleichmäßigten klimatischen Bedingungen bestanden, gewinnen nun auch an Binnenlandstandorten Windkraftanagen an Bedeutung.
Häufig genannte Gründe für diese Entwicklung sind:
  • - das gewachsene Umweltbewußtsein von Energieanlagenbetreibern und Energieverbrauchern;
  • - die wachsenden Kosten für die Energiebereitstellung auf der Basis fossiler Energieträger;
  • - die Verbrauchernähe von Windkraftanagen an Binnenlandstandorten, verbunden mit geringeren Energieübertragungsverlusten;
  • - die im allgemeinen günstigeren energetischen und verkehrstechnischen Erschließungsgrade von Binnenlandstandorten;
  • - die überwiegend unproblematischeren Baugrundbedingungen an orografisch vorteilhaften Standorten im Binnenland und
  • - das zunehmend verbesserte Preis-Leistungs-Verhältnis moderner Anlagenkonstruktionen.
Binnenlandstandorte für Windkraftanlagen sind jedoch oft mit Anforderungen verbunden, die mit bisher verfügbaren Konstruktionen nicht zufriedenstellend zu erfüllen sind.
Derartige Anforderungen bestehen bekanntlich insbesondere in
  • - stark wechselnden klimatischen Bedingungen an einem Binnenlandstandort, von tiefen Temperaturen um -30°C über rauhreifbegünstigende Temperaturen zwischen -5°C und -1°C bis zu 50°C hohen Umgebungstemperaturen;
  • - anerkannt höherer Blitzeinschlaggefahr;
  • - größerer Flauten- und Böenhäufigkeit;
  • - häufigerer Windrichtungswechsel;
  • - möglicher Nähe zu lärmimmissiongefährdeten Bereichen.
Für Binnenlandstandorte besonders geeignete Windkraftanlagen werden deshalb so ausgelegt,
  • - daß sie im sogenannten Schwachwindbereich zwischen 2m/s bis 8 m/s mit variablen Rotordrehzahlen und mit optimalen Leistungsausbeuten arbeiten können;
  • - daß die witterungsbedingten Anlagenstillstände auf Werte von weniger als 15% der Kalenderzeit reduziert werden;
  • - daß die maschinentechnischen Ausrüstungen bedarfsweise mit energieaufwendigen Beheizungs- und/oder Kühlsystemen ausgestattet sind;
  • - daß Maßnahmen zur Verminderung der von den Rotorblättern ausgehenden Lärmemissionen, beispielsweise durch Begrenzung der Rotordrehzahl auf möglichst kleine Werte, durch Sichern einer höchstmöglichen Qualität der Windabrißkanten an den Rotorblättern und durch Gewährleisten von erforderlichen Mindestabständen zwischen Rotorblatt und Standmast, getroffen werden.
Bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten von weniger als 3 m/s anlaufende Rotoren sollen gegenüber den sogenannten Starkwind-Windkraftanlagen, wie sie üblicherweise an windreichen Küstenstandorten zum Einsatz kommen, bei vergleichbarer Nennleistung der installierten Maschinensätze über Rotoren mit größerem Durchmesser verfügen.
Das Überdimensionieren der Rotorenabmessungen ist allerdings mit dem Nachteil verbunden, nach Erreichen der Nennleistung bei weiter steigenden Windgeschwindigkeiten nicht mit der erforderlichen Sicherheit die leistungsseitige Überbeanspruchung des Maschinensatzes oder den regelmäßigen Bremsfall vermeiden zu können.
Wird diesem Mangel bei stallgeregelten Rotorblättern mit veränderten Anstellwinkeln des Rotorblattes beim Befestigen der Rotorblätter an der Rotornabe begegnet, muß dies mit deutlich verschlechtertem Anlaufverhalten des Rotors erkauft werden.
Es hat deshalb bisher nicht an Versuchen gefehlt, geeignetere Rotorblätter für Windkraftanlagen zu entwickeln, die den vorgenannten Anforderungen besser entsprechen sollen.
Die Lösung des Problems wird bisher in erster Linie in der sogenannten Pitchregelung der auf das Leistungsvermögen des mit dem Rotor verbundenen Maschinensatzes abgestimmten Rotorblätter gesehen.
Eingeführte technische Lösungen bestehen dazu in Form der synchronen Verdrehung der Rotorblätter am Verbindungsflansch zur Rotornabe über mittels hydraulisch bewegter Gestänge oder über elektromotorisch angetriebene Kugeldrehverbindungen.
Bei diesen bekannten Lösungen bleibt die wirksame Rotorkreisfläche für die Energieübertragung auf die Rotorwelle unverändert.
Mit Hilfe der Verdrehung des Flügelprofils quer zur Rotorkreisebene wird bei zu starken Winden das aerodynamische Abbremsen des Rotors erreicht, ebenso wie bei Stillstand der Anlage in der gleichen Stellung des Flügelprofils der Rotoranlauf bewirkt wird.
Dennoch ist zu verzeichnen, daß auch Windkraftanlagen mit pitchgeregelten Rotorblättern wegen des Verzichts auf eine überdimensionierte Rotorkreisfläche erst bei Windgeschwindigkeiten von deutlich mehr als 3,5 m/s anlaufen und damit an typischen Binnenlandstandorten über verhältnismäßig große Teile der Kalenderzeit nicht in der Lage sind, Gebrauchsenergie zu liefern.
Eine technische Lösung des genannten Probleins steht bisher nicht zur Verfügung.
Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb in der Beseitigung der genannten Mängel des Standes der Technik und in der Schaffung einer Lösung für ein längenvariables Rotorblatt, das mit geringem technischen Aufwand herstellbar ist, das bedarfsweise für Bestreichen einer zeitweilig vergrößerten Rotorkreisfläche geeignet ist und in seiner Leistungsfähigkeit bei zulässigen Starkwinden sicher begrenzt ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Hauptanspruchs 1 und deren vorteilhaften Ausgestaltungen gelöst.
Das vorgeschlagene längenvariable Rotorblatt, das besonders vorteilhaft für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten geeignet sein soll, besteht aus einem über die gesamte Länge des Rotorblattes reichende und sich zur Blattspitze hin verjüngenden tragenden Hohlprofil, das zumindest in einem Teilbereich als Teleskop mit einem starren Teleskopteil und einem beweglichen Teleskopteil ausgeführt ist.
Das bewegliche Teleskopteil ist dabei in Führungsbahnen angeordnet. Die das Verdrehen des beweglichen Teleskopteiles beim Verschieben bewirkenden Führungsbahnen sind wahlweise mit dem starren oder mit dem beweglichen Teleskopteil fest verbunden.
In einzelnen Abschnitten sind die Führungsbahnen so ausgebildet, daß sie verschieden starke Verdrehungen des beweglichen Teiles des Rotorblattes bewirken.
Die Verwendung eines Rotors für Windkraftanlagen mit den erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblättern, deren synchrone Steuerung vorausgesetzt, ermöglicht es nun, das Anlaufverhalten und die Energiegewinnung bereits bei geringen Windgeschwindigkeiten deutlich zu verbessern, weil für diesen Fall mit Hilfe der bedarfsweise verlängerten Rotorblätter nicht nur eine erheblich größere Rotorkreisfläche nutzbar ist, sondern weil die pitchgeregelten beweglichen Teile des Rotorblattes in diesem Fall eine unübersehbar stärkere Anfahrhilfe darstellen. Nach Ingangsetzen des Rotors durch das Überwinden der Massenträgheit des kompletten Maschinensatzes einschließlich des Rotors wird mittels Verschiebung des beweglichen Teiles des Rotorblattes die der resultierenden Windgeschwindigkeit am Rotorblatt entsprechende optimale Rotorstellung gewählt und dabei eine bedarfsweise etwas verkleinerte Rotorkreisfläche genutzt. Bei größeren Windgeschwindigkeiten als der für die Gewinnung der Nennleistung erforderlichen werden durch weitere Verkleinerung der Rotorkreisfläche die erforderlichen Anpassungen zwischen Leistungsangebot des Rotors und mit ihm gekoppeltem Maschinensatz vorgenommen. Das erlaubt es gegebenenfalls, wegen zunächst nicht bestehender Überlastungsgefahr auch deutlich stärkere Winde als bisher üblich für die Energiegewinnung nutzen zu können.
Schließlich wird einer Anlagenüberlastung bei verminderten Anforderungen an die Standfestigkeit der Mastkonstruktion der mit den erfindungsgemäßen Rotorblättern ausgestatteten Windkraftanlage vorgebeugt, indem in der kürzesten Stellung des längenvariablen Rotorblattes ebenfalls die aerodynamische Bremsstellung durch Ausrichten des Profils des Rotorblattes quer zur Rotorkreisebene erreicht.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß der als Teleskop ausgebildete Teilbereich des tragenden Hohlprofils des längenvariablen Rotorblattes etwa an der Blattwurzel beginnend über eine Länge von bis zu 5 m angeordnet ist, wobei das Hohlprofil in diesem Bereich vorteilhafterweise einen kreisförmigen Rohrquerschnitt aufweist.
In diesem Fall erfolgt die Längenveränderung des Rotorblattes beispielsweise durch Verlängerung des tragenden Hohlprofils zwischen der Blattwurzel am Nabenanschluß und dem profilierten Teil des Rotorblattes.
Geht man beispielsweise von einem Rotorblatt aus, das eine kürzeste Länge von 18 m besitzt und zwischen Nabe und Beginn des Rotorblattprofils der Bereich des Teleskops mit einer Länge von 5 m vorgesehen ist, dann besitzt der Rotor in diesem Fall bei einem Nabendurchmesser von 2 m eine vom Rotorblattprofil bestrichene Kreisfläche von zunächst etwa 1.020 m².
Wird nun die vorgesehene Verlängerung des tragenden Hohlprofils zwischen Nabenanschluß und Beginn des Rotorblattprofils von etwa 4 m vorgenommen, so vergrößert sich die vom Rotorblattprofil bestrichene Kreisfläche auf etwa 1.350 m², womit eine zeitweilige Vergrößerung des Leistungsangebotes des Rotors von über 30% erwartet werden kann.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Lösung sieht die Anordnung des teleskopierfähigen Teiles des tragenden Hohlprofils etwa im Bereich zwischen 50 und 80% der Rotorblattlänge, von der Blattwurzel aus gerechnet, vor.
In dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes wird eine zeitweilige Unterbrechung des über die Rotorblattlänge geschlossenen Rotorblattprofils in Kauf genommen, weil der verlängerte Zustand des Rotorblattes ausschließlich als Anfahrhilfe oder für den extremen Schwachwindbetrieb genutzt wird. Dagegen verringern sich die bautechnischen Anforderungen für diese Variante der Ausstattung des längenvariablen Rotorblattes spürbar.
Eine vorteilhafte Ausführungsform des längenvariablen Rotorblattes sieht vor, den beweglichen Teil des Teleskops im Kontaktbereich mit dem starren Teil des Teleskops mit wenigstens drei Führungsbahnen auszustatten.
Der starre Teil des Teleskops ist in diesem Fall mit in die Führungsbahnen eingreifenden Gleit- und/oder Rollelementen ausgerüstet.
In besonderen Fällen kann es sich als nützlich erweisen, eine größere Anzahl als drei Führungsbahnen zu installieren und damit die Führung des beweglichen Teiles des Teleskops im starren Teleskopteil und zugleich die erforderliche Verdrehung des beweglichen Teleskopteils gegenüber dem starren Teleskopteil sicher zu gewährleisten.
In einer weiteren Ausführungsvariante ist es auch möglich, den starren Teil des Teleskops im Kontaktbereich mit dem beweglichen Teleskopteil mit wenigstens drei Führungsbahnen auszustatten, wobei sich in diesem Fall die in die Führungsbahnen eingreifenden Gleit- und/oder Rollelemente am beweglichen Teil des Teleskops befinden.
Die Verschiebung des beweglichen Teleskopteils gegenüber dem starren Teleskopteil erfolgt mit an sich bekannten technischen Mitteln, wie hydraulische Arbeitszylinder, Spindelantriebe, Zahnstangenantriebe und/oder Seilzugmechaniken, die zweckmäßigerweise im tragenden Hohlprofil angeordnet sind.
Außerdem sind zwischen dem beweglichen Teleskopteil und dem starren Teleskopteil Dichtelemente angeordnet, mit deren Hilfe das Eindringen von Schmutz und Witterungsfeuchte in das Innere des Hohlprofils oder zwischen beweglichen Teleskopteil und starren Teleskopteil verhindert wird.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß die gesamte mit Hilfe des Teleskops bewirkbare Längenänderung des Rotorblattes, bezeichnet als die Länge A, in mehrere Abschnitte unterteilt ist.
Es wird unterschieden in die Länge B als der sich ergebende Bereich zwischen der inneren Endstellung und der inneren Arbeitsstellung des längenvariablen Rotorblattes. Die inneren Stellungen ergeben sich jeweils für die extremen Lagen des Rotorblattes bei zusammengeführtem Teleskop.
Weiterhin wird in die Länge C unterschieden, die sich als Bereich zwischen der inneren Arbeitsstellung und der äußeren Arbeitsstellung des Rotorblattes ergibt. Dieser Bereich wird bei normalem Betrieb der Windkraftanage bevorzugt, wobei sich die Anpassungen des Leistungsangebotes des Rotors an die mögliche Leistungsaufnahme des Maschinensatzes in erster Linie durch Variation der Stellung des Rotorblattes in diesem Bereich ergibt.
Schließlich ist auch noch eine Länge D als der Bereich zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung definiert.
Diese Stellungen ergeben sich jeweils bei extremer Lage des Rotorblattes im Zusammenhang mit der teleskopartigen Verlängerung des Rotorblattes.
Vorteilhafterweise sind die einzelnen Längenbereiche in folgenden Proportionen vorgesehen:
0,05 A<B<0,15 A,
0,05 A<D<0,15 A,
0,70 A<C<0,90 A.
In den unterschiedenen Bereichen sind die Führungsbahnen so angeordnet, daß sich jeweils charakteristische Verdrehungen des beweglichen Teleskopteiles beim ergeben.
Sie betragen vorteilhafterweise im Längenbereich C zwischen der inneren und der äußeren Arbeitsstellung zwischen 0,6 und 1,0 Grad je Meter Verschiebeweg, wobei diese Verdrehung mit der Verdrillung des Rotorblattprofils gleichläufig ist.
Damit wird gewährleistet, daß die Veränderungen der Lage des Rotorblattes im normalen Arbeitsbereich der Windkraftanlage mit der Beibehaltung der jeweils optimalen Lage des Rotorblattprofils zum am Rotorblatt angreifenden Windvektor einhergeht.
Im Längenbereich B zwischen der inneren Arbeitsstellung und der inneren Endstellung beträgt die Verdrehung vorteilhafterweise zwischen 65 und 80 Grad gegen die Richtung der Rotorblattverdrillung, so daß nach Erreichen der inneren Endstellung zugleich eine weitgehende Ausrichtung des Rotorblattprofils quer zur Rotorkreisebene und damit die aerodynamische Bremsstellung bei geringstmöglicher Angriffsfläche für den dann für die Energieumwandlung zu starken Wind erreicht ist.
Im Längenbereich D zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung beträgt die Verdrehung zwischen 10 und 30 Grad gegen die Rotorblattverdrillung, so daß nach Erreichen der äußeren Endstellung eine günstige Stellung des Rotorblattprofils als Anfahrhilfe zu verzeichnen ist.
Die Vorteile der Erfindung bestehen zusammenfassend insbesondere in der nunmehr verfügbaren technischen Lösung, eine pitchgeregelten Rotor zusätzlich in besonderer Weise den unterschiedlichen Windverhältnissen mit der Zielstellung einer Maximierung der Energieerträge an einem konkreten Standort anpassen zu können.
Die Erfindung soll nachstehend mit einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.
In der beiliegenden Zeichnung zeigen
Fig. 1 die schematischen Ansicht eines erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes mit Anordnung des Teleskopbereiches an der Blattwurzel;
Fig. 2 die schematische Ansicht eines erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblattes mit Anordnung des Teleskopbereiches in der äußeren Hälfte des Rotorblattes;
Fig. 3 den schematischen Querschnitt einer Teleskopverbindung mit am starren Teleskopteil angeordneten Führungsbahnen und am beweglichen Teleskopteil angeordneten Gleitelementen;
Fig. 4 den schematischen Querschnitt einer Teleskopverbindung mit am beweglichen Teleskopteil angeordneten Führungsbahnen und am starren Teleskopteil angeordneten Rollelementen;
Fig. 5 die schematische Darstellung des Rotorblatt-Endprofils bei Erreichen der einzelnen Längenbereichsgrenzen beim Verschieben des beweglichen Teleskopteiles gegenüber dem starren Teleskopteil.
Der Rotor einer Windkraftanlage mit einer Nennleistung von 500 kW hat einen Durchmesser von 42 m. Die Nabe des Rotors ist mit drei längenvariablen Rotorblättern 1 bestückt.
Das längenvariable Rotorblatt 1 mit einer Gesamtlänge von 20 m besteht aus einem tragenden Hohlprofil 5, das von der Blattwurzel 2 bis zum Ansatz des Rotorblattprofils zunächst als zylindrisches Rohr ausgebildet ist und sich sodann bis zum der Nabe entgegengesetzten Ende des Rotorblattes 1 hin stetig verjüngt. Die Verkleidung des tragenden Hohlprofils 5 beginnt in einem Abstand von 5.000 mm ab Blattwurzel 2. In diesem verkleidungsfreien Abschnitt des längenvariablen Rotorblattes 1 hat das tragende Hohlprofil 5 ein kreisförmiges Profil mit einem Außendurchmesser von 800 mm. Im Bereich der Blattwurzel ist dieses Profil mit einem Ringflansch für den Nabenanschluß 16 verbunden.
Das tragende Hohlprofil 5 ist im Bereich von der Blattwurzel 2 bis zum Ansatz des Rotorblattprofils über eine Länge von 5.000 mm als starres Teleskopteil 20 ausgeführt.
Innerhalb dieses starren Teleskopteils 20 sind vier Führungsbahnen 7 gleichmäßig an der Rohrwand befestigt. Das bewegliche Teleskopteil 21 ist mittels hydraulischem Arbeitszylinder 10 kraftschlüssig mit einem Verlagerungspunkt in der Ebene der Blattwurzel 2 verbunden.
Bei Erfordernis kann der hydraulische Arbeitszylinder problemlos durch einen Spindelantrieb 11, einen Zahnstangenantrieb 12 oder durch eine Seilzugmechanik 13 ersetzt werden.
Mit Hilfe der gewählten Antriebskomponente läßt sich der bewegliche Teil des Teleskops 21 etwa 4.000 mm aus dem starren Teil des Teleskops 20 hinausschieben.
Die seitliche Führung erhält der bewegliche Teleskopteil 21 durch seitlich in Aussparungen befestigte Gleitelemente 8, die formschlüssig in die Führungsbahnen 7 eingreifen. Mittels der Gleitelemente 8 erfolgt die Längsführung des beweglichen Teleskopteils 21 und zugleich das definierte Verdrehen des beweglichen Teleskopteils 21 gegenüber dem starren Teleskopteils 20.
Die Gleitelemente 8 sind in dem Bereich am beweglichen Teleskopteil 21 befestigt, der auch bei Erreichen der äußeren Endstellung des beweglichen Teleskopteil im starren Teleskopteil 20 verbleibt.
Die Führungsbahnen 7 sind so ausgeführt, daß in der inneren Endstellung die Lage der Flügelspitze 16 durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet ist, die mit der Rotorkreisebene einen Winkel von 75 Grad bildet.
Nach einer Längsverschiebung von 400 mm erreicht der bewegliche Teleskopteil 21 die innere Arbeitsstellung. In dieser Stellung besitzt die Flügelspitze eine Lage 17, die durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet ist, die mit der Rotorkreisebene einen Winkel von etwa 3 Grad bildet. Die Verdrehung des beweglichen Teleskopteils 21 beträgt auf diesem Abschnitt mithin 72 Grad. Zwischen der inneren und der äußeren Arbeitsstellung kann der bewegliche Teleskopteil 21 um 3.400 mm verschoben werden. Dabei erfolgt mittels der Führungsbahnen 7 ein stetiges Verdrehen des beweglichen Teleskopteils 21 um etwa 3 Grad. Die Lage der Flügelspitze ist nach Erreichen der äußeren Arbeitsstellung 18 durch eine Achslage der Flügelspitze gekennzeichnet, die parallel zur Rotorkreisebene ausgerichtet ist.
Zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung wird der bewegliche Teleskopteil nur noch um 200 mm verschoben.
Dabei erfährt der bewegliche Teleskopteil 21 eine Verdrehung um 25 Grad, so daß die Lage der Flügelspitze dadurch gekennzeichnet ist, daß sie mit der Rotorkreisebene erneut einen Winkel von 25 Grad bildet.
Die letztgenannte Stellung wird vom Betriebsführungssystem der Windkraftanlage nur zum Zwecke des Ingangsetzens der Rotordrehung angefahren, wenn sich infolge unzureichender Windgeschwindigkeit die der Rotor im Stillstand befindet.
Nach erfolgter Inbetriebsetzung des Rotors wird unverzüglich die äußere Arbeitsstellung eingenommen.
In Abhängigkeit von den tatsächlichen Windgeschwindigkeiten und vom Leistungsangebot des Rotors wird der Arbeitsbereich des Teleskops zwischen der äußeren und der inneren Arbeitsstellung zum Zwecke der Anpassung genutzt. Steigt die Windgeschwindigkeit auf höhere Werte und werden bereits Leistungen oberhalb der Nennleistung der Windkraftanlage verzeichnet, steuert das Betriebsführungssystem eine Stellung des beweglichen Teleskopteils 21 zwischen der inneren Arbeitsstellung und der inneren Endstellung an.
Mit dieser Maßnahme werden trotz höherer Windgeschwindigkeiten Überlastungen der maschinentechnischen Anlage vermieden, weil bereits nennenswerte Leistungsanteile mittels der einsetzenden aerodynamischen Bremswirkungen kompensiert werden.
Bei notwendigen Außerbetriebsetzen wird schließlich die innere Endstellung des beweglichen Teleskopteiles eingenommen.
Am beweglichen Teleskopteil 21 sind Sensoren 19 für das Registrieren der jeweils erreichten Stellung des beweglichen Teleskopteils 21 angeordnet.
Das ausgeführte Rotorblatt 1 verfügt infolge der erfindungsgemäßen Ausstattung über ein vorteilhaftes Anlaufverhalten, über eine gut steuerbare Flügelstellung zum Zwecke optimierter Ausnutzung der Windenergie und zum Zwecke der Verhinderung von unzulässigen Rotordrehzahlen bei größeren Windgeschwindigkeiten. Der Rotor mit drei erfindungsgemäßen längenvariablen Rotorblättern läuft bereits bei Windgeschwindigkeiten von weniger als 2 m/s an und liefert bereits bei weniger als 12 m/s die Nennleistung von 500 kW.

Claims (11)

1. Längenvariables Rotorblatt für Windkraftanlagen, insbesondere für Windkraftanlagen an Binnenlandstandorten, bestehend aus einem Längs- Tragelement als ein sich zum Rotorblattende hin verjüngendes Hohlprofil mit daran befestigten Spanten, Flügelnasen- und Flügelschwanzverkleidungen, dadurch gekennzeichnet, daß das tragende Hohlprofil (5) zumindest in einem Teilbereich als Teleskop mit einem starren Teleskopteil (20) und einem in Führungsbahnen (7) beweglichen Teleskopteil (21) ausgeführt ist, wobei der starre Teil des Teleskops (20) die Verdrehung des beweglichen Teleskopteils (21) beim Teleskopieren bewirkende Führungsbahnen (7) aufweist und die Führungsbahnen (7) bedarfsweise in einzelnen Abschnitten mit verschieden starken Verdrillungen ausgebildet sind.
2. Längenvariables Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der als Teleskop ausgebildete Teilbereich des tragenden Hohlprofils (5) etwa an der Blattwurzel (2) beginnend über eine Länge von bis zu 5 m angeordnet ist und das Hohlprofil (5) in diesem Bereich einen kreisförmigen Rohrquerschnitt aufweist.
3. Längenvariables Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das tragende Hohlprofil (5) im Längenbereich zwischen 50 und 80% der Rotorblattlänge, von der Blattwurzel (2) aus gerechnet, mit einem beweglichen Teleskopteil (21) ausgestattet ist.
4. Längenvariables Rotorblatt nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der bewegliche Teil des Teleskops (21) im Kontaktbereich mit dem starren Teil des Teleskops (20) mit wenigstens drei Führungsbahnen (7) und der starre Teil des Teleskops (20) mit in die Führungsbahnen (7) eingreifenden Gleit- und/oder Rollelementen (8, 9) ausgestattet sind.
5. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der starre Teil des Teleskops (20) im Kontaktbereich mit dem beweglichen Teil des Teleskops (21) mit wenigstens drei Führungsbahnen (7) und der bewegliche Teil des Teleskops (21) mit in die Führungsbahnen (7) eingreifenden Gleit- und/oder Rollelementen (8, 9) ausgestattet sind.
6. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das tragende Hohlprofil (5) im als Teleskop ausgebildeten Bereich die Verschiebung des beweglichen Teleskopteils (21) bewirkende Mechanismen, wie hydraulische Arbeitszylinder (10), Spindelantrieb (11), Zahnstangenantrieb (12) und/oder Seilzugmechanik (13), aufweist.
7. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zwischen beweglichem und starren Teil des Teleskops (20, 21) das Eindringen von Schmutz und Witterungsfeuchte verhindernde Dichtelemente (14) angeordnet sind.
8. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die gesamte mit Hilfe des Teleskops bewirkbare Längenänderung A des Rotorblattes (1) unterteilt ist in einen Bereich B zwischen der inneren Endstellung und innerer Arbeitsstellung, einen Bereich C zwischen der inneren Arbeitsstellung und der äußeren Arbeitsstellung und einen Bereich D zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung und daß die Längenmaße dieser Bereiche etwa
0,05 A<B<0,15 A,
0,05 A<D<0,15 A,
0,70 A<C<0,90 A
betragen.
9. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsbahnen (7) zwischen der inneren und der äußeren Arbeitsstellung mit einer das Rotorblatt (1) um 0,6 bis 1,0 Grad um die Rotorlängsachse bewirkenden Verdrehung je Meter Verschiebeweg angeordnet sind und daß diese Verdrehung mit der Rotorblattverdrillung gleichläufig ist.
10. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Führungsbahnen (7) zwischen der inneren Arbeitsstellung und der inneren Endstellung mit einer das Rotorblatt (1) um 65 bis 80 Grad um die Rotorlängsachse bewirkenden Verdrehung angeordnet sind und daß diese Verdrehung der Rotorblattverdrillung gegenlaufig ist.
11. Längenvariables Rotorblatt nach den Ansprüchen 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungsbahnen (7) zwischen der äußeren Arbeitsstellung und der äußeren Endstellung mit einer das Rotorblatt (1) um 10 bis 30 Grad um die Rotorlängsachse bewirkende Verdrehung angeordnet sind und daß diese Verdrehung der Rotorblattverdrillung gegenläufig ist.
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