PL220895B1 - Końcówka łopaty wirnika elektrowni wiatrowej, łopata wirnika posiadająca taką końcówkę oraz elektrownia wiatrowa zawierająca wirnik wyposażony w co najmniej jedną taką łopatę - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotowy wynalazek dotyczy końcówki łopaty wirnika elektrowni wiatrowej o profilu aerodynamicznym z grzbietową i spodnią częścią, która jest zakrzywiona lub zagięta pod kątem w swym obszarze końcowym w kierunku spodniej części łopaty wirnika, czyli posiada winglet. Wynalazek dotyczy również łopaty wirnika posiadającej taką końcówkę oraz elektrowni wiatrowej zawierającej wirnik wyposażony w co najmniej jedną taką łopatę.

Takie łopaty wirnika i końcówki łopat wirnika są od dawna znane. W szczególności winglety łopat wirnika używane są od pewnego czasu na przykład w łopatach wirnika produkcji firmy Enercon. Takie znane końcówki łopat wirnika są przeznaczone do zmniejszania wirów krawędziowych, które nieuchronnie występują przy końcu łopaty wirnika i przez to zmniejszają występowanie niepożądanego hałasu.

W stanie techniki należy zwrócić uwagę w związku z tym zasadniczo na następujące publikacje: DE 197 38 278; DE 197 43 694; DE 44 40 744; DE 196 14 220 oraz DE 44 36 197.

Znane są również łopaty wirnika rodzaju przedstawionego we wstępie niniejszego opisu, których końcówki są zakończone eliptycznie. Takie ukształtowanie końcówek łopat wirnika ma również zmniejszać poziomy emisji hałasu powodowanego przez łopatę wirnika, a zwłaszcza jej wingleta.

Elektrownie wiatrowe obecnie już nie są pojedynczymi inwestycjami, ale są spotykane w wielu miejscach i coraz częściej można je znaleźć w pobliżu obszarów zamieszkałych. Właśnie tam akceptacja elektrowni wiatrowych zależna jest między innymi od emisji hałasu i można łatwo zauważyć, że im cichsze są elektrownie wiatrowe, tym chętniej są akceptowane.

Dlatego celem niniejszego wynalazku jest ponadto zmniejszenie poziomu emisji hałasu z elektrowni wiatrowych.

Cel ten osiągnięto dzięki końcówce łopaty wirnika elektrowni wiatrowej, przy czym łopata wirnika zawiera nasadę łopaty, część centralną łopaty oraz część końcową łopaty wirnika, zaś końcówka łopaty wirnika posiada profil aerodynamiczny z jego górną i spodnią częścią, a w swym rejonie zewnętrznym końcówka łopaty wirnika jest wygięta pod kątem w płaszczyźnie łopaty wirnika w kierunku krawędzi spływu łopaty wirnika, przy czym końcówka łopaty wirnika charakteryzuje się tym, że w swym rejonie zewnętrznym posiada winglet, który zwęża się ku swej górnej krawędzi i posiada krawędź natarcia oraz krawędź spływu, przy czym krawędź natarcia i krawędź spływu wingleta przebiegają ze z góry określoną, jednakową krzywizną w stronę ku górnej krawędzi wingleta, przy czym krawędź natarcia i krawędź spływu wingleta przebiegają eliptycznie w stronę ku górnej krawędzi wingleta.

Korzystne jest, gdy winglet łopaty wirnika posiada stosunek pierwszy głębokości do wysokości wynoszący 1:0,8 i 1:1,2 i/albo stosunek drugi wysokości do głębokości przy połączeniu z wingletem (30) wynoszący 1:1 do 1:1,3. Korzystnie w rejonie wingleta profil aeodynamiczny włącza się stopniowo do profilu końcówki łopaty wirnika.

Końcówka łopaty korzystnie posiada rejon o zmniejszonym przekroju do mocowania w łopacie wirnika. W obszarze o zmniejszonym przekroju końcówki łopaty wirnika korzystnie wykonany jest co najmniej jeden otwór, zaś winglet końcówki łopaty wirnika korzystnie jest wydrążony. Przy końcu końcówki łopaty wirnika oddalonym od napływu korzystnie wykonany jest otwór odpływu wody, przy czym korzystnie do wymienionego otworu dołączona jest część rurowa. Końcówka łopaty wirnika jest korzystnie wykonana z metalu, zwłaszcza z aluminium.

Łopata wirnika elektrowni wiatrowej posiada końcówkę opisaną powyżej.

Płaszczyzna przekroju poprzecznego rejonu zewnętrznego końcówki łopaty wirnika korzystnie przebiega pod zadanym kątem względem płaszczyzny przekroju poprzecznego reszty łopaty wirnika. Łopata wirnika ma korzystnie profil aerodynamiczny i posiada krawędź natarcia i krawędź spływu, przy czym łopata posiada końcową część, która jest zakrzywiona w kierunku krawędzi spływu łopaty wirnika w płaszczyźnie łopaty wirnika. Końcowa część łopaty przebiega korzystnie pod kątem 1-45 stopni względem osi (14) łopaty, zaś najkorzystniej wymieniony kąt wynosi 1-15 stopni. Korzystnie jest, gdy krawędź spływu łopaty wirnika włącza się stopniowo w krawędź spływu końcowego obszaru. Krawędź spływu końcowej części jest korzystnie krzywizną o zadanym promieniu, przy czym krzywizna jest najkorzystniej coraz większa w kierunku końcówki łopaty wirnika.

Końcowa część ma korzystnie postać niezależnej części, która nadaje się do zamontowania w łopacie wirnika. Końcowa część stanowi najkorzystniej co najwyżej 1/3 długości łopaty wirnika i posiada rejon o zmniejszonym przekroju poprzecznym do montowania w łopacie wirnika.

PL 220 895 B1

Pomiędzy nasadą łopaty wirnika a końcową częścią usytuowany jest rejon centralny wygięty pod kątem w kierunku krawędzi natarcia.

Końcówka łopaty jest korzystnie zbudowana z metalu stanowiąc element przewodzący dla wyładowań atmosferycznych i jest w dostosowana do przesłania wyładowań atmosferycznych do odpowiedniego odgromnika.

Końcówka łopaty wirnika jest wykonana w postaci niezależnej części, która nadaje się do mocowania w części końcowej łopaty wirnika.

Elektrownia wiatrowa zawiera korzystnie wirnik wyposażony w co najmniej jedną łopatę wirnika elektrowni wiatrowej opisaną powyżej.

Łopata wirnika jest zakrzywiona lub zagięta pod kątem w swej części końcowej w kierunku krawędzi spływu łopaty wirnika w płaszczyźnie łopaty wirnika. W związku z tym wynalazek oparty jest na spostrzeżeniu, że w przypadku łopaty wirnika, która nie zwęża się do punktu przy winglecie, skuteczne pole powierzchni łopaty wirnika pozostaje niezmniejszone dokładnie w zewnętrznej części, gdzie wpływ jest największy. Zakrzywienie lub wygięcie pod kątem obszaru końcowego łopaty wirnika oznacza jednak, że przepływ przy krawędzi spływu łopaty wirnika odrywa się w obszarze zewnętrznym z opóźnieniem. Zmniejsza to również wpływ wirów, które występują po oderwaniu się przepływu od krawędzi spływu łopaty wirnika, a więc również wytwarzany hałas. Wzajemne oddziaływanie pomiędzy przepływem wokół wingleta łopaty, a dynamicznym ciśnieniem powietrza przed masztem elektrowni jest również zmniejszane według wynalazku w przypadku wirnika ustawionego do wiatru.

Opóźnienie jest zależne od kąta, pod jakim część końcowa usytuowana jest względem osi łopaty wirnika. Im większy jest odpowiedni kąt, tym lepszy jest stopień zmniejszenia wytwarzanego hałasu. Ponieważ jednak z drugiej strony momenty skręcające działające na łopatę wirnika rosną wraz ze wzrostem skosu dodatniego, korzystny okazał się kąt w zakresie 1-45 stopni, korzystniej 1-15 stopni.

Ponadto przepływ płynu z łopaty wirnika do części końcowej jest korzystny, ponieważ w przypadku gwałtownego wygięcia dodatkowe wahania ciśnienia występują w obszarze wygięcie. Mogą one spowodować zmniejszenie mocy i dodatkowy hałas.

Korzystnie w swej części końcowej łopata wirnika według wynalazku ma określony promień krzywizny, przy czym krzywizna szczególnie korzystnie zwiększa się w kierunku końcówki łopaty wirnika, to znaczy promień krzywizny zmniejsza się. Dzięki odpowiednio wybranej krzywiźnie ta część końcowa łopaty wirnika może być zgięta mechanicznie pod kątem w przybliżeniu 5 stopni z równoczesnym uzyskaniem efektu aerodynamicznego, który odpowiada kątowi 10 stopni. Urzeczywistnia to korzystny skutek akustyczny z równocześnie korzystnymi właściwościami aerodynamicznymi.

Jednakże równocześnie występują większe momenty skręcające w łopacie wirnika na skutek takiej konfiguracji skosu dodatniego, a takie momenty skręcające działają również na złącze łopaty wirnika. Oczywiście powoduje to również stale wyższy poziom obciążenia elektrowni. W celu skompensowania tego wyższego poziomu obciążenia, w każdym razie dla złącza łopaty wirnika i dalszych części składowych elektrowni wiatrowej, szczególnie korzystne dla rejonu środkowego łopaty wirnika, czyli rejonu pomiędzy nasadą łopaty, a końcową częścią łopaty, który posiada skos dodatni jest wygięcie tego rejonu środkowego w kierunku krawędzi natarcia łopaty. Jeżeli krzywizna ta jest taka, że zewnętrzna krawędź spływu obszaru końcowego ustawionego pod kątem ujemnym nie jest usytuowana głębiej niż w przypadku łopaty bez obszaru końcowego ustawionego pod kątem ujemnym.

W ten sposób momenty skręcające, które działają przeciwnie, występują w samej łopacie wirnika i przy odpowiedniej konstrukcji kasują się wzajemnie tak, że sama łopata wirnika wprawdzie podlega jeszcze temu obciążeniu, ale złącze łopaty wirnika i dalsze człony składowe elektrown i wiatrowej nie są poddawane dodatkowym obciążeniom.

Aby z jednej strony możliwy był łatwy montaż, a z drugiej strony wyposażenie w ten sposób już istniejących łopat wirnika, końcowa część ma korzystnie postać osobnej części, którą można montować w łopacie wirnika i korzystnie ma długość nie większą niż 1/3 długości łopaty wirnika, a szczególnie korzystnie wynoszącą w przybliżeniu 1/10 długości łopaty wirnika.

W takim przypadku w korzystnym wykonaniu ta końcowa część może być wydrążona, a na swym końcu oddalonym od przepływu nadążającego może mieć otwór odpływu wody, tak że płyn, który gromadzi się w łopacie wirnika i który jest utworzony na przykład na skutek skraplania i jest transportowany przez siłę odśrodkową do końcówki łopaty wirnika, może wypływać z tego obszaru i być usuwany z łopaty wirnika.

PL 220 895 B1

W celu wspomagania tego wpływu końcowej części według wynalazku opracowano końcówkę do takiej łopaty wirnika, w której końcówka końcowej części łopaty wirnika jest w postaci niezależnej części, którą można mocować w tej końcowej części łopaty wirnika.

Alternatywnie, aby osiągnąć cel wynalazku, dalsze rozwinięcie końcówki łopaty wirnika według wynalazku rodzaju przedstawionego we wstępie do niniejszego opisu może być takie, że obszar zewnętrzny zwęża się. Taka konfiguracja końcówki łopaty wirnika oparta jest na spostrzeżeniu, że malejąca głębokość łopaty zapewnia zmniejszony przepływ wokół końcówki łopaty wirnika, ponieważ jego energia jest uprzednio rozdzielona na wiry przy krawędzi spływu, ale równocześnie zmniejszone jest skuteczne pole powierzchni łopaty wirnika. Wygięty pod kątem kształt końcówki łopaty wirnika oznacza, że skuteczna głębokość łopaty wirnika pozostaje optymalna dla wygiętego pod kątem wingleta łopaty wirnika. Rejon, który zbiega się do punktu, usytuowany jest pod określonym korzystnym kątem od płaszczyzny łopaty wirnika w kierunku górnej strony łopaty wirnika. W takiej konstrukcji zawirowanie przy końcówce łopaty wirnika jest równocześnie odrywane od płaszczyzny łopaty wirnika i przemieszczane do innej płaszczyzny. To z kolei ma korzystny wpływ na emisję hałasu przez łopatę wirnika wyposażoną w taką końcówkę, a równocześnie zmniejsza straty występujące przy łopacie wirnika. Dotyczy to zarówno strat wirów brzegowych jak i stopnia sprawności aerodynamicznej, którą można polepszyć przez odpowiednią konstrukcję, jak również korzystną konfigurację, jeśli chodzi o różnicę ciśnienia pomiędzy częścią górną a spodnią profilu.

Zgodnie ze szczególnie korzystną właściwością zewnętrzny rejon końcówki łopaty wirnika jest zakrzywiony od poziomu pod kątem 70-90°. Inaczej mówiąc, końcówka łopaty wirnika tworzy kąt 110-90° z łopatą wirnika. W badaniach doświadczalnych najlepsze wyniki stwierdzono przy takich wartościach kąta.

W szczególnie korzystnym rozwinięciu wynalazku końcówka łopaty wirnika ma postać niezależnej części, którą można wmontować w łopatę wirnika. Ponadto końcówka łopaty wirnika jest wydrążona i korzystnie wykonana z metalu, zwłaszcza z aluminium. Wydrążona konstrukcja zapewnia zmniejszenie ciężaru i przez to ułatwia manipulowanie.

Ponadto przez wydrążoną końcówkę łopaty wirnika jak również wydrążoną część końcową łopaty wirnika, jak opisano powyżej, może przepływać gorące powietrze, na przykład w celu wyeliminowania lub zmniejszania oblodzenia.

Ponadto końcówka łopaty wirnika wykonana z metalu może służyć jako przewód odgromowy, który doprowadza wyładowania atmosferyczne do odpowiedniego odgromnika, aby skutecznie chronić elektrownię wiatrową w wypadku uderzenia pioruna.

Wynalazek w przykładach wykonania jest pokazany na rysunku, na którym:

fig. 1 przedstawia widok z góry łopaty wirnika według wynalazku z wygiętą częścią końcową według pierwszego przykładu realizacji wynalazku, fig. 2 przedstawia łopatę wirnika według wynalazku z wygiętą częścią końcową według drugiego korzystnego przykładu realizacji wynalazku, fig. 3 przedstawia dalszy widok drugiego przykładu wykonana wynalazku, fig. 4 przedstawia inny widok drugiego przykładu wykonania, fig. 5 przedstawia trzeci przykład wykonania łopaty wirnika odchylonej do tyłu, fig. 6 przedstawia widok z boku wingleta łopaty wirnika według wynalazku, fig. 7 przedstawia widok z przodu przykładu wykonania końcówki łopaty wirnika według wynalazku, fig. 8 przedstawia widok z przodu alternatywnego przykładu wykonania końcówki łopaty wirnika według wynalazku, fig. 9 przedstawia widok z przodu alternatywnego przykładu wykonania końcówki łopaty wirnika według wynalazku, a fig. 10 jest widokiem łopaty wirnika z częścią końcową skonstruowaną według wynalazku i z końcówką łopaty wirnika według wynalazku.

Figura 1 przedstawia łopatę 10 wirnika elektrowni wiatrowej według wynalazku. W łopacie 10 wirnika jest zaznaczona oś 14 łopaty. Ta oś 14 łopaty jest hipotetyczną osią, na którą są „nanizane” wszystkie części łopaty wirnika tak, aby zapewnić żądany kształt łopaty wirnika. Część końcowa 12 łopaty 10 wirnika jest wygięta pod określonym kątem α względem pierwszej osi 14 łopaty. Druga oś 16 łopaty dotyczy części końcowej 12, przy czym pomiędzy tymi dwiema osiami 14, 16 zaznaczony jest kąt α. Na tym rysunku kąt α wynosi 5 stopni. Wartość ta przedstawia akceptowalny kompromis pomiędzy zmniejszoną emisją hałasu a zwiększonym obciążeniem.

PL 220 895 B1

Dlatego część końcowa jest wygięta w płaszczyźnie łopaty wirnika w kierunku krawędzi spływu 20 łopaty wirnika. Wygięcie to powoduje z jednej strony wydłużenie krawędzi spływu, a zatem szerszy rozkład energii zawirowania. Z drugiej strony przepływ odrywa się przy krawędzi spływu łopaty 10 wirnika w wygiętej końcowej części 12 później niż w prostej części łopaty 10 wirnika. W rezultacie zawirowania powodujące powstawanie hałasu pojawiają się odpowiednio później.

Ulepszone wykonanie łopaty 10 wirnika według wynalazku przedstawiono na fig. 2. Pokazano tu również osie: pierwszą i drugą 14, 16 łopaty. Należy zauważyć jednak, że przejście od łopaty 10 wirnika do części końcowej 12 nie jest tu ostro wygięte, ale raczej ma łagodny przebieg krzywizny. Należy zauważyć, że krzywizna zwiększa się w kierunku do końcówki łopaty wirnika. Promień krzywizny zmniejsza się zatem w kierunku końcówki łopaty wirnika.

W takim przypadku w końcowej części 12 styczna do łuku przy końcu krawędzi spływu 20 łopaty wirnika jest przemieszczona równolegle i w kierunku do środka łopaty wirnika. Kąt β jest utworzony pomiędzy osiami 14, 16. Kąt ten wynosi 10 stopni.

Te 10 stopni wynika dokładnie z przebiegu stycznej do łuku przy wierzchołku łopaty wirnika, w związku z czym jednak przewidywany skos dodatni łopaty 10 wirnika jest nie większy niż w przypadku łopaty 10 wirnika pokazanej na fig. 1. Właściwości aerodynamiczne odpowiednio różnią się tylko nieznacznie w stosunku do łopaty wirnika pokazanej na fig. 1, natomiast właściwości akustyczne są jednak lepsze dzięki większemu kątowi β.

Taka sytuacja, jaką przedstawiono powyżej, jest opisana bardziej szczegółowo w odniesieniu do fig. 3. Na fig. 3 przedstawiono w szczególności część końcową 12 łopaty 10 wirnika. Krawędź spływu części końcowej 12 jest w tym przypadku pokazana jako wygięta z jednej strony w sposób odpowiadający przykładowi przedstawionemu na fig. 1. W tym wariancie wprowadzono oznaczenie 21. Równocześnie przedstawiono przykład wykonania z krzywoliniową krawędzią spływu 20.

Widać tu wyraźnie, że usytuowana skrajnie końcówka łopaty wirnika przy każdej z krawędzi spływu 20 i 21 jest w tym samym punkcie. Na skutek tego głębokość łopaty wirnika pozostaje bez zmian z punktu widzenia aerodynamiki.

Rysunek ten przedstawia również pierwszą oś 14 łopaty (pierwotna oś łopaty). Pokazano również styczną 17 do łuku 20, która została przemieszczona równolegle i drugą oś 16 (oś wingleta łopaty 10) odpowiadającą krawędzi spływu 21 końcowej części. Zaznaczono również kąty α i β. Kąt α wynosi znów 5 stopni. Jest on utworzony przez pierwszą oś 14 łopaty 10 wirnika i drugą oś 16 łopaty odpowiadającą przykładowi wykonania łopaty wirnika z fig. 1. Kąt β jest utworzony pomiędzy pierwszą osią 14 łopaty a styczną 17 odpowiadającą przykładowi wykonania pokazanemu na fig. 2. Kąt β wynosi 10 stopni.

Można tu zatem szczególnie łatwo zobaczyć zaletę przykładu wykonania przedstawionego na fig. 2.

Figura 4 przedstawia ponownie łopatę 10 wirnika według wynalazku wygiętą do tyłu z krawędzią natarcia 18, krawędzią spływu 20 i końcową częścią 12, która jest odchylona do tyłu w kierunku krawędzi spływu 20. Ponadto na tym rysunku przedstawione są dwie linie 22, 23 reprezentujące kształt krawędzi natarcia 18 i krawędzi spływu 20 bez wygiętego do tyłu końcowego obszaru 12. Rysunek ten pokazuje wyraźnie stopień wygięcia końcowego obszaru 12 do tyłu dzięki odgięciu do tyłu w kierunku krawędzi spływu łopaty 10 wirnika.

Figura 5 przedstawia alternatywny przykład wykonania łopaty 10 wirnika według wynalazku, który różni się od przykładu wykonania przedstawionego na fig. 4 środkową częścią 13, która jest wygięta w kierunku krawędzi natarcia 18 łopaty 10 wirnika. Należy zauważyć, że zaleta płynnego przejścia pomiędzy poszczególnymi obszarami łopaty 10 wirnika odnosi się również do takiej konfiguracji wygiętej. W związku z tym takie wygięcie w kierunku krawędzi natarcia 18 ma taką wielkość, że skrajnie zewnętrzny punkt końcowego obszaru 12 łopaty wirnika, która jest wygięta do tyłu w kierunku krawędzi spływu 20, znów jest wewnątrz przerywanych linii 22, które na tym rysunku oznaczają również hipotetyczną konfigurację prostoliniową łopaty wirnika.

Konstrukcja taka powoduje wzajemnie przeciwstawnie działające momenty skrętne w końcowej części 12 i w środkowej części 13 łopaty wirnika, które kasują się wzajemnie przy odpowiednim zwymiarowaniu w swym działaniu przy miejscu dołączenia łopaty wirnika.

Figura 6 przedstawia łopatę 10 wirnika z wingletem 30 łopaty 10 wirnika według wynalazku, które odchodzi od grzbietowej strony 24 profilu łopaty 10 wirnika, czyli w kierunku do spodniej strony profilu łopaty 10 wirnika. Górna krawędź 36 wingleta 30 ma możliwie bardzo małą grubość profilu, aby

PL 220 895 B1 zmniejszyć do minimum, w miarę możliwości, krawędziowe zawirowania, które się tu odrywają, tak że poziom emisji hałasu jest również możliwie mały.

Winglet 30 jest korzystnie wygięty od poziomu pod kątem 60-90 stopni. Inaczej mówiąc, tworzy ono kąt 120-90 stopni z łopatą wirnika. Obszar ten jest przedstawiony przez dwie wygięte do góry części 30, 31, z których jedną pokazano linią przerywaną.

Figura 7 przedstawia widok z przodu pierwszego wykonania wingleta 30 końcówki według wynalazku. Na rysunku tym krawędź spływu 34 wingleta 30 i górna krawędź 36 wingleta 30 przebiegają prostoliniowo, natomiast krawędź w natarcia 32, pomiędzy krawędzią natarcia 26 wingleta 30 łopaty wirnika a górną krawędzią 36 wingleta 30 przebiega od grzbietowej strony 24 łopaty wirnika pod określonym kątem. Konstrukcja taka zapewnia, że górna krawędź wingleta 30 jest skrócona w stosunku do głębokości łopaty wirnika, jak to można zobaczyć po grzbietowej stronie 24 profilu łopaty wirnika. Łopata wirnika wymaga zatem swej aerodynamicznie całkowicie skutecznej głębokości aż do wingleta 30 i tylko sam winglet 30 posiada górną krawędź 36 krótszą.

Równocześnie wir brzegowy, który odrywa się przy górnej krawędzi 36 łopaty wirnika, jest wyprowadzany z powierzchni łopaty 10 wirnika.

Figura 8 przedstawia alternatywny przykład realizacji wingleta 30 pokazanego na fig. 7. Podczas gdy fig. 7 przedstawia krawędź spływu 34 wingleta 30, która przebiega zasadniczo prostopadle do wzdłużnej osi łopaty wirnika, na fig. 8 winglet 30 jest odchylony w kierunku krawędzi spływu 34. Taka odgięta konfiguracja zapewnia, że punkt oderwania 37, w którym przepływ odrywa się od tego wingleta, jest przemieszczony jeszcze bardziej do tyłu i odpowiednio energia krawędziowych zawirowań jest jeszcze bardziej rozłożona, a poziom emisji hałasu jest jeszcze bardziej zmniejszony.

Zasada działania jest podobna w przykładzie wykonania wingleta 30 pokazanego na fig. 9. Należy zauważyć, że winglet 30 jest zoptymalizowany, aby zapewnić możliwie mały wir brzegowy. W tym celu krawędź natarcia 32 wingleta i krawędź spływu 34 wingleta przebiegają z określoną krzywizną, a szczególnie korzystnie z eliptycznym gradientem ku górnej krawędzi 36 wingleta 30. W takim przypadku górna krawędź 36 wingleta 30 jest znów odgięta od grzbietowej strony 24 łopaty 10, czyli w kierunku do strony spodniej, od płaszczyzny łopaty wirnika.

Eliptyczny kształt krawędzi natarcia 32 wingleta i krawędzi spływu 34 wingleta 30 równocześnie zwiększa długość odcinka, na którym przepływ oddziela się od łopaty wirnika. Powoduje to również zmniejszony poziom emisji hałasu, ponieważ przepływ wokół wingleta łopaty jest zasadniczo wyeliminowany, inaczej niż w przypadku kształtów geometrycznych łopat, które są tępo zakończone.

Stosunek głębokości do wysokości (głębokość jest szerokością w widoku z góry na fig. 9) wygiętej pod kątem części łukowej krawędzi - stosunek pierwszy wynosi w przybliżeniu 1:0,8 do 1,2, korzystnie 1:1. Stosunek drugi wysokości wygiętej pod kątem części wingleta 30 do głębokości łopaty wirnika w miejscu połączenia wingleta wynosi w przybliżeniu 1:1 do 1:1,3, korzystnie 1:1,14. W związku z tym konfiguracja głębokości w wygiętej pod kątem części wingleta jest w przybliżeniu hiperboliczna (szerokość profilu w widoku z góry), a najwyższy punkt wierzchołkowy zewnętrznej części profilu jest usytuowany w przybliżeniu na 30-40%, korzystnie 33% głębokości profilu w stosunku do osi łopaty.

Figura 10 przedstawia łopatę 10 wirnika w połączeniu z zakrzywioną częścią końcową 12 i wingletem 30. W tym przypadku wyraźnie widać krzywiznę części końcowej 12 od krawędzi natarcia 26 łopaty wirnika do krawędzi spływu 20 i krzywiznę wingleta 30 od płaszczyzny łopaty wirnika. Połączono tu odpowiednio korzystne oddziaływania akustyczne zakrzywionego końcowego obszaru 12 z jednej strony i wygiętego pod kątem wingleta 30 z drugiej strony.

Opisana łopata wirnika według wynalazku jest częścią wirnika elektrowni wiatrowej.

Claims (24)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Końcówka łopaty wirnika elektrowni wiatrowej dla łopaty wirnika, która zawiera nasadę łopaty wirnika, część centralną łopaty wirnika oraz część końcową łopaty wirnika, przy czym końcówka łopaty wirnika posiada profil aerodynamiczny z jego górną i spodnią częścią, a w swym rejonie zewnętrznym końcówka łopaty wirnika jest wygięta pod kątem w płaszczyźnie łopaty wirnika w kierunku krawędzi spływu łopaty wirnika, znamienna tym, że w swym rejonie zewnętrznym końcówka łopaty wirnika posiada winglet (30), który zwęża się ku swej górnej krawędzi (36) i posiada krawędź natarcia (32) oraz krawędź spływu (34), przy czym krawędź natarcia (32) i krawędź spływu (34) wingleta (30) przebiegają ze z góry określoną, jednakową krzywizną w stronę ku górnej krawędzi (36) wingleta (30), przy

   PL 220 895 B1 czym krawędź natarcia (32) i krawędź spływu (34) wingleta (30) przebiegają eliptycznie w stronę ku górnej krawędzi (36) wingleta (30).
2. 2. Końcówka łopaty według zastrz. 1, znamienna tym, że winglet (30) łopaty (10) wirnika posiada stosunek pierwszy głębokości do wysokości wynoszący 1:0,8 i 1:1,2 i/albo stosunek drugi wysokości do głębokości przy połączeniu z wingletem (30) wynoszący 1:1 do 1:1,3.
3. 3. Końcówka łopaty według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że w rejonie wingleta (30) profil aerodynamiczny włącza się stopniowo do profilu końcówki łopaty wirnika.
4. 4. Końcówka łopaty według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że posiada rejon o zmniejszonym przekroju do mocowania w łopacie (10) wirnika.
5. 5. Końcówka łopaty według zastrz. 4, znamienna tym, że w obszarze o zmniejszonym przekroju wykonany jest co najmniej jeden otwór.
6. 6. Końcówka łopaty według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że winglet (30) łopaty wirnika jest wydrążony.
7. 7. Końcówka łopaty według zastrz. 6, znamienna tym, że przy końcu oddalonym od napływu wykonany jest otwór odpływu wody.
8. 8. Końcówka łopaty według zastrz. 7, znamienna tym, że do otworu dołączona jest część rurowa.
9. 9. Końcówka łopaty według zastrz. 1 albo 2, znamienna tym, że jest wykonana z metalu, zwłaszcza z aluminium.
10. 10. Łopata wirnika elektrowni wiatrowej posiadająca końcówkę łopaty wirnika określoną w zastrz. 1-9.
11. 11. Łopata według zastrz. 10, znamienna tym, że płaszczyzna przekroju poprzecznego rejonu zewnętrznego końcówki przebiega pod zadanym kątem względem płaszczyzny przekroju poprzecznego reszty łopaty (10) wirnika.
12. 12. Łopata według zastrz. 10, znamienna tym, że ma profil aerodynamiczny i posiada krawędź natarcia (18) i krawędź spływu (20), przy czym łopata (10) posiada końcową część (12), która jest zakrzywiona w kierunku krawędzi spływu (20) łopaty (10, 12) wirnika w płaszczyźnie łopaty wirnika.
13. 13. Łopata według zastrz. 12, znamienna tym, że końcowa część (12) łopaty (10) przebiega pod kątem 1-45 stopni względem osi (14) łopaty.
14. 14. Łopata według zastrz. 13, znamienna tym, że kąt wynosi 1-15 stopni.
15. 15. Łopata według zastrz. 12, znamienna tym, że krawędź spływu (20) łopaty (10) wirnika włącza się stopniowo w krawędź spływu (20) części końcowej (12).
16. 16. Łopata według zastrz. 15, znamienna tym, że krawędź spływu (20) części końcowej (12) jest krzywizną o zadanym promieniu.
17. 17. Łopata według zastrz. 16, znamienna tym, że krzywizna jest coraz większa w kierunku końcówki łopaty wirnika.
18. 18. Łopata według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, znamienna tym, że część końcowa (12) ma postać niezależnej części, która nadaje się do zamontowania w łopacie (10) wirnika.
19. 19. Łopata według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, znamienna tym, że część końcowa (12) stanowi co najwyżej 1/3 długości łopaty wirnika.
20. 20. Łopata według zastrz. 18, znamienna tym, że część końcowa (12) posiada rejon o zmniejszonym przekroju poprzecznym do montowania w łopacie (10) wirnika.
21. 21. Łopata według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, znamienna tym, że pomiędzy nasadą (11) łopaty wirnika a częścią końcową (12) usytuowany jest rejon centralny (13) wygięty pod kątem w kierunku krawędzi natarcia.
22. 22. Łopata według zastrz. 12 albo 13, albo 14, albo 15, albo 16, albo 17, znamienna tym, że końcówka łopaty (10) jest zbudowana z metalu stanowiąc element przewodzący dla wyładowań atmosferycznych i jest dostosowana do przesyłania wyładowań atmosferycznych do odpowiedniego odgromnika.
23. 23. Łopata według zastrz. 10 albo 11, znamienna tym, że końcówka łopaty wirnika jest wykonana w postaci niezależnej części, która nadaje się do mocowania w obszarze końcowym (12) łopaty (10) wirnika.
24. 24. Elektrownia wiatrowa zawierająca wirnik wyposażony w co najmniej jedną łopatę wirnika elektrowni wiatrowej określoną w dowolnym z zastrz. 10-23.