风能设备的转子叶片、风能设备以及用于运行风能设备的方法与流程

本发明涉及一种风能设备的转子叶片、一种风能设备以及一种用于运行风能设备的方法。

背景技术：

用于产生电流的风能设备是普遍已知的。在此，转子从风中机械地吸收功率尤其与转子叶片的设计方案相关。根据风况，最佳的功率吸收也与转子叶片面积的大小进而还与转子叶片的长度相关。为了产生更多的能量，通常期望长度大的转子叶片，通过所述长度来限定转子直径。然而，转子直径的大小是受限的。在转子直径过大的情况下，在风速高时，例如在风暴或阵风时在风能设备上出现高的机械负荷的情况下，所述机械负荷会在该风能设备处引起损伤。因此，在设计转子叶片时必须考虑这种高的风速，这通常会导致较小的转子直径进而导致风能设备的功率下降。为了将转子直径的缩小保持得尽可能小，已经已知在风暴时采取控制措施，例如调节叶片迎角。

此外，已经已知如下思想：提供可移出的转子叶片。这种可移出的转子叶片具有下述优点：所述转子叶片在风速低时能够提供大的转子叶片面积或转子叶片长度，而在风暴、阵风等情况下能够提供较小的转子叶片面积。然而，这种可移出的转子叶片当前仍是复杂的并且其应用困难。

在作为优先权基础的德国专利申请中，德国专利和商标局检索到如下文献：DE 10 2004 022 730 A1、DE 10 2011 055 370 A1、DE 10 2011 122 504 A1、DE 20 2006 000 673 U1、US 6,923,622 B1、US 2013/0 259 697 A1、US 4,710,101和EP 1 375 911 A1。

技术实现要素：

有此，本发明所基于的目的是：解决所提到的问题中的至少一个。特别地，应实现如下解决方案，所述解决方案确保可移出的转子叶片的简单的构造。至少应提出一种替选的解决方案。

为了实现所述目的，根据本发明提出一种根据权利要求1损伤的风能设备的转子叶片。

据此，提出一种风能设备的转子叶片，所述转子叶片包括第一转子叶片部段和第二转子叶片部段，所述第一转子叶片部段和第二转子叶片部段共同形成转子叶片的总长度。在此，在转子叶片转动时，第一转子叶片部段和第二转子叶片部段可通过作用到转子叶片上的离心力沿着转子叶片的纵轴线相对于彼此运动，使得转子叶片的总长度是可改变的。

通过转子叶片的总长度限定风能设备的转子叶片直径进而限定迎风面积。通过第一转子叶片部段和第二转子叶片部段彼此间的相对运动，改变迎风面积。风能设备在静止的状态下，即当风能设备的转子叶片不旋转时，具有各个转子叶片的最小的总长度。如果转子叶片进入运动，即相应的转子叶片发生转动，那么离心力作用到转子叶片上。在此，本发明如下利用离心力，使得第一转子叶片部段和第二转子叶片彼此间通过离心力运动。这就是说，第二转子叶片部段沿着纵轴线的方向，从第一转子叶片部段起和/或在第一转子叶片部段上远离转子叶片根部沿着转子叶片的纵向方向运动。由此，相对于静止状态，转子叶片的总长度变得更大进而迎风面积也变得更大。作为替选方案，第一转子叶片部段也能够运动。由此，通过改变或调整转子叶片的总长度，能够使风能设备匹配于当前的风速。由此能够提高这种风能设备的效率。此外有利的是，这种转子叶片基本上可以与不同的功率级或风级无关地使用，也就是说，也可以跨过多个功率级。据此，对于不同的地区能够制造相同的转子叶片，由此降低生产耗费。在此，这种转子叶片尤其具有至少40m的总长度。

在此，第一转子叶片部段和第二转子叶片部段的相对运动通过在转子叶片转动时产生的离心力来实现。转子叶片或各个转子叶片部段的简单的构造由此是可行的。

优选地，第二转子叶片部段至少部分地设置在第一转子叶片部段中和/或第一转子叶片部段具有开口，第二转子叶片部段可穿过所述开口从第一转子叶片部段中运动出来。在此，第一转子叶片部段设置在转子叶片的转子叶片根部上。在第二转子叶片部段移入时，所述第一转子叶片部段尤其预设转子叶片的总长度。在此，第二转子叶片部段在移入的状态下尤其设置在第一转子叶片部段中，使得仅第二转子叶片部段的转子叶片尖端从第一转子叶片部段中伸出或者匹配于第一转子叶片部段的外部形状，使得不干扰转子叶片的空气动力学特性。在此，开口尤其设置成，使得第二转子叶片部段能够穿过所述开口从第一转子叶片部段中引导出来。因此，所述开口基本上具有第二转子叶片部段的轮廓的形状和/或大致对应于第二转子叶片部段的轮廓的大小。作为替选方案，开口能够以大于第一转子叶片部段的轮廓的方式构成。

优选地，第二转子叶片部段经由用于将第二转子叶片部段移入到第一转子部段中的绞盘设备与第一转子部段连接。这种绞盘设备例如具有转鼓，绳索、带、线缆等卷绕到所述转鼓上。在此，所述卷绕能够以机械的、电的或液压的方式进行。转鼓在此设置在第一转子叶片部段中。绳索在其自由端部处设置在第二转子叶片部段上。由此，形成第一转子叶片部段和第二转子叶片部段之间的连接。通过放出绳索，第二转子叶片部段可相对于第一转子叶片部段沿着转子叶片的纵轴线的方向运动。如果离心力作用到第二转子叶片部段上，那么该第二转子叶片部段沿着纵轴线的方向向外运动，即远离转子叶片根部运动。绳索从转鼓处脱卷。转子叶片直径或转子叶片的总长度增大。如果第二转子叶片部段移出并且所述第二转子叶片部段由于高的风速必须再次移入，即如果转子直径或转子叶片的总长度必须缩小时，收起绳索或者将其卷绕到转鼓上。

在一个优选的实施方式中，绞盘设备包括用于固定在第二转子叶片部段上的绳索，其中绳索由基于聚乙烯的合成的化学纤维制成，尤其具有超高的分子量。在此，这种绳索尤其具有极其高的抗拉强度值，尤其在3GPa至4GPa范围中的值。据此，这种绳索能够经受极其高的牵拉负荷。当第二转子叶片部段从第一转子叶片部段中由于离心力运动离开第一转子叶片部段时并且在此绳索张紧时，所述绳索经过经受出现的拉力，而在此不会受损伤。此外，这种绳索具有高的抗磨损性。

优选地，转子叶片具有用于测量风速的测量装置，和/或绞盘设备构成为，使得在预定的风速的情况下移入和/或移出第二转子叶片部段。在此，预定的风速是所谓的额定速度，即风能设备输出其额定功率的风速。如果风速低于额定速度，那么风能设备处于所谓的部分负荷区域中。在部分负荷区域中，也就是说，在风速低于预定的风速时，通过将第二转子叶片部段移出，更快速地达到的额定速度进而也更快速地达到额定功率。由此，风能设备的效率提高。如果风速超出额定风速，那么风能设备通常被切断以避免损坏。根据本发明，在超出额定速度时将第二转子叶片部段移入，使得降低由风扫过的面。由此，避免转子叶片处的损坏。在此，为了测量当前的风速，使用例如为热线测量装置、吊舱风速计或叶轮风速表的测量装置。

在一个优选的实施方式中，第一转子部段具有引导设备，所述引导设备用于在第一转子部段内部引导和支承第二转子叶片部段。在此，引导设备具有至少两个引导元部件和至少两个弹簧元件，所述引导元件用于沿着转子叶片的纵轴线的方向引导第二转子叶片部段，所述弹簧元件将至少两个引导元件与第一转子部段连接。在此，引导设备尤其围绕第二转子叶片部段设置，所述引导设备至少部分地包围第二转子叶片部段。引导元件和弹簧元件在此尤其均匀地在引导设备的总长度上分布和/或设置在第二转子叶片部段的抽吸侧和压力侧上，使得第二转子叶片部段能够均匀地且稳定地从第一转子叶片部段中运动出来或运动到第一转子叶片部段中。在此，引导元件尤其构成为轨道或滚筒，所述轨道或滚筒经由弹簧元件悬挂在引导设备中。弹簧元件例如构成为螺旋弹簧。这具有如下优点：第二转子叶片部段简单地支承在第一转子叶片部段中并且稳定和安全地被引导。在转子叶片上出现的波动通过弹簧元件来均衡。

在一个尤其优选的实施方式中，引导元件设计为滚筒、尤其塑料滚筒。在此，这种塑料滚筒具有小的重量并且制造简单。

在另一优选的实施方式中，引导设备箱状地构成为，并且沿着纵向方向设置在第一转子部段内部。在此，第二转子叶片部段设置在引导设备内部，即箱内部。由此，第二转子叶片部段至少部分地由箱的基本上彼此平行地设置的壁包围。引导元件和弹簧元件均匀地围绕第二转子叶片部段设置。由此，第二转子叶片部段能够充分地在第一转子叶片部段中引导和支承。在此，引导设备尤其是第一转子叶片部段的一部分，即圆材(Holm)的一部分。由此，不需要单独的构件，在所述构件中设有引导元件和弹簧元件。

优选地，引导设备的长度为从第一转子部段中运动出来的第二转子叶片部段的长度的三分之一。在此，引导设备的长度涉及转子叶片的纵轴线。在此，引导设备尤其围绕第二转子叶片部段设置。所述引导设备由此以整个总长度包围第二转子叶片部段。由此，即使在移出的状态下也确保第二转子叶片部段的充分的稳定性和支承。

在一个优选的实施方式中，第二转子叶片部段的可移出的长度大致对应于整个转子叶片长度的十分之一。在此，可移出的长度对应于第二转子叶片部段的从第一转子叶片部段中伸出的长度，即第一转子叶片部段的转子叶片尖端直至第二转子叶片部段的转子叶片尖端的最大长度。在此，所述长度涉及转子叶片的纵轴线。据此，转子叶片的总长度可增大十分之一。由此提高风能设备的效率。

在一个尤其优选的实施方式中，第一转子叶片部段具有第一转子叶片尖端，并且第二转子叶片部段具有第二转子叶片尖端。在此，第一转子叶片部段的和第二转子叶片部段的转子叶片尖端分别构成为翼尖小翼，和/或第二转子叶片部段的转子叶片尖端沿着与第一转子叶片尖端的方向设置。在此，将翼尖小翼理解为在转子叶片部段的端部处的附装件，所述附装件以预设的角度偏离转子叶片的纵轴线。

这两个转子叶片部段分别具有所谓的翼尖小翼，其中这两个翼尖小翼沿彼此相反的方向设置。由此，在将第二转子叶片部段移入时，在转子叶片的端部处提供转子叶片的呈T形的封闭部。这具有如下优点：相对于常规的翼尖小翼，进一步降低转子叶片处的阻力和涡流形成。由此，能够通过该实施方式进一步降低落在转子叶片的端部处的涡流。由此同样减小了因涡流下落而产生的噪音。能够提高风能设备的收益。

优选地，第二转子叶片部段在与转子叶片尖端相反的端部处具有止挡件，所述止挡件用于确保预定的可移出的长度。止挡件例如能够以环绕的棱边的形式在第二转子叶片部段的轮廓的端部处构成。该棱边或所述止挡件碰撞在引导设备上，由此防止第二转子叶片部段从第一转子叶片部段中进一步移出。

在一个优选的实施方式中，第二转子叶片部段在其整个长度上具有基本上恒定的轮廓深度。在此，第二转子叶片部段基本上不具有扭转。这具有如下优点：第二转子叶片部段能够均匀地从第一转子叶片部段中引导出来。

优选地，第一转子叶片部段和/或第二转子叶片部段基本上由纤维复合材料和/或木材制成，并且第一转子叶片尖端和/或第二转子叶片尖端由传导性材料、尤其铝构成。这具有如下优点：第一转子叶片部段和/或第二转子叶片部段在轻型结构的构造方式中能够由常规材料、如纤维复合材料或软木制造，进而减轻重量。尽管如此，在此仍然能够将转子叶片尖端处的雷击导出，而不破坏转子叶片。

在一个尤其优选的实施方式中，第一转子叶片部段和/或第二转子叶片部段经由金属轨道和/或金属绳索连接到避雷装置上。由此能够将雷击导出到转子叶片中。

此外，为了实现所述目的，提出一种具有至少一个根据上述实施方式之一所述的转子叶片的风能设备。在此，这种风能设备有利地具有三个这种转子叶片。转子叶片共同地形成转子直径，所述转子直径可根据风况变化。由此，通过使用根据本发明的转子叶片，能够通过简单的构造方式提高风能设备的效率。在此，这种风能设备的额定功率尤其是至少2000kW的值，优选地，所述额定功率处于在2000kW和3050kW的范围之间。

此外，提出一种用于运行风能设备的方法，所述风能设备具有至少一个转子叶片，所述转子叶片具有第一转子叶片部段和第二转子叶片部段。在此，在转子叶片转动时，第一转子叶片部段和第二转子叶片部段通过出现的离心力相对于彼此运动。在此，本发明利用这种离心力，使得第一转子叶片部段和第二转子叶片部段彼此间通过离心力运动。这就是说，第二转子叶片部段沿着纵轴线的方向从第一转子叶片部段起和/或在第一转子叶片部段处沿着转子叶片的纵向方向远离转子叶片根部移动，由此，相对于静止状态，转子叶片的总长度变得更大进而迎风面积变得更大。风能设备的效率通过在转动时无论如何都会在转子叶片处出现的离心力来提高。

优选地，第二转子叶片部段设置在第一转子叶片部段中，并且第二转子叶片部段从第一转子叶片部段中通过出现在转子叶片上的离心力运动离开第一转子叶片部段，使得转子叶片的迎风面积增大。第二转子叶片部段在此尤其从第一转子叶片部段中引导出来或移动出来。为此，在第一转子叶片部段中设有引导设备，所述引导设备将第二转子叶片部段安全地并且稳定地从第一转子叶片部段中引导出来。

在一个优选的实施方式中，第二转子叶片部段经由绞盘设备向回运动到第一转子叶片部段中，使得转子叶片的迎风面积相对于在第二转子叶片部段完全移出状态下的迎风面积缩小。由此，能够有针对性地缩小迎风面积，以便在风速高的情况下避免转子叶片受损。

在一个尤其优选的实施方式中，在弱风的情况下、尤其在部分负荷区域中，移出第二转子叶片部段。如果风速低于额定速度，那么风能设备处于所谓的部分负荷区域中。通过在部分负荷区域中、即在风速低的情况下移出第二转子叶片部段，更快速地达到额定速度进而也更快速地达到额定功率。由此提高风能设备的效率。

附图说明

接下来根据实施例参考所附的附图示例性地阐述本发明。在此，附图包含部分简化的示意图。

图1示出风能设备的立体图。

图2示出转子叶片的侧视图。

图3示出图2的转子叶片的另一侧视图。

图4在侧视图中示出图3中的转子叶片在移出状态下的一部分。

图5在另一侧视图中示出图2中的转子叶片在移出状态下的一部分。

图6示出图5的转子叶片的剖视图。

具体实施方式

图1示出具有塔102和吊舱104的风能设备100。在吊舱104上设置有具有三个转子叶片200和导流罩110的转子106。转子106在运行时通过风进入旋转运动从而驱动吊舱104中的发电机。

图2示出一个实施方式的转子叶片200在其总长度L上的侧视图。转子叶片200具有第一转子叶片部段201以及第二转子叶片部段(未示出)。此外，转子叶片200在一个端部处具有转子叶片根部203并且在背离其的端部处具有转子叶片尖端204。此外，可以看到转子叶片200的纵轴线214。

图3示出图2的转子叶片200的另一侧视图。第二转子叶片部段未从第一转子叶片部段201中运动出来。转子叶片200由此具有其最小的总长度L。可以看到转子叶片200与具有第一转自叶片尖端204的的第一转子叶片部段201以及第二转子叶片部段的第二转子叶片尖端205。第一转子叶片尖端204和第二转子叶片尖端205在此构成为所谓的翼尖小翼。也就是说，它们并非直线地沿着纵轴线214的方向继续引导直至转子叶片尖端，而是设置在偏离于转子叶片200的纵轴线214的方向上。由此，降低转子叶片的端部处的边缘涡流，减少风能设备的噪声。第一转子叶片尖端204和第二转子叶片尖端205指向不同的方向。由此形成所谓的T形转子叶片尖端。

图4示出图3中的转子叶片200的放大的部分。其中可以看到：第二转子叶片部段202设置在第一转子叶片部段201内部。第二转子叶片部段202从第一转子叶片部段中运动出来。此外，第二转子叶片部段202的轮廓深度213基本上恒定地构成。由此确保第二转子叶片部段202安全地移入第一转子叶片部段201中并且安全地从第一转子叶片部段中移出。

图5示出图2中的转子叶片200的放大的部分，其中第二转子叶片部段202从第一转子叶片部段201中伸出。第二转子叶片部段202至少直至第二转子叶片尖端205具有恒定的轮廓深度，即凸起部和后缘之间的尺寸是恒定的，或具有恒定的轮廓。由此，确保第二转子叶片部段202毫无问题地导入相应设置在第一转子叶片部段201中的开口201a中或毫无问题地从其中导出。

第一转子叶片部段201具有绞盘设备209以及与其连接的绳索208，所述绳索与绞盘设备209和第二转子叶片部段202连接。在此，绳索208例如构成为由基于聚乙烯的合成化学纤维构成的绳索。第二转子叶片部段202具有止挡件207，所述止挡件在移出的长度最大的情况下碰在箱206上。通过止挡件207防止第二转子叶片部段202从第一转子叶片部段201中伸出过远。在图5中，第二转子叶片部段202能够从第一转子叶片部段201中伸出的最大长度等于转子叶片200的总长度L的十分之一。箱206在此具有长度215，所述长度是第二转子叶片部段202的伸出长度的三分之一。

图6示出图5的转子叶片200的剖视图B-B。在图6中可以看到：第二转子叶片部段202设置在箱206内部，所述箱设置在第一转子叶片部段201中。箱206是引导设备201的一部分，通过所述引导设备将第二转子叶片部段202从第一转子叶片部段201中引出或再次引入。在此，引导设备210包括多个滚筒211以及多个弹簧元件212，在图6中分别绘制出其中的四个。这种滚筒211和弹簧元件212在此优选在箱206的整个长度上分布。通过弹簧元件212，滚筒211适合于匹配于第二转子叶片部段202的轮廓。弹簧212具有预设的弹簧刚性，通过所述弹簧刚性保证：第二转子叶片部段202保持在预定的位置中从而可以沿着纵向方向运动。

在此，箱206同样是第一转子叶片部段201的结构的一部分。在此，箱206由两个基本上彼此平行地设置的横壁217和两个基本上朝向彼此设置的侧壁216形成。在横壁217上分别设有两个弹簧212和两个滚筒211，所述弹簧和所述滚筒引导第二转子叶片部段202并且将其支承在第一转子叶片部段201内部。