DE19929386A1 - Deicer for blades of wind power machine - Google Patents

Abstract

The rotor blades of the wind power machine are provided with a coating rejecting ice and water. The blades may have a coating to which ice and water do not adhere or can have an elastic skin which is extended by inflation.

Description

Translated fromGerman

Rotorblätter für Windenergieanlagen sind in vielfacher Form bekannt. An einer Windenergieanlage stellen die Rotorblätter die Hauptschallquelle dar. Aus akzep­tanz- und lärmschutzrechtlichen Gründen soll/muß darauf hingearbeitet werden, die Schallemissionen zu verringern, da Windenergieanlagen auch oft in der Nähe von Wohngebäuden aufgestellt werden. Die sich mit einer Windenergieanlage bzw. einem Windenergiekonverter bislang einstellenden Schallemissionen führen auch dazu, daß Windenergieanlagen aufgrund der Lärmentstehung Widerständen aus breiten Bevölkerungskreisen entgegenstehen und sich diese Anlagen deswegen teilweise schwer oder gar nicht durchsetzen können, da die Genehmigungsbehör­den wegen der bestehenden Umweltauflagen - auch Lärm ist ein Umweltbela­stungsfaktor - die Genehmigung von Windenergieanlagen verweigern.Rotor blades for wind turbines are known in many forms. At aWind turbines are the main source of noise. From acceptdance and noise protection reasons should / must be worked towardsReduce noise emissions because wind turbines are also often close toResidential buildings can be erected. The one with a wind turbine orA wind energy converter also leads to noise emissions that have previously occurredcause wind turbines to resist due to the generation of noiseoppose broad sections of the population and therefore these facilitiessometimes difficult or impossible to enforce, because the licensing authoritiesdue to the existing environmental regulations - noise is also an environmental issueService factor - refuse to approve wind turbines.

Es sind bereits vielfach Vorschläge gemacht worden, ein Rotorblatt einer Wind­energieanlage konstruktiv so zu verändern, daß sich eine Schallreduktion einstellt. Beispielhaft sei hier auf die Dokumentation, wie sie in EP-A-0 652 367 oder DE 196 14 420.5 veröffentlicht ist, verwiesen.Many suggestions have already been made, a rotor blade of a windconstructively change the energy system so that a sound reduction occurs.An example here is the documentation as described in EP-A-0 652 367 orDE 196 14 420.5 is published. 

Allerdings ist die Reduzierung des Schalls durch konstruktive Maßnahmen am Rotorblatt nur begrenzt möglich.However, the reduction of sound through constructive measures is the mostRotor blade only possible to a limited extent.

Es ist daher das Ziel der Erfindung, die Schallemission von Windenergieanlagen weiter zu verbessern.It is therefore the aim of the invention, the sound emission of wind turbinescontinue to improve.

Dieses Ziel wird erfindungsgemäß mit einem Rotorblatt mit den Merkmalen nach Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.This goal is achieved according to the invention with a rotor blade with the featuresClaim 1 reached. Advantageous further developments are in the further claimsdescribed.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß, wenn die Oberfläche eines Rotor­blattes wenigstens teilweise mit einer flüssigkeitsabweisenden Schicht versehen wird, das Rotorblatt auch rauher wird. Anstatt also das Rotorblatt mit einer Be­schichtung aus einem Farbanstrich zu versehen, welcher dem Rotorblatt oberseitig eine größtmögliche Glätte verleiht, wird genau das Gegenteil gemacht, nämlich eine in der Mikrostruktur rauhe Oberfläche gegeben. Solche Oberflächen sind beispiels­weise auch von Lacken oder Beschichtungen bekannt, die die Funktionalität des sogenannten "Lotuseffekts" erfüllen. Hierbei besteht die Beschichtung, die aus einem Farbanstrich geschaffen wird aus einer Art Nagelbett in Nanogröße. Diese Nano-Nägel des Nagelbetts rauhen die Oberfläche des Rotorblattes nicht nur auf, sondern verleihen der Oberfläche auch eine geringere Härte, weil die einzelnen Nano-Nägel auch in ihrer Längsrichtung verformbar sind, bzw. in ihrer Struktur erheblich weicher sind, als die Glasfaserbeschichtung eines Rotorblattes.The invention is based on the knowledge that when the surface of a rotorsheet at least partially provided with a liquid-repellent layerthe rotor blade also gets rougher. So instead of the rotor blade with a BeLayering to paint, which the top of the rotor bladegives the greatest possible smoothness, exactly the opposite is done, namely onegiven rough surface in the microstructure. Such surfaces are exemplaryas well known from paints or coatings that affect the functionality of theso-called "lotus effect". Here the coating consists ofa coat of paint is created from a kind of nail bed in nano size. ThisNano nails of the nail bed not only roughen the surface of the rotor blade,but also give the surface a lower hardness because the individualNano nails are also deformable in their longitudinal direction, or in their structureare considerably softer than the glass fiber coating of a rotor blade.

Somit bewirkt die "Lotus-"Beschichtung auf dem Rotorblatt, daß die sich auf der Oberseite des Rotorblattes ausbildenden Wirbel durch die weiche Struktur der Oberfläche gedämmt werden bzw. den Luftwirbeln Energie entzogen wird, so daß insgesamt - wie festgestellt worden ist - der sich beim Rotieren des Rotorblattes einstellende Schall reduziert wird.Thus, the "lotus" coating on the rotor blade causes that on theTop of the rotor blade forming vortex through the soft structure of theSurface are insulated or energy is extracted from the air vortices, so thatoverall - as has been determined - the rotation of the rotor bladeadjusting sound is reduced.

Als selbstreinigende Beschichtung bzw. Anstrich, mit dem eine erhebliche Schall­reduzierung eines Rotorblattes im Betrieb erreicht werden kann, sei die Mikro-Silikonfarbe "Lotusan" (Marke der Firma ispo GmbH, ein Unternehmen der Dycker­hoff-Gruppe) genannt. Diese Mikro-Silikonfarbe wird von dem Unternehmen unter der Artikelbezeichnung Nr. 1950 vertrieben und als schmutz- und wasserabwei­send beschrieben. Es ist auch möglich, die Beschichtung durch eine Folie auszubil­den, deren Oberflächenstruktur eine wasserabweisende Schicht bildet.As a self-cleaning coating or paint with which a considerable soundreduction of a rotor blade can be achieved during operation, be it the microSilicone paint "Lotusan" (brand of ispo GmbH, a Dycker companyhoff group). This micro silicone paint is used by the companyof the article designation no. 1950 and sold as dirt and water repellentsend described. It is also possible to use a film to coat the coatingthe whose surface structure forms a water-repellent layer. 

Selbstreinigende Oberflächen (und ihre Herstellung) sind aus EP 0 772 514 be­kannt.Self-cleaning surfaces (and their production) are known from EP 0 772 514knows.

Die Erfindung ist beispielhaft auch anhand derFig. 1 und 2 erläutert.The invention is also explained by way of example with reference toFIGS. 1 and 2.

Fig. 1 zeigt die Ansicht einer Windenergieanlage mit einem Rotor, welcher drei Rotorblätter aufnimmt. InFig. 1 ist eine Windenergieanlage vom Typ E-40 der Firma Enercon dargestellt.Fig. 1 shows the view of a wind turbine with a rotor that receives three rotor blades. InFig. 1, a wind turbine of the type E-40 from Enercon is shown.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt eines Rotorblattes im Querschnitt. Hierbei ist zu sehen, daß sich auf der Oberfläche eine Beschichtung1 bzw. ein Anstrich befindet, welcher ein Nagelbett2 bildet, welches aus "Nano-Nägeln" 3 besteht. Der Abstand A zwischen den Nano-Nägeln liegt im Bereich von etwa 2 bis 250 µm und die Höhe H der Nano-Nägel liegt im Bereich von etwa 2 bis 250 µm. Die Nano-Nägel beste­hen zum Beispiel aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobierten Mate­rialien. Besonders gute Ergebnisse zur Verminderung des durch das Rotorblatt erzeugten Schalls werden erzielt, wenn die Nano-Nägel eine Höhe von etwa 5 bis 60 µm aufweisen und ihr Abstand untereinander in etwa im Bereich von 5 bis 110 µm liegt.Fig. 2 shows a section of a rotor blade in cross section. It can be seen that there is a coating1 or a paint on the surface, which forms a nail bed2 , which consists of "nano-nails" 3. The distance A between the nano nails is in the range of approximately 2 to 250 μm and the height H of the nano nails is in the range of approximately 2 to 250 μm. The nano-nails consist, for example, of hydrophobic polymers or durable hydrophobic materials. Particularly good results for reducing the sound generated by the rotor blade are achieved if the nano-nails have a height of approximately 5 to 60 μm and their distance from one another is approximately in the range of 5 to 110 μm.

Die Beschichtung des Rotorblattes mit einer Mikro-Silikonfarbe (zum Beispiel "Lotusan") hat auch zur Folge, daß Wasser (H₂O) bzw. andere Flüssigkeiten nicht auf der Rotorblattoberfläche haften bleiben. Somit wird auch jedem Eisansatz von vornherein die Grundlage entzogen.Coating the rotor blade with a micro-silicone paint (for example "Lotusan") also means that water (H₂ O) or other liquids do not adhere to the rotor blade surface. In this way, the basis is withdrawn from the beginning of every ice deposit.

Vorzugsweise ist die Beschichtung nicht zur Gänze auf dem Rotorblatt aufgebracht, sondern nur im letzten Drittel (vom Rotor aus gesehen) des Rotorblattes und dort bevorzugt im Bereich der Rotorblattspitze bzw. an der Rotorblatthinterkante und -vorderkante.The coating is preferably not applied entirely to the rotor blade,but only in the last third (seen from the rotor) of the rotor blade and therepreferably in the area of the rotor blade tip or on the rear edge of the rotor blade and- front edge.

Durch die Ausbildung der Nano-Nägel3 weist die Oberfläche des Rotorblattes eine sehr große Unregelmäßigkeit bzw. Rauhigkeit auf, so daß die Massenanziehung von Wassertropfen4 (Moleküle) und der Rotorblattoberfläche nicht ausreicht, daß die Wassermoleküle daran haften bleiben. Die Nano-Nägel haften somit die Wasser-Fremdmoleküle quasi auf Abstand zur Oberfläche6 des Rotorblattes, wodurch die Anziehungskraft zwischen den Wassermolekülen und der Oberfläche drastisch verringert ist.Due to the design of the nano-nails3 , the surface of the rotor blade has a very large irregularity or roughness, so that the mass attraction of water drops4 (molecules) and the rotor blade surface is not sufficient for the water molecules to adhere to them. The nano-nails thus adhere the water foreign molecules at a distance to the surface6 of the rotor blade, as a result of which the attraction force between the water molecules and the surface is drastically reduced.

Gleichzeitig haben die Nano-Nägel3 für die Schallreduzierung quasi die Funktion eines "(Schall-)Stoßdämpfers", weil Wirbel (nicht dargestellt), die sich auf der Oberfläche des Rotorblattes naturgemäß ausbilden und die für die Schallerzeugung sorgen, auf die Nano-Nägel treffen, die ihrerseits durch ihre relativ große Beweg­lichkeit, verglichen zur starren Glasfaserstruktur des Rotorblattes, die Energie der Wirbel aufnehmen können und somit den Luftwirbeln Energie entziehen, so daß der Schall reduziert wird.At the same time, the nano-nails3 have virtually the function of a "(sound) shock absorber" for sound reduction, because vortices (not shown), which naturally form on the surface of the rotor blade and which provide the sound, on the nano-nails meet, which in turn, due to their relatively large mobility compared to the rigid glass fiber structure of the rotor blade, can absorb the energy of the vortices and thus withdraw energy from the air vortices so that the sound is reduced.

Die Beschichtung kann durch einen Anstrich oder durch eine aufgeklebte Folie gebildet werden.The coating can be by a coat of paint or by a glued filmbe formed.

Claims (6)

Translated fromGerman

1. Windenergieanlagen-Rotorblatt mit Mitteln zur Verminderung des durch das Rotorblatt erzeugten Schalls, wobei das Mittel durch eine wasserabweisende Schicht gebildet wird, die wenigstens auf einer Teilfläche des Rotorblattes aufge­bracht ist.1. Wind turbine rotor blade with means for reducing the throughRotor blade generated noise, the agent through a water-repellentLayer is formed, which is applied to at least a partial surface of the rotor bladeis brought.2. Rotorblatt nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die flüssigkeitsabweisende Schicht wenigstens dort aufgetragen ist, wo beim Rotieren des Rotorblattes wesentlich der Schall erzeugt wird.2. rotor blade according to claim 1,characterized in that the liquid-repellent layer at least thereis plotted where the sound essentially generates when the rotor blade rotatesbecomes.3. Windenergieanlagen-Rotorblatt mit wenigstens einer teilweisen Beschich­tung, welche dem Rotorblatt in seiner Mikrostruktur eine sehr große Unebenheit verleiht, so daß Wassertropfen keinen Halt auf der Rotorblattoberfläche finden, so daß Wassertropfen und/oder ein Eisansatz (Eiskristalle) keinen Halt auf der Rotor­blattoberfläche finden.3. Wind turbine rotor blade with at least one partial coatingtion, which gives the rotor blade a very large unevenness in its microstructuregives so that water drops do not find a hold on the rotor blade surface, sothat drops of water and / or an ice deposit (ice crystals) do not hold on the rotorfind leaf surface.4. Rotorblatt für eine Windenergieanlage, wobei die Oberfläche des Rotor­blattes wenigstens teilweise mit einer Beschichtung versehen ist, so daß die Oberfläche des Rotorblattes im beschichteten Bereich weicher ist als im unbe­schichteten Bereich.4. Rotor blade for a wind turbine, the surface of the rotorsheet is at least partially provided with a coating so that theSurface of the rotor blade in the coated area is softer than in the unbelayered area.5. Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daßdie Schicht eine Oberflächenstruktur aus Erhebungen und Vertiefungen aufweist, daß der Abstand zwischen den Erhebungen im Bereich von 2 bis 250 µm und die Höhe der Erhebungen im Bereich von 2 bis 250 µm und bevorzugt die Erhebungen aus hydrophoben Polymeren oder haltbar hydrophobier­ten Materialien bestehen, welche nicht durch natürlichen Regen ablösbar sind.5. rotor blade according to one of the preceding claims,characterized in that the layer has a surface structure of elevationsand depressions that the distance between the elevations in the areafrom 2 to 250 µm and the height of the elevations in the range from 2 to 250 µm andprefers the elevations of hydrophobic polymers or durable hydrophobicmaterials that cannot be removed by natural rain.6. Windenergieanlage mit einem Rotorblatt nach einem der vorhergehenden Ansprüche.6. Wind turbine with a rotor blade according to one of the precedingExpectations.