JP2012117447A - Lightning arrester device for wind turbine rotor blades and wind turbine generator equipped with same - Google Patents

Lightning arrester device for wind turbine rotor blades and wind turbine generator equipped with same Download PDF

Info

Publication number
JP2012117447A
JP2012117447A JP2010267716A JP2010267716A JP2012117447A JP 2012117447 A JP2012117447 A JP 2012117447A JP 2010267716 A JP2010267716 A JP 2010267716A JP 2010267716 A JP2010267716 A JP 2010267716A JP 2012117447 A JP2012117447 A JP 2012117447A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wind turbine
lightning
blade
lightning arrester
airflow
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.)
Granted
Application number
JP2010267716A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5535887B2 (en
Inventor
Kentaro Hayashi
健太郎 林
Takehiro Naka
丈博 名嘉
Musashi Kimura
武蔵 木村
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.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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 Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2010267716A priority Critical patent/JP5535887B2/en
Publication of JP2012117447A publication Critical patent/JP2012117447A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5535887B2 publication Critical patent/JP5535887B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve lightning resistance without raising the level of the fluid noise caused by lightning arresting members arranged on the surface of wind turbine blades by a simple structure.SOLUTION: A lightning arrester device A for wind turbine rotor blades provided with diverter strips 18 as the lightning arresting members projecting on the surface of the wind turbine blades 9 extending in the radial direction from a rotor head rotatably pivoted has noise suppressing structure A' suppressing generation of Karman vortices becoming a cause of noise on the downstream side of the diverter strips 18 with respect to an airstream flowing on the surface of the wind turbine blades 9 when the wind turbine rotor blades rotate. The noise suppressing structure A' is of an array structure in which the diverter strips 18a-18d are arrayed in multiple zigzag lines along the flowing direction of the airstream on the surface of the wind turbine blades 9, and the interval S of these multiple diverter strips 18a-18d is set so as to match the generation interval of the Karman vortices.

Description

本発明は、風車翼の表面に避雷部材が突設された風車回転翼に係り、特に避雷部材が発生させる騒音を抑制するようにした風車回転翼の避雷装置およびこれを備えた風力発電装置に関するものである。   The present invention relates to a wind turbine rotor blade having a lightning arrester projecting on the surface of the wind turbine blade, and more particularly to a lightning arrester for a wind turbine rotor blade that suppresses noise generated by the lightning arrester member and a wind turbine generator having the same. Is.

標準的な風力発電装置は、ロータヘッドを中心として放射方向に延びる数本の風車翼を有する風車回転翼を備えており、タワーの上端にて水平旋回可能に支持されたナセルにロータヘッドが軸支され、この風車回転翼の回転により、ナセル内部に設置された発電機が駆動されて発電が行われるように構成されている。
この種の風力発電装置は、特に風車翼の部分に落雷を受けやすいため、特許文献1に開示されているように、風車翼に避雷装置としてレセプタ(受雷部材)が設けられる。この場合、最も落雷しやすい翼先端部にレセプタが設けられ、このレセプタから延びる避雷導線(ダウンコンダクタ)が、風車翼の内部を通り、ナセル、タワーを経由して地面にアース接続され、レセプタに落雷した際における雷電流を地中に導くようになっている。
A standard wind turbine generator includes wind turbine rotor blades having several wind turbine blades extending in a radial direction around the rotor head, and the rotor head is pivoted on a nacelle supported horizontally at the upper end of the tower. A generator installed in the nacelle is driven by the rotation of the wind turbine rotor blades to generate power.
Since this type of wind turbine generator is particularly susceptible to lightning strikes on the wind turbine blades, a receptor (lightning receiving member) is provided as a lightning arrester on the wind turbine blades as disclosed in Patent Document 1. In this case, a receptor is provided at the tip of the blade where lightning strikes most easily, and a lightning conductor (down conductor) extending from this receptor passes through the interior of the wind turbine blade and is grounded to the ground via the nacelle and tower. It is designed to guide the lightning current when lightning strikes into the ground.

このようなレセプタを設けることにより、翼先端部への落雷をほぼ確実に受け止めることが可能であるが、翼先端部から数メートル程度、翼根側にずれた位置に着雷すると、雷電流が翼外皮を溶損させて翼内部に到達し、風車翼が損傷する危険性がある。今後、風力発電装置の大型化に伴い、翼長が長くなる傾向があり、また海洋付近では翼表面への塩分付着により全体的に雷撃補足率が低下するため、翼先端部に設けたレセプタ以外の部分に着雷するリスクが増大する傾向にある。   By providing such a receptor, it is possible to receive lightning strikes to the tip of the wing almost certainly, but if lightning strikes at a position shifted from the tip of the wing by a few meters to the blade root, There is a risk of damaging the windmill blade by melting the blade skin and reaching the inside of the blade. In the future, as wind turbine generators increase in size, the blade length tends to become longer, and in the vicinity of the ocean, the overall lightning strike capture rate is reduced due to the adhesion of salt to the blade surface. There is a tendency for the risk of lightning strikes to increase.

そこで、レセプタを設けた翼先端部以外の翼表面においては、ボタン状の金属片であるダイバータ・ストリップを多数設け、これらのダイバータ・ストリップにより、翼先端部以外の場所に着雷した際における落雷電流を、各ダイバータ・ストリップを経由させて風車翼の表面に沿って流れさせ、先述のレセプタに導くことができる。このようにすれば、各ダイバータ・ストリップには避雷導線を設ける必要がないため、簡素な構造によって風車翼の耐雷性能を向上させることができる。   Therefore, a large number of divertor strips, which are button-shaped metal pieces, are provided on the surface of the blade other than the tip of the blade where the receptor is provided, and lightning strikes occur when lightning strikes other than the tip of the blade using these divertor strips. Electric current can be caused to flow along the surface of the wind turbine blade via each diverter strip and be directed to the aforementioned receptor. In this way, since it is not necessary to provide a lightning conductor in each diverter strip, the lightning resistance of the wind turbine blade can be improved with a simple structure.

特開2010−223148号公報JP 2010-223148 A

しかしながら、上述のように多数のダイバータ・ストリップを風車翼の表面に設置した場合、風車翼の表面から突出したダイバータ・ストリップにより、風車回転翼の回転時に、風車翼の表面を流れる気流に対し、ダイバータ・ストリップの下流側にカルマン渦(またはカルマン渦列)が発生し、これが耳障りな流体騒音の原因となっていた。ダイバータ・ストリップが風車翼の表面に対して面一になるようにダイバータ・ストリップを埋設すれば流体騒音の問題は解消されるが、こうするとダイバータ・ストリップの着雷性および落雷電流の伝送性が低下する上に、風車翼の表面にダイバータ・ストリップを埋設するための凹部が発生してしまい、この凹部の周辺に応力が集中するため、風車翼の強度を低下させる原因となってしまう。   However, when a large number of divertor strips are installed on the surface of the wind turbine blade as described above, the divertor strip protruding from the surface of the wind turbine blade causes the air current flowing on the surface of the wind turbine blade to rotate when the wind turbine rotor blade rotates. A Karman vortex (or Karman vortex street) was generated downstream of the divertor strip, which caused annoying fluid noise. Embedding the divertor strip so that the divertor strip is flush with the surface of the wind turbine blade will eliminate the fluid noise problem, but this will improve the lightning strikeability and lightning current transmission capability of the divertor strip. In addition, the concave portion for embedding the diverter strip is generated on the surface of the wind turbine blade, and stress concentrates around the concave portion, which causes a decrease in the strength of the wind turbine blade.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構造により、風車翼の表面に設けられる避雷部材による流体騒音レベルを増大させることなく、耐雷性能を向上させることのできる風車回転翼の避雷装置およびこれを備えた風力発電装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and has a simple structure, and wind turbine rotation that can improve the lightning resistance performance without increasing the fluid noise level due to the lightning arresting member provided on the surface of the wind turbine blade. An object of the present invention is to provide a lightning arrester for a wing and a wind turbine generator having the same.

本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
即ち、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第1の態様は、回転自在に軸支されたロータヘッドから放射方向に延びる風車翼の表面に避雷部材が突設された風車回転翼の避雷装置であって、前記風車回転翼の回転時に、前記風車翼の表面を流れる気流に対し、該避雷部材の下流側にカルマン渦が発生することを抑制する騒音抑制構造を有することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
That is, the first aspect of the lightning arrester of the wind turbine rotor blade according to the present invention is a lightning arrester of the wind turbine rotor blade in which a lightning arresting member projects from the surface of the wind turbine blade extending radially from the rotor head rotatably supported. The apparatus has a noise suppression structure that suppresses generation of Karman vortices on the downstream side of the lightning protection member with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade when the wind turbine rotor blade rotates. .

上記構成によれば、騒音抑制構造を設けたことより、風車翼の表面を流れる気流が、風車翼の表面に突設された避雷部材の下流側にカルマン渦を発生させることが抑制されるため、カルマン渦の発生に起因する流体騒音が抑止される。   According to the above configuration, since the noise suppression structure is provided, the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade is suppressed from generating Karman vortices on the downstream side of the lightning protection member protruding from the surface of the wind turbine blade. The fluid noise caused by the generation of Karman vortex is suppressed.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第2の態様は、前記第1の態様において、前記騒音抑制構造は、前記風車翼の表面に、前記気流の流動方向に沿う方向に前記避雷部材を複数個蛇行させて配列した配列構造であり、これら複数の避雷部材の間隔を、前記カルマン渦の発生間隔に合わせたことを特徴とする。   According to a second aspect of the lightning arrester of the wind turbine rotor blade according to the present invention, in the first aspect, the noise suppression structure is formed on the surface of the windmill blade in the direction along the flow direction of the airflow. It is an arrangement structure in which a plurality of members are arranged in a meandering manner, and the interval between the plurality of lightning protection members is adjusted to the generation interval of the Karman vortex.

上記構成によれば、風車翼の表面を流れる気流に対して最も上流側にある避雷部材の下流側に交互に発生しようとするカルマン渦の位置に次の避雷部材が配設されているため、カルマン渦の発生が阻害される。このため、カルマン渦の発生に起因する流体騒音の発生が抑止される。なお、気流に対して最も下流側にある避雷部材の後流側にはカルマン渦が発生しにくい。これは、蛇行配列された上流側の避雷部材が気流を乱すからである。
例えば単一の避雷部材の下流側に発生したカルマン渦の流体騒音は単一周波数、即ち純音であり、異音として人間の耳に聞こえやすいが、上記のように蛇行配列された複数の避雷部材の下流側に発生する気流が発する音は広帯域音であり、風車翼が発する騒音と同質の音質であるため、人間の耳には異音として捕らえられにくい。このため、流体騒音レベルを増大させることがない。
According to the above configuration, since the next lightning protection member is disposed at the position of Karman vortex to be alternately generated on the downstream side of the lightning protection member on the most upstream side with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade, Generation of Karman vortex is hindered. For this reason, generation | occurrence | production of the fluid noise resulting from generation | occurrence | production of Karman vortex is suppressed. Note that Karman vortices are unlikely to occur on the downstream side of the lightning protection member located on the most downstream side with respect to the airflow. This is because the upstream lightning protection members arranged in a meandering manner disturb the airflow.
For example, the Karman vortex fluid noise generated on the downstream side of a single lightning arrester is a single frequency, that is, a pure sound, and can be easily heard by the human ear as an abnormal sound, but a plurality of lightning arresters arranged in a meandering manner as described above The sound generated by the airflow generated downstream is a broadband sound and is of the same quality as the noise generated by the wind turbine blades, so that it is difficult for the human ear to capture the noise. For this reason, the fluid noise level is not increased.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第3の態様は、前記第2の態様において、前記複数の避雷部材のうち、前記気流の流動方向に対して下流側にある避雷部材の大きさを、上流側にある避雷部材よりも小さくしたことを特徴とする。   According to a third aspect of the lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to the present invention, in the second aspect, among the plurality of lightning arresting members, the size of the lightning arresting member on the downstream side with respect to the flow direction of the airflow. This is characterized in that it is smaller than the lightning protection member on the upstream side.

上記構成によれば、風車翼の表面を流れる気流に対して下流側にある避雷部材によって、上流側にある避雷部材の後部におけるカルマン渦の発生が阻害され、しかも下流側にある避雷部材の大きさが上流側にある避雷部材よりも小さいために、下流側にある避雷部材が発生させるカルマン渦の大きさが小さくなり、これによって複数の避雷部材全体から発生するカルマン渦の流体騒音レベルが低下する。   According to the above configuration, the occurrence of Karman vortices at the rear of the lightning arrester on the upstream side is inhibited by the lightning arrester on the downstream side with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade, and the size of the lightning arrester on the downstream side is large. Is smaller than the lightning arrester on the upstream side, so the Karman vortex generated by the lightning arrester on the downstream side is smaller, which reduces the fluid noise level of the Karman vortex generated from the entire lightning arrester. To do.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第4の態様は、前記第2または第3の態様において、前記複数の避雷部材を不等間隔で設置したことを特徴とする。これにより、風車翼の表面を流れる気流に対して上流側にある避雷部材の下流側の気流が乱れがちになるため、上流側にある避雷部材の下流側に等間隔で交互に発生しようとするカルマン渦を崩壊させやすくなる。このため、カルマン渦に起因する流体騒音レベル低下に貢献することができる。   Moreover, the 4th aspect of the lightning arrester of the windmill rotor blade which concerns on this invention WHEREIN: In the said 2nd or 3rd aspect, these lightning protection members were installed at unequal intervals, It is characterized by the above-mentioned. As a result, the airflow on the downstream side of the lightning arrester member on the upstream side tends to be turbulent with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade, so that it is likely to occur alternately at equal intervals on the downstream side of the lightning arrester member on the upstream side. The Karman vortex is easily destroyed. For this reason, it can contribute to the fluid noise level fall resulting from a Karman vortex.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第5の態様は、前記第1の態様において、前記騒音抑制構造は、前記避雷部材の形状を、前記気流の流動方向に対して左右非対称な形状にした構造であることを特徴とする。こうすれば、避雷部材の両側を流れる気流に速度差が生じ、これによって避雷部材の下流側の気流が乱流になり、カルマン渦が発生しなくなるため、カルマン渦の発生に起因する流体騒音を抑制することができる。   According to a fifth aspect of the lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to the present invention, in the first aspect, the noise suppression structure is configured such that the shape of the lightning arresting member is asymmetrical with respect to the flow direction of the airflow. It is characterized by a shaped structure. This creates a speed difference between the airflows flowing on both sides of the lightning protection member, which causes the airflow downstream of the lightning protection member to become turbulent and stop generating Karman vortices. Can be suppressed.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第6の態様は、前記第1の態様において、前記騒音抑制構造は、前記避雷部材の形状を、前記気流の流動方向に対して流線形状にした構造であることを特徴とする。これにより、避雷部材の下流側の気流を整えて、カルマン渦の発生を防止し、流体騒音を抑制することができる。   According to a sixth aspect of the lightning arrester of the wind turbine rotor blade according to the present invention, in the first aspect, the noise suppression structure has a streamline shape with respect to a flow direction of the airflow. It is the structure made into. Thereby, the airflow downstream of the lightning protection member can be adjusted, the generation of Karman vortex can be prevented, and the fluid noise can be suppressed.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第7の態様は、前記第1〜第6のいずれかの態様において、前記避雷部材は、前記風車翼の前縁部付近に設けられていることを特徴とする。風車翼の前縁部付近は気流の速度が遅いため、避雷部材の下流側にカルマン渦が発生しにくく、これにより流体騒音の発生をより効果的に抑制することができる。   Further, according to a seventh aspect of the lightning arrester for the wind turbine rotor blade according to the present invention, in any one of the first to sixth aspects, the lightning arrester member is provided in the vicinity of a front edge portion of the wind turbine blade. It is characterized by that. Since the velocity of the airflow is slow near the front edge of the wind turbine blade, Karman vortices are unlikely to occur on the downstream side of the lightning protection member, which can more effectively suppress the generation of fluid noise.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置の第8の態様は、前記第1〜第7のいずれかの態様において、前記避雷部材は、落雷電流を前記風車翼の表面に沿って流れさせ、前記風車翼に設けられたアース部材に導くダイバータ・ストリップであることを特徴とする。このようにすれば、ダイバータ・ストリップには避雷導線を設ける必要がないため、簡素な構造によって風車翼への落雷被害を最小限に食い止めることができる。   According to an eighth aspect of the lightning arrester of the wind turbine rotor blade according to the present invention, in any one of the first to seventh aspects, the lightning arresting member causes a lightning current to flow along the surface of the windmill blade. The divertor strip leads to a ground member provided on the wind turbine blade. In this way, since it is not necessary to provide a lightning conductor in the diverter strip, lightning damage to the wind turbine blade can be minimized with a simple structure.

また、本発明に係る風車回転翼の避雷装置は、前記第2〜第8のいずれかの態様において、前記騒音抑制構造は、前記風車翼の翼先端から翼長の20%までの範囲に適用されたことを特徴とする。風車翼から発される騒音レベルは、風車翼の半径の6乗に比例して増大するため、翼先端から翼長の20%までの範囲で流体騒音の発生レベルが最も高くなる。このため、翼先端から20%までの範囲のみに騒音抑制構造を適用することにより、他の部分では避雷部材等の配置を比較的自由に行うことができ、これによって流体騒音レベルを増大させることなく耐雷性能を向上させることができる。   Further, in the lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to the present invention, in any one of the second to eighth aspects, the noise suppression structure is applied to a range from the blade tip of the wind turbine blade to 20% of the blade length. It is characterized by that. Since the noise level emitted from the wind turbine blade increases in proportion to the sixth power of the radius of the wind turbine blade, the generation level of fluid noise is highest in the range from the blade tip to 20% of the blade length. For this reason, by applying the noise suppression structure only to the range up to 20% from the blade tip, it is possible to relatively freely arrange the lightning protection member and the like in other parts, thereby increasing the fluid noise level. The lightning resistance can be improved.

そして、本発明に係る風力発電装置は、上記各態様の風車回転翼の避雷装置を備えたことを特徴とする。これにより、上記の各作用、効果を奏することができる。   And the wind power generator concerning the present invention was provided with the lightning arrester of the windmill rotor blade of each above-mentioned mode. Thereby, said each effect | action and effect can be show | played.

以上のように、本発明に係る風車回転翼の避雷装置およびこれを備えた風力発電装置によれば、簡素な構造により、風車翼の表面に設けられる避雷部材による流体騒音レベルを増大させることなく、耐雷性能を向上させることができる。   As described above, according to the lightning arrester of the wind turbine rotor blade and the wind turbine generator provided with the same according to the present invention, the fluid noise level due to the lightning arrester member provided on the surface of the wind turbine blade is not increased by a simple structure. , Lightning resistance can be improved.

本発明に係る風車回転翼の避雷装置を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。It is a side view which shows an example of the wind power generator which can apply the lightning arrester of the windmill rotor blade which concerns on this invention. 図1に示す風力発電装置の風車翼を拡大した斜視図である。It is the perspective view which expanded the windmill blade of the wind power generator shown in FIG. 図2のIII部を拡大して本発明の第1実施形態を示す図である。It is a figure which expands the III section of FIG. 2, and shows 1st Embodiment of this invention. (a)は1つのダイバータ・ストリップの後流側にカルマン渦が発生した状態を示す図であり、(b)は蛇行して配列された複数のダイバータ・ストリップによってカルマン渦が崩壊する状態を示す図である。(A) is a figure which shows the state which Karman vortex generate | occur | produced in the downstream of one diverter strip, (b) shows the state where Karman vortex collapses by the several divertor strips arranged meanderingly FIG. (a)は1つのダイバータ・ストリップの後流側にカルマン渦が発生した場合における流体騒音の周波数分布を示す図であり、(b)は蛇行して配列された複数のダイバータ・ストリップの下流側に発生する気流が発する流体騒音の周波数分布を示す図である。(A) is a figure which shows frequency distribution of the fluid noise in case Karman vortex generate | occur | produces in the downstream of one diverter strip, (b) is the downstream of several divertor strips arranged meanderingly It is a figure which shows the frequency distribution of the fluid noise which the airflow which generate | occur | produces occurs. 本発明の第2実施形態を示す図である。It is a figure which shows 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3実施形態を示す図である。It is a figure which shows 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4実施形態を示す図であり、(a)はダイバータ・ストリップを傾斜した楕円形状に形成して気流の流動方向に対し左右非対称な形状にした図であり、(b)は円形のダイバータ・ストリップを一部切り落として気流の流動方向に対し左右非対称な形状にした図である。It is a figure which shows 4th Embodiment of this invention, (a) is the figure which formed the divertor strip in the elliptical shape which inclined, and was made into the asymmetrical shape with respect to the flow direction of an airflow, (b) is circular. It is the figure which cut off some divertor strips of this and made the shape asymmetrical with respect to the flow direction of airflow. 本発明の第5実施形態を示す図であり、(a)はダイバータ・ストリップを水滴型の流線形状に形成した平面図であり、(b)はダイバータ・ストリップの肩部に丸みを持たせて流線形状に形成した側面図である。FIG. 10 is a diagram showing a fifth embodiment of the present invention, in which (a) is a plan view of a divertor strip formed into a waterdrop-type streamline shape, and (b) is a rounded shoulder portion of the diverter strip. It is the side view formed in the streamline shape. 本発明の第6実施形態を示す風車翼の拡大斜視図である。It is an expansion perspective view of the windmill blade which shows 6th Embodiment of this invention. 風車翼の翼根からの距離と、風車翼の単位長さあたりの音響パワーレベルとの関係をグラフで示した図である。It is the figure which showed the relationship between the distance from the blade root of a windmill blade, and the sound power level per unit length of a windmill blade.

以下、本発明に係る風力発電装置の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。   Hereinafter, a plurality of embodiments of a wind turbine generator according to the present invention will be described with reference to the drawings.

[第1実施形態]
図1は、本発明に係る風車回転翼の避雷装置を適用可能な風力発電装置の一例を示す側面図である。この風力発電装置1は、例えば地表面2に設置された鉄筋コンクリート製の基礎3上に立設されるタワー4と、このタワー4の上端部に設置されるナセル5と、略水平な横方向の回転軸線周りに回転自在に支持されてナセル5の前端部側に設けられるロータヘッド6とを有している。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a side view showing an example of a wind turbine generator to which a lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to the present invention can be applied. This wind power generator 1 includes, for example, a tower 4 erected on a reinforced concrete foundation 3 installed on the ground surface 2, a nacelle 5 installed at the upper end of the tower 4, and a substantially horizontal lateral direction. And a rotor head 6 provided on the front end side of the nacelle 5 so as to be rotatable about a rotation axis.

タワー4は、鋼管製のモノポール式であり、タワー4の下端部には例えば鋼板製のベースプレート7が固定され、このベースプレート7が多数のアンカーボルト8で基礎3に締結固定されている。ロータヘッド6には、放射方向に延びる複数枚(例えば3枚)の風車翼9が取り付けられて風車回転翼10が構成されており、ナセル5の内部には発電機11が収容設置され、ロータヘッド6の回転軸12が発電機11の主軸に増速機(非図示)を介して連結されている。このため、風車翼9に当たった外風の風力が、風車回転翼10と回転軸12を回転させる回転力に変換され、発電機11が駆動されて発電が行われる。   The tower 4 is a monopole type made of steel pipe, and a base plate 7 made of, for example, a steel plate is fixed to the lower end portion of the tower 4, and the base plate 7 is fastened and fixed to the foundation 3 with a number of anchor bolts 8. A plurality of (for example, three) wind turbine blades 9 extending in the radial direction are attached to the rotor head 6 to form a wind turbine rotor blade 10. A generator 11 is accommodated and installed in the nacelle 5. A rotary shaft 12 of the head 6 is connected to a main shaft of the generator 11 via a speed increaser (not shown). For this reason, the wind force of the external wind which hits the windmill blade 9 is converted into a rotational force that rotates the windmill rotor blade 10 and the rotating shaft 12, and the generator 11 is driven to generate power.

ナセル5は、風車回転翼10と共に、タワー4の上端において水平方向に旋回することができる。ナセル5の外周面適所(たとえば上部等)には、周辺の風向および風速値を測定する風向風速計14と、落雷を回避するための避雷針15が設置されている。ナセル5は、図示しない駆動装置と制御装置により、常に風上方向に指向して効率良く発電できるように制御される。なお、ナセル5や風車翼9等は、例えばFRP成形により形成されている。   The nacelle 5 can turn in the horizontal direction at the upper end of the tower 4 together with the wind turbine rotor blade 10. An appropriate wind direction anemometer 14 for measuring the wind direction and wind speed value around the nacelle 5 and a lightning rod 15 for avoiding lightning strike are installed at appropriate positions (for example, the upper part) of the nacelle 5. The nacelle 5 is controlled by a drive device and a control device (not shown) so that the nacelle 5 can always generate power efficiently in the windward direction. The nacelle 5 and the wind turbine blade 9 are formed by, for example, FRP molding.

図2は、風車翼9の1本を拡大した斜視図である。各風車翼9の表面には、本発明に係る避雷装置Aが設けられている。この避雷装置Aでは、風車翼9の表面に避雷部材として1基のレセプタ17と多数のダイバータ・ストリップ18が設けられている。レセプタ17は公知の避雷部材(受雷部材)であり、最も落雷しやすい風車翼9の翼先端部に設けられ、一般には直径数センチ程度の円形、もしく翼端形状に沿う形状等に形成されている。このレセプタ17から延びる避雷導線(ダウンコンダクタ)19が、風車翼9の内部を通り、ナセル5、タワー4を経由して地面にアース接続され、レセプタ17に落雷した際における雷電流を地中に導くようになっている。   FIG. 2 is an enlarged perspective view of one of the wind turbine blades 9. A lightning arrester A according to the present invention is provided on the surface of each wind turbine blade 9. In this lightning arrester A, one receptor 17 and a number of diverter strips 18 are provided on the surface of the wind turbine blade 9 as lightning protection members. The receptor 17 is a known lightning protection member (lightning protection member), and is provided at the tip of the wind turbine blade 9 where lightning strikes most easily, and is generally formed in a circular shape with a diameter of several centimeters or a shape that follows the shape of the blade tip. Has been. A lightning conductor (down conductor) 19 extending from the receptor 17 passes through the inside of the wind turbine blade 9 and is connected to the ground via the nacelle 5 and the tower 4, and the lightning current when a lightning strikes the receptor 17 enters the ground. It comes to lead.

一方、ダイバータ・ストリップ18も公知の避雷部材であり、一般には銅にニッケルメッキを施した直径数ミリ程度、厚さ1mm以下の円板状(ボタン状)、または矩形状等に形成され、風車翼9の表面のうち、レセプタ17の設けられていない範囲、即ち翼先端部以外の長手方向に沿う範囲に、耐候性の高い接着剤等によって固着される。したがって、多数のダイバータ・ストリップ18が風車翼9の表面に散りばめられて突設される態様となる。   On the other hand, the diverter strip 18 is also a known lightning protection member, and is generally formed in a disk shape (button shape) having a diameter of about several millimeters and a thickness of 1 mm or less, in which copper is plated with nickel, or a rectangular shape. The surface of the wing 9 is fixed to a range where the receptor 17 is not provided, that is, a range along the longitudinal direction other than the tip of the wing by an adhesive having high weather resistance. Therefore, a large number of diverter strips 18 are scattered and projected on the surface of the wind turbine blade 9.

各ダイバータ・ストリップ18には避雷導線19が接続されないが、このように広い範囲で金属製のダイバータ・ストリップ18を多数設置することにより、レセプタ17以外の場所に着雷した場合における落雷電流を、複数のダイバータ・ストリップ18を経由させて風車翼9の表面に沿って流れさせ、避雷導線(ダウンコンダクタ)19に接続するレセプタ17まで導くことができる。これにより、着雷による風車翼9の損傷を防ぐことができる。   A lightning conductor 19 is not connected to each diverter strip 18, but by installing a large number of metal diverter strips 18 in such a wide range, a lightning current when a lightning strike occurs in a place other than the receptor 17, It can flow along the surface of the wind turbine blade 9 via a plurality of diverter strips 18, and can be led to a receptor 17 connected to a lightning conductor (down conductor) 19. Thereby, damage to the wind turbine blade 9 due to lightning can be prevented.

上記のように多数のダイバータ・ストリップ18を風車翼9の翼表面に突設した場合、風車回転翼10の回転時に、風車翼9の表面を流れる気流に対し、ダイバータ・ストリップ18の下流側にカルマン渦(またはカルマン渦列)が発生し、これが耳障りな流体騒音の原因となる。このため、本発明における避雷装置Aでは、風車回転翼10の回転時に、風車翼9の表面を流れる気流に対し、ダイバータ・ストリップ18の下流側にカルマン渦が発生することを抑制する騒音抑制構造が設けられている。   When a large number of diverter strips 18 are projected on the blade surface of the wind turbine blade 9 as described above, the air current flowing on the surface of the wind turbine blade 9 is rotated downstream of the diverter strip 18 when the wind turbine rotor blade 10 rotates. A Karman vortex (or Karman vortex street) is generated, which causes annoying fluid noise. For this reason, in the lightning arrester A according to the present invention, a noise suppression structure that suppresses the generation of Karman vortices on the downstream side of the diverter strip 18 with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9 when the wind turbine rotor blade 10 rotates. Is provided.

図3は、図2のIII部を拡大して本発明の第1実施形態である騒音抑制構造A´を示す図である。この図3に示すように、風車翼9の表面に設けられたダイバータ・ストリップ18は、例えば4個で1組のグループG1を構成しており、これらのグループG1が風車翼9の長手方向に沿って複数組配置されている。各グループG1の設置間隔は、ダイバータ・ストリップ18の直径の1/10以下、例えば1mm程度である。なお、図3において、各グループG1におけるダイバータ・ストリップ18の記号は、風車翼9の前縁9a側から18a,18b,18c,18dとする。そして、各グループG1において、4個のダイバータ・ストリップ18a〜18dは、風車翼9の表面を流れる気流の流動方向に沿う方向に沿って蛇行して配列されている。   FIG. 3 is a diagram showing the noise suppression structure A ′ according to the first embodiment of the present invention by enlarging the III part of FIG. 2. As shown in FIG. 3, for example, four diverter strips 18 provided on the surface of the wind turbine blade 9 constitute a group G 1, and these groups G 1 are arranged in the longitudinal direction of the wind turbine blade 9. A plurality of sets are arranged along. The installation interval of each group G1 is 1/10 or less of the diameter of the diverter strip 18, for example, about 1 mm. In FIG. 3, the symbols of the divertor strip 18 in each group G1 are 18a, 18b, 18c, and 18d from the front edge 9a side of the wind turbine blade 9. In each group G1, the four diverter strips 18a to 18d are arranged meandering along the direction along the flow direction of the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9.

また、各グループG1は、風車翼9の前縁部付近に設けられている。風車翼9の前縁部付近とは、図2に示すように、風車翼9の前縁9aから、風車翼9の翼厚が最も厚い部分(避雷導線19の付近)までの範囲である。   Each group G <b> 1 is provided near the front edge of the wind turbine blade 9. As shown in FIG. 2, the vicinity of the front edge of the wind turbine blade 9 is a range from the front edge 9 a of the wind turbine blade 9 to the thickest portion of the wind turbine blade 9 (near the lightning conductor 19).

図4(a)に示すように、風車翼9の表面に1個のダイバータ・ストリップ18が設けられている場合には、前述のようにダイバータ・ストリップ18の後流側にカルマン渦が交互に発生し、これにより流体騒音が発生する。そこで、本発明では、図3および図4(b)に示すように、4個のダイバータ・ストリップ18a〜18dの設置間隔Sを、概ねカルマン渦の発生間隔に合わせている。具体的には、ダイバータ・ストリップ18a〜18dの形状が円形(短円柱形)である場合、その直径の2倍の間隔でカルマン渦が周期的に発生するため、上記設置間隔Sを、ダイバータ・ストリップ18a〜18dの直径の2倍の間隔で配置するのが好ましい。   As shown in FIG. 4 (a), when one diverter strip 18 is provided on the surface of the wind turbine blade 9, Karman vortices are alternately arranged on the downstream side of the diverter strip 18 as described above. Occurs, and fluid noise is generated. Therefore, in the present invention, as shown in FIGS. 3 and 4 (b), the installation interval S of the four diverter strips 18a to 18d is substantially matched to the generation interval of Karman vortices. Specifically, when the shape of the diverter strips 18a to 18d is circular (short cylindrical shape), Karman vortices are periodically generated at intervals twice as large as the diameter thereof. Preferably, the strips 18a to 18d are arranged at an interval twice the diameter of the strips 18a to 18d.

以上のように、本発明に係る避雷装置Aでは、風車翼9の表面に複数のダイバータ・ストリップ18をグループ化して配列し、ダイバータ・ストリップ18の下流側に騒音の原因となるカルマン渦が発生することを抑制する騒音抑制構造A´を設けたため、簡素な構造により、風車翼9の表面を流れる気流がダイバータ・ストリップ18の下流側にカルマン渦を発生させて流体騒音レベルを増大させる懸念を排除しつつ、ダイバータ・ストリップ18により耐雷性能を向上させることができる。   As described above, in the lightning arrester A according to the present invention, a plurality of diverter strips 18 are grouped and arranged on the surface of the wind turbine blade 9, and Karman vortices that cause noise are generated on the downstream side of the diverter strips 18. Since the noise suppression structure A ′ that suppresses the generation of the airflow, the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9 generates a Karman vortex on the downstream side of the divertor strip 18 to increase the fluid noise level. The lightning performance can be improved by the diverter strip 18 while eliminating.

特に、複数(ここでは4個)のダイバータ・ストリップ18a〜18dを1つのグループG1としてこれらのグループG1を風車翼9の前縁部に長手方向に沿って複数配列し、各グループG1においてはダイバータ・ストリップ18a〜18dを相対気流の流動方向に沿う方向で蛇行させて配列し、かつ各ダイバータ・ストリップ18a〜18dの設置間隔Sをカルマン渦の発生間隔に合わせたため、風車翼9の表面を流れる気流に対して最も上流側にあるダイバータ・ストリップ18aの下流側に発生しようとする最初のカルマン渦の位置に次のダイバータ・ストリップ18bが位置している。このため、最初のカルマン渦の発生が阻害され、以下のカルマン渦も発生できなくなり、こうしてカルマン渦(渦列)の発生に起因する流体騒音の発生が抑止される。なお、気流方向に対して最後部にあるダイバータ・ストリップ18dの後流側にはカルマン渦が発生しにくい。これは、蛇行配列された上流側のダイバータ・ストリップ18a〜18cにより気流が乱され、最後部のダイバータ・ストリップ18dの両側では不均一な流れになるからである。   In particular, a plurality (four in this case) of diverter strips 18a to 18d are arranged as one group G1, and a plurality of these groups G1 are arranged along the longitudinal direction at the front edge of the wind turbine blade 9, and each group G1 has a diverter. Since the strips 18a to 18d meander in the direction along the flow direction of the relative air flow, and the installation interval S of each divertor strip 18a to 18d is adjusted to the generation interval of the Karman vortex, it flows on the surface of the wind turbine blade 9. The next diverter strip 18b is located at the position of the first Karman vortex to be generated downstream of the diverter strip 18a that is most upstream with respect to the airflow. For this reason, the generation of the first Karman vortex is inhibited and the following Karman vortices cannot be generated, and thus the generation of fluid noise due to the generation of Karman vortices (vortex streets) is suppressed. Note that Karman vortices are unlikely to occur on the downstream side of the divertor strip 18d located at the rearmost portion with respect to the airflow direction. This is because the air stream is disturbed by the upstream diverter strips 18a to 18c arranged in a meandering manner, resulting in uneven flow on both sides of the rearmost diverter strip 18d.

例えば単一のダイバータ・ストリップ18の下流側に発生したカルマン渦の流体騒音は、図5(a)に示すように、特定の周波数fのみの音量Lpが高い、いわゆる純音であり、異音として人間の耳に聞こえやすい。
一方、上記のように蛇行配列された複数のダイバータ・ストリップ18の下流側に発生する気流が発する音は、図5(b)に示すように、その周波数fの分布が平均的に均された広帯域音であり、音量Lpの最大レベルも低く、風車翼9が発する風車音(風切り音)と同様の音質であるため、人間の耳には異音として捕らえられにくい。このため、風力発電装置1としての全体的な流体騒音レベルを増大させることがない。
For example, the Karman vortex fluid noise generated on the downstream side of a single divertor strip 18 is a so-called pure sound having a high volume Lp only at a specific frequency f as shown in FIG. Easy to hear in human ear.
On the other hand, the sound generated by the airflow generated downstream of the plurality of diverter strips 18 meandered as described above has an averaged distribution of the frequency f as shown in FIG. 5B. Since it is a wideband sound, the maximum level of the volume Lp is low, and the sound quality is similar to the windmill sound (wind noise) generated by the windmill blade 9, it is difficult for the human ear to catch it as an abnormal sound. For this reason, the overall fluid noise level of the wind turbine generator 1 is not increased.

4個のダイバータ・ストリップ18a〜18dを有する複数組のグループG1は、風車翼9の長手方向に沿って前縁部付近に配置されているが、風車翼9の前縁部付近は気流の速度が遅いため、ダイバータ・ストリップ18a〜18dの下流側にカルマン渦が発生しにくく、この点でも流体騒音の発生をより効果的に抑制することができる。   A plurality of sets of groups G1 having four diverter strips 18a to 18d are arranged in the vicinity of the front edge along the longitudinal direction of the wind turbine blade 9, and the vicinity of the front edge of the wind turbine blade 9 has an air velocity. Therefore, Karman vortices are unlikely to be generated downstream of the diverter strips 18a to 18d, and the generation of fluid noise can be more effectively suppressed in this respect.

そして、本実施形態では、風車翼9に多数設けられている避雷部材のうち、風車翼9の先端に設置される避雷部材だけを避雷導線19が接続されたレセプタ17とし、他の避雷部材を、落雷電流を風車翼9の表面に沿って流れさせて、避雷導線(ダウンコンダクタ)19に接続するレセプタ17に導くダイバータ・ストリップ18としたため、風車翼9の内部に多数の避雷導線19を設ける必要がない。したがって、簡素な構造により、風車翼9への落雷被害を最小限に食い止めることができる。   In this embodiment, among the lightning protection members provided on the wind turbine blade 9, only the lightning protection member installed at the tip of the wind turbine blade 9 is the receptor 17 to which the lightning conductor 19 is connected, and other lightning protection members are used. Since the lightning current flows along the surface of the wind turbine blade 9 and the diverter strip 18 is led to the receptor 17 connected to the lightning conductor (down conductor) 19, a large number of lightning conductors 19 are provided inside the wind turbine blade 9. There is no need. Therefore, lightning damage to the wind turbine blade 9 can be minimized with a simple structure.

[第2実施形態]
図6は、本発明に係る避雷装置の第2実施形態を示す図である。
この第2実施形態における避雷装置Bの騒音抑制構造B´では、風車翼9の表面に設けられた複数の避雷部材であるダイバータ・ストリップ18が、例えば3個で1組のグループG2を構成しており、これらのグループG2が風車翼9の長手方向に沿って複数組配置されている。各グループG2は、第1実施形態におけるダイバータ・ストリップ18のグループG1と同様に、風車翼9の前縁部付近に配列されている。
[Second Embodiment]
FIG. 6 is a diagram showing a second embodiment of the lightning arrester according to the present invention.
In the noise suppression structure B ′ of the lightning arrester B in the second embodiment, the diverter strips 18 that are a plurality of lightning arresting members provided on the surface of the wind turbine blade 9 constitute, for example, three groups G2. These groups G2 are arranged in a plurality along the longitudinal direction of the wind turbine blade 9. Each group G2 is arranged in the vicinity of the front edge portion of the wind turbine blade 9 as in the group G1 of the diverter strip 18 in the first embodiment.

各グループG2においては、3個の円板状(ボタン状)のダイバータ・ストリップ18e,18f,18gが、風車翼9の表面を流れる気流の流動方向に沿って蛇行して配列されている。これら3個のダイバータ・ストリップ18e,18f,18gの間隔は、第1実施形態の場合と同じく、カルマン渦の発生間隔に概ね合わせられている。そして、これら3個のダイバータ・ストリップ18e,18f,18gのうち、気流の流動方向に対して下流側にあるダイバータ・ストリップ18f,18gの大きさ(直径)が、上流側にあるダイバータ・ストリップ18eよりも小さくなっている。例えばダイバータ・ストリップ18f,18gの直径がダイバータ・ストリップ18eの直径の1/2に設定されている。なお、直径を18e>18f>18gと徐々に小さくしてもよい。   In each group G2, three disc-shaped (button-shaped) diverter strips 18e, 18f, and 18g are arranged meandering along the flow direction of the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9. The interval between the three diverter strips 18e, 18f, and 18g is generally matched to the Karman vortex generation interval, as in the first embodiment. Of these three diverter strips 18e, 18f, 18g, the diverter strips 18f, 18g on the downstream side with respect to the flow direction of the airflow have the size (diameter) of the diverter strip 18e on the upstream side. Is smaller than For example, the diameter of the diverter strips 18f and 18g is set to ½ of the diameter of the diverter strip 18e. The diameter may be gradually reduced to 18e> 18f> 18g.

このような騒音抑制構造B´とした場合、風車翼9の表面を流れる気流に対して下流側にあるダイバータ・ストリップ18f,18gによって、上流側にあるダイバータ・ストリップ18eの後部におけるカルマン渦の発生が阻害される。しかも、下流側のダイバータ・ストリップ18f,18gの大きさが上流側のダイバータ・ストリップ18eよりも小さいために、下流側のダイバータ・ストリップ18f,18gが発生させるカルマン渦の大きさが小さくなるか、または発生を阻害され、これによって3個のダイバータ・ストリップ18e,18f,18g全体から発生する流体騒音レベルを低下させることができる。   In the case of such a noise suppression structure B ′, Karman vortices are generated at the rear part of the diverter strip 18e on the upstream side by the diverter strips 18f and 18g on the downstream side with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9. Is inhibited. In addition, since the downstream diverter strips 18f and 18g are smaller in size than the upstream diverter strip 18e, the Karman vortex generated by the downstream diverter strips 18f and 18g is reduced, or Or generation | occurrence | production is inhibited and the fluid noise level generate | occur | produced from the three diverter strips 18e, 18f, 18g whole can be reduced by this.

[第3実施形態]
図7は、本発明に係る避雷装置の第3実施形態を示す図である。
この第3実施形態における避雷装置Cの騒音抑制構造C´では、風車翼9の表面に設けられた複数の避雷部材であるダイバータ・ストリップ18が、例えば4個で1組のグループG3を構成しており、これらのグループG3が風車翼9の長手方向に沿って複数組配置されている。各グループG3は風車翼9の前縁部付近に配列されている。
[Third Embodiment]
FIG. 7 is a view showing a third embodiment of the lightning arrester according to the present invention.
In the noise suppression structure C ′ of the lightning arrester C according to the third embodiment, for example, four diverter strips 18 which are a plurality of lightning arrester members provided on the surface of the wind turbine blade 9 constitute a group G3. These groups G3 are arranged in a plurality along the longitudinal direction of the wind turbine blade 9. Each group G3 is arranged near the front edge of the wind turbine blade 9.

各グループG3における複数のダイバータ・ストリップ18h,18i,18j,18kは、同じ大きさの円板状(ボタン状)であるが、第2実施形態にように大きさを異ならせたり、形状を異ならせたりしてもよい。そして、これらのダイバータ・ストリップ18h〜18kの設置間隔S1,S2,S3が不等間隔になるように、例えばS2<S1<S3に設定されている。   The plurality of diverter strips 18h, 18i, 18j, and 18k in each group G3 have the same disk shape (button shape), but have different sizes or different shapes as in the second embodiment. It may be allowed. For example, S2 <S1 <S3 is set so that the installation intervals S1, S2, and S3 of the diverter strips 18h to 18k are unequal.

このような騒音抑制構造C´とした場合、第1実施形態における騒音抑制構造A´と同様に、風車翼9の表面を流れる気流に対して上流側にあるダイバータ・ストリップ18hの下流側の気流が乱れがちになるため、上流側にあるダイバータ・ストリップ18hの下流側に等間隔で交互に発生しようとするカルマン渦を崩壊させやすくなる。このため、カルマン渦に起因する流体騒音レベルを低下させることに貢献することができる。   In the case of such a noise suppression structure C ′, as with the noise suppression structure A ′ in the first embodiment, the airflow downstream of the diverter strip 18 h on the upstream side with respect to the airflow flowing on the surface of the wind turbine blade 9. Therefore, Karman vortices that are alternately generated at equal intervals on the downstream side of the diverter strip 18h on the upstream side are likely to be disrupted. For this reason, it can contribute to reducing the fluid noise level resulting from Karman vortex.

[第4実施形態]
図8(a),(b)は、本発明に係る避雷装置の第4実施形態を示す図である。
この第4実施形態における避雷装置Dの騒音抑制構造D´およびD´´では、ダイバータ・ストリップ18の形状が、気流の流動方向に対して左右非対称な形状にされている。例えば図8(a)に示す騒音抑制構造D´では、ダイバータ・ストリップ18mが平面視で楕円形状に形成され、その長軸が気流の流動方向に対して傾斜するように配置されている。また、図8(b)に示す騒音抑制構造D´´では、ダイバータ・ストリップ18nが平面視で円板形状(ボタン形状)の一部が切り取られた形状とされ、その切断線18n´がダイバータ・ストリップ18nの後流側、かつ気流の流動方向に対して傾斜するように配置されている。なお、これらの形状に限定はなく、左右非対称であれば他の形状であってもよい。
[Fourth Embodiment]
FIGS. 8A and 8B are views showing a fourth embodiment of the lightning arrester according to the present invention.
In the noise suppression structure D ′ and D ″ of the lightning arrester D in the fourth embodiment, the shape of the diverter strip 18 is asymmetrical with respect to the flow direction of the airflow. For example, in the noise suppression structure D ′ shown in FIG. 8A, the diverter strip 18m is formed in an elliptical shape in a plan view, and its long axis is arranged so as to be inclined with respect to the flow direction of the airflow. Further, in the noise suppression structure D ″ shown in FIG. 8B, the diverter strip 18n has a disc shape (button shape) partly cut out in plan view, and the cut line 18n ′ is the diverter. -It arrange | positions so that it may incline with respect to the flow direction of the airflow, and the wake of the strip 18n. In addition, there is no limitation in these shapes, Other shapes may be sufficient as long as it is asymmetrical.

このように、ダイバータ・ストリップ18m,18nの形状を、気流の流動方向に対して左右非対称な形状にすれば、ダイバータ・ストリップ18m,18nの両側を流れる気流に速度差が生じ、これによってダイバータ・ストリップ18m,18nの下流側の気流が不均一になり、カルマン渦が発生できなくなる。このため、カルマン渦の発生に起因する流体騒音を抑制することができる。   In this way, if the shape of the diverter strips 18m and 18n is asymmetrical with respect to the flow direction of the airflow, a speed difference is generated in the airflow flowing on both sides of the diverter strips 18m and 18n. The airflow downstream of the strips 18m and 18n becomes uneven, and Karman vortices cannot be generated. For this reason, the fluid noise resulting from generation | occurrence | production of Karman vortex can be suppressed.

[第5実施形態]
図9(a),(b)は、本発明に係る避雷装置の第5実施形態を示す図である。
この第5実施形態における避雷装置Eの騒音抑制構造E´およびE´´では、ダイバータ・ストリップ18o,18pの形状が、気流の流動方向に対して流線形状にされている。例えば図9(a)に示す騒音抑制構造E´では、ダイバータ・ストリップ18oが平面視で水滴型の流線形状に形成されている。また、図9(b)に示す騒音抑制構造E´´では、ダイバータ・ストリップ18pが側面視でその肩部に丸み(スロープ)が持たされて流線形状に形成されている。
[Fifth Embodiment]
FIGS. 9A and 9B are views showing a fifth embodiment of the lightning arrester according to the present invention.
In the noise suppression structure E ′ and E ″ of the lightning arrester E according to the fifth embodiment, the shape of the diverter strips 18o and 18p is streamlined with respect to the flow direction of the airflow. For example, in the noise suppression structure E ′ shown in FIG. 9A, the diverter strip 18o is formed in a water-drop streamline shape in plan view. Further, in the noise suppression structure E ″ shown in FIG. 9B, the diverter strip 18p is formed in a streamline shape with a rounded (slope) on the shoulder portion in a side view.

このように、ダイバータ・ストリップ18o,18pの形状を気流の流動方向に対して流線形状にすれば、ダイバータ・ストリップ18o,18pの下流側の気流を整えて、カルマン渦の発生を防止し、流体騒音を抑制することができる。   In this way, if the shape of the diverter strips 18o, 18p is made a streamline shape with respect to the flow direction of the airflow, the airflow downstream of the diverter strips 18o, 18p is adjusted to prevent the generation of Karman vortices, Fluid noise can be suppressed.

[第6実施形態]
図10は、本発明に係る避雷装置の第6実施形態を示す風車翼9の拡大斜視図である。この第6実施形態における避雷装置Fでは、その騒音抑制構造F´が、風車翼9の翼先端から翼長の20%までの範囲にのみ適用されている。騒音抑制構造F´の構成は、前述の第1〜第5実施形態の騒音抑制構造A´〜E´のいずれであってもよい。また、騒音抑制構造A´〜E´を組み合わせたものであってもよい。
[Sixth Embodiment]
FIG. 10 is an enlarged perspective view of the wind turbine blade 9 showing the sixth embodiment of the lightning arrester according to the present invention. In the lightning arrester F in the sixth embodiment, the noise suppression structure F ′ is applied only in a range from the blade tip of the wind turbine blade 9 to 20% of the blade length. The configuration of the noise suppression structure F ′ may be any of the noise suppression structures A ′ to E ′ of the first to fifth embodiments described above. Moreover, the noise suppression structures A ′ to E ′ may be combined.

そして、この20%の範囲以外の部分には、複数のダイバータ・ストリップ18qが所定の間隔および個数で配列されており、特にカルマン渦の発生を抑制するような配列等にはされていない。例えば図10では、これらのダイバータ・ストリップ18が風車翼9の前縁に沿って1列に配置されている。   A plurality of diverter strips 18q are arranged at a predetermined interval and number in a portion other than the 20% range, and are not particularly arranged to suppress the generation of Karman vortices. For example, in FIG. 10, these diverter strips 18 are arranged in a line along the front edge of the wind turbine blade 9.

風車翼9から発される騒音レベルは、風車翼の半径の6乗に比例して増大する。このため、図11に示すように、翼先端から翼長の20%までの範囲で流体騒音の発生レベルが最も高くなる。このため、例えば風車翼9の長さが50mである場合には、翼先端から20%までの長さ、つまり先端側の10mの範囲のみに騒音抑制構造F´(A´〜E´)を適用することにより、他の部分ではダイバータ・ストリップ18q等の配置を比較的自由に行うことができ、これによって流体騒音レベルを増大させることなく耐雷性能を向上させることができる。   The noise level emitted from the wind turbine blade 9 increases in proportion to the sixth power of the radius of the wind turbine blade. For this reason, as shown in FIG. 11, the generation level of fluid noise becomes the highest in the range from the blade tip to 20% of the blade length. For this reason, for example, when the length of the wind turbine blade 9 is 50 m, the noise suppression structure F ′ (A ′ to E ′) is provided only to a length of 20% from the blade tip, that is, a range of 10 m on the tip side. By applying, it is possible to relatively freely arrange the diverter strip 18q and the like in other parts, thereby improving the lightning resistance performance without increasing the fluid noise level.

そして、上記各態様の避雷装置A〜Fを風力発電装置1に備えることにより、簡素な構造によって風車翼9の表面に設けられるダイバータ・ストリップ18による流体騒音レベルを増大させることなく、風力発電装置1の耐雷性能を向上させることができる。   And by providing the wind power generation device 1 with the lightning protection devices A to F of the above embodiments, the wind power generation device without increasing the fluid noise level due to the diverter strip 18 provided on the surface of the wind turbine blade 9 with a simple structure. The lightning resistance performance of 1 can be improved.

なお、本発明の実施形態は、上述の第1〜第6実施形態のみに限定されることはない。例えば、第1〜第6実施形態を組み合わせる等してもよい。また、本発明に係る避雷装置は、風力発電装置の風車回転翼のみに限らず、他の種の風車回転翼にも適用することができる。   In addition, embodiment of this invention is not limited only to the above-mentioned 1st-6th embodiment. For example, the first to sixth embodiments may be combined. Further, the lightning arrester according to the present invention is not limited to the wind turbine rotor blades of the wind power generator, but can be applied to other types of wind turbine rotor blades.

1 風力発電装置
6 ロータヘッド
9 風車翼
10 風車回転翼
11 発電機
17 レセプタ(避雷部材/アース部材)
18 ダイバータ・ストリップ(避雷部材)
18e 気流の流動方向に対して上流側にあるダイバータ・ストリップ
18f,18g 気流の流動方向に対して下流側にあるダイバータ・ストリップ
A,B,C,D,E,F 避雷装置
A´,B´,C´,D´,D´´,E´,F´ 騒音抑制構造
S,S1,S2,S3 ダイバータ・ストリップの設置間隔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wind power generator 6 Rotor head 9 Windmill blade 10 Windmill rotor 11 Generator 17 Receptor (lightning protection member / grounding member)
18 Divertor strip (lightning protection)
18e Divertor strips 18f and 18g on the upstream side with respect to the flow direction of the air flow Diverter strips A, B, C, D, E, and F on the downstream side with respect to the flow direction of the air flow , C ′, D ′, D ″, E ′, F ′ Noise suppression structure S, S1, S2, S3 Installation interval of divertor strip

Claims (10)

回転自在に軸支されたロータヘッドから放射方向に延びる風車翼の表面に避雷部材が突設された風車回転翼の避雷装置であって、
前記風車回転翼の回転時に、前記風車翼の表面を流れる気流に対し、該避雷部材の下流側にカルマン渦が発生することを抑制する騒音抑制構造を有することを特徴とする風車回転翼の避雷装置。
A lightning arrester for a windmill rotor blade, in which a lightning arresting member projects from the surface of the windmill blade extending in a radial direction from a rotor head rotatably supported,
A lightning arrester for a wind turbine rotor blade having a noise suppression structure that suppresses generation of Karman vortices on the downstream side of the lightning arrester against airflow flowing on the surface of the windmill blade during rotation of the windmill rotor blade apparatus.
前記騒音抑制構造は、前記風車翼の表面に、前記気流の流動方向に沿う方向に前記避雷部材を複数個蛇行させて配列した配列構造であり、これら複数の避雷部材の間隔を、前記カルマン渦の発生間隔に合わせたことを特徴とする請求項1に記載の風車回転翼の避雷装置。   The noise suppression structure is an array structure in which a plurality of lightning protection members are arranged in a meandering direction along the flow direction of the airflow on the surface of the wind turbine blade, and the spacing between the plurality of lightning protection members is determined by the Karman vortex. The lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to claim 1, wherein the lightning arrester is adapted to a generation interval of 前記複数の避雷部材のうち、前記気流の流動方向に対して下流側にある避雷部材の大きさを、上流側にある避雷部材よりも小さくしたことを特徴とする請求項2に記載の風車回転翼の避雷装置。   The wind turbine rotation according to claim 2, wherein, among the plurality of lightning arresting members, the size of the lightning arresting member on the downstream side with respect to the flow direction of the airflow is made smaller than that of the lightning arresting member on the upstream side. Wing lightning arrester. 前記複数の避雷部材を不等間隔で設置したことを特徴とする請求項2または3に記載の風車回転翼の避雷装置。   The lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to claim 2 or 3, wherein the plurality of lightning arresting members are installed at unequal intervals. 前記騒音抑制構造は、前記避雷部材の形状を、前記気流の流動方向に対して左右非対称な形状にした構造であることを特徴とする請求項1に記載の風車回転翼の避雷装置。   2. The lightning arrester for a wind turbine rotor according to claim 1, wherein the noise suppression structure is a structure in which the shape of the lightning protection member is asymmetrical with respect to a flow direction of the airflow. 前記騒音抑制構造は、前記避雷部材の形状を、前記気流の流動方向に対して流線形状にした構造であることを特徴とする請求項1に記載の風車回転翼の避雷装置。   2. The lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to claim 1, wherein the noise suppression structure is a structure in which a shape of the lightning protection member is a streamline shape with respect to a flow direction of the airflow. 前記避雷部材は、前記風車翼の前縁部付近に設けられていることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の風車回転翼の避雷装置。   The lightning arrester of the wind turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 6, wherein the lightning arrester member is provided in the vicinity of a front edge portion of the wind turbine blade. 前記避雷部材は、落雷電流を前記風車翼の表面に沿って流れさせ、前記風車翼に設けられたアース部材に導くダイバータ・ストリップであることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の風車回転翼の避雷装置。   The said lightning protection member is a diverter strip which makes a lightning current flow along the surface of the said windmill blade, and guides it to the earthing member provided in the said windmill blade. Lightning arrester for windmill rotor blades. 前記騒音抑制構造は、前記風車翼の翼先端から翼長の20%までの範囲に適用されたことを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の風車回転翼の避雷装置。   The lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 8, wherein the noise suppression structure is applied to a range from a blade tip of the wind turbine blade to 20% of a blade length. 請求項1〜9のいずれかに記載の風車回転翼の避雷装置を備えたことを特徴とする風力発電装置。   A wind turbine generator comprising the lightning arrester for a wind turbine rotor blade according to any one of claims 1 to 9.
JP2010267716A 2010-11-30 2010-11-30 Lightning arrester for wind turbine rotor blade and wind power generator provided with the same Expired - Fee Related JP5535887B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010267716A JP5535887B2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Lightning arrester for wind turbine rotor blade and wind power generator provided with the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010267716A JP5535887B2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Lightning arrester for wind turbine rotor blade and wind power generator provided with the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012117447A true JP2012117447A (en) 2012-06-21
JP5535887B2 JP5535887B2 (en) 2014-07-02

Family

ID=46500581

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010267716A Expired - Fee Related JP5535887B2 (en) 2010-11-30 2010-11-30 Lightning arrester for wind turbine rotor blade and wind power generator provided with the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5535887B2 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012149569A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Institute Of National Colleges Of Technology Japan Lightning protection method and device for windmill
US8734110B2 (en) 2011-12-09 2014-05-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade
JP7391304B2 (en) 2019-12-27 2023-12-05 島根県 Wind turbine lightning protection device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1047315A (en) * 1996-07-29 1998-02-17 Junichi Hirata Fluid resistance reducing apparatus
JP2001050215A (en) * 1999-08-11 2001-02-23 浩伸 ▲黒▼川 Karman's vortex reducing body
JP2006052719A (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Masahiro Hanai Wind power generation device and blade
JP2007100658A (en) * 2005-10-06 2007-04-19 Ebara Corp Lightning conduction method and lightning conduction device for windmill blade, lightning protection method and lighting protection device for wind power generation device
JPWO2010016125A1 (en) * 2008-08-06 2012-01-12 三菱重工業株式会社 Wind turbine blade and wind power generator using the same

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1047315A (en) * 1996-07-29 1998-02-17 Junichi Hirata Fluid resistance reducing apparatus
JP2001050215A (en) * 1999-08-11 2001-02-23 浩伸 ▲黒▼川 Karman's vortex reducing body
JP2006052719A (en) * 2004-08-13 2006-02-23 Masahiro Hanai Wind power generation device and blade
JP2007100658A (en) * 2005-10-06 2007-04-19 Ebara Corp Lightning conduction method and lightning conduction device for windmill blade, lightning protection method and lighting protection device for wind power generation device
JPWO2010016125A1 (en) * 2008-08-06 2012-01-12 三菱重工業株式会社 Wind turbine blade and wind power generator using the same

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012149569A (en) * 2011-01-19 2012-08-09 Institute Of National Colleges Of Technology Japan Lightning protection method and device for windmill
US8734110B2 (en) 2011-12-09 2014-05-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade
JP7391304B2 (en) 2019-12-27 2023-12-05 島根県 Wind turbine lightning protection device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5535887B2 (en) 2014-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI353411B (en)
EP2412971B1 (en) Fluid machine utilizing unsteady flow, windmill, and method for increasing velocity of internal flow of fluid machine
KR101179277B1 (en) Wind Turbine which have Nacelle Fence
JP5785181B2 (en) Turbine
AU2010266201A1 (en) Shrouded wind turbine with rim generator and Halbach array
RU2601017C1 (en) Wind turbine
KR20140029375A (en) Twin turbine system which follows the wind/water (windtracker) for wind and/or water power
JP5535887B2 (en) Lightning arrester for wind turbine rotor blade and wind power generator provided with the same
US11156204B2 (en) Wind turbine
US9022740B2 (en) Wind turbine rotor blade lightning discharger and wind turbine generator equipped with the same
JP2008082185A (en) Wind power generation device
JP4531036B2 (en) Power generator
US20100143092A1 (en) Power-Generating Turbine in a Rotor-Stator Arrangement
JP4892716B1 (en) Wind power generator
EP3020964B1 (en) Guiding a lightning to a lightning receptor
JP2015166562A (en) Vertical axis drag type wind turbine capable of preventing its overspeed under strong wind and wind power generator
KR20130005845A (en) Wind power generator
JP4931142B2 (en) Wind power generator
JP2013151929A (en) Rotation mechanism with impeller rotating even by slight wind, and power generation mechanism
KR20150096553A (en) Downwind Windpower Generating Apparatus having Swept Blade Tip
RU2314433C2 (en) Rotary windmill
KR101465638B1 (en) Rotor for wind generator
TWM383046U (en) Improved structure of wind-powered electric generator

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121227

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130731

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130806

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131007

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140408

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140423

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5535887

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees