JP2015529305A - 風力タービンブレード - Google Patents

Abstract

風力タービンブレード（１）は、鋸歯状部（６）を備える、風力タービンブレード（１）の後縁部（３）に取り付けられた騒音低減装置を有し、この場合、鋸歯状部（６）及び後縁部（３）は７５?から９０?の角度を有する。

Description

本発明は、鋸歯状部を備える、風力タービンブレードの後縁部に取り付けられた騒音低減装置を有する風力タービンブレードに関する。

風力タービンが稼働し、ローターが回転運動をしているとき、風力タービンブレードは空気力学的な騒音を発生する。一般的に、翼を持ち上げる際の、空気力学的な騒音の元となるメカニズムは、ａ）後縁部において離脱された乱流境界層流、ｂ）分離された境界層及び失速した翼流、ｃ）層流境界層の不安定性による渦の離脱、ｄ）鈍な後縁部からの渦の離脱、に分類される。

空気力学的な騒音の主たる発生源は、風力タービンブレードにおける外側の翼長の後縁部にあることが解明された。驚くべき発見は、ブレード先端部からの騒音は重要性が低いということであった。ブレードによって発生された騒音は、ブレードにおける風速（即ち回転速度）に比例していることも解明された。

騒音は、風力タービンを居住領域のどれくらい近くに建設することができるか、そして風力タービンのローターをどれくらいの回転周波数で回転させることができるかということに制限を課す。

空気力学的な騒音を低減するために、設計段階において風力タービンブレードを最適化することが広く知られている。騒音低減装置を風力タービンブレードの後縁部に、改造部品として又は製造後に取り付けることが、風力タービン産業において広く知られている。騒音低減装置に関する１つの実施例は、風力タービンブレードの後縁部に取り付けられた、改造パッケージの一部分としての鋸歯状のプラスチック製プレートである。

ウィングレットを有する風力タービンブレードの取り付け又は製造は、風力タービンブレードから騒音を低減させるための別の手段である。

欧州特許出願公開第１３１４８８５号明細書は、風力タービンローターブレードのための、フレキシブルな鋸歯状の後縁部を開示する。既存の風力タービンローターの効率を改良するために、風力タービンブレードの後縁部の少なくとも一部分に鋸歯状のパネルを取り付けることが提案されている。鋸歯状の後縁部を使用することによって、揚力面における揚力特性及び抗力特性を改良することができる。

欧州特許出願公開第０６５２３６７号明細書は、鋸歯状の形態を有する後縁部を備える風力タービンを提案している。この形態を得るために、ローターブレードの後縁部に固定された、鋸歯状に形成された条片を使用することができる。

米国特許出願公開第２００８／０１６６２４１号明細書は、剛毛部を有する風力タービンブレードブラシ、又は風力タービンブレードの外側表面に配置されたブラシ部を開示する。剛毛部の機能は、騒音低減効果を得ることにある。剛毛部は、ブレードの長手方向に沿って少なくとも１列に配置されているか、又は後縁部の近傍に配置されている。

独国特許発明第１０３４０９７８号明細書も同様に、後縁部に取り付けられたブラシ部を有する風力タービンブレードを開示しており、この場合、ブラシ部の単繊維が分岐している。ブラシ部の分岐部は、フクロウの羽を模倣している。

高効率な騒音低減装置を有する風力タービンブレードを提供することが本発明の目的である。

本発明によれば、上述の目的は、上述のように規定された風力タービンブレードにおいて、鋸歯状部及び後縁部が７５°から９０°の角度を有することによって達成される。

本発明は、鋸歯状の後縁部を使用することによって空気力学的な騒音が著しく低減されるという発想に基づくものであり、当該鋸歯状の後縁部は、従来型の三角形状の鋸歯状部に比較して、改良された形状及び寸法を有する鋸歯状部を有している。鋸歯状部と後縁部との間における角度が特に重要である。出願人によって"DinoTails"として販売されている、例えば鋸歯状のプラスチックプレート等の従来型の鋸歯状部では、鋸歯状部と後縁部との間の角度は４５°から５５°である。しかしながら、後縁部とともに７５°から９０°の角度を成す改良された鋸歯状部を使用することが、騒音低減効果のために有益である。空気力学的な騒音を低減するためには、空気流に対してほぼ平行に伸びる鋸歯状の縁部を有することが有利であると、シミュレーション及び実験によって示されている。

本発明の風力タービンブレードにおける好ましい実施形態によれば、上記角度は８０°から９０°である。上記角度を７５°から９０°とすることが特に好ましい。一般的に、９０°に近い角度を有する鋸歯状部を使用することが好ましい。

空気力学的な騒音の放射を更に低減するために、鋸歯状部が、その先端部及び／又はその切り込み部に曲線形状を有することが考えられる。鋭利な縁部が回避されると、滑らかな空気流が達成され、これにより不所望な空気力学的な騒音の発生を抑制する。

同様に、鋸歯状部が、その両側面部に向かって減少する厚さを有することが考えられる。従って、空力抵抗が低減され、最適な騒音低減が達成される。

本発明の風力タービンブレードにおける更なる改良によれば、鋸歯状部は、風力タービンブレードにおける翼弦の１５％から２５％の長さを有し、好ましくは、当該長さは翼弦の約２０％である。

本発明によれば、鋸歯状部は、風力タービンブレードの翼長のうち、約７５％から９５％に亘る区分に配置されている。この区分は、鋸歯状の後縁部を使用することによって空気力学的な騒音を低減するために、特に重要あることが解明された。

鋸歯状の後縁部の製造を単純化するために、鋸歯状部は、３Ｄプリンターにより作製されることが考えられる。この製造技術は、鋸歯状部に固有の剛性を付与することを可能にする。択一的に、鋸歯状部は、注型プラスチックから形成されているか、又はプレートから切り抜きされ且つ機械加工されている。

本発明は更に風力タービンに関し、当該風力タービンは、タワーと、ローター軸及びハブを有する発電機であって、ハブに風力発電ブレードが接続されている発電機と、を備えている。

本発明の風力タービンは、上述した本発明に係る風力タービンブレードを備える。

下述する好ましい実施形態の詳細な説明を考慮することで、本発明及びその基本的な原理がより理解される。

本発明に係る風力タービンブレードの上面図である。 鋸歯状部を備える後縁部の上面図である。 鋸歯状部を備える後縁部の詳細な斜視図である。

図１は、ブレード根元部２を有する風力タービンブレード１の上面図であり、ブレード根元部２は、発電機の一部分であるローターのハブに接続される。更に、風力タービンブレード１は、後縁部３、前縁部４、先端部５を備える。

後縁部３に、鋸歯状部６の形態での騒音低減装置が取り付けられている。当該鋸歯状部６は、風力タービンブレード１の翼長の、約７５％から９５％に亘って延びる区分に配置されている。

図２は鋸歯状部６の詳細を示しており、図３は、複数の鋸歯状部６を備える後縁部３の斜視図である。図２において、鋸歯状部６は、鳥の羽に類似した滑らかな形状を有していることが理解できる。典型的には、鋸歯状部の長さは、翼弦の約２０％に相当する、６５ｍｍから３００ｍｍの範囲内にある。鋸歯状部の縁部７は、空気力学的な騒音を低減するために、空気流に対してほぼ平行に伸びている。結果的に、鋸歯状部６及び後縁部３は、８５％から９０％の角度を有する。

鋸歯状部６を備える騒音低減装置は、鋸歯状部６及び後縁部３の間の角度αを形成するように鋸歯状部６を形成することによって最適化され、これにより騒音低減がより最適化される。

鋸歯状部６は、その先端部８及びその切り込み部９で曲線形状を有する。更に、鋸歯状部６は、その外側端部、即ちその先端部８に向かって減少する厚さを有する。更に、鋸歯状部６は、その両側面部１０，１１に向かって減少する厚さを有する。減少する厚さを有するとともに曲線形状を有する結果として、風力タービンブレード１の回転中において、騒音放射だけでなく空力抵抗も低減される。

図３において、後縁部３は基部プレート１２を備えており、当該基部プレート１２から、多数の平行な鋸歯状部６が延在している。

本実施形態において、鋸歯状部６は、３Ｄプリンターにより作製される。この製造技術を使用することによって、必要な場合に、僅かに異なる寸法及び僅かに変化する剛性を有する鋸歯状部６を製造することができる。鋸歯状部６及び基部プレート１２は、プラスチック材料から製造される。例えば注型プラスチック又は鋳造金属、特にアルミニウム若しくは鋼などの別の材料であってもよい。

改良された形状を有する鋸歯状部６を備える後縁部３の使用は、風力タービンブレード１の回転中における騒音放射を低減する。結果として、上述のような風力タービンブレード１を備えた風力タービンを、居住領域の近くに建設することができる。

本発明は、好ましい実施形態を参照しながら詳細に説明されているが、本発明は、開示された実施例によって制限されるものではなく、当業者は、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上述の実施例から別の変形例を導くことができる。

Claims (10)

1. 鋸歯状部（６）を備える、風力タービンブレード（１）の後縁部（３）に取り付けられた騒音低減装置を有する風力タービンブレード（１）であって、
   前記鋸歯状部（６）及び前記後縁部（３）は、７５°から９０°の角度を有することを特徴とする、風力タービンブレード。
2. 前記角度は、８０°から９０°、好ましくは８５°から９０°であることを特徴とする、請求項１記載の風力タービンブレード。
3. 前記鋸歯状部（６）は、その先端部（８）及び／又はその切り込み部（９）に曲線形状を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の風力タービンブレード。
4. 前記鋸歯状部（６）は、その外側端部に向かって減少する厚さを有することを特徴とする、請求項１から３までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
5. 前記鋸歯状部（６）は、その両側面部に向かって減少する厚さを有することを特徴とする、請求項１から４までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
6. 前記鋸歯状部（６）は、前記風力タービンブレード（１）の翼弦の１５％から２５％、好ましくは約２０％の長さを有することを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
7. 前記鋸歯状部（６）は、前記風力タービンブレード（１）の翼長の、約７５％から９５％に亘って延びる区分に配置されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
8. 前記鋸歯状部（６）は、３Ｄプリンターにより作製されることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
9. 前記鋸歯状部（６）は、注型プラスチックから製造されるか、又はプレートから切り抜かれ且つ機械加工されることを特徴、請求項１から７までのいずれか１項記載の風力タービンブレード。
10. タワーと、
    ローター軸及びハブを有する発電機であって、前記ハブに風力タービンブレードが接続されている発電機と、を備える風力タービンであって、
    請求項１から９までのいずれか１項記載の風力タービンブレード（１）を備えることを特徴とする風力タービン。

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