JP2016169703A - Aseismic base isolation vertical shaft windmill - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、免震縦軸風車に係り、縦軸風車の回転時に生じる、支持枠体の震動を抑止して、ロータの回転効率を高めるようにした、免震縦軸風車に関する。 The present invention relates to a seismic isolation vertical axis wind turbine, and more particularly to a seismic isolation vertical axis wind turbine that suppresses the vibration of a support frame that occurs when the vertical axis wind turbine rotates, thereby increasing the rotational efficiency of a rotor.
高層の支持枠体に、ロータを多層状に配設した縦軸風車は、特許文献1及び2に開示されている。
前記、特許文献1に記載の発明は、支持枠体に支持された1本の縦主軸に、複数のロータを、多層状に配設したものである。
特許文献2に記載の発明も、支持枠体に支持された1本の縦主軸に、複数のロータを多層状に配設し、縦主軸に撓み防止手段を施したものである。
これらの発明においては、微風時でもロータの回転効率が高く優れており、支持枠体をワイヤロープ等で四方から緊張して固定保持すれば、ロータの回転に伴う遠心力によって、支持枠体全体が震動しても、ある程度ワイヤロープの弛みを防止することができる。しかし、支持枠体全体の震動を抑制する方法が切望されているところである。
本発明は、この問題を解決することを目的としている。
In the invention described in
In the invention described in
In these inventions, the rotational efficiency of the rotor is high and excellent even in light winds, and if the support frame is tensioned from four sides with a wire rope or the like and fixed and held, the entire support frame is caused by the centrifugal force accompanying the rotation of the rotor. Even if it vibrates, it is possible to prevent the wire rope from loosening to some extent. However, there is an urgent need for a method for suppressing the vibration of the entire support frame.
The present invention aims to solve this problem.
本発明の具体的な内容は、次の通りである。 The specific contents of the present invention are as follows.
(1)複数の横枠体を、複数の柱体で立体に組まれた支持枠体の中央部で、垂直に支持された1本の縦主軸にロータが固定され、縦主軸の下端部を発電機に連結した風車において、縦主軸の上端部は通常に支持され、回転に伴う縦主軸の震動は、上端部を中心に下方部分が震動するものとし、発電機は免震手段を介して基盤に支持され、全体の震動を抑制する免震縦軸風車。 (1) A rotor is fixed to one vertical main shaft that is vertically supported at a central portion of a support frame body in which a plurality of horizontal frame bodies are three-dimensionally assembled with a plurality of pillars, and a lower end portion of the vertical main shaft is In the wind turbine connected to the generator, the upper end of the vertical main shaft is normally supported, and the vertical main shaft vibration accompanying the rotation is that the lower portion vibrates around the upper end, and the generator is A base-isolated vertical wind turbine that is supported by the base and suppresses the overall vibration.
(2)前記縦主軸が連結された発電機の上部は、免震手段を介して基礎横枠体に支持されている前記(1)に記載の免震縦軸風車。 (2) The seismic isolation vertical wind turbine according to (1), wherein the upper part of the generator to which the vertical main shaft is coupled is supported by a foundation horizontal frame body via a seismic isolation means.
(3)前記横枠体は、平面視で複数の枠材で枠形に組まれ、その中央部に支持杆を介して免震手段を固定し、その中心部に縦主軸を支持するベアリングが固定され
ている前記(1)に記載の免震縦軸風車。
(3) The horizontal frame is assembled in a frame shape with a plurality of frame members in plan view, and a bearing for supporting the vertical main shaft at the center is fixed to the central portion via a support rod. The seismic isolation vertical wind turbine according to (1), which is fixed.
(4)前記縦主軸を支持するベアリングは、アンギュラ玉軸受か自動調心玉軸受、またはその組合わせ、他の転がり軸受との組合わせ等のいずれかである前記(1)〜(3)のいずれかに記載の免震縦軸風車。 (4) The bearing that supports the longitudinal main shaft is any of an angular ball bearing, a self-aligning ball bearing, a combination thereof, a combination with other rolling bearings, and the like. The seismic isolation vertical axis windmill according to any one of the above.
(5)前記支持枠体は、その隅部に設けられた柱体に、外側から固定された弾性傾斜支柱により、震動が吸収されるようにされた前記(1)〜(4)のいずれかに記載の免震縦軸風車。 (5) The support frame body according to any one of (1) to (4), wherein a vibration is absorbed by an elastic inclined column fixed to the column body provided at the corner from the outside. The seismic isolation vertical axis windmill described in 1.
(6) 前記弾性傾斜支柱は、L字型鋼材とし、凸部を外向きとして支持枠体の支柱に取付ける前記(1)〜(5)のいずれかに記載の免震縦軸風車。 (6) The seismic isolation vertical axis wind turbine according to any one of (1) to (5), wherein the elastic inclined column is an L-shaped steel material and is attached to the column of the support frame with a convex portion facing outward.
本発明によると、次のような効果が奏せられる。 According to the present invention, the following effects can be obtained.
前記(1)に記載の発明においては、縦主軸の下端部を連結した発電機が、免震手段を介して基盤に支持されているので、回転時に縦主軸が震動しても、その震動は免震手段に吸収されて、縦主軸を支持している支持枠体が、震動することが抑止される。
すなわち、縦軸の上部が震動すると全体が震動を増幅するので、縦主軸の上端部は、免震手段を使用していない通常の横枠体に支持されて、固定されている状態であり、すなわち、縦主軸が震動しても、固定されている上端部を中心に下方の部分が震動することになり、発電機は免震手段で震動が吸収されるので、全体の震動が抑制され、支持枠体の上部が震動することが抑止される。
In the invention described in (1) above, since the generator connected to the lower end of the longitudinal main shaft is supported by the base via the seismic isolation means, even if the longitudinal main shaft vibrates during rotation, the vibration is not The support frame body, which is absorbed by the seismic isolation means and supports the longitudinal main shaft, is prevented from shaking.
That is, when the upper part of the vertical axis vibrates, the whole amplifies the vibration, so the upper end of the vertical main shaft is supported and fixed by a normal horizontal frame that does not use seismic isolation means, That is, even if the vertical main shaft vibrates, the lower part will vibrate around the fixed upper end, and the generator absorbs the vibrations by the seismic isolation means, so the whole vibration is suppressed, The upper part of the support frame is prevented from shaking.
前記(2)に記載の発明においては、発電機の上部が、免震手段を介して基礎横枠体に支持されているので、縦主軸の回転に伴って発生する震動が吸収されて、基礎部分に震動が伝わりにくい。 In the invention described in (2) above, since the upper part of the generator is supported by the foundation horizontal frame body via the seismic isolation means, the vibration generated with the rotation of the longitudinal main shaft is absorbed, and the foundation The vibration is difficult to be transmitted to the part.
前記(3)に記載の発明においては、縦主軸を支持する横枠体は、平面視で枠材を枠形に組まれ、その中央部に支持杆を介して免震手段を固定し、その中心部に、縦主軸を支持するベアリングが固定されているので、ベアリングを介して内枠体が震動しても、その外側部にある免震手段によって、震動が吸収されるため、支持枠体の震動が抑止される。 In the invention described in (3), the horizontal frame that supports the longitudinal main shaft is constructed by framing the frame material into a frame shape in plan view, and the seismic isolation means is fixed to the center via a support rod. Since the bearing that supports the vertical main shaft is fixed in the center, even if the inner frame vibrates via the bearing, the vibration is absorbed by the seismic isolation means on the outer side, so the support frame The vibration is suppressed.
前記(4)に記載の発明において、縦主軸を支持するベアリングは、アンギュラ玉軸受か自動調心玉軸受、またはその組合わせ、他の転がり軸受け等との組合わせのいずれかであるので、風車の型式、現地の風況その他に適するベアリングを使用して効率の良い免震縦軸風車とすることができる。 In the invention described in (4) above, the bearing that supports the longitudinal main shaft is either an angular ball bearing, a self-aligning ball bearing, or a combination thereof, or a combination with other rolling bearings. By using bearings suitable for the model, local wind conditions, etc., an efficient seismic isolation vertical wind turbine can be obtained.
前記(5)に記載の発明においては、支持枠体の隅部における柱体に、外側から弾性傾斜支柱を固定してあるので、支持枠体が縦主軸の震動を受けても、弾性傾斜支柱が自ら撓み、支持枠体の震動惹起は抑止される。 In the invention described in (5), since the elastic inclined column is fixed to the column at the corner of the support frame from the outside, the elastic inclined column is supported even if the support frame is subjected to the vibration of the longitudinal main shaft. Will be bent by itself and the vibration of the support frame will be suppressed.
前記(6)に記載の発明において、弾性傾斜支柱は、L字型鋼材を使用し、凸部を外向きとして支持枠体の支柱に取付けるので、軽量、長尺の型材でも、弾性に優れ、作業性にも優れている。 In the invention described in the above (6), the elastic inclined column uses L-shaped steel material and is attached to the column of the support frame body with the convex portion facing outward. Therefore, even a lightweight, long type material is excellent in elasticity. Excellent workability.
以下本発明を、図面を参照して説明する。 The present invention will be described below with reference to the drawings.
図1に示すように、縦軸風車1は、複数の柱体2、2によって、複数の横枠体3、3A、3Bを層状に組合わせた、立体の支持枠体4を備えている。
支持枠体4は、平面視で複数の枠材を方形枠形に形成されているが、横枠体3は、平面視で円形または環状でも構わない。複数の横枠体3を連結するのに、4本の柱体2が使用されているが、3本とすることでも可能で、その数は限定されない。
As shown in FIG. 1, the
Although the
柱体2として長尺物を使用するときは、例えばL字型鋼材を凸部を外向きとし、横枠体3の四隅における型鋼の柱体2に外から被着して、ボルト留めをする。柱体として短尺杆を使用する時には、横枠体3の四隅の柱取付部3cに嵌合させてボルト留めする。
When a long object is used as the
図1において、基盤Gは、セメントコンクリートとし、基礎柱体2Aを固定する。
発電機5を支持する免震手段6は、支持台6Aの下に、複数の、例えば防震ゴムやコイルスプリング等の、任意の弾性体6Bを配設して構成されている。
基礎柱体2Aの外側に、支持枠体2を外側部から支持させる固定傾斜支柱7と、弾性傾斜支柱8をボルト19で固定する。
In FIG. 1, the base G is cement concrete and fixes the
The seismic isolation means 6 that supports the
A fixed
支持枠体4の中間の横枠体3Aは、図2に示すように縦枠材3aと横枠材3bとで、平面視で方形の一体に形成されたものが示されているが、環状とすることもある。その中央部に、免震手段9が、複数の支持杆10で支持されて、免震横枠体3Aとされている。四隅部に柱体2を嵌合させる柱取付部3cが突設されている。
As shown in FIG. 2, the
免震手段9は、図2に示すように、外枠体9Aの中に、内枠体9Bを弾性体9Cを介して支持して構成されている。内枠体9Bの内部に、縦主軸11を支持するベアリング12が嵌装されている。
As shown in FIG. 2, the seismic isolation means 9 is configured by supporting an
免震手段9の弾性体9Cは、例えば弾性のある防震ゴムで、全方向からの震動に対応可能に、例えば、5個が内枠体9Bから放射方向へ向いて、外枠体9Aの内側に配設されている。縦主軸11に生じて、内枠体9Bに与えられる震動は、弾性体9Cによって吸収されて、震動が支持枠体4に伝わりにくい。
The
縦主軸11の下端部は、発電機5に連結されている。4本の基礎柱体2Aの上に、基礎横枠体3Bが水平に固定されている。図3に示すように、基礎横枠体3Bは、縦枠材3aと横枠材3bとで、平面視で方形に組成されているが、半円弧状の枠体によって、平面視で環状のものとすることもできる。
A lower end portion of the vertical
基礎横枠体3Bの内側中央部に、複数の水平な支持杆10を介して、発電機5の直径よりも大寸の、支持環体10Aが固定されている。
支持環体10Aと発電機5との間に、免震手段9Aの弾性体(例えば防震ゴム)を介在させて、発電機5が、縦主軸11の震動によって震動しても、支持枠体4に伝わらないようにされている。
A
Even if the
縦主軸11は、その上端を、支持枠体4の上端に配置された横枠体3のべアリング12によって、回転可能に支持されている。ベアリングは免震手段を介在されていないので、縦主軸11を特定位置に固定する役割をもつ。縦主軸11がロータ13の回転によって震動しても、縦主軸11は、支持枠体4の頂上の横枠体3を中心に下方の部分が振動することになる。
The vertical
ベアリングは、アンギュラ玉軸受か自動調心玉軸受を用いるのがより好ましい。アンギュラ玉軸受は、縦主軸11の震動によって生じるアキシャル荷重を受けることができ、自動調心玉軸受は、免震手段6の内枠体9Bが傾いても、自動的に調整され、縦主軸11の軸心のずれを防ぐことができる。
It is more preferable to use an angular ball bearing or a self-aligning ball bearing as the bearing. The angular ball bearing can receive an axial load caused by the vibration of the
縦主軸11の下部は、免震手段9Aに支持された発電機5に連結されているので、縦主軸11の下部が震動しても、免震手段9Aに吸収されることとなり、縦主軸11の上部は震動しにくい。
Since the lower part of the vertical
加えて、支持枠体4の上部の外角隅部分は、4隅の弾性傾斜支柱8によって、震動が抑止されているので、縦主軸11の上部は震動が抑止され、支持枠体4の上部も震動が抑止される。
In addition, the outer corners of the upper part of the
縦主軸11には、上下方向に一定の間隔を開けて、ロータ13が配設されている。
ロータ13は、上下端部を縦主軸11方向へ傾斜する傾斜部14Aとした、縦長の揚力型ブレード14(以下単にブレードという)を、支持腕15を介して、縦主軸11に装着されている取付板16に、着脱可能に固定して形成されている。
A
The
ブレード14は、縦主軸11を挾んで対称的に配設されている。ブレード14の枚数は限定されないが、枚数が多い場合には、高速回転時に、先行のブレード14によって生じる乱気流を、追行するブレード14が受けて全体として失速する。
The
ブレード14が1枚の場合、縦主軸11に対する回転バランスが良くなく、震動の原因になる。縦主軸11にロータ13を多層状に配設するときは、上下のブレード14が重ならないように、ブレード14の位相をバランスよく変えて配置する。
When there is one
ロータ13は、図1においては3層に配設されているが、これより層数が増加すると、気流の速度が上下で異なるため、上下のロータ13間で回転速度に違差が生じやすい。基盤Gの位置が高くて、比較的高速風の吹く場所においては、ロータ13の3層配設は、効率のよい高速回転をする。
The
ブレード14は、弦長が長くて、受風面積が大きく、回転効率を高いものとしてある。回転に伴い、ブレード14の前縁に当る相対流は、内外側面に沿って後縁方向へ流動する過程で、コアンダ効果により、外側面に負圧が生じ、ブレード14の回転軌跡内の気流が、外側へ吸引されて、ブレード14の内側面が前縁外方向へ押され、回転効率が高まる。
The
また、ロータ13が高速回転をすると、縦主軸11部分に近い部分よりも、ブレード14の外側面の、回転周速が大であるため、流体の粘性によって、外側面に沿って回転する気体は、内側部よりも負圧となり、ブレード14の回転軌跡内の気流が、外側方向に引かれて、内部が負圧となる。
Further, when the
それによって、風流以外の周囲の気流が、この負圧となる回転軌跡内に吸引されて、相対的に気流の量が増加し、ロータ13の回転効率が高められ、ブレード14は、風速以上の速度をもって回転する。
As a result, the surrounding airflow other than the wind flow is sucked into the rotation trajectory that becomes this negative pressure, the amount of the airflow is relatively increased, the rotational efficiency of the
そのため、支持枠体4を頑強に形成しても、ブレード14の高速回転に伴う遠心力によって、縦主軸11が震動し、これを支持する支持枠体4が震動するため、ワイヤ等で支持枠体4を強く緊張しておいても、緩んだり縦主軸11が撓み、震動が、基盤Gから他所へ伝わり、低周波が発生する等の事態が生じかねない。
Therefore, even if the
しかし、図1においては、上端の免震横枠体3Aには、免震手段9を介して、縦主軸11の上端部を支持してあるので、ロータ13の高速回転に伴う震動が生じても、免震手段9によって震動が吸収され、支持枠体4の震動が抑止される。
免震手段9を備える免震横枠体3Aは、頂上を除く他の横枠体3、3Bに対しても適用しても構わない。
However, in FIG. 1, since the upper end of the vertical
The seismic isolation
基盤G上に配置した発電機5から、縦主軸11が立設されている風車においては、縦主軸11の震動が、発電機5を経て基盤Gを震動させる。
図1において、発電機5を載置した支持台6Aの下に、公知の防震ゴムか、あるいはコイルスプリング等からなる弾性体6Bを、基盤G上に配設して、免震手段6とされている。
In the wind turbine in which the vertical
In FIG. 1, an
これによって、縦主軸11の回転に伴う震動が、発電機5に伝えられたとしても、免震手段6によって震動が吸収されるので、基盤Gへの震動伝播が抑止される。
この場合、その他の横枠体3を、免震横枠体3Aと同じく、免震手段9を具備させると、縦主軸11に対する震動抑止の効果は大となる。
As a result, even if the vibration associated with the rotation of the longitudinal
In this case, if the other
基礎横枠体3Bは、四方向から固定傾斜支柱7によって支持されているので、支持枠体4の基礎部分は、震動しにくく堅固となっている。支持枠体4の上層部については、四隅に弾性傾斜支柱8が固定されているので、これによって震動が吸収されて震動が抑止される。
Since the foundation
弾性傾斜支柱8は、下端部から上端部にかけて内向きに湾曲して、上端部が支持枠体4に、寄りかかったように設定されている。支持枠体4が震動すると、震動の強さに対応して、弾性傾斜支柱8に水平方向の撓みが生じ、震動が吸収される。
また、弾性傾斜支柱8を例えばL字型鋼材として、凸部を外向きに使用すると、外方向への撓みが生じにくいため、ある程度長尺の物でも対応させることができる。
The elastic
Further, when the elastic
このように、支持枠体4の基礎部分においては、基礎横枠体3Bと基礎柱2Aと固定傾斜支柱7とで、堅固に枠組みされており、その上に一体に固定される支持枠体4も、外側に固定した複数の弾性傾斜支柱8によって、震動が抑止される。
As described above, in the base portion of the
縦主軸11を立設する発電機5も、免震手段6で基盤Gに支持され、縦主軸11の上端も、免震横枠体3Aの免震手段9によって震動が抑止されるので、ロータ13が高速回転しても、支持枠体4や縦主軸11の震動が生じにくい免震縦軸風車1となる。
The
図5は、免震手段の実施例2を示す正面図である。前例と同じ部材には、同じ符号を付して説明を省略する。
この図5においては、図1における支持枠体4を省略してある。
FIG. 5 is a front view showing Example 2 of the seismic isolation means. The same members as those of the previous example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
In FIG. 5, the
図5において、基盤Gに、免震手段6を介して発電機5が支持されている。免震手段6は、発電機5の支持台6Aの下に、防震ゴムからなる弾性体6Bを挾設して構成されている。
頂上の横枠体3の軸受のベアリング12には、縦主軸11が支持されている。
In FIG. 5, the
A vertical
基礎横枠体3Bにおいては、弾性体9Aによって発電機5の上部を周囲から支持されているので、発電機における震動が吸収される。支持枠体4の頂上の横枠体3の軸受に免震手段を使用するときは、弾性の低反発なものを使用する。
In the foundation
本発明においては、縦主軸11を支持している発電機5の下端部を、免震手段6Bで支持してあるので、ロータ13の高速回転に伴って生じる縦主軸11の震動は、免震手段6Bにより吸収される。
支持枠体4の震動と、これによるロータ13の回転ロスとを緩和することができるので、回転効率の高い風車が形成され、効率の高い発電をさせる風力発電機とすることができる。
In the present invention, since the lower end portion of the
Since the vibration of the
1.免震縦軸風車
2.柱体
2A.基礎柱体
3.横枠体
3A.免震横枠体
3B.基礎横枠体
3a.縦枠材
3b.横枠材
3c.柱取付部
4.支持枠体
5.発電機
6.免震手段
6A.支持台
6B.弾性体
7.固定傾斜支柱
8.弾性傾斜支柱
9.免震手段
9A.外枠体
9B.内枠体
9C.弾性体
9D.免震手段
10.支持杆
10A.支持環体
11.縦主軸
12.ベアリング
13.ロータ
14.揚力型ブレード
14A.傾斜部
15.支持腕
16.取付板
17〜19.ボルト
G.基盤
1. 1. Seismic isolation vertical axis windmill Column 2A. 2. Basic column
10.Supporting cage
10A. Support ring
11. Vertical spindle
12. bearing
13. Rotor
14. Lift type blade
14A. Slope
15. Support arm
16. Mounting plate
17-19. Bolt G. Foundation
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