JP2019049203A - ロータブレードとこれを備える横軸水車 - Google Patents

Abstract

【課題】 ブレードの翼根及び翼端の両方向から、ブレードの長さの中間方向へ流体を集合させて、後縁方向へ多量の流体を通過させ、その反作用により回転効率を高めるようにした、ロータブレードを提供する。
【解決手段】正面視で翼根２から翼端方向へ次第に弦長を大とし、最大弦長部４を基点として、翼端を前向傾斜とした前向傾斜部６とし、弦方向に平坦な前面を、前縁７から後縁８へかけて後面寄りに傾斜させるとともに、側面視で主部５から翼根２の基端部へかけて次第に厚くして厚基部としてある。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ブレードの径方向の中間部に流体を寄せ集めて、合流した多量の流体を、高速で通過させるようにした厚基部ロータブレードと、これを備える横軸水車に関する。

先端に前向傾斜部が形成されている水車用ロータブレードは、例えば特許文献１に開示されており公知である。

特開２００８−１９６４２５号公報

特許文献１に記載の発明における前向傾斜部は、回転時に翼根方向から翼端方向へ移動する水流を前向傾斜部で抑止し、前向傾斜部の後縁先端部から、水流を遠心方向へ通過させるものである。
本発明は、遠心方向へ通過する水流を、ブレードの径方向の中間部分に寄せるとともに、翼根部分から効率良く水流を中間部分に集めて、合流する多量の水流を高速で通過させるようにしたロータブレードと、これを備える横軸水車を提供することを目的とするものである。

本発明は前記課題を解決するために、次のような技術的手段を講じたものである。

（１）正面視において、翼根から翼端方向へかけて次第に弦長を大とし、最大弦長部を基点として、翼端を前向き傾斜とした前向傾斜部とし、かつ弦方向に平坦である前面を、前縁から後縁にかけて、後面方向に傾斜させるとともに、側面視で主部から翼根の基端部へかけて次第に厚肉として厚基部としてあるロータブレード。

（２）前記、ブレードの後面は、前縁部は厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてある前記（1）に記載のロータブレード。

（３）前記、最大弦長部分の位置は、翼端から最大弦長部までの長さの位置としてある前記（1）または（2）に記載のロータブレード。

（４）前記、前向傾斜部の傾斜角度は、ブレードの主部の厚さの中心線に対して４５°±５度としてある前記（1）〜（3）のいずれかに記載のロータブレード。

（５）前記、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に向かって湾曲している前記（1）〜（4）のいずれかに記載のロータブレード。

（６）前記、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さより大である前記（1）〜（5）のいずれかに記載のロータブレード。

（７）前記（1）〜（6）のいずれかに記載のロータブレードを備える横軸ロータをもって、発電機を回転させるようにした横軸水車。

本発明によると、次のような効果が奏せられる。

前記（1）に記載の発明においては、翼端が主部のほぼ中間で傾斜しており、回転により、遠心方向へ移動しようとする水流は傾斜部で抑止され、また翼根の基端部は厚さが厚いため、翼根部分から主部の中間方向へ水流が移動し、ここで合流した多量の水流は、高速となって通過するので、回転効率が高まる。

前記（2）に記載の発明において、ロータブレードの後面は、前縁部が厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてあるので、回転時に前面よりもコアンダ効果によって高速で通過し、反作用でロータブレードの回転効率を高める。

前記（3）に記載の発明においてロータブレードの最大弦長部分は、翼端から最大弦長の長さ部分の位置としてあるので、ここを基点として傾斜する前向傾斜部の面積が大きく設定され、これによって後縁方向へ通過する水量は多く、回転効率を高める。

前記（4）に記載の発明において、前向傾斜部の傾斜角度は、ロータ軸に対して４５度±５度としてあるので、回転時に前向き傾斜部の前面から遠心方向へ通過しにくく、後縁方向へ通過するので、通過した水流による反作用が大きく、回転効率を高める。

前記（5）に記載の発明において、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に湾曲しているので、回転時に水流を抱え込むことによって、翼端方向への散逸が抑止される。

前記（6）に記載の発明において、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さより大としてあるので、翼根の基端方向に当たる水流は、主部方向に移動し合流して後縁方向へ通過して、回転効率を高める。

前記（7）に記載の発明においては、横軸水車の横軸ロータのロータブレードとして前記（1）〜（6）に記載のいずれかのロータブレードを配設したので、水流をよく集合させて、高いトルクを生みだして発電機を回転させるので、効率のよい発電をさせることができる。

本発明のロータブレードの正面図である。 同じく右側面図である。 同じく平面図である。 図１におけるIV−IV線断面図である。 図１におけるV−V線断面図である。 図１におけるVI−VI線断面図である。 図１におけるVII−VII線断面図である。 図１におけるVIII−VIII線断面図である。 図１におけるIX−IX線断面図である。 図１におけるX−X線断面図である。

本発明の一実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示す本発明のロータブレード１（以下単にブレードという）は、ロータのハブ９の周面に、例えば２〜６枚を等間隔に固定して使用に供される。

各ブレード１は、正面視で翼根２Ａから翼端３へかけて、弦長を次第に大とし、最大弦長部４から翼端３へかけて、先尖り状とされている。
図２に示すようにブレード１は、側面視において、基部である翼根２Ａは、主部５の厚さの少なくとも１．５倍、好ましくは２倍近い厚さを有し、かつ主部５の最大弦長部４と翼根２Ａとの中間へ向けて、次第に薄くなるように前後面を傾斜させた厚基部２とされている。

厚基部２の基部を厚くする理由は、この厚基部正面２Ｂに当たるＷＢ矢示の水流を、主部正面５Ａの方へ速く移動させるためであり、主部正面５Ａに集めた水流を図１における後縁８方向へ纏めて通過させることによって、ブレード１の回転効率を高めることができる。

前記最大弦長部４は、翼端３から翼根２Ａに向かって最大弦長の８０％ほどの長さの位置に設定されている。その最大弦長部４を基点として、先端部分は、主部５の厚さ方向の中心面Ｓに対し、４５°±５度の範囲で前向きに傾斜されて、前向傾斜部６が形成されている。

この角度より翼端３が、中心面Ｓの方向に開いている場合は、前向傾斜部６で流体を主部５の方へ囲い込むという本発明の目的に合わなくなり、また、この角度より狭く傾き過ぎると、最大弦長部４の方へ集めようとする流体の量が、減少することになる。

図３は、ブレード１の平面図である。前向傾斜部６は、主部５から大きく前方へ突出している。またハブ９に対する前向傾斜部６の傾斜角度は約９度で示してあるが、この角度は厚さによって適宜変化させる。

図４は図１におけるIV−IV線断面図で、前向傾斜部６なので薄く形成されている。図５は、図１におけるV−V線断面図で、傾斜部６の基部にあたるので、やや厚さが厚くなっている。
図６は、図１におけるVI−VI線断面図で、ここは最大弦長部４にあたっており厚さも厚くなっている。図７は、図１におけるVII−VII線断面図で、主部５の先方部なので弦長が狭くなってきている。
図８は図１におけるVIII−VIII線断面図で、厚さは厚くなり、弦長は狭くなってきている。図９は図１におけるIX−IX線断面図で、弦長が最大弦長部のほぼ３分の２になり、厚みは主部５の二倍近くになって略鶏卵のような形になって、堅固になっている。図１０は図１におけるX−X線端面図で剛性が持たされている。

図８に示すように、ブレード１の主部５は、図１におけるVIII−VIII線部分から正面５Ａが、前縁７から後縁８へかけて後面方向へ傾斜し始めている。
またその傾斜角度は、翼根２Ａの方から翼端３へ至るに従って、次第に傾斜度を高めている。そのことは、主部５の方から翼端３の方へ、流体が移動しにくいことを意味している。

図２において、左の方向からブレード１の前面に流体が当たると、ブレード１は回転する。流体ＷＡ矢示が、前向傾斜部６の傾斜正面６Ａに当たると、ブレード１は前縁７方向へ回転する。
また、ブレード１の厚基部正面２Ｂに当たった流体ＷＢ矢示は、最大弦長部４の方向に滑って移動し、前向傾斜部６の方から移動するＷＡ矢示の流体と合流する。

その結果、主部正面５Ａに集合した流体は、図１に示す主部５の前縁７から後縁８方向へ通過し、その強い反作用によりブレード１は前縁７方向へ回転させられる。従ってこのブレード１を、例えば水力発電装置における横軸水車のロータブレードとして使用すると、効率のよい回転効果が得られ、発電効率は従来のものに比して著しく高められる。

この発明は、ブレードの長さ方向の中間に多量の水流を集合させて回転するので、その反作用によりブレードは大きな回転トルクを得ることができる。
そのため、例えば水路などに配設される水力発電装置のロータに、効果的に使用することができる。

１．ロータブレード
２．厚基部
２Ａ．翼根
３．翼端
４．最大弦長部
５．主部
５Ａ．主部正面
６．前向傾斜部
６Ａ．傾斜部正面
７．前縁
８．後縁
９．ハブ
Ｓ．中心線
ＷＡ．傾斜部に当る風流
ＷＢ．風流

Claims (7)

1. 正面視で翼根から翼端方向へ次第に弦長を大とし、最大弦長部を基点として、翼端を前向きに傾斜させた前向傾斜部とし、弦方向に平坦な前面を、前縁から後縁へかけて後面寄りに傾斜させるとともに、側面視で主部から翼根の基端部へかけて次第に肉厚とし、厚基部としてあることを特徴とするロータブレード。
2. 前記、ブレードの後面は、前縁部は厚く、後縁へかけて次第に薄くなる曲面としてあることを特徴とする請求項１に記載のロータブレード。
3. 前記、最大弦長部分は、翼端から最大弦長の長さ部分の位置としてなることを特徴とする請求項１または２に記載のロータブレード。
4. 前記、前向傾斜部の傾斜角度は、ブレードの主部の厚さの中心線に対して４５°±５度としてあることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のロータブレード。
5. 前記、前向傾斜部の先端は、前向傾斜部の前方向に湾曲していることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のロータブレード。
6. 前記、翼根の基端部の厚さは、主部の厚さよりも大としてあることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のロータブレード。
7. 前記請求項１〜６に記載のいずれかの、厚基部ロータブレードを備える横軸ロータをもって発電機を回転させるようにした横軸水車。

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