JP4723264B2 - 3D rotor blade and horizontal axis wind turbine - Google Patents
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Description
この発明は、三次元ロータブレード並びに横軸風車に係り、特に低風速時における回転始動性と、回転トルクの優れた三次元ロータブレードと、これを備えた横軸風車に関する。 The present invention relates to a three-dimensional rotor blade and a horizontal axis wind turbine, and more particularly to a three-dimensional rotor blade excellent in rotational startability and rotational torque at a low wind speed, and a horizontal axis wind turbine provided with the same.
従来、プロペラ型風力発電機の風車効率は、ロータブレードの受風面積掛ける風速の３乗に比例するとされている。従ってロータブレードの受風面積を大きくするために、ロータブレードの長さを長くしている。また回転時の抵抗を小さくするために、ロータブレードの翼端の弦長を短かく、翼根部の弦長を長く設定している。
これは、風向きに対して、翼根部には迎角を持たせ、翼端部はロータ軸に対して、略直角に設定されているためである。
ロータブレードの翼端部に迎角を持たせると、回転方向に対する厚さが増加して回転時の抵抗になる。しかし翼根部分に迎角を持たせても、ロータ軸に近いので、回転時の抵抗にはなりにくい。
Conventionally, the wind turbine efficiency of a propeller- type wind power generator is proportional to the cube of the wind speed multiplied by the wind receiving area of the rotor blade . Therefore in order to increase the swept area of the rotor blades, and increasing the length of the rotor blade. In order to reduce the resistance at the time of rotation, the chord length of the blade tip of the rotor blade short, is set longer chord length of the blade root.
This is because the blade root has an angle of attack with respect to the wind direction, and the blade tip is set substantially perpendicular to the rotor axis.
If the angle of attack is given to the blade tip of the rotor blade, the thickness in the direction of rotation increases and resistance during rotation is obtained. However, even if the blade root portion has an angle of attack, it is close to the rotor shaft, so resistance to rotation is difficult.
従来形状のブレードは、回転性は優れているが、回転時の遠心部での力が弱いため軸トルクが小さく、弱風では、負荷をかけると回転し難い。従って、例えば風速７ｍ／ｓ以上の風が吹かなければ、発電しないという風力発電機が多い。
日本で７ｍ／ｓ以上の風が吹くことは、一般に年に数回程度であり、特定の海岸部以外では、風車は実用性に乏しいのが実情である。
風力発電機は、４ｍ／ｓ以上の風が、年間2000時間以上吹かなければ、営業採算に合わないとされている。この条件に合う地理的条件のある場所は、国内では極く限られた地区となる。従って、風速４ｍ／ｓ以下の風で、効率良く回転する風車が渇望されている。
本発明者は、ロータブレードの翼端部を前方に傾斜させたロータブレードが、弱風時においても風を逃がすことなく、回転効率を著しく増大させることを確認した。
発明者は、この翼端部傾斜の最良の形状について、気流学上の研究を重ね、形状の変化に対する風車効率の変化を確認するため、５００枚以上のロータブレードの試作をし、実験を重ねた結果、基本的な数値と自然法則を確認することが出来た。
本発明は、弱風でも、回転始動性、回転効率、及び軸トルクの優れた三次元ロータブレードと、そのロータブレードを装備した横軸風車を提供することを目的としている。
Although the blade of the conventional shape is excellent in rotation, the axial torque is small because the force in the centrifugal part during rotation is weak, and it is difficult to rotate when a load is applied in a weak wind. Therefore, for example, there are many wind power generators that do not generate power unless a wind speed of 7 m / s or more is blown.
In Japan, winds of 7 m / s or more are generally blown several times a year, and the actual situation is that windmills are not practical except in specific coastal areas.
It is said that a wind power generator will not be profitable unless wind of 4 m / s or more blows more than 2000 hours a year. Locations with geographical conditions that meet this requirement are very limited in the country. Therefore, a windmill that rotates efficiently with a wind speed of 4 m / s or less is desired.
The present inventor has confirmed that a rotor blade with the blade tip portion of the rotor blade tilted forward significantly increases the rotational efficiency without escaping wind even in a weak wind.
The inventor has conducted aerodynamic studies on the best shape of the tip of the blade tip, and made more than 500 rotor blade prototypes and repeated experiments in order to confirm the change in wind turbine efficiency with respect to the shape change. As a result, we were able to confirm basic numerical values and natural laws.
An object of the present invention is to provide a three-dimensional rotor blade excellent in rotational startability, rotational efficiency, and axial torque even in a weak wind, and a horizontal axis wind turbine equipped with the rotor blade .
この発明は、翼端部に前向きの傾斜部を有するロータブレードの翼端の傾斜基部における最良の弦長を、ロータブレードの回転半径の26％〜40％の範囲、好ましくは30％〜36％の範囲としている。
またロータブレードの翼根部前面は、ロータ軸に対して略90度とし、翼端を上向きとした時の最大弦長部分の平面視は、ロータ軸と直交する回転方向に対して、後縁が６度〜15度、背後寄りの傾斜とした。
発明の具体的な内容は次の通りである。
The present invention, best chord length on the inclined base of the blade tip of a rotor blade having an inclined portion of the forward to the blade tip, 26% to 40% of the radius of rotation of the rotor blades, preferably 30% to 36% The range is as follows.
The front surface of the blade root of the rotor blade is approximately 90 degrees with respect to the rotor shaft, and the plan view of the maximum chord length when the blade tip is facing upward is the trailing edge with respect to the rotation direction orthogonal to the rotor shaft. However, the inclination was 6-15 degrees.
The specific contents of the invention are as follows.
（１） 横軸風車において、ロータブレードの翼端部を上向きとした状態における側面視において、翼端部を先端方向へ次第に薄くすると共に、翼端部を正面向きに傾斜させて傾斜部を形成し、その傾斜基部を最大弦長とし、
傾斜基部の正面を、ロータブレードの回転方向に対して、後縁を６度〜１５度の角度の傾斜になるよう、ロータ軸と直交する翼根部の正面から傾斜基部へかけての受風部の正面を次第に捩じっている三次元ロータブレード。
(1) In the horizontal axis wind turbine, in a side view in a state where the upward blade tip of the rotor blade, the blade tip portion with gradually thinner to the tip Direction, the inclined portion is inclined wingtip portion frontally Forming the slope base as the maximum chord length ,
In front of the inclined base, with respect to the rotational direction of the rotor blade, so that the trailing edge inclination angle of 6 degrees to 15 degrees, wind-receiving portion of the period from the front of the blade root portion perpendicular to the rotor shaft to the tilt base A three-dimensional rotor blade that gradually twists the front of the .
（２） 前記ロータブレードの翼端部を上向きとした状態における側面視において、固定部の垂直な正面に対してロータブレードの受風部の正面を、先端が４度〜６度の範囲で背後方向へ傾斜させている前記（1）に記載の三次元ロータブレード。 (2) In a side view with the blade end of the rotor blade facing upward, the front surface of the wind receiving portion of the rotor blade is behind the front surface of the rotor blade in the range of 4 to 6 degrees with respect to the front surface perpendicular to the fixed portion. The three-dimensional rotor blade according to (1) , which is inclined in a direction .
（３） 前記ロータブレードの翼端部を上向きとした状態における横断面は、回転方向に対する前縁から後縁へかけての正面が略直線的に設定され、背面は前縁部の厚みを厚くした弧状に設定している前記（1）又は（2）に記載の三次元ロータブレード。 (3) In the cross section with the blade tip of the rotor blade facing upward, the front surface from the front edge to the rear edge in the rotational direction is set substantially linearly, and the back surface has a thicker front edge. The three-dimensional rotor blade according to (1) or (2), wherein the three-dimensional rotor blade is set in an arc shape.
（４） 前記ロータブレードにおける翼根部の正面における弦長は、最大弦長の26％〜40％である前記（1）〜（3）の何れかに記載の三次元ロータブレード。 (4) chord length at the positive face of the blade root portion of the rotor blades, three-dimensional rotor blade according to any one of the 26% to 40% of the maximum chord length (1) to (3).
（５） 前記ロータブレードは、正面視において、回転軸心を通る放射方向の縦中心線を中心として、回転方向の前部を約30％、同じく後部を約70％の割合とし、前部の翼厚を翼根部から傾斜基部まで同じ厚さにしている前記（1）〜（4）の何れかに記載の三次元ロータブレード。 (5) In the front view , the rotor blade has a longitudinal centerline in the radial direction passing through the rotation axis as a center, the front part in the rotational direction is about 30%, and the rear part is about 70% . The three-dimensional rotor blade according to any one of (1) to (4), wherein the blade thickness is the same from the blade root to the inclined base .
（６） 前記ロータブレードの正面向きの傾斜部の、傾斜基部から翼端までの長さが、ロータブレードの経方向の長さの10％〜20％の範囲である前記（1）〜（5）のいずれかに記載の三次元ロータブレード。 (6) the inclined portion of the rotor blade facing forward, the length from the inclined base to the blade tip is the the range of 10% to 20% of the length of the warp direction of the rotor blade (1) - (5 3) The three-dimensional rotor blade described in any of the above.
（７） 前記ロータブレードの傾斜部の傾斜角度は、側面視において正面経方向に対して25度〜45度の範囲である前記（1）〜（6）の何れかに記載の三次元ロータブレード。 (7) The three-dimensional rotor blade according to any one of (1) to (6), wherein an inclination angle of the inclined portion of the rotor blade is in a range of 25 degrees to 45 degrees with respect to the front longitudinal direction in a side view. .
（８） 支柱上に旋回自在に筐体が配設され、筐体内に横設されたロータ軸の後部にロータブレードが配設される風車において、ロータブレードは、その翼端部を側面視で先端方向へ次第に薄くして、翼端部を正面向きに傾斜させて傾斜部を形成し、その傾斜基部の弦長を最大弦長とし、
ロータブレードの傾斜基部の正面は、ロータブレードの回転方向に対し後縁を６度〜１５度背後方向へ向けて傾斜し、回転軸と直交する翼根正面から傾斜基部へかけて受風部の正面が次第に捩じられている横軸風車。
(8) In a wind turbine in which a casing is rotatably disposed on a support and a rotor blade is disposed at a rear portion of a rotor shaft that is horizontally disposed in the casing, the rotor blade has a blade end portion in side view. and gradually thinner toward the leading end, the tip portion is inclined to the positive plane direction to form an inclined portion, the chord length of the inclined base and the maximum chord length,
The front surface of the inclined base portion of the rotor blade is inclined with respect to the rotational direction of the rotor blade with the
（９） 前記横軸風車において、ロータブレードは、翼根部の基部に固定部が形成され、固定部正面の垂直面に対して、側面視における受風部の正面を４度〜６度の範囲で背後方向へ傾斜させている前記（8）に記載の横軸風車。 (9) In the horizontal axis wind turbine, the rotor blade has a fixed portion formed at a base portion of the blade root portion, and the front surface of the wind receiving portion in a side view is in a range of 4 degrees to 6 degrees with respect to a vertical surface in front of the fixed section. in the horizontal axis wind turbine according to the which is inclined to the back rearward direction (8).
（10） 前記横軸風車は、筐体の左右側部に、支持翼を介して集風板を配設してある前記（8）又は（9）に記載の横軸風車。 (10) The horizontal axis wind turbine according to (8) or (9), wherein the horizontal axis wind turbine has a wind collecting plate disposed on left and right sides of the housing via support blades.
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)に記載のロータブレードは、翼端部に形成された傾斜部によって部分的に風を加速し集風効果がある。傾斜基部の弦長が、最大弦長に設定されているので、回転遠心部で多くの風を受けることが出来て、軸トルクを大きくすることができる。受風部の傾斜基部はロータブレードの回転方向に対して後縁を９度〜１５度背後へ傾斜しているので、回転時における相対流の影響で、正面に受ける風は受風面を加速されて回転後方へ通過して、気圧変化を招いて受風量が増加し、回転効率が増加する。また翼根部分の正面が回転方向と直交しているために、回転時に翼根部分において後流で渦が生じず、回転時の騒音が生じにくい。 The rotor blade described in (1) has a wind collecting effect by partially accelerating the wind by the inclined portion formed at the blade tip. Since the chord length of the inclined base portion is set to the maximum chord length, a large amount of wind can be received at the rotary centrifugal portion, and the shaft torque can be increased. Since the inclined base of the wind receiving portion is inclined 9 to 15 degrees behind the trailing edge with respect to the rotation direction of the rotor blade , the wind received from the front accelerates the wind receiving surface due to the influence of the relative flow during rotation. Then, it passes behind the rotation, causing a change in atmospheric pressure, increasing the amount of received air and increasing the rotation efficiency. In order to positively face of the blade root portion content is orthogonal to the direction of rotation, the vortex does not occur in the wake at the blade root portion during rotation, noise during rotation is less likely to occur.
前記(2)に記載のロータブレードは、その受風部の正面が、固定部の垂直な正面に対して、受風部の正面先端部が、背後方向寄りに傾斜しているため、受風部正面に当る風は、翼根部分から翼端部方向へかけて高速で通過し、回転遠心部に対する受風力が増加し、軸トルクは増大させられる。同時に、傾斜部の集風力、受風部における集風力との相乗効果が、回転効率を高める。 The rotor blade according to the above (2), the positive face of the wind receiving portion of its is, with respect to a vertical positive surface of the fixed portion, the positive face tip of the wind receiving portion is inclined behind direction toward Therefore, the wind strikes the wind receiving unit front passes at high speed over the blade tip direction know blade root, wind-receiving power is increased for the centrifugal unit, the shaft torque is increased. At the same time, a synergistic effect with the wind collection at the inclined part and the wind collection at the wind receiving part increases the rotation efficiency.
前記(3)に記載のロータブレードの横断面は、背後面の、回転方向の前縁部が厚い弧状とされているため、回転時の風切り性に優れ、かつ背面域に正面よりも負圧を生じさせるため、回転方向の前部にある気流が加速されて、回転後方へ通過する。 Cross section of the rotor blade according to the above (3), behind surface, since the front edge portion of the rotating direction is thicker arc, excellent wind resistance during rotation, and negative than positive side towards the rear zone In order to generate pressure, the airflow at the front in the rotational direction is accelerated and passes backward in the rotation.
前記(4)に再のロータブレードにおける翼根部の弦長は、最大弦長の26％〜40％の範囲とされているので、軸回りの風抜け性に優れ、回転方向に直交しているため騒音の発生が生じにくい。 In (4), the chord length of the blade root portion of the rotor blade is 26% to 40% of the maximum chord length, so that the airflow around the axis is excellent and orthogonal to the rotation direction. Therefore, the generation of noise is difficult to occur.
前記(5)に記載のロータブレードは、正面視における回転軸心を通る放射方向の中心線を中心にして、左右が非対称形に設定され、回転方向の前部が、幅狭で長さ方向に同じ厚みに設定されているので、厚い部分が回転時の前部にあり、その結果、回転時の後部を薄くし、回転効率を高めることができる。 The rotor blade according to (5), around the center line of the radial direction passing through the rotation axis that put in front view, the left and right is set asymmetrically, the front direction of rotation, the long narrow width Since the same thickness is set in the vertical direction, there is a thick part at the front part during rotation, and as a result, the rear part during rotation can be made thinner and the rotation efficiency can be increased.
前記(6)に記載のロータブレードは、傾斜部の経方向の長さを、ロータブレードの回転半径の10％〜20％としたので、傾斜部の受風面積が、垂直面よりも1.4倍も広くすることができる。その結果、この傾斜面を滑って通過する風の加速度を大きくし、それに伴う集風力を大きくすることができる。 In the rotor blade described in (6) above, the length in the warp direction of the inclined portion is 10% to 20% of the rotational radius of the rotor blade , so that the wind receiving area of the inclined portion is 1.4 times that of the vertical plane. Can also be widened. As a result, it is possible to increase the acceleration of the wind that slides through the inclined surface and to increase the collected wind force.
前記(7)に記載のロータブレードでは、傾斜部の傾斜角度が小さいと、集風性が弱く、また45度を超えると、傾斜面が狭くなるため受風面積が小さくなる。 In the rotor blade described in (7) above, if the inclination angle of the inclined portion is small, the air collecting property is weak, and if it exceeds 45 degrees, the inclined surface becomes narrow and the wind receiving area becomes small.
前記(8)に記載の横軸風車は、筐体の後部にロータブレードが配設されているため、風向きが変化しても、敏感に風向きに対応することができる。ロータブレードは、翼端部に形成された傾斜部によって部分的に風を加速し集風効果がある。
傾斜基部の弦長が最大弦長に設定されているので、回転遠心部で多くの風を受けることができ、軸トルクを大きくすることができる。
受風部の傾斜基部は、回転方向に対して後縁を６度〜１５度傾斜しているので、正面に受ける風は、受風部の正面を加速されて回転後方へ通過し、一定時間内における受風量が増加し、回転効率が高くなる。
In the horizontal axis wind turbine described in (8) above, the rotor blade is disposed at the rear part of the casing, so that even if the wind direction changes, it can respond to the wind direction sensitively. The rotor blade has a wind collecting effect by partially accelerating the wind by an inclined portion formed at the blade tip.
Since the chord length of the inclined base portion is set to the maximum chord length, a large amount of wind can be received at the rotary centrifugal portion, and the shaft torque can be increased.
Inclined base of the wind receiving portion, since the inclined
前記(9)に記載の横軸風車は、ロータブレードの受風部正面の先端を背後方向へ傾斜しているので、受風部正面に当る風は、翼根部から翼端方向へ加速されて通過する。
この結果、受風部の正面には、一定時間内において気圧の差により他域よりも多くの風が当り、翼端方向へ通過するため、回転遠心部に対する受風力が増加し、軸トルクは増大する。同時に傾斜部の集風力、受風部における集風力との相乗効果が、回転効率を高める。
In the horizontal axis wind turbine described in (9) above, since the front end of the wind receiving portion of the rotor blade is inclined backward, the wind hitting the wind receiving portion front is accelerated from the blade root portion toward the blade tip direction. pass.
As a result, the positive face of the wind receiving unit, per number of wind than other regions due to the difference in air pressure within a predetermined time, for passing the blade tip direction, wind receiving force against centrifugal unit increases, shaft torque Will increase. At the same time, the synergistic effect with the wind collection at the inclined part and the wind collection at the wind receiving part increases the rotation efficiency.
前記(10)に記載の横軸風車は、筐体の左右側部に、支持翼を介して集風板を配設しているので、ロータブレードの直径より広い範囲の風を集めて、加速してロータブレードに当てることができ、回転効率を大きくすることができる。 In the horizontal axis windmill described in (10), wind collecting plates are arranged on the left and right sides of the housing via support blades, so that wind in a range wider than the diameter of the rotor blades is collected and accelerated. and can hit the rotor blades, it is possible to increase the rotation efficiency.
ロータブレードの翼端部に正面方向へ向く傾斜部を設ける。この傾斜部の傾斜基部において弦長を最大とする。 An inclined portion facing in the front direction is provided at the blade tip of the rotor blade . The maximum chord length in the inclined base of the inclined portion of this.
本発明の実施の形態例を、図面を参照して説明する。図１は、本発明に係る三次元ロータブレードの正面図、図２はその右側面図、図３は左側面図、図４は平面図である。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a front view of a three-dimensional rotor blade according to the present invention, FIG. 2 is a right side view thereof, FIG. 3 is a left side view thereof, and FIG.
ロータブレード(1)の基端の翼根部における固定部(1a)は、ロータ軸(2)に固定されるボス(3)に、ボルトなどで固定されている。ロータブレード(1)の正面は、固定部(1a)から翼端へかけてを受風部(1b)とされている。
受風部(1b)は、正面視において回転軸心を通る放射方向を向く縦中心線（Ｃ）を中心として、図１において右側にある回転方向の前部を30％、左側にある後部を70％の割合の比率に配分されている。
これによって、回転時の前縁部分の翼厚を、翼根から傾斜基部（ｄ）まで同じくすることができる。また受風部(1b)の正面は、平面視で、回転方向に対して前縁を正面方向に傾斜させて捩ることができる。
The fixed portion (1a) at the blade root portion at the base end of the rotor blade (1) is fixed to a boss (3) fixed to the rotor shaft (2) with a bolt or the like. The front surface of the rotor blade ( 1) is a wind receiving portion (1b) extending from the fixed portion (1a) to the blade tip .
Wind receiving unit (1b), as a central longitudinal centerline oriented in the radial direction passing through the rotation axis in the front view of (C), 30% of the front portion of the rotating direction to the right in FIG. 1, after the left side Is allocated to a ratio of 70%.
As a result, the blade thickness of the leading edge during rotation can be made the same from the blade root to the inclined base (d) . The positive aspects of the wind receiving portion (1b) may be in a plan view, twist and tilt the front edge in the front direction with respect to the rotation direction.
受風部(1b)の翼端部における経方向の10％〜20％相当の長さ部分が、傾斜部(1c)とされ、傾斜部(1c)は、図２に示すように、側面視で、翼端方向へ次第に薄肉とされ、かつ正面方向へ向かって傾斜させられている。 A length portion corresponding to 10 % to 20% in the longitudinal direction at the blade tip of the wind receiving portion (1b) is defined as an inclined portion (1c), and the inclined portion (1c) is viewed from the side as shown in FIG. in, is progressively pork slice the tip direction, and are tilted toward the front direction.
傾斜部(1c)の傾斜基部（ｄ）は、正面視でロータ軸(2)を中心に回転するときの回転弧に合わせて設定されている。この傾斜基部（ｄ）の弦長は最大とし、ロータブレード(1)の回転半径の26％〜40％の範囲、好ましくは30％〜36％の範囲とされている。 Inclined base portion of the inclined portion (1c) (d) is set in accordance with the rotation arc when rotating about the rotor shaft (2) in front view. The chord length of the inclined base portion (d) of the maximum, 26% to 40% of the radius of rotation of the rotor blade (1), and is preferably in the range of 30% to 36%.
また傾斜部(1c)を除く受風部(1b)の、翼根から傾斜基部（ｄ）までの厚さは、最大弦長の12％〜20％の範囲、また翼根部の最大厚さは、翼根部の弦長と同じか、その３分の２以下の厚さとされている。
すなわち、翼根部の厚さが厚くても、回転周速は翼端部よりも翼根部が遅いので、回転時における抵抗が過大となることはない。翼根部の厚みを厚くすると、回転方向へ対する正面の迎角が０度であっても、受風部(1b)の傾斜基部（ｄ）における後縁部分の背後方向へ傾斜する角度は大きくなる。
The thickness of the wind receiving part (1b) excluding the inclined part (1c) from the blade root to the inclined base (d) is in the range of 12% to 20% of the maximum chord length, and the maximum thickness of the blade root part Is the same as the chord length of the blade root or less than two-thirds of the chord length.
That is, even thicker the thickness of the blade root, the rotation peripheral speed because the slow blade root portion than the tip portion, does not become excessive resistance during rotation. When increasing the thickness of the blade root portion, and angle of attack of the positive surface against the direction of rotation is 0 degrees, the angle of inclination to the rear direction of the trailing edge portion of the inclined base of the wind receiving portion (1b) (d) is growing.
このロータブレード(1)は、正面図で明らかなように、翼端の傾斜部(1c)の傾斜基部（ｄ）の弦長が最大で、ロータブレード(1)の翼根部の弦長は短かく設定されている。ロータブレード(1)の翼根部における弦長は、最大弦長の26％〜40％の範囲が好ましい。
翼根部における幅は、図１における固定部(1a)の基端位置をさし、固定部(1a)の側面を平行に切り上げ、かつ受風部(1b)の翼根部は湾曲面としてある。プロペラ(1)の翼根部が幅狭であるので、回転時における軸回りの風抜け性に優れている。
As is apparent from the front view of this rotor blade (1), the chord length of the inclined base portion (d) of the inclined portion (1c) of the blade tip is the maximum, and the chord length of the blade root portion of the rotor blade (1) is It is set short. The chord length at the blade root of the rotor blade (1) is preferably in the range of 26% to 40% of the maximum chord length.
The width at the blade root portion refers to the base end position of the fixed portion (1a) in FIG. 1, the side surface of the fixed portion (1a) is rounded up in parallel, and the blade root portion of the wind receiving portion (1b) is a curved surface. is there. Since the blade root portion of the propeller (1) is narrow, it has excellent air draft around the axis during rotation.
図２に示すように、固定部(1a)の正面はロータ軸(2)に直角に固定されている。固定部(1a)の正面及び背面と平行をなす垂直の縦中心線（Ｃ）に対して、ロータブレード(1)の側面視における側部縦心線（Ｅ）と平行な受風部(1b)の正面は、４度〜６度の範囲で、先端部を背後方向へ傾斜されている。この傾斜によって、受風部(1b)の正面に当る風は、ロータブレード(1)の翼端方向へ加速されて通過する。 As shown in FIG. 2, the front surface of the fixed portion (1a) is fixed to the rotor shaft (2) at a right angle. Front and to the vertical of the longitudinal center line forming the rear parallel (C), the side portions Tatekokorosen (E) and parallel wind receiving portion in the side view of the rotor blade (1) of the fixed part (1a) (1b ) Is inclined in the backward direction at the front end within a range of 4 to 6 degrees. By this inclination, the wind hitting the front of the wind receiving portion (1b) is accelerated and passes in the direction of the blade tip of the rotor blade (1).
図２において、傾斜部(1c)は、前記側部縦心線（Ｅ）と平行な受風部(1b)の正面に対して25度〜45度の範囲で正面方向に向いて傾斜している。この傾斜によって、傾斜部(1c)の受風面積は、垂直面よりも1.4倍に増加している。25度以下の傾斜度では、この面を滑る加速度は小さい。また45度を超えると、直行に近ずくので、やはり加速度は小さくなる。 2, the inclined portion (1c) is inclined toward the front direction in a range of 25 degrees to 45 degrees against the front of the side portion Tatekokorosen (E) parallel to wind receiving portion (1b) Yes. Due to this inclination, the wind receiving area of the inclined portion (1c) is increased by 1.4 times compared to the vertical plane. At an inclination of 25 degrees or less, the acceleration sliding on this surface is small. Also, if it exceeds 45 degrees, it will approach the direct direction, so the acceleration will decrease.
図４において、受風部(1b)の傾斜基部（ｄ）の正面（Ｇ）は、図４に示すように、固定部(1a)の正面及び背面に平行な基準線（Ｆ）に対して、正面（Ｇ）を６度〜15度（図では12度）ほど後縁を背後方向へ傾斜させている。
すなわち、ロータブレード(1)は図４において右側に回転するので、回転に伴う風圧はロータブレード(1)の正面（Ｇ）に直接当ることはなく、回転するロータブレード(1)の前縁にあたる風は、背後面に沿って正面（Ｇ）に回り込んで、正面（Ｇ）に沿った風流と合流して回転後方へ流れる。
In FIG. 4, the front (G) of the inclined base (d) of the wind receiving portion (1b) is in relation to the reference line (F) parallel to the front and back of the fixed portion (1a) as shown in FIG. The rear edge is inclined backward by about 6 to 15 degrees (12 degrees in the figure ) of the front (G) .
That is, since the rotor blade (1) rotates to the right side in FIG. 4, the wind pressure accompanying the rotation does not directly hit the front surface (G) of the rotor blade (1) and hits the leading edge of the rotating rotor blade (1). The wind wraps around the front surface (G) along the rear surface, merges with the wind flow along the front surface (G), and flows backward in the rotation.
図５は、横軸風車の側面図、図６は平面図である。横軸風車(4)の筐体(6)は、支柱(5)の上に旋回可能に配設されている。筐体(6)の中には、図示を省略したロータ軸が回転自在に横設されている。図中の符号(6a)は後蓋である。 FIG. 5 is a side view of the horizontal axis wind turbine, and FIG. 6 is a plan view. The casing (6) of the horizontal axis windmill (4) is disposed on the support (5) so as to be able to turn. In the housing (6), a rotor shaft (not shown) is provided so as to be rotatable. Reference numeral (6a) in the figure denotes a rear lid.
ロータ軸の前部には、図示しない発電機が連結され、図２に示すように、ロータ軸(2)の後部には、図２に示す状態でボス(3)が固定され、ボス(3)に、ロータブレード(1)の固定部(1a)がボルトで固定されている。図５においてはロータブレード(1)は２枚であるが、３枚とすることができる。筐体(6)内には、風力発電に必要不可欠の公知の機器や装置類が配設されている。 A generator (not shown) is connected to the front part of the rotor shaft. As shown in FIG. 2, a boss (3) is fixed to the rear part of the rotor shaft (2) in the state shown in FIG. ), The fixing portion (1a) of the rotor blade (1) is fixed with bolts. Although there are two rotor blades (1) in FIG. In the casing (6), known devices and devices essential for wind power generation are arranged.
上記のように構成されたロータブレード(1)と風車(4)は、次のように作用する。図５において、Ａ矢示風が吹くと、筐体(6)の表面を滑る風は、太径の前部で圧縮され、速度を加速して細径の後方へ流れる。支柱(5)よりも後方にロータブレード(1)があるので、風向きの変化により、敏感に筐体(6)は旋回してロータブレード(1)を風下に位置させる。 The rotor blade (1) and the windmill (4) configured as described above operate as follows. In FIG. 5, when the wind indicated by the arrow A blows, the wind that slides on the surface of the housing (6) is compressed at the front part of the large diameter, accelerates the speed, and flows to the rear of the small diameter. Since the rotor blade (1) is located behind the column (5), the housing (6) is sensitively turned by the change in the wind direction to position the rotor blade (1) on the leeward side.
また、ロータブレード(1)の正面に風を受けると、図７に示すように、受風部(1b)は、先端が後方へ傾斜しているので、風は翼根部から図７の点Ｐ方向へ流れる。これは、風が抵抗の弱い方へ移動するためである。
Further, when receiving the wind in front of the rotor blade (1), as shown in FIG. 7, wind-receiving portion (1b) is, the tip is inclined rearward, the
図７において、傾斜部(1c)の正面に当るＡ矢示風は、点Ｏ−Ｐへ流れる風の時間と、Ｑ−Ｐへ滑る風の時間とが同じであるため、点Ｏ−Ｐへ至る風の速度よりも、Ｑ−Ｐを滑る風の速度の方が早くなる。速度が早くなると、空気の密度は薄くなり、周囲よりも負圧になる。負圧になると、周囲の常圧風が急速に流れ込む。 In FIG. 7, the wind of arrow A that hits the front of the inclined portion (1c) is the same as the time of the wind that flows to the point OP and the time of the wind that slides to the point Q-P. The speed of the wind that slides through QP is faster than the speed of the wind that reaches. As the speed increases, the density of the air becomes thinner and the negative pressure is higher than the surroundings. When the negative pressure is reached, the ambient atmospheric wind flows rapidly.
そのため、傾斜部(1c)の傾斜正面は、同一時間内に部分的に大量の風を呼び込む作用をする。すなわち、ロータブレード(1)の受風部(1b)に同じ条件で当る風が、ロータブレード(1)の三次元形状によって、部分的に風を集合させ、図７における点Ｐの部分に強い風力が作用するため、ロータブレードの(1)の回転効率は高くなる。 Therefore, the inclined front surface of the inclined portion (1c) acts to attract a large amount of wind partially within the same time. That is, the wind that hits the wind receiving portion (1b) of the rotor blade (1) under the same conditions partially gathers the wind by the three-dimensional shape of the rotor blade (1), and is strong against the point P in FIG. Since wind force acts, the rotational efficiency of the rotor blade (1) is increased.
また図８に示すように、風が点Ｒ−Ｓに至る時間と、Ｔ−Ｓを滑る時間が同じであるので、点Ｒ−Ｓに至る風の速度よりも、Ｔ−Ｓを滑る風の速度が大となる。そのため、ロータブレード(1)の受風部(1b)に当る風の中、周囲を抜ける風の速度よりも、受風部(1b)に当って横滑りをする風の速度が早いため圧力が低下し、この受風部(1b)の正面に風を多く呼び込むことになる。 Further, as shown in FIG. 8, the time and leading to wind the point R-S, because the time to slide T-S are the same, than the speed of the wind from the point R-S, the wind glide T-S Speed increases. Therefore, the pressure decreases because the speed of the wind that strikes the wind receiving part (1b) is higher than the speed of the wind that passes through the surroundings in the wind receiving part (1b) of the rotor blade (1). and, it would attract many wind the positive surface of the wind receiving portion (1b).
その結果、Ａ矢示風の速度が例えば４ｍ／ｓより低くても、ロータブレード(1)に当ると加速され、また傾斜部(1c)の弦長が、例えばロータブレード(1)の回転半径の26％〜40％と幅広く形成されていると、ここに当る一定時間内における風量が大となり、梃子の原理で、大きな軸トルクが生み出されることになる。 As a result, even if the speed of the arrow A is lower than 4 m / s, for example, it is accelerated when it hits the rotor blade (1), and the chord length of the inclined portion (1c) is, for example, the radius of rotation of the rotor blade (1). If it is formed in a wide range of 26% to 40%, the air volume within a certain time hitting here will be large, and a large shaft torque will be generated by the principle of insulator.
このように、ロータブレード(1)の翼端部に傾斜部(1c)が形成されているために、部分的に風を多量に集合させる効果がある。
また、翼端の弦長を、回転半径の２６％〜４０％程度の大としてあるため、他部位よりも、風の集合する部位の面積が大となり、しかも、風はロータブレード(1)の遠心部に多くあたるため、梃子の原理を有効に利用することができて、弱風でも軸トルクが大きくなる。
As described above, since the inclined portion (1c) is formed at the blade tip portion of the rotor blade (1), there is an effect of collecting a large amount of wind partially.
Moreover, since the chord length of the wing tip is about 26% to 40% of the rotation radius, the area of the wind gathering area is larger than the other parts, and the wind of the rotor blade (1) Since it hits a lot of the centrifugal section, the principle of the lever can be used effectively, and the shaft torque increases even in a weak wind.
また、ロータブレード(1)の基部に対して、受風部(1b)の正面（Ｇ）は、翼端部へかけて回転方向に対して、後縁を背後方向へ傾斜角をつけてあるため、受風部(1b)の正面（Ｇ）に当る風は加速されて、回転後方へ通過し、集風効果が発揮される。 Further, with respect to the base of the rotor blade (1), the positive face of the wind receiving portion (1b) (G), relative to the rotation direction over the blade tip, with a tilt angle of the trailing edge to the rear direction For this reason, the wind hitting the front (G) of the wind receiving portion (1b) is accelerated and passes behind the rotation, and the wind collecting effect is exhibited.
更に、ロータブレード(1)を翼根部から翼端部へかけて、背後方へ傾斜させてあるため、受風部(1b)に当る風を、翼端方向へ加速して集めることができて、ロータブレード(1)の遠心部での回転力を高めることができる。 Furthermore, since the rotor blade (1) is inclined backward from the blade root to the blade tip, the wind hitting the wind receiving portion (1b) can be accelerated and collected in the blade tip direction. Thus, the rotational force in the centrifugal portion of the rotor blade (1) can be increased.
従来のロータブレードは、風を受けて、その受けた風力で回転するという単純なものであったが、本発明のロータブレード(1)は、三次元形状を有することによって、当った風がロータブレード(1)の正面で加速され、特定の部位に移動し、風を集合させることが出来るものである。 The conventional rotor blade is simple, receiving wind and rotating with the received wind force. However, the rotor blade (1) of the present invention has a three-dimensional shape, so that the hit wind is a rotor. It is accelerated in front of the blade (1), moves to a specific part, and can gather wind.
また、ロータブレード(1)は、２枚構成風車と３枚構成風車の何れでもかまわないが、３枚構成よりも２枚構成の風車の方が、総体的に風車効率を高くすることができる。これは３枚構成の場合、受風量は多くなるが、回転時における風圧抵抗が、３分の１多くなり、回転速度が２枚構成よりも低下するためである。 In addition, the rotor blade (1) may be either a two-component wind turbine or a three-component wind turbine, but the two-component wind turbine can generally improve the wind turbine efficiency rather than the three-component wind turbine. . This is because, in the case of the three-sheet configuration, the amount of received air is increased, but the wind pressure resistance during rotation is increased by one third, and the rotation speed is lower than that in the two-sheet configuration.
図９は、横軸風車の第２実施例を示す正面図、図１０は、その平面図である。前例と同じ部位には同じ符号を付して説明を省略する。 FIG. 9 is a front view showing a second embodiment of the horizontal axis wind turbine, and FIG. 10 is a plan view thereof. The same parts as those in the previous example are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
この実施例は、筐体(6)の左右側方に、支持翼(7)を介して、集風板(8)を配設したものである。支持翼(7)は、上下２枚の板体を筐体（6）の左右それぞれに突設して形成されている。支持翼(7)の形状は、風抵抗が小さく剛性に優れた、任意のものとすることができる。 In this embodiment, the air collecting plate (8) is disposed on the left and right sides of the housing (6) via the support wings (7). The support wing (7) is formed by projecting two upper and lower plates on the left and right sides of the housing (6). The shape of the support wing (7) can be any shape with low wind resistance and excellent rigidity.
集風板(8)は、高さがロータブレード(1)の回転半径より大きく、筐体（6）の中央線（Ｌ）に対して前開きとして設けられ、後部は、ロータブレード(1)の側部を覆う位置とされている。中央線（Ｌ）に対する集風板(8)の傾斜角度は、２０度〜４５度の範囲である。また正面視では弧状に形成されている。 Atsumarikazeban (8) is greater than the radius of rotation of the rotor blade height (1), provided as pre-opening the casing centerline of (6) (L), the rear, the rotor blade (1) It is set as the position which covers the side part. The inclination angle of the air collecting plate (8) with respect to the center line (L) is in the range of 20 degrees to 45 degrees. Further , it is formed in an arc shape when viewed from the front.
正面から風が吹く時、左右の集風板(8)の内側面に当る風は、後方のロータブレード(1)へ誘導される。集風板(8)は前部が横開きに傾斜されているので、多くの風が集められ、集風板(8)の内側面に沿って通過する風は、加速されてロータブレード(1)に当る。 When wind blows from the front, the wind hitting the inner surfaces of the left and right air collecting plates (8) is guided to the rear rotor blade (1). Since the front portion of the air collecting plate (8) is inclined to open sideways, a large amount of wind is collected, and the wind passing along the inner surface of the air collecting plate (8) is accelerated and rotor blades (1 )
集風板(8)が、例えばトンネル状に形成されている場合、トンネル内に入る風は流体の粘性により、抵抗を受けて通過し難いが、この集風板(8)は、左右にのみ存在するので、気圧変化は上下方向の開放間隙で解消され、抵抗を受けることなく加速されて、後方へ通過する。 If the air collecting plate (8) is formed in a tunnel shape, for example, the wind entering the tunnel is difficult to pass due to resistance due to the viscosity of the fluid, but this air collecting plate (8) is only on the left and right Since it exists, the atmospheric pressure change is eliminated by the open gap in the vertical direction, accelerated without receiving resistance, and passes backward.
この発明は、前記実施例に限定されるものではなく、目的に沿って任意に設計変更をすることができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the design can be arbitrarily changed according to the purpose.
このプロペラは、弱い風速でも集風性、回転性に優れているので、風力発電機用に適している。 This propeller is suitable for wind power generators because of its excellent air collecting and rotating performance even at low wind speeds.
(1)ロータブレード
(1a)固定部
(1b)受風部
(1c)傾斜部
(2)ロータ軸
(3)ボス
(4)横軸風車
(5)支柱
(6)筐体
(6a)後蓋
(7)支持翼
(8)集風板
（Ｃ）縦中心線
（ｄ）傾斜基部（最大弦長部）
（Ｅ）側部縦心線
（Ｆ）基準線
（Ｇ）正面
（Ｌ）中央線
(1) Rotor blade
(1a) Fixed part
(1b) Wind receiving part
(1c) Inclined part
(2) Rotor shaft
(3) Boss
(4) Horizontal axis wind turbine
(5) Prop
(6) Housing
(6a) Rear lid
(7) Support wing
(8) Air collecting plate (C) Vertical center line (d) Inclined base (maximum chord length)
(E) Side vertical core (F) Reference line (G) Front (L) Center line
Claims (10)
傾斜基部の正面が、ロータブレードの回転方向に対して、後縁を６度〜１５度の角度の傾斜になるよう、ロータ軸と直交する翼根部の正面から傾斜基部へかけて受風部の正面を次第に捩じっていることを特徴とする三次元ロータブレード。 In the horizontal axis wind turbine, in a side view in a state where the upward blade tip of the rotor blade, with progressively thinner blade tip to tip Direction, to form an inclined portion is inclined wingtip portion frontally, The slope base of the slope is the maximum chord length ,
The front surface of the inclined base is inclined from the front of the blade root perpendicular to the rotor axis to the inclined base so that the trailing edge is inclined at an angle of 6 to 15 degrees with respect to the rotational direction of the rotor blade . A three-dimensional rotor blade characterized by gradually twisting the front .
ロータブレードの傾斜基部の正面は、ロータブレードの回転方向に対し後縁を６度〜１５度背後方向へ向けて傾斜し、回転軸と直交する翼根部の正面から傾斜基部へかけての受風部の正面が次第に捩じられていること、を特徴とする横軸風車。 In a wind turbine in which a casing is rotatably disposed on a support column and a rotor blade is disposed at the rear part of a rotor shaft that is installed horizontally in the casing , the rotor blade has its blade end in a tip direction in a side view. Increasing the thickness gradually, tilting the wing tip toward the front to form a tilted portion, the chord length at the tilted base is the maximum chord length ,
The front surface of the inclined base portion of the rotor blade is inclined with respect to the rotational direction of the rotor blade with the trailing edge 6 degrees to 15 degrees backward, and the wind receiving from the front surface of the blade root portion perpendicular to the rotation axis to the inclined base portion. A horizontal axis wind turbine characterized in that the front of the part is gradually twisted.
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