JP5331117B2 - 風車翼およびこれを用いる風力発電装置 - Google Patents
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Description
翼長が大きくなると、翼端部の移動速度が大きくなる。このため発生する騒音が大きくなるので、一層の騒音低減が求められている。
従来、この騒音レベルを下げるには、ロータの回転数を下げることが有効とされていた。すなわち、ロータの回転数を下げると、空気の翼への流入速度が低下するので、空力音が低減できる。しかし、ロータの回転数を下げると、発電効率が低下することになる。
これは、翼の後縁に歯形部を形成し、縦渦を発生させ、後縁からのカルマン渦を抑制するものである。このカルマン渦抑制により騒音低減をするものである。
すなわち、特許文献1に示されるものでは、セレーションは翼の一部、すなわち、翼の延長部を形成するようにされている。言い換えると、翼型の後縁を歯形に切り欠くようにセレーションが形成されている。
一般に、翼は風の流れに対して迎角を持つようにされているので、翼の後縁では、翼の腹側(下面)から背側(上面)に向けた流れ(クロスフロー)が発生する。
このため、翼の延長部となるようなセレーションではセレーション自体が流れを乱し、新たな騒音源となる可能性がある。
また、翼にボルトを用いて取付ける場合には、そのボルト取付部が新たな騒音源となる可能性がある。
本発明の第一態様は、背側外皮および腹側外皮が接合されて形成され、後部に歯形部を有するセレーション板が後縁に取り付けられている風車翼であって、前記セレーション板は前記背側外皮および前記腹側外皮の接合に伴い装着されるよう構成され、前記セレーション板が、前記腹側外皮側から前記背側外皮側に向けた流れに沿う板である風車翼を提供する。
したがって、背側外皮および腹側外皮の接合構造とは無関係に構成することができるので、騒音を防止するのに最適な形状、たとえば、クロスフローの発生を抑制できる形状に取り付けられ、後縁に発生する騒音を効果的に抑制することができる。
なお、騒音の発生が大きいところは、流速の早い風車翼の先端部分であるので、セレーション板は効率的に騒音を低減する意味で、この先端部分に備えられるのが好ましい。このセレーション板を備える先端部分は、たとえば、翼端から翼根に向かい翼長の30%以内、好ましくは、20%以内とされる。
このように、背側外皮および腹側外皮を接合することによりセレーション板が固定されるので、セレーション板を取り付けるために特別な取付が不要となり、取付作業を容易とすることができる。
また、セレーション板は、騒音を防止するのに最適な形状、たとえば、クロスフローの発生を抑制できる形状とされえるので、後縁に発生する騒音を効果的に抑制することができる。
このようにすると、突起部が大きな抵抗となるので、セレーション板が抜け落ちるのを効果的に防止することができる。
このようにすると、風の流れがセレーション板に沿って流れるので、翼の腹側(下面)から背側(上面)に向けた流れであるクロスフローの発生を抑制し、新たな騒音源の発生を抑制することができる。
9 風車翼
19 背側外皮
21 腹側外皮
29 流れ
33 後縁
35 セレーション板
37 歯形部
39 接着剤層
41 挿入部
43 突起部
以下、本発明の一実施形態にかかる風力発電装置1を図面に基づいて説明する。
図1は、風力発電装置1の全体概略構成を示す側面図である。
風力発電装置1には、図1に示すように、基礎11上に立設される支柱3と、支柱3の上端に支柱3を支点として略水平に回転可能に設置されるナセル5と、略水平な軸線周りに回転可能にしてナセル5に設けられるロータヘッド7と、ロータヘッド7の回転軸線周りに放射状に翼長方向を中心に回転可能に取り付けられた複数枚の風車翼9とが備えられている。
ロータヘッド7の回転軸線方向から風車翼9に当たった風の力が、ロータヘッド7を回転軸線周りに回転させる動力に変換されるようになっている。
ナセル5の内部には、いずれも図示を省略しているが、ロータヘッド7と同軸の増速機を介して連結された発電機が設置されている。すなわち、ロータヘッド7の回転を増速機で増速して発電機を駆動することによって発電機出力が得られるようになっている。
風車翼9は、横断面形状が翼形状とされた中空体である。風車翼9は、たとえば、ガラス繊維強化プラスチックで形成された外皮17によって翼形状が画成されている。外皮17は、相互に接合される背側外皮19と腹側外皮21との2つの半割体からなり、内部から図示しない主桁等によって強度が補強されている。
風車翼9における風の流れ(流線)29は、図3に示されるように前縁31に対し風向27に沿って導入され、背側外皮19および腹側外皮21に沿うように流れ、後縁33で風向27に沿う方向に流れる。後縁33における流れ29は、一般に腹側外皮21側から背側外皮19側に向けた流れとなる。
これは、騒音の発生が大きくなる流速の早い部分に設置し、効率的に騒音を低減しようとするものであり、この意味では、風車翼9の翼長にもよるが、セレーション板35の翼長方向長さは、翼端23から翼根24に向かい翼長の30%以内とされ、より好ましくは20%以内とされる。
なお、騒音低減の効率をあまり考慮せず、騒音低減を大きくしたいい場合には、セレーション板35は、たとえば、翼長全体に亘り設けられるようにしてもよい。
セレーション板35は、図5に示されるように流れ29に沿って湾曲された形状とされてもよい。このようにすると、流れ29はより滑らかにセレーション板35に沿って流れることができる。
セレーション板35は、背側外皮19および腹側外皮21の後縁33に挟持され、その前部は背側外皮19および腹側外皮21で囲まれる空間に延設されている。すなわち、セレーション板35の前部には、背側外皮19および腹側外皮21の後縁33を接合する接着剤層(接着剤)39に挿入されている折曲された挿入部41が設けられている。
言い換えると、セレーション板35は、挿入部41が背側外皮19および腹側外皮21の後縁33で挟持されて保持されるとともに接着剤層39によって固定され保持されている。
まず、背側外皮19および腹側外皮21、主桁等の補強部材およびセレーション板35をそれぞれ所定形状に成形する。
たとえば、腹側外皮21を内側が上を向くように載置する。この腹側外皮21の上に、主桁等の補強部材の一端側を接着する。次いで、主桁等の補強部材の他端側に接着剤を塗布するとともに前縁31および後縁33を含む周辺部分に接着剤層39を盛り上げる。
この状態で、接着剤層39等を乾燥させると、背側外皮19および腹側外皮21が固定されるとともにセレーション板35も固定される。
このように、背側外皮19および腹側外皮21を接合することによりセレーション板35が固定されるので、セレーション板35を取り付けるために特別な取付が不要となり、取付作業を容易とすることができる。
このようにすると、突起部43は挿入部41が抜ける方向に対して大きな抵抗となるので、セレーション板35が抜け落ちるのを効果的に防止することができる。
風力発電装置1は、運転中、風向計15によって風向きを測定している。その測定結果によって、ナセル5が回転し、風がロータヘッド7の回転軸線方向から吹くようにされる。すなわち、風車翼9に対して風は一定の方向で吹き付けられている。
風車翼9に風が当たると、翼面に交差する方向に揚力が発生する。この揚力によって風車翼9が移動するので、ロータヘッド7が回転軸線周りに回転する。
このロータヘッド7の回転を増速機で増速して発電機を駆動することにより、発電される。
さらに、本実施形態では、後縁33から突出したセレーション板35の部分は、後縁33における流れ29に沿う形状とされているので、流れ29がセレーション板35に沿って流れることになる。このため、セレーション板35の歯形部37の後端において腹側外皮21側から背側外皮19側に向けた流れであるクロスフローの発生が抑制されるので、新たな騒音源の発生を抑制することができる。
これにより、後縁33に発生する騒音を効果的に抑制することができる。
これにより、騒音低減のために回転数を抑制する必要がなくなるので、風力発電装置1は発電効率等の性能低下を抑制できる。
次に、本発明の第二実施形態について、図8および図9を用いて説明する。
本実施形態では、第一実施形態と基本的構成は同様であり、風車翼9の後縁33の構成が異なっている。よって、本実施形態においては、この相違点について説明し、その他の部分については重複した説明を省略する。
なお、第一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図8は、セレーション板35の装着構造を示す部分斜視図である。図9は、背側外皮19および腹側外皮21の接合構造を示す部分斜視図である。
セレーション板35は、風車翼9の組立時に流れ29に沿うように、背側外皮19に対して角度を持つようにされている。
背側外皮19とセレーション板35との境目の内側、腹側外皮21側には、翼長方向に延在する嵌合溝45が形成されている。
一方、腹側外皮21の外縁33端には、嵌合溝45に嵌合する嵌合部47が形成されている。
このように、背側外皮19あるいは腹側外皮21は、それぞれ別個に形成されるので、セレーション板35は背側外皮19および腹側外皮21の接合構造(風車翼9)とは無関係に形成することができる。したがって、セレーション板35は、騒音を防止するのに最適な形状、すなわち、流れ29に沿った形状とすることができる。
同様に接着剤が塗布された腹側外皮21を、背側外皮19の上に位置を決めながら設置する。このとき、後援33側では、腹側外皮21の嵌合部47を背側外皮19の嵌合溝45に嵌合するように位置を調節し、背側外皮19および腹側外皮21を接合する。
また、嵌合溝45と嵌合部47とが嵌合することにより、背側外皮19および腹側外皮21の固定を確実、かつ、正確に行うことができる。これにより、セレーション板35の位置設定も確実に行うことができる。
また、セレーション板35は、背側外皮19側ではなく、腹側外皮21側に一体に取付けるようにしてもよい。
Claims (6)
- 背側外皮および腹側外皮が接合されて形成され、後部に歯形部を有するセレーション板が後縁に取り付けられている風車翼であって、
前記セレーション板は前記背側外皮および前記腹側外皮の接合に伴い装着されるよう構成され、
前記セレーション板が、前記腹側外皮側から前記背側外皮側に向けた流れに沿う板である風車翼。 - 前記背側外皮および前記腹側外皮は接着剤によって接合され、前記セレーション板は前記背側外皮および前記腹側外皮の間に挿入され前記接着剤によって固定される請求項1に記載された風車翼。
- 前記セレーション板の挿入部には、前記背側外皮側および/または前記腹側外皮側に突出した少なくとも1個の突起部が備えられている請求項2に記載された風車翼。
- 背側外皮および腹側外皮が接合されて形成され、後部に歯形部を有するセレーション板が後縁に取り付けられている風車翼であって、
前記セレーション板が、前記腹側外皮側から前記背側外皮側に向けた流れに沿い、
前記セレーション板は、前記背側外皮および前記腹側外皮のいずれか一方に一体として構成され、他方の端部は一方に嵌合されるようにされている風車翼。 - 前記セレーション板は、前記後縁における流線に沿う形状とされている請求項1から請求項4のいずれか1項に記載された風車翼。
- 前記請求項1から請求項5のいずれか1項に記載された風車翼を用いて発電を行う風力発電装置。
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