JP6053825B2 - 幾何学的なスイープを有する風力タービン翼 - Google Patents
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Description
一般的に風力タービンには、複数の回転翼が取り付けられたロータと、ドライブトレインおよびナセルに収容された発電機と、タワーとが含まれている。上記のナセルおよびロータは一般的にタワーの頂部に取り付けられる。動作時に上記のロータの複数の翼は、風からエネルギを受け取って、この風力エネルギを回転トルクに変換し、これが上記の発電機を駆動するのに使用される。ここでこの発電機は、上記のドライブトレインを介して上記のロータに連結されて回転運動する。空力弾性タービン翼は、風力タービンに対してエネルギ形成を増大するその潜在的な能力が研究されており、ここでこれは、(乱流、剪断、ヨーなどの)流れ場摂動によって形成される負荷を低減するため、受動的に捩れる翼を構成することによって行われ、これにより、通常の動作条件に対して一層大きなロータを設計することが可能になり、この一層大きなロータによって風力タービンの出力が増大する。
本発明の発明者が認識したのは、空力弾性翼において発生する捩りトルクは、風力タービン動作にとって害になり得ることである。なぜならば、付け根に加わる大きなトルクは、ハイドロリック翼ピッチ制御システムにストレスを形成し、構成部分の寿命を短くし得ることになるからである。さらに本発明の発明者は、改良されたスイープ形状を有する、捩れ方向に可撓にスイープされる風力タービン翼を革新的に発展させた。この翼により、受動的に誘導される自己補正式で本来的に安定した固有の捩れ応答が得られる一方で、翼の付け根において発生する局所的な捩れトルクが最小化される。有利にも翼における負荷が低減されることにより、一層大きなロータを製造することができ、これにより、風力タービンに対して一層大きな出力エネルギが得られる。またここでは説明するスイープ翼により、公知のスイープ翼に比べ、捩りトルクに対して一層滑らかな傾斜プロフィールが翼長に渡って得られる。捩りトルクにおける大きな傾斜は機械的には好ましくないため、滑らかな傾斜プロフィールは構造的な観点から一層有利である。
y1(0)=0 原点(0,0)で始まる。すなわち翼の付け根
y1(α)=β (α,β)を通る
y2(α)=β スイープ形状は、(α,β)で関数的に連続している
y1'(α)=0 形状50の最も前方の点は、(α,β)に位置している
y2'(α)=0 (α,β)において勾配は関数的に連続している
y2(R)=γ 形状は(R,γ)で終わる。
a3=0 y1は2次式である
b3=0 y2は2次式である。
y1'(0)=0 原点(0,0)における勾配0
b3=0 y2は2次式である。
y1''(α)=y2''(α) (α,β)において曲率は関数的に連続である。
Claims (16)
- 風力タービン(10)において、
少なくとも1つのスイープ型風力タービン翼(20)を有し、
前記タービン翼(20)は、
前記翼の付け根と先端部との間の全長に渡って延在する翼本体と、
前記翼の前記付け根を通って延在するピッチ軸と、
前記全長に渡って前記翼のスイープ形状に相応する、前記ピッチ軸からの偏差を定める基準ラインとを有しており、
前記基準ラインは、
前記付け根における0のスイープと、
前記付け根における0の勾配と、
前記翼の前記付け根から前記先端部に至る前記全長の25%内のセグメントに渡る正の曲率とから構成され、
さらに前記全長に渡り、前記正の曲率から外側には負の曲率を有し、
前記曲率は、前記タービン翼(20)の回転面に対し垂直の方向の曲率である、
ことを特徴とする、風力タービン(10)。 - 請求項1に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインには、前記付け根における正の曲率が含まれている、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項1に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインはさらに、
前記全長の第1の部分に渡って第1の関数によって定められる第1の曲率と、
前記全長の第2の部分に渡り、前記第1の関数とは異なりかつ遷移点において前記第1の関数に繋がる第2の関数によって定められる第2の曲率とから構成されており、
前記第1の曲率の勾配および前記第2の曲率の勾配は、前記遷移点において等しい、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項2に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインはさらに、
前記全長の第1部分に渡って第1の関数によって定められる第1の曲率と、
前記全長の第2部分に渡り、前記第1の関数とは異なりかつ遷移点において前記第1の関数と繋がる第2の関数によって定められる第2の曲率とから構成されており、
前記第1の曲率の勾配および前記第2の曲率の勾配は、前記遷移点において等しい、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項1に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインはさらに、
前記全長の第1の部分に渡って第1の関数によって定められる第1の曲率と、
前記全長の第2部分に渡り、前記第1の関数とは異なりかつ遷移点において前記第1の関数と繋がる第2の関数によって定められる第2の曲率とから構成されており、
前記第1の曲率および前記第2の曲率はそれぞれ前記遷移点において、終端しかつ同じ曲率を有する、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項4に記載の風力タービン(10)において、
前記第1の曲率は、前記付け根より前方において0の勾配を有するセグメントの1つの点から延在している、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項1に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインには、前記翼の弾性軸、4分の1翼弦線、重心線の中心、剪断中心線、前縁線および後縁線からなるグループから選択される要素が含まれている、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 風力タービン(10)において、
少なくとも1つのスイープ型風力タービン翼(20)を有し、
前記タービン翼(20)は、
前記翼の付け根と先端部との間の全長に渡って延在する翼本体と、
前記翼の前記付け根を通って延在するピッチ軸と、
前記全長に渡って前記翼のスイープ形状に相応する、前記ピッチ軸からの偏差を定める基準ラインとを有しており、
前記基準ラインは、
前記付け根における0の勾配と、
前記付け根から前記全長の25%以内の第1の部分に渡った正の曲率と、
前記正の曲率から外側の前記全長の第2の部分に渡った負の曲率とから構成され、
前記曲率は、前記タービン翼(20)の回転面に対し垂直の方向の曲率である、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項8に記載の風力タービン(10)において、
さらに前記翼の付け根からまたは当該付け根より前方から開始される前記第1の部分と、当該第1の部分より外側にある前記第2の部分とから構成される、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項8に記載の風力タービン(10)において、
さらに前記翼の付け根からまたは当該付け根の前方から開始される前記第2の部分と、当該第2の部分から外側にある前記第1の部分とから構成される、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項8に記載の風力タービン(10)において、
前記正の曲率は、前記全長の第1の部分に渡って第1の関数によって定められ、
前記負の曲率は、前記全長の第2の部分に渡り、前記第1の関数とは異なりかつ遷移点において当該第1の関数と繋がる第2の関数によって定められ、
前記正の曲率の勾配と、前記負の曲率の勾配とは前記遷移点において等しい、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項8に記載の風力タービン(10)において、
前記基準ラインは、前記翼の弾性軸、4分の1翼弦線、重心線の中心、剪断中心線、前縁線および後縁線からなるグループから選択される要素から構成される、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項8に記載の風力タービン(10)において、
前記正の曲率は、前記付け根の前方において0の勾配を有するセグメントから延在している、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 風力タービン(10)において、
少なくとも1つのスイープ型風力タービン翼(20)を有し、
前記タービン翼(20)は、
前記翼の付け根と先端部との間の全長に渡って延在する翼本体と、
前記翼の前記付け根を通って延在するピッチ軸と、
前記全長に渡って前記翼のスイープ形状に相応する、前記ピッチ軸からの偏差を定める基準ラインとを有しており、
前記基準ラインは、
前記付け根における0のスイープと、
前記付け根における0の勾配と、
前記全長の第1の部分に渡って第1の関数によって定められる第1の曲率と、
前記全長の第2の部分に渡り、前記第1の関数とは異なりかつ遷移点において前記第1の関数に繋がる第2の関数によって定められ第2の曲率とから構成され、
前記第1の曲率の勾配と、前記第2の曲率の勾配とは前記遷移点において等しく、
前記第1の曲率は、前記付け根から前記全長の25%内の第1の部分に渡り正の曲率であり、
前記第2の曲率は、前記正の曲率から外側の全長の第2の部分に渡り負の曲率であり、
前記曲率は、前記タービン翼(20)の回転面に対し垂直の方向の曲率である、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項14に記載の風力タービン(10)において、
前記正の曲率は、前記翼の前記付け根に配置されている、
ことを特徴とする風力タービン(10)。 - 請求項14に記載の風力タービン(10)において、
前記正の曲率は、前記翼の前記付け根から離れて配置されている、
ことを特徴とする風力タービン(10)。
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