JP6148312B2 - ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置 - Google Patents

ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置 Download PDF

Info

Publication number
JP6148312B2
JP6148312B2 JP2015221838A JP2015221838A JP6148312B2 JP 6148312 B2 JP6148312 B2 JP 6148312B2 JP 2015221838 A JP2015221838 A JP 2015221838A JP 2015221838 A JP2015221838 A JP 2015221838A JP 6148312 B2 JP6148312 B2 JP 6148312B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
wind turbine
vortex generator
turbine blade
blade
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015221838A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2017089526A (ja
Inventor
浩司 深見
浩司 深見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Heavy Industries Ltd filed Critical Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority to JP2015221838A priority Critical patent/JP6148312B2/ja
Priority to EP16173927.1A priority patent/EP3168458B1/en
Priority to US15/217,949 priority patent/US10330077B2/en
Publication of JP2017089526A publication Critical patent/JP2017089526A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6148312B2 publication Critical patent/JP6148312B2/ja
Priority to US16/370,206 priority patent/US11015569B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/0608Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D1/00Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06Rotors
    • F03D1/065Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
    • F03D9/25Wind motors characterised by the driven apparatus the apparatus being an electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2220/00Application
    • F05B2220/70Application in combination with
    • F05B2220/706Application in combination with an electrical generator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/10Stators
    • F05B2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05B2240/122Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/21Rotors for wind turbines
    • F05B2240/221Rotors for wind turbines with horizontal axis
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00Components
    • F05B2240/20Rotors
    • F05B2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • F05B2240/306Surface measures
    • F05B2240/3062Vortex generators
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00Geometry
    • F05B2250/10Geometry two-dimensional
    • F05B2250/14Geometry two-dimensional elliptical
    • F05B2250/141Geometry two-dimensional elliptical circular
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05BINDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2250/00Geometry
    • F05B2250/70Shape
    • F05B2250/71Shape curved
    • F05B2250/711Shape curved convex
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Wind Motors (AREA)

Description

本開示は、ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置に関する。
従来から、風車の運転効率を向上させる観点から、風車翼の空力的性能を改善する試みがなされている。その試みの一つは、風車翼の表面にボルテックスジェネレータを設け、風車翼の表面に沿った流れの剥離を抑制することである。
特許文献1〜特許文献10には、風車翼の表面に取り付けられる基部と該基部上に立設されたフィンとを有するボルテックスジェネレータが開示されている。
米国特許出願公開第2014/0140856号明細書 欧州特許出願公開第2548800号明細書 欧州特許出願公開第2799709号明細書 国際公開第2007/140771号 欧州特許出願公開第2484895号明細書 欧州特許出願公開第2484896号明細書 欧州特許出願公開第2484897号明細書 欧州特許出願公開第2484898号明細書 国際公開第2015/030573号 欧州特許出願公開第2597300号明細書
しかしながら、特許文献1〜10に記載のボルテックスジェネレータは、風車翼の変形によって基部に大きな応力が発生し、風車翼の表面から脱落してしまう可能性がある。ボルテックスジェネレータが風車翼から脱落しても、風車の運転を継続することは可能であるが、風車の性能が低下してしまう。
本発明の少なくとも幾つかの実施形態の目的は、風車翼の表面から脱落しにくいボルテックスジェネレータおよびこれを備えた風車翼並びに風力発電装置を提供することである。
(1)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風車翼のボルテックスジェネレータは、
風車翼に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
前記風車翼の表面に取り付けられる基部と、
前記基部上に立設される少なくとも一本のフィンと、
を備え、
少なくとも、前記風車翼の翼長方向に沿った前記基部の断面が湾曲凸形状を有する。
風力発電装置の運転中、空力荷重に起因した曲げ変形によって風車翼は撓む。このため、風車翼の表面に取り付けられた基部には大きな応力が発生してしまう。
この点、上記(1)の構成によれば、ボルテックスジェネレータの基部が、風車翼の翼長方向に沿った湾曲凸形状の断面を有するので、風車翼の曲げ変形に追従して基部が変形可能であり、基部に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクを低減することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記風車翼のコード方向に沿った前記基部の断面が湾曲凸形状を有する。
上記(2)の構成によれば、風力発電装置の運転中、風車翼が捩り変形しても、風車翼の捩り変形に追従して基部が変形可能であり、基部に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクをより一層低減することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(1)又は(2)の構成において、
前記基部は、前記風車翼の前記表面に直交する何れの断面においても、前記フィンとの接続部を除く領域内にて湾曲凸形状を有する。
上記(3)の構成によれば、風車翼の複雑な変形に基部が追従し、基部に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクをより一層低減することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記基部は、平面視において円形状又は楕円形状を有する。
上記(4)の構成によれば、風車翼の変形に起因して基部に生ずる応力を効果的に分散させ、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクをより一層低減することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
前記風車翼の前記表面に対向する前記基部の裏面のコード方向に沿った曲率は、前記基部の取付位置における前記風車翼の前記表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きい。
上記(5)の構成によれば、風車翼の表面への基部の密着性を向上させることができ、ボルテックスジェネレータの脱落リスクをより一層低減することができる。
(6)一実施形態では、上記(5)の構成において、
前記基部の前記裏面のコード方向に沿った曲率は、前記風車翼の最大コード長位置における前記表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きい。
風車翼の翼根側では、最適コード長に対する実際のコード長の不足を補うために、最大揚力係数Clmaxを向上させることが望ましい。このためには、最大コード長位置付近の領域にボルテックスジェネレータを取り付けることで、風車翼の表面に沿った流れの剥離を抑制することが有効である。
上記(6)の構成によれば、最大揚力係数を向上させるためにボルテックスジェネレータを風車翼の最大コード長位置付近の領域(翼先端側に比べてコード方向に沿った翼本体表面の曲率が大きい領域)に取り付ける場合であっても、風車翼の表面への基部の密着力を適切に確保することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(5)又は(6)の構成において、
前記ボルテックスジェネレータは、
少なくとも前記基部の前記裏面と前記風車翼の前記表面との間の空隙に充填され、前記基部を前記風車翼の前記表面に固定するための接着材層をさらに備える。
上記(7)の構成によれば、基部の裏面と風車翼の表面との間の空隙に接着材層を形成したので、風車翼の表面への基部の密着力を向上させるとともに、接着材層による応力緩和効果を期待でき、ボルテックスジェネレータの脱落のリスクをより一層低減することができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(7)の何れかの構成において、
前記基部に接続される前記フィンの根本部は、フィレットを有する。
上記(8)の構成によれば、フィンの根本部と基部との接続部における応力集中を抑制し、ボルテックスジェネレータの強度を向上させることができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(8)の何れかの構成において、
前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に設けられる一対のフィンである。
ボルテックスジェネレータを構成するフィンは、翼長方向に沿って複数設けられることがある。これにより、ボルテックスジェネレータによる剥離抑制効果を広い翼長方向範囲にて享受することができる。この場合、基部上に設けられるフィンの数を増加させれば、ボルテックスジェネレータの風車翼への取付作業を効率的に行うことができる反面、翼長方向に沿った基部の長さが増加してしまい、風車翼の曲げ変形に起因して基部に生じる応力により、ボルテックスジェネレータの脱落リスクが高まってしまうという問題がある。
この点、上記(9)の構成によれば、基部上に設置するフィン数を2個に制限し、且つ、上記(1)で述べたように、翼長方向に関して湾曲凸形状の断面を有する基部を採用したので、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクを効果的に低減することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(9)の何れかの構成において、
前記ボルテックスジェネレータは、前記風車翼の負圧面において、該負圧面に沿った風の流れの乱流域内に設置される。
風車翼の負圧面における流れの剥離は、前縁近傍の層流域からその下流側の乱流域に向かって境界層が徐々に厚くなり、後縁に到達する前に流れが剥がれてしまうことで生じる。
この点、上記(10)の構成によれば、負圧面に沿った風の流れの乱流域内にボルテックスジェネレータを設置することで、負圧面からの流れの剥離を抑制することができる。
(11)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風車翼は、
翼本体と、
前記翼本体の表面に取り付けられた、上記(1)乃至(10)の何れかの構成のボルテックスジェネレータと、
を備える。
上記(11)の構成によれば、上記(1)で述べたように、ボルテックスジェネレータの基部が、風車翼の翼長方向に沿った湾曲凸形状の断面を有するので、風車翼の曲げ変形に追従して基部が変形可能であり、基部に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクを低減し、長期に亘ってボルテックスジェネレータによる風車翼の性能改善効果を享受することができる。
(12)本発明の少なくとも幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、
上記(11)の構成の風車翼を備える。
上記(12)の構成によれば、上記(11)の構成の風車翼を備えるので、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクを低減し、長期に亘ってボルテックスジェネレータによる風力発電装置の効率改善効果を享受することができる。
本発明の少なくとも一実施形態によれば、ボルテックスジェネレータの基部に発生する応力を分散させることができ、よって、風車翼の表面からのボルテックスジェネレータの脱落のリスクを低減することができる。
一実施形態に係るボルテックスジェネレータを備えた風車翼の斜視図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの翼長方向に沿った断面図(図2のA−A断面)である。 一実施形態に係る翼先端側のボルテックスジェネレータのコード方向に沿った断面図(図2のB−B断面)である。 一実施形態に係る翼根側のボルテックスジェネレータのコード方向に沿った断面図(図2のB−B断面)である。 他の実施形態に係るボルテックスジェネレータの翼長方向に沿った断面図(図2のA−A断面に対応)である。 一実施形態に係るボルテックスジェネレータの平面図である。 他の実施形態に係るボルテックスジェネレータの平面図である。 他の実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。 さらに他の実施形態に係るボルテックスジェネレータの斜視図である。
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
最初に、図1を例示して、幾つかの実施形態に係る風車翼1の全体構成について説明する。なお、図1は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ10を備えた風車翼1の斜視図である。
幾つかの実施形態に係る風車翼1は、翼本体2と、翼本体2の表面(翼面)に取付けられるボルテックスジェネレータ10と、を備える。
翼本体2は、風力発電装置のハブに取付けられる翼根3と、ハブから最も遠くに位置する翼先端4と、翼根3と翼先端4の間に延在する翼型部5と、を含む。また、風車翼1は、翼根3から翼先端4にかけて、前縁6と後縁7とを有する。また、風車翼1の外形は、圧力面(腹面)8と、圧力面8に対向する負圧面(背面)9とによって形成される。
なお、以下の説明において、「翼長方向」とは、翼根3から翼先端4に向かう方向であり、「コード方向」とは、前縁6と後縁7とを結ぶ線(コード)に沿った方向である。
上記風車翼1を備える風力発電装置は、一実施形態では、複数の風車翼1が放射状にハブに取付けられており、これら複数の風車翼1で風を受けることによってロータ(風車翼1及びハブを含む)が回転し、ロータに連結された発電機で発電を行うように構成されている。
次に、図2〜図9を参照して、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ10について具体的に説明する。
図2は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の斜視図である。図8は、他の実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の斜視図である。図9は、さらに他の実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の斜視図である。なお、これらの図において、二点鎖線は仮想線であり、ボルテックスジェネレータ10の形状をわかり易くするために示している。
図2、図8及び図9に示すように、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ10は、風車翼1の表面(より具体的には翼本体2の表面)に取り付けられる基部11と、基部11上に立設される少なくとも一本のフィン21(21A,21B)と、を備えている。基部11は、外部に露出した表面12と、翼本体2の表面に対向した裏面13と、を有する。
一実施形態では、風車翼1には、フィン1及び基部11を備えるボルテックスジェネレータ10が、翼長方向に複数配列されている。
図3及び図5は、翼長方向に沿ったボルテックスジェネレータ10の基部11の断面18を示している。なお、図3は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の翼長方向に沿った断面図(図2のA−A断面)である。図5は、他の実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の翼長方向に沿った断面図(図2のA−A断面に対応)である。
図3及び図5に示すように、幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ10は、少なくとも、風車翼1の翼長方向に沿った基部11の断面18が湾曲凸形状を有している。
ここで、「湾曲凸形状」とは、風車翼1から離れる方向に隆起するとともに、隆起した部分の輪郭(基部11の表面12の形状)が湾曲しているような形状を指す。
隆起した部分の輪郭は、図3に示す実施形態のように単一の曲率半径の円弧によって形成されていてもよいし、図示は省略するが他の実施形態として複数の曲率半径の円弧の組合せによって形成されていてもよい。
また、図5に示す他の実施形態のように、基部11の隆起した部分の輪郭は、円弧形状の湾曲部16と直線形状の直線部15との組合せによって形成されていてもよい。
風力発電装置の運転中、空力荷重に起因した曲げ変形によって風車翼1は撓む。このため、風車翼1の表面に取り付けられた基部11には大きな応力が発生してしまう。
この点、上記実施形態によれば、ボルテックスジェネレータ10の基部11が、風車翼1の翼長方向に沿った湾曲凸形状の断面18を有するので、風車翼1の曲げ変形に追従して基部11が変形可能であり、基部11に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクを低減することができる。
幾つかの実施形態では、図5に例示するように、基部11の湾曲部16と直線部15との組合せからなる隆起部分の輪郭のうち、少なくとも一つの湾曲部(円弧形状)16によって形成される領域の翼長方向長さの総和Larc(Larc1+Larc2)は、断面18における基部11の翼長方向における全長をLtotalとしたとき、Larc≧0.5Ltotalを満たす。具体的には、基部11は、翼長方向に沿った断面18において中央領域に設けられた直線部15と、翼長方向の両端側に設けられた2つの湾曲部16,16とを含む。この構成の場合、一方の湾曲部16の翼長方向長さLarc1と、他方の湾曲部16の翼長方向長さLarc2との和が、基部11の翼長方向における全長Ltotalの0.5倍以上である。
一実施形態では、Larc≧0.2Ltotalを満たしてもよく、例えば0.7Ltotalを満たしてもよい。
図4A及び図4Bは、コード方向に沿ったボルテックスジェネレータ10の断面17を示している。なお、図4Aは、一実施形態に係る翼先端4側のボルテックスジェネレータ10のコード方向に沿った断面図(図2のB−B断面)である。図4Bは、一実施形態に係る翼根3側のボルテックスジェネレータ10のコード方向に沿った断面図(図2のB−B断面)である。図4Bは、最大コード長位置Pにおける断面を示している。
幾つかの実施形態に係るボルテックスジェネレータ10は、図4A及び図4Bに例示するように、風車翼1のコード方向に沿った基部11の断面17が湾曲凸形状を有している。
上述した翼長方向における湾曲凸形状と同様に、「湾曲凸形状」とは、風車翼1から離れる方向に隆起するとともに、隆起した部分の輪郭(基部11の表面12の形状)が湾曲しているような形状を指す。
隆起した部分の輪郭は、図4A及び図4Bに示す実施形態のように単一の曲率半径の円弧によって形成されていてもよいし、図示は省略するが他の実施形態として複数の曲率半径の円弧の組合せによって形成されていてもよい。また、基部11の隆起した部分の輪郭は、円弧形状の湾曲部と直線形状の直線部との組合せによって形成されていてもよい(図5参照)。
この実施形態によれば、風力発電装置の運転中、風車翼1が捩り変形しても、風車翼1の捩り変形に追従して基部が変形可能であり、基部11に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクをより一層低減することができる。
図2に示すように、一実施形態において基部11は、風車翼1の表面に直交する何れの断面においても、フィン21との接続部を除く領域内にて湾曲凸形状を有する。
これにより、風車翼1の複雑な変形に基部11が追従し、基部11に発生する応力を分散させることができる。よって、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクをより一層低減することができる。
図4A及び図4Bに示すように、風車翼1の表面に対向する基部11の裏面13のコード方向に沿った曲率は、基部11の取付位置における風車翼1(翼本体2)の表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きくてもよい。
これにより、風車翼1の表面への基部11の密着性を向上させることができ、ボルテックスジェネレータ10の脱落リスクをより一層低減することができる。
また、基部11の裏面13のコード方向に沿った曲率は、風車翼1の最大コード長位置Pにおける表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きくてもよい。なお、最大コード長位置Pとは、図1に示す風車翼1においてコード長が最大となる翼長方向位置をいう。
風車翼1の翼根3側では、最適コード長に対する実際のコード長の不足を補うために、最大揚力係数Clmaxを向上させることが望ましい。このためには、最大コード長位置付近の領域にボルテックスジェネレータ10を取り付けることで、風車翼1の表面に沿った流れの剥離を抑制することが有効である。
この実施形態によれば、最大揚力係数を向上させるためにボルテックスジェネレータ10を風車翼1の最大コード長位置付近の領域(翼先端4側に比べてコード方向に沿った翼本体2表面の曲率が大きい領域)に取り付ける場合であっても、風車翼1の表面への基部11の密着力を適切に確保することができる。
なお、図1に例示する実施形態では、風車翼1の最適コード長に対する実際のコード長の不足を補うために、翼根3側の領域にボルテックスジェネレータ10を配置した構成を示しているが、ボルテックスジェネレータ10を配置する領域はこれに限定されるものではない。例えば、ボルテックスジェネレータ10は、翼先端4側の領域に配置してもよいし、翼根3側から翼先端4側までの翼長方向範囲の大部分の領域に配置してもよい。
また、図6又は図7に示すように、基部11は、平面視において円形状又は楕円形状を有していてもよい。
図6は、一実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の平面図である。このボルテックスジェネレータ10は、平面視において基部11が円形状を有している。この場合、基部11上には、一対のフィン21A,21Bが設けられていてもよい。
図7は、他の実施形態に係るボルテックスジェネレータ10の平面図である。このボルテックスジェネレータ10は、平面視において基部11が楕円形状を有している。この場合、基部11上には、一対のフィン21A,21Bが複数組設けられていてもよい。図示される例では、一対のフィン21A,21Bが2組設けられている。
これらの構成によれば、風車翼1の変形に起因して基部11に生ずる応力を効果的に分散させ、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクをより一層低減することができる。
ただし、基部11の形状は、円形状又は楕円形状に限定されるものではない。
例えば図8又は図9に示すように、他の実施形態では、基部11は、平面視において多角形状であってもよい。
図8に示す実施形態では、基部11は、平面視において方形状を有している。また、翼長方向において、基部11の断面18が湾曲凸形状を有している。
図9に示す実施形態では、基部11は、平面視において方形状を有している。また、コード方向及び翼長方向の両方において、基部11の断面17,18が湾曲凸形状を有している。
図6に示す実施形態では、少なくとも一本のフィン21は、基部11上に設けられる一対のフィン21A,21Bである。
ボルテックスジェネレータ10を構成するフィン21は、翼長方向に沿って複数設けられることがある。これにより、ボルテックスジェネレータ10による剥離抑制効果を広い翼長方向範囲にて享受することができる。この場合、基部11上に設けられるフィン21の数を増加させれば、ボルテックスジェネレータ10の風車翼1への取付作業を効率的に行うことができる反面、翼長方向に沿った基部11の長さが増加してしまい、風車翼1の曲げ変形に起因して基部11に生じる応力により、ボルテックスジェネレータ10の脱落リスクが高まってしまうという問題がある。
この点、上記構成によれば、基部11上に設置するフィン数を2個に制限し、且つ、翼長方向に関して湾曲凸形状の断面18(図3参照)を有する基部11を採用しているので、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクを効果的に低減することができる。
図2、図8及び図9に示すように、例えばフィン21(21A,21B)は、略三角形状の板状に形成されており、基部11から離れる方向に突出した先端部22と、基部11に取付けられる根本部23と、を含む。一対のフィン21A,21Bは略平行に配置されているが、互いの面が0°以上の角度を有するように僅かに傾斜している。具体的には、図1に示す風車翼1の前縁6側から後縁7側に向けて、一対のフィン21A,21Bの間の隙間が広がるように各々のフィン21A,21Bが配置されている。また、フィン21A,21Bは、先端部22が前縁6側に位置し、後縁7側に向けて先端部22から高さが低くなるように傾斜した形状を有している。
図3〜図5に示す実施形態において、ボルテックスジェネレータ10は、少なくとも基部11の裏面13と風車翼1の翼本体2の表面との間の空隙に充填され、基部11を翼本体2の表面に固定するための接着材層30をさらに備える。
これにより、基部11の裏面13と翼本体2の表面との間の空隙に接着材層30を形成したので、翼本体2の表面への基部11の密着力を向上させるとともに、接着材層30による応力緩和効果を期待でき、ボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクをより一層低減することができる。
図3及び図5に示す実施形態において、基部11に接続されるフィン21(21A,21B)の根本部23は、フィレット28を有する。例えば、フィレット28が予め形成された根本部23を有するフィン21(21A,21B)を基部11に結合することで、ボルテックスジェネレータ10のフィン21の根本部23にフィレット28を形成してもよい。あるいは、フィレット28が予め形成された基部11にフィン21(21A,21B)を結合することで、ボルテックスジェネレータ10のフィン21の根本部23にフィレット28を形成してもよい。なお、フィン21(21A,21B)と基部11とを接着剤を用いて結合する場合、フィン21及び基部11は、それぞれ、FRPによって形成されていてもよい。
図1に示すように、一実施形態では、ボルテックスジェネレータ10は、風車翼1の負圧面9において、該負圧面9に沿った風の流れの乱流域内に設置される。
風車翼1の負圧面9における流れの剥離は、前縁6近傍の層流域からその下流側の乱流域に向かって境界層が徐々に厚くなり、後縁7に到達する前に流れが剥がれてしまうことで生じる。
この点、上記構成によれば、負圧面9に沿った風の流れの乱流域内にボルテックスジェネレータ10を設置することで、負圧面9からの流れの剥離を抑制することができる。
幾つかの実施形態に係る風力発電装置は、上述した何れかの実施形態におけるボルテックスジェネレータ10を備える。
これにより、風車翼1の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクを低減し、長期に亘ってボルテックスジェネレータ10による風力発電装置の効率改善効果を享受することができる。
上述したように、本発明の少なくとも幾つかの実施形態によれば、ボルテックスジェネレータ10の基部11に発生する応力を分散させることができ、よって、風車翼1(より具体的には翼本体2)の表面からのボルテックスジェネレータ10の脱落のリスクを低減することができる。
本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
1 風車翼
2 翼本体
3 翼根
4 翼先端
5 翼型部
6 前縁
7 後縁
8 圧力面
9 負圧面
10 ボルテックスジェネレータ
11 基部
12 表面
13 裏面
15 直線部
16 湾曲部
21(21A,21B) フィン
22 先端部
23 根本部
28 フィレット
30 接着材層

Claims (12)

  1. 風車翼の翼本体に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
    前記風車翼の前記翼本体の表面に取り付けられる基部と、
    前記基部上に立設される少なくとも一本のフィンと、
    を備え、
    少なくとも、前記風車翼の翼長方向に沿った前記基部の断面が下記(a)又は(b)の何れかの輪郭の外表面によって規定される湾曲凸形状により形成されることを特徴とする風車翼のボルテックスジェネレータ。
    (a)1の円弧、または、曲率半径が異なる複数の円弧の組合せにより形成される輪郭。
    (b)1以上の湾曲部と直線部との組合せにより形成される輪郭であって、前記1以上の湾曲部の前記翼長方向に沿った長さの総和Larcは、前記基部の前記翼長方向における全長をLtotalとしたとき、Larc≧0.2Ltotalを満たすような輪郭。
  2. 前記風車翼のコード方向に沿った前記基部の断面が湾曲凸形状を有することを特徴とする請求項1に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  3. 前記基部は、前記風車翼の前記表面に直交する何れの断面においても、前記フィンとの接続部を除く領域内にて湾曲凸形状を有することを特徴とする請求項1又は2に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  4. 前記基部は、平面視において円形状又は楕円形状を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れか一項に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  5. 風車翼の翼本体に取り付けられるボルテックスジェネレータであって、
    前記風車翼の前記翼本体の表面に取り付けられる基部と、
    前記基部上に立設される少なくとも一本のフィンと、
    を備え、
    少なくとも、前記風車翼の翼長方向に沿った前記基部の断面が湾曲凸形状を有し、
    前記風車翼の前記翼本体の前記表面に対向する前記基部の裏面のコード方向に沿った曲率は、前記基部の取付位置における前記風車翼の前記表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きいことを特徴とする風車翼のボルテックスジェネレータ。
  6. 前記基部の前記裏面のコード方向に沿った曲率は、前記風車翼の最大コード長位置における前記表面のコード方向に沿った曲率に比べて大きいことを特徴とする請求項5に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  7. 少なくとも前記基部の前記裏面と前記風車翼の前記翼本体の前記表面との間の空隙に充填され、前記基部を前記風車翼の前記翼本体の前記表面に固定するための接着材層をさらに備えることを特徴とする請求項5又は6に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  8. 前記基部に接続される前記フィンの根本部は、フィレットを有することを特徴とする請求項1乃至7の何れか一項に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  9. 前記少なくとも一本のフィンは、前記基部上に設けられる一対のフィンであることを特徴とする請求項1乃至8の何れか一項に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  10. 前記ボルテックスジェネレータは、前記風車翼の負圧面において、該負圧面に沿った風の流れの乱流域内に設置されることを特徴とする請求項1乃至9の何れか一項に記載の風車翼のボルテックスジェネレータ。
  11. 翼本体と、
    前記翼本体の表面に取り付けられた請求項1乃至10の何れか一項に記載のボルテックスジェネレータと、
    を備えることを特徴とする風車翼。
  12. 請求項11に記載の風車翼を備えることを特徴とする風力発電装置。
JP2015221838A 2015-11-12 2015-11-12 ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置 Active JP6148312B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015221838A JP6148312B2 (ja) 2015-11-12 2015-11-12 ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置
EP16173927.1A EP3168458B1 (en) 2015-11-12 2016-06-10 Vortex generator, wind turbine blade, and wind turbine power generating apparatus
US15/217,949 US10330077B2 (en) 2015-11-12 2016-07-22 Vortex generator, wind turbine blade, and wind turbine power generating apparatus
US16/370,206 US11015569B2 (en) 2015-11-12 2019-03-29 Vortex generator, wind turbine blade, and wind turbine power generating apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015221838A JP6148312B2 (ja) 2015-11-12 2015-11-12 ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017089526A JP2017089526A (ja) 2017-05-25
JP6148312B2 true JP6148312B2 (ja) 2017-06-14

Family

ID=56117626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015221838A Active JP6148312B2 (ja) 2015-11-12 2015-11-12 ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10330077B2 (ja)
EP (1) EP3168458B1 (ja)
JP (1) JP6148312B2 (ja)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
PL2739528T3 (pl) * 2011-07-22 2020-03-31 Lm Wp Patent Holding A/S Układ generatorów wirów na płacie nośnym
JP6154050B1 (ja) 2016-08-08 2017-06-28 三菱重工業株式会社 風車翼、風車ロータ及び風力発電装置並びにボルテックスジェネレータの取付方法
JP6632553B2 (ja) 2017-01-16 2020-01-22 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置
JP6779180B2 (ja) * 2017-06-30 2020-11-04 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ及び風車翼アセンブリ
CN107143470A (zh) * 2017-07-07 2017-09-08 中航瑞德(北京)科技有限公司 风电叶片涡流增效组件及其安装方法
JP6783212B2 (ja) 2017-10-20 2020-11-11 三菱重工業株式会社 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ
JP6783211B2 (ja) 2017-10-20 2020-11-11 三菱重工業株式会社 風車翼及び風車翼へのボルテックスジェネレータの配置決定方法
DE102018117398A1 (de) 2018-07-18 2020-01-23 Wobben Properties Gmbh Rotorblatt für eine Windenergieanlage und Windenergieanlage
JP6797888B2 (ja) * 2018-12-28 2020-12-09 三菱重工業株式会社 ボルテックスジェネレータ及び風車翼
DK3690230T3 (da) 2019-01-30 2023-02-13 Nordex Energy Se & Co Kg Vortex-generator med en enkelt finne
US20220411046A1 (en) * 2019-11-21 2022-12-29 University Of Washington Vortex control on engine nacelle strake and other vortex generators
JP7114679B2 (ja) * 2020-11-27 2022-08-08 三菱重工業株式会社 風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置

Family Cites Families (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5058837A (en) * 1989-04-07 1991-10-22 Wheeler Gary O Low drag vortex generators
US6837465B2 (en) 2003-01-03 2005-01-04 Orbital Research Inc Flow control device and method of controlling flow
CA2654772C (en) 2006-06-09 2013-09-24 Vestas Wind Systems A/S A wind turbine blade and a pitch controlled wind turbine
DK1944505T3 (da) 2007-01-12 2013-01-07 Siemens Ag Vindmøllerotorblad med hvirvelgeneratorer
DK2129908T3 (da) 2007-03-20 2011-03-21 Vestas Wind Sys As Vindmøllevinger med hvirvel-generatorer
EP2031241A1 (en) 2007-08-29 2009-03-04 Lm Glasfiber A/S Blade for a rotor of a wind turbine provided with barrier generating means
DK2343450T3 (en) * 2009-10-08 2019-04-15 Lm Wind Power As Wind turbine blade with longitudinal flow guiding device having a plate-shaped element.
US8047801B2 (en) 2010-06-23 2011-11-01 General Electric Company Wind turbine blades with aerodynamic vortex elements
EP2444658B1 (en) 2010-10-21 2016-10-19 Siemens Aktiengesellschaft Method to retrofit a blade of a wind turbine
US9039381B2 (en) 2010-12-17 2015-05-26 Vestas Wind Systems A/S Wind turbine blade and method for manufacturing a wind turbine blade with vortex generators
EP2484895A1 (en) 2011-02-04 2012-08-08 LM Wind Power A/S Vortex generator vane pair with trapezium-shaped base
ES2451568T3 (es) 2011-02-04 2014-03-27 Lm Wind Power A/S Generador de torbellinos para turbina eólica con una base que tiene un rebaje para adhesivo
DK2484898T3 (da) * 2011-02-04 2014-07-21 Lm Wp Patent Holding As En vortexgeneratorindretning med tilspidsede dele
DK2484896T3 (da) 2011-02-04 2014-07-28 Lm Wp Patent Holding As Montering af vortexgeneratorindretninger via monteringsplade
EP2548800A1 (en) 2011-07-22 2013-01-23 LM Wind Power A/S Method for retrofitting vortex generators on a wind turbine blade
EP2736805B1 (en) 2011-07-22 2017-06-14 LM WP Patent Holding A/S Wind turbine blade comprising vortex generators
PL2739528T3 (pl) 2011-07-22 2020-03-31 Lm Wp Patent Holding A/S Układ generatorów wirów na płacie nośnym
EP2604856B1 (en) 2011-10-12 2016-04-27 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Wind turbine blade, wind power generation device provided with same, and design method for wind turbine blade
DK2597300T4 (en) 2011-11-23 2019-02-11 Siemens Ag Wind turbine blade
DE102013201871C5 (de) 2013-02-05 2018-09-06 Senvion Gmbh Vortexgenerator für ein Rotorblatt einer Windenergieanlage
US9556849B2 (en) 2013-05-02 2017-01-31 General Electric Company Attachment system and method for wind turbine vortex generators
US9562513B2 (en) * 2013-05-03 2017-02-07 General Electric Company Wind turbine rotor blade assembly with surface features
US20140328688A1 (en) 2013-05-03 2014-11-06 General Electric Company Rotor blade assembly having vortex generators for wind turbine
DE102013210733B4 (de) 2013-06-10 2021-03-25 Senvion Gmbh Rotorblatt und Vortexgenerator
US20150001040A1 (en) * 2013-07-01 2015-01-01 Accelerate Inc. Double Flat Detection and Correction System and Method
US20150010407A1 (en) * 2013-07-08 2015-01-08 Alonso O. Zamora Rodriguez Reduced noise vortex generator for wind turbine blade
ES2742414T3 (es) 2013-09-02 2020-02-14 Wobben Properties Gmbh Generador de vórtices para una turbina de viento
EP3055556A1 (en) * 2013-10-09 2016-08-17 Siemens Aktiengesellschaft Hinged vortex generator for excess wind load reduction on wind turbine
DE102014106529B4 (de) 2014-05-09 2016-02-04 Senvion Gmbh Reparaturverfahren für Vortexgenerator und ein Bausatz dafür
DK178138B1 (en) * 2014-07-16 2015-06-22 Envision Energy Vortex generator unit for a wind turbine blade
US9869297B2 (en) * 2015-05-07 2018-01-16 General Electric Company Attachment method and system to install components, such as vortex generators, to a wind turbine blade

Also Published As

Publication number Publication date
US20170138341A1 (en) 2017-05-18
JP2017089526A (ja) 2017-05-25
EP3168458B1 (en) 2018-06-27
US10330077B2 (en) 2019-06-25
EP3168458A1 (en) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6148312B2 (ja) ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置
JP6153989B2 (ja) ボルテックスジェネレータ、風車翼および風力発電装置
CN109416017B (zh) 具有锯齿状后缘的转子叶片
JP6154050B1 (ja) 風車翼、風車ロータ及び風力発電装置並びにボルテックスジェネレータの取付方法
JP6779180B2 (ja) ボルテックスジェネレータ及び風車翼アセンブリ
US8047801B2 (en) Wind turbine blades with aerodynamic vortex elements
JP5787462B2 (ja) ボーテックス・ジェネレータを備えた風力タービン用ロータブレード
AU2013213758B2 (en) Wind turbine rotor blade
JP6783211B2 (ja) 風車翼及び風車翼へのボルテックスジェネレータの配置決定方法
JP2018115559A (ja) ボルテックスジェネレータ及びその設置方法、並びに風車翼及び風力発電装置
US9938957B2 (en) Rotor
JP2019078191A5 (ja)
KR20130107370A (ko) 풍차 날개 및 이것을 구비한 풍력 발전 장치
BR112021003237A2 (pt) conjunto de pá do rotor para uma turbina eólica e redutor de ruído para uma pá do rotor de uma turbina eólica
JP6101240B2 (ja) 後縁側パネル
JP2019078192A (ja) 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ
JP2019015201A (ja) 風車翼へのボルテックスジェネレータの配置位置決定方法、風車翼アセンブリの製造方法及び風車翼アセンブリ
US11015569B2 (en) Vortex generator, wind turbine blade, and wind turbine power generating apparatus
WO2022114106A1 (ja) 風車翼用のボルテックスジェネレータ、風車翼及び風力発電装置
EP2682597B1 (en) Method for designing a wind turbine blade comprising a winglet
JP5805913B1 (ja) 風車翼及びそれを備えた風力発電装置

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170406

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170508

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170518

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6148312

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150