JP6500346B2 - Blades and wind turbines - Google Patents
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Description
本発明は、ブレード及び風力発電用風車に関するものである。 The present invention relates to blades and wind turbines for wind power generation.
風力発電用の風車等では、ブレードの回転によって騒音が発生することが知られている。このような騒音は、ブレードの周速の5乗または6乗に比例して発生するため、特にブレードのチップ側において大きくなる。騒音の原因としては複数考えられるが、ブレード周りに形成される乱流境界層とブレードの後縁とが干渉して発生するトレーリングエッジノイズが主たる原因と考えられる。 In wind turbines for wind power generation, etc., it is known that noise is generated by rotation of blades. Such noise is generated in proportion to the fifth power or sixth power of the peripheral speed of the blade, and thus is particularly large on the tip side of the blade. There are a number of possible causes of noise, but the main cause is considered to be trailing edge noise generated by interference between the turbulent boundary layer formed around the blade and the trailing edge of the blade.
このようなトレーリングエッジノイズの低減を図るために、例えば特許文献1〜3に示すように、ブレードの後縁側に鋸刃状の形状を有するデバイスを取り付ける構造が提案されている。 In order to reduce such trailing edge noise, for example, as shown in Patent Documents 1 to 3, a structure has been proposed in which a device having a saw blade shape is attached to the trailing edge side of the blade.
ブレードの後縁側に鋸刃状の形状を有するデバイスを取り付けることにより一定の騒音低減効果が得られるものの、風力発電用の風車等の騒音は小さいほど好ましく、さらなる騒音の低減が求められている。 Although a certain noise reduction effect can be obtained by attaching a device having a saw blade shape to the trailing edge side of the blade, the noise of a wind turbine for wind power generation is preferably as small as possible, and further noise reduction is required.
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、風力発電用風車等のブレードにおいて、より騒音を低減させることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to further reduce noise in a blade such as a wind turbine for wind power generation.
本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。 The present invention adopts the following configuration as means for solving the above-mentioned problems.
第1の発明は、断面翼形状の本体部と、上記本体部の翼高さ方向に交互に複数配列される突出部と切欠部とを有すると共に上記本体部の後縁部に設けられるデバイスとを有するブレードであって、上記切欠部を覆って設けられるメッシュ材を備えるという構成を採用する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided a main body having a cross-sectional wing shape, and a device provided with a plurality of protrusions and notches alternately arranged in the wing height direction of the main body at the rear edge of the main body. A blade having a mesh material provided to cover the notch.
第2の発明は、上記第1の発明において、上記メッシュ材が、ガラスクロスであるという構成を採用する。 According to a second invention, in the first invention, the mesh material is a glass cloth.
第3の発明は、回転軸に対して放射状に複数設けられるブレードを有する風力発電用風車であって、上記ブレードとして上記第1または2の発明であるブレードを備えるという構成を採用する。 A third aspect of the present invention is a wind turbine for wind power generation having a plurality of blades provided radially with respect to a rotation axis, and employing a configuration including the blade of the first or second invention as the blade.
本発明によれば、メッシュ材によって、ブレードの腹側から背側に抜ける空気の量を減少させることで、ブレードの高さ方向における圧力変動パターンの振幅を小さくし、これによって騒音を低減させることが可能となる。したがって、本発明によれば、風力発電用風車等のブレードにおいて、より騒音を低減させることが可能となる。 According to the present invention, the mesh material reduces the amount of air coming from the ventral side to the dorsal side of the blade, thereby reducing the amplitude of the pressure fluctuation pattern in the height direction of the blade, thereby reducing noise. Is possible. Therefore, according to the present invention, noise can be further reduced in a blade such as a wind turbine for wind power generation.
以下、図面を参照して、本発明に係るブレード及び風力発電用風車の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。 An embodiment of a blade and a wind turbine for wind power generation according to the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following drawings, the scale of each member is appropriately changed in order to make each member a recognizable size.
図1は、本実施形態のブレード4を備える風力発電用風車1の模式図である。風力発電用風車1は、地面に対して立設される支柱2と、支柱の先端に取り付けられる回転軸3と、回転軸3に対して放射状に複数設けられるブレード4と、ガラスクロス5(メッシュ材)を備えている。また、風力発電用風車1は、回転軸3と接続される不図示の発電機を備えており、ブレード4が風を受けることで生じる動力を発電機に回転軸3を介して伝達することにより発電を行う。
FIG. 1 is a schematic view of a wind turbine 1 for wind power generation provided with a
なお、以下の説明では、回転軸3を中央とする半径方向を翼高さ方向とし、翼高さ方向におけるブレード4の先端をチップ、ブレード4の根元をハブと称する。また、ブレード4は、図1に示すように、時計回りに回転され、回転方向の前方を上流、回転方向の後方を下流と称する。
In the following description, the radial direction centering on the rotation axis 3 is referred to as a blade height direction, the tip of the
図2は、ブレード4のチップ側かつ下流側の部位を拡大した模式図であり、(a)が平面図であり、(b)が断面図である。これらの図に示すように、本実施形態のブレード4は、断面翼形状の本体部4aと、本体部4aの後縁部4a1に取り付けられるデバイス4bとによって構成されている。
FIG. 2 is a schematic view in which a portion on the tip side and the downstream side of the
デバイス4bは、図2(a)に示すように、本体部4aの高さ方向に等間隔で交互に複数配列される突出部4b1と切欠部4b2とを有している。このようなデバイス4bは、例えば、本体部4aの翼弦長をC、突出部4b1の翼弦長方向の長さをLとしたときに、L/Cが2.3%であり、突出部4b1の先端厚さが1.2mmとされている。また、突出部4b1同士の離間距離をλとしたときに、L/λが1.5とされている。さらに、突出部4b1の先端が曲率半径2mmの円弧形状とされている。なお、これらの値はあくまでも一例であり、他の値のデバイスを用いることも当然に可能である。
As shown in FIG. 2A, the
なお、図2(b)に示すように、デバイス4bは、本体部4aに対して位置決めしやすいように、本体部4aの腹側に突起状の部位を有している。この突起状の部位については、空力性能の向上のため、切削等の加工によって除去することが望ましい。
In addition, as shown in FIG.2 (b), the
ガラスクロス5は、デバイス4bの腹側に貼付されている。このガラスクロス5は、切欠部4b2を覆うように設けられている。このようなガラスクロス5は、例えば、「JIS R 3414」の規格に基づくものであり、番手がたて、よこ共に67.5texであり、織り密度が、たて32本/25mm、よこ25本/25mmであり、厚さが0.16mmであり、質量が139g/m2以上であり、引張強さがたて657以上、よこ510以上、織り組織が平織のものである。
The
次に、種類の異なるブレードを用いて風洞実験を行った結果について説明する。本実験では、ブレードとして、本発明ブレードと、第1ブレード〜第5ブレードを用いて実験を行った。第1ブレードは、L/Cが2.3%であり、突出部4b1の先端厚さが1.2mmであり、L/λが1.5であり、突出部4b1の先端が曲率半径2mmの円弧形状とされたデバイスを備えるブレードである。第2ブレードは、第1ブレードに対してL/Cを4.3%、L/λを2.83に変更したデバイスを有するブレードである。第3ブレードは、第2ブレードに対して、ガラスクロス5よりも極めて織り密度が低いメッシュ材をガラスクロス5に換えて貼付したブレードである。第4ブレードは、第2ブレードにガラスクロス5を貼付したブレードである。第5ブレードは、第1ブレードにガラスクロス5を貼付したブレードである。
Next, the result of conducting a wind tunnel experiment using different types of blades will be described. In this experiment, experiments were performed using the blade of the present invention and the first to fifth blades as the blade. The first blade has L / C of 2.3%, the tip thickness of the protrusion 4b1 is 1.2 mm, L / λ is 1.5, and the tip of the protrusion 4b1 has a curvature radius of 2 mm. It is a blade comprising a device in the form of an arc. The second blade is a blade having a device in which L / C is 4.3% and L / λ is changed to 2.83 with respect to the first blade. The third blade is a blade in which a mesh material having a weave density extremely lower than that of the
図3(a)は、風速が50m/sであり、仰角が6°の場合の実験結果である。図3(b)は、風速が50m/sであり、仰角が10°の場合の実験結果である。図3のグラフにおいて、横軸は周波数を示し、縦軸は後縁側が薄型化されていないデバイス(方形デバイス)を用いた場合の騒音の音圧レベルとの差を示している。なお、図3において、黒丸で示すグラフは第1ブレードを用いた実験結果を示し、黒三角で示すグラフは第2ブレードを用いた実験結果を示し、黒四角で示すグラフは第3ブレードを用いた実験結果を示し、白丸で示すグラフは第4ブレードを用いた実験結果を示し、白三角で示すグラフは第5ブレードを用いた実験結果を示している。 FIG. 3 (a) is an experimental result when the wind speed is 50 m / s and the elevation angle is 6 °. FIG.3 (b) is an experimental result in case the wind speed is 50 m / s and an elevation angle is 10 degrees. In the graph of FIG. 3, the horizontal axis represents frequency, and the vertical axis represents the difference between the noise pressure level and the noise level when using a device (rectangular device) whose trailing edge side is not thinned. In FIG. 3, the graph indicated by the black circle indicates the experimental result using the first blade, the graph indicated by the black triangle indicates the experimental result using the second blade, and the graph indicated by the black square indicates the third blade. The result of the experiment is shown, the graph shown by the white circle shows the result of the experiment using the fourth blade, and the graph shown by the white triangle shows the result of the experiment using the fifth blade.
これらの図に示すように、第4ブレードを用いた場合には、第2ブレードを用いた場合と比較して、高周波側の騒音の音圧レベルがより低下していることが分かる。また、第5ブレードを用いた場合には、第1ブレードを用いた場合と比較して、高周波側の騒音の音圧レベルがより低下していることが分かる。したがって、ガラスクロス5を貼付することによって、高周波側の騒音の音圧レベルがより低下していることが分かる。これは、ガラスクロス5によって、切欠部4b2を通じてブレードの腹側から背側に抜ける空気の量が減少することで、切欠部4b2の位置に応じた周期を有するブレードの高さ方向における圧力変動パターンの振幅が小さくなり、これによって騒音が低減したものと考えられる。なお、第3ブレードを用いた場合には、第2ブレードを用いた場合と比較して僅かに低周波側の騒音が低減されたのみであったことから、高周波側の騒音の音圧レベルをより低減させるためには、織り密度が高いことが望ましい。
As shown in these figures, it can be seen that when the fourth blade is used, the sound pressure level of the noise on the high frequency side is further reduced as compared with the case where the second blade is used. Further, it can be seen that when the fifth blade is used, the sound pressure level of the noise on the high frequency side is further reduced as compared with the case where the first blade is used. Therefore, by sticking the
以上のような本実施形態のブレード4及び風力発電用風車によれば、ガラスクロス5によって、ブレード4の腹側から背側に抜ける空気の量を減少させることで、ブレードの高さ方向における圧力変動パターンの振幅が小さくなり、これによって騒音を低減させることが可能となる。
According to the
また、本実施形態のブレード4は、本発明のメッシュ材としてガラスクロス5を用いている。このような本実施形態のブレード4によれば、織り密度の高いメッシュ材とすることができ、騒音をより低減させることが可能となる。
Moreover, the
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments. The shapes, combinations, and the like of the constituent members shown in the above-described embodiment are merely examples, and various changes can be made based on design requirements and the like without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、本発明のブレードを風力発電用風車に適用する例について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、回転動力を得るための風車全般に適用したり、またガスタービンエンジンに適用したりすることも可能である。 For example, in the said embodiment, the example which applies the braid | blade of this invention to the windmill for wind power generation was demonstrated. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to wind turbines in general for obtaining rotational power, and also to gas turbine engines.
また、上記実施形態においては、メッシュ材として、ガラスクロス5を用いる構成について説明した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、メッシュ材として他の材料を用いることも可能である。このような場合であっても、効果の大小はあるものの、騒音をより低減することが可能となる。
Moreover, in the said embodiment, the structure which uses the
また、上記実施形態においては、ブレード4の腹側のみにガラスクロス5を貼付する構成を採用した。しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、ブレード4の背側のみにガラスクロス5を貼付したり、背側と腹側の両方にガラスクロス5を貼付しても良い。
Moreover, in the said embodiment, the structure which affixes the
また、デバイス4bにガラスクロス5の一部を埋設することでデバイス4bにガラスクロス5を固定し、切欠部4b2のみにガラスクロス5を設けるようにしても良い。
Alternatively, the
1 風力発電用風車、2 支柱、3 回転軸、4 ブレード、4a 本体部、4a1 後縁部、4b デバイス、4b1 突出部、4b2 切欠部、5 ガラスクロス(メッシュ材) 1 Wind turbine for wind power generation, 2 columns, 3 rotating shafts, 4 blades, 4a main body, 4a1 rear edge, 4b device, 4b1 protrusion, 4b2 notch, 5 glass cloth (mesh material)
Claims (3)
前記切欠部の全域を覆って設けられるメッシュ材を備え、
前記メッシュ材の縁部は、隣接する前記突出部の先端同士を直線状に接続している
ことを特徴とするブレード。 A blade having a main body having a wing shape in cross section, and a plurality of protrusions and notches alternately arranged in the wing height direction of the main body, and a device provided at a rear edge of the main body. ,
It has a mesh material provided covering the entire area of the notch,
The edge of the mesh material connects the tips of the adjacent protrusions in a straight line .
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