JP6755579B2 - A blade tilting mechanism and a wind energy utilization device equipped with the blade tilting mechanism - Google Patents
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Description
本発明は、回転体のハブに設けたブレードによって流体の流れを受けて回転力とする動力発生装置のブレード傾倒機構および該ブレード傾倒機構を備えた風力エネルギー利用装置に関する。より具体的には、流体による回転体の回転力を伝達する動力発生、動力伝達、および陸上もしくは海洋上に着床させた、または水面上に浮かばせた浮体に風車装置を搭載して発電、送水、水の循環、水質浄化、他動力ならびにエネルギー変換装置の駆動源として利用する風力エネルギー利用装置、および風(空気)と水の違いはあるものの共通するブレードを設けて動力源を得るものとして潮流、海流エネルギー利用に関する。 The present invention relates to a blade tilting mechanism of a power generator that receives a flow of fluid by a blade provided on a hub of a rotating body to generate a rotational force, and a wind energy utilization device provided with the blade tilting mechanism. More specifically, power generation and power transmission that transmit the rotational force of a rotating body by fluid, and power generation by mounting a wind turbine device on a floating body that is landed on land or on the ocean or floated on the water surface. As a power source by providing a common blade, although there is a difference between wind (air) and water, and a wind energy utilization device used as a drive source for water supply, water circulation, water purification, other power and energy conversion devices. Regarding tidal current and sea current energy utilization.
従来から地球温暖化や様々な地球環境破壊などが叫ばれてきたが、これらの問題は近年になってますます大きくなっている。これらは、化石エネルギー資源の使用による二酸化炭素排出問題とも密接に関連している。その化石エネルギー資源には、枯渇問題などエネルギー資源そのものの量的問題等がある。これらの問題に対して省エネルギー、省資源が叫ばれる一方で、二酸化炭素排出のないクリーンな自然エネルギーの早期導入、早期実用化が全世界的な課題になっている。 There have been calls for global warming and various destructions of the global environment, but these problems have become more serious in recent years. These are also closely related to the problem of carbon dioxide emissions from the use of fossil energy resources. The fossil energy resources include the quantitative problem of the energy resource itself such as the exhaustion problem. While energy conservation and resource conservation are being called for in response to these problems, the early introduction and early commercialization of clean renewable energy that does not emit carbon dioxide has become a global issue.
また、原子力発電による電気エネルギーの供給が行われているが、原子力利用に関する問題としては、原子力発電所などの原子炉の老朽化や地震、津波、天災、人災などに起因して発生し得る放射能漏れ事故がある。周知のように放射能は、生態環境への悪影響が大きく、放射能漏れ事故が発生したときには、福島原発事故等の例を見ても分かるように、地域住民の生活環境への悪影響が極めて大きく、被害も甚大になる虞がある。 In addition, electric energy is supplied by nuclear power generation, but problems related to the use of nuclear power include radiation that can occur due to aging nuclear reactors such as nuclear power plants, earthquakes, tsunamis, natural disasters, and man-made disasters. There is a nuclear accident. As is well known, radioactivity has a large adverse effect on the ecological environment, and when a radiation leak accident occurs, as can be seen from the examples of the Fukushima nuclear accident, the adverse effect on the living environment of local residents is extremely large. , There is a risk that the damage will be enormous.
また、我が国の陸上における風力エネルギー利用装置については、装置の大規模化に伴って低周波騒音問題などの公害問題がある。国土の狭い我が国ではこれらの問題を踏まえるとこれ以上陸上においては大規模な新規立地が困難な状況にある。そこで、騒音公害や環境公害の問題などに配慮しつつ、安全性、安定性、効率性、メンテナンス性などの点で、これまでの装置の大幅な改善と推進が緊急に求められている。 In addition, with regard to wind energy utilization equipment on land in Japan, there are pollution problems such as low frequency noise problems due to the increase in scale of the equipment. Considering these problems, it is difficult to make a large-scale new location on land in Japan, which has a small land area. Therefore, there is an urgent need for significant improvement and promotion of conventional equipment in terms of safety, stability, efficiency, maintainability, etc., while considering the problems of noise pollution and environmental pollution.
地球表面積の71パーセントが海であり、我が国は四方を海に囲まれた海洋国である。また、我が国は領海および排他的経済水域の面積を入れると世界有数の大国であるため、海を有効に利用して、海洋上に着床式、或いは浮体式の洋上風力エネルギー利用装置を設けるならば、低周波騒音など公害問題が解決するばかりか、大規模化が可能であるため、原子力発電の代替エネルギーとして風力エネルギーを十分に役立たせることも可能である。 71% of the earth's surface area is the sea, and Japan is a maritime nation surrounded by the sea on all sides. In addition, Japan is one of the largest countries in the world including the area of territorial waters and exclusive economic zone, so if you want to make effective use of the sea and install a landing type or floating type offshore wind energy utilization device on the ocean. For example, not only can pollution problems such as low-frequency noise be solved, but the scale can be increased, so it is possible to make full use of wind energy as an alternative energy to nuclear power generation.
また、離島などにおける風力エネルギー利用装置の開発は、陸上、洋上を問わず現在は人の住めないような無人島、例えば尖閣諸島や小笠原諸島に有る無人の島々への居住を可能にする。また、それらの島々を釣り場や観光地とする可能性を高めるために、さらにまた離島における石油などの運搬費とエネルギー資源の節約や観光、水産業などの拡大による島民の生活向上や利便性の向上、或いは国民の広域活動と都市集中型人口の分散化などを図るためにも、海の利用が有効になる。 In addition, the development of wind energy utilization equipment on remote islands will enable people to live on uninhabited islands that are currently uninhabitable, whether on land or offshore, such as the uninhabited islands of the Senkaku Islands and the Ogasawara Islands. In addition, in order to increase the possibility of turning those islands into fishing spots and tourist destinations, and to improve the livelihoods and convenience of the islanders by saving transportation costs such as oil and energy resources on remote islands and expanding tourism and fisheries. The use of the sea will be effective for improvement, wide-area activities of the people, and decentralization of urban-intensive population.
ところが海洋には波エネルギーや風力、太陽光、海流、潮汐などの海洋エネルギー資源が多く存在するにもかかわらず、これらを安価に且つ安全に効率よくエネルギー利用し、安定エネルギー源として有効利用できる装置が未開発の状況にある。このため、これらのエネルギーを利用する技術の早急な開発と、人間生活への有効利用が社会的にも経済的にも必要である。その第1歩として最も身近な洋上風力ならびに浮体式洋上風力エネルギー利用装置の開発が緊急に望まれている。それとともに、風力エネルギーを安全に吸収する装置の信頼性、耐久性、安全性、メンテナンス作業等の簡略化、単純化、経済性や効率性の向上のためにもこれまでのものとは一味違った軸受け構造、回転制御、ならびにブレード傾倒機構の装備が必要である。 However, despite the fact that there are many marine energy resources such as wave energy, wind power, solar power, ocean currents, and tides in the ocean, these can be used inexpensively, safely, and efficiently, and can be effectively used as a stable energy source. Is in an undeveloped situation. For this reason, it is necessary socially and economically for the rapid development of technologies that utilize these energies and their effective use in human life. As the first step, the development of the most familiar offshore wind turbine and floating offshore wind turbine energy utilization device is urgently desired. At the same time, it is a bit different from the conventional ones in terms of reliability, durability, safety, simplification and simplification of maintenance work, etc., and improvement of economy and efficiency of equipment that safely absorbs wind energy. It is necessary to equip the bearing structure, rotation control, and blade tilting mechanism.
本願の出願人は、特許文献1において、風力を利用して発電する装置として風力エネルギー利用装置を提案したが、その中で風力発電装置における回転軸、ハブ、ブレード傾倒機構ならびにその装置等においては、機構を単純化、軽量化する必要があった。また、従来からこのような風車を用いた風力発電装置においては、ピッチ機構、ブレード回転ピッチ装置が複雑になるので、運転面、保守、点検、メンテナンス面や耐久性や信頼性等に改善の余地があった。また、高所トラブルや高所作業の軽減等に改善の余地があった。さらに、コストが高くかかるという問題点を解決する必要があった。 In Patent Document 1, the applicant of the present application proposed a wind energy utilization device as a device for generating power by using wind power, and among them, the rotating shaft, the hub, the blade tilting mechanism, the device, and the like in the wind power generation device. , It was necessary to simplify the mechanism and reduce the weight. Further, in a wind power generation device using such a wind turbine, the pitch mechanism and the blade rotation pitch device are complicated, so that there is room for improvement in terms of operation, maintenance, inspection, maintenance, durability, reliability, and the like. was there. In addition, there was room for improvement in reducing troubles in high places and work in high places. Furthermore, it was necessary to solve the problem of high cost.
また、これまでの風力エネルギー利用装置は、陸上もしくは海洋上において強烈な風力や波エネルギーならびにその風圧を受けた場合には、風力エネルギー利用装置が十分に作動できないばかりか破壊される虞が皆無ではなかった。また、風力エネルギー利用装置に発電装置を備えるものの場合、発電機一基における定格出力制限によるカーブアウト領域、ならびにカットイン、カットアウト領域などにより一定の風速を超えると風車の回転を制限しなくてはならず、不経済であるので、解決すべき問題点であった。 In addition, conventional wind energy utilization devices cannot operate sufficiently and are not likely to be destroyed when they receive strong wind energy or wave energy and their wind pressure on land or in the ocean. There wasn't. In addition, when the wind energy utilization device is equipped with a power generation device, the rotation of the wind turbine is not restricted when the wind speed exceeds a certain level due to the curve-out area due to the rated output limitation of one generator, and the cut-in and cut-out areas. It was a problem to be solved because it was uneconomical.
また、装置の傾きや転倒破壊を防止するためにも、発電機や増速機の他の諸設備などの重量物はできる限りタワー基部の低位置に設けて、装置全体の重心を下げることにより、装置の安定性向上、機構の簡略化、単純化、メンテナンス性の向上、効率化等を図る必要があった。 In addition, in order to prevent the equipment from tilting or tipping over, heavy objects such as generators and other equipment of the speed increaser should be installed as low as possible at the base of the tower to lower the center of gravity of the entire equipment. , It was necessary to improve the stability of the device, simplify and simplify the mechanism, improve maintainability, and improve efficiency.
特に浮体式洋上風力エネルギー利用装置などにおいては、実用化ならびに装置の大規模化に伴い機構を単純化し、装置は出来る限りドックなど陸地の工場で製作し、組み立て、一体化し、また、メンテナンス費や運転コストなどのすべてにおいてコスト低下に導くことが発電原価等の低下につながるため、洋上での現地作業を極力減じたものとしなくてはならないという課題もあった。特に高所のナセル内外においては機構の単純化による保守、点検、メンテナンス作業の軽減を図る必要があった。 Especially for floating offshore wind energy utilization equipment, the mechanism has been simplified with the practical application and the scale of the equipment, and the equipment is manufactured, assembled, integrated, and maintained at a land factory such as a dock as much as possible. There is also the problem that on-site work at sea must be reduced as much as possible because leading to a reduction in costs in all aspects such as operating costs leads to a reduction in power generation costs. Especially inside and outside the nacelle at high places, it was necessary to reduce maintenance, inspection, and maintenance work by simplifying the mechanism.
また、洋上風力エネルギー利用装置などの設置、運搬、曳航時において、予期せぬ低気圧の到来や、突風の遭遇においても、容易に対応できて、装置を安全に守り、装置上部での高所作業は出来得る限り避け、低所の作業で対応できる装置とする必要があった。 In addition, when installing, transporting, or towing an offshore wind energy utilization device, it is possible to easily respond to the unexpected arrival of a low pressure system or the encounter of a gust, to protect the device safely, and to raise a high place above the device. It was necessary to avoid work as much as possible and to use a device that can handle work in low places.
また、回転体ハブと回転軸内にブレード傾倒機構をユニット化し、一体化して工場製造、組立、検査、調整等が済んだものをナセル内に積み込むことによる現地工事の軽減を図る必要があった。 In addition, it was necessary to unitize the blade tilting mechanism in the rotating body hub and rotating shaft, integrate them, and load the products that had been manufactured, assembled, inspected, adjusted, etc. in the nacelle to reduce on-site work. ..
また、海洋、ダム、湖沼等における水の循環、送水、浄化装置の動力、エネルギー伝達の効率化において、これまでの風力発電装置の発電機は装置の高所に設けてあることと、利便性の観点から、そのほとんどは電力変換で行われている。しかし省エネルギー、省資源の観点より、水の循環、送水、浄化などの動力源においては、本発明の風車の回転力で歯車や油圧ポンプを駆動し、管などに接続して歯車や油圧モーターを使って直接ポンプを動かし送水することによる工程ロスの削減と、機構の単純化が装置全体を高効率化することと、電力変換無しで直接にポンプ駆動を行うことは電気事業法から除外されることから規制緩和される等の有利性とが求められる。 In addition, in terms of improving the efficiency of water circulation, water supply, purification device power, and energy transmission in oceans, dams, lakes, etc., the generators of conventional wind power generators are installed at high places and are convenient. From this point of view, most of them are done by power conversion. However, from the viewpoint of energy saving and resource saving, in power sources such as water circulation, water supply, and purification, gears and hydraulic pumps are driven by the rotational force of the wind turbine of the present invention, and gears and hydraulic motors are connected to pipes and the like. Reduction of process loss by directly moving the pump and sending water using it, improving the efficiency of the entire device by simplifying the mechanism, and driving the pump directly without power conversion are excluded from the Electricity Business Law. Therefore, advantages such as deregulation are required.
また、風速が一定限度を超えた場合、これまでの装置はセンサーが検知してピッチ機構を作動させてブレードが回転する安全対策においても、風の来る方向によるセンサーやピッチ機構の信頼性等にも問題があった。 In addition, when the wind speed exceeds a certain limit, the conventional device detects the sensor and activates the pitch mechanism to rotate the blade. Even in safety measures, the reliability of the sensor and pitch mechanism depends on the direction of the wind. There was also a problem.
本発明は、このような従来の技術が有する課題や問題点に着目してなされたもので、回転軸に連結した回転体のブレードを好適に傾倒させるブレード傾倒機構を提供することを目的とし、回転軸内に全ての機構を収納して、単純化したブレード傾倒機構および該ブレード傾倒機構を備えた風力エネルギー利用装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made by paying attention to the problems and problems of such a conventional technique, and an object of the present invention is to provide a blade tilting mechanism for suitably tilting a blade of a rotating body connected to a rotating shaft. It is an object of the present invention to provide a simplified blade tilting mechanism and a wind energy utilization device equipped with the blade tilting mechanism by accommodating all the mechanisms in a rotating shaft.
さらに流体による回転機構とブレード傾倒機構を装備して風車の安全性、耐久性、操作性や稼働率を高め、高効率で安全に安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を実現する風力エネルギー利用装置を提供することを目的とする。
すなわち、回転軸に連結した回転体が有するブレードを傾倒させるブレード傾倒機構、および該ブレード傾倒機構を装備して、機構の単純化、風車の耐久性、操作性や稼働率を高め、高効率で安全に安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を実現する風力エネルギー利用装置を提供することを目的とする。
Furthermore, it is equipped with a fluid rotation mechanism and a blade tilting mechanism to improve the safety, durability, operability and operating rate of the wind turbine, and to realize high efficiency and safe low drive source cost and low power generation cost. The purpose is to provide the device.
That is, it is equipped with a blade tilting mechanism that tilts the blade of the rotating body connected to the rotating shaft and the blade tilting mechanism to simplify the mechanism, improve the durability of the wind turbine, improve operability and operating rate, and achieve high efficiency. It is an object of the present invention to provide a wind energy utilization device that can safely realize a low drive source cost and a low power generation cost.
かかる目的を達成するための本発明の要旨とするところは、次の各項の発明に存する。 The gist of the present invention for achieving such an object lies in the inventions of the following items.
[1]回転体のハブ(8)に設けたブレード(6)によって流体の流れを受けて回転力とする動力発生装置のブレード傾倒機構(HP1,HP2)において、
回転体の回転軸(7)の先端側に連結されたハブ(8)にピン(18)によって回動可能に枢支されたアーム(19)と、
前記回転軸(7)の先端側内部に往復動可能に配設されたスライドボス(10i)と、
該スライドボス(10i)と前記アーム(19)とを連結する連結手段(22)と、
前記回転軸(7)の基端側内部に固定された複数の挟持バネ(10c)と、を備え、
前記アーム(19)は、前記ピン(18)よりも先端側の先端側アーム(19a)と前記ピンよりも基端側の基端側アーム(19b)とから成り、前記先端側アーム(19a)に前記ブレード(6)が固設され、前記基端側アーム(19b)に前記連結手段(22)が連結され、
前記スライドボス(10i)は、前記連結手段(22)に連結された基端部(110)から先端部(111)に向かって細くなる形状を有し、
前記複数の挟持バネ(10c)は、前記回転軸(7)の基端側に固定された固定端から自由端に向かって、前記複数の挟持バネ(10c)によって囲まれる空間を形成し、
前記流体の流速が大きくなると前記ブレード(6)が前記流体の下流側に傾けられて、前記スライドボス(10i)が前記複数の挟持バネ(10c)の付勢力に抗して前記回転軸(7)の基端に向かって移動し、前記流体の流速が小さくなると前記複数の挟持バネ(10c)の付勢力および前記ブレード(6)に作用する遠心力によって前記スライドボス(10i)が前記回転軸(7)の先端側に戻されて、前記ブレード(6)の傾斜が復元することを特徴とするブレード傾倒機構(HP1,HP2)。
[1] In the blade tilting mechanism (HP1, HP2) of the power generator that receives the flow of fluid by the blade (6) provided on the hub (8) of the rotating body to generate a rotational force.
An arm (19) rotatably supported by a pin (18) on a hub (8) connected to the tip side of a rotating shaft (7) of a rotating body.
A slide boss (10i) reciprocally arranged inside the tip side of the rotating shaft (7), and
A connecting means (22) for connecting the slide boss (10i) and the arm (19),
A plurality of holding springs (10c) fixed inside the base end side of the rotating shaft (7) are provided.
The arm (19) is composed of a tip side arm (19a) on the tip side of the pin (18) and a base end side arm (19b) on the base end side of the pin, and the tip side arm (19a). The blade (6) is fixed to the base end side arm (19b), and the connecting means (22) is connected to the base end side arm (19b).
The slide boss (10i) has a shape that narrows from the base end portion (110) connected to the connecting means (22) toward the tip end portion (111).
The plurality of holding springs (10c) form a space surrounded by the plurality of holding springs (10c) from the fixed end fixed to the base end side of the rotating shaft (7) toward the free end.
When the flow velocity of the fluid increases, the blade (6) is tilted to the downstream side of the fluid, and the slide boss (10i) resists the urging force of the plurality of holding springs (10c) and the rotating shaft (7). ), And when the flow velocity of the fluid decreases, the slide boss (10i) moves to the rotating shaft due to the urging force of the plurality of holding springs (10c) and the centrifugal force acting on the blade (6). The blade tilting mechanism (HP1, HP2), characterized in that the blade (6) is returned to the tip side and the tilt of the blade (6) is restored.
[2]前記連結手段(22)は、一端が前記基端側アーム(19b)の先端に枢支され、他端が前記スライドボス(10i)の基端部(110)に連結された調整ロッド(22a)を有することを特徴とする項[1]に記載のブレード傾倒機構(HP1,HP2)。
[2] The connecting means (22) is an adjusting rod having one end pivotally supported by the tip of the base end side arm (19b) and the other end connected to the base end portion (110) of the slide boss (10i).
[3]前記複数の挟持バネ(10c)は、板バネまたは棒状バネであることを特徴とする項[1]または[2]に記載のブレード傾倒機構(HP1,HP2)。 [3] The blade tilting mechanism (HP1, HP2) according to item [1] or [2], wherein the plurality of holding springs (10c) are leaf springs or rod-shaped springs.
[4]前記スライドボス(10i)は、前記基端部(110)から前記先端部(111)に向かって段階的に細くなる形状又は連続的に細くなる形状を有することを特徴とする項[1]から[3]のいずれか一項に記載のブレード傾倒機構(HP1,HP2)。 [4] The item [4], wherein the slide boss (10i) has a shape that gradually narrows from the base end portion (110) toward the tip end portion (111) or a shape that continuously narrows. The blade tilting mechanism (HP1, HP2) according to any one of 1] to [3].
[5]前記スライドボス(10i)の内部に軸心に沿って中心部から基端部まで設けられたシリンダ(10t)と、
前記回転軸(7)の中心を軸心方向に延設され、一端側が前記シリンダ(10t)の中心を軸心方向に貫通したシャフト(10l)と、
前記シャフト(10l)に固定され、前記シリンダ(10t)を二つのシリンダ(10ta,10tb)に画成するストッパー(10k)と、
前記二つのシリンダ(10ta,10tb)内に選択的に作動流体を供給および排出可能な作動流体供給排出手段と、を備え、
前記作動流体供給排出手段による前記二つのシリンダ(10ta,10tb)内への作動流体の選択的供給および排出により、前記スライドボス(10i)を移動させて前記ブレード(6)の傾倒を可能にしたことを特徴とする項[1]から[4]のいずれか一項に記載のブレード傾倒機構(HP1,HP2)。
[5] A cylinder (10t) provided inside the slide boss (10i) from the center to the base end along the axis.
A shaft (10 l) extending the center of the rotating shaft (7) in the axial direction and having one end penetrating the center of the cylinder (10 t) in the axial direction.
A stopper (10k) fixed to the shaft (10l) and defining the cylinder (10t) into two cylinders (10ta, 10tb).
The two cylinders (10 ta, 10 tb) and a supply and discharge possible operating fluid supply and discharge means selectively create dynamic fluid into,
The slide boss (10i) was moved to allow the blade (6) to tilt by selectively supplying and discharging the working fluid into the two cylinders (10ta, 10tb) by the working fluid supply / discharge means. The blade tilting mechanism (HP1, HP2) according to any one of the items [1] to [4].
[6]前記項[1]から[5]のいずれか一項に記載のブレード傾倒機構(HP1,HP2)にブレード(6)を設けた風車を備える風力エネルギー利用装置。 [6] A wind energy utilization device including a wind turbine in which a blade (6) is provided in the blade tilting mechanism (HP1, HP2) according to any one of the above items [1] to [5].
前記本発明は次のように作用する。
本発明に係るブレード傾倒機構(HP1,HP2)によれば、回転体のハブ(8)に設けたブレード(6)が流体の流れを受け回転すると、その回転力が回転軸(7)を回転させる。
The present invention acts as follows.
According to the blade tilting mechanism (HP1, HP2) according to the present invention, when the blade (6) provided on the hub (8) of the rotating body rotates by receiving the flow of fluid, the rotational force rotates the rotation shaft (7). Let me.
ブレード(6)は、回転体の回転軸(7)の先端側に連結されたハブ(8)にピン(18)によって回動可能に枢支されたアーム(19)の先端側アーム(19a)に固設されているので、アーム(19)の回動と連動して傾倒する。ピン(18)を境にして先端側アーム(19a)とは反対側に有る基端側アーム(19b)は、回転軸(7)の先端側内部を往復動可能なスライドボス(10i)と連動するように連結手段(22)によって連結されている。これにより、ブレード(6)とスライドボス(10i)とは連動する。 The blade (6) is rotatably supported by a pin (18) on a hub (8) connected to the tip side of a rotating shaft (7) of a rotating body, and the tip side arm (19a) of the arm (19) is rotatably supported. Since it is fixedly installed in, it tilts in conjunction with the rotation of the arm (19). The base end side arm (19b) located on the opposite side of the tip side arm (19a) with the pin (18) as a boundary is interlocked with the slide boss (10i) capable of reciprocating inside the tip side of the rotation shaft (7). It is connected by the connecting means (22) so as to do so. As a result, the blade (6) and the slide boss (10i) are interlocked with each other.
流体の速度が大きくなると、ブレード(6)は流体の圧力によって流体の下流側に傾けられる。これに連動してスライドボス(10i)は、複数の挟持バネ(10c)によって画成される空間内に向かって移動する。流体の速度が大きくなればなるほど、スライドボス(10i)が移動する量は大きくなる。すなわちブレード(6)は倒れて傾斜が小さくなる。これにより、回転体が過度に回転して不具合が生じるようなことが防がれる。ブレード(6)がどの程度だけ倒れるかは、流速の大きさによる。 As the velocity of the fluid increases, the blade (6) is tilted downstream of the fluid by the pressure of the fluid. In conjunction with this, the slide boss (10i) moves toward the space defined by the plurality of holding springs (10c). The higher the velocity of the fluid, the greater the amount of movement of the slide boss (10i). That is, the blade (6) collapses and the inclination becomes small. As a result, it is possible to prevent the rotating body from rotating excessively and causing a problem. How much the blade (6) collapses depends on the magnitude of the flow velocity.
流体の流速が小さくなると複数の挟持バネ(10c)の付勢力およびブレード(6)に作用する遠心力によってスライドボス(10i)が回転軸(7)の先端側に戻る。すなわちブレード(6)は、起立する。これにより、流速が小さい場合でも流体の運動エネルギーを効率よく回転体の回転エネルギーに変換することができる。ブレード(6)がどの程度だけ起立するかは、流速の大きさによる。 When the flow velocity of the fluid decreases, the slide boss (10i) returns to the tip side of the rotation shaft (7) due to the urging force of the plurality of holding springs (10c) and the centrifugal force acting on the blades (6). That is, the blade (6) stands up. As a result, the kinetic energy of the fluid can be efficiently converted into the rotational energy of the rotating body even when the flow velocity is small. How much the blade (6) stands up depends on the magnitude of the flow velocity.
複数の挟持バネ(10c)は、板バネであっても棒状バネであっても同様な作用効果を得ることができる。また、スライドボス(10i)は、基端部(110)から先端部(111)に向かって段階的に細くなる形状又は連続的に細くなる形状とすることにより、複数の挟持バネ(10c)によって画成される空間内への進退がスムーズになる。 The plurality of holding springs (10c) can obtain the same effect regardless of whether they are leaf springs or rod-shaped springs. Further, the slide boss (10i) is formed by a plurality of holding springs (10c) by forming a shape that gradually narrows from the base end portion (110) toward the tip end portion (111) or a shape that continuously narrows. Smooth advancement and retreat into the defined space.
スライドボス(10i)の内部に軸心に沿って中心部から基端部まで延びるシリンダ(10t)をストッパー(10k)によって二つのシリンダ(10ta,10tb)に画成し、該シリンダ(10ta,10tb)の中心を軸心方向に貫通したシャフト(10l)を回転軸(7)の中心を軸心方向に延びるように設けたものにあっては、作動流体供給排出手段によって二つのシリンダ(10ta,10tb)内への作動流体の供給および排出を選択的に行うことができる。これにより、スライドボス(10i)を回転軸(7)で往復動させて意図的にブレード(6)を傾倒させることができる。 A cylinder (10t) extending from the center to the base end along the axis inside the slide boss (10i) is defined into two cylinders (10ta, 10tb) by a stopper (10k), and the cylinders (10ta, 10tb) are defined. ) Is provided so as to extend the center of the rotating shaft (7) in the axial direction, and the shaft (10 l) penetrating the center of the axis is provided with two cylinders (10 ta, 10 ta, by means of supplying and discharging the working fluid. The working fluid can be selectively supplied and discharged into the 10tb). As a result, the slide boss (10i) can be reciprocated on the rotation shaft (7) to intentionally tilt the blade (6).
以上のようなブレード傾倒機構(HP1,HP2)を設けた風車を備える風力エネルギー利用装置によれば、風力を効率よく利用することができるとともに保守の点でも優れたものとすることができる。 According to the wind energy utilization device provided with the wind turbine provided with the blade tilting mechanism (HP1, HP2) as described above, the wind power can be efficiently used and the maintenance can be excellent.
本発明に係るブレード傾倒機構は、流体の流れを受けて回転する回転体8の回転力を動力として伝達する動力伝達系の制御部にバネの付勢力を利用するものである。このブレード傾倒機構は、装置の信頼性、耐久性、メンテナンス性、経済性、効率性を必要とする領域ならびに陸上や海岸域、或いはダム、湖沼、大陸棚等に設置して潮流、海流、風力エネルギー等を有効に利用する装置に設けられる。以下、海洋上において使用する浮体式の洋上風力エネルギー利用装置において実施するものとして説明する。
The blade tilting mechanism according to the present invention utilizes the urging force of a spring in the control unit of the power transmission system that transmits the rotational force of the
以下、図面に基づき本発明の各実施の形態について説明する。
図1から図6は、本発明の第1の実施の形態を示している。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るブレード傾倒機構を示す縦断面図であり、図2は、本実施の形態に係るブレード傾倒機構を備える風力エネルギー利用装置Aの概略を示す全体図である。図3は、図2におけるブレード傾倒機構およびその周辺部を示す縦断面図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
1 to 6 show a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view showing a blade tilting mechanism according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an outline of a wind energy utilization device A including a blade tilting mechanism according to the present embodiment. It is an overall view. FIG. 3 is a vertical cross-sectional view showing the blade tilting mechanism and its peripheral portion in FIG.
図2に例示したように、本実施の形態に係るブレード傾倒機構HP1を備えた風力エネルギー利用装置Aは、海洋上で海面SW上の浮体1の上部において、浮体1の上面に略鉛直にタワー2が立設されている。タワー2の上部にはタワー2の中心線2cが回転の中心線となる回転台座3aが設けられており、この回転台座3aの上方には、タワー2の中心線2cを縦軸中心線としてナセル4の台座5が配設されている。この台座5には回転台座3aに相対する回転台座3bが設けられている。これにより、ナセル4は、タワー2の中心線2cを回転の中心線として自由に回転することができる。
As illustrated in FIG. 2, the wind energy utilization device A provided with the blade tilting mechanism HP1 according to the present embodiment is a tower substantially vertically on the upper surface of the floating body 1 in the upper part of the floating body 1 on the sea surface SW in the ocean. 2 is erected. A
浮体1は、抵抗板おもり等を連結することにより、常にタワー2が鉛直性を保つとともに、台風等の際でもあまり動揺、振動、傾斜しないようにすることができる。また、メンテナンス等の際には回転台座3aと相対する回転台座3bとの相対的回転およびタワー2とナセル4との相対的回転を停止させることができる。また、クレーンなどの操縦をするための方向制御装置や安全のためのロック装置等が設けられている。
By connecting a resistance plate weight or the like to the floating body 1, the
ナセル4には、風車9が取り付けられている。風車9は、風Fを受けて風力エネルギーを吸収する複数枚のブレード6がハブ8(回転体)から放射状に延びるように設けられており、ローターを成している。ローターの中心部に設けられている回転軸7は、中空であり、略水平に配設されている。各ブレード6は、ブレード傾倒機構HP1によって回転軸7に対して傾倒可能になっている。
A
図1において、回転軸7の外側には、フランジ7aが固着されている。回転軸7は、このフランジ7aよりも先端側がハブのネック部8bに貫装されている。ネック部8bの末端には、ネック部フランジ8cが設けられている。該ネック部フランジ8cは、前記フランジ7aにボルトで接続されている。またネック部8bは、ナセル4内に配設された支持装置24に載せられた回動軸受23に通されており、回動支持ピン軸受23bに支持された回動支持ピン23aによって鉛直方向に回動可能に支持されている。
In FIG. 1, a
図2において回転軸7の出力端は、回動台座25aに搭載された歯車ボックス11を介して油圧等流体ポンプ12に連結されている。或は設計条件次第によっては歯車ボックス11を設けない場合もある。この油圧等流体ポンプ12は、回転軸7から伝達される回転動力が油圧等流体に変換されるものである。
In FIG. 2, the output end of the
しかるに回動台座25aの上には歯車ボックス11と油圧ポンプ12が設けられている。可動台座25aの末端部下方にはジャッキ25bが設けられている。このジャッキ25bを操作することにより、前記した回転軸7が回動軸受23の回動支持ピン23aを支点として、回動台座25aおよび歯車ボックス11と油圧等流体ポンプ12を上下に回動させて、縦方向の角度変化を生じるように回動させることができる。回転軸7の縦方向の角度変化はブレード6に伝えられ、該ブレード6は縦軸方向の角度変化(回動)をする。
However, a
なお、ジャッキ25bは風向、風速、装置の傾き等をセンサーでキャッチして全て自動調整を行うのが好ましいが、海洋上で使用する装置であるために塩分による錆付や機能の劣化、オペレーターの存在、不在、操作状況、実績如何によってはある程度システムの簡略化を行い、状況別に調整操作可能なものとしてもよい。
It is preferable that the
油圧等流体ポンプ12の吐出口には、自在管31aの一端が連結されており、自在管31aの他端はアキュムレーター32に連結されている。配管31bの一端はアキュムレーター32に連結されており、他端は流体伝達機構33に接続されている。このとき自在管31aを通る流体は超高圧の油圧、或は流体圧のため、本来ならばフレキシブルホースが好ましいが超高圧ホースには製造に限界がある。
One end of the
油圧等流体ポンプ12より送られる流体は、流体伝達機構33を介してタワー2内を略鉛直に降下する配管34によって運転室13に導入されている。運転室13は、タワー2が立設されるベースとなるタワー基部2aに設けられている。この運転室13は、浮体1の上部に位置している。
The fluid sent from the
運転室13内には配管34が配設されている。配管34には、油圧等流体モーター14が設けられている。該油圧等流体モーター14の回転軸15aの端部には、クラッチ等の変速機15bを介して発電機16が連結されている。
A
したがって、風を受けて風車9のローターが回転すると、その回転が回転軸7に伝えられ、油圧等流体ポンプ12を稼働させて、吐出流体がタワー2内に略鉛直に設けられた流体伝達機構33から配管34に流れる。吐出流体は、タワー基部2aの運転室13内では油圧等流体モーター14を回転させ、その回転は、回転軸15aからクラッチ等の変速機15bを介して発電機16に伝動される。これにより、発電機16が回転して発電される。同時に油圧等流体モーター14によって吐出した流体は配管35で回収され、流体伝達機構33を通り、配管36a、タンク37、ホース36bを通り油圧等流体ポンプ12に吸い込まれる。
Therefore, when the rotor of the
図4は、図3におけるZ−Z矢視図であり、ハブ8の断面図である。図4に示すように風力エネルギー利用装置Aの風車9は、3枚のブレード6を有するものとして例示してあるが特別に枚数に制限はない。この風車9が風を受けたときの回転方向をα方向とすると、全円周360度を3等分に区切り120度の間隔を取ってブレード6を振り分けることになる。この各3等分線上にブレード6のアーム19、19aが延設されている。
FIG. 4 is a view taken along the line ZZ in FIG. 3 and is a cross-sectional view of the
ほぼ円形のハブ8の本体8aの中心部から平行に延びる2枚のリブ20a、20aを一対とし、この一対のリブ20a、20aの間にブレード6のアーム19、19aが差し込まれている。アーム19、19aは、ピン18によって枢動可能にリブ20a、20aに取り付けられている。ハブ8の本体8aとリブ20aとは、溶接、或いは鋳物、鍛造、熔融成型品、または炭素繊維、ガラス繊維、プラスチックなどで堅牢に一体的に形成されており、板材や骨材、形材等を用いて軽量かつ強固な構造になっている。
Two
図1、図2、図3および図4に示したように、ブレード6の基端部分側はアーム19に固設されており、アーム19はハブ8の本体8aに設けたピン18に枢支されている。ピン18は、台座ボス17の中心部に通されており、アーム19を枢支している。アーム19はピン18を境にして先端側の先端側アーム19aとピン18よりも基端側の基端側アーム19bとから成る。
As shown in FIGS. 1, 2, 3 and 4, the base end portion side of the
ブレード6は、先端側アーム19aの先端に固設されている。一方、基端側アーム19bの接続端19cは、ピン21によって連結手段22であるロッドの一端に回動可能に連結されている。接続端19cの近傍(図1および図6の紙面上の右側)には、板バネ26が配設されている。接続端19cは、ブレード6の起立角度が大きくなると当接する。この板バネ26は、ブレード6の起立角度がより大きくなる動きを妨げる方向に接続端19cを付勢する。
The
リブ20aの先端はピン18を支点として円弧状をなし、その外部にカバー20bが設けられている。カバー20bは板金などを丸めた形状、或は車庫などのシャッター状のもの或いはゴム板状のもの等であり、ガイドレールを備え、両側に設けた巻き込み収納部に収納できると共に開閉、前後スライデングが自在にできる。また、ガイドレールや折り目等に雨水等の流入を遮断できる防水機能を持たせてある。さらに、ハブの回転において、回転中に上側では雨水等の流入を防止すると同時に下側では回転中に流入した水が排出できるような逆止弁機能も備えられている。
The tip of the
図1に示すようにハブ8のネック部8bの内側に回転軸7が通されている。この回転軸7の内側には、ブレード傾倒機構HP1のケーシング10aが挿着されている。ケーシング10aの内部にはスライドボス10iが配設されている。このスライドボス10iは、ケーシング10aの延びる方向に往復動可能に設けられている。前記した連結手段22であるロッドの他の一端には球体22bが設けられている。スライドボス10iは、球面状に形成した球内面22cを基端部側に備えている。この球内面22cは、前記した球体22bで押圧されている。連結手段22の中間には、ロッドの長さを調整するネジカップリング22dやネジ等をスパナ等で調整可能に取り付けてある調整ロッド22aが設けられている。また、安全上から破損防止のためにネジ緩み止めボルト22e等で止められている。なお、スライドボス10iについては、後に詳述する。
As shown in FIG. 1, the
ブレード傾倒機構HP1のケーシング10aの内側にはバネ留10bが配設されている。このバネ留10bは、六角穴付きボルト10g或いは皿ビスネジによってケーシング10aに固定されている。さらにその奥には、バネ押さえ10dが配設されている。バネ押さえ10dの末端にはフランジ部10eが設けられており、該フランジ部10eは六角穴付きボルト10g或いは皿ビスネジ等でケーシング10aに固定されている。これにより、バネ押え10dはケーシング10aから抜け出ることがない。さらに、バネ押え10dの末端を受けるようにスペーサー10zが配設されている。これにより、バネ押え10dに想定以上の大荷重が掛かったとしても、バネ押え10dがケーシング10aから抜け出ることはない。
A
図5は、図1、図3および図6におけるY−Y矢視拡大図である。図5に示したように、バネ留10bは、中空に形成されており、断面が六角形に形成された内壁を有している。図1、図3および図6に示したように、バネ留10bの内径は、先端の開口部101aから内部に向かって縮径終端部101bまで連続的に縮径している。縮径終端部101bから内径が同一の同一内径部101cが延びている。同一内径部101cの終端は末端に向かって内径が拡径を始める拡径開始部位101dとなっている。拡径開始部位101dから末端までは連続的に拡径している。
FIG. 5 is an enlarged view taken along the arrow YY in FIGS. 1, 3 and 6. As shown in FIG. 5, the
バネ押え10dは、バネ留10bの内部形状に相似する、断面が六角形の外形を有している。バネ押え10dは、末端のフランジ部10eに向かって連続的に外径が拡大している。これにより、バネ押え10dの外壁とバネ留10bの内壁との間には等間隔の間隙が形成されている。すなわち、バネ押え10dの六面の外壁それぞれに対面するバネ留10bの六面の内壁それぞれとの間に間隙が形成されている。この六つの間隙それぞれには、挟持バネ10cが介装されている。各挟持バネ10cは、ボルトによって末端寄りの部分がバネ押え10dに固定されている。
The
バネ押え10dの先端は、バネ留10bの拡径開始部位101dと略同じ位置に達している。バネ押え10dは、先端からフランジ部10e付近まで内部を抉った内部空間が形成されている。この内部空間の内径は全長に亘って同一である。
The tip of the
6枚の挟持バネ10c同士は、固定端である末端から自由端である先端に向かって互いに収束するように配設されており、それらによって囲まれる空間が狭くなっている。各挟持バネ10cは、先端の手前の屈曲部102aで先端側をケーシング10aに向けて屈曲されている。屈曲部102aは、挟持バネ10cがケーシング10aに向けて拡げられて、バネ留10bの同一内径部101cに接したときに、バネ留10bの縮径終端部101bに当接する位置に形成されている。このとき、屈曲部102aよりも先端側の部分は、バネ留10bの開口部101aと面接するよう屈曲されている。
The six holding
ブレード傾倒機構HP1のケーシング10aを収納しているローターの回転軸7の基端側である出力端側にはフランジ7bが設けられている。該フランジ7bの端面には、ケーシング10aを延長した末端に設けたフランジ10fが重なっている。更に盲フランジ10hがフランジ10fの端面に重ねられており、これら3枚のフランジ7b、10f、10hはボルト等で一体的に締め付けられて固定されている。また、回転軸7の出力端となる盲フランジ10hには、中心部に回転伝動金物38が設けられている。
A
図1、図3および図6に示したように、ケーシング10aの先端側の内部には前記のスライドボス10iが配設されている。
図5は図1或は図3におけるY−Y矢視拡大図である。本図ではスライドボス10iの斜面部の輪郭が概略正六角形になっている。該スライドボス10iの斜面10jに対応するように、板バネ状の複数の挟持バネ10cが斜面10jに押し当てられている。ただし、スライドボス10iの斜面部の輪郭は、正六角形に限られず、正四角形でも、正八角形、或は正5角形、正7角形でも良く、設計条件次第で特別に制限はない。
As shown in FIGS. 1, 3 and 6, the
FIG. 5 is an enlarged view taken along the arrow YY in FIG. 1 or FIG. In this figure, the outline of the slope portion of the
スライドボス10iは、ケーシング10aの内径と略同じ外径の基端部から先端部に向かって全体的には先細りになるよう形成されている。基端部から連続的に外径が小さくなり、その先にやや外径が大きくなりながら延びる部分が形成されている。続いて外径が急に小さくなる部分が形成されている。この部分の外径は、基端部から連続的に外径が小さくなり始める前記の部分の外径よりも小さい。その先には再びやや外径が大きくなりながら延びる部分が形成され、続いて再び外径が急に小さくなる部分が形成されている。この部分の外径は、やや外径が大きくなり始める部分の外径よりも小さい。さらにこのような外径が急に小さくなる部分とその先のやや外径が大きくなりながら延びる部分とが多段に形成されている。
The
この多段構造の先端側で最後に外径が急に小さくなる部分が上記の斜面10jである。この斜面10jから先は、緩やかに外径が小さくなる部分が延びて先端に至っている。
The last portion of the multi-stage structure on the tip side where the outer diameter suddenly decreases is the
図1において、ブレード傾倒機構HP1は、ケーシング10aの内部にスライドボス10iが挿入されており、前記した対面する複数の挟持バネ10cの斜面がスライドボス10iの斜面10jに当たるように構成されている。
In FIG. 1, the blade tilting mechanism HP1 is configured such that a
更にスライドボス10iの中心を軸心の延びる方向に貫通する、ピストンロッド状のシャフト10lが配設されている。このシャフト10lは、回転軸7の中心を軸心の延びる方向に延設されて固定されている。スライドボス10iの内部には、シャフト10lに固定されたピストン状のストッパー10kが配設されている。シャフト10lは、バネ押さえ10dのフランジ部10eの中心部を貫通してリング10mと、六角ナット10n等でしっかりと固着されている。シャフト10lにはスライドボス10iを押圧するコイルバネ10pと皿バネ10qが設けられている。シャフト10lによってスライドボス10iはぶれることなく、且つスムーズに往復動することができる。
Further, a piston rod-shaped shaft 10l is arranged so as to penetrate the center of the
ここで、例えば図2におけるブレード6が角度βにある状態のときに強風が吹くと、ブレード6は風圧に押されて角度β’や角度β”となる風下方向へ倒れようとする。すると、アーム19a、アーム19bが回動して、連結手段22の球体22bを介してスライドボス10iの球内面22cが押圧される。スライドボス10iは、当該スライドボス10iの斜面10jが複数の挟持バネ10cを押し拡げながら、複数の挟持バネ10cによって囲まれる空間内を移動しようとするため、斜面10jを押圧する押圧力と複数の挟持バネ10cの曲げ作用のバランスを保ちながら運転される。
Here, for example, if a strong wind blows when the
しかるに、スライドボス10iがブレード6の揚力により過大な力で対面する複数の挟持バネ10cを押し拡げて回転軸7の出力側(図面上で左側)に移動してきた場合には、複数の挟持バネ10cとコイルバネ10pは圧縮される。しかし、風が静まってブレード6の揚力が弱まり、スライドボス10iを押す力が弱まると、複数の挟持バネ10cの復元力とともに、コイルバネ10pの反力、さらにはブレード6に作用する遠心力によってスライドボス10iが押し返される。なお、このとき勢いが付きすぎると皿バネ10qと板バネ26が作用して衝撃が吸収緩和される。
However, when the
従ってブレード6の揚力によりブレード6が起立角度の大きくなる後方に倒れようとしても、そのことによる力がスライドボス10iの斜面10jが対面する複数の挟持バネ10cの曲げ作用による押圧力を上回るまで、スライドボス10iは軸方向に移動しない。この挟持バネ10cによる押圧力によってブレード6は、ブレード6の許容強度限界範囲設定値まで傾倒が抑えられる。このため、高効率の発電ができる。流体によるブレード6への圧力がブレード6の許容強度限界範囲設定値以上になると、対面する複数の挟持バネ10cの曲げ作用が生じてスライドボス10iの斜面10jが対面する複数の挟持バネ10cに囲まれた空間に圧入し、軸方向(図面上の左方向)に移動するため、ブレード6は傾倒する。これにより、ブレード6および装置のその他の部分の破壊が防止される。
Therefore, even if the
ここで強風がおさまり、ブレード6の揚力作用が弱まりスライドボス10iの動きが停止すると、残された風力でブレード6は回転する。ブレード6の遠心力などにより、スライドボス10iが元の位置に復元しようとするが、復元力の弱いことも勘案し、念のためにコイルバネ10pの復元力を活用する。この繰り返しでブレード6は短時間でそれぞれ復元でき効率よい作動ができる。
When the strong wind subsides here, the lift action of the
一方、スライドボス10iの内部には、中心線に沿って中心部付近から基端部側に延びるシリンダ10tが設けられている。シリンダ10tの両端部のうち、スライドボス10iの基端部側の端部には、ネジ栓10uが設けられている。ネジ栓10uの内部には前記したシャフト10lが通され、その内部に後述する細管10v、10wが通されている。したがってシリンダ10tはネジ栓10uで閉ざされている。
On the other hand, inside the
シリンダ10tのもう一方の端部近傍の内部にはピストン状のストッパー10kが設けられている。シリンダ10tは、ストッパー10kにより二分されている。この二分されたシリンダ10tのうち、スライドボス10iの先端側を先端側シリンダ10taとし、基端側を基端側シリンダ10tbとする。両側のシャフト10lそれぞれには、前記したシリンダ10tと通じる細孔10x,10yが穿設されている。先端側シリンダ10taに穿設された細孔10xには細管10vが溶接などにより接続されている。同様に、基端側シリンダ10tbに穿設された細孔10yには細管10wが溶接などで接続されている。細管10v,10wは、スライドボス10iの基端部からシャフト10lおよびスライドボス10iの外部へ引き出されている。
A piston-shaped
外部に引き出された細管10vはポンプ29に接続されている。細管10vの途中には自動弁27aが設けられている。該自動弁27aとポンプ29との途中からは細管10wに向かって枝管28aが設けられており、該枝管28aの途中に自動弁27bが設けられている。
The
また、細孔10yに接続された細管10wはシャフト10lならびにスライドボス10iの外部に出てタンク30に接続されている。細管10wの途中には自動弁27cが設けられ、該自動弁27cから細孔10y側に枝管28aが接続されている。細管10wの自動弁27cとタンク30との途中からは枝管28bが細管10vの細孔10xと自動弁27aとの間に接続されている。その途中には自動弁27dが設けられている。
Further, the
タンク30には油等の作動流体を供給する作動流体供給管28cが設けられている。作動流体は、先端側シリンダ10taおよび基端側シリンダ10tbそれぞれの内部の圧力を変えるために先端側シリンダ10taおよび基端側シリンダ10tbそれぞれの内部に選択的に供給および排出されるものである。この先端側シリンダ10taおよび基端側シリンダ10tbそれぞれの内部の圧力に差が生じるように作動流体を供給・排出することにより、スライドボス10iを移動させることができる。
The
作動流体供給管28cの途中には弁27fや逆止弁27g等が設けられている。作動流体供給管28cの一端はタンク30に接続されている。他の一端は、回転軸7の外部へ配管されている。風車回転停止時には作動流体供給管28cならびに弁27fを開いて外部からタンク30内へ油等の作動流体を供給できる。
A
タンク30とポンプ29とは管28dによって接続されている。この管28dの途中には逆止弁27eが設けられている。ポンプ29は電源ケーブル28eが設けられており、回転軸7の外部より電力供給を受けることができる。これにより、風車運転停止時にポンプ29を稼働できる。なお、回転体のハブ8、回転軸7等の内部に蓄電池等の蓄電手段や超ミニ自家発電機のような小規模電源手段を備えることにより、無線操縦等で風車可動中でもブレードを傾倒させることができる。
The
風力エネルギー利用装置Aの運搬、曳航、設置の際にはブレード6を人為的、強制的に傾倒させた方が安全な場合がある。そのための操作方法として自動弁27a,27cを開き、自動弁27b,27dを閉じてポンプ29を稼働させ、細管10vに油等の作動流体を送って細孔10xから、図1および図6の図面上の先端側シリンダ10taを加圧する。それと同時に細管10wに接続された細孔10yから図1および図6の図面上の基端側シリンダ10tbがポンプ29によって減圧されるために、スライドボス10iを回転軸7の出力端方向に移動させて、ブレード6を傾倒角度βからβ´へ、更にはβ´´となるように傾倒させることができる。このとき細孔10xより油等の作動流体が先端側シリンダ10taへ送り込まれ、注入される。なお、ここに配設されている皿バネ10qは、油等の作動流体を阻止するような形状のものではない。
When transporting, towing, or installing the wind energy utilization device A, it may be safer to artificially or forcibly tilt the
運転中においては人為的、強制的なブレードの傾倒を避けて、風力状況に合わせた運転にするために、自動弁27a,27bを閉じて、自動弁27c,27dを開く。云うまでも無く運転中は、作動流体供給管28cを閉鎖するために弁27fは閉じられている。
During operation, the
図7は、本発明の第2の実施の形態に係るブレード傾倒機構HP2を示している。
本実施の形態では、スライドボス10rの形状が第1の実施の形態に係るブレード傾倒機構HP1におけるスライドボス10iの形状と異なっている。
なお、第1の実施の形態と同種の部位には同一符号を付してあり、重複した説明を省略する。
FIG. 7 shows the blade tilting mechanism HP2 according to the second embodiment of the present invention.
In the present embodiment, the shape of the
The same parts as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.
本実施の形態に係るブレード傾倒機構HP2におけるスライドボス10rと第1の実施の形態に係るブレード傾倒機構HP1におけるスライドボス10iとの相違点は、スライドボス10iにおいては、スライドボス10iの基端部から斜面10jまでの部分が多段に細くなる形状であるのに対し、スライドボス10rは、基端部から斜面までの部分が連続的に細くなる斜面10sとなっている点にある。
The difference between the
本発明の第1の実施の形態においては、図5および図6に示したように、複数の挟持バネの組み合わせが板バネであった。第2の実施の形態においても、図7に示したように板バネである。 In the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 5 and 6, a combination of a plurality of holding springs is a leaf spring. Also in the second embodiment, the leaf spring is used as shown in FIG.
図8に示した第3の実施の形態においては、板バネに換えて棒状バネが六角形の配置となるように配設されている点が特徴である。また、図9に示した第4の実施の形態においては、棒状バネであることに変わりはないが、円形の配置となるように配設した点が特徴である。 The third embodiment shown in FIG. 8 is characterized in that rod-shaped springs are arranged in a hexagonal arrangement instead of leaf springs. Further, in the fourth embodiment shown in FIG. 9, although it is still a rod-shaped spring, it is characterized in that it is arranged so as to have a circular arrangement.
図10は、本発明のブレード傾倒機構を備えた風力エネルギー利用装置の設置例を示す概略図である。本装置は、海面SW上に浮体1を浮ばせ、海底SGにアンカー、チェーン等で浮体装置を係留して設置されるものである。 FIG. 10 is a schematic view showing an installation example of a wind energy utilization device provided with the blade tilting mechanism of the present invention. In this device, the floating body 1 is floated on the sea surface SW, and the floating body device is moored to the seabed SG with an anchor, a chain, or the like.
本発明に係るブレード傾倒機構及び該ブレード傾倒機構を備えた風力エネルギー利用装置によれば、風車による低速回転、高トルクの動力を油圧等の流体ポンプ或いは発電機に効率よく信頼性をもって正確に伝えることができる。また、風力エネルギー利用装置の低所に配設した発電機或いはポンプ等に動力を比較的簡単に且つ安全に伝えることができるとともに、風力エネルギー利用装置の重心を低くすることで装置の転倒を極力抑え、安全性および安定性を高め、発電機の分割化により微風時から台風時等の大風や大波に耐え、強風によるカーブアウトの範囲を有効利用し、カットアウト操作の範囲を縮小し、メンテナンス性が向上し、稼働率を高め、高効率で安価な駆動源コストならびに安価な発電原価を得ることができる。
また、高所ナセル内の機構の単純化を図り、高所におけるトラブル、保守、点検、メンテナンス作業の軽減を図ることが出来る。
According to the blade tilting mechanism according to the present invention and the wind energy utilization device provided with the blade tilting mechanism, low-speed rotation and high-torque power by a wind turbine are efficiently and accurately transmitted to a fluid pump such as hydraulic pressure or a generator. be able to. In addition, power can be transmitted relatively easily and safely to a generator or pump located in a low place of the wind energy utilization device, and the center of gravity of the wind energy utilization device is lowered to prevent the device from tipping over as much as possible. Suppresses, enhances safety and stability, withstands large winds and waves from light winds to typhoons by dividing the generator, effectively utilizes the range of curveout due to strong winds, reduces the range of cutout operation, It is possible to improve maintainability, increase the operating rate, obtain high-efficiency and low-cost drive source cost, and low-cost power generation cost.
In addition, the mechanism inside the nacelle at high places can be simplified, and troubles, maintenance, inspections, and maintenance work at high places can be reduced.
また、風力エネルギー利用装置のナセル内にクレーンを備えることにより、風力エネルギー利用装置の重量バランスを取るだけでなく、外部の大がかりなレッカー、重機、クレーン台船等の出動を不要とし、風力エネルギー利用装置の組み立て、設置、保守、点検、メンテナンスなどが容易になる。さらに、風波、うねり等荒海域でのメンテナンス作業の危険性の改善、現地工事の削減、簡略化によって稼働率を高め、トータルシステムとして、信頼性、安全性、安定性、経済性等において勝り、製造コストならびに発電原価等の大幅な引き下げができる。 In addition, by equipping the nacelle of the wind energy utilization device with a crane, it not only balances the weight of the wind energy utilization device, but also eliminates the need to dispatch large-scale external wreckers, heavy machinery, crane pontoons, etc., and uses wind energy. Equipment assembly, installation, maintenance, inspection, maintenance, etc. will be facilitated. Furthermore, by improving the risk of maintenance work in rough seas such as wind waves and swells, reducing and simplifying on-site construction, the operating rate is increased, and the total system is superior in terms of reliability, safety, stability, economy, etc. It is possible to significantly reduce manufacturing costs and power generation costs.
また、ハブと一本の管の中に全ての機能が収納でき、一体化、単純化させたことは工場製造、検査、運搬、設置等において大きなメリットが有り、高所トラブルの減少、大幅なコスト低減につながる。 In addition, all functions can be stored in the hub and one pipe, and the integration and simplification has great merits in factory manufacturing, inspection, transportation, installation, etc., reducing troubles at heights and significantly. It leads to cost reduction.
以上、本発明の実施の形態を図面によって説明してきたが、具体的な構成は前述した実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における変更や追加があっても本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to the above-described embodiments, and the present invention may be changed or added without departing from the gist of the present invention. Included in the invention.
本発明に係る機構および装置は、風力エネルギーを利用する装置に限られることなく、広く適用することができる。また、海流、潮流、潮汐、河川流水発電装置等海洋エネルギーを利用する分野等にも広く使用できる。 The mechanism and device according to the present invention can be widely applied without being limited to a device that utilizes wind energy. It can also be widely used in fields that utilize ocean energy, such as ocean currents, tidal currents, tides, and river water power generation equipment.
A…風力エネルギー利用装置
HP1…ブレード傾倒機構
HP2…ブレード傾倒機構
F…風
SW…海面(水面)
SG…海底
RD…ローターの直径
RD' …傾倒したローターの直径
RD"…さらに傾倒したローターの直径
α…風車の回転方向
β、β'、β"…ブレードの傾倒方向の傾倒角度
1…浮体
2…タワー
2a…タワー基部
2c…中心線
3a、3b…回転台座
4…ナセル
5…台座
6、6’、6"…ブレード
7…回転軸
7a、7b…フランジ
8…ハブ(回転体)
8a…ハブの本体
8b…ハブのネック部
8c…ハブのネック部フランジ
8d…ジャバラ板
9…風車
10a…ケーシング
10b…バネ留
10c…挟持バネ
10d…バネ押さえ
10e…フランジ部
10f…フランジ
10g…六角穴付きボルト
10h…盲フランジ
10i…スライドボス
10j…スライドボスの斜面
10k…ストッパー
10l…シャフト
10m…リング
10n…六角ナット
10p…コイルバネ
10q…皿バネ
10r…スライドボス
10s…ストレート斜面
10t…シリンダ
10ta…先端側シリンダ
10tb…基端側シリンダ
10u…ネジ栓
10v…管
10w…管
10x…細孔
10y…細孔
10z…スペーサー
11…歯車ボックス
12…油圧等流体ポンプ
13…運転室
14…流体モーター
15a…回転軸
15b…変速機
16…発電機
17…台座ボス
18…ピン
19…アーム
19a…先端側アーム
19b…基端側アーム
19c…接続端
20a…リブ
20b…カバー
21…ピン
22…連結手段
22a…調整ロッド
22b…球体
22c…球内面
22d…ネジカップリング
22e…止めボルト
23…回動軸受
23a…回動軸受23の回動支持ピン
23b…回動支持ピン軸受
24…支持装置
25a…回動台座
25b…ジャッキ
26…板バネ
27a、27b、27c、27d…自動弁
27f…弁
27e、27g…逆止弁
28a、28b、28d…管
28c…作動流体供給管
28e…電源ケーブル
29…ポンプ
30…タンク
31a…自在管(高圧ホース)
31b…配管
32…アキュムレーター
33…流体伝達機構
34…配管
35…配管
36a…配管
36b…ホース
37…タンク
38…回転伝動金物
39…カバー
40…軸受
41…おもり
42…バラストタンク
43…係留チエーン
44…アンカー
45…補助浮体
101a…開口部
101b…縮径終端部
101c…同一内径部
101d…拡径開始部位
102a…屈曲部
110…基端部
111…先端部
A ... Wind energy utilization device HP1 ... Blade tilting mechanism HP2 ... Blade tilting mechanism F ... Wind SW ... Sea surface (water surface)
SG ... Undersea RD ... Rotor diameter RD'... Tilted rotor diameter RD "... Further tilted rotor diameter α ... Wind turbine rotation direction β, β', β" ... Blade tilting angle 1 ... Floating
8a ...
31b ...
Claims (6)
回転体の回転軸の先端側に連結されたハブにピンによって回動可能に枢支されたアームと、
前記回転軸の先端側内部に往復動可能に配設されたスライドボスと、
該スライドボスと前記アームとを連結する連結手段と、
前記回転軸の基端側内部に固定された複数の挟持バネと、を備え、
前記アームは、前記ピンよりも先端側の先端側アームと前記ピンよりも基端側の基端側アームとから成り、前記先端側アームに前記ブレードが固設され、前記基端側アームに前記連結手段が連結され、
前記スライドボスは、前記連結手段に連結された基端部から先端部に向かって細くなる形状を有し、
前記複数の挟持バネは、前記回転軸の基端側に固定された固定端から自由端に向かって、前記複数の挟持バネによって囲まれる空間を形成し、
前記流体の流速が大きくなると前記ブレードが前記流体の下流側に傾けられて、前記スライドボスが前記複数の挟持バネの付勢力に抗して前記回転軸の基端に向かって移動し、前記流体の流速が小さくなると前記複数の挟持バネの付勢力および前記ブレードに作用する遠心力によって前記スライドボスが前記回転軸の先端側に戻されて、前記ブレードの傾斜が復元することを特徴とするブレード傾倒機構。 In the blade tilting mechanism of the power generator that receives the flow of fluid by the blade provided on the hub of the rotating body and uses it as a rotational force.
An arm rotatably supported by a pin on a hub connected to the tip side of the rotating shaft of the rotating body,
A slide boss that is reciprocally arranged inside the tip of the rotating shaft,
A connecting means for connecting the slide boss and the arm,
A plurality of holding springs fixed inside the base end side of the rotating shaft are provided.
The arm is composed of a tip side arm on the tip side of the pin and a base end side arm on the base end side of the pin, the blade is fixed to the tip end side arm, and the base end side arm is covered with the blade. The connecting means are connected,
The slide boss has a shape that narrows from the base end portion connected to the connecting means toward the tip end portion.
The plurality of holding springs form a space surrounded by the plurality of holding springs from a fixed end fixed to the base end side of the rotating shaft toward a free end.
When the flow velocity of the fluid increases, the blade is tilted to the downstream side of the fluid, and the slide boss moves toward the base end of the rotating shaft against the urging force of the plurality of holding springs, and the fluid When the flow velocity of the blade becomes small, the slide boss is returned to the tip end side of the rotation shaft by the urging force of the plurality of holding springs and the centrifugal force acting on the blade, and the inclination of the blade is restored. Tilt mechanism.
前記回転軸の中心を軸心方向に延設され、一端側が前記シリンダの中心を軸心方向に貫通したシャフトと、
前記シャフトに固定され、前記シリンダを二つのシリンダに画成するストッパーと、
前記二つのシリンダ内に選択的に作動流体を供給および排出可能な作動流体供給排出手段と、を備え、
前記作動流体供給排出手段による前記二つのシリンダ内への作動流体の選択的供給および排出により、前記スライドボスを移動させて前記ブレードの傾倒を可能にしたことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載のブレード傾倒機構。 A cylinder provided inside the slide boss from the center to the base along the axis,
A shaft extending the center of the rotating shaft in the axial direction and having one end penetrating the center of the cylinder in the axial direction.
A stopper fixed to the shaft and defining the cylinder into two cylinders,
And a supply and discharge possible operating fluid supply and discharge means selectively create dynamic fluid into the two cylinder,
Claims 1 to 4, wherein the slide boss is moved to allow the blade to tilt by selectively supplying and discharging the working fluid into the two cylinders by the working fluid supply / discharge means. The blade tilting mechanism according to any one item.
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