JPH0339197B2 - - Google Patents
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- JPH0339197B2 JPH0339197B2 JP63214777A JP21477788A JPH0339197B2 JP H0339197 B2 JPH0339197 B2 JP H0339197B2 JP 63214777 A JP63214777 A JP 63214777A JP 21477788 A JP21477788 A JP 21477788A JP H0339197 B2 JPH0339197 B2 JP H0339197B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
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- Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は主に波力発電装置に用いる自己可変ピ
ツチ案内羽根を有する衝動タービンに関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates primarily to an impulse turbine with self-variable pitch guide vanes used in wave power generation devices.
四方を海で囲まれ、また石炭・石油などの化石
燃料資源の少ない我国において、海洋エネルギー
の有効利用は、エネルギー供給源の多様化に向け
て解決しなければならない技術的課題の一つであ
る。
In Japan, which is surrounded by the ocean on all sides and has few fossil fuel resources such as coal and oil, the effective use of ocean energy is one of the technical issues that must be solved in order to diversify energy supply sources. .
温度差、波浪、潮汐、海流、濃度差、そして生
物などの各海洋エネルギーの中、波浪エネルギー
を利用するものとしては、波の上下運動を空気圧
力に変換し、この変換により生ずる空気流でター
ビンを回転させる装置があり、その一つに対称翼
型ブレードを有するタービン（以下ウエルズター
ビンと言う）を用いた波力発電装置がある。 Among various types of ocean energy such as temperature differences, waves, tides, ocean currents, concentration differences, and living organisms, wave energy is used by converting the vertical motion of waves into air pressure, and using the air flow generated by this conversion to generate turbines. There is a device for rotating a wave power generator, one of which is a wave power generation device using a turbine having symmetrical airfoil-shaped blades (hereinafter referred to as a Wells turbine).
この装置は、第５図に模式的に示すように、波
の上下運動を空気圧力に変換する空気室１と、こ
の変換により生ずる空気流を外方又は空気室内方
に導くガイド２と、ガイド２内に配設されたター
ビン３と、発電機を内蔵した発電ユニツト４とを
具え、発電ユニツトを図示しない軸を介してター
ビン３に連結している。タービン３は第６図ａに
示すように発電ユニツト４に連結した出力軸５に
固着したロータハブ６と、このロータハブ６の外
周に一端を固着した対称翼型をしたタービンブレ
ード７とから成る。 As schematically shown in Fig. 5, this device consists of an air chamber 1 that converts the vertical motion of waves into air pressure, a guide 2 that guides the air flow generated by this conversion to the outside or inside the air chamber, and a guide. The power generation unit 4 includes a turbine 3 disposed within a turbine 2 and a power generation unit 4 containing a generator, and the power generation unit is connected to the turbine 3 via a shaft (not shown). As shown in FIG. 6a, the turbine 3 consists of a rotor hub 6 fixed to an output shaft 5 connected to a power generation unit 4, and a turbine blade 7 having a symmetrical airfoil shape and having one end fixed to the outer periphery of the rotor hub 6.
次にこの波力発電装置の作動を説明する。たと
えば、空気室１内の海面が図中矢印Ａで示すよう
に上昇すると、空気室１内の空気は圧縮されガイ
ド２を介して空気室外方に流出する。この時、ガ
イド２を流れる空気流によつて、対称翼型をした
タービンブレード７には、第６図ｂに示したよう
に、揚力Ｌと抗力Ｄとが発生する。これら揚力と
抗力とは、タービンブレード７の弦長方向の力
と、この力に直角な方向の力とに分かれて作用
し、ブレードの弦長方向の力の合力が、タービン
を回転させるべく作用する。なお、ここでαは迎
え角であり、空気流とブレードとがなす角度をあ
らわしている。 Next, the operation of this wave power generation device will be explained. For example, when the sea level within the air chamber 1 rises as indicated by arrow A in the figure, the air within the air chamber 1 is compressed and flows out through the guide 2 to the outside of the air chamber. At this time, due to the air flow flowing through the guide 2, a lifting force L and a drag force D are generated on the turbine blade 7, which has a symmetrical airfoil shape, as shown in FIG. 6b. These lift and drag forces act separately into a force in the chordal direction of the turbine blade 7 and a force in a direction perpendicular to this force, and the resultant force of the force in the chordal direction of the blade acts to rotate the turbine. do. Note that α here is the angle of attack, and represents the angle between the airflow and the blade.
一方、空気室１内の海面が図中矢印Ｂで示すよ
うに下降すると、空気室１内の圧力がその外方の
圧力に比べて低下するので、外方の空気がガイド
２を介して空気室内に流入することになる。その
流れの方向は、海面が上昇する場合のそれとは逆
向きであるが、ブレードの翼型が対称であるた
め、ブレードの弦方向に作用する力の方向は、空
気流の方向に拘わらず一定であり、弦長方向に直
角な力だけがその方向を変化させることとなる。
それゆえ、ウエルズタービンは、作動流体の往復
動流れに対しその回転方向が常に一定であるの
で、とくに波力発電に適したタービンと言える。 On the other hand, when the sea level inside the air chamber 1 falls as shown by arrow B in the figure, the pressure inside the air chamber 1 decreases compared to the pressure outside it, so the outside air flows through the guide 2. It will flow into the room. The direction of the flow is opposite to that when the sea level rises, but because the airfoil of the blade is symmetrical, the direction of the force acting chordwise on the blade remains constant regardless of the direction of the airflow. , and only forces perpendicular to the chord length will change its direction.
Therefore, the Wells turbine can be said to be a turbine particularly suitable for wave power generation because its rotational direction is always constant with respect to the reciprocating flow of the working fluid.
しかし、ウエルズタービンは往復流における平
均効率が40％と低く、また高速形タービンである
ため騒音が大きく、軸受の耐久性の保持が困難で
あるという問題点があつた。
However, the Wells turbine had problems in that the average efficiency in reciprocating flow was as low as 40%, and since it was a high-speed turbine, it was noisy, and it was difficult to maintain the durability of the bearings.
本発明の目的は従来のウエルズタービンより効
率が良く、低速化を達成できる波力発電装置用の
タービンを開発することである。 It is an object of the present invention to develop a turbine for a wave power generation device that is more efficient and can achieve lower speeds than conventional Wells turbines.
上記目的を達成するため、本発明の自己可変ピ
ツチ案内羽根を有する衝動タービンは出力軸に固
着したロータハブと、このロータハブの周囲に等
間隔でハブの軸線方向に交差させるようにして一
端を固着した略々半月状断面の複数のタービンブ
レードと、このタービンブレードの両側に配置し
た案内羽根と、この案内羽根のタービンブレード
側の端部を回動自在に支持する回動軸と、前記案
内羽根を所定の回動範囲に制限するストツパとを
具えることを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the impulse turbine having self-variable pitch guide vanes of the present invention has a rotor hub fixed to an output shaft, and one end fixed to the rotor hub so as to intersect with the axial direction of the hub at equal intervals around the rotor hub. A plurality of turbine blades each having an approximately half-moon cross section, guide vanes disposed on both sides of the turbine blades, a rotation shaft rotatably supporting an end of the guide vanes on the turbine blade side, and a rotary shaft that rotatably supports the guide vanes. It is characterized by comprising a stopper that limits the rotation range to a predetermined range.
本発明の衝動タービンでは案内羽根に作用する
空気流による風圧の作用により案内羽根が回動軸
を中心に自動的に回動し、この際、空気流の上流
側ではタービンの軸線方向に直角な面に対して小
さな角度をなすように回動し、空気流の下流側で
はタービンの軸線方向に直角な面に対して大きな
角度をなすように回動する。
In the impulse turbine of the present invention, the guide vanes automatically rotate around the rotation axis due to the wind pressure caused by the air flow acting on the guide vanes, and at this time, the upstream side of the air flow is perpendicular to the axial direction of the turbine. It rotates at a small angle with respect to the plane, and on the downstream side of the airflow, it rotates at a large angle with respect to the plane perpendicular to the axial direction of the turbine.
これにより、タービンの上流側では、空気流の
方向が大きく側方に曲げられ、この空気流がター
ビンブレードに作用することによりタービンが回
転駆動される。 As a result, on the upstream side of the turbine, the direction of the airflow is largely bent to the side, and this airflow acts on the turbine blades, thereby driving the turbine to rotate.
またタービンの下流側ではタービンに流入した
空気流をタービンの軸線方向に沿つてスムーズに
排出することができる。 Furthermore, on the downstream side of the turbine, the air flow that has flowed into the turbine can be smoothly discharged along the axial direction of the turbine.
空気流の方向が変つた場合は、上流側、下流側
の案内羽根が上記と同様に夫々回動することによ
り、タービンが前記と同方向に駆動される。 When the direction of the airflow changes, the upstream and downstream guide vanes rotate in the same manner as described above, thereby driving the turbine in the same direction.
従つて、タービンは往復流に対して常に同方向
に回動することになる。 Therefore, the turbine always rotates in the same direction relative to the reciprocating flow.
以下に図面を参照して本発明の自己可変ピツチ
案内羽根を有する衝動タビーンの好適な実施例に
ついて詳述する。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of an impulse tabine having self-variable pitch guide vanes according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
第１，２図は本発明の衝動タービンの一実施例
を示す図である。なお簡明のため第５，６図に示
した従来例に対応する部分には同一の符号を付
す。 1 and 2 are diagrams showing an embodiment of an impulse turbine of the present invention. For the sake of clarity, parts corresponding to the conventional example shown in FIGS. 5 and 6 are given the same reference numerals.
第１図において、空気流を導くガイド２内に回
動自在に支持したタービン３は、図示してない出
力軸に固着したロータハブ６とこのロータハブ６
の外周に一端を固着した略々半月状断面の複数の
タービンブレード７とから成り、図示してない出
力軸を介して発電ユニツト４に連結する。 In FIG. 1, a turbine 3 rotatably supported within a guide 2 for guiding an air flow is connected to a rotor hub 6 fixed to an output shaft (not shown).
It consists of a plurality of turbine blades 7 each having a substantially half-moon cross section, one end of which is fixed to the outer periphery of the turbine, and is connected to the power generation unit 4 via an output shaft (not shown).
第２図に示すように、案内羽根８は発電ユニツ
ト４とガイド２とにより両端を支持した回動軸９
によりタービンブレード７側の端部を回動自在に
支持する。案内羽根８の断面形状は流入する流れ
に対してはく離が生じにくい形状であれば良い
が、一例としては空気の流入側及び流出側の端部
がそれぞれ円弧と直線の、直線円弧結合形
（SCA形）の面形状を用いることができる。 As shown in FIG.
The end portion on the turbine blade 7 side is rotatably supported. The cross-sectional shape of the guide vane 8 may be any shape as long as it does not easily separate from the inflowing flow. For example, the guide vane 8 may have a straight-arc combination type (SCA) in which the ends of the air inflow side and the air outflow side are circular arcs and straight lines, respectively. shape) can be used.
案内羽根８は発電ユニツト４に取付けたストツ
パ１０により回動角を一定範囲に制限する。この
回動角はロータの節弦比や案内羽根の設計により
適切な範囲が異なるが、第２図に示すように、タ
ービンの軸線方向に直角な面に対して、空気流の
上流側の角度をθ、下流側の角度をθ′とした場合
に、実験例においてはθ＝15°、θ′≒50°において
良好な結果が得られた。なお、実験に用いた案内
羽根の形状においてはθ′を72.5°程度まで大きくす
ることができた。 The rotation angle of the guide vane 8 is limited to a certain range by a stopper 10 attached to the power generation unit 4. The appropriate range of this rotation angle varies depending on the rotor's chord ratio and the design of the guide vanes, but as shown in Figure 2, the angle on the upstream side of the airflow with respect to the plane perpendicular to the turbine axis direction. In the experimental example, good results were obtained when θ=15° and θ′≈50°. Note that with the shape of the guide vane used in the experiment, θ' could be increased to approximately 72.5°.
次に、この衝動タービンの作動を説明する。 Next, the operation of this impulse turbine will be explained.
例えば、第２図の実線で示す矢印の方向の空気
流に対しては、空気流による風圧の作用により案
内羽根８が回動軸９を中心に第２図の実線で示す
位置に回動する。 For example, in response to an air flow in the direction of the arrow shown by the solid line in FIG. 2, the guide vane 8 rotates around the rotation axis 9 to the position shown by the solid line in FIG. .
これにより、タービン３の上流側では、空気流
の方向が大きく側方に曲げられ、この空気流がタ
ービンブレード７に作用することによりタービン
３が回転駆動される。 As a result, on the upstream side of the turbine 3, the direction of the airflow is largely bent to the side, and this airflow acts on the turbine blades 7, thereby driving the turbine 3 to rotate.
またタービンの下流側ではタービンに流入した
空気流をタービンの軸線方向に沿つてスムーズに
排出することができる。 Furthermore, on the downstream side of the turbine, the air flow that has entered the turbine can be smoothly discharged along the axial direction of the turbine.
空気流の方向が第２図の破線で示す矢印の方向
に変つた場合は、上述したのと同様の作動によ
り、案内羽根８が破線で示す位置に回動し、実線
で示した矢印の方向の空気流と同方向にタービン
３が回転駆動される。 When the direction of the air flow changes to the direction of the arrow shown by the broken line in FIG. The turbine 3 is driven to rotate in the same direction as the airflow.
第３図は本発明の衝動タービンを用いた波力発
電装置の一例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a wave power generation device using the impulse turbine of the present invention.
この発電装置は、波の上下動を空気圧力に変換
する空気室１と、この変換により生ずる空気流を
外方又は空気室内方に導くガイド２とを具える。
このガイド２内に配置したタービン３はロータハ
ブ６とタービンブレード７とから成り、図示して
ない出力軸を介して発電ユニツト４に連結する。
案内羽根８は第１図に示したものと同様のもので
あり、発電ユニツト４に回動自在に支持し、図示
してないストツパにより一定の回動角度に回動範
囲を制限する。 This power generation device includes an air chamber 1 that converts the vertical motion of waves into air pressure, and a guide 2 that guides the air flow generated by this conversion to the outside or inside the air chamber.
A turbine 3 disposed within the guide 2 consists of a rotor hub 6 and turbine blades 7, and is connected to a power generation unit 4 via an output shaft (not shown).
The guide vanes 8 are similar to those shown in FIG. 1, and are rotatably supported on the power generation unit 4, and the range of rotation is limited to a fixed rotation angle by a stopper (not shown).
この発電装置は、例えば図中矢印Ａで示すよう
に空気室１内の海面が上昇すると、空気室１内の
空気は圧縮されガイド２を介して空気室外方に流
出する。 In this power generation device, when the sea level within the air chamber 1 rises, for example, as shown by arrow A in the figure, the air within the air chamber 1 is compressed and flows out through the guide 2 to the outside of the air chamber.
一方、空気室１内の海面が図中矢印Ｂで示すよ
うに下降すると、空気室１内の圧力が外方の圧力
に比べて低下するので、外方の空気がガイド２を
介して空気室内に流入する。 On the other hand, when the sea level inside the air chamber 1 falls as shown by arrow B in the figure, the pressure inside the air chamber 1 decreases compared to the pressure outside, so the outside air flows through the guide 2 into the air chamber. flows into.
このように海面の上下に伴つてガイド２内に空
気流の往復流が生じ、これにより、第２図により
説明した作動により案内羽根８が自動的に回動
し、タービン３が往復流に対し同方向に駆動され
る。 In this way, as the sea level rises and falls, a reciprocating air flow is generated within the guide 2, and as a result, the guide vane 8 automatically rotates through the operation explained in FIG. 2, and the turbine 3 responds to the reciprocating flow. driven in the same direction.
次に本発明の実験例について説明する。 Next, an experimental example of the present invention will be explained.
第４図ａ，ｂは放物線状の案内羽根を用いた場
合の本発明の衝動タービンの非定常試験結果を示
したものであり、第４図ａは平均効率とVa／
UR（空気流の最大速度／翼平均高さにおけるロー
タ周速）との関係を示す。 Figures 4a and 4b show the unsteady test results of the impulse turbine of the present invention when parabolic guide vanes are used, and Figure 4a shows the average efficiency and V a /
The relationship with U R (maximum airflow speed/rotor peripheral speed at blade average height) is shown.
ここで、＝１／Ｔ∫T pToωdt／（１／Ｔ∫T pΔPQdt
）で
表わされ、Ｔ：波の周期、To：トルク、ω：ロ
ータの角速度、ｔ：時間、ΔP：空気室と大気と
の全圧差、Ｑ：流量である。 Here, = 1/T∫ T p Toωdt/(1/T∫ T p ΔPQdt
), T: wave period, To: torque, ω: rotor angular velocity, t: time, ΔP: total pressure difference between the air chamber and the atmosphere, Q: flow rate.
図面より本発明の衝動タービンはウエルズター
ビンより平均効率が高いことがわかる。さらに
平均効率の最大値におけるVa／URも本発明の
衝動タービンの方が大きいことから本発明の衝動
タービンはウエルズタービンより低速形であるこ
とがわかる。 It can be seen from the drawings that the impulse turbine of the present invention has a higher average efficiency than the Wells turbine. Furthermore, since the impulse turbine of the present invention has a larger value of V a /U R at the maximum value of average efficiency, it can be seen that the impulse turbine of the present invention has a lower speed than the Wells turbine.
第４図ｂは平均トルク係数ｏとVa／URとの
関係を示す図である。ここで
ｏ＝１／Ｔ∫T pTodt／（πPVa 2R3）で表わされ、
Ｐ：空気密度、Ｒ：ロータの平均半径である。 FIG. 4b is a diagram showing the relationship between the average torque coefficient o and V a /U R . Here, o=1/T∫ T p Todt/(πPV a 2 R 3 ), where P: air density, R: average radius of the rotor.
図より本発明の衝動タービンの平均トルク係数
Ｔｏはウエルズタービンより大きいことがわか
る。これは本発明の衝動タービンの方がウエルズ
タービンより起動特性に優れることを示す。 It can be seen from the figure that the average torque coefficient To of the impulse turbine of the present invention is larger than that of the Wells turbine. This shows that the impulse turbine of the present invention has better starting characteristics than the Wells turbine.
以上詳述したように本発明の自己可変ピツチ案
内羽根を有する衝動タービンは、往復方向の空気
流に対し、複雑な制御機構を設けることなく、案
内羽根が自動的に向きを変え空気流をタービンに
導く構成としたため、コストを比較的低く保ちつ
つ、従来のウエルズタービンより起動特性及び平
均効率を格段に向上させることができるととも
に、タービンの低速化が図れるので、タービンの
軸受の耐久性を高め、騒音を低減しつつ出力の高
い波力発電装置を実現できるものであります。
As described in detail above, the impulse turbine having self-variable pitch guide vanes of the present invention allows the guide vanes to automatically change the direction of the airflow in the reciprocating direction without providing a complicated control mechanism. As a result, the starting characteristics and average efficiency can be significantly improved compared to conventional Wells turbines while keeping costs relatively low. At the same time, the turbine speed can be reduced, which increases the durability of the turbine bearings. , it is possible to realize a wave power generation device with high output while reducing noise.
第１図は本発明の自己可変ピツチ案内羽根を有
する衝動タービンの一実施例の構成を示す一部切
欠き斜視図、第２図は本発明の衝動タービンの作
動を示す図、第３図は本発明の衝動タービンを用
いた波力発電装置の一例を示す断面図、第４図ａ
は本発明の衝動タービンとウエルズタービンとの
平均効率ηをVa／UR（空気流の最大速度／翼平均
高さにおけるロータ周速）に対して表わした線
図、第４図ｂは本発明の衝動タービンとウエルズ
タービンとの平均トルク係数ｏをVa／URに対
して表わした線図、第５図はウエルズタービンを
用いた発電装置の一例の構成を示す断面図、第６
図ａは第５図の発電装置に用いるタービンの一例
を示す斜視図、第６図ｂは第６図ａに示すタービ
ンの作用を示す図である。
１……空気室、２……ガイド、３……タービ
ン、４……発電ユニツト、５……出力軸、６……
ロータハブ、７……タービンブレード、８……案
内羽根、９……回動軸、１０……ストツパ。
FIG. 1 is a partially cutaway perspective view showing the configuration of an embodiment of an impulse turbine having self-variable pitch guide vanes according to the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the operation of the impulse turbine according to the present invention, and FIG. A sectional view showing an example of a wave power generation device using the impulse turbine of the present invention, FIG. 4a
is a diagram showing the average efficiency η of the impulse turbine of the present invention and the Wells turbine against V a /U R (maximum speed of airflow/rotor circumferential speed at blade average height), and Figure 4b is a graph of the present invention. FIG. 5 is a diagram showing the average torque coefficient o of the impulse turbine of the invention and the Wells turbine versus V a /U R ; FIG. 5 is a sectional view showing the configuration of an example of a power generation device using the Wells turbine; FIG.
FIG. 6a is a perspective view showing an example of a turbine used in the power generating apparatus shown in FIG. 5, and FIG. 6b is a diagram showing the operation of the turbine shown in FIG. 6a. 1... Air chamber, 2... Guide, 3... Turbine, 4... Power generation unit, 5... Output shaft, 6...
Rotor hub, 7... Turbine blade, 8... Guide vane, 9... Rotating shaft, 10... Stopper.
Claims (1)
ハブの周囲に等間隔でハブの軸線方向に交差させ
るようにして一端を固着した略々半月状断面の複
数のタービンブレードと、このタービンブレード
の両側に配置した案内羽根と、この案内羽根のタ
ービンブレード側の端部を回動自在に支持する回
動軸と、前記案内羽根を所定の回動範囲に制限す
るストツパとを具えることを特徴とする自己可変
ピツチ案内羽根を有する衝動タービン。1. A rotor hub fixed to an output shaft, a plurality of turbine blades having a substantially semicircular cross section fixed at one end at equal intervals around the rotor hub so as to intersect with each other in the axial direction of the hub, and arranged on both sides of the turbine blade. A rotary shaft for rotatably supporting an end of the guide vane on the turbine blade side, and a stopper for restricting the guide vane to a predetermined rotation range. Impulse turbine with variable pitch guide vanes.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214777A JPH0264270A (en) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | Impulse turbine with self-variable pitch guide vanes |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63214777A JPH0264270A (en) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | Impulse turbine with self-variable pitch guide vanes |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0264270A JPH0264270A (en) | 1990-03-05 |
| JPH0339197B2 true JPH0339197B2 (en) | 1991-06-13 |
Family
ID=16661363
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63214777A Granted JPH0264270A (en) | 1988-08-31 | 1988-08-31 | Impulse turbine with self-variable pitch guide vanes |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0264270A (en) |
Families Citing this family (13)
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|---|---|---|---|---|
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-
1988
- 1988-08-31 JP JP63214777A patent/JPH0264270A/en active Granted
Also Published As
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