KR101963612B1 - A blade for the active pitch control system of Wind turbine - Google Patents
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Abstract
본 발명은 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드에 관한 것으로서, 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)에 있어서, 상기 블레이드(B)는 전체 블레이드(B)의 길이방향에 대하여 루트부(R)에서 시작하는 구조영역부(100)는 두께비를 최대 40 까지, 양항비는 65이상, 최대 양항비를 가지는 비틀림각(a)을 4 ~ 12도로 구성하고, 구조영역부(100)부 이후의 천이영역부(110), 천이영역부(110)이후의 공력영역부(120)는 양항비 105이상으로, 두께비는 16% 및 비틀림각(a)을 0 ~ 4도의 익형으로 구성하여 양항성을 극대화하며, 잔여부를 팁익형부(130)로 하고, 상기 천이영역부(110)는 구조영역부(100)와 공력영역부(120)의 중간값의 양항비, 두께비, 비틀림각을 선택하여 가질 수 있는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a blade of a wind power generator for controlling a low wind speed active pitch and in which a blade (B) of a wind power generator for controlling a low wind speed active pitch is arranged such that the blade (B) R), the twist angle (a) having a maximum thickness ratio of up to 40, an aspect ratio of 65 or more, and a maximum input ratio is set to 4 to 12 degrees, and the structure region section 100 starting from the structure region section 100 The transitional region 110 of the transitional region 110 and the aerodynamic region 120 after the transitional region 110 are composed of an airfoil having an aspect ratio of 105 or more and a thickness ratio of 16% and a twist angle a of 0 to 4 degrees, The thickness ratio and the twist angle of the median value between the structural region 100 and the aerodynamic region 120 are selected as the tip portion 130 of the transition region 110, And the like.
Description
본 발명은 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드에 관한 것으로, 풍력터빈에 있어서 블레이드의 피치를 개별적으로 제어하는 능동형 피치 제어를 위한 블레이드, 특히 저풍속에서의 작동에 적합한 블레이드의 구성과 형태, 형태의 조합의 제공에 관한 것이다.The present invention relates to a blade of a wind turbine for controlling a low wind speed active pitch and relates to a blade for active pitch control for individually controlling the pitch of blades in a wind turbine, Lt; / RTI >
수평축 풍력발전기는 불어오는 바람에 의해서 로터를 회전시키고, 회전하는 로터에 의해서 전기를 생산하게 된다. 풍력발전기는 도 1에 도시하는 바와 같이, 동력원으로서 러셀(1)에 고정되어 축회전하는 다수의 블레이드(B)를 구비하게 된다.The horizontal axis wind turbine rotates the rotor by the blowing wind and produces electricity by the rotating rotor. As shown in Fig. 1, the wind power generator is provided with a plurality of blades B which are fixed to the
일반적으로 고도에 따라서 바람의 세기가 세지며, 이를 윈드시어(Wind Shear) 라고 한다. 풍력발전기가 대형화 될수록, 또는 타워의 높이가 높아질수록 바람의 세기가 커짐을 뜻한다. 또한, 실제로 부는 난류 바람장에서는 바람장을 2차원 평면으로 봤을 때, 모든 영역에서의 바람의 세기가 다르다. 이는 풍력발전기의 전체적인 면적 (타워의 면적, 로터 회전 면적) 이 넓어질수록 각각의 영역이 받는 바람의 세기가 다르게 됨을 의미한다. 따라서 이러한 특성에 부합되는 블레이드의 설계가 요청되고 있다.Generally, the wind intensity is high depending on the altitude, which is called wind shear. The larger the size of the wind power generator, or the higher the height of the tower, the greater the wind intensity. In addition, when the wind field is viewed in a two-dimensional plane in a turbulent wind field, the intensity of wind in all regions is different. This means that as the overall area of the wind turbine (the area of the tower, the rotor rotation area) is widened, the wind intensity received by each area becomes different. Therefore, the design of blades meeting these requirements is being demanded.
특히 저풍속, 저풍량영역에서 고풍속, 고풍량 영역으로의 천이영역을 가질 수 밖에 없는 풍력발전기의 특성상, 저풍속, 저풍량 영역에서 최적화된 설계의 블레이드의 제공이 요청된다.Especially, it is required to provide blades optimized in low wind speed and low air volume area due to the characteristic of a wind power generator which can only have a transition region from a low wind speed, a low wind speed range to a high wind speed and a high wind speed range.
풍력발전기의 예상수명을 유지하기 위해서는 구조적으로 안정화가 되어야 하며 구조적으로 안정화가 되려면 무엇보다 구조물이 받는 하중을 최소화 시키는 것이 중요하며 전체 풍력터빈 시스템의 하중을 줄이기 위해서는 구조적으로 하중을 적게 받도록 설계를 하거나, 제어기술을 이용하여 하중을 줄일 수 있다.In order to maintain the life expectancy of a wind turbine, it must be structurally stabilized. In order to stabilize the structure, it is important to minimize the load on the structure. In order to reduce the load of the entire wind turbine system, , The load can be reduced by using control technology.
구조적으로 하중을 적게 받도록 설계를 하는 것은 출력량이 감소하는 한계가 있기 때문에, 제어 기술을 이용하여 하중을 저감하는 것이 바람직한 것으로서 밝혀졌으며 이와 협동하는 터빈의 블레이드의 설계 또한 주요한 요소이다.It has been found that it is desirable to reduce the load using control technology because designing to receive less structural load has a limitation in reducing the amount of output, and the design of the blade of the turbine cooperating with it is also a major factor.
일반적으로 사용하는 풍력발전기의 제어는 정격풍속 이상에서 블레이드의 피치각도를 조절하여 일정량의 바람을 흘려보냄으로써, 바람에 의하여 받는 하중을 적게 받는 제어를 수행하고 블레이드 3개의 피치각을 동시에 조절하는 통합피치제어 (Collective Pitch Control, CPC)를 사용 하는 것이 일반적이다.Generally, the control of wind turbine is controlled by controlling the pitch angle of the blade at the rated wind speed, and it controls the receiving of the load received by the wind less while controlling the pitch angle of three blades at the same time It is common to use the Collective Pitch Control (CPC).
통합피치제어가 통상적으로 많이 사용되지만, 풍력발전기의 대형화가 됨에 따라 상기한 고도에 따른 블레이드의 하중 차이가 커지는 문제점에 대응할 수 없게 된다. 이러한 문제를 해결 할 수 있는 제어방법으로 제안된 것이 종래로부터의 개별피치제어 (Indivisual Pitch Control, IPC)를 들 수 있다.Integrated pitch control is commonly used. However, as the size of the wind turbine becomes larger, it is impossible to cope with the problem that the difference in load of the blades increases according to the above-mentioned altitude. A conventional control method for solving such a problem is the conventional IPC (Indivisual Pitch Control).
개별피치제어의 필요성은 수직고도 및 수평이동거리 차이에 따른 풍속의 차이의 고려, 타워구조물에 의한 풍속의 교란, 바람자체의 난류특성, 요잉(Yawing)불완전성의 고려 및 블레이드자체의 중력효과 등을 수행할 수 있기 때문이다.The necessity of individual pitch control is to consider the difference of wind speed according to vertical altitude and horizontal movement distance disturbance, disturbance of wind speed by tower structure, turbulence characteristic of wind itself, consideration of yawing incompleteness and gravity effect of blade itself It can be done.
다양한 형태의 개별피치제어용의 시스템이 개발되어 있으며 이러한 각각의 종래 개발 되었던 개별피치제어는 제어양태와 함께 블레이드의 형태 및 구성, 구성과 형태의 조합 등이 적절하여야 최적의 효과를 얻을 수 있다.Various types of systems for controlling individual pitches have been developed, and each of these conventionally developed individual pitch controls can achieve optimum effects as long as the shape, configuration, configuration, and combination of the blades are appropriate as well as the control mode.
특히 피치제어에 있어서 저풍속 영역에서 발전효율이 높은 블레이드는 제어시스템의 설계를 용이하게 하며 전체적인 풍력발전기의 효율성 및 내구성을 제고하게 된다.Particularly, in pitch control, blades with high power generation efficiency in low wind speed region facilitate the design of control system and enhance the efficiency and durability of the whole wind turbine.
이러한 목적을 위하여 다수의 블레이드의 설계에 관련한 기술이 선원으로서 출원되어 있고, 그중, 한국등록특허 10-0816851( 2008.03.26)와 한국등록특허 10-1016062( 2011.02.23)는 본원의 기술적 사상과 유사함을 가진다.For this purpose, techniques relating to the design of a number of blades have been filed as crew members, of which Korean Patent No. 10-0816851 (Mar. 26, 2008) and Korean Patent No. 10-106062 (Mar. 23, 2011) Similarity.
한국등록특허 10-1016062호는 에어포일인 블레이드의 2차원 단면형상의 선택과 이를 이용한 3차원 맵핑에 의한 블레이드의 설계 개념을 제공하고 있으나, 이는 본원의 구성과 목적과는 상이한 것이다.Korean Patent No. 10-106062 discloses a concept of selecting a two-dimensional cross-sectional shape of a blade, which is an airfoil, and designing a blade by three-dimensional mapping using the two-dimensional cross-sectional shape, which is different from the construction and purpose of the present invention.
본원의 기술사상과 가장 유사한 선원은 한국등록특허 10-0816851호의 '풍력발전용 터빈블레이드'로서 본 발명에 따른 터빈 블레이드는, 터빈 블레이드의 루트를 포함하는 제1 영역과, 상기 터빈 블레이드의 자유단측 선단인 팁을 포함하는 제3 영역과, 상기 제1 영역과 제3 영역 사이에 위치하는 제2 영역으로 구성되며, 상기 제1 영역은 상기 루트로부터 일정거리 이격된 후연의 임의지점에 외측을 향해 돌출되는 만곡부를 가지는 동시에, 상기 루트에서 팁을 향하여 30°내외에서 10°내외로 팁의 가압면에 대하여 급격히 완만해지는 비틀림 각을 갖도록 비틀림되고, 상기 제2 영역은 상기 제1 영역측에서 제3 영역측으로 갈수록 블레이드 폭이 점차 좁아지도록 후연이 완만한 경사각을 지니는 동시에, 상기 팁을 향하여 10°내외에서 1°내외로 팁의 가압면에 대하여 점차 완만해지는 비틀림 각을 갖도록 비틀림되되, 상기 제3 영역은 그 후연이 상기 제2 영역의 후연에 비해 급한 기울기를 가지면서 볼록하게 라운드지고, 그 단부는 일정 반경을 갖는 원호를 따라 라운드 처리된 블레이드를 제공하고 있다.A turbine blade according to the present invention includes a first region including a root of a turbine blade and a second region including a root of the turbine blade at a free end side of the turbine blade And a second region positioned between the first region and the third region, wherein the first region is located at a certain position on the trailing edge spaced from the root by a predetermined distance toward the outside And the second region is twisted so as to have a torsion angle which is abruptly gentle with respect to the pressing surface of the tip at about 10 ° to about 30 ° from the root toward the tip, The blade has a gentle inclination angle so that the blade width gradually decreases toward the region side, and at the same time, Wherein the third region is rounded convexly with a trailing slope relative to the trailing edge of the second region and the end portion is rounded along an arc having a predetermined radius, Blade.
그러나 상기하는 선원은 저풍속 영역에서의 블레이드의 특성을 주로 고려한 것이 아니고 3등분된 영역으로서 블레이드의 기하학적인 컨투어(Contour) 형상과 비틀림각만을 설계에 반영함으로써 기체동력학적 측면을 고려하고 있다.However, the above-mentioned crews do not mainly consider the characteristics of the blades in the low wind speed region, but consider the geometrical contour shape and the twist angle of the blade as three-divided regions, and thereby consider the dynamics of the gas.
블레이드의 특성은 비틀림각 뿐만 아니라 후술하는 양항비, 두께비, 레이놀즈수 등 모든 변수를 고려하여 설계하고 블레이드 자체의 기계적인 강성과 공력성능을 최적화하여야 하므로 상술하는 선원의 단순한 비틀림각의 제공에 의한 최적화는 그 한계성이 존재하게 된다.The characteristics of the blade must be designed not only in terms of twist angle but also all variables such as the following parameters, thickness ratio, and Reynolds number, and optimize the mechanical rigidity and aerodynamic performance of the blade itself. There is a limit to that.
본 발명에서는 개별피치제어를 수행하는 풍력발전기, 예시적으로는 100KW 급의 발전기에서 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기에 적용하기에 적합한 블레이드, 특히 저풍속에서 적합하게 능동피치제어를 수행하기 위한 풍력발전기의 블레이드의 최적화된 구성과 분포, 형태를 제공함에 그 특징이 있다.In the present invention, there is provided a wind power generator for performing individual pitch control, a blade suitable for application to a low wind speed active pitch control wind turbine generator, for example, a 100 KW class power generator, and a wind power generator for suitably performing active pitch control at low wind speed Which provides an optimized configuration, distribution, and shape of the blade of the blade.
이러한 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드는 본 출원인의 선원에서의 제어시스템과 협동하여 최적화된 제어의 수행이 가능하게 하여 발전효율의 증대와 발전기의 수명의 연장을 도모할 수 있는 유용성을 가진다.The blade of the wind power generator for low wind speed active pitch control according to the present invention can perform optimized control in cooperation with the control system of the present applicant's source to improve the power generation efficiency and the useful life .
본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드는 블레이드의 길이방향의 구간별로 기계적인 강성과 양항비, 비틀림각, 두께비를 실험적이고도 수치적인 해석에 의하여 최적의 값을 얻고 그를 블레이드에 반영하고 있다.The blade of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch of the present invention obtains an optimum value by experimentally and numerically analyzing the mechanical rigidity, the armament ratio, the twist angle and the thickness ratio of each blade in the lengthwise direction of the blade, .
본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드는 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 발명한 것으로서,The blade of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch of the present invention has been invented in order to overcome the above-mentioned problems of the prior art,
저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)에 있어서, 상기 블레이드(B)는 전체 블레이드(B)의 길이방향에 대하여 루트부(R)에서 시작하는 구조영역부(100)는 두께비를 최대 40 까지, 양항비는 65이상, 최대 양항비를 가지는 비틀림각(a)을 4 ~ 12도로 구성하고, 구조영역부(100)부 이후의 천이영역부(110), 천이영역부(110)이후의 공력영역부(120)는 양항비 105이상으로, 두께비는 16% 및 비틀림각(a)을 0 ~ 4도의 익형으로 구성하여 양항성을 극대화하며, 잔여부를 팁익형부(130)로 하고, 상기 천이영역부(110)는 구조영역부(100)와 공력영역부(120)의 중간값의 양항비, 두께비, 비틀림각을 중간값을 선택하여 가질 수 있는 것을 특징으로 하며,A blade (B) of a wind power generator for controlling a low wind speed active pitch is characterized in that the structure area section (100) starting from the root section (R) with respect to the longitudinal direction of the entire blade (B) , The twist angle (a) having the maximum input and output ratio of 65 or more is set to 4 to 12 degrees, and the
수치적인 특징으로서는,As numerical characteristics,
저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)에 있어서, 상기 블레이드(B)의 전체길이를 1로 기준하여 루트부(R)에서 시작하여 구조영역부(100)는 0.49 까지, 상기 구조영역부(100)부 이후 0.18 은 천이영역부(110), 상기 천이영역부(110)이후 0.25 는 공력영역부(120), 잔여부를 팁익형부(130)으로 하며,The blade (B) of a wind power generator for controlling a low wind speed active pitch is characterized in that the total length of the blade (B) is set to 1 and the structural region section (100) starts from the root section (R) (0.18) after the (100) portion is the
상기 블레이드(B)의 전체 익형은 레이놀즈 140만 이하로 구성하고, 공력영역부(120)의 익형은 140만의 낮은 레이놀즈 수로 구성한 것을 특징으로 한다.The total airfoil of the blade (B) is composed of less than 1.4 million Reynolds, and the airfoil region (120) has a low Reynolds number of 1.4 million.
본 발명에 따른 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드는 기계적인 강성의 보장과 안정적인 회전발전이 가능한 블레이드를 제공할 수 있다.The blade of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch according to the present invention can provide a blade capable of ensuring mechanical rigidity and capable of stable rotation generation.
또한, 본 발명에 따르면 영역별로 구분화된 양항비, 강성, 비틀림각, 두께비를 설정함으로서 구간별 특성에 최적화된 블레이드를 제공할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to provide a blade optimized for the characteristics of each section by setting the binomial ratio, the rigidity, the twist angle, and the thickness ratio, which are classified by regions.
도 1은 통상적인 풍력터빈을 도시하는 사시도.
도 2는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드의 길이방향에 대하여 직각으로 단면을 도시하는 블레이드의 사시도.
도 3은 블레이드의 익형구성을 설명하기 위한 블레이드의 단면도.
도 4는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드의 구성을 설명하기 위한 블레이드 단면의 에어포일 형상을 도시하는 설명도.
도 5는 본 발명의 특성을 설명하기 위한 블레이드의 반경방향에 부가되는 풍속분포도.
도 6은 본 발명의 블레이드의 비틀림각의 구성 및 작용을 설명하는 설명도.
도 7은 본 발명의 블레이드의 선형화된 코드길이와 이상적인 코드길이를 비교도시하는 그래프도.
도 8은 본 발명의 블레이드의 선형화된 코드길이와 이상적인 비틀림각분포를 도시하는 그래프도이다.1 is a perspective view showing a conventional wind turbine.
Fig. 2 is a perspective view of a blade showing a cross section at right angles to the longitudinal direction of the blade of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch of the present invention. Fig.
3 is a cross-sectional view of a blade for explaining the airfoil configuration of the blade.
4 is an explanatory view showing the shape of an airfoil of a blade section for explaining the configuration of a blade of a wind power generator for controlling low wind speed active pitch of the present invention.
5 is a wind speed distribution diagram added to the radial direction of a blade for explaining characteristics of the present invention.
6 is an explanatory view for explaining the configuration and action of a twist angle of the blade of the present invention;
7 is a graph showing a comparison between a linearized code length and an ideal code length of a blade of the present invention.
Figure 8 is a graph showing the linearized cord length and ideal twist angle distribution of the blades of the present invention.
이하, 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드의 바람직한 실시 예에 따른 구성과 작용을 첨부도면에 의하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the structure and operation of a blade of a wind turbine for controlling low wind speed active pitch according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 통상적인 풍력터빈을 도시하는 사시도, 도 2는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드를 길이방향에 대하여 직각으로 단면을 도시하는 블레이드의 사시도, 도 3은 블레이드의 익형구성을 설명하기 위한 블레이드의 단면도, 도 4는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드의 구성을 설명하기 위한 블레이드 단면의 에어포일 형상을 도시하는 설명도, 도 5는 본 발명의 특성을 설명하기 위한 블레이드의 반경방향에 부가되는 풍속분포도,도 6은 본 발명의 블레이드의 비틀림각의 구성 및 작용을 설명하는 설명도, 도 7은 본 발명의 블레이드의 선형화된 코드길이와 이상적인 코드길이를 비교도시하는 그래프도, 도 8은 본 발명의 블레이드의 선형화된 코드길이와 이상적인 비틀림각분포를 도시하는 그래프도로서 이하 함께 본 발명을 설명한다.Fig. 1 is a perspective view showing a conventional wind turbine, Fig. 2 is a perspective view of a blade showing a cross section perpendicular to the longitudinal direction of the blade of the wind power generator for controlling low wind speed active pitch of the present invention, Fig. 3 is a cross- Fig. 4 is an explanatory view showing an airfoil shape of a blade cross section for explaining the construction of a blade of a wind power generator for controlling low wind speed active pitch of the present invention, Fig. 5 is a view for explaining the characteristics of the present invention Fig. 6 is an explanatory view for explaining the constitution and action of the twist angle of the blade of the present invention. Fig. 7 is a graph for comparing the linearized cord length and the ideal cord length of the blade of the present invention Fig. 8 is a graph showing the linearized cord length and ideal twist angle distribution of the blade of the present invention Hereinafter, the present invention will be described.
본 발명에서 제안하는 주요한 기술의 사상은 수하적인 모델링과 실험적인 데이터에 의하여 선택되고 제안되는 최적화에 관한 것이다.The idea of the main technique proposed in the present invention relates to the optimization that is selected and proposed by submodel modeling and experimental data.
이하 본 발명에서 사용되는 주요한 블레이드의 구성의 용어를 설명한다.Hereinafter, terms of the main blade used in the present invention will be described.
도 1에 도시되는 러셀(1)에 회전축 장착되는 블레이드(B)는 도 2에 도시되는 바와 같이 기계적인 장착을 위한 루트부(R)와 단부인 팁부(T) 및 블레이드(B)의 폭방향의 전방선단부인 전연부(LE), 후방선단부인 후연부(TE)로 구성된다.The blade B mounted on the rotational axis of the
블레이드(B)의 길이방향(L)에 대하여 직각단면부는 도 3에 도시되는 바와 같이, 각각 에어포일형상을 가지게 되고 전연부(LE), 후방선단부인 후연부(TE)사이의 블레이드 상방면은 흡입면(S), 하방면은 압력면(P)을 형성하게 된다.As shown in Fig. 3, the cross-section perpendicular to the longitudinal direction L of the blade B has an airfoil shape, and the upper surface of the blade between the forward edge LE and the trailing edge TE, The suction surface S and the lower surface form the pressure surface P, respectively.
여기에서 구성되고 전연부(LE)와 후연부(TE)의 가장 길이가 긴 부분을 연결한 선을 코드(C:cord)라 하고 블레이드 상방면의 흡입면(S)과 하방면의 압력면(P)에 가장 두꺼운 부분의 길이를 두께(TC)라 한다.A line connecting the longest portion of the front edge LE and the rear edge TE is referred to as a cord and the suction surface S on the blade upper surface and the pressure surface P) is the thickness (TC).
본 발명에서 하술하는 두께비(TC/C)란 도 3에 도시하는 바와 같이, 두께와 코드길이의 비이다. 또한 통상적인 블레이드(B)에서 양항비란 양력과 항력의 비로서 양력/항력으로 주어진다.The thickness ratio (TC / C) to be described later in the present invention is the ratio of the thickness to the cord length as shown in Fig. Also, in a conventional blade (B), the lift is given as lift / drag as a ratio of lift and drag.
또한, 본 발명에서는 블레이드(B)의 길이방향(L)에 따라서 각각 다른 비틀림각(twist angle)을 부여함으로서 이상적인 모델에 근접하게 한다.Further, according to the present invention, by giving different twist angles to the longitudinal direction L of the blade B, it becomes close to the ideal model.
일반적인 수평축 풍력발전기 블레이드는 도 6에 도시하는 바와 같이, 반경방향의 길이에 따라 블레이드의 익형이 받는 속도가 모두 다르다.As shown in FIG. 6, the general horizontal axis wind turbine blades differ in the speed at which the blades are subjected to the airfoil according to the length in the radial direction.
따라서 회전속도와 풍속의 합 벡터 방향의 각도는 블레이드(B)의 길이방향(L)을 따라서 모두 달라지게 된다.Therefore, the angle of the sum vector of the rotational speed and the wind speed is all different along the longitudinal direction L of the blade B.
블레이드(B)가 회전하는 회전평면(10)에 대하여 가해지는 풍속(11) 및 블레이드(B)의 회전속도(12)의 벡터합이 형성하는 상대속도(13)를 형성하게 되고 전연부(LE)에 가해지는 바람의 공격각(14)에 대하여 소정의 비틀림각(a)을 부여함으로서 양항비가 최대가 되는 공격각(14)을 제공할 수 있다. 이로 인하여 블레이드(B)의 길이방향(L)에 따라 다른 풍속분포의 특성을 최대한 반영할 수 있는 것이다.The
즉, 각 블레이드(B)의 익형의 양항비의 값이 최대가 되는 공격각으로 익형이 배치가 될수 있도록 비틀림각을 부여함으로써 상대 풍속과 최대효율을 낼수 있는 공격각 간의 오차를 최대한 줄여주는 역할을 한다. 최대 효율을 낼 수 있는 비틀림각(a)을 설계 한 후 실제 제작을 고려한 선형화 작업이 필요하다. 이는 구조적 안정성과 제작의 편의성, 공력성능 모두를 고려하여야 한다.That is, by providing a twist angle so that the airfoil can be arranged at an attack angle at which the value of the airfoil of each blade (B) becomes the maximum, it minimizes the error between the attack angle at which the relative wind speed and the maximum efficiency can be obtained do. It is necessary to design a twist angle (a) for maximum efficiency and to perform linearization considering actual manufacturing. It should take into account both structural stability, ease of fabrication, and aerodynamic performance.
상기하는 용어에 기초하여 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)의 구성을 설명한다.The configuration of the blade (B) of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch of the present invention will be described based on the above-mentioned terminology.
도 4에 도시하는 바와 같이, 본 발명에서는 100Kw 급의 풍력터빈에 채용되는 블레이드(B)를 표준화하여 설명하고 블레이드(B)의 길이는 11.7m 이다.As shown in FIG. 4, in the present invention, the blade B employed in a 100 Kw class wind turbine is standardized and the length of the blade B is 11.7 m.
루트부(R)에서 시작하여 5.8m 까지는 구조영역부(100:도면에서 에어포일 AF,BF,CF,DF)를 형성하고 5.8m에서 8m까지는 천이영역부(110: 도면에서 에어포일 EF), 8m에서 11m까지는 공력영역부(120: 도면에서 FF), 11m에서 11.7m의 팁단부까지는 팁익형부(130)로 설계하였다.(Airfoils AF, BF, CF, and DF in the drawing) are formed from the root portion R up to 5.8 m and the transition region 110 (airfoil EF in the drawing) from 5.8 m to 8 m, The
따라서 표준화된 블레이드(B)에 대하여 구조영역부(100)는 러셀(1)에 축장착되어 회전하는 기구적인 강성을 중요한 설계변수로서 구성하여 두께비를 조정하고 공력영역부(120)는 실제로 회전을 유발하는 바람을 최대한 반영하여 양항비가 극대화되도록 하는 것이다. 팁익형부(130)는 풍절이 최소화되도록 유선형상으로 형성하면 된다.Therefore, for the standardized blade (B), the structural region (100) is structured as an important design parameter that is rotationally mounted on the russel (1) and rotated to adjust the thickness ratio and the aerodynamic region And to maximize the cost of the port so as to reflect the induced wind as much as possible. The
블레이드(B)의 전체길이를 1 이라 하고 각 영역의 길이비를 구하면, 구조영역부(100)는 0.49, 천이영역부(110)는 0.18 공력영역부(120)는 0.25, 팁익형부(130)는 0.05 의 비율에 근접하게 된다. 물론 이 값은 절대영역이 아니며 제어시스템의 특성과 협동하여 일정범위 내에서는 가변화될 수 있음은 물론이다.When the total length of the blade B is 1 and the length ratio of each region is obtained, the
상기와 같이 구성되는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)에서는 블레이드(B)의 길이방향(L)으로 다수의 영역으로 구분하고 각 영역의 특징에 맞게 두께비(TC/C), 양항비, 비틀림각(a)을 부여 함으로써 구조영역부(100)에서는 기계적인 강성을 주로 고려하고, 공력영역부(120)에서는 양항성을, 천이영역부(110)에서는 진동특성없이 구조영역부(100)에서 공력영역부(120)로 천이하게 하는 역활을 한다.In the blade (B) of the wind turbine for low-speed active-pitch control of the present invention having the above-described structure, the blade (B) is divided into a plurality of regions in the longitudinal direction (L) The
이러한 특성을 극대화하기 위하여서 수시적이고도 실험적인 결과로서 얻어지는 바람직한 관련수치는 다음과 같다. 구조영역부(100)는 하중을 받아 버텨주는 역할로 두께비를 최대 40까지, 양항비는 65이상으로 구성하고,To maximize these properties, the relevant relevant numerical values obtained as occasional and experimental results are as follows. The
공력영역부(120:공력파트, 8.8m~11m, F)익형의 경우 블레이드 전체에서 공력 성능을 담당하는 부분으로, 양항비 105이상으로, 두께비는 16%의 익형으로 구성하여 양항성을 극대화하였다. 블레이드 팁 부분(11m~11.7m)부분의 경우 블레이드 팁에서의 소음을 발생 고려하여 형상을 설계하였다.Aerodynamic part (120: Aerodynamic part, 8.8m ~ 11m, F) In case of airfoil, the aerodynamic performance of the whole blade is the part that has the aerodynamic performance of more than 105 and the thickness ratio is 16% . In the case of the blade tip portion (11m ~ 11.7m), the shape was designed taking into account the noise generated at the blade tip.
또한 주요한 물성적인 특징으로서 레이놀즈수는 다음과 같이 주어진다. 
레이놀즈 수는 점성력과 관성력의 비로 무차원의 수 이다.The Reynolds number is a dimensionless number that is the ratio of the viscous and inertial forces.
본 발명의 블레이드(B)는 저풍속(3~6m/s)에서의 효율을 높이기 위하여 블레이드(B) 전체 익형은 레이놀즈 140만 이하로 구성하여 설계하고, 공력영역부(120)의 익형을 140만의 낮은 레이놀즈 수에 특화된 에어포일을 사용하였다.In order to increase the efficiency at low wind speed (3 to 6 m / s), the blades (B) of the present invention are designed to have a total blades (B) of less than 1.4 million Reynolds, Airfoil specially designed for low Reynolds number was used.
또한 비틀림각(a)은 0 ~ 12도 사이에서 선택하며 구조영역부(100)에서는 최대 양항비를 가지는 비틀림각(a)을 4 ~ 12도, 공력영역부(120)에서는 비틀림각(a)을 0~4도로 설정하였다. 상기하는 본 발명의 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드에 따르면 도 7에서와 같이, 전체 블레이드길이 11.7m (수평축)에 걸쳐서 수학적인 이상적인 코드(c) 길이와 선형화된 코드길이가 거의 일치함을 볼 수 있고 도 8에서는 전체 블레이드길이 11.7m (수평축)에 걸쳐서 수학적으로 선형화된 코드길이와 이상적인 비틀림각 분포가 역시 큰 오차없이 거의 일치하고 있음을 알 수 있다.The twist angle a is selected to be between 0 and 12 degrees and the twist angle a having the maximum input ratio is 4 to 12 degrees and the twist angle a is the twist angle a in the
1: 러셀
B: 블레이드
R: (블레이드의) 루트부1: Russell
B: blade
R: root portion (of the blade)
Claims (4)
상기 블레이드(B)는 전체 블레이드(B)의 길이방향에 대하여 루트부(R)에서 시작하는 구조영역부(100)는 두께비를 최대 40 까지, 양항비는 65이상, 최대 양항비를 가지는 비틀림각(a)을 4 ~ 12도로 구성하고,
구조영역부(100)부 이후의 천이영역부(110),
천이영역부(110)이후의 공력영역부(120)는 양항비 105이상으로, 두께비는 16% 및 비틀림각(a)을 0 ~ 4도의 익형으로 구성하여 양항성을 극대화하며,
잔여부를 팁익형부(130)로 하고,
상기 천이영역부(110)는 구조영역부(100)와 공력영역부(120)의 중간값의 양항비 , 두께비, 비틀림각을 선택하여 가질 수 있는 것을 특징으로 하는 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드.In a blade (B) of a wind power generator for controlling a low wind speed active pitch,
The structure region 100 starting from the root portion R with respect to the longitudinal direction of the entire blade B has a thickness ratio of up to 40, an aspect ratio of 65 or more, a twist angle (a) is set to 4 to 12 degrees,
The transition region 110 after the structure region 100,
The aerodynamic region 120 after the transition region 110 has an air / fuel ratio of 105 or more, a thickness ratio of 16%, and a twist angle (a) of 0 to 4 degrees,
The remainder is made into a tip airfoil portion 130,
The transient region 110 may have a transverse ratio, a thickness ratio, and a twist angle of the midpoint between the structural region 100 and the aerodynamic region 120. blade.
저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드(B)에 있어서, 전체 블레이드(B)의 길이를 1로 하여, 상기 블레이드(B)의 루트부(R)에서 시작하여 구조영역부(100)는 0.49 까지,
상기 구조영역부(100)부 이후 0.18 은 천이영역부(110),
상기 천이영역부(110)이후 0.25 는 공력영역부(120),
잔여부를 팁익형부(130)로 하는 것을 특징으로 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드.The method according to claim 1,
In the blade (B) of the wind power generator for controlling the low wind speed active pitch, starting from the root portion (R) of the blade (B), the total length of the blade (B) ,
After the portion of the structure region 100, 0.18 denotes a transition region 110,
After the transition region 110, 0.25 represents an aerodynamic region 120,
And the remainder is a tip airfoil portion (130). The blade of a wind power generator for controlling low wind speed active pitch.
상기 블레이드(B)의 전체 익형은 레이놀즈수 140만 이하로 구성하고, 공력영역부(120)의 익형은 140만의 낮은 레이놀즈수로 구성하되,
상기 레이놀즈수 Re는 ;
로 정의(Vs 는 유동체의 평균속도, L은 특성체의 길이, μ 는 유체의 점성계수, V는 유체의 동점성계수, ρ는 유체의 밀도)되는 무차원수인 것을 특징으로 하는 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드.3. The method according to claim 1 or 2,
The total airfoil of the blade (B) has a Reynolds number of 1.4 million or less and the airfoil region (120) has a low Reynolds number of 1.4 million,
The Reynolds number Re is:
Wherein Vs is a mean velocity of the fluid, L is the length of the characteristic body, μ is the viscosity of the fluid, V is the kinetic viscosity coefficient of the fluid, and ρ is the density of the fluid. Blade of control wind turbine.
상기 블레이드(B)는 100Kw 급의 발전기에서 블레이드(B)의 길이가 11.7m로 한 것이 최적화된 값의 하나일 수 있는 것을 특징으로 하는 저풍속 능동피치 제어용 풍력발전기의 블레이드.3. The method according to claim 1 or 2,
Characterized in that the blade (B) has a length of 11.7 m in the blade of the generator of 100 Kw class and can be one of optimized values.
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