KR102481999B1 - 로터 회전 수평축을 가진 터널 풍력 터빈 - Google Patents

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Abstract

터빈은 회전체 형태의 디퓨저(1)를 구비하고, 디퓨저의 벽은 유입하는 공기 쪽을 향하는 노즈(17)를 가진 볼록-오목 공기역학적 프로파일의 모양을 축 섹션에서 가지고, 수직 회전축의 바람 방향 베어링 세트(6)에 의해 터빈 마스트(mast) 상에 지지된다. 디퓨저(1)의 구멍(throat)(Rt)의 평편 내에서 회전하고 디퓨저(1)에 동축적으로 베어링 장착되고 리브들(5)에 의해 디퓨저(1)에 연결된 나셀(nacelle)(4)의 공기역학적 프로파일과 일치하는 윤곽을 가진 허브(3)에 하부 끝단들이 연결된 블레이드들(7)을 구비하는 로터(2)를 포함한다. 블레이드들(7)의 하부 끝단들은 하부 갭(z2)의 치수에 의해 상기 허브(3)의 표면으로부터 이격되게 설정된다. 치수는 블레이드들(7)의 하부 끝단들과 허브(3)에 장착된 컨넥터들(8)의 높이에 의해 결정된다. 또한, 블레이드들(7)의 상부 끝단들과 구멍(Rt)의 표면 사이의 상부 갭(z1)과 하부 갭(z2)의 치수들은 구멍(Rt)의 반경의 0.5% 내지 15%, 바람직하게 3% 내지 8%의 범위의 치수들을 가진다. 또한, 프로파일들의 블레이드들(7)의 끝단들 상의 코드들(c1, c2)의 상응하는 길이들에 대한 상부 갭들(z1)과 하부 갭들(z2)의 치수들의 비율들은 0.20 내지 2.5, 바람직하게 0.6 내지 1.2의 범위의 값들을 구비한다.

Description

로터 회전 수평축을 가진 터널 풍력 터빈
본 발명은, 공기의 운동 에너지를 회전 역학 에너지로 변환한 후 교류 발전기 내에서 전기 에너지로 변환되는, 로터 회전 수평축을 가진 일단(single stage) 디퓨저 풍력 터빈에 관한 것이다.
터널 풍력 터빈들의 개발은 공기의 원심성 운동 에너지의 손실의 배제 및 디퓨저의 구멍(throat) 속에 장착된 로터를 통과하는 공기의 속도의 추가적 증가를 통한 그것의 회복 가능성으로 인해 주로 발생한다. 로터에 의해 커버되는 면적으로부터 높은 동력 계수[W/m2]를 보장하도록 설계된, 로터 회전의 수평축을 가진 일단 디퓨저에 대한 다양한 솔루션들이 있다. 조건은 구멍 내의 공기의 스트림의 양을 가속화 및 증가시키는 것으로서, 이는 디퓨저의 전반에 걸쳐 상대적으로 층류 공기 유동을 유지하는 한편 가능한 한 넓은 둔각을 유지할 필요가 있다. 디퓨저의 전반을 통한 공기 흐름의 스트림의 안정화를 지원하고 디퓨저의 출구뿐만 아니라 나셀(nacelle) 뒤쪽의 둔각 구역 내의 벽으로부터 공기 유동의 분리(detachment)를 방지하기 위해 소용돌이를 이용하는 솔루션들을 가진 많은 풍력 터빈들이 알려져 있다.
터널 터빈들의 최근 솔루션들은 풍력 에너지를 완전히 사용하기 때문에, 블레이드들의 상부 끝단들은 구멍의 표면 사이에서 작은 갭(gap)들의 사용이 허용되고 실제적로 허브와는 아무런 간격이 없이 연결된다. 상부 갭 치수의 선택은 조립체와 설치 조건들, 원심력을 받는 블레이드들의 신장 및 허브 베어링의 허용 마모를 가진 방사상의 "런아웃(runout)"만을 고려한다. 이러한 작은 갭들-실제로 구멍 반경의 0.05%를 넘지 않음-내에서 발생되는 공기의 소용돌이는 무시할 수 있을 만큼 에너지가 작고, 압력을 받으며 분기하는 디퓨저의 부분에서 로터 뒤쪽의 공기 유동에 대한 그들의 충격은 무시할 수 있을 만큼 작다.
터널 터빈들의 솔루션들은 많이 알려져 있고, 그 중에서, WO2009063599, WO2010005289, WO2014134032 및 JP2003278625의 특허문헌들에 개시되어 있다. 이들솔루션들은, 압력을 받는 뒤쪽을 향해 수직으로 옵셋된 플랜지를 구비하고, 디퓨저의 축에 직교하는 평면에 놓인 축들을 가진 플랜지의 에지를 따라 주변 소용돌이가 형성된다. 또한, JP2006152854에 개시된 솔루션에 따르면, 디퓨저의 구멍의 평면에 로터가 안착되고, 그 벽은 공기역학적 프로파일 단면을 가진다. 디퓨저의 벽의 내면은, 출구 부근에서, 나셀의 후단의 축에 안착된 석션 노즐을 이용하여 디퓨저를 나셀에 연결하는 리브들을 통해 안내되는 채널들을 통해 연결된 다수의 노즐들로 천공된다. 나셀 뒤쪽에 가해지는 압력은 디퓨저의 개방단 구역의 구멍들을 통해 공기를 흡인시키고, 유동하는 공기의 벽 부근의 층들의 바람직한 결과는 공기 유동 안정화 효과를 이용하여 디퓨저 벽으로 흡인되게 한다.
전술한 내용 이외에, 특허 문헌 US4,720,640에 의해 제시된 터빈의 솔루션이 알려져 있는바, 이 문헌은, 회전체 형태의 부동(immobile) 디퓨저를 포함하고, 그 벽은 유입 공기 쪽으로 향하는 노즈(nose)를 가진 볼록-오목 형상을 구비한다. 블레이드들을 가진 로터가 디퓨저의 구멍 평면 내에 안착되고, 블레이드들의 하부 끝단은 디퓨저와 함께 동축적으로 장착된 허브 베어링에 연결되어 있다. 허브의 윤곽은 나셀의 공기역학적 프로파일과 일치한다. 블레이드들의 상부 끝단들은 디퓨저의 링 리세스 내에 위치된 회전 링에 연결되고, 링의 내면은 디퓨저의 구멍 구역을 형성한다. 이 문헌은 다음과 같이 터빈의 2개의 가능한 실시예들을 제시한다. 하나는 교류 발전기가 디퓨저의 링 리세스에 내장되고, 다른 하나는 전기 발전기가 나셀에 내장되고 그 로터는 로터 허브의 측면으로부터 구동된다.
본 발명은 선행기술의 전술한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유동의 총저항을 감소시키고 터빈을 통과하는 공기의 스트림의 양을 증가시키기 위해 소용돌이의 바람직한 영향을 강화함으로써 디퓨저 풍력 터빈의 효율을 증가시킬 수 있는 풍력 터빈을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 터빈은, 전술한 해결책들과 유사하게, 회전체 형태의 부동(immobile) 디퓨저를 구비하고, 디퓨저의 벽은, 그 축 섹션에서, 유입하는 공기 쪽을 향하는 노즈(nose)를 구비하는 볼록-오목한 공기역학적 프로파일의 형상을 가지고, 바람 방향 베어링 세트에 의해 터빈 마스트(mast) 상에 지지된다. 디퓨저 구멍 평면에는 베어링이 장착된 블레이드 로터가 마련되고, 로터의 블레이드들의의 하부 끝단들은 디퓨저에 동축적으로 장착된 허브 베어링에 연결된다. 허브는 리브들에 의해 디퓨저에 연결된 나셀의 유선형 프로파일과 일치한다. 일 실시예에 따른 풍력 터빈에 있어서, 블레이드들의 하부 끝단들과 허브에 고정된 컨넥터들의 높이에 의해 결정된 하부 갭의 치수만큼 블레이드들의 하부 끝단들이 허브 표면으로부터 이격되게 설정된다. 이 경우, 블레이드들의 상부 끝단들과 구멍의 표면 사이의 상부 갭과 하부 갭의 치수들은 구멍 반경의 0.5 내지 15%, 바람직하게 3 내지 8%의 범위의 치수들을 가진다.
터빈의 솔루션은, 블레이드들의 상부 끝단들에 고정되고 디퓨저의 주변 리세스 내에서 회전하고 그 내면이 구멍의 모양을 가진 회전 링에 고정된 컨넥터들의 높이에 의해 상부 갭이 결정되는 경우에 바람직하다.
위에서 제시된 솔루션들 모두에서, 만약 블레이드의 끝단들 상의 프로파일들의 코드(chord)들의 상응하는 길이들에 대한 상부 및 하부 갭들의 치수들의 비율들이 0.20 내지 2.5, 바람직하게 0.6 내지 1.2의 범위의 값들을 가지면 바람직하다.
회전 링이 없는 터빈에서, 만약 블레이드들의 각각이, 라운드진 단면을 가지고 블레이드들의 하부 끝단들의 프로파일들의 끝단들 부근에서 방사 방향으로 고정된 2개의 컨넥터들에 의해, 허브에 장착되면 바람직하다.
회전 링을 구비하는 터빈에서, 만약 블레이드들의 각각이, 라운드 단면을 가지고 블레이드들의 상부 끝단과 하부 끝단의 프로파일들의 끝단들 부근에서 방사 방향으로 고정된 2개의 컨넥터들에 의해, 회전 링과 허브에 장착되면 바람직하다.
또한, 만약 나셀의 사이드가 디퓨저의 내면 프로파일의 섹션의 거울 반사로 된 모양을 가지고, 섹션의 끝단들이 디퓨저 축에 평행한 직선 라인과 디퓨저 노즈 어브밴스(advance)의 프런트 포인트를 통해 유도되는 라인의 교차점들 및 이러한 라인과 디퓨저의 개방부의 프로파일의 교차점에 의해 결정되면 바람직하다.
다른 바람직한 실시예에 있어서, 구멍을 통과하는 유동의 활동 면적에 대한 구멍 평면 상의 블레이드들의 축 방향 투사 면적의 비율은 0.02 내지 0.30, 바람직하게 0.10 내지 0.15의 범위의 값을 가진다.
또한, 만약 구멍을 통과하는 유동의 활동 면역에 대한 입구 구멍 면적의 비율이 1.0 내지 1.6, 바람직하게 1.20 내지 1.30의 범위를 가지면 바람직하고, 출구 구멍 면적과 관련하여, 그것은 0.5 내지 0.9, 가장 바람직하게 0.65 내지 0.75의 범위의 값을 가진다.
본 발명은 둔각(obtuse angle)을 결정하는 디퓨저의 특수한 기하학적 관계들이 결정되면 최적의 효과를 달성한다. 구멍의 직경에 대한 디퓨저의 길이의 비율은 0.3 내지 1.1, 바람직하게 0.6 내지 0.8의 범위의 값, 출구 구멍의 직경과 관련하여, 0.1 내지 0.9, 바람직하게 0.4 내지 0.6의 범위의 값을 가져야 하는 반면, 입구 구멍의 직경과 관련하여, 0.2 내지 1.0, 바람직하게 0.5 내지 0.7의 범위의 값을 가져야 한다.
회전 링을 구비하는 터빈의 실시예에 있어서, 만약 주변 리세스가, 로터 회전축의 방향에서 개방되고 디퓨저의 공기역학적 프로파일을 결정하는 복합재료가 코팅되고 바람 방향 베어링 세트의 하부 모듈이 장착된, C-형상의 단면의 라운드 서포트 프레임에 의해 형성되면 바람직하다.
회전 링이 없는 터빈의 실시예에서, 전기 교류 발전기는 나셀에 내장된 발전기이고 로터 허브로부터 로터가 구동되는 한편, 회전 링을 구비하는 터빈의 실시예에서, 교류 발전기는 서포트 프레임에 내장되고 회전 링의 외부 테두리 상에 고정 자석들이 장착되고 서포트 프레임에 유도 코일들이 고정된다.
본 발명의 일 측면에 따른 고출력 터빈에서, 전체 요소들의 치수들 즉, 디퓨저, 그 서포트 프레임, 공기역학적 프로파일의 코팅들, 회전 링 및 교류 발전기의 요소들은 표준 컨테이너들 내에서 이송을 가능하게 하는 최대 치수를 가진 원주 섹션들로 구분되고, 원주 섹션들은 작업 장소에서 필요한 작업 모양으로 상호 연결되어 조립된다.
본 발명에 따른 터빈의 솔루션은 디퓨저와 나셀의 벽 레이어들 내에서 디퓨저의 축에 실질적으로 평행한 축들과 엄청난 에너지를 가진 소용돌이 구조를 생성하는 한편, 수직 축들을 가진 소용돌이 구조를 동시에 최소화한다. 본 발명에 의해 발생되는 소용돌이의 영향은 디퓨저와 나셀 모두의 표면으로부터 공기 제트의 분산을 방지하는 압력 변화를 생성한다. 특정한 사이즈의 갭들과 치수 관계들이 사용될 때 이러한 현상은 유효하다. 유동 저항들은 바람직하게 디퓨저와 나셀의 거울-형상 모양에 의해 얻어진 유동의 주변의 대칭화에 의해 최소화된다.
본 발명은 도면들에 도시된 터빈들의 예시적 실시예들의 상세한 설명을 통해 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 양 끝단들이 컨넥터들에 의해 회전 링과 나셀 허브에 연결된 로터 블레이드들을 구비하는 상부 절반의 실시예, 및 회전 링이 없고 컨넥터들에 의해 허브에만 연결된 로터 블레이드들을 구비하는 하부 절반의 실시예를 동시에 나타내고, 공기 입구측으로부터 바라본 터빈들의 정면도이다.
도 2는 도 1의 A-A 선을 따른 축 단면도이다.
도 3은 도 2의 B 부위의 상세도이다.
도 4는 도 3의 C-C 선을 따른 단면도이다.
도 5는 도 2의 D 부위의 상세도이다.
도 6은 도 5의 E-E 선을 따른 단면도이다.
도 7은 디퓨저와 디퓨저의 특징적 치수들의 마킹을 가진 나셀의 축 단면도이다.
도 8은 회전 링을 가진 터빈 서포트 프레임의 정면도이다.
도 9는 도 9의 F 부위의 상세 사시도이다.
도 10은 도 8의 G 부위의 상세 사시도이다.
도 11은 디퓨저 내에서 회전 링과 교류 발전기를 가진 터빈의 요소들의 분해 사시도이다.
도 12는 회전 링을 구비하는 예시적 실시예의 시험 동안 얻어진 데이터에 따라 터빈의 기계 동력의 상부 갭과 하부 갭의 상대적인 사이즈들의 영향을 나타낸 그래프이다.
도 13은 회전 링을 구비하는 예시적 실시예의 터빈의 기계적 동력의 블레이드 끝단들의 코드들의 상응하는 길이들에 대한 상부 갭과 하부 갭의 비율의 영향을 나타낸 그래프이다.
본 발명에 따른 터널(tunnel) 터빈들은, 알려진 솔루션들과 유사하게, 디퓨저(1), 및 디퓨저(1)의 구멍(Rt) 앞에서 3개의 방사상 리브들(5)에 의해 동축적으로 고정된 나셀(4) 내에서 허브(3)와 함께 베어링 장착된 로터(2)를 구비한다. 디퓨저(1)는 회전체의 형태이고, 디퓨저의 벽은 축 섹션에서 볼록-오목한 공기역학적 프로파일의 모양을 가진다. 디퓨저(1)의 공기역학적 프로파일은 유입 공기를 향하는 노즈(nose)를 이용하여 유도된다. 디퓨저(1)는 측면의 외벽의 하부 지점에서, 수직 회전축의 바람의 방향에 대해 터빈을 정렬시키고 그것을 이용하여 미도시된 마스트(mast) 상에 터빈을 지지하기 위한, 베어링 세트(6)의 시트(seat)를 구비한다. 로터(2)는 예를 들어, 11개의 블레이드들(7)을 구비하고, 디퓨저(1)의 구멍(Rt)의 평면에서 회전한다.
도 1은, 로터(2)의 설계에 의해 달라지는, 본 발명에 따른 터빈들의 기본적인 2개의 선택적인 실시예들을 도시한다. 도 1의 상부 절반에 도시된 실시예에 있어서, 블레이드들(7)의 상부 끝단들은 디퓨저의 리세스(10) 내에 안착되고 그 내부 영역이 디퓨저(1)의 구멍(Rt)의 프로파일의 모양을 가진 회전 링(9)과 스페이서 컨넥터들(8)에 의해 연결된다. 다시 말해서, 도 1의 하부 절반에 따른 실시예에 있어서, 블레이드들(7)의 상부 끝단들은 자유롭다. 2개 모두의 실시예들에서, 블레이드들(7)의 하부 끝단들은 나셀(4)의 공기역학적 프로파일과 일치하는 윤곽을 가진 허브(3)와 스페이서 컨넥터들(8)에 의해 연결된다. 회전 링(9)을 구비하는 실시예에 있어서, 블레이드들(7)의 상부 끝단들과 디퓨저(1)의 구멍(Rt)의 표면 사이에는 상부 갭들(z1)이 존재하고, 이러한 상부 갭은 컨넥터들(8)의 길이에 의해 결정된다. 블레이드들(7)의 하부 끝단들은 블레이드들(7)의 하부 끝단들과 허브(3)에 장착된 컨넥터들(8)의 길이의 하부 갭(z2)의 치수 만큼 허브(3)의 표면으로부터 이격되도록 설치된다. 상부 갭(z1)과 하부 갭(z2)의 치수들은 서로 동일하거나 상이할 수 있지만, 그들의 값들은 항상 구멍(Rt)의 반경의 0.5% 내지 15%의 범위이어야 한다. 프로토타입 실시예의 경우, 터빈의 전형적인 치수들을 갖는 경우 이러한 관계는 3.2%에 달한다:
상부 갭(z1), 하부 갭(z2) z1 = z2 = 50mm
블레이드의 상부 끝단의 코드의 길이 c1 = 50mm
블레이드의 하부 끝단의 코드의 길이 c2 = 66mm
디퓨저 구멍 반경 Rt = 1530mm
입구 구멍 반경 Ri = 1700mm
출구 구멍 반경 Ro = 2026mm
나셀 반경 Rh = 165mm
디퓨저 길이 Ld = 2170mm
나셀 길이 Lh = 1360mm
11개의 블레이드들의 축 투시 표면×25240mm2 = 277641mm2
프로파일들의 블레이드(7)의 끝단들 상의 코드들(c1, c2)의 상응하는 길이들(7)에 대한 상부 갭들(z1)과 하부 갭들(z2)의 치수의 비율 또한 본 발명에 따른 터빈 내의 소용돌이의 구조의 효율을 위해 필수불가결하다. 그들의 값들은 0.20 내지 2.5의 범위이어야 하고, z1=z2인 예시적 실시예에서, 그들은 각각 7과 1.0에 해당한다. 2개 모두의 실시예들에서, 로터(2)의 블레이드들(7)은 방사 방향에서 그리고 블레이드들(7)의 하부 끝단들의 프로파일들의 끝단들 부근에서 그들의 축들에 고정된 라운드 단면의 2개의 컨넥터들(8)을 통해 허브(3)에 고정된다. 회전 링(9)을 구비하는 실시예에서, 블레이드들(7)의 상부 끝단들은 또한 동일한 2개의 스터드 컨넥터들(8)에 의해 회전 링(9)에 연결된다. 디퓨저(1)를 통과하는 유동의 원주 대칭화 역시 본 발명을 위해 중요하다. 나셀(4)의 형상화의 결과로서 본 발명에 따른 디퓨저(1)의 내면 프로파일의 섹션의 거울 반사가 얻어지고, 섹션의 끝단들은 디퓨저 축(O-O)에 평행한 직선 라인(li)과 디퓨저의 노즈(17)의 어브밴스의 프런트 포인트를 통해 유도되는 라인의 교차 포인트들과 디퓨저의 개방 부분의 내면의 포인트(lh)에 의해 결정된다. 시작된 소용돌이의 시스템의 영향의 높은 효율은 적절한 치수 관계들을 유지하는 동안 얻어지고, 조사된 터빈에서는 아래와 같다.
- 나셀 쵸크(choke)를 고려할 때 구멍(Rt)을 통과하는 유동의 활동 면적에 대한 구멍(Rt)의 평면 상의 블레이드들(7)의 축 투사의 비율은 0.12의 값을 가진다.
- 구멍(Rt)을 통과하는 유동의 활동 면적에 대한 입구 구멍(Ri)의 면적의 비율은 1.22의 값을 가진다.
- 출구 구멍(Ro)의 면적에 대한 입구 구멍(Ri)의 면적의 비율은 0.7의 값을 가진다.
- 구멍(Rt)의 직경에 대한 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.7의 값을 가진다.
- 출구 구멍(Ro)의 직경에 대한 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.53의 값을 가진다.
- 입구 구멍(Ri)의 직경에 대한 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.64의 값을 가진다. 둔각(9°)은 공기역학적 프로파일 코드와 디퓨저 축(O-O) 사이에 포함된 것으로서 시험된 디퓨저(1)의 치수들로부터 나온다.
나아가서, 회전 링(9)을 위한 디퓨저(1) 내의 원주 리세스(10)는 C-형상 단면 개구의 라운드 서포트 프레임(11)에 의해 디퓨저 축(O-O)의 방향으로 형성되고, 디퓨저(1)와 바람 방향 베어링 세트(6)의 하부 모듈(14)의 공기역학적 프로파일을 결정하는, 프런트 코팅(12)과 후방 코팅(13)과 같은 복합재 코팅이 리세스 위에 마련된다. 회전 링(9)이 없는 터빈의 실시예들에서, 교류 발전기는 로터(2)의 허브(3)로부터 구동되는 로터를 가진 나셀(4)에 내장된 교류 발전기일 수도 있다. 다시 말해서, 회전 링(9)을 구비하는 실시예에 있어서, 교류 발전기는 서포트 프레임(11)에 바람직하게 내장되고, 자석들은 회전 링의 외주 상에 장착되어 고정되고 유도 코일들은 서포트 프레임(11)에 고정된다. 디퓨저(1) 내에 교류 발전기(16)가 구비되고 나셀(4) 내에 전기 발전기(15)가 구비된 터빈의 실시예 또한 가능하다.
고출력 터빈의 엄청난 치수들과 결과적인 이송 문제들 때문에, 디퓨저(1), 그 서포트 프레임(11), 공기역학적 프로파일의 코팅들(12, 13, 14), 회전 링(9) 및 교류 발전기(16)의 요소들은 표준 컨테이너 내에서 이송을 가능하게 하는 최대 치수들을 가진 주변 섹션들로 구분된다. 작업 위치에서, 그들은 터빈의 필요한 작업 모양으로 패스너들(18)을 이용하여 상호 연결되어 조립된다.
일 실시예에서, 회전 링(9)을 구비하는 프로토타입 터빈이 공기역학적 터널 내에서 시험되었다. 바람의 속도가 5m/s일 때, 본 발명의 전술한 실시예에 따른 터빈은, 동일한 디퓨저와 하부 갭이 없고(z2=0) 작은 상부 갭(z1=6mm)을 가지고, 구멍의 반경(Rt=1530mm)의 0.39%를 구성하는 터빈의 출력(Pb)에 대한 기계적 출력(PQ)의 현저한 증가를 나타냈다. 도 12의 그래프는 파워의 증가를 도시한다. 기계적 출력의 증가에 있어서 블레이드의 끝단들의 코드들(c1, c2)의 상응하는 길이에 대한 상부 갭(z1)과 하부 갭(z2)의 치수들의 비율의 영향의 시험의 결과들은 도 13의 그래프에 도시되었다. 2개 모두의 그래프들은 훨씬 더 안정화된 효과와 감소된 공기 유동 저항으로 소용돌이를 시작하는 본 발명의 특징을 가진 터빈의 출력의 증가를 확인해준다.
본 발명의 필수적 특징을 포함하는 터빈의 솔루션은 당업자에게 명백하고-즉, 치수적으로 특정된 상부 갭들(z1)과 하부 갭들(z2)은 바람직한 소용돌이 시스템을 생성하고, 터빈의 설계는 블레이드들(7)의 어드밴스 각도의 변화의 메커니즘을 이용하요 보완되고, 메커니즘은 나셀에 내장되어 있다.
1...디퓨저 2...로터
3...허브 4...나셀
5...리브 6...베어링 세트
7...블레이드 8...컨넥터
9...회전 링 10...리세스
11...서포트 프레임 12, 13...코팅
15...전기 발전기 16...교류 발전기
17...노즈 18...패스너

Claims (15)

  1. 유입하는 공기 쪽을 향하는 노즈(17)를 가진 볼록-오목 공기역학적 프로파일의 모양을 축 섹션에서 가진 벽을 구비하고, 수직 회전축의 바람 방향 베어링 세트(6)에 의해 터빈 마스트(mast) 상에 지지되는, 회전체 형태의 디퓨저(1); 및
    블레이드들(7)을 구비하는 로터(2)를 포함하는, 로터 회전의 수평축을 구비하는 터널 풍력 터빈에 있어서,
    상기 블레이드들(7)은 상기 디퓨저(1)의 구멍(throat)(Rt)의 평면 내에서 회전하고, 상기 블레이드들의 하단은 상기 디퓨저(1)와 동축적으로 허브(3)에 연결되며, 상기 로터(2)는 상기 허브(3)에 베어링 장착되고, 허브(3)는 리브들(5)에 의해 상기 디퓨저(1)에 연결된 나셀(4, nacelle)의 공기역학적 프로파일과 일치하는 윤곽을 가지며,
    상기 블레이드들(7)의 하부 끝단들은 하부 갭(z2)의 치수에 의해 상기 허브(3)의 표면으로부터 이격되게 설정되고,
    상기 치수는 상기 블레이드들(7)의 하부 끝단들과 상기 허브(3)에 장착된 컨넥터들(8)의 높이에 의해 결정되고,
    상기 블레이드들(7)의 상부 끝단들과 상기 구멍(Rt)의 표면 사이의 상부 갭(z1)과 상기 하부 갭(z2)의 치수들은 상기 구멍(Rt)의 반경의 0.5% 내지 15%의 범위의 치수들을 가지며,
    상기 상부 갭(z1)은 상기 블레이드들(7)의 상부 끝단들에 고정되고 상기 디퓨저(1)의 원주 리세스(10) 내에서 회전하는 회전 링(9)에 고정되고 그 내면이 상기 구멍(Rt)의 모양을 가진 컨넥터들(8)의 높이에 의해 결정되며,
    상기 디퓨저(1) 내의 원주 리세스(10)는, 디퓨저 축의 방향으로 개방되고 디퓨저(1)의 공기역학적 프로파일을 결정하는 복합재 코팅들(12, 13)과 바람 방향 베어링 세트(6)의 하부 모듈(14)이 그 위에 장착된, C-형상 단면의 라운드진 서포트 프레임(11)에 의해 형성되고,
    상기 서포트 프레임(11) 내부에 내장된 교류 발전기(16)를 더 구비하고, 자석들은 회전 링(9)의 외주면 상에 장착 고정되고 유도 코일들은 상기 서포트 프레임(11)에 고정된, 터빈.
  2. 청구항 1에서,
    프로파일들의 블레이드들(7)의 끝단들 상의 코드들(c1, c2)의 상응하는 길이들에 대한 상부 갭들(z1)과 하부 갭들(z2)의 치수들의 비율들은 0.20 내지 2.5의 범위의 값들을 구비하는, 터빈.
  3. 청구항 1에서,
    상기 블레이드들(7)의 각각은, 라운드 단면을 가지고 블레이드들(7)의 하부 끝단들의 프로파일들의 끝단들의 부근에서 방사 방향으로 고정된 2개의 컨넥터들(8)에 의해 상기 허브(3)에 장착된, 터빈.
  4. 청구항 1에서,
    상기 블레이드들(7)의 각각은, 라운드 단면을 가지고, 블레이드들(7)의 상부 끝단과 하부 끝단의 프로파일들의 끝단 부근에서 방사 방향으로 고정된 2개의 컨넥터들(8)에 의해 회전 링(9)과 상기 허브(3)에 장착된, 터빈.
  5. 청구항 1에서,
    상기 나셀(4)의 측벽은 상기 디퓨저(1)의 내면 프로파일의 섹션의 거울 반사로 되어 있는 모양을 가지고,
    상기 섹션의 끝단들은 디퓨저 축(O-O)에 평행한 직선 라인(li)과 상기 디퓨저(1)의 노즈(17)의 어브밴스의 프런트 포인트를 통해 유도되는 라인의 교차점들과 상기 디퓨저(1)의 개방부 내의 내면의 포인트(lh)에 의해 결정되는, 터빈.
  6. 청구항 1에서,
    상기 구멍(Rt)을 통과하는 활성 면적에 대한 상기 구멍(Rt)의 평면 상의 모든 블레이드들(7)의 축방향 투사의 면적의 비율은 0.02 내지 0.30의 범위의 값을 가진, 터빈.
  7. 청구항 1에서,
    상기 구멍(Rt)을 통과하는 유동의 활성 면적에 대한 입구 구멍(Ri)의 면적의 비율은 1.0 내지 1.6의 범위의 값을 가진, 터빈.
  8. 청구항 1에서,
    출구 구멍(Ro)의 면적에 대한 입구 구멍(Ri)의 면적의 비율은 0.5 내지 0.9 의 범위의 값을 가진, 터빈.
  9. 청구항 1에서,
    상기 구멍(Rt)의 직경에 대한 상기 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.3 내지 1.1의 범위의 값을 가진, 터빈.
  10. 청구항 1에서,
    출구 구멍(Ro)의 직경에 대한 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.1 내지 0.9의 범위의 값을 가지는 한편, 입구 구멍(Ri)의 직경에 대하여 디퓨저(1)의 길이(Ld)의 비율은 0.2 내지 1.0의 범위의 값을 가진, 터빈.
  11. 청구항 1에서,
    상기 나셀(4)에 내장된 전기 발전기(15)를 더 구비하고, 상기 로터가 허브(3)에 의해 구동되는, 터빈.
  12. 청구항 1에서,
    상기 디퓨저(1), 서포트 프레임(11), 공기역학적 프로파일의 코팅들(12, 13), 회전 링(9) 및 교류 발전기(16)의 요소들은 표준 컨테이너들 내에서 수송을 가능하게 하는 최대 치수들을 가진 원주 섹션들로 구분되고, 상기 섹션들은 터빈의 필요한 작업 모양으로 패스너들(18)을 이용하여 상호 연결되어 조립되는, 터빈.
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