KR102596143B1 - A blade for wind power generator - Google Patents

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Abstract

풍력 발전기용 블레이드가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드의 루트부에 형성되는 제1 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제1 와류 발생기; 및 상기 복수의 제1 와류 발생기의 배치로 인해 추가 발생 또는 확장된 제2 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제2 와류 발생기를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공될 수 있다.A blade for a wind power generator is disclosed. According to one aspect of the present invention, a plurality of first vortex generators arranged in a row in front of the first flow separation area formed at the root portion of the blade; And a blade for a wind power generator including a plurality of second vortex generators arranged in a row in front of the second flow separation area that is additionally generated or expanded due to the arrangement of the plurality of first vortex generators.

Description

풍력 발전기용 블레이드{A BLADE FOR WIND POWER GENERATOR}Blade for wind generator {A BLADE FOR WIND POWER GENERATOR}

본 발명은 풍력 발전기용 블레이드에 관한 것이다.The present invention relates to blades for wind power generators.

풍력 발전기는 바람을 전기 에너지로 변환하여 전력을 생성하는 장치로서, 도 1에 도시된 것처럼 로터(rotor), 너셀(nacelle) 및 타워(tower)로 구성되는 것이 일반적이다. 여기서, 로터는 허브(hub)와, 허브에 결합되는 복수의 블레이드(blade)를 포함한다.A wind power generator is a device that generates power by converting wind into electrical energy, and is generally composed of a rotor, a nacelle, and a tower, as shown in FIG. 1. Here, the rotor includes a hub and a plurality of blades coupled to the hub.

풍력 발전기용 블레이드는 단면이 익형(airfoil)으로 구성되고 루트부에서 선단부로 가면서 그 단면 형상이 연속적으로 변화되는 형상을 가진다.Blades for wind power generators have an airfoil cross section, and the cross section shape changes continuously from the root to the tip.

특히, 대형 풍력 발전기에서는 블레이드에 작용하는 하중을 고려하여 블레이트의 루트(root)를 원형으로 구성하고 익형은 큰 두께 비를 가지도록 설계 및 제작된다.In particular, in large wind power generators, considering the load acting on the blades, the root of the blade is formed in a circular shape, and the airfoil is designed and manufactured to have a large thickness ratio.

또한, 풍력 발전기의 로터 회전으로 인해 블레이드 루트에 가까워질수록 받음각이 상대적으로 커지고, 그로 인해 국부적인 실속 현상이 발생하게 된다.Additionally, as the rotor of the wind turbine rotates, the angle of attack becomes relatively larger as it approaches the blade root, resulting in a local stall phenomenon.

이와 같이 구조적 안정성을 고려한 설계로 인해 블레이드의 출력 계수가 낮아질 수 있다.In this way, design considering structural stability can lower the blade's output coefficient.

이에 대한 보상으로 코드(chord) 혹은 블레이드의 길이를 증가시킬 수도 있지만, 그로 인해 블레이드의 제작 및 설치 난이도, 블레이드 하중 등이 증가하고 블레이드 하중의 중심점이 허브에서 멀어지게 되어 효율적이지 못한 문제가 있었다.To compensate for this, the length of the chord or blade can be increased, but this increases the difficulty of manufacturing and installing the blade, the blade load, etc., and the central point of the blade load moves away from the hub, making it inefficient.

이러한 문제를 극복하기 위한 방안으로 와류 발생기(vortex generator)를 블레이드의 루트부에 부착하는 솔루션이 현재 많은 풍력 발전기에 적용되고 있다. 종래 와류 발생기 부착 방식은 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫 번째로 실제 사용 중 발생하는 실속으로 인한 블레이드 표면의 유동 박리 발생 흔적을 따라 와류 발생기를 부착하는 방식이 있다. 하지만, 이러한 방식은 와류 발생기 부착 후 변경되는 실속 현상을 관측하기 위하여 많은 시간과 비용이 소요되는 문제가 있었다. 두 번째로 전산유체해석을 통해 유동 박리 발생 위치를 계산하여 와류 발생기를 부착하는 방식이 있다. 이러한 방식은 시간과 비용 측면에서 유리하지만, 와류 발생기 부착 후 발생하는 유체 거동 예측은 고난이도의 격자 형성 스킬이 필요하고 정확한 해석을 위해서 고성능 해석 서버가 필요한 문제가 있었다. 이와 같은 이유로 현재 풍력 발전기용 블레이드에 대한 전산유체해석 결과는 많이 찾아볼 수 있지만, 풍력 발전기용 블레이드에 와류 발생기를 부착한 상태에서 해석한 결과는 찾아볼 수 없으며, 가장 유사한 해석은 와류 발생기를 부착할 영역에 가상의 힘을 작용하는 모델을 사용하는 것이어서 정확하게 해석하였다고 보기 어려운 실정이다. 본 발명에서는 고성능 해석 서버를 이용하여 시뮬레이션 한 결과를 바탕으로 와류 발생기 부착 후의 유동 변화를 확인하여 이를 고려한 와류 발생기의 새로운 부착 방식을 제시하는데 의의가 있다고 할 것이다.As a way to overcome this problem, a solution of attaching a vortex generator to the root of the blade is currently being applied to many wind power generators. Conventional vortex generator attachment methods can be broadly divided into two types. First, there is a method of attaching a vortex generator along the traces of flow separation on the blade surface caused by stalling that occurs during actual use. However, this method had the problem of requiring a lot of time and money to observe the stall phenomenon that changes after attaching the vortex generator. Second, there is a method of calculating the location of flow separation through computational fluid analysis and attaching a vortex generator. Although this method is advantageous in terms of time and cost, predicting fluid behavior that occurs after attaching a vortex generator requires high-level grid formation skills and requires a high-performance analysis server for accurate analysis. For this reason, many computational fluid analysis results for wind turbine blades can be found, but analysis results with a vortex generator attached to the wind generator blade cannot be found, and the most similar analysis is with a vortex generator attached. It is difficult to say that the analysis was accurate because it uses a model that applies virtual forces to the area to be analyzed. The present invention is meaningful in that it confirms the change in flow after attaching the vortex generator based on simulation results using a high-performance analysis server and suggests a new attachment method for the vortex generator that takes this into account.

대한민국 등록특허공보 제10-1447874호(2014.10.07, 와류 발생 조립체 및 이를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드)Republic of Korea Patent Publication No. 10-1447874 (2014.10.07, Vortex generating assembly and blade for wind power generator including same)

본 발명의 실시 예는 제1 열의 와류 발생기를 부착한 후의 유동 변화를 고려하여 추가 부착한 제2 열의 와류 발생기를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a blade for a wind power generator including a second row of vortex generators additionally attached in consideration of flow changes after attaching the first row of vortex generators.

본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드의 루트부에 형성되는 제1 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제1 와류 발생기; 및 상기 복수의 제1 와류 발생기의 배치로 인해 추가 발생 또는 확장된 제2 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제2 와류 발생기를 포함하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, a plurality of first vortex generators arranged in a row in front of the first flow separation area formed at the root portion of the blade; And a blade for a wind power generator including a plurality of second vortex generators arranged in a row in front of the second flow separation area that is additionally generated or expanded due to the arrangement of the plurality of first vortex generators.

상기 제2 유동 박리 영역은 상기 블레이드의 스팬 방향으로 상기 제1 유동 박리 영역보다 상기 블레이드의 루트로부터 멀리 형성될 수 있다.The second flow separation region may be formed farther from the root of the blade than the first flow separation region in the span direction of the blade.

상기 복수의 제2 와류 발생기는 상기 블레이드의 코드 길이 대비 상기 블레이드의 앞전으로부터의 거리가 상기 복수의 제1 와류 발생기보다 클 수 있다.The plurality of second vortex generators may have a distance from the leading edge of the blade compared to the cord length of the blade greater than that of the plurality of first vortex generators.

상기 복수의 제1 와류 발생기는 상기 블레이드의 코드 길이 대비 상기 블레이드의 앞전으로부터의 거리가 상호간에 동일하고, 상기 복수의 제2 와류 발생기는 상기 블레이드의 코드 길이 대비 상기 블레이드의 앞전으로부터의 거리가 상호간에 동일할 수 있다.The plurality of first vortex generators have the same distance from the leading edge of the blade compared to the chord length of the blade, and the plurality of second vortex generators have the same distance from the leading edge of the blade compared to the chord length of the blade. may be the same as

상기 복수의 제1 와류 발생기는 상기 블레이드의 루트로부터 상기 블레이드의 스팬의 14% 내지 27%의 범위와 상기 블레이드의 앞전으로부터 상기 블레이드의 코드 길이의 18% 내지 25%의 범위에 배치되고, 상기 복수의 제2 와류 발생기는 상기 블레이드의 루트로부터 상기 블레이드의 스팬의 27% 내지 37%의 범위와 상기 블레이드의 앞전으로부터 상기 블레이드의 코드 길이의 45% 내지 60%의 범위에 배치될 수 있다.The plurality of first vortex generators are disposed in a range of 14% to 27% of the span of the blade from the root of the blade and in a range of 18% to 25% of the chord length of the blade from the leading edge of the blade, the plurality of first vortex generators The second vortex generator may be disposed in a range of 27% to 37% of the span of the blade from the root of the blade and in a range of 45% to 60% of the chord length of the blade from the leading edge of the blade.

본 발명의 실시 예에 따르면, 블레이드의 루트부에 형성되는 제1 유동 박리 영역을 감소시키기 위해 복수의 제1 와류 발생기로 이루어지는 제1 열의 와류 발생기를 부착한 후 전산유체해석한 결과, 블레이드의 스팬 방향으로 제1 유동 박리 영역보다 블레이드의 루트로부터 멀리 떨어진 위치에서 제2 유동 박리 영역이 추가 발생 또는 확장되는 것을 확인할 수 있었고, 복수의 제2 와류 발생기로 이루어지는 제2 열의 와류 발생기를 부착함으로써 이를 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, as a result of computational fluid analysis after attaching a first row of vortex generators consisting of a plurality of first vortex generators to reduce the first flow separation area formed at the root portion of the blade, the span of the blade It was confirmed that the second flow separation area was additionally generated or expanded at a location farther from the root of the blade than the first flow separation area, and this was improved by attaching a second row of vortex generators consisting of a plurality of second vortex generators. can do.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드가 적용되는 풍력 발전기를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 블레이드의 회전 시 전산유체해석한 결과를 도시한 평면도이고,
도 3은 도 1의 블레이드에 제1 와류 발생기를 부착한 상태에서 전산유체해석한 결과를 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 블레이드에 제2 와류 발생기의 부착 위치를 표시한 평면도이고,
도 5는 도 1의 블레이드에 대한 와류 발생기의 부착 예를 도시한 사시도이다.1 is a diagram showing a wind power generator to which blades according to an embodiment of the present invention are applied,
Figure 2 is a plan view showing the results of computational fluid analysis when the blade of Figure 1 rotates;
Figure 3 is a plan view showing the results of computational fluid analysis with the first vortex generator attached to the blade of Figure 1;
Figure 4 is a plan view showing the attachment position of the second vortex generator to the blade of Figure 3;
Figure 5 is a perspective view showing an example of attachment of a vortex generator to the blade of Figure 1.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the attached drawings.

본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어는, 명백히 다른 의미로 정의되어 있지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 단지 특정 실시 예를 설명하기 위한 것으로 볼 것이지 본 발명을 제한하고자 하는 의도가 있는 것은 아니다.Terms used in the embodiments of the present invention, unless clearly defined in a different sense, may be interpreted as meanings that can be generally understood by those skilled in the art to which the present invention pertains, and may only be interpreted as specific meanings. It will be viewed as an example to explain the embodiment, but there is no intention to limit the present invention.

본 명세서에서, 단수형은 특별한 기재가 없는 한 복수형도 포함하는 것으로 볼 것이다.In this specification, the singular form will be considered to also include the plural form unless otherwise specified.

또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 기재된 경우, 해당 부분은 다른 구성요소를 더 포함할 수도 있다는 것을 의미한다.Additionally, when a part is described as “including” a certain element, it means that the part may further include other elements.

또한, 어떤 구성요소 "상"으로 기재된 경우, 해당 구성요소의 위 또는 아래를 의미하고, 반드시 중력 방향을 기준으로 상측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.Additionally, when a component is described as “above” it means above or below the component, and does not necessarily mean that it is located above the direction of gravity.

또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결" 또는 "결합"된다고 기재된 경우, 해당 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 결합되는 경우뿐만 아니라, 해당 구성요소가 또 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결 또는 결합되는 경우도 포함할 수 있다.Additionally, when a component is described as being “connected” or “coupled” to another component, it does not only mean that the component is directly connected or coupled to the other component, but also indirectly through another component. It may also include cases where it is connected or combined.

또한, 어떤 구성요소를 설명하는데 있어서 제1, 제2 등의 용어를 사용할 수 있지만, 이러한 용어는 해당 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성요소의 본질이나 차례 또는 순서 등을 한정하고자 하는 것은 아니다.In addition, terms such as first and second may be used to describe a certain component, but these terms are only used to distinguish the component from other components, and the essence or order of the component is determined by the term. It is not intended to limit the order or the like.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드가 적용되는 풍력 발전기를 도시한 도면이다.Figure 1 is a diagram showing a wind power generator to which blades according to an embodiment of the present invention are applied.

도 1을 참조하면, 풍력 발전기(10)는 로터(100), 로터(100)가 회전 가능하게 결합되는 너셀(200), 및 너셀(200)을 지지하는 타워(300)를 포함할 수 있고, 로터(100)는 허브(110)와, 허브(110)에 결합되는 복수의 블레이드(120)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, the wind power generator 10 may include a rotor 100, a nacelle 200 to which the rotor 100 is rotatably coupled, and a tower 300 supporting the nacelle 200, The rotor 100 may include a hub 110 and a plurality of blades 120 coupled to the hub 110.

블레이드(120)는 허브(110)에 결합되는 루트가 원형으로 구성될 수 있고, 단면이 익형으로 구성되되 루트부에서 선단부로 가면서 그 단면 형상이 연속적으로 변화되는 형상을 가질 수 있다.The blade 120 may have a circular root coupled to the hub 110, and may have an airfoil cross section whose cross-sectional shape changes continuously from the root to the tip.

특히, 블레이드(120)는 익형이 큰 두께 비를 가지도록 설계 및 제작될 수 있다.In particular, the blade 120 may be designed and manufactured so that the airfoil has a large thickness ratio.

예를 들어, 블레이드(120)는 40%의 두께 비를 가지는 Delft university 에어포일을 포함할 수 있다.For example, blade 120 may include a Delft university airfoil with a thickness ratio of 40%.

도 2는 도 1의 블레이드의 회전 시 전산유체해석한 결과를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 1의 블레이드에 제1 와류 발생기를 부착한 상태에서 전산유체해석한 결과를 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 블레이드에 제2 와류 발생기의 부착 위치를 표시한 평면도이다.Figure 2 is a plan view showing the results of computational fluid analysis when the blade of Figure 1 rotates, and Figure 3 is a plan view showing the results of computational fluid analysis with the first vortex generator attached to the blade of Figure 1. 4 is a plan view showing the attachment position of the second vortex generator to the blade of FIG. 3.

도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(120)는 복수의 제1 와류 발생기(121) 및 복수의 제2 와류 발생기(122)를 포함할 수 있다.2 to 4, the blade 120 for a wind turbine generator according to an embodiment of the present invention may include a plurality of first vortex generators 121 and a plurality of second vortex generators 122.

복수의 제1 와류 발생기(121)는 블레이드(120)의 루트부에 형성되는 제1 유동 박리 영역(SA1)의 전방에 일렬 배치되도록 블레이드(120)에 부착될 수 있다. 즉, 복수의 제1 와류 발생기(121)는 제1 유동 박리 영역(SA1)과 블레이드(120)의 앞전(leading edge)(LE) 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 유동 박리 영역(separation area)은 블레이드의 표면을 따라 흐르던 공기 유동이 블레이드의 표면으로부터 분리되어 와류를 형성하는 영역을 의미할 수 있다.The plurality of first vortex generators 121 may be attached to the blade 120 so as to be arranged in a line in front of the first flow separation area SA1 formed at the root of the blade 120. That is, the plurality of first vortex generators 121 may be disposed between the first flow separation area SA1 and the leading edge LE of the blade 120. Here, the flow separation area may refer to an area where the air flow flowing along the surface of the blade is separated from the surface of the blade to form a vortex.

복수의 제1 와류 발생기(121)는 제작성을 고려하여 블레이드(120)의 코드 길이 대비 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터의 코드 길이 방향으로의 거리가 상호간에 동일하게 배치될 수 있다.Considering manufacturability, the plurality of first vortex generators 121 may be arranged so that the distance in the chord length direction from the leading edge LE of the blade 120 is the same relative to the chord length of the blade 120.

예를 들어, 복수의 제1 와류 발생기(121)는 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터 블레이드(120)의 코드 길이의 18% 내지 25%의 범위에 배치될 수 있고, 바람직하게는 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터 블레이드(120)의 코드 길이의 20%의 위치에 배치될 수 있다. 여기서, 블레이드(120)의 코드는 블레이드(120)의 앞전(LE)과 뒷전(trailing edge)(TE)를 연결하는 선분을 의미할 수 있다.For example, the plurality of first vortex generators 121 may be disposed in a range of 18% to 25% of the chord length of the blade 120 from the leading edge (LE) of the blade 120, and preferably the blade ( It may be placed at a position 20% of the cord length of the blade 120 from the leading edge (LE) of the blade 120. Here, the code of the blade 120 may mean a line segment connecting the leading edge (LE) and the trailing edge (TE) of the blade 120.

또한, 복수의 제1 와류 발생기(121)는 블레이드(120)의 루트(R)로부터 블레이드(120)의 스팬의 14% 내지 27%의 범위에 배치될 수 있다. 제1 유동 박리 영역(SA1)은 블레이드(120)의 스팬의 14% 미만 범위에서는 출력에 큰 영향을 미치지 않고, 도 2에 도시된 것처럼 블레이드(120)의 스팬의 27% 초과 범위에서는 형성되지 않는 것으로 전산유체해석 결과 확인되었기 때문이다. 여기서, 블레이드(120)의 스팬(span)은 블레이드(120)의 루트(R)로부터 선단(T)까지의 길이를 의미할 수 있다.Additionally, the plurality of first vortex generators 121 may be arranged in a range of 14% to 27% of the span of the blade 120 from the root R of the blade 120. The first flow separation area SA1 does not significantly affect the output in a range less than 14% of the span of the blade 120, and is not formed in a range exceeding 27% of the span of the blade 120 as shown in FIG. 2. This is because it was confirmed as a result of computational fluid analysis. Here, the span of the blade 120 may mean the length from the root (R) of the blade 120 to the tip (T).

블레이드(120)에 와류 발생기를 부착하지 않은 상태에서 전산유체해석 결과(도 2 참조)와 블레이드(120)에 복수의 제2 와류 발생기(122)는 부착하지 않고 복수의 제1 와류 발생기(121)만을 부착한 상태에서 전산유체해석한 결과(도 3 참조)를 서로 비교해 보면, 블레이드(120)의 스팬 방향으로 제1 유동 박리 영역(SA1)보다 블레이드(120)의 루트(R)로부터 멀리 형성된 제2 유동 박리 영역(SA2)이 복수의 제1 와류 발생기(121)의 배치로 인해 블레이드(120)의 선단(T)을 향해 확장되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에서는 복수의 제2 와류 발생기(122)를 추가 부착하여 이를 개선할 수 있다.Computational fluid analysis results (see FIG. 2) without attaching a vortex generator to the blade 120 and a plurality of first vortex generators 121 without attaching a plurality of second vortex generators 122 to the blade 120 Comparing the results of computational fluid analysis (see FIG. 3) with the only attachment attached, the first flow separation area (SA1) formed farther from the root (R) of the blade (120) in the span direction of the blade (120). 2 It can be seen that the flow separation area (SA2) extends toward the tip (T) of the blade 120 due to the arrangement of the plurality of first vortex generators 121. In the present invention, this can be improved by additionally attaching a plurality of second vortex generators 122.

복수의 제2 와류 발생기(122)는 복수의 제1 와류 발생기(121)의 배치로 인해 추가 발생 또는 확장된 제2 유동 박리 영역(SA2)의 전방에 일렬 배치될 수 있다. 즉, 복수의 제2 와류 발생기(122)는 제2 유동 박리 영역(SA2)과 블레이드(120)의 앞전(LE) 사이에 배치될 수 있다.The plurality of second vortex generators 122 may be arranged in a row in front of the second flow separation area SA2 that is additionally generated or expanded due to the arrangement of the plurality of first vortex generators 121. That is, the plurality of second vortex generators 122 may be disposed between the second flow separation area SA2 and the leading edge LE of the blade 120.

특히, 복수의 제2 와류 발생기(122)는 블레이드(120)의 코드 길이 대비 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터의 코드 길이 방향으로의 거리가 복수의 제1 와류 발생기(121)보다 클 수 있다. 이는 복수의 제2 와류 발생기(122)가 배치되는 범위에서의 제2 유동 박리 영역(SA2)과 블레이드(12)의 앞전(LE) 사이의 최소 거리가 복수의 제1 와류 발생기(121)가 배치되는 범위에서의 제1 유동 박리 영역(SA1)과 블레이드(120)의 앞전(LE) 사이의 최소 거리보다 크게 형성되기 때문일 수 있다.In particular, the plurality of second vortex generators 122 may have a distance in the cord length direction from the leading edge (LE) of the blade 120 compared to the cord length of the blade 120 than that of the plurality of first vortex generators 121. there is. This means that the minimum distance between the second flow separation area (SA2) and the leading edge (LE) of the blade 12 in the range where the plurality of second vortex generators 122 are disposed is This may be because the distance between the first flow separation area (SA1) and the leading edge (LE) of the blade 120 is formed to be greater than the minimum distance within the range.

복수의 제2 와류 발생기(122)는 제작성을 고려하여 블레이드(120)의 코드 길이 대비 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터의 코드 길이 방향으로의 거리가 상호간에 동일하게 배치될 수 있다.Considering manufacturability, the plurality of second vortex generators 122 may be arranged so that the distance in the chord length direction from the leading edge LE of the blade 120 is the same relative to the chord length of the blade 120.

예를 들어, 복수의 제2 와류 발생기(122)는 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터 블레이드(120)의 코드 길이의 45% 내지 60%의 범위에 배치될 수 있고, 바람직하게는 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터 블레이드(120)의 코드 길이의 50%의 위치에 배치될 수 있다.For example, the plurality of second vortex generators 122 may be disposed in a range of 45% to 60% of the chord length of the blade 120 from the leading edge (LE) of the blade 120, and preferably the blade ( It may be placed at a position 50% of the cord length of the blade 120 from the leading edge (LE) of the blade 120.

또한, 복수의 제2 와류 발생기(122)는 블레이드(120)의 루트(R)로부터 블레이드(120)의 스팬의 27% 내지 37%의 범위에 배치될 수 있다. 제2 유동 박리 영역(SA2)은 도 3에 도시된 것처럼 블레이드(120)의 스팬의 37% 초과 범위에서는 형성되지 않는 것으로 전산유체해석 결과 확인되었고, 블레이드(120)의 스팬의 27% 미만의 범위에는 제1 와류 발생기(121)가 배치되기 때문이다. 참고로, 블레이드(120)에 복수의 제1 와류 발생기(121)를 부착하기 전 제2 유동 박리 영역(SA1)은 블레이드(120)의 루트(R)로부터 블레이드(120)의 스팬의 30% 내지 34%의 범위에 형성될 수 있다. 한편, 도면에 도시된 도면부호 SL은 유동 박리 영역의 경계선(separation line)을 의미할 수 있다.Additionally, the plurality of second vortex generators 122 may be disposed in a range of 27% to 37% of the span of the blade 120 from the root R of the blade 120. As a result of computational fluid analysis, it was confirmed that the second flow separation area (SA2) is not formed in a range exceeding 37% of the span of the blade 120, as shown in FIG. 3, and in a range less than 27% of the span of the blade 120. This is because the first vortex generator 121 is disposed. For reference, before attaching the plurality of first vortex generators 121 to the blade 120, the second flow separation area SA1 is 30% to 30% of the span of the blade 120 from the root R of the blade 120. It can be formed in the range of 34%. Meanwhile, the reference numeral SL shown in the drawing may mean a separation line of the flow separation area.

도 5는 도 1의 블레이드에 대한 와류 발생기의 부착 예를 도시한 사시도이다.Figure 5 is a perspective view showing an example of attachment of a vortex generator to the blade of Figure 1.

도 5를 참조하면, 제1 와류 발생기(121) 또는 제2 와류 발생기(122)는 블레이드(120)의 앞전(LE)과 뒷전(TE) 사이에서 블레이드(120)의 표면, 예를 들어 저압면 또는 흡입면(suction surface)으로부터 돌출되게 형성 내지 부착될 수 있다.Referring to Figure 5, the first vortex generator 121 or the second vortex generator 122 is a surface of the blade 120, for example, a low pressure surface, between the leading edge (LE) and the trailing edge (TE) of the blade 120. Alternatively, it may be formed or attached to protrude from the suction surface.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 청구범위에 기재된 본 발명의 기술사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 구성요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 실시 예를 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.Although the above description focuses on preferred embodiments of the present invention, this is only an example and does not limit the present invention. Those of ordinary skill in the technical field to which the present invention pertains can modify and change the embodiments in various ways by adding, changing, deleting or adding components, etc., without departing from the technical idea of the present invention as set forth in the claims. It will be possible, and this will also be said to be included within the scope of the rights of the present invention.

10: 풍력 발전기 100: 로터
110: 허브 120: 블레이드
121: 제1 와류 발생기 122: 제2 와류 발생기
200: 너셀 300: 타워10: wind generator 100: rotor
110: hub 120: blade
121: first vortex generator 122: second vortex generator
200: Nacelle 300: Tower

Claims (3)

블레이드의 루트부에 형성되는 제1 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제1 와류 발생기; 및
상기 복수의 제1 와류 발생기의 배치로 인해 추가 발생 또는 확장된 제2 유동 박리 영역의 전방에 일렬 배치되는 복수의 제2 와류 발생기를 포함하고,
상기 제2 유동 박리 영역은 상기 블레이드의 스팬 방향으로 상기 제1 유동 박리 영역보다 상기 블레이드의 루트로부터 멀리 형성되고,
상기 복수의 제2 와류 발생기는 상기 블레이드의 코드 길이 대비 상기 블레이드의 앞전으로부터의 거리가 상기 복수의 제1 와류 발생기보다 크고,
상기 복수의 제1 와류 발생기는 상기 블레이드의 루트로부터 상기 블레이드의 스팬의 14% 내지 27%의 범위와 상기 블레이드의 앞전으로부터 상기 블레이드의 코드 길이의 18% 내지 25%의 범위에 배치되고,
상기 복수의 제2 와류 발생기는 상기 블레이드의 루트로부터 상기 블레이드의 스팬의 27% 내지 37%의 범위와 상기 블레이드의 앞전으로부터 상기 블레이드의 코드 길이의 45% 내지 60%의 범위에 배치되는 풍력 발전기용 블레이드.A plurality of first vortex generators arranged in a row in front of the first flow separation area formed at the root of the blade; and
It includes a plurality of second vortex generators arranged in a row in front of the second flow separation area that is additionally generated or expanded due to the arrangement of the plurality of first vortex generators,
The second flow separation region is formed farther from the root of the blade than the first flow separation region in the span direction of the blade,
The plurality of second vortex generators have a distance from the leading edge of the blade relative to the cord length of the blade greater than the plurality of first vortex generators,
The plurality of first vortex generators are disposed in a range of 14% to 27% of the span of the blade from the root of the blade and in a range of 18% to 25% of the chord length of the blade from the leading edge of the blade,
The plurality of second vortex generators are disposed in a range of 27% to 37% of the span of the blade from the root of the blade and in a range of 45% to 60% of the chord length of the blade from the leading edge of the blade. blade. 삭제delete 삭제delete
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110110777A1 (en) 2007-12-21 2011-05-12 Vestas Wind Systems A/S Active flow control device and method for affecting a fluid boundary layer of a wind turbine blade
US20140328692A1 (en) 2013-05-02 2014-11-06 General Electric Company Attachment system and method for wind turbine vortex generators
JP2018115559A (en) * 2017-01-16 2018-07-26 三菱重工業株式会社 Vortex generator, installation method thereof, windmill blade, and wind power generator

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101291116B1 (en) * 2011-06-08 2013-08-01 삼성중공업 주식회사 blade of wind powergenerator and powergenerator
KR101447874B1 (en) 2013-05-24 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 Vortex generating assembly and wind power generator blade including the same

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110110777A1 (en) 2007-12-21 2011-05-12 Vestas Wind Systems A/S Active flow control device and method for affecting a fluid boundary layer of a wind turbine blade
US20140328692A1 (en) 2013-05-02 2014-11-06 General Electric Company Attachment system and method for wind turbine vortex generators
JP2018115559A (en) * 2017-01-16 2018-07-26 三菱重工業株式会社 Vortex generator, installation method thereof, windmill blade, and wind power generator

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