KR102606803B1 - A blade for wind power generator - Google Patents

A blade for wind power generator Download PDF

Info

Publication number
KR102606803B1
KR102606803B1 KR1020210172081A KR20210172081A KR102606803B1 KR 102606803 B1 KR102606803 B1 KR 102606803B1 KR 1020210172081 A KR1020210172081 A KR 1020210172081A KR 20210172081 A KR20210172081 A KR 20210172081A KR 102606803 B1 KR102606803 B1 KR 102606803B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
blade
rear end
vanes
wind power
angle
Prior art date
Application number
KR1020210172081A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20230083774A (en
Inventor
육래형
문현기
정재호
Original Assignee
삼성중공업 주식회사
가천대학교 산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성중공업 주식회사, 가천대학교 산학협력단 filed Critical 삼성중공업 주식회사
Priority to KR1020210172081A priority Critical patent/KR102606803B1/en
Publication of KR20230083774A publication Critical patent/KR20230083774A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR102606803B1 publication Critical patent/KR102606803B1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/0608—Rotors characterised by their aerodynamic shape
    • F03D1/0633—Rotors characterised by their aerodynamic shape of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • F03D1/065—Rotors characterised by their construction elements
    • F03D1/0675—Rotors characterised by their construction elements of the blades
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/10—Stators
    • F05B2240/12—Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05B2240/122—Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05B—INDEXING SCHEME RELATING TO WIND, SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS, TO MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS COVERED BY SUBCLASSES F03B, F03D AND F03G
    • F05B2240/00—Components
    • F05B2240/20—Rotors
    • F05B2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Abstract

풍력 발전기용 블레이드가 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드의 흡입면에 부착되는 한 쌍의 베인을 구비하는 복수의 와류 발생기를 포함하고, 상기 한 쌍의 베인은 상호간의 이격 거리가 상기 블레이드의 앞전 측에서 뒷전 측으로 갈수록 증가하도록 상기 블레이드의 코드 길이 방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 베인은 상단부와 하단부가 서로 평행한 사다리꼴 형상으로 이루어지되, 상기 상단부의 후단과 상기 하단부의 후단을 연결하는 후단부와 상기 하단부 사이의 내각이 둔각을 형성하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공될 수 있다.A blade for a wind power generator is disclosed. According to one aspect of the present invention, it includes a plurality of vortex generators having a pair of vanes attached to the suction surface of the blade, and the distance between the pair of vanes increases from the leading edge side to the trailing edge side of the blade. It is disposed inclined with respect to the length direction of the cord of the blade so as to increase, and the vane is formed in a trapezoidal shape with upper and lower ends parallel to each other, and the inner angle between the rear end and the lower end connecting the rear end of the upper end and the rear end of the lower end. Blades for wind power generators forming this obtuse angle may be provided.

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. 와류 발생기는 자동차, 항공기, 열교환시스템, 풍력 발전기용 블레이드 등에 부착되어 종 방향 와류(longitudinal vortex)를 발생시켜 스톨 발생을 지연 및 감소시키고 유동 현상을 개선하는 무동력 유동 제어 장치로서, 도 2에 도시된 것처럼 한 쌍의 베인(vane)을 포함할 수 있다.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. The vortex generator is a non-powered flow control device that is attached to cars, aircraft, heat exchange systems, wind power generator blades, etc. and generates longitudinal vortices to delay and reduce stall generation and improve flow phenomena, as shown in Figure 2. It may include a pair of vanes as shown.

한편, 현재 풍력 발전기용 블레이드에 부착되는 베인은 하단부(BP)가 후단부(AP)에 대하여 수직한 형상으로 일률적으로 제작되는 것이 일반적이고, 하단부(BP)와 후단부(AP) 사이의 각도 범위에 대한 가이드라인을 제공하는 연구 및 특허가 거의 전무한 실정이다. 본 발명에서는 베인의 하단부 길이를 조절하면서 유동 현상 변화를 전산유체해석을 통해 시뮬레이션 함으로써 양항비가 개선되는 베인의 하단부(BP)와 후단부(AP) 사이의 각도 범위를 결정하는 방식을 제시하는데 의의가 있다고 할 것이다.Meanwhile, the vanes currently attached to wind turbine blades are generally manufactured in a uniform shape with the lower end (BP) perpendicular to the rear end (AP), and the angle range between the lower end (BP) and the rear end (AP) There is almost no research or patents providing guidelines for this. The significance of the present invention is to present a method of determining the angle range between the lower end (BP) and the rear end (AP) of the vane, which improves the lift-drag ratio, by simulating changes in flow phenomenon through computational fluid analysis while adjusting the length of the lower end of the vane. They will say that there is.

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 와류 발생기를 구성하는 베인의 하단부 길이 범위를 제한하여 양항비를 개선한 풍력 발전기용 블레이드를 제공한다.An embodiment of the present invention provides a blade for a wind power generator with improved lift-to-drag ratio by limiting the length range of the lower end of the vane constituting the vortex generator.

본 발명의 일 측면에 따르면, 블레이드의 흡입면에 부착되는 한 쌍의 베인을 구비하는 복수의 와류 발생기를 포함하고, 상기 한 쌍의 베인은 상호간의 이격 거리가 상기 블레이드의 앞전 측에서 뒷전 측으로 갈수록 증가하도록 상기 블레이드의 코드 길이 방향에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 베인은 상단부와 하단부가 서로 평행한 사다리꼴 형상으로 이루어지되, 상기 상단부의 후단과 상기 하단부의 후단을 연결하는 후단부와 상기 하단부 사이의 내각이 둔각을 형성하는 풍력 발전기용 블레이드가 제공될 수 있다.According to one aspect of the present invention, it includes a plurality of vortex generators having a pair of vanes attached to the suction surface of the blade, and the distance between the pair of vanes increases from the leading edge side to the trailing edge side of the blade. It is disposed inclined with respect to the length direction of the cord of the blade so as to increase, and the vane is formed in a trapezoidal shape with upper and lower ends parallel to each other, and the inner angle between the rear end and the lower end connecting the rear end of the upper end and the rear end of the lower end. Blades for wind power generators forming this obtuse angle may be provided.

상기 베인은 상기 하단부의 전단과 상기 상단부의 전단을 연결하는 전단부와 상기 하단부 사이의 내각이 예각을 형성할 수 있다.The vane may have an internal angle between the front end and the lower end connecting the front end of the lower end and the upper end to form an acute angle.

상기 하단부의 전단으로부터 상기 상단부의 후단까지 상기 하단부의 연장 방향으로의 거리 대비 상기 하단부의 길이는 80% 내지 81%일 수 있다.The length of the lower part may be 80% to 81% compared to the distance in the direction in which the lower part extends from the front end of the lower part to the rear end of the upper part.

상기 하단부의 전단으로부터 상기 상단부의 후단까지 상기 하단부의 연장 방향으로의 거리 대비 상기 하단부의 길이는 80% 내지 83%일 수 있다.The length of the lower part may be 80% to 83% compared to the distance in the direction in which the lower part extends from the front end of the lower part to the rear end of the upper part.

상기 하단부의 전단으로부터 상기 상단부의 후단까지 상기 하단부의 연장 방향으로의 거리 대비 상기 하단부의 길이는 88% 내지 103%일 수 있다.The length of the lower part may be 88% to 103% compared to the distance in the direction in which the lower part extends from the front end of the lower part to the rear end of the upper part.

본 발명의 실시 예에 따르면, 베인의 하단부와 후단부 사이의 내각이 둔각을 형성하도록 수직 사다리꼴 형상에서 하단부 길이를 감소시킴으로써 양항비를 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the lift-to-drag ratio can be improved by reducing the length of the lower end of the vertical trapezoid shape so that the inner angle between the lower end and the rear end of the vane forms an obtuse angle.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 블레이드가 적용되는 풍력 발전기를 도시한 도면이고,
도 2는 도 1의 블레이드에 대한 와류 발생기의 부착 예를 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2의 베인의 형상 변경 예를 도시한 도면이고,
도 4는 도 2의 베인의 하단부 길이와 받음각에 따른 양항비의 3차원 그래프이고,
도 5는 도 4의 양항비 반응면을 등고선으로 표현한 등고선 그래프이다.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 perspective view showing an example of attachment of a vortex generator to the blade of Figure 1;
Figure 3 is a diagram showing an example of changing the shape of the vane of Figure 2,
Figure 4 is a three-dimensional graph of the lift ratio according to the length and angle of attack of the lower part of the vane of Figure 2,
Figure 5 is a contour line graph expressing the lift-drag ratio response surface of Figure 4 as a contour line.

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 블레이드에 대한 와류 발생기의 부착 예를 도시한 사시도이다.Figure 2 is a perspective view showing an example of attachment of a vortex generator to the blade of Figure 1.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 풍력 발전기용 블레이드(120)는 복수의 와류 발생기(130)를 포함할 수 있고, 와류 발생기(130)는 한 쌍의 베인(131, 132)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 2, the blade 120 for a wind power generator according to an embodiment of the present invention may include a plurality of vortex generators 130, and the vortex generator 130 includes a pair of vanes 131 and 132. may include.

한 쌍의 베인(131, 132)은 블레이드(120)의 흡입면(suction surface)에 부착될 수 있다.A pair of vanes 131 and 132 may be attached to the suction surface of the blade 120.

또한, 한 쌍의 베인(131, 132)은 블레이드(120)의 스팬 방향으로 상호간의 이격 거리가 블레이드(120)의 앞전(leading edge)(LE) 측에서 뒷전(trailing edge)(TE) 측으로 갈수록 증가하도록 블레이드(120)의 코드 길이 방향에 대하여 경사지게 배치될 수 있다. 여기서, 코드(C)는 블레이드(120)의 앞전(LE)과 뒷전(TE)을 연결하는 선분을 의미할 수 있다.In addition, the distance between the pair of vanes 131 and 132 in the span direction of the blade 120 increases from the leading edge (LE) side to the trailing edge (TE) side of the blade 120. It may be arranged at an angle with respect to the length direction of the cord of the blade 120 so as to increase. Here, the code C may refer to a line segment connecting the leading edge (LE) and the trailing edge (TE) of the blade 120.

예를 들어, 제1 베인(131)은 와류 발생기(130)의 중앙에 배치되는 코드(C)에 대하여 블레이드(120)의 루트 측으로 11°만큼 경사지게 연장될 수 있고, 제2 베인(132)은 와류 발생기(130)의 중앙에 배치되는 코드(C)에 대하여 블레이드(120)의 선단(tip) 측으로 11°만큼 경사지게 연장될 수 있다. 한편, 복수의 와류 발생기(130) 사이의 거리(D1)가 6이라고 하면, 베인(131, 132)은 0.05의 두께를 가지는 판상 부재일 수 있고, 베인(131, 132)의 상단부 길이(L1)는 0.2일 수 있다.For example, the first vane 131 may be inclined to extend by 11° toward the root side of the blade 120 with respect to the cord C disposed in the center of the vortex generator 130, and the second vane 132 may be It may extend at an angle of 11° toward the tip of the blade 120 with respect to the cord C disposed in the center of the vortex generator 130. On the other hand, if the distance D1 between the plurality of vortex generators 130 is 6, the vanes 131 and 132 may be plate-shaped members with a thickness of 0.05, and the upper end length (L1) of the vanes 131 and 132 may be 0.2.

도 3은 도 2의 베인의 형상 변경 예를 도시한 도면이다.FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a shape change of the vane of FIG. 2.

도 3을 참조하면, 본 발명에서는 도 2에 도시된 와류 발생기(130)의 배치 및 형상을 베이스 모델로 하여 베인(131, 132)의 하단부 길이(L3)를 도 3에 도시된 것처럼 다양하게, 예를 들어 6가지 경우로 변경해가면서 전산유체해석을 수행하였다. 이때, 블레이드(120)는 대부분의 대형 풍력 발전기에 적용되고 있는 40% 두께 비의 Delft university 에어포일을 포함할 수 있고, 베인(131, 132)은 블레이드(120)의 코드 길이(D2) 대비 블레이드(120)의 앞전(LE)으로부터 베인(131, 132)까지의 코드 길이 방향으로의 거리(D3), 즉 D3/D2가 20%인 위치에 부착될 수 있다.Referring to FIG. 3, in the present invention, using the arrangement and shape of the vortex generator 130 shown in FIG. 2 as a base model, the length L3 of the lower ends of the vanes 131 and 132 is varied as shown in FIG. 3, For example, computational fluid analysis was performed while changing to six cases. At this time, the blade 120 may include a Delft University airfoil with a thickness ratio of 40%, which is applied to most large wind power generators, and the vanes 131 and 132 are blades compared to the chord length (D2) of the blade 120. It can be attached at a position where the distance (D3) in the cord length direction from the leading edge (LE) of (120) to the vanes (131, 132), that is, D3/D2, is 20%.

베인(131, 132)은 상단부(UP)와 하단부(BP)가 서로 평행한 사다리꼴 형상으로 이루어지되, 하단부(BP)의 전단으로부터 상단부(UP)의 후단까지 하단부(BP)의 연장 방향으로의 거리(L2) 대비 하단부(BP)의 길이(L3), 즉 L3/L2에 따라 상단부(UP)의 후단과 하단부(BP)의 후단을 연결하는 후단부(AP)와 하단부(BP) 사이의 내각(A1)이 다양하게 형성될 수 있다.The vanes 131 and 132 have a trapezoidal shape in which the upper part (UP) and the lower part (BP) are parallel to each other, and the distance in the direction of extension of the lower part (BP) from the front end of the lower part (BP) to the rear end of the upper part (UP) (L2) relative to the length (L3) of the lower part (BP), that is, the internal angle between the rear end (AP) and the lower end (BP) connecting the rear end of the upper part (UP) and the rear end of the lower part (BP) according to L3/L2 ( A1) can be formed in various ways.

일 예로, A1은 L3/L2가 100%인 경우에는 직각으로 이루어질 수 있다.For example, A1 may be formed at a right angle when L3/L2 is 100%.

다른 예로, A1은 L3/L2가 100% 미만인 경우에는 둔각으로 이루어질 수 있다.As another example, A1 may be formed at an obtuse angle when L3/L2 is less than 100%.

또 다른 예로, A1은 L3/L2가 100% 초과인 경우에는 예각으로 이루어질 수 있다.As another example, A1 may be formed at an acute angle when L3/L2 is greater than 100%.

예를 들어, 하단부(BP)의 길이(L3)는 베이스 모델과 비교하여 하단부(BP)의 전단 위치는 고정시키되 하단부(BP)의 후단 위치를 변경하는 방식으로 변경될 수 있다.For example, the length L3 of the lower part BP may be changed by fixing the front end position of the lower part BP but changing the rear end position of the lower part BP compared to the base model.

한편, 본 명세서에서, 베인(131, 132)의 하단부(BP)는 블레이드(120)의 만곡된 표면 형상으로 인해 곡면으로 이루어질 수 있지만 블레이드(120)의 표면과 만나는 하단부(BP)의 꼭지점들을 서로 연결한 직선으로 구획되는 평면으로 정의될 수 있고, 베인(131, 132)에서 상단부(UP)의 전단과 하단부(BP)의 전단을 연결하는 전단부(FP)와 하단부(BP) 사이의 내각(A2)은 베이스 모델과 동일하게 예각을 형성할 수 있다.Meanwhile, in this specification, the lower ends (BP) of the vanes 131 and 132 may be curved due to the curved surface shape of the blade 120, but the vertices of the lower ends (BP) that meet the surface of the blade 120 are connected to each other. It can be defined as a plane divided by a connected straight line, and the inner angle between the front end (FP) and the lower end (BP) connecting the front end of the upper end (UP) and the lower end (BP) in the vanes 131 and 132 ( A2) can form an acute angle in the same way as the base model.

도 4는 도 2의 베인의 하단부 길이와 받음각에 따른 양항비의 3차원 그래프이고, 도 5는 도 4의 양항비 반응면을 등고선으로 표현한 등고선 그래프이다.Figure 4 is a three-dimensional graph of the lift ratio according to the lower end length and angle of attack of the vane of Figure 2, and Figure 5 is a contour line graph expressing the lift ratio response surface of Figure 4 as a contour line.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에서는 목적함수를 양항비로 설정하고 베인(131, 132)의 하단부 길이(예를 들어, L3/L2)를 변경해가면서 10° 내지 20° 범위의 받음각에 대한 전산유체해석을 수행하여 하단부 길이(예를 들어, L3/L2)가 미치는 영향을 분석하였다. 이와 같은 전산유체해석과 시뮬레이션 결과를 기초로 반응면 기법을 이용하여 도 4에서와 같이 양항비 반응면의 3차원 그래프를 산출하였고, 이를 기초로 도 5에서와 같이 양항비 반응면의 등고선 그래프를 산출할 수 있었다. 여기서, 양항비는 에어포일의 효율성을 나타내는 것으로서 항력계수(CD) 대비 양력계수(CL), 즉 CL/CD로 정의될 수 있다.Referring to Figures 4 and 5, in the present invention, the objective function is set to the lift-drag ratio and the length of the lower end of the vanes 131 and 132 (for example, L3/L2) is changed to obtain an angle of attack in the range of 10° to 20°. Computational fluid analysis was performed to analyze the effect of the bottom length (e.g., L3/L2). Based on these computational fluid analysis and simulation results, a three-dimensional graph of the lift ratio response surface was calculated using the response surface technique as shown in Figure 4, and based on this, a contour graph of the lift ratio response surface was created as shown in Figure 5. could be calculated. Here, the lift ratio indicates the efficiency of the airfoil and can be defined as the lift coefficient (C L ) compared to the drag coefficient (C D ), that is, C L /C D .

그 결과, 종래(L3/L2가 100%인 경우)와 비교하여 스톨을 효과적으로 지연시키고 양항비가 개선되는 제1 영역(B1)에서, 베인(131, 132)은 L3/L2가 80% 내지 81%, 바람직하게는 80%가 되는 형상인 것을 확인할 수 있었다. 이 경우, 후단부(AP)와 하단부(BP) 사이의 내각(A1)은 둔각을 형성할 수 있다.As a result, in the first area (B1), where the stall is effectively delayed and the lift-to-drag ratio is improved compared to the conventional case (when L3/L2 is 100%), the vanes 131 and 132 have L3/L2 of 80% to 81%. , It was confirmed that the shape was preferably 80%. In this case, the internal angle A1 between the rear end AP and the lower end BP may form an obtuse angle.

또한, 종래와 비교하여 양항비가 동일하거나 적어도 일부 개선되는 제2 영역(B2)에서, 베인(131, 132)은 L3/L2가 80% 내지 83% 또는 88% 내지 103%가 되는 형상인 것을 확인할 수 있었다.In addition, in the second area B2, where the lift-to-drag ratio is the same or at least partially improved compared to the conventional one, it can be confirmed that the vanes 131 and 132 have a shape in which L3 / L2 is 80% to 83% or 88% to 103%. I was able to.

한편, 와류 발생기(130)는 모든 풍속에 대한 받음각이 23° 미만인 블레이드(120)의 루트부에 부착될 수 있으므로, 전산유체해석 시 받음각의 범위는 10° 내지 20° 범위로 한정하였다.Meanwhile, since the vortex generator 130 can be attached to the root portion of the blade 120 whose angle of attack for all wind speeds is less than 23°, the range of the angle of attack during computational fluid analysis was limited to the range of 10° to 20°.

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
130: 와류 발생기 131: 제1 베인
132: 제2 베인 200: 너셀
300: 타워10: wind generator 100: rotor
110: hub 120: blade
130: vortex generator 131: first vane
132: 2nd vane 200: Nacelle
300: Tower

Claims (2)

블레이드(120)의 흡입면에 부착되는 한 쌍의 베인(131, 132)을 구비하는 복수의 와류 발생기(130)를 포함하고,
상기 한 쌍의 베인(131, 132)은 상호간의 이격 거리가 상기 블레이드(120)의 앞전 측에서 뒷전 측으로 갈수록 증가하도록 상기 블레이드(120)의 코드 길이 방향에 대하여 경사지게 배치되고,
상기 베인(131, 132)은 상단부(UP)와 하단부(BP)가 서로 평행한 사다리꼴 형상으로 이루어지되, 상기 상단부(UP)의 후단과 상기 하단부(BP)의 후단을 연결하는 후단부(AP)와 상기 하단부(BP) 사이의 내각(A1)이 둔각을 형성하고, 상기 하단부(BP)의 전단과 상기 상단부(UP)의 전단을 연결하는 전단부(FP)와 상기 하단부(BP) 사이의 내각(A2)이 예각을 형성하고,
상기 하단부(BP)의 전단으로부터 상기 상단부(UP)의 후단까지 상기 하단부(BP)의 연장 방향으로의 거리(L2) 대비 상기 하단부(BP)의 길이(L3)의 비(L3/L2)는 80% 내지 81%인 풍력 발전기용 블레이드.It includes a plurality of vortex generators 130 having a pair of vanes 131 and 132 attached to the suction surface of the blade 120,
The pair of vanes 131 and 132 are arranged at an angle with respect to the cord length direction of the blade 120 so that the distance between them increases from the leading edge side to the trailing edge side of the blade 120,
The vanes 131 and 132 have a trapezoidal shape with an upper end (UP) and a lower end (BP) parallel to each other, and a rear end (AP) connecting the rear end of the upper end (UP) and the rear end of the lower end (BP). and the interior angle A1 between the bottom portion BP forms an obtuse angle, and the interior angle between the front end portion FP and the bottom portion BP connecting the front end of the bottom portion BP and the front end of the top portion UP. (A2) forms an acute angle,
The ratio (L3/L2) of the length (L3) of the lower part (BP) to the distance (L2) in the direction in which the lower part (BP) extends from the front end of the lower part (BP) to the rear end of the upper part (UP) is 80. % to 81% blades for wind generators. 삭제delete
KR1020210172081A 2021-12-03 2021-12-03 A blade for wind power generator KR102606803B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210172081A KR102606803B1 (en) 2021-12-03 2021-12-03 A blade for wind power generator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020210172081A KR102606803B1 (en) 2021-12-03 2021-12-03 A blade for wind power generator

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20230083774A KR20230083774A (en) 2023-06-12
KR102606803B1 true KR102606803B1 (en) 2023-11-29

Family

ID=86769969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020210172081A KR102606803B1 (en) 2021-12-03 2021-12-03 A blade for wind power generator

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102606803B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101447874B1 (en) 2013-05-24 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 Vortex generating assembly and wind power generator blade including the same
WO2017063927A1 (en) 2015-10-16 2017-04-20 Senvion Gmbh Heated aerodynamic attachment parts
JP2017150447A (en) 2016-02-26 2017-08-31 三菱重工業株式会社 Windmill blade vortex generator, windmill blade, wind power generator, and method for mounting vortex generator
JP2019011741A (en) * 2017-06-30 2019-01-24 三菱重工業株式会社 Vortex generator and windmill vane assembly

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101447874B1 (en) 2013-05-24 2014-10-07 삼성중공업 주식회사 Vortex generating assembly and wind power generator blade including the same
WO2017063927A1 (en) 2015-10-16 2017-04-20 Senvion Gmbh Heated aerodynamic attachment parts
JP2017150447A (en) 2016-02-26 2017-08-31 三菱重工業株式会社 Windmill blade vortex generator, windmill blade, wind power generator, and method for mounting vortex generator
JP2019011741A (en) * 2017-06-30 2019-01-24 三菱重工業株式会社 Vortex generator and windmill vane assembly

Also Published As

Publication number Publication date
KR20230083774A (en) 2023-06-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5297558B1 (en) Wind turbine blade, wind turbine generator equipped with the wind turbine blade, and wind turbine blade design method
US7914259B2 (en) Wind turbine blades with vortex generators
US8197218B2 (en) Quiet airfoils for small and large wind turbines
US8932024B2 (en) Wind turbine blade and wind power generator using the same
US9140233B2 (en) Wind power generation system
CN105715449B (en) Rotor blade with vortex generators and wind turbine
EP2834517B1 (en) Twisted blade root
WO2008113349A2 (en) Slow rotating wind turbine rotor with slender blades
WO2008077403A2 (en) Wind turbine with rotor blades equipped with winglets and blades for such rotor
KR20130107370A (en) Wind turbine blade and wind-powered electricity generator provided with same
KR101051575B1 (en) Tip airfoil on blade for 2 megawatt wind generator
JP2019078191A5 (en)
JP5433554B2 (en) Wind turbine blade, wind power generator equipped with the wind turbine blade, and wind turbine blade design method
JP5479300B2 (en) Wind turbine blade, wind power generator equipped with the wind turbine blade, and wind turbine blade design method
KR102606803B1 (en) A blade for wind power generator
JP2021527774A (en) Wind turbine rotor blades and wind turbines
EP2682597B1 (en) Method for designing a wind turbine blade comprising a winglet
KR101051549B1 (en) Tip airfoil on blade for 2 megawatt wind generator
KR102562255B1 (en) A blade for wind power generator
EP3472456A1 (en) Wind turbine blade with tip end serrations
KR102596143B1 (en) A blade for wind power generator
KR101963612B1 (en) A blade for the active pitch control system of Wind turbine
US20240011463A1 (en) Method of optimizing a rotor blade, rotor blade and wind turbine

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant