KR102608949B1

KR102608949B1 - 로터 블레이드

Info

Publication number: KR102608949B1
Application number: KR1020187027953A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 스즈키
Original assignee: 엔티엔 가부시키가이샤
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-12-07
Publication date: 2023-11-30
Also published as: US20190055918A1; JP7049050B2; EP3421780A4; EP3421780A1; CN108700027A; WO2017145488A1; JP2017150375A; EP3421780B1; US11162472B2; MY196506A; CN108700027B; KR20180116405A

Abstract

본 발명의 목적은 풍력 발전기에 적합한 로터 블레이드를 제공하는 것이다. 넓은 현 길이를 갖는 블레이드 단부 부분을 갖는 리프트 타입 블레이드(1)의 측면 형상은, 두께가 블레이드 루트 부분(1A)으로부터 블레이드 단부 부분으로 점진적으로 얇아지도록 구성되고, 전면(1D)이 블레이드 루트 부분(1A)으로부터 블레이드 단부 부분으로 배면(1E) 방향으로 점진적으로 경사져 있다. 두께의 차이로 인해, 회전 동안 블레이드 루트 부분(1A)에서 현 방향으로 통과하는 기류의 속력은 블레이드 단부 부분의 것보다 더 크고, 블레이드 루트 부분(1A)에서의 기압이 블레이드 단부 부분에서보다 더욱 저하된다는 사실로 인해 집중되는 기류가 형성되어 기압의 차이로 인해 블레이드 단부 부분으로 자연적으로 이동한다.

Description

로터 블레이드

[0001] 본 발명은 고효율을 가지며 풍력 발전에 적합한 로터 블레이드에 관한 것으로, 로터 블레이드는 수평-축(shaft)-타입 로터 블레이드의 치수들을 최적화시키는 것에 의해 획득된다.

[0002] 선단부의 현 길이(chord length)가 길어진 로터 블레이드가 특허문헌들 1, 2에 개시되어 있다.

[0003] 특허문헌 1: JP 2006-152957 A 특허문헌 2: JP 2008-196425 A

[0004] 특허문헌들 1, 2에 설명된 블레이드들은 이들의 블레이드 루트들의 개개의 현 길이들보다 더 큰 이들의 블레이드 단부 부분들의 각각의 현 길이를 갖지만, 현 길이들 각각은 이들의 개개의 회전 반경들의 40 내지 50 %의 범위 내에 있지 않다. 더욱이, 블레이드들의 각각의 전면(front surface)은 이들의 개개의 배면(back surface)들에 평행하다. 그에 따라, 풍속이 낮을 때 저항이 증가하는 경향이 있다.

본 발명의 목적은 회전 저항이 낮은 로터 블레이드(그것은 이하 "블레이드"라고 단순히 지칭됨)를 제공하는 것이다. 실험들을 반복한 결과로서, 블레이드의 최대 현 길이를 그것의 회전 반경의 40 내지 50 %의 범위 내로 하는 것이 효과적이라는 것이 밝혀졌다.

[0005] 본 발명의 세부사항들은 다음과 같다.

[0006] (1) 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 점진적으로 증가되는 현 길이를 갖는 리프트 타입 블레이드인 로터 블레이드로서,

측면도에서 최대 두께가 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 점진적으로 감소되는 전연부(leading edge);

블레이드 루트로부터 최대 현 길이부로 배면의 방향으로 점진적으로 경사진 전면; 및

최대 현 길이부로부터 전면 방향으로 경사진 블레이드 단부 부분으로 형성된 경사부를 포함하고,

기류가, 블레이드 루트로부터, 회전할 때 기압이 감소되는 최대 현 길이부로 지향되는, 로터 블레이드.

[0007] (2) 상기 항목 (1)에 있어서, 리프트 타입 블레이드의 전면은 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 배면의 방향으로 점진적으로 경사져 있고, 리프트 타입 블레이드의 현의 폭 중앙선 뒤쪽의 후방 부분은 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 전면의 방향으로 점진적으로 시프트되는, 로터 블레이드.

[0008] (3) 상기 항목 (1) 또는 (2)에 있어서, 블레이드 루트의 두께는 최대 현 길이부의 두께의 300 % 플러스 또는 마이너스 10 %이고, 블레이드 단부 부분은 최대 현 길이부의 전면으로부터 전면의 방향으로 경사진 경사부이며, 회전할 때 코안다 효과(Coanda effect)에 의한 전면 상의 고속 유동들 간의 차이로 인해 블레이드 루트로 모이는 기류들이 경사부로 자연적으로 지향되는, 로터 블레이드.

[0009] (4) 상기 항목들 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 있어서, 리프트 타입 블레이드는 로터의 허브에 0 도의 영각(attack angle)으로 고정되는, 로터 블레이드.

[0010] (5) 상기 항목들 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 있어서, 블레이드 단부 부분의 최대 현 길이는 회전 반경의 40 내지 50 %의 범위 내에 있고, 전면 상의 블레이드 루트의 현 길이는 최대 현 길이의 30 내지 35 %의 범위 내에 있고, 블레이드 루트의 측면(side surface)의 두께는 블레이드 루트의 현 길이의 72 내지 76 %의 범위 내에 있으며, 블레이드 단부 부분의 두께는 블레이드 루트의 두께의 30 내지 35 %의 범위 내에 있는, 로터 블레이드.

[0011] 본 발명에 따르면, 다음의 이점들이 획득될 수 있다.

[0012] 상기 항목 (1)에 따른 발명에서는: 로터 블레이드의 블레이드 단부 부분의 전연부의 최대 두께가 블레이드 루트의 두께보다 감소되고, 전면은 측면도에서 블레이드 루트로부터 배면의 방향으로 경사져 있다. 그에 따라, 회전할 때 전면에 부딪치는 기류가 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분의 방향으로 자연적으로 지향된다.

회전할 때, 코안다 효과에 의해 전연부의 최대 두께가 블레이드 단부 부분의 최대 두께보다 더 큰 블레이드 루트에서 후연부(trailing edge) 방향으로 전면을 통과하는 기류의 속력이, 전연부의 최대 두께가 얇은 블레이드 단부 부분에서 후연부 방향으로 전면을 통과하는 기류의 속력보다 더 빠르다.

전연부의 두께에 차이가 존재할 때, 코안다 효과에 의한 유속이 더 두꺼운 부분에서 더 빠르고, 공기 밀도 및 기압이 더 낮은 유속의 부분에서의 공기 밀도 및 기압보다 감소된다. 주변들로부터 더 높은 압력의 기류들이 기압이 낮은 부분으로 유입된다.

다시 말해, 종래의 로터 블레이드에서는, 블레이드 단부 부분에서의 회전 주속(rotational peripheral speed)이 블레이드 루트에서의 회전 주속보다 더 빠르기 때문에, 블레이드 단부 부분에서에 비해 블레이드 루트에서 낮은 압력이 발생하기가 쉽지 않다. 한편, 본 발명의 로터 블레이드에서는, 블레이드 루트의 전연부의 최대 두께가 블레이드 단부 부분의 최대 두께보다 충분히 더 크기 때문에, 회전할 때 주변들로부터 대기압에서의 다량의 기류들이 블레이드 루트의 부근으로 유입된다.

대기압에서의 이들 다량의 기류들이 블레이드 루트의 부근으로 급속히 집중될 때, 블레이드 단부 부분에서의 압력이 비교적 저하되고, 블레이드 루트의 부근에서의 기류들은 기압 차이로 인해 대기압의 기류들의 속력보다 더 높은 속력으로 블레이드 단부 부분의 방향으로 이동하며, 회전 방향으로 블레이드 단부 부분의 후방 부분을 푸시하는 것에 의해 회전 효율을 상승시킨다.

[0013] 상기 항목 (2)에 따른 발명에서는: 블레이드의 전면 상의 현의 폭 중앙선 앞쪽의 전방 부분이, 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 배면의 방향으로 점진적으로 경사져 있기 때문에, 기류가 블레이드 루트로부터 용이하게 이동한다.

현의 폭 중앙선 뒤쪽의 후방 부분은 블레이드 루트로부터 블레이드 단부 부분으로 전면의 방향으로 점진적으로 시프트되기 때문에, 블레이드 루트로부터 이동하는 기류가, 전면이 전방으로 시프트되는 것과 동일한 작용으로 블레이드의 후방 부분에 대해 회전 방향으로 압력을 점진적으로 로딩하는 것에 의해 회전 효율을 상승시킨다.

[0014] 상기 항목 (3)에 따른 발명에서는: 블레이드 루트의 최대 두께가 최대 현 길이부의 최대 두께의 3 배 이상보다 더 크기 때문에, 회전할 때 코안다 효과에 의한 블레이드 루트에서의 통과 기류의 속력은, 블레이드 단부 부분에서의 통과 기류의 속력보다 더 높고, 주변들로부터 유입된 기류들의 양이 증가된다.

이들 집중된 기류들은 풍속의 속력보다 더 높은 속력으로 블레이드 단부의 경사부로 이동하고, 경사부를 회전 방향으로 강하게 푸시하며, 회전 효율을 상승시킨다.

[0015] 상기 항목 (4)에 따른 발명에서는: 로터 블레이드가 로터의 허브에 작은 영각만큼 고정되기 때문에, 회전할 때 저항이 작다. 특히, 블레이드 단부 부분의 두께가 블레이드 루트의 두께의 약 3 분의 1로 설정되기 때문에, 회전 저항이 작다.

블레이드의 전연부의 최대 두께가 블레이드 단부 부분으로부터 블레이드 루트로 점진적으로 증가되기 때문에, 회전 주속이 낮은 블레이드 루트에서의 유속은 코안다 효과에 의해 상승된다. 이에 따라, 다량의 기류들이 블레이드 루트에 집중되고, 기류들이 풍속보다 더 높은 속력으로 블레이드 단부 부분으로 이동하고, 경사부를 회전 방향으로 푸시하며, 회전 효율을 상승시킨다.

[0016] 상기 항목 (5)에 따른 발명에서는: 블레이드 단부 부분의 최대 현 길이가 회전 반경의 40 내지 50 %의 범위 내에 있기 때문에, 수풍 면적(wind receiving area)이 최대화될 수 있다. 전면 상의 블레이드 루트의 현 길이가 최대 현 길이의 30 내지 35 %의 범위 내에 있기 때문에, 회전할 때 회전 전방 방향으로부터의 상대류(relative flow)가 충분히 수용될 수 있다.

블레이드 루트의 측면의 두께가 블레이드 루트의 현 길이의 72 내지 76 %의 범위 내에 있기 때문에, 코안다 효과에 의한 현 방향으로의 유속이 효과적으로 상승될 수 있다.

블레이드 단부 부분의 두께가 블레이드 루트의 두께의 30 내지 35 %의 범위 내에 있기 때문에, 블레이드는 강도의 밸런스가 우수하고, 전면이 배면의 방향으로 약 2 도만큼 경사질 수 있어서 기류가 블레이드 루트로부터 전면 상의 선단의 방향으로 용이하게 이동할 수 있다.

[0017] 도 1은 본 발명의 실시예를 도시하는 로터 블레이드의 정면 입면도이다.
도 2는 그것의 우측 입면도이다.
도 3은 그것의 상측 평면도이다.
도 4는 그것의 저측 평면도이다.
도 5는 도 1의 A-A 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 6은 도 1의 B-B 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 7은 도 1의 C-C 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 8은 도 1의 D-D 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 9는 도 1의 E-E 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 10은 도 1의 F-F 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 11은 도 1의 G-G 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 12는 도 1의 H-H 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 13은 도 1의 I-I 선을 따라 취득된 단면도이다.
도 14는 본 발명의 3 개의 로터 블레이드들이 고정된 로터의 정면 입면도이다.
도 15는 기류들의 변화를 도시하는 로터 블레이드의 측면 입면도이다.

[0018] 본 발명에 따른 예들은 다음과 같이 도면들과 함께 설명된다. 도면들은 실험들을 반복한 결과로서 최상의 형상을 도시하고, 각각의 수치 값 범위는 이들의 허용가능한 변경 범위들을 나타낸다.

도 1에서, 로터 블레이드(1)는 리프트 타입 블레이드(그것은 이하 "블레이드"라고 단순히 지칭된다)이고, 그것의 전면의 형상은 좌우 대칭으로 도시된다. 전면이 비대칭 형상을 갖는 로터 블레이드를 사용하는 것도 또한 가능하다.

[0019] 블레이드(1)의 전면(1D)은, 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)로 점진적으로 증가되는 현 길이를 가지며, 최대 현 길이부(1B)에서의 현 길이는 블레이드(1)의 회전 반경의 45 내지 50 %의 범위 내에 있다.

현 길이가 이 범위 미만일 때, 수풍 면적이 작고, 블레이드 단부 부분이 경사부(1C)로 형성되는 리프트 타입 블레이드(1)의 회전 효율은 상승되기 어렵다.

현 길이가 50 %를 초과할 때, 전방 위치에서의 허브(3)에 고정된 블레이드(1)에 의해 회전 방향으로 발생된 난류의 영향으로 인해 회전 효율이 상승되기 어렵다.

[0020] 블레이드(1)의 전면(1D) 상의 최대 현 길이부(1B)의 현 길이에 대한 블레이드 루트(1A)의 현 길이의 비율은 약 3 분의 1 등으로 설정되는데, 즉, 30 내지 35 %의 범위 내로 설정된다.

블레이드 루트(1A)의 현 길이가 이 범위를 초과할 때, 회전할 때 기류의 통과 특성이 저하되고 통과 시간이 증가된다. 현 길이가 이 범위 미만일 때, 코안다 효과에 의한 기류의 통과 속력 및 강도가 감소된다.

[0021] 도 2에 도시된 바와 같이, 블레이드(1)의 두께는 블레이드 루트(1A)에서 최대가 되고 측면도에서 선단부(1H)로 점진적으로 감소되며, 선단부(1H)는 반원 형상으로 이루어진다. 블레이드 단부 부분의 두께는 블레이드 루트(1A)의 두께의 약 3 분의 1 등으로 설정되는데, 즉, 30 내지 35 %의 범위 내로 설정된다.

[0022] 전면(1D) 상에서 최대 현 길이부(1B)로부터 전면의 방향으로 블레이드 단부 부분을 경사지게 하는 것에 의해 경사부(1C)가 형성된다.

이 경사부(1C)는 전면(1D)에 수직인 방향으로 경사져 있고, 그 방향은 도 3의 화살표 A에 의해 도시된다. 영각이 예로서 17 도로 설정될 때, 이 화살표 A 방향은 후연부(1G) 방향으로 약 17 도만큼 선회된다.

[0023] 그에 따라, 블레이드 루트(1A)로부터 이동하고 경사부(1C)의 전면(1D)을 통과하는 기류는 이 경사부(1C)의 선단부(1H)의 방향(화살표 A에 의해 도시됨)과 반대-회전 방향측으로의 후연부(1G)의 방향 사이의 중간 방향(화살표 B 방향)으로 통과한다. 반작용으로 인해, 블레이드(1)의 회전 효율이 증가된다.

[0024] 다시 말해, 이 블레이드(1)가 전면(1D) 상에서 기류를 수용하는 것에 의해 회전할 때, 기류는 블레이드(1)의 회전 원에서 배면(1E)의 방향으로 통과하지 않고, 경사부(1C)의 배면(1E)의 방향으로, 즉, 도 1 및 도 2의 화살표 C에 의해 도시된 바와 같이 반대-회전 방향과 원심 방향 사이의 사선 방향으로 통과한다. 따라서, 도 1의 화살표 C 방향으로 유동하는 기류로 인한 반작용이 유동 방향의 반대 방향으로 지향되고, 블레이드(1)는 풍속보다 더 빠른 회전 방향으로 효과적으로 회전된다.

[0025] 도 5는 도 1의 A-A 선을 따라 취득된 단면도이다. 이 단면은 최대 현 길이부(1B)에 대응하고, 전연부(1F)는 반원 형상으로 형성되고, 전연부(1F)의 직경은 그것의 두께와 동일하며, 이 단면은 후연부(1G)를 향해 점진적으로 얇아진다.

블레이드 단부 부분의 두께는 블레이드 루트(1A)의 현 길이의 약 3 분의 1로 설정된다. 이 수치 값은, 전면(1D)이 배면(1E)의 방향으로 약 2 도만큼 경사져 있는 요인에 의해 균형을 이룬다.

[0026] 최대 현 길이부(1B)에서의 전연부(1F)의 최대 두께는 현 길이의 12 % 플러스 또는 마이너스 1 %로 설정된다. 전연부(1F)의 횡단면이 반원 형상이기 때문에, 어느 방향으로부터든 상대류가 전연부(1F)에 부딪치더라도 상대류는 원활하게 유동한다.

[0027] 이러한 방식으로, 현 길이가 길더라도 영각을 0 도에 가깝게 하는 것에 의해 저항을 감소시키는 것이 가능하지만, 토크가 감소된다. 따라서, 도 5에 도시된 바와 같이, 전면(1D)이 회전 방향으로부터 약 5 도만큼 경사져 있어서 후연부(1G)가 배면(1E) 측에 배열될 때, 회전에 따른 코안다 효과에 의한 현 방향으로의 통과 유동으로 인한 반작용과 수풍으로 인한 회전을 원활하게 하는 것이 또한 가능하다.

[0028] 도 6은 도 1의 B-B 선을 따라 취득된 단면도이다. 전연부(1F)의 최대 두께는 현 길이의 20 % 플러스 또는 마이너스 2 %이다. 이 두께는 도 8에 도시된 블레이드 루트(1A)의 두께와 비교하면 약 4 분의 1이다. 따라서, 회전할 때의 저항이 낮다.

[0029] 도 7은 도 1의 C-C 선을 따라 취득된 단면도이다. 전연부(1F)의 최대 두께는 현 길이의 38 % 플러스 또는 마이너스 2 %이다.

따라서, 영각이 0 도이더라도, 회전에 따른 코안다 효과에 의한 현 방향으로의 통과 유동으로 인한 반작용과 수풍으로 인한 회전을 원활하게 하는 것이 가능하다.

[0030] 도 8은 도 1의 D-D 선을 따라 취득된 단면도이다. 블레이드 루트(1A)의 전연부(1F)의 최대 두께는 도면에 도시된 바와 같이 현 길이의 75 % 플러스 또는 마이너스 2 %이다. 전면(1D)이 경사져 있어서 후연부가 전면(1D)의 전방 부분에 비해 배면(1E)에 배열된다.

[0031] 블레이드 루트(1A)의 현 길이가 클 때, 블레이드 루트(1A)의 전면(1D)과 회전 방향 사이의 교차 각도가 작다. 블레이드 루트(1A)의 전면(1D)과 회전 방향 사이의 이 교차 각도는 45 도인 것이 바람직하다. 교차 각도가 45 도 미만일 때, 기류에 의해 블레이드(1)를 회전 방향으로 푸시하기 위한 힘이 감소되고, 토크가 감소된다.

[0032] 도 5 내지 도 8에서, 현 길이에 대한 전연부(1F)의 최대 두께의 비율이 클수록, 회전할 때 발생하는 코안다 효과에 의한 유속이 빨라진다.

그에 따라, 코안다 효과에 의해 전면(1D)을 통과하는 유속은 블레이드 단부 부분(1H)에서보다 블레이드 루트(1A)에서 더 빠르다.

[0033] 도 1에서, 일반적으로, 주속은 블레이드 루트(1A)에서보다 블레이드 단부 부분(1H)에서 더 빠르다. 따라서, 코안다 효과로 인해 최대 현 길이부(1B)의 내주면을 고속으로 통과하는 기류는 공기 밀도가 낮기 때문에, 기류는 기압이 낮고 주변들로부터 대기압의 기류들을 유입시킨다.

[0034] 도 5 내지 도 8에서, 전연부(1F)의 최대 두께가 두꺼울수록, 코안다 효과에 의해 전면(1D)을 통과하는 기류의 유속이 빨라진다. 따라서, 유속에 비례하여 유량이 증가되고, 반작용으로 인해 블레이드(1)의 토크가 증가된다.

[0035] 더욱이, 고속 유동은 주변들보다 기압이 더 낮기 때문에, 도 5 내지 도 8에서 전면(1D)의 전방측으로부터 현의 폭 중앙선(S) 뒤쪽의 후방 부분으로 후연부(1G)의 방향으로 대기압에서의 기류들이 유입되고, 회전 효율이 증가된다.

[0036] 동시에, 도 2에 도시된 바와 같이, 전면(1D)은 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)로 배면(1E)의 방향으로 경사져 있기 때문에, 전면(1D) 상에서 원심 방향으로 유동하는 기류는 블레이드 루트(1A)로부터 선단부(1H)의 방향으로 이동하고, 경사부(1C)에 부딪치고, 도 3의 화살표 B 방향으로 통과하고, 반작용으로 인해 블레이드(1)를 회전 방향으로 푸시하며, 토크를 증가시킨다.

[0037] 도 14는 블레이드들(1)이 허브(3)에 고정되는 로터(2)의 정면 입면도이다. 블레이드들(1)은 개개의 최대 현 길이부들(1B)에서의 각각의 영각이 0 도로 설정되도록 허브(3)에 고정된다.

종래에는, 블레이드 단부 부분(1H)을 향해 영각이 증가되도록 블레이드가 비틀리기 때문에, 고속으로 회전할 때 허브(3)에 가까운 블레이드 루트(1A)에서 캐비테이션(cavitation)이 발생한다.

[0038] 본 발명에서는, 도 2에 도시된 바와 같이 측면도에서 비틀림이 보이지 않지만, 전면(1D)은 블레이드 루트(1A)에 비해 블레이드 단부 부분(1H)을 얇게 하는 것에 의해 도면 상에서 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)로 약 2 도만큼 배면(1E)의 방향으로 점진적으로 경사져 있다. 따라서, 기류는 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)의 방향으로 용이하게 이동한다.

[0039] 더욱이, 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 블레이드 단부 부분이 블레이드 루트(1A)에 비해 얇기 때문에, 후연부(1G)는 블레이드 루트(1A)에서의 배면(1E)측에 위치된다. 후연부(1G)의 위치가 최대 현 길이부(1B)에 가까워질수록, 후연부(1G)의 위치는 전면(1D)의 방향으로 더 많이 시프트된다.

[0040] 다시 말해, 전면(1D) 상의 현의 폭 중앙선(S) 앞쪽의 전방 부분이 블레이드 루트(1A)로부터 선단부(1H) 측으로 배면(1E)의 방향으로 경사져 있고, 현의 폭 중앙선(S) 뒤쪽의 후방 부분은 블레이드 루트(1A)로부터 선단부(1H) 측으로 전면(1D)의 방향으로 점진적으로 시프트된다.

[0041] 따라서, 현 상의 후연부(1G)에 가까운 부분에서, 회전할 때 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)의 방향으로 이동하는 기류가 최대 현 길이부(1B)에 가까워질수록, 기류가 전면의 방향으로 더 많이 시프트된다.

[0042] 그 결과, 블레이드(1)의 전면(1D)에 부딪치는 기류가 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)에 가까워질수록, 기류는 풍압이 더 많이 증가된다. 경사부(1C)는 강한 풍력에 의해 가압되고, 레버리지의 원리에 의해 우수한 효율을 가진 회전 토크가 획득될 수 있다.

[0043] 도 15에는, 전체의 전면(1D)의 경사와 경사부(1C)에 의한 기류들의 각각의 변화 사이의 관계가 설명되어 있다. 도 15에서, 화살표들 W1, W2, W3에 의해 도시된 각각의 기류는 좌측으로부터 개개의 포인트들 a, b, e에 동시에 도달한다.

[0044] 그 다음에, 화살표 W2에 의해 도시된 기류가 포인트 b로부터 포인트 d에 도달하는 시간은 화살표 W1에 의해 도시된 기류가 포인트 a로부터 포인트 d에 도달하는 시간과 동일하다. 그에 따라, 기류 W1이 포인트 a로부터 포인트 d에 도달하는 속력은 기류 W2가 포인트 b로부터 포인트 d에 도달하는 속력보다 더 빠르고, 속력 차이에 따라 기압이 감소된다.

[0045] 화살표 W2에 의해 도시된 기류가 포인트 b로부터 포인트 d에 도달하는 시간은 화살표 W3에 의해 도시된 기류가 포인트 e로부터 포인트 f에 도달하는 시간과 동일하다. 화살표 W2에 의해 도시된 기류가 포인트 c로부터 포인트 d에 도달하는 시간은 화살표 W3에 의해 도시된 기류가 포인트 f로부터 포인트 d에 도달하는 시간과 동일하다. 그에 따라, 포인트들 f와 d 사이의 기류는 고속으로 되고 저압으로 된다.

[0046] 이에 따라, 블레이드(1)의 전면(1D)이 최대 현 길이부(1B)를 향해 배면(1E)의 방향으로 경사진 결과, 포인트들 f 내지 d 사이에서 고속 유동이 발생하고, 저압의 기류들이 최대 현 길이부(1B)에 집중한다는 것을 이해하는 것이 가능하다.

[0047] 저기압이 발생할 때, 대기압의 기류들이 주변들로부터 밀려오고 도 2에 도시된 화살표 C 방향으로 그리고 도 3에 도시된 화살표 B 방향으로 고속으로 통과하고, 블레이드(1)의 고속 회전은 반작용으로 인해 고효율로 가속된다.

[0048] 이러한 방식으로, 본 발명의 블레이드는, 최대 현 길이가 블레이드 루트(1A)의 현 길이의 300 % 플러스 또는 마이너스 10 %이도록 하고, 블레이드 단부 부분(1H)의 두께가 측면도에서 블레이드 루트(1A)의 두께의 약 3 분의 1이도록 하고, 전면(1D)이 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)로 배면(1E)의 방향으로 경사져 있도록 하며, 현의 폭 중앙선(S) 뒤쪽의 후방 부분에서의 후연부(1G)가 블레이드 루트(1A)로부터 최대 현 길이부(1B)로 전면(1D)의 방향으로 점진적으로 시프트되도록 하는 고유한 구조체를 갖는다. 이들 특징들의 총 효율은 고효율로 회전 효과를 가속시킨다.

[0049] 블레이드(1)는, 큰 현 길이, 큰 수풍 면적, 및 블레이드 루트(1A)의 두께보다 더 작은 두께를 갖는 최대 현 길이부(1B)를 포함하고, 블레이드(1)는 높은 회전 효율을 갖는다. 그에 따라, 블레이드(1)는 풍력 발전 시스템에 적용될 수 있고 높은 발전 효율이 획득될 수 있다.

[0050] 1 로터 블레이드
1A 블레이드 루트
1B 최대 현 길이부
1C 경사부
1D 전면
1E 배면
1F 전연부
1G 후연부
1H 선단부
2 로터
3 허브
4 로터 축
A 경사부의 경사 방향
B, C 경사부 상의 기류의 진로
S 현의 폭 중앙선
W1, W2, W3 바람의 유동

Claims

블레이드 루트(blade root)로부터 블레이드 단부 부분의 베이스 부분(base portion)인 최대 현 길이부(chord length portion)로 점진적으로 증가되는 현 길이를 갖는 리프트 타입(lift type) 로터 블레이드로서,
회전 방향을 향하고 상기 블레이드 루트로부터 상기 블레이드 단부 부분의 팁(tip) 부분까지 연장되는 전연부(leading edge) ― 상기 로터 블레이드의 측면에서 볼 때, 상기 전연부는 상기 블레이드 루트에서 가장 크고 상기 블레이드 루트로부터 상기 팁 부분으로 점진적으로 그리고 연속적으로 감소하는 두께를 가짐 ― ;
전면(front surface)과 후면(back surface) 사이의 간격이 상기 로터 블레이드의 측면에서 볼 때 상기 블레이드 루트로부터 상기 최대 현 길이부까지 연속적으로 감소되도록 상기 블레이드 루트로부터 상기 최대 현 길이부로 상기 후면의 방향으로 점진적으로 경사진 전면; 및
상기 최대 현 길이부로부터 전면 방향으로 경사진 상기 블레이드 단부 부분으로 형성된 경사부를 포함하고,
측면도에서 상기 블레이드 루트로부터 상기 최대 현 길이부까지 상기 전면 및 상기 후면 사이의 간격의 연속적인 감소에 따라 상기 후면은 상기 블레이드 루트로부터 상기 최대 현 길이부까지 상기 전면을 향하는 방향으로 점진적으로 경사지고,
상기 전면은 상기 전연부로부터 상기 로터 블레이드의 후연부(trailing edge)까지 연장되며, 상기 후연부는 회전 방향으로 상기 전연부 뒤에 위치되고, 상기 전연부로부터 상기 후연부까지 상기 전면이 상기 후면을 향해 기울어지고 상기 블레이드 루트로부터 상기 최대 현 길이부까지 회전 방향에 대한 상기 전면의 배향 방향의 교차 각도가 점진적으로 감소하도록, 상기 전면은 상기 블레이드 루트에서 회전 방향에 대해 사선 방향(oblique direction)으로 배향되고,
로터의 허브(hub)에 고정된 상기 리프트 타입 로터 블레이드가 회전할 때, 기류는, 상기 블레이드 루트로부터, 기압이 감소되는 상기 최대 현 길이부로 지향되는,
리프트 타입 로터 블레이드.
제1 항에 있어서,
회전 방향에 대한 상기 전면의 배향 방향의 교차 각도는 상기 블레이드 루트에서 45도이고 상기 최대 현 길이부에서 5도인,
리프트 타입 로터 블레이드.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 최대 현 길이부의 현 길이는 상기 블레이드 루트의 현 길이의 300 % 플러스 또는 마이너스 10 %이고, 상기 경사부는 상기 최대 현 길이부의 전면으로부터 상기 전면의 방향으로 경사지고, 로터의 허브에 고정된 상기 리프트 타입 로터 블레이드가 회전할 때, 기류는 코안다 효과(Coanda effect)에 의한 상기 전면 상의 고속 유동들 간의 차이로 인해 상기 블레이드 루트에 모이고 상기 경사부로 자연적으로 지향되는
리프트 타입 로터 블레이드.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 리프트 타입 블레이드는 로터의 허브에 0도의 영각(attack angle)으로 고정되는,
리프트 타입 로터 블레이드.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 최대 현 길이부의 현 길이는 상기 리프트 타입 로터 블레이드의 회전 반경의 40 내지 50 %의 범위 내에 있고, 상기 전면 상의 상기 블레이드 루트의 현 길이는 상기 최대 현 길이부의 현 길이의 30 내지 35 %의 범위 내에 있고, 상기 블레이드 루트의 측면(side surface)의 최대 두께는 상기 블레이드 루트의 현 길이의 73 내지 77 %의 범위 내에 있으며, 상기 블레이드 단부 부분의 두께는 상기 블레이드 루트의 두께의 30 내지 35 %의 범위 내에 있는,
리프트 타입 로터 블레이드.