KR20130025477A - Turbine blade and wind power generator with the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A turbine blade and a power generator with the same are provided to simplify entire system configuration and to reduce manufacturing cost and construction cost as a gear box for accelerating the rotation of the turbine blade is not necessary. CONSTITUTION: A turbine blade comprises a base part, a tip, a leading edge, and a tailing edge. The tip is farthest away from the base part. The leading edge and the tail edge connect the base part and the top. The turbine blade has a maximum code on a virtual reference line for connecting the base part and the tip at the 0.6-0.7 times of the reference line in a direction heading from the base part to the tip. The curvature of the tailing edge is larger than the leading edge thereof.

Description

터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력 발전기 {TURBINE BLADE AND WIND POWER GENERATOR WITH THE SAME}TURBINE BLADE AND WIND POWER GENERATOR WITH THE SAME}

본 발명은 터빈 블레이드 및 이를 구비한 풍력 발전기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터빈 블레이드의 형상과, 터빈 블레이드의 피치각과 코닝각을 조절하는 장치 구조에 관한 것이다.The present invention relates to a turbine blade and a wind generator having the same, and more particularly, to an apparatus structure for adjusting the shape of the turbine blade and the pitch angle and the corning angle of the turbine blade.

풍력 에너지는 태양광 에너지와 함께 가장 주목받고 있는 신재생 에너지이다. 풍력 발전기는 회전축이 지면과 평행한 수평축 풍력터빈(HAWT) 방식과, 회전축이 지면과 수직한 수직축 풍력터빈(VAWT) 방식으로 분류된다.Wind energy, along with solar energy, is the new renewable energy that attracts the most attention. Wind generators are classified into a horizontal axis wind turbine (HAWT) system in which the rotating shaft is parallel to the ground, and a vertical axis wind turbine (VAWT) system in which the rotating shaft is perpendicular to the ground.

이 가운데 수평축 풍력터빈(HAWT) 방식은 소형에서 대형에 이르기까지 다양한 제품들이 개발되고 있는데, 통상 블레이드 단부의 속도 제한으로 인해 블레이드의 회전수가 상대적으로 낮아 블레이드 회전을 다시 고속으로 증속하는 기어 박스가 필요하다. 따라서 구조가 복잡하고, 대형 발전기의 경우 막대한 건설비용이 소요되며, 소음 발생, 레이더 신호 방해, 조류의 충돌과 같은 환경문제 등이 개선점으로 지적되고 있다.Among them, the horizontal axis wind turbine (HAWT) method is being developed in a variety of products ranging from small to large, usually due to the speed limitation of the blade end, the blade rotation speed is relatively low, a gear box is required to increase the blade rotation again at high speed. Do. Therefore, the structure is complicated, and large generators cost enormous construction costs, and environmental problems such as noise generation, radar signal interference, and bird collision are pointed out as improvements.

본 발명은 작은 풍속에서 고속으로 회전하고, 구조를 간소화하며, 바람의 방향과 세기의 변화가 큰 조건에서도 안정적인 회전력을 구현할 수 있는 블레이드 및 이를 구비한 풍력 발전기를 제공하고자 한다.The present invention is to provide a blade and a wind generator having the same to rotate at high speed at a small wind speed, to simplify the structure, and to implement a stable rotational force even under a large change in direction and strength of the wind.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기저부와, 기저부와 가장 멀리 이격된 팁과, 기저부와 팁을 연결하는 전연부와 후연부를 포함하는 터빈 블레이드에 있어서, 기저부와 팁을 연결하는 가상의 기준선 상에서 기저부로부터 팁을 향해 기준선 길이의 0.6배 내지 0.7배 이격된 위치에서 최대 코드를 가지며, 3에서 5 사이의 종횡비를 가지는 터빈 블레이드를 제공한다.According to an embodiment of the present invention, in a turbine blade comprising a base, a tip spaced farthest from the base, and a leading edge and a trailing edge connecting the base and the tip, the base portion is formed on an imaginary reference line connecting the base and the tip. To a tip with a maximum cord at positions spaced 0.6 to 0.7 times the baseline length and having an aspect ratio between 3 and 5.

팁과 전연부 및 후연부는 각각의 곡률을 가지며, 후연부의 곡률이 전연부의 률보다 크게 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기는 전술한 터빈 블레이드와, 터빈 블레이드의 피치각을 조절하는 피치각 제어부와, 터빈 블레이드의 코닝각을 조절하는 코닝각 제어부를 포함한다.The tip, the leading edge, and the trailing edge have respective curvatures, and the curvature of the trailing edge may be greater than that of the leading edge. The wind generator according to the embodiment of the present invention includes the above-described turbine blade, a pitch angle controller for adjusting the pitch angle of the turbine blade, and a corning angle controller for adjusting the corning angle of the turbine blade.

터빈 블레이드는 회전축을 통해 허브 상에 설치될 수 있다. 피치각 제어부는 터빈 블레이드와 이격되어 허브의 일측에 설치되는 회전체와, 터빈 블레이드의 기저부 일측 단부와 회전체 상의 일 지점을 연결하는 링크 부재를 포함하고, 링크 부재는 기저부의 일측 단부에 결합되는 제1 볼 링크와, 회전체 상의 일 지점에 결합되는 제2 볼 링크와, 제1 볼 링크와 제2 볼 링크를 연결하는 연결축을 포함할 수 있다. The turbine blade can be installed on the hub via the axis of rotation. The pitch angle control unit includes a rotating body spaced apart from the turbine blade and installed on one side of the hub, and a link member connecting one end portion of the base portion of the turbine blade to a point on the rotating body, and the link member is coupled to one end portion of the base portion. It may include a first ball link, a second ball link coupled to a point on the rotating body, and a connecting shaft connecting the first ball link and the second ball link.

회전체는 고정 피치각 구현시 허브와 같은 속도로 회전하고, 피치각 조절시 자체 회전하여 허브와의 상대 위치가 변할 수 있다.The rotating body rotates at the same speed as the hub when implementing a fixed pitch angle, and rotates itself when adjusting the pitch angle, thereby changing the relative position with the hub.

터빈 블레이드는 회전축을 통해 허브 상에 설치될 수 있다. 코닝각 제어부는 허브의 외측에서 회전축에 결합되는 제3 볼 링크와, 허브의 내측에서 제3 볼 링크와 거리를 두고 허브에 결합되는 제4 볼 링크와, 제4 볼 링크에 결합되어 제4 볼 링크를 이동시키는 회전 기어를 포함할 수 있다.The turbine blade can be installed on the hub via the axis of rotation. The Corning angle control unit includes a third ball link coupled to the rotational shaft outside the hub, a fourth ball link coupled to the hub at a distance from the third ball link inside the hub, and a fourth ball link coupled to the fourth ball link. It may include a rotary gear for moving the link.

허브의 내주면 일부와 회전 기어의 외주면에 나사산이 형성되어 회전 기어가 허브에 나사 결합될 수 있다. 코닝각 제어부는 터빈 블레이드의 코닝각을 0° 내지 5° 범위로 설정하여 터빈 블레이드의 회전을 정지시킬 수 있다.Threads are formed on a portion of the inner circumferential surface of the hub and the outer circumferential surface of the rotating gear so that the rotating gear can be screwed to the hub. The corning angle control unit may stop the rotation of the turbine blade by setting the corning angle of the turbine blade in the range of 0 ° to 5 °.

본 실시예의 터빈 블레이드는 작은 풍속 조건에서도 1000rpm 이상의 높은 회전 속도를 구현할 수 있으며, 바람의 방향과 세기 변화가 큰 지표풍 조건에서도 안정적인 회전력을 제공할 수 있다. 본 실시예의 풍력 발전기는 터빈 블레이드의 회전을 고속으로 증속하는 기어 박스가 불필요하므로, 전체 시스템 구성을 간소화하고, 제조 비용 및 건설 비용을 낮출 수 있다.The turbine blade of the present embodiment can implement a high rotational speed of 1000rpm or more even at a low wind speed condition, and can provide a stable rotational force even in a surface wind condition where the wind direction and intensity change are large. The wind generator of the present embodiment does not require a gear box to increase the rotation of the turbine blade at high speed, thereby simplifying the overall system configuration, and lowering the manufacturing cost and the construction cost.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 풍력 발전기 중 터빈 블레이드의 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시한 풍력 발전기 중 피치각 제어부를 나타낸 개략도이다.
도 4는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 코닝각 제어부를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 실시예에 따른 터빈 블레이드의 회전 속도 변화를 측정하여 나타낸 실험 그래프이다.1 is a perspective view of a wind generator according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an enlarged view of a turbine blade of the wind generator shown in FIG. 1.
3 is a schematic view showing a pitch angle control unit of the wind power generator shown in FIG.
4 is a schematic view showing a Corning angle control unit of the wind power generator shown in FIG.
5 is an experimental graph illustrating a change in rotation speed of a turbine blade according to the present embodiment.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력 발전기의 사시도이다.1 is a perspective view of a wind generator according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 풍력 발전기(100)는 지면에 수직하게 세워지는 타워(10), 타워(10)의 상단에 설치되며 발전부(도시하지 않음)를 내장하는 나셀(20), 나셀(20)의 전방에 결합되는 허브(30), 허브(30)의 외주면에 원주 방향을 따라 등간격으로 설치되는 복수의 터빈 블레이드(40)를 포함한다.Referring to Figure 1, the wind generator 100 according to the present embodiment is installed on the top of the tower 10, the tower 10 is perpendicular to the ground and the nacelle 20 built-in power generation unit (not shown) ), The hub 30 is coupled to the front of the nacelle 20, a plurality of turbine blades 40 are installed at equal intervals along the circumferential direction on the outer peripheral surface of the hub (30).

발전부는 바람에 의한 터빈 블레이드(40)와 허브(30)의 회전을 동력원으로 하여 전기를 생산한다.The power generation unit generates electricity using the rotation of the turbine blades 40 and the hub 30 caused by wind as a power source.

또한, 풍력 발전기(100)는 각각의 터빈 블레이드(40)와 결합되어 터빈 블레이드(40)의 피치각(pitch angle)을 조절하는 피치각 제어부(50)와, 터빈 블레이드(40)의 코닝각(coning angle)을 조절하는 코닝각 제어부(도시하지 않음)를 포함한다. 풍력 발전기(100)는 바람의 방향을 감지하는 풍향계(71)와, 바람의 속도를 감지하는 풍속계(72)를 더 포함할 수 있다.In addition, the wind generator 100 is coupled to each turbine blade 40, the pitch angle control unit 50 for adjusting the pitch angle (pitch angle) of the turbine blade 40, and the Corning angle of the turbine blade 40 ( and a corning angle controller (not shown) for adjusting the coning angle. The wind generator 100 may further include a wind vane 71 for detecting a wind direction and an anemometer 72 for detecting a wind speed.

본 실시예의 터빈 블레이드(40)는 다음에 설명하는 형상적인 특성에 의해 작은 풍속에서 고속으로 회전하며, 바람의 방향과 세기 변화가 큰 조건에서도 안정적인 회전력을 구현할 수 있다.The turbine blade 40 of the present embodiment rotates at a high speed at a small wind speed due to the shape characteristics described below, and can realize a stable rotational force even under a large change in direction and strength of the wind.

도 2는 도 1에 도시한 풍력 발전기 중 터빈 블레이드의 확대도이다.FIG. 2 is an enlarged view of a turbine blade of the wind generator shown in FIG. 1.

도 2를 참고하면, 본 실시예의 터빈 블레이드(40)는 허브에 결합되는 기저부(41)와, 기저부(41)에서 가장 멀리 이격된 팁(tip)(42)과, 각기 다른 경로로 기저부(41)와 팁(42)을 연결하는 전연부(leading edge)(43) 및 후연부(tailing edge)(44)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the turbine blade 40 of the present embodiment includes a base 41 coupled to a hub, a tip 42 spaced farthest from the base 41, and a base 41 in different paths. ) And a leading edge 43 and tailing edge 44 connecting the tip 42.

기저부(41)는 '뿌리부' 또는 '루트부'로도 표현할 수 있고, 전연부(43)와 후연부(44)는 각각 '앞전'과 '뒷전'으로도 표현할 수 있다. 기저부(41), 전연부(43), 팁(42), 및 후연부(44) 모두 터빈 블레이드(40)의 가장자리를 따라 위치한다.The base portion 41 may be expressed as a 'root portion' or 'root portion', and the leading edge portion 43 and the trailing edge portion 44 may also be expressed as 'front edge' and 'back edge', respectively. The base 41, the leading edge 43, the tip 42, and the trailing edge 44 are all located along the edge of the turbine blade 40.

또한, 터빈 블레이드(40)는 앞면(45)과 뒷면(46)(도 3 참조)을 포함하는데, 풍력 발전기(100)에 설치될 때 터빈 블레이드(40)의 앞면(45)은 바람이 불어오는 방향을 향해 위치하고, 터빈 블레이드(40)의 뒷면(46)은 바람을 등지고 위치한다.The turbine blade 40 also includes a front 45 and a back 46 (see FIG. 3), which, when installed in the wind generator 100, has a front surface 45 of the turbine blade 40 that is winded. Located in the direction, the rear face 46 of the turbine blade 40 is positioned against the wind.

기저부(41)는 직선의 형태를 가지며, 팁(42)은 소정의 곡률로 굽은 둥근 형태를 가진다. 그리고 전연부(43)와 후연부(44) 또한 소정의 곡률을 가지는데, 전연부(43)의 곡률은 후연부(44)의 곡률보다 작게 형성된다. 즉, 후연부(44)가 전연부(43)보다 큰 곡률로 형성되어 전연부(43)보다 둥근 형태를 취한다.The base portion 41 has a straight shape, and the tip 42 has a rounded shape bent at a predetermined curvature. And the leading edge 43 and the trailing edge 44 also has a predetermined curvature, the curvature of the leading edge 43 is formed smaller than the curvature of the trailing edge 44. That is, the trailing edge portion 44 is formed with a curvature larger than that of the leading edge portion 43 to take a round shape than the leading edge portion 43.

이로써 터빈 블레이드(40) 상에 기저부(41)와 팁(42)을 연결하는 가상의 기준선(CL)을 그리면, 기준선(CL)과 후연부(44) 사이의 터빈 블레이드(40) 면적은 기준선(CL)과 전연부(43) 사이의 터빈 블레이드(40) 면적보다 크다.As a result, when the virtual reference line CL is connected to the base 41 and the tip 42 on the turbine blade 40, the area of the turbine blade 40 between the reference line CL and the trailing edge 44 is determined by the reference line ( Larger than the turbine blade 40 area between CL) and leading edge 43.

터빈 블레이드(40)는 기준선(CL)의 길이를 1로 가정할 때 기저부(41)로부터 팁(42)을 향해 기준선(CL) 길이의 0.6배 내지 0.7배 떨어진 위치에서 최대 코드를 가진다. 코드는 전연부(43)와 후연부(44) 사이의 거리를 나타내며, 최대 코드는 터빈 블레이드(40)의 최대 폭을 의미한다. 도 2에서 최대 코드를 'MC'로 표시하였다.The turbine blade 40 has a maximum cord at a position 0.6 to 0.7 times the length of the baseline CL toward the tip 42 from the base 41 when the length of the baseline CL is assumed to be 1. The cord represents the distance between the leading edge 43 and the trailing edge 44, and the maximum cord means the maximum width of the turbine blade 40. In FIG. 2, the maximum code is indicated as 'MC'.

그리고 터빈 블레이드(40)는 3에서 5 사이의 종횡비(aspect ratio)를 가진다. 종횡비는 터빈 블레이드(40)의 최대 코드에 대한 최대 길이의 비 값으로 정의된다. 이때 터빈 블레이드(40)의 최대 길이는 기준선(CL)의 길이와 동일하다. 전술한 터빈 블레이드(40)는 소정의 두께를 가지며, 휘어진 모양으로 형성된다.And the turbine blade 40 has an aspect ratio between 3 and 5. The aspect ratio is defined as the ratio of the maximum length to the maximum cord of the turbine blade 40. At this time, the maximum length of the turbine blade 40 is equal to the length of the reference line CL. The above-described turbine blade 40 has a predetermined thickness and is formed in a curved shape.

전술한 형상의 터빈 블레이드(40)는 일반적인 터빈 블레이드보다 작은 3 내지 5의 종횡비를 가지며, 기준선(CL) 길이의 0.6배 내지 0.7배 위치에서 최대 코드를 가진다. 이 경우 터빈 블레이드 주위에 보다 강한 전연부 소용돌이(leading edge vortex)가 발생하여 높은 양력(lifting force)이 생긴다. 따라서 본 실시예의 터빈 블레이드(40)는 일반적인 터빈 블레이드보다 회전 효율이 우수하여 작은 풍속 조건에서도 고속(대략 1,000rpm 영역)으로 회전할 수 있다.The turbine blade 40 of the above-described shape has an aspect ratio of 3 to 5 smaller than a general turbine blade, and has a maximum cord at a position of 0.6 to 0.7 times the length of the baseline CL. In this case a stronger leading edge vortex occurs around the turbine blades, resulting in a higher lifting force. Therefore, the turbine blade 40 of the present embodiment is excellent in rotation efficiency than the general turbine blade can rotate at a high speed (about 1,000rpm region) even in a small wind speed condition.

또한, 전술한 터빈 블레이드(40)는 피치각과 코닝각을 조절할 수 있다. 이 경우 터빈 블레이드(40)의 형상적인 특성에 의한 회전 효율 향상과 더불어 피치각과 코닝각 조절이 가능함에 따라 매우 안정적인 동적 거동을 구현할 수 있다. In addition, the above-described turbine blade 40 can adjust the pitch angle and the Corning angle. In this case, the pitch angle and the Corning angle can be adjusted as well as the rotational efficiency is improved by the geometrical characteristics of the turbine blade 40, thereby achieving a very stable dynamic behavior.

즉, 전술한 터빈 블레이드(40)에서 피치각을 변화시키면 터빈 블레이드(40)의 단면 압력 중심점(center of pressure)과 무게 중심점(center of mass)이 조절되어 평형 받음각(equilibrium angle of attack) 조건이 형성됨에 따라 안정적인 거동을 할 수 있다. 만약 외부 교란에 의해 받음각이 평형 받음각보다 커지면 압력 중심점이 후연부(44) 쪽으로 이동하여 받음각을 감소시키고, 받음각이 평형 받음각보다 작아지면 압력 중심점이 전연부(43) 쪽으로 이동하여 받음각을 증가시킬 수 있다.That is, when the pitch angle is changed in the above-described turbine blade 40, the center of pressure and the center of mass of the turbine blade 40 are adjusted, so that the equilibrium angle of attack condition is achieved. As it is formed, stable behavior can be achieved. If the angle of attack is greater than the equilibrium angle of attack by external disturbance, the pressure center point moves toward the trailing edge 44 to reduce the angle of attack. have.

이와 유사하게 코닝각은 터빈 블레이드(40)에 작용하는 두 모멘트, 즉 원심력과 공기력(aerodynamic force)의 균형을 맞추는 기능을 한다. 그 결과, 본 실시예의 터빈 블레이드(40)는 바람의 방향과 세기 변화가 큰 지표풍 조건에서도 안정적인 회전력을 제공할 수 있다.Similarly, the Corning angle functions to balance the two moments acting on the turbine blade 40, namely centrifugal and aerodynamic forces. As a result, the turbine blade 40 of the present embodiment can provide a stable rotational force even in a surface wind condition where the wind direction and intensity change are large.

도 3은 도 1에 도시한 풍력 발전기 중 피치각 제어부를 나타낸 개략도이다.3 is a schematic view showing a pitch angle control unit of the wind power generator shown in FIG.

도 1과 도 3을 참고하면, 터빈 블레이드(40)의 기저부(41)는 회전축(49)에 결합되어 허브(30) 상에 회전 가능하게 설치된다.1 and 3, the base portion 41 of the turbine blade 40 is coupled to the rotation shaft 49 and rotatably installed on the hub 30.

피치각 제어부(50)는 터빈 블레이드(40)와 이격되어 허브(30)의 일측에 설치되는 회전체(51)와, 기저부(41)의 일측 단부와 회전체(51) 상의 한 지점을 연결하는 링크 부재(52)를 포함한다. 링크 부재(52)는 기저부(41)의 일측 단부에 결합되는 제1 볼 링크(53)와, 회전체(51) 상의 한 지점에 결합되는 제2 볼 링크(54)와, 제1 볼 링크(53)와 제2 볼 링크(54)를 연결하는 연결축(55)을 포함한다.The pitch angle control unit 50 is spaced apart from the turbine blade 40 and connects the rotating body 51 installed on one side of the hub 30, one end of the base portion 41 and one point on the rotating body 51. A link member 52. The link member 52 includes a first ball link 53 coupled to one end of the base portion 41, a second ball link 54 coupled to a point on the rotating body 51, and a first ball link ( 53 and a connecting shaft 55 for connecting the second ball link 54.

제1 볼 링크(53)는 터빈 블레이드(40)의 기저부(41)에 직접 설치되지 않고 기저부(41)에 고정된 지지체(48)에 설치될 수 있다. 지지체(48)는 회전축(49)과 기저부(41) 사이에 위치하여 터빈 블레이드(40)의 기저부(41)를 지지하는 역할을 한다. 도 4에서는 제1 볼 링크(53)가 지지체(48)에 결합된 경우를 예로 들어 도시하였다.The first ball link 53 may be installed on the support 48 fixed to the base 41 rather than directly on the base 41 of the turbine blade 40. The support 48 is positioned between the rotation shaft 49 and the base 41 to support the base 41 of the turbine blade 40. In FIG. 4, a case in which the first ball link 53 is coupled to the support 48 is illustrated as an example.

회전체(51)는 고정 피치각을 구현할 때 허브(30)와 같은 속도로 회전하며, 피치각 조절이 필요할 때 자체 회전하여 허브(30)와의 상대 위치가 변한다. 즉, 도 4의 왼쪽 도면에서 링크 부재(52)는 허브(30)의 길이 방향과 거의 나란하게 위치하며, 터빈 블레이드(40)는 대략 0°의 피치각을 나타낸다.The rotating body 51 rotates at the same speed as the hub 30 when implementing the fixed pitch angle, and rotates itself when the pitch angle adjustment is required, thereby changing the relative position with the hub 30. That is, in the left view of FIG. 4, the link member 52 is positioned almost parallel to the longitudinal direction of the hub 30, and the turbine blade 40 exhibits a pitch angle of approximately 0 °.

도 3의 오른쪽 도면에서 회전체(51)의 회전으로 인해 회전체(51)에 고정된 링크 부재(52)의 단부 위치가 변하면, 링크 부재(52)에 의해 기저부(41)의 일측이 당겨져 터빈 블레이드(40)의 회전축(49)이 회전한다. 이로써 링크 부재(52)는 허브(30)의 길이 방향에 대해 경사각을 가지게 되며, 터빈 블레이드(40)는 대략 45°의 피치각(α)을 나타낸다.When the end position of the link member 52 fixed to the rotor 51 is changed due to the rotation of the rotor 51 in the right view of FIG. 3, one side of the base portion 41 is pulled by the link member 52 to make the turbine. The rotating shaft 49 of the blade 40 rotates. As a result, the link member 52 has an inclination angle with respect to the longitudinal direction of the hub 30, and the turbine blade 40 exhibits a pitch angle α of approximately 45 °.

피치각 제어부(50)는 회전체(51)의 위치 설정에 따라 터빈 블레이드(40)의 피치각을 0° 내지 20° 범위에서 자유롭게 조절할 수 있다. 풍력 발전기(100)는 대략 2m/s 내지 10m/s의 풍속 조건에서 터빈 블레이드(40)의 피치각을 20° 이하로 유지할 수 있다.The pitch angle controller 50 may freely adjust the pitch angle of the turbine blade 40 in the range of 0 ° to 20 ° according to the position setting of the rotor 51. The wind generator 100 may maintain the pitch angle of the turbine blade 40 at 20 ° or less at wind speed conditions of approximately 2 m / s to 10 m / s.

도 4는 도 1에 도시한 풍력 발전기의 코닝각 제어부를 나타낸 개략도이다.4 is a schematic view showing a Corning angle control unit of the wind power generator shown in FIG.

도 1과 도 4를 참고하면, 코닝각 제어부(60)는 허브(30)의 외측에서 터빈 블레이드(40)의 회전축(49)에 결합되는 제3 볼 링크(61)와, 허브(30)의 내측에서 제3 볼 링크(61)와 거리를 두고 회전축(49)에 결합되는 제4 볼 링크(62)와, 제4 볼 링크(62)와 결합되어 제4 볼 링크(62)를 이동시키는 회전 기어(63)를 포함한다.1 and 4, the Corning angle control unit 60 may include a third ball link 61 coupled to the rotation shaft 49 of the turbine blade 40 at an outer side of the hub 30, and the hub 30 of the hub 30. The fourth ball link 62 coupled to the rotation shaft 49 at a distance from the third ball link 61 at the inner side, and the rotation coupled to the fourth ball link 62 to move the fourth ball link 62. Gear 63.

제3 볼 링크(61)의 단부는 허브(30)의 외주면에 고정되며, 제4 볼 링크(62)의 이동은 허브(30)의 길이 방향(도 4의 수평 방향)과 나란한 직선 이동을 의미한다.The end of the third ball link 61 is fixed to the outer circumferential surface of the hub 30, the movement of the fourth ball link 62 means a linear movement parallel to the longitudinal direction (horizontal direction of FIG. 4) of the hub 30. do.

허브(30)의 내주면 일부와 회전 기어(63)의 외주면에는 서로 맞물리는 나사산이 형성되어 회전 기어(63)가 허브(30)에 나사 결합된다. 회전 기어(63)는 도시하지 않은 구동 모터의 동력에 의해 회전하며, 회전 방향에 따라 전진 이동과 후진 이동이 이루어진다.A portion of the inner circumferential surface of the hub 30 and an outer circumferential surface of the rotary gear 63 are formed to engage with each other, so that the rotary gear 63 is screwed to the hub 30. The rotary gear 63 rotates by the power of a drive motor (not shown), and a forward movement and a backward movement are made according to the rotation direction.

도 4의 왼쪽 도면에서 허브(30)의 반경 방향(도 4의 수직 방향)을 따라 제4 볼 링크(62)는 제3 볼 링크(61)와 일직선상에 위치한다. 이때 터빈 블레이드(40)는 0°의 코닝각을 나타낸다.In the left view of FIG. 4, the fourth ball link 62 is located in line with the third ball link 61 along the radial direction of the hub 30 (the vertical direction of FIG. 4). The turbine blade 40 then exhibits a Corning angle of 0 °.

도 4의 오른쪽 도면에서 회전 기어(63)의 회전에 의해 제4 볼 링크(62)가 직선 이동을 하면, 회전축(49)과 터빈 블레이드(40)가 기울어지면서 터빈 블레이드(40)의 코닝각(β)이 커진다. 도 4의 오른쪽 도면에서 터빈 블레이드(40)는 대략 20°의 코닝각을 나타낸다.When the fourth ball link 62 is linearly moved by the rotation of the rotary gear 63 in FIG. 4, the corning angle of the turbine blade 40 is tilted while the rotary shaft 49 and the turbine blade 40 are tilted. β) becomes large. In the right view of FIG. 4 the turbine blade 40 exhibits a Corning angle of approximately 20 °.

코닝각 제어부(60)는 회전 기어의 위치 설정에 따라 터빈 블레이드(40)의 코닝각을 0° 내지 25° 범위에서 자유롭게 조절할 수 있다. 풍력 발전기(100)는 대략 2m/s 내지 10m/s의 풍속 조건에서 터빈 블레이드(40)의 코닝각을 25° 이하로 유지한다.The corning angle controller 60 may freely adjust the corning angle of the turbine blade 40 in the range of 0 ° to 25 ° according to the positioning of the rotary gear. The wind generator 100 maintains the Corning angle of the turbine blade 40 at 25 ° or less at wind speed conditions of approximately 2 m / s to 10 m / s.

이와 같이 본 실시예의 풍력 발전기(100)는 피치각 제어부(50)와 코닝각 제어부(60)의 작동에 의해 풍속 조건에 따라 터빈 블레이드(40)의 피치각과 코닝각을 조절할 수 있다. 따라서 터빈 블레이드(40)의 회전수와 회전력을 정밀하게 제어할 수 있으며, 그 결과 터빈 블레이드(40)의 회전 속도를 일정하게 유지시킬 수 있다.As described above, the wind generator 100 according to the present exemplary embodiment may adjust the pitch angle and the corning angle of the turbine blade 40 according to wind speed conditions by the operation of the pitch angle controller 50 and the corning angle controller 60. Therefore, the rotation speed and the rotational force of the turbine blade 40 can be precisely controlled, and as a result, the rotation speed of the turbine blade 40 can be kept constant.

도 5는 본 실시예에 따른 터빈 블레이드의 회전 속도 변화를 측정하여 나타낸 실험 그래프이다. 풍속이 3m/s와 5m/s인 조건에서 터빈 블레이드의 피치각과 코닝각을 변화시키며 터빈 블레이드의 회전 속도 변화를 측정하였다.5 is an experimental graph illustrating a change in rotation speed of a turbine blade according to the present embodiment. The rotational speed of the turbine blades was measured by varying the pitch and corning angles of the turbine blades at wind speeds of 3m / s and 5m / s.

도 5를 참고하면, 두가지 풍속 조건에서 대체적으로 코닝각이 증가할수록 터빈 블레이드의 회전 속도가 증가하다가 일정 각을 지나게 되면 다시 감소하는 경향을 보이며, 피치각이 증가함에 따라 터빈 블레이드의 회전 속도는 작은 비율로 증가하는 것을 확인할 수 있다. 터빈 블레이드의 최고 회전 속도는 풍속이 5m/s일 때 코닝각 15°, 피치각 20° 조건에서 1053rpm으로 나타났다.Referring to FIG. 5, in two wind speed conditions, as the corning angle increases, the rotational speed of the turbine blade increases, and then decreases again after a certain angle. As the pitch angle increases, the rotational speed of the turbine blade decreases. It can be seen that the rate increases. The maximum rotational speed of the turbine blades was 1053 rpm at 15 ° Corning angle and 20 ° pitch when the wind speed was 5m / s.

이와 같이 본 실시예의 터빈 블레이드(40)는 작은 풍속 조건에서도 1000rpm 이상(풍속 세기에 따라 1000 내지 2000rpm)의 높은 회전 속도를 구현할 수 있다. 따라서 본 실시예의 풍력 발전기(100)는 터빈 블레이드(40)의 회전을 고속으로 증속하는 기어 박스가 불필요하므로, 전체 시스템 구성을 간소화하고, 제조 비용 및 건설 비용을 낮출 수 있다.Thus, the turbine blade 40 of the present embodiment can implement a high rotation speed of 1000rpm or more (1000 to 2000rpm depending on the wind speed intensity) even in a small wind speed condition. Therefore, the wind generator 100 of the present embodiment does not require a gear box for increasing the rotation of the turbine blade 40 at high speed, thereby simplifying the overall system configuration, and lowering the manufacturing cost and the construction cost.

또한, 본 실시예의 풍력 발전기(100)는 바람의 방향과 세기 변화가 큰 지표풍 조건에서도 터빈 블레이드(40)의 피치각과 코닝각 조절에 따라 안정적인 회전력을 제공하여 최적의 회전 속도를 구현할 수 있다. 그리고 터빈 블레이드(40)를 소형으로 제작하여도 불리한 점이 없다. 따라서 전력 수요자와 가까운 거리(예를 들어 주택가의 지붕 등)에 설치되는 풍력 에너지 시스템으로 적합하다.In addition, the wind generator 100 according to the present embodiment may implement an optimum rotation speed by providing a stable rotational force in accordance with the pitch angle and the Corning angle of the turbine blade 40 even in a surface wind condition where the wind direction and intensity change are large. And even if the turbine blade 40 is made small, there is no disadvantage. Therefore, it is suitable as a wind energy system installed in close proximity to a power consumer (for example, a roof of a residential area).

다시 도 1을 참고하면, 풍력 발전기(100)는 풍향계(71)와 더불어 풍향계(71)와 연결된 제어부(도시하지 않음)와, 타워(10)의 회전각을 조절하는 각도 조절부(도시하지 않음)를 포함한다. 풍향계(71)에서 측정된 바람의 방향을 따라 각도 조절부가 타워(10)의 회전각을 조절함으로써 터빈 블레이드(40)가 항상 맞바람을 맞도록 할 수 있다.Referring back to FIG. 1, the wind generator 100 includes a wind vane 71 and a control unit (not shown) connected to the wind vane 71 and an angle adjusting unit (not shown) for adjusting a rotation angle of the tower 10. ). By adjusting the angle of rotation of the tower 10 along the direction of the wind measured by the wind vane 71, the turbine blade 40 can always be upwind.

또한, 풍력 발전기(100)는 별도의 정지 시스템 없이 터빈 블레이드(40)의 코닝각을 0° 내지 5° 범위로 조절하여 터빈 블레이드(40)의 회전을 정지시킬 수 있다.In addition, the wind generator 100 may stop the rotation of the turbine blade 40 by adjusting the Corning angle of the turbine blade 40 to 0 ° to 5 ° range without a separate stop system.

한편, 상기에서는 본 실시예의 터빈 블레이드(40)가 풍력 발전기(100)에 적용되는 경우를 예로 들어 설명하였으나, 터빈 블레이드(40)는 선박의 스크류와 함께 축류방식의 유체기계(펌프, 팬, 압축기 등)의 회전차 또는 날개로도 다양하게 활용될 수 있다.On the other hand, in the above described the case where the turbine blade 40 of the present embodiment is applied to the wind generator 100 as an example, the turbine blade 40 is an axial flow fluid machine (pump, fan, compressor with the screw of the vessel) Etc.) may also be used in various ways.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

10: 타워 20: 나셀
30: 허브 40: 터빈 블레이드
41: 기저부 42: 팁
43: 전연부 44: 후연부
45: 앞면 46: 뒷면
49: 회전축 50: 피치각 제어부
51: 회전체 52: 링크 부재
60: 코닝각 제어부 71: 풍향계
72; 풍속계10: Tower 20: Nacelle
30: hub 40: turbine blade
41: Base 42: Tip
43: leading edge 44: trailing edge
45: front 46: back
49: rotation axis 50: pitch angle control unit
51: rotating body 52: link member
60: Corning angle control part 71: Weather vane
72; wind gauge

Claims (8)

기저부와, 상기 기저부와 가장 멀리 이격된 팁과, 상기 기저부와 상기 팁을 연결하는 전연부와 후연부를 포함하는 터빈 블레이드에 있어서,
상기 기저부와 상기 팁을 연결하는 가상의 기준선 상에서 상기 기저부로부터 상기 팁을 향해 상기 기준선 길이의 0.6배 내지 0.7배 이격된 위치에서 최대 코드를 가지며, 3에서 5 사이의 종횡비를 가지는 터빈 블레이드.A turbine blade comprising a base, a tip spaced farthest from the base, and a leading edge and a trailing edge connecting the base and the tip,
A turbine blade having an aspect ratio between 3 and 5, with a maximum cord at a position spaced 0.6 to 0.7 times the baseline length from the base to the tip on an imaginary baseline connecting the base and the tip. 제1항에 있어서,
상기 팁과 상기 전연부 및 상기 후연부는 각각의 곡률을 가지며,
상기 후연부의 곡률이 상기 전연부의 곡률보다 큰 터빈 블레이드.The method of claim 1,
The tip, the leading edge and the trailing edge have respective curvatures,
And a curvature of the trailing edge is greater than the curvature of the leading edge. 제1항 또는 제2항에 따른 터빈 블레이드;
상기 터빈 블레이드의 피치각을 조절하는 피치각 제어부; 및
상기 터빈 블레이드의 코닝각을 조절하는 코닝각 제어부
를 포함하는 풍력 발전기.A turbine blade according to claim 1 or 2;
A pitch angle controller for adjusting a pitch angle of the turbine blades; And
Corning angle control unit for adjusting the corning angle of the turbine blade
Wind generator comprising a. 제3항에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 회전축을 통해 허브 상에 설치되고,
상기 피치각 제어부는 상기 터빈 블레이드와 이격되어 상기 허브의 일측에 설치되는 회전체와, 상기 터빈 블레이드의 기저부 일측 단부와 상기 회전체 상의 일 지점을 연결하는 링크 부재를 포함하고,
상기 링크 부재는 상기 기저부의 일측 단부에 결합되는 제1 볼 링크와, 상기 회전체 상의 일 지점에 결합되는 제2 볼 링크와, 상기 제1 볼 링크와 상기 제2 볼 링크를 연결하는 연결축을 포함하는 풍력 발전기.The method of claim 3,
The turbine blade is installed on the hub through the rotation axis,
The pitch angle controller includes a rotating body spaced apart from the turbine blade and installed on one side of the hub, and a link member connecting one end portion of the bottom portion of the turbine blade to one point on the rotating body,
The link member includes a first ball link coupled to one end of the base portion, a second ball link coupled to a point on the rotating body, and a connecting shaft connecting the first ball link and the second ball link. Wind generator. 제4항에 있어서,
상기 회전체는 고정 피치각 구현시 상기 허브와 같은 속도로 회전하고, 상기 피치각 조절시 자체 회전하여 상기 허브와의 상대 위치가 변하는 풍력 발전기.5. The method of claim 4,
The rotor rotates at the same speed as the hub when a fixed pitch angle is implemented, and rotates itself when the pitch angle is adjusted so that the relative position with the hub changes. 제3항에 있어서,
상기 터빈 블레이드는 회전축을 통해 허브 상에 설치되고,
상기 코닝각 제어부는 상기 허브의 외측에서 상기 회전축에 결합되는 제3 볼 링크와, 상기 허브의 내측에서 상기 제3 볼 링크와 거리를 두고 상기 허브에 결합되는 제4 볼 링크와, 상기 제4 볼 링크에 결합되어 상기 제4 볼 링크를 이동시키는 회전 기어를 포함하는 풍력 발전기.The method of claim 3,
The turbine blade is installed on the hub through the rotation axis,
The Corning angle control unit includes a third ball link coupled to the rotational shaft outside the hub, a fourth ball link coupled to the hub at a distance from the third ball link inside the hub, and the fourth ball link. And a rotary gear coupled to the link to move the fourth ball link. 제6항에 있어서,
상기 허브의 내주면 일부와 상기 회전 기어의 외주면에 나사산이 형성되어 상기 회전 기어가 상기 허브에 나사 결합되는 풍력 발전기.The method according to claim 6,
A portion of an inner circumferential surface of the hub and a thread is formed on the outer circumferential surface of the rotary gear so that the rotary gear is screwed to the hub. 제3항에 있어서,
상기 코닝각 제어부는 상기 터빈 블레이드의 코닝각을 0° 내지 5° 범위로 설정하여 상기 터빈 블레이드의 회전을 정지시키는 풍력 발전기.The method of claim 3,
The corning angle control unit is configured to stop the rotation of the turbine blade by setting the corning angle of the turbine blade in the range of 0 ° to 5 °.
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