KR20160038240A - Turbulence generator with blade for wind turbine - Google Patents

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KR20160038240A
KR20160038240A KR1020140130718A KR20140130718A KR20160038240A KR 20160038240 A KR20160038240 A KR 20160038240A KR 1020140130718 A KR1020140130718 A KR 1020140130718A KR 20140130718 A KR20140130718 A KR 20140130718A KR 20160038240 A KR20160038240 A KR 20160038240A
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turbulence
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turbulence generator
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KR1020140130718A
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정민욱
권기주
이준신
강금석
김석태
박준영
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한국전력공사
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Abstract

Disclosed is a turbulence generating device having a wind turbine blade. The turbulence generating device having a wind turbine blade, according to an embodiment of the present invention, comprises: a blade which has an airfoil-shaped cross section having a flat rear end part; and a turbulence generator which is formed in the rear end part of the blade, wherein the turbulence generator comprises: an attachment part which is formed in the rear end part; and a flow disturbance part which is connected to the attachment part, protrudes from the rear end part to generate the turbulence, and sends the turbulence to the rear of the rear end part. Therefore, the present invention reduces drag in the rear end part of the blade.

Description

풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치{TURBULENCE GENERATOR WITH BLADE FOR WIND TURBINE}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a turbulence generator provided in a wind turbine blade,

본 발명은 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 풍력 발전장치에 사용되는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a turbulent flow generator provided in a wind turbine blade, and more particularly, to a turbulence generator installed in a wind turbine blade used in a wind turbine generator.

도 1을 참조하면, 풍력터빈의 블레이드(1)는 일정 높이의 타워(2)에 설치되고 주위의 흐르는 공기로부터 힘을 받아 토크를 얻을 수 있도록 지름 방향으로 펼쳐진 날개이며, 수평축 풍력터빈의 경우 블레이드(1)가 중심의 로터허브(3)와 연결되어 고정된 수평축을 중심으로 회전하게 된다.Referring to FIG. 1, a blade 1 of a wind turbine is installed in a tower 2 having a predetermined height and is widened in a radial direction so as to receive torque from the surrounding flowing air to obtain torque. In the case of a horizontal axis wind turbine, (1) is connected to the central rotor hub (3) and rotates around a fixed horizontal axis.

로터허브(3)와 블레이드(1) 연결부의 단면 C-C는 통상적으로 원형이며, 이는 연결부에 피치조절장치가 위치하여 회전이 필요하며, 또한 블레이드(1)와 로터허브(3)의 조립을 용이하게 할 필요가 있기 때문이다. 블레이드(1)가 끝단으로 갈수록 단면 A-A에서는 두께비가 작은 유선형의 익형(airfoil)을 가지며, 블레이드(1)의 끝단과 로터허브(3)에 연결되는 블레이드의 중간부는 단면 B-B와 같이 두께비가 크며 뒷전(trailing edge)이 뭉툭한(bluff)하거나 평평한(flatback) 익형(airfoil)으로 형성된다. 또한 블레이드(1)의 끝단에서 로터허브(3) 부분으로 갈수록 휨모멘트에 대한 강성이 커야하는 등 구조적인 이유 등으로 블레이드(1)이 중간부에서 두께비가 크고, 뒷전이 뭉툭한 익형으로 이루어져야 한다.The cross section CC of the connecting portion between the rotor hub 3 and the blade 1 is generally circular and this is because the pitch adjusting device is located at the connecting portion and rotation is required and the assembling of the blade 1 and the rotor hub 3 is facilitated It is necessary to do. The intermediate portion of the blade connected to the end of the blade 1 and the rotor hub 3 has a large thickness ratio as in the cross section BB, the trailing edge is formed as a bluff or a flatback airfoil. In addition, the blade 1 must have a large thickness ratio in the middle portion and a blunt trailing edge due to structural reasons, for example, the stiffness against the bending moment tends to increase from the end of the blade 1 to the portion of the rotor hub 3.

그러나 이렇게 뒷전이 뭉툭하거나 평평한 익형은 공기역학적으로 뒷전이 날카로운(sharp) 익형에 비해 유동박리(flow separation)가 더 쉽게 발생한다. 유동박리가 발생하면 발생 영역의 압력은 떨어지게 되고, 특히, 익형의 뒷편(후류)에서 압력이 떨어지면 그만큼 유동이 익형을 뒤쪽으로 끌어당기는 현상이 발생하게 되는 데 이는 곧 항력(drag)의 증가를 의미하게 된다. 이론적으로 풍력터빈의 출력은 항력계수의 제곱에 반비례하며, 이는 항력이 10%만 증가해도 18%의 출력 손실이 일어나게 됨을 의미한다. 따라서, 뒷전이 날카롭지 않은 익형에서 항력을 줄일 수 있는 방법이나 장치를 개발할 필요성이 요청된다. However, blunt or flat airfoils of this type are more aerodynamically easier to flow away than sharp airfoils. When the flow separation occurs, the pressure of the generated region drops. Particularly, when the pressure drops from the rear portion (wake) of the airfoil, the flow causes the airfoil to be pulled backward. . Theoretically, the output of the wind turbine is inversely proportional to the square of the drag coefficient, which means that even with a 10% increase in drag, an output loss of 18% will occur. Therefore, there is a need to develop a method or device capable of reducing drag in an unsharp airfoil.

본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 제2011-0136296호(2011.12.21. 공개, 발명의 명칭: 풍력 발전 장치용 블레이드 및 이를 이용한 풍력 발전 장치)에 개시되어 있다.
BACKGROUND ART [0002] The background art of the present invention is disclosed in Korean Patent Laid-Open Publication No. 2011-0136296 (published on Dec. 21, 2011, entitled "Blade for wind power generation apparatus and wind power generation apparatus using the same").

본 발명의 목적은 뭉툭한 익형 단면을 포함하는 블레이드의 뒷단부에서 항력을 감소시킬 수 있는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치를 제공하는 것이다.
It is an object of the present invention to provide a turbulence generator provided in a wind turbine blade capable of reducing drag at the rear end of the blade including a blunt airfoil section.

본 발명에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치는: 뒷단부가 평평한 익형 단면을 포함하는 블레이드; 및 상기 뒷단부에 구비되는 난류생성기;를 포함하고, 상기 난류생성기는, 상기 뒷단부에 구비되는 부착부; 및 상기 부착부와 연결되고, 상기 뒷단부에 돌출되어 난류를 발생시키며 난류를 상기 뒷단부의 후부로 보내는 유동교란부;를 포함한다.A turbulence generating apparatus provided in a wind turbine blade according to the present invention includes: a blade having a flat end portion having an airfoil section; And a turbulence generator provided at the rear end, wherein the turbulence generator comprises: an attachment part provided at the rear end; And a flow disturbing portion connected to the attaching portion and protruding from the rear end portion to generate a turbulent flow and to send turbulence to a rear portion of the rear end portion.

본 발명에서 상기 뒷단부는, 상기 뒷단부의 단부를 평면으로 형성하는 뒷전면; 상기 뒷단부의 상부를 형성하는 흡입면; 및 상기 뒷단부의 하부를 형성하는 압력면;를 포함하고, 상기 부착부는 상기 뒷전면, 흡입면, 압력면 중 적어도 어느 하나에 부착되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.In the present invention, the rear end portion may include: a rear surface that forms an end portion of the rear end portion in a plane; A suction surface forming an upper portion of the rear end portion; And a pressure surface forming a lower portion of the rear end portion, wherein the attachment portion is attached to at least one of the rear surface, the suction surface, and the pressure surface.

본 발명에서 상기 난류생성기는 상기 흡입면과 상기 압력면에 각각 설치되고, 상기 흡입면에 설치되는 상기 난류생성기와 상기 압력면에 설치되는 상기 난류생성기는 각각 상기 블레이드의 폭방향으로 동일한 위치에 배열된다.In the present invention, the turbulence generator is installed on the suction surface and the pressure surface, and the turbulence generator installed on the suction surface and the turbulence generator installed on the pressure surface are arranged at the same positions in the width direction of the blades, respectively do.

본 발명에서 상기 난류생성기는 상기 흡입면과 상기 압력면에 각각 설치되고, 상기 흡입면에 설치되는 상기 난류생성기와 상기 압력면에 설치되는 상기 난류생성기는 각각 상기 블레이드의 폭방향으로 서로 엇갈린 위치에 배열된다.In the present invention, the turbulence generator is installed on the suction surface and the pressure surface, respectively, and the turbulence generator installed on the suction surface and the turbulence generator installed on the pressure surface are disposed at positions offset from each other in the width direction of the blades .

본 발명에서 상기 난류생성기는 동일 간격으로 이격 배열된다.In the present invention, the turbulence generators are arranged at equal intervals.

본 발명에서 상기 유동교란부는 상기 블레이드의 표면을 따라 유동하는 공기의 경계층의 두께보다 작게 형성된다.In the present invention, the flow disturbance portion is formed to be smaller than the thickness of the boundary layer of air flowing along the surface of the blade.

본 발명에서 상기 유동교란부는 다각형으로 형성된다.In the present invention, the flow disturbance portion is formed in a polygonal shape.

본 발명에서 상기 유동교란부는 반구형으로 형성된다.
In the present invention, the flow disturbance portion is hemispherical.

본 발명에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치는, 뭉퉁한 익형 단면을 포함하는 블레이드의 뒷단부에 난류를 발생하는 난류생성기를 구비하여 뒷단부 익형의 항력을 감소시켜주며, 이를 통해 풍력터빈의 출력과 이용률을 향상시킬 수 있다. The turbulence generator in the wind turbine blade according to the present invention includes a turbulence generator that generates turbulence at a rear end of a blade including a blunt airfoil section to reduce the drag force of the rear end airfoil, It is possible to improve the output and the utilization rate.

본 발명에 따르면 뒷단부에서의 항력 감소로 블레이드에서 받는 공력하중의 감소를 가져다주고 터빈 구조물에 작용하는 하중이 줄어들게 되어, 터빈 구조물의 구조적인 안정성이 증대될 수 있다.
According to the present invention, the reduction in drag at the rear end results in a reduction in the aerodynamic load received by the blade and the load acting on the turbine structure is reduced, thereby increasing the structural stability of the turbine structure.

도 1은 일반적인 풍력 발전장치를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 동일한 위치에 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 서로 엇갈린 위치에 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 뒷단부에 구비되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동교란부가 블레이드에 구비되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 유동의 흐름을 개략적으로 나타낸 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 뒷단부에 유동박리가 발생하는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에 의하여 유동박리부의 크기가 경감되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view schematically showing a general wind power generator.
FIG. 2 is a perspective view schematically showing turbulence generators arranged at the same position in a turbulence generator provided in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 3 is a perspective view schematically showing turbulence generators arranged at staggered positions in a turbulence generator installed in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIGS. 4 to 6 are perspective views schematically showing a turbulence generator installed at a rear end of a turbulence generator installed in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 7 to 9 are perspective views schematically showing a flow turbulence portion according to another embodiment of the present invention. FIG.
10 is a side view schematically illustrating a flow of a flow in a turbulent flow generator provided in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating the occurrence of flow separation at a rear end of a turbulent flow generator provided in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 12 is a perspective view schematically illustrating the size of a flow separation part reduced by a turbulent flow generator provided in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치의 일 실시예를 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of a turbulence generating apparatus provided in a wind turbine blade according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this process, the thicknesses of the lines and the sizes of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms described below are terms defined in consideration of the functions of the present invention, which may vary depending on the intention or custom of the user, the operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the contents throughout this specification.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 동일한 위치에 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 서로 엇갈린 위치에 배열되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 난류생성기가 뒷단부에 구비되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유동교란부가 블레이드에 구비되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 유동의 흐름을 개략적으로 나타낸 측면도이고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에서 뒷단부에 유동박리가 발생하는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이고, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치에 의하여 유동박리부의 크기가 경감되는 것을 개략적으로 나타낸 사시도이다.FIG. 2 is a perspective view schematically showing turbulence generators arranged at the same position in a turbulence generator installed in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 is a cross- FIG. 4 is a perspective view of the turbulence generator in the turbine generator of FIG. 4, and FIG. 4 is a perspective view of the turbulence generator of the turbulence generator in the turbine blade of FIG. FIGS. 7 to 9 are perspective views schematically showing that a flow disturbance portion according to another embodiment of the present invention is provided in the blade, and FIG. 10 is a perspective view of an embodiment of the present invention FIG. 1 is a side view schematically showing a flow of a flow in a turbulent flow generator provided in a wind turbine blade And FIG. 11 is a perspective view schematically illustrating the occurrence of flow separation at the rear end of a turbulence generator installed in a wind turbine blade according to an embodiment of the present invention. FIG. 12 is a perspective view of a wind turbine according to an embodiment of the present invention. And the size of the flow separation part is reduced by the turbulence generation device provided in the blade.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치는 뒷단부(15)가 평평한 익형 단면을 포함하는 블레이드(10)와, 뒷단부(15)에 구비되는 난류생성기(20)를 포함하고, 난류생성기(20)는 뒷단부(15)에 구비되는 부착부(23)와, 상기 부착부(23)와 연결되고, 뒷단부(15)에 돌출되어 난류를 발생시키며 난류를 뒷단부(15)의 후부(도 2 기준 우측)로 보내는 유동교란부(21)를 포함하여 이루어진다. 이렇게 평평한 뒷단부(15)를 포함하는 블레이드(10)에서는 공기역학적으로 뒷단부(15)가 날카로운 익형을 구비한 블레이드(10)에 비하여 유동박리 현상이 쉽게 발생된다. 유동박리가 발생되면 발생된 영역에서 압력이 떨어지게 된다. 특히 블레이드(10)의 뒷단부(15)에서 압력이 떨어지게 되면 그만큼 유동이 블레이드(10)를 뒤쪽으로 끌어당기게 되고, 이는 곧 항력(drag force)이 증가되어 출력이 저하된다. 따라서, 난류생성기(20)의 유동교란부(21)에서 유동이 충돌하면서 와류(vortex) 또는 난류(turbulence)를 발생시켜 유동박리부(80)의 크기를 경감시켜 블레이드(10)의 출력을 향상시킬 수 있다.Referring to FIG. 2, the turbulence generator of the wind turbine blade according to an embodiment of the present invention includes a blade 10 having a flat end portion and a rear end portion 15, The turbulence generator 20 includes an attachment portion 23 provided at the rear end portion 15 and a turbulent flow portion 23 connected to the attachment portion 23 and protruding from the rear end portion 15, And a flow disturbing portion 21 for sending the turbulence to the rear portion of the rear end portion 15 (reference right side in Fig. 2). In the blades 10 including such a flat rear end portion 15, the flow detachment phenomenon easily occurs in comparison with the blades 10 having aerodynamic rear end portions 15 having sharp airfoils. When flow separation occurs, the pressure drops in the generated region. Particularly, when the pressure at the rear end portion 15 of the blade 10 is reduced, the flow pulls the blade 10 backward, which causes the drag force to increase and the output to decrease. Accordingly, the flow collides with the flow disturbance portion 21 of the turbulence generator 20 to generate vortex or turbulence, thereby reducing the size of the flow separating portion 80 to improve the output of the blade 10 .

블레이드(10)는 익형의 형상이 두께비가 크며 뒷단부(15)에서 평평한 단면을 포함한다. 뒷단부(15)에 평평한 단면이 구비되는 것은 회전하는 블레이드(10)가 휨모멘트에 대하여 큰 강성을 제공할 수 있다. 뒷단부(15)는 뒷전면(11), 흡입면(12), 압력면(13)을 포함하여 이루어진다. 뒷전면(11)은 뒷단부(15)의 단부를 평면으로 형성하는 것으로, 블레이드(10)의 표면에 흐르는 유동이 힘을 잃고 유동박리되어 유리박리부(80)로 남게 된다. 흡입면(12)는 뒷단부(15)의 상부를 형성하고, 압력면(13)은 뒷단부(15)의 하부를 형성한다. 뒷전면(11), 흡입면(12), 압력면(13)은 난류생성기(20)의 부착부(23)가 부착될 수 있는 공간을 제공한다.The blade 10 has a shape in which the shape of the airfoil is large in thickness and includes a flat cross section at the rear end 15. Having a flat cross section at the rear end 15 allows the rotating blade 10 to provide greater rigidity for bending moment. The rear end portion 15 includes a rear surface 11, a suction surface 12, and a pressure surface 13. The back surface 11 forms a flat surface at the end of the rear end portion 15 so that the flow flowing on the surface of the blade 10 is lost to flow and peel off and remain as the glass peeling portion 80. The suction surface 12 forms the upper part of the rear end 15 and the pressure surface 13 forms the lower part of the rear end 15. The back surface 11, the suction surface 12 and the pressure surface 13 provide a space to which the attachment portion 23 of the turbulent flow generator 20 can be attached.

난류생성기(20)는 뒷단부(15)에 구비되어 블레이드(10) 상에 흐르는 유동과 충돌도어 와류 또는 난류를 발생시키고 뒷단부(15)의 후부로 보내서, 뒷단부(15)에 형성된 유동박리부(80)의 크기를 경감시킨다. 난류생성기(20)는 부착부(23)와 유동교란부(21)를 포함하여 이루어진다. 난류생성기(20)는 뒷단부(15)에 블레이드(10)의 폭방향으로 복수 개가 배열된다.The turbulence generator 20 is provided at the rear end portion 15 to generate a flow and a collision door vortex or turbulence flowing on the blade 10 and to the rear portion of the rear end portion 15, Thereby reducing the size of the portion 80. The turbulence generator 20 comprises an attachment portion 23 and a flow disturbance portion 21. [ A plurality of the turbulence generators 20 are arranged in the width direction of the blade 10 at the rear end 15.

부착부(23)는 뒷단부(15)에 구비되는 것으로, 뒷전면(11), 흡입면(12), 압력면(13) 중 적어도 어느 하나에 부착된다. 부착부(23)는 뒷단부(15)에 부착되는 면적을 넓게 하도록 형성되고, 본 발명의 실시예에서 부착부(23)는 사각형으로 이루어진다. 부착부(23)는 뒷단부(15)의 뒷전면(11), 흡입면(12), 압력면(13) 중 적어도 어느 하나에 부착되는 데 있어서, 부착부(23)는 부착되는 뒷단부(15)에 용접 또는 리벳, 볼트 등에 의하여 부착 고정될 수 있다.The attachment portion 23 is provided at the rear end portion 15 and is attached to at least one of the rear surface 11, the suction surface 12, and the pressure surface 13. The attachment portion 23 is formed to widen the area attached to the rear end portion 15, and in the embodiment of the present invention, the attachment portion 23 is formed in a rectangular shape. The attachment portion 23 is attached to at least one of the rear surface 11, the suction surface 12 and the pressure surface 13 of the rear end portion 15, and the attachment portion 23 is attached to the rear end portion 15 by welding, rivets, bolts or the like.

유동교란부(21)는 부착부(23)와 연결되고, 뒷단부(15)에 돌출 형성되어 블레이드(10) 표면에 흐르는 유동과 충돌하면서 와류 또는 난류를 발생시킨다. 유동교란부(21)에서 형성된 와류 또는 난류는 뒷단부(15)의 후부로 보내져 유동박리부(80)의 크기를 경감시킨다. 유동교란부(21)는 블레이드(10)의 표면 상에 흐르는 공기의 유동방향과 평행하지 않게 이루어져 공기와 충돌하면서 와류 또는 난류를 발생시키게 한다. 유동교란부(21)는 평판 뿐만 아니라, 삼각뿔, 사각뿔, 육면체, 구 등의 입체도형의 형태로도 이루어질 수 있다.The flow disturbing portion 21 is connected to the attaching portion 23 and protrudes from the rear end portion 15 to collide with the flow on the surface of the blade 10 to generate vortex or turbulence. The vortex or turbulence formed in the flow disturbance portion 21 is sent to the rear portion of the rear end portion 15 to alleviate the size of the flow separating portion 80. The flow disturbing portion 21 is not parallel to the flow direction of the air flowing on the surface of the blade 10, and collides with the air to generate vortex or turbulence. The flow disturbing portion 21 can be formed not only in a flat plate but also in the form of a three-dimensional figure such as a triangular pyramid, a quadrangular pyramid, a hexahedron, or a sphere.

본 발명의 실시예에서 난류생성기(20)는 흡입면(12)과 압력면(13)에 각각 설치되고, 흡입면(12)에 설치된 난류생성기(20)와 압력면(13)에 설치된 난류생성기(20)는 각각 블레이드(10)의 폭방향으로 동일한 위치에 배열된다(도 2 참조). 또는 난류생성기(20)는 흡입면(12)과 압력면(13)에 각각 설치되고, 흡입면(12)에 설치된 난류생성기(20)와 압력면(13)에 설치된 난류생성기(20)는 각각 블레이드(10)의 폭방향으로 서로 엇갈린 위치에 동일한 위치에 배열된다(도 3 참조). 여기서 난류생성기(20)는 뒷단부(15)의 흡입면(12)와 압력면(13)에 동일 간격으로 이격 배열된다.The turbulence generator 20 is installed on the suction surface 12 and the pressure surface 13 and includes a turbulence generator 20 installed on the suction surface 12 and a turbulence generator 20 installed on the pressure surface 13, (20) are arranged at the same position in the width direction of the blade (10) (see Fig. 2). Or the turbulence generator 20 is installed on the suction surface 12 and the pressure surface 13 respectively and the turbulence generator 20 installed on the suction surface 12 and the turbulence generator 20 installed on the pressure surface 13 are respectively Are arranged at the same position at positions staggered with each other in the width direction of the blade 10 (see Fig. 3). Wherein the turbulence generators 20 are equally spaced on the suction side 12 and the pressure side 13 of the rear end 15.

블레이드(10)의 뒷단부(15)의 모든 폭에서 와류 또는 난류가 발생될 수 있도록 난류생성기(20)를 블레이드(10)의 폭방향으로 동일 간격으로 이격 배열되고, 흡입면(12)과 압력면(13)에서 동일한 위치에 배열되거나 서로 엇갈리게 배열된다.The turbulence generators 20 are arranged at equal intervals in the width direction of the blades 10 so that vortices or turbulence can be generated in all widths of the rear end portion 15 of the blades 10, Are arranged at the same position on the surface (13) or alternately arranged.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 난류생성기(20, 30, 40)의 부착부(23, 33, 34, 43)가 뒷단부(15)에 부착되는 예를 나타내고 있다.4 to 6 show an example in which the attachment portions 23, 33, 34, 43 of the turbulence generators 20, 30, 40 are attached to the rear end portion 15.

도 4를 참조하면, 난류생성기(20)의 부착부(23)는 흡입면(12)과 압력면(13)에 각각 부착되는 것으로, 부착부(23)와 유동교란부(21)가 연결된 단면은 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상으로 이루어진다.4, the attaching portion 23 of the turbulence generator 20 is attached to the suction surface 12 and the pressure surface 13, respectively. The attachment portion 23 and the flow disturbing portion 21 are connected to each other, Is formed in the shape of 'a' or 'b'.

도 5를 참조하면, 뒷단부(15)의 뒷전면(11), 흡입면(12), 압력면(13) 중 두 부분에 부착부(33, 34)가 부착된다. 즉, 난류생성기(30)의 부착부(33, 34)는 흡입면(12)과 뒷전면(11)에, 압력면(13)과 뒷전면(11)에 각각 부착된다. 부착부(33, 34)의 단면은 'ㄱ' 또는 'ㄴ'자 형상으로 이루어지고, 부착부(33, 34)와 유동교란부(31)가 연결된 단면은 'T'자 형상으로 이루어진다.5, attachment portions 33 and 34 are attached to two portions of the rear face 11, the suction face 12, and the pressure face 13 of the rear end portion 15, respectively. The attachment portions 33 and 34 of the turbulent flow generator 30 are attached to the suction surface 12 and the rear surface 11 and to the pressure surface 13 and the rear surface 11 respectively. The cross section of the attaching portions 33 and 34 has a shape of 'A' or 'B', and a cross section to which the attaching portions 33 and 34 and the flow disturbing portion 31 are connected has a T shape.

도 6을 참조하면, 난류생성기(40)의 부착부(43)는 뒷전면(11)에 부착되는 것으로, 부착부(43)와 유동교란부(41)가 연결된 단면은 'I'자 형상으로 이루어진다.6, the attachment portion 43 of the turbulence generator 40 is attached to the rear surface 11, and the cross section to which the attachment portion 43 and the flow disturbance portion 41 are connected is formed into an I shape .

도 7 내지 도 8을 참조하면, 난류생성기(50, 60)의 유동교란부(51, 61)는 도 2에서와 같이 유동교란부(21)가 사각형상에 한정되지 않고, 다른 형상의 다각형으로 이루어진다. 도 7에서는 유동교란부(51)가 삼각형상으로 이루어지고, 도 8에서는 유동교란부(61)가 사다리꼴형상으로 이루어진 예를 나타내고 있다. 도 9를 참조하면, 난류생성기(70)의 유동교란부(71)는 반구형으로 형성된다. 유동교란부(71)에서는 블레이드(10) 상에 유동하는 공기의 흐름과 충돌하여 와류 또는 난류가 발생하고, 발생된 와류 또는 난류가 뒷단부(15)의 후부로 보내져 뒷단부(15) 주변에 형성된 유동박리부(80)의 크기를 효과적으로 경감시켜 항력을 감소시킬 수 있게 형성된다. 도 7 내지 도 9에서 부착부(53, 63, 73)의 형상과 구비 등에 관한 설명은 상술한 난류생성기(20)의 부착부(23)의 내용으로 대신한다. Referring to FIGS. 7 to 8, the flow disturbance units 51 and 61 of the turbulence generators 50 and 60 are not limited to the rectangular shape of the flow disturbance unit 21 as shown in FIG. 2, . In Fig. 7, the flow disturbance portion 51 is formed in a triangular shape, and in Fig. 8, the flow disturbance portion 61 is formed in a trapezoidal shape. Referring to Fig. 9, the flow disturbance portion 71 of the turbulence generator 70 is formed hemispherically. In the flow disturbing portion 71, vortex or turbulence occurs due to collision with a flow of air flowing on the blade 10, and the generated vortex or turbulence is sent to the rear portion of the rear end portion 15, Is formed so as to effectively reduce the size of the formed flow separating portion (80) to reduce the drag force. In FIGS. 7 to 9, the description of the shape and the like of the attaching portions 53, 63, and 73 is replaced with the contents of the attaching portion 23 of the turbulence generator 20 described above.

도 10을 참조하면, 난류생성기(20)의 유동교란부(21)에서 효과적으로 와류 또는 난류를 발생시키기 위해서는 유동교란부(21)가 뒷단부(15)에서 돌출된 높이(H)가 뒷단부(15)에 형성되는 경계층(BL; boundary layer)의 두께보다 작아야 한다. 일반적으로 난류에서 평판의 경계층 두께는 아래와 같다고 알려져 있다.10, in order to effectively generate vortex or turbulence in the flow disturbance portion 21 of the turbulence generator 20, the height H of the flow disturbance portion 21 protruded from the rear end portion 15 is set to the rear end portion (BL) formed on the second substrate (15). In general, it is known that the thickness of the boundary layer of the plate in turbulent flow is as follows.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003
Figure pat00003

상기 식을 적용하면, 일 예로서 블레이드(10)의 시위길이(CL; chord length)가 4m이고, 유속(U)이 10m일 때, 경계층(BL)은 77mm가 된다. 시위길이(CL)가 4m일 때 유속(U)이 10~70m에서 경계층(BL)은 77mm~58mm의 값을 가지며, 유속(U)이 10m일 때 시위길이(CL)가 3~6m에서 경계층(BL)은 43mm~120mm의 값을 가지게 된다. 따라서 본 발명에서 유동교란부(21)의 돌출 높이(H)는 40mm 내외의 값을 가져야 한다. 여기서, 유체는 공기인 경우를 예로 한다.For example, when the chord length CL of the blade 10 is 4 m and the flow velocity U is 10 m, the boundary layer BL is 77 mm. The boundary layer (BL) has a value of 77 mm to 58 mm at a flow velocity (U) of 10 to 70 m at a protrusion length (CL) of 4 m and a protrusion length (CL) of 3 to 6 m at a flow velocity (BL) has a value of 43 mm to 120 mm. Therefore, in the present invention, the projecting height H of the flow disturbing portion 21 should have a value of about 40 mm. Here, the case where the fluid is air is taken as an example.

도 11 및 도 12를 참조하면, 난류생성기(20)를 블레이드(10)의 뒷단부(15)에설치하면, 뒷단부(15)의 후부에서 블레이드(10) 표면에서 유동박리되고 뒷단부(15)의 후부로 와류흐름(vortex shedding)된 유동박리부(80)가 존재한다. 블레이드(10) 상에서 흐르는 공기는 난류생성기(20)를 지나고 유동교란부(21)와 충돌하면서 와류 또는 난류가 발생되어, 유동교란부(21)의 좌우측 즉 서로 반대방향으로 회전하는 와류쌍이 발생하게 된다. 이 와류쌍이 유동박리부(80)를 교란시키게 되어, 기존의 와류흐름의 구조를 파괴시킴. 이로 인해 와류흐름으로 구성되는 유동박리부(80)의 크기를 경감시킬 수 있다. 이는 결과적으로 뒷단부(15)에서 항력이 감소되는 것을 의미하게 된다. 따라서 풍력터빈의 출력과 이용률을 향상시킬 수 있다. 11 and 12, when the turbulence generator 20 is installed at the rear end portion 15 of the blade 10, the flow is peeled from the surface of the blade 10 at the rear portion of the rear end portion 15, There is a vortex shedding flow separating portion 80 at the rear of the flow separating portion. Air flowing on the blades 10 passes through the turbulent flow generator 20 and collides with the flow disturbance portion 21 to generate vortex or turbulence so that vortex pairs are generated in the right and left sides of the flow disturbance portion 21, do. This vortex pair disturbs the flow separator 80, destroying the structure of the existing vortex flow. As a result, the size of the flow separating portion 80 constituted by the vortical flow can be reduced. This results in a decrease in drag at the rear end 15. Therefore, the output and utilization of the wind turbine can be improved.

또한 본 발명에 따르면 뒷단부(15)에서의 항력 감소로 블레이드(10)에서 받는 공력하중의 감소를 가져다주고 터빈 구조물에 작용하는 하중이 줄어들게 되어, 터빈 구조물의 구조적인 안정성이 증대될 수 있다.According to the present invention, the reduction of the drag at the rear end portion 15 leads to a decrease in the aerodynamic load received by the blade 10, and the load acting on the turbine structure is reduced, so that the structural stability of the turbine structure can be increased.

본 발명의 실시예에서 난류생성기(20)는 블레이드(10)의 뒷단부(15)에 구비되어 와류 또는 난류를 발생시키는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 난류생성기(20)는 송수신이 가능한 장치가 내부에 설치되어 안테나의 기능을 수행할 수 있다.
In the embodiment of the present invention, the turbulence generator 20 is provided at the rear end 15 of the blade 10 to generate a vortex or turbulence. However, the present invention is not limited to this, and the turbulence generator 20 may be a device capable of transmitting / Can be installed inside to perform the function of the antenna.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. I will understand. Accordingly, the technical scope of the present invention should be defined by the following claims.

1: 블레이드 2: 타워
3: 로터허브
10: 블레이드 11: 뒷전면
12: 흡입면 13: 압력면
15: 뒷단부
20, 30, 40, 50, 60, 70: 난류생성기
21, 31, 41, 51, 61, 71: 유동교란부
23, 33, 34, 43, 53, 63, 73: 부착부
80: 유동박리부
CL: 코드 길이 BL: 경계층
H: 유동교란부 돌출 높이1: Blade 2: Tower
3: Rotor hub
10: Blade 11: rear front
12: suction surface 13: pressure surface
15:
20, 30, 40, 50, 60, 70: turbulence generator
21, 31, 41, 51, 61, 71:
23, 33, 34, 43, 53, 63, 73:
80: Flow separation part
CL: code length BL: boundary layer
H: height of flow disturbance protrusion

Claims (8)

뒷단부가 평평한 익형 단면을 포함하는 블레이드; 및
상기 뒷단부에 구비되는 난류생성기;를 포함하고,
상기 난류생성기는,
상기 뒷단부에 구비되는 부착부; 및
상기 부착부와 연결되고, 상기 뒷단부에서 유동을 교란시키는 유동교란부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
A blade having a flat cross-section at its rear end; And
And a turbulence generator provided at the rear end,
Wherein the turbulence generator comprises:
An attachment portion provided at the rear end portion; And
A flow disturbing portion connected to the attachment portion and disturbing the flow at the rear end portion;
Wherein the turbulence generating device comprises:
제1항에 있어서,
상기 뒷단부는,
상기 뒷단부의 단부를 평면으로 형성하는 뒷전면;
상기 뒷단부의 상부를 형성하는 흡입면; 및
상기 뒷단부의 하부를 형성하는 압력면;를 포함하고,
상기 부착부는 상기 뒷전면, 흡입면, 압력면 중 적어도 어느 하나에 부착되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
The method according to claim 1,
The rear end portion
A rear surface forming a flat end of the rear end portion;
A suction surface forming an upper portion of the rear end portion; And
And a pressure surface forming a lower portion of the rear end,
Wherein the attachment portion is attached to at least one of the rear surface, the suction surface, and the pressure surface.
제2항에 있어서,
상기 난류생성기는 상기 흡입면과 상기 압력면에 각각 설치되고,
상기 흡입면에 설치되는 상기 난류생성기와 상기 압력면에 설치되는 상기 난류생성기는 각각 상기 블레이드의 폭방향으로 동일한 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the turbulence generator is installed on the suction surface and the pressure surface, respectively,
Wherein the turbulence generator installed on the suction surface and the turbulence generator installed on the pressure surface are arranged at the same positions in the width direction of the blades.
제2항에 있어서,
상기 난류생성기는 상기 흡입면과 상기 압력면에 각각 설치되고,
상기 흡입면에 설치되는 상기 난류생성기와 상기 압력면에 설치되는 상기 난류생성기는 각각 상기 블레이드의 폭방향으로 서로 엇갈린 위치에 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
3. The method of claim 2,
Wherein the turbulence generator is installed on the suction surface and the pressure surface, respectively,
Wherein the turbulence generator installed on the suction surface and the turbulence generator installed on the pressure surface are arranged at positions staggered from each other in the width direction of the blades.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 난류생성기는 동일 간격으로 이격 배열되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
The method according to claim 3 or 4,
Wherein the turbulence generators are spaced apart at equal intervals.
제1항에 있어서,
상기 유동교란부는 상기 블레이드의 표면을 따라 유동하는 공기의 경계층의 두께보다 작게 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the flow disturbance portion is formed to be smaller than a thickness of a boundary layer of air flowing along a surface of the blade.
제1항에 있어서,
상기 유동교란부는 다각형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the flow disturbance portion is formed in a polygonal shape.
제1항에 있어서,
상기 유동교란부는 반구형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 풍력터빈 블레이드에 구비되는 난류 발생장치.
The method according to claim 1,
Wherein the flow disturbance portion is formed in a hemispherical shape.
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